2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of estimation method for capsize risk for an autonomous ship in waves
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19H02360
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
梅田 直哉 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20314370)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 秋彦 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水研機構(神栖), 主幹研究員 (10344334)
牧 敦生 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50556496)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非損傷時復原性 / 自動運航船 / 最適制御理論 / 短波頂不規則波 / 復原力喪失 / ブローチング / 甲板滞留水 / 加速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
斜め追波中を航走するカーフェリーが大傾斜する原因を調べるため、事故を起こしたカーフェリーの斜め規則追波中自動操縦模型試験を角水槽で実施するとともに、4自由度の数値シミュレーション・モデルによりその推定が可能であることを示した。その結果、高速域では左右揺れ・船首揺れからの横揺れへの連成影響、中速域以下では復原力変動が、 斜め波中大横傾斜の主な原因となることを明らかにした。また、沖合補給船の模型試験も不規則斜め追波中で実施し、こちらでは船尾暴露甲板上の滞留水が横揺れと90度の位相差を持って左右に移動し、横揺れが軽減されることを定量的計測により確認した。パラメトリック横揺れの確率密度関数の理論推定についてハミルトン系をベースにする方法を適用した。
ブローチング現象については、実海面に相似な短波頂斜め追波中の事故船相当の海洋調査船の自動操縦模型実験を行い、そこで得られたブローチングによる大横傾斜発生確率が4自由度の数値シミュレーション・モデルにより説明できることを示した。そのモデルを用いて事故船のリスクが高いことを確認し、ブローチングに与える波の短波頂性の影響を明らかにした。さらに、ブローチングを防ぐための操船法を最適制御理論により求めた。その操船法には、波乗りを防ぐための操船、波乗りをさせたうえで進路保針を安定に行う操船の2つのパターンに分かれることを非線形力学系の観点から説明した。
また、荒天下で正面から波を受けて自動操船により錨泊船などを避けつつ出港するバルクキャリアについて、PID制御および最適制御により検討し、安全に出港できる天候限界を求めた。さらには、横波中で低い重心位置をもった軽荷状態のコンテナ船に生じる過大な加速度が問題となっていることに関して、その加速度の確率密度関数の推定を線形のみならず非線形性まで考慮できる統計理論を新たに導き、数値シミュレーションにより検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
前年度で残された問題を解決したうえ、自動操船による出港時の安全天候限界を最適制御理論で求めたり、非線形加速度の推定理論を確立するなど、次年度以降の課題まで解決することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ブローチングを避ける自動操船をリアルタイムで実現するため、制御理論と非線形力学系理論の融合を図る。また、甲板滞留水影響を実験でなくシミュレーションベースで予測することに取り組み、自動運航に反映することを目指す。
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Research Products
(10 results)
