バラスト状態にも適用できる任意性を排除した形状影響係数の決定法の確立

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04877
• Research Institution: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• Principal Investigator: 岡畑 豪 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 講師 (80546169)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藪下 和樹 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (20546163)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 形状影響係数 / 抵抗試験 / バラスト状態 / スパースモデリング

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，模型船による抵抗試験結果から形状影響係数Kを決定する方法の確立を目的とする．速度の変化に対する全抵抗係数の変化を表す近似関数を，形状影響係数Kを未知数に含む関数で定義し，抵抗試験結果に対してフィッテングを行うことによって形状影響係数Kを決定する．
まず，平板の抵抗係数の式を基に，傾きが形状影響係数Kの関数で表される原点を通る直線を解析的に求め，粘性抵抗成分を表す直線を得た．これに造波による影響を表す冪級数を加えることによって全抵抗係数を表す近似関数を定義した．この関数によって，人為的なデータの取捨選択の必要が無くなった．
次に，フィッティングを行う数値解析プログラムを作成し，公開されているSRの抵抗試験結果に適用して比較した．s-スパース近似によるL0最適化問題として定式化を行う方法と，L1正則化によるL1最適化問題として定式化を行う方法の２種類の方法に基づいたプログラムを作成した．両方法ともに，SRの報告書に示されている形状影響係数Kとほぼ同等のKを推定できるが，低速域での計測データの取り扱いにおいて任意性が残るケースがあることが分かった．L1正則化による方法の手順がより単純であるため，この方法をベースに低速域データに対する任意性を排除するための指標の確立を目指す．
一方，回流水槽で検証用データを取得することを目的とし，試験の再現性と計測の高精度化を実現するため，最適な回流水槽の設定パラメータ値の取得方法を確立した．マルチカラーレーザ同軸変位計をアクチュエータで移動させて計測することによって，水面変位の定量的な計測が可能となり，波高2mm以上の定在波の除去が可能となった．さらに，深さ方向の流速分布が均一になる水面加速装置の設定パラメータ値の取得手順を確立することが出来た．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

検証用データの取得に関して，回流水槽が使用不可能な期間があったため，実験予定が遅れている．試験の再現性と計測の高精度化を実現するために，最適な回流水槽の設定パラメータ値の取得手順は確立したが，実際にパラメータの最適値を求めることが出来ていない．
また，数値解析プログラムに関しても，近似関数の作成，問題の定式化および計算アルゴリズムの実装は一通り終えることが出来ているが，「低速域の計測データに対する任意性の排除」という課題が残っている．

Strategy for Future Research Activity

検証用データの取得に関して，最適な回流水槽の設定パラメータ値の取得手順は確立しているので，その手順に従って各流速に対する最適値を次年度初期に求める予定である．続いて，求めた最適パラメータを用いた条件下で抵抗試験を実施して検証データを取得する．
数値解析プログラムに関して，L1正則化による方法をベースに（１）評価関数の工夫，（２）人為的操作のモデル化，の二通りのアプローチによって，低速域の計測データに対する任意性を排除し，決定手法の完成を目指す．

Causes of Carryover

実験計画の変更によって，当初予定していなかった「アクチュエータ」と「マルチカラーレーザ同軸変位計」を購入した．この変更に伴って，模型船の購入を次年度に変更したため次年度使用額が生じた．次年度使用額を模型船の購入に使用予定である．