2021 Fiscal Year Research-status Report
Study of new type energy saving rudder for high performance
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20K04941
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
金丸 崇 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90612127)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プロペラ-舵干渉 / 省エネ舵 / フィン付舵 / プロペラ後流 / 舵推力 / 舵抗力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は、船舶の推進性能向上対策として、舵に注目し、プロペラ後流中の舵に発生する舵推力を効率的に得るための独創的な新形式舵の研究に取り組んでいる。令和2年度（初年度）はプロペラ中心軸の延長線上に位置する舵の断面上に平板を設けた平板付舵を提案し、一定の成果を得ている。
2年目となる令和3年度は、研究方針に若干の変更を加え、既に実用化されているフィン付舵に着目し、その基本原理を詳細に解明することに取り組んだ。その研究の過程で、これまでにない、独創的なフィン形状を見出した。
まず、基本となるフィン付舵として、アスペクト比1.5の矩形舵に矩形フィンを取り付け、取付角は0,5,10deg.3ケース、およびプロペラ荷重度を変更させ、プロペラ後流中の舵抗力を計測した。フィンにより舵抗力が減少することを確認したものの、矩形翼フィンでは大きな変化は得られなかった。一方、理論計算によるシミュレーションツールの開発にも取り組み、計算を行ったところ、フィンは壁と見なせるであろう舵（本体）に取り付けられているにも関わらず、フィンの付根で鏡像効果が得られていないことが推察される結果が得られた。
そこで、計算上、フィンの付根で大きな推力が得られていないことから、右側、左側それぞれ単独翼と見なして改良すべきと考え、誘導抗力を抑えることに優れる楕円翼フィンを提案した。矩形翼フィンと同様の実験、および理論計算を行ったところ、実験と計算は良好な一致を示し、さらに、楕円翼フィンにすることにより、矩形翼フィンに比べ大幅に舵抗力が減少するという興味深い結果が得られた。また、取付角を変えても、舵抗力の変化がさほど大きくないのは、フィンの推力が大きいほど、舵本体の抗力が大きくなり、おおよそトレードオフの関係があるためであることも計算により示した。これらの研究成果を日本船舶海洋工学会令和4年度春季講演会にて発表する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、研究代表者が既に提案した省エネ舵をベースとして、その改良と理論的メカニズムの解明に取り組むものであったが、CFDやパネル法によるシミュレーション法の開発が進んだ結果、大幅な効率向上を得ることが難しいと判断し、当初計画のタイプの省エネ舵には拘らないとした。令和3年度に開発した楕円翼フィン付舵は、独創的、且つメカニズムの説明が可能で、理論計算法の開発も進んだことから、令和4年度も引き続きこの舵に着目し、更なる最適形状を追求するための研究を実施したい。また、フィン部を3Dプリンタで製作する等、水槽模型試験に関する成果も得られ、本研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度の研究成果として、楕円翼フィン付舵を提案し、理論計算、および水槽模型試験からその効果を確認した。なお、フィンが舵本体に及ぼす影響を精度良く表せるシミュレーションツールを構築し、水槽模型試験も模型製作から計測まで、初年度よりかなり洗練された。一方、令和3年度に実験を行った舵は、試設計舵であり、最適な形状とはなっていない。そこで、最終年度となる令和4年度は、シミュレーションベースで舵抗力減少のメカニズムについてより詳細に調査すると共に、最適な舵フィン形状を見出すことを目的とする。また、設計を行ったフィン付舵について水槽模型試験を実施し、計算と実験の両面から、その省エネ効果について考察を行う。
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| Causes of Carryover |
令和3年度の研究において必要なものは、計算機と関連するソフトウェア、および水槽試験のための模型舵であったが、このうち模型舵についてはフィン部のみを取り扱ったため、外注せず、研究室所有の3Dプリンタを用いる方法を構築したところ、大幅な経費節減が得られた。令和4年度は実用に向けた、最適設計を実施し、フィン部のみらず、舵本体から模型製作が必要となる。舵本体はその大きさから3Dプリンタを用いた製作が難しいため、外注は避けられない。次年度使用額はその模型製作費、および、研究成果を発表するための旅費等に使用する。
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