A Study on Fluid Characteristics of Wake Field Utilizing Hull Forms and Flow Field Database

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04954
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 一ノ瀬 康雄 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 主任研究員 (00550021)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷口 智之 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 主任研究員 (20782460)
• Project Period (FY): 2022-11-15 – 2025-03-31
• Keywords: 船型 / 伴流 / 圧力分布 / 機械学習 / データベース / 推進性能 / 船尾振動 / 船型表現

Outline of Annual Research Achievements

本研究は船型・流場データベースの構築とこのデータベースの分析手法を提案し、三次元剥離を伴う複雑な船尾伴流場の流場特性を体系化することを目的としている。
これまで本研究では、 1. 船型自動生成のための新しい船型パラメータ表現（船型座標系：Hull-form Coordinate System）の開発、2.バルクキャリア・コンテナ船・PCCなど幅広い船種を含む広範な船型・流場データベースの構築、3. 船体の複雑な３次元形状を機械学習の１つであるConvolutional Neural Network　(CNN)でモデル化するための新しい船型表現手法（IHR: Imaged-based Hull Form Representation）の開発、４. 船尾伴流場をCFDの数万倍以上の高速で推定する機械学習による代理モデル（サロゲートモデル）の開発を行った。その後、本研究実施期間中にノルウェー科学技術大学において本研究とも関連のある船型設計に関する研究開発に取り組む機会を得たため研究を１年間中断した。
帰国後の本年度9月からは、留学で得られた物理モデルと機械学習モデルのハイブリッドモデルに関する知見を活かし、機械学習によるCFD代理モデルの推論対象に船体表面圧力と抵抗値を追加して機械学習モデルの拡張を行なった。また、公開船型であるKVLCC2および数式船型をデータベース追加するとともに、過去に水槽試験で取得した船体表面圧力分布の時系列の統計解析と不確かさ解析を行なった。
なお、2023年6月には本研究の成果の一部である国際雑誌論文”A curved surface representation method for convolutional neural network of wake field prediction"が日本船舶海洋工学会賞（論文賞）を受賞した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

ノルウェー科学技術大学での留学で得られた物理モデルと機械学習モデルのハイブリッドモデルに関する知見を活かし、船尾流場現象の解析にこのハイブリッドモデルを活用する新たな着想を得たため。

Strategy for Future Research Activity

来年度は引き続き開発した機械学習モデルの改良をハイブリッドモデルの考え方に基づき実施することとする。

Causes of Carryover

予定していた学会参加を翌年度に変更したことなどにより差額が生じた。次年度には学会参加等を積極的に行い成果の普及を図る予定である。