2013 Fiscal Year Annual Research Report
強非線形現象を誘起する多方向不規則海象と船体運動に関する研究
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23246152
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| Research Institution | National Maritime Research Institute |
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Principal Investigator |
上野 道雄 独立行政法人海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (60358405)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮崎 英樹 独立行政法人海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (10415797)
田口 晴邦 独立行政法人海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (70344455)
塚田 吉昭 独立行政法人海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (90425752)
北川 泰士 独立行政法人海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (50579852)
宝谷 英貴 独立行政法人海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (30636808)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 海難事故再現 / 多方向不規則波 / 波風併存時気海象 / 荒天下操船限界 / 補助推力装置 / 自由航走模型実験 / メモリー影響関数 / 傾斜時船体運動 |
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| Research Abstract |
国際海事機関における荒天下での操船限界に関する議論に資することを勘案して一般的と考えられる波風併存時の気象・海象を水槽で再現しました。風の再現にあたっては移動する曳引台車に取り付けた送風装置が造り出す風速分布とその変動に関する計測によって風の影響を再現できる範囲を明らかにしました。
波風併存時の船体運動を再現するために上部構造物まで実船を模擬した模型船を用いて波風中自由航走模型実験を実施しました。この実験で、風力階級10前後までの荒天海象を再現し、船が操船困難な状況に陥るのはどのような気象・海象であるかを明らかにするための検討をおこないました。大きな波と強い風が併存する状況において船体運動が大振幅となるため、安定した風速分布の中で実験をすることの困難さが明らかとなり、より詳細な風速分布の計測が必要性であることがわかりました。一方、不安定な外的環境ではありましたが、大振幅の船体運動のために荒天下で操船が困難となる限界を実験的に明らかにできる可能性があることがわかりました。船体運動の再現については昨年度開発した補助推力装置を活用した実験手法をさらに高度化する手法を考案しました。これら、風と波の環境の再現および船の運動の再現手法を組み合わせてより実海域環境に近い状況で実船の操船限界を明らかにするための実験手法に関する方向性を見いだすことができたと考えます。
理論計算手法において外乱力評価の元になる波浪中操船運動の実験データを取得しました。この実験により船体と波が出会う状況によって波浪中の操縦運動がどのような影響を受けるかを明らかにすることができました。理論計算手法として傾斜した船体を対象とした横揺れと上下揺れの連成に関するたたみ込み積分型船体運動モデルの定式化をおこなうとともにメモリー影響関数のプログラムを作成しました。
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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
初めの2年間で全周造波機を備えた試験水槽において異なる2種類の多方向不規則波浪場を再現しその再現技術が実用的な水準にあることを確認しました。2年度目に再現した波浪場はまったく進行方向の異なる領域にピークを持つ双峰性の波浪場で、通常の試験水槽では再現不可能な波浪場です。風環境の再現については3年度目の実験で取り組みました。移動する曳引台車に取り付けた送風装置で安定した風環境を広い範囲で再現することは移動速度が速い場合は困難さを伴うことが明らかになりました。
過去の海難事故を調査し、実際の海象の再現のもとで高速フェリーの大傾斜事故と漁船の復原力喪失・船首没水・ブローチング現象を再現することに成功しました。高速フェリーの大傾斜事故の再現実験では荷崩れによる大傾斜と急旋回にも対応できる曳引台車自動追尾型の実験技術を確立することができました。漁船の実験では転覆現象まで再現するために曳引台車を用いない完全自由航走模型船による実験をおこないました。その結果、高速で転覆に至る複数の極限状況を再現することができました。自由航走模型を使った波風併存時の実験では風環境の再現の困難さはあったものの荒天下における操船限界を実験的に明らかにする手法への手がかりを得ることができました。
プロペラ荷重度を制御できる新しい自由航走模型試験法については、2年度目までに新しい装置も開発してその有用性を実験と理論計算によって確認しました。3年度目はさらに高精度な手法を考案しその有用性を理論計算で明らかにしました。傾斜時流体力の理論的推定手法を用いた船体運動の推定等、理論計算手法については傾斜時連成運動の定式化とメモリー影響関数の計算プログラムを作成しました。
上記のようにほぼ順調に当初の目標に向けて本課題を遂行しつつあります。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は本研究課題の最終年度です。3年度目の取り組みによって風環境の再現に困難な点があることが明らかになったため送風装置を使った実験手法に代わる新しい実験手法を検討中です。新しい手法では波風併存時の大振幅船体運動と操船限界の推定が可能となる実験の実現を目指します。本研究課題で開発した補助推力装置を使った実験手法は実船相似の船体運動を自由航走模型実験で高度に再現できる可能性があることが明らかとなりました。本年度はこのことを理論計算によってより詳細に明らかにして新しい手法としてとりまとめて広く提案していきます。
一方、本研究課題でこれまで中心的な実験施設であった海上技術安全研究所の実海域再現水槽が本年2月の雪で被害を受けたため本年度は実験実施が困難な見込みとなりました。このため、前述の波風併存時の実験手法に関しては本年度は実証実験が困難な状況です。しかし、荒天下で船速が0付近にまで低下する状況における船の性能を推定するために必要な水槽実験を別の曳航水槽で計画しています。この実験で得られるデータと前述の実験手法を組み合わせることによって強非線形現象が支配的になる状況を再現するための信頼性の高い実験手法にとりまとめます。
実験データに基づく船体運動の理論計算法について定式化をおこない計算プログラムを作成中です。本年度も実際の計算をおこないながら改良を加えて最終年度として計算手法をとりまとめていきます。
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