2013 Fiscal Year Research-status Report

プロペラ前方の旋回流を考慮したプロペラの流体力学的最適化に関する研究

Research Project

Project/Area Number	25420871
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	安東潤九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60211710)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords	船舶工学 / プロペラ / 省エネルギー
Research Abstract	本研究の主目的は、プロペラ前方の旋回流を含む船尾伴流中で流体力学的に最適なプロペラの設計を支援するツールの開発である。平成25年度は、九州大学の回流水槽を用いて伴流中プロペラ性能試験を行うとともに、伴流中プロペラ性能計算法を開発し、その妥当性を確認した。船尾伴流は軸方向成分および面内成分に分けられる。なお、伴流の面内成分のうち周方向成分、すなわち旋回流が本研究の主な対象である。伴流の軸方向成分および面内成分（特に周方向成分）のそれぞれがプロペラ性能にどのような影響を及ぼすかを明らかにするために、それぞれを独立して取り扱うこととし、ワイヤーメッシュの重ね方を調節して所定の軸方向伴流分布をシミュレートする軸方向伴流装置およびプロペラ軸の延長線上に8枚の翼を放射線状に配置する周方向伴流装置を製作した。伴流中プロペラ性能試験として、以下①から③に示すような方法を考案し、実施した。① プロペラ単独試験装置の上流側に青雲丸I世のハイスキュープロペラを取り付け回流水槽に設置し、流速およびプロペラ回転数を固定してプロペラの推力およびトルクを計測する。② それぞれの伴流発生装置による伴流中で作動するプロペラが①で計測された推力を発生するようにプロペラ回転数nを調整し、このときのプロペラのトルクQを計測する。③ ②で得られたプロペラ回転数およびトルクを用いて、伴流中のプロペラの性能評価を伝達馬力(=2πnQ)を用いて行う。一方で、九大独自のパネル法SQCMに基づいて上記手順に対応する伴流中プロペラ性能計算法を開発した。上記の伴流中プロペラ性能試験に対応する計算を行った結果、試験結果と良い一致が得られ、計算法の妥当性が確認できた。伴流がプロペラ性能に及ぼす影響としては、プロペラの回転方向と逆向きの旋回流がプロペラ性能を向上させることを実験および理論の両面から確認することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究の主目的は、プロペラ前方の旋回流を含む船尾伴流中で流体力学的に最適なプロペラの設計を支援するツールの開発であるが、そのツールの中で使用する伴流中プロペラ性能計算法が妥当なものであることが本ツールの重要なポイントとなる。本年度は伴流中プロペラ性能計算法を開発し、その妥当性を実験的に確認することができたため、本研究の目的はおおむね順調に進展していると評価できる。
Strategy for Future Research Activity	開発済みのプロペラ設計支援ツールに、本年度開発した伴流中プロペラ性能計算法を組み込む。プロペラ設計支援ツールにおいては、半径方向のスキュー、レーキおよびコード長分布は原型プロペラと同じとし、半径方向のピッチおよび最大キャンバー分布の最適化を行う。最適化問題の目的関数はプロペラが伴流中で所定の推力を発生する際の伝達馬力であり、これを最小化する。伴流中で所定の推力を発生するように回転数を調節する必要があり、計算時間が長大となることが予想されるため、最適化計算の効率化・高速化を図る。原型プロペラは青雲丸I世のハイスキュープロペラとし、伴流中でのプロペラ設計支援ツールにより原型プロペラを改良する。得られた改良プロペラについて、九大の回流水槽において伴流中プロペラ性能試験を行い、原型プロペラの性能と比較し、伴流中でのプロペラ設計支援ツールの妥当性を評価する。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	伴流発生装置は手持ちの材料で製作したため材料費が掛からなかったこと、実験が予想以上に円滑に進み実験補助のための人件費が抑えられたこと、より高性能で低価格のパーソナルコンピュータの発売を期待してパーソナルコンピュータの一部の購入を先延ばしにしたこと等により次年度使用額が生じた。次年度は、伴流中でのプロペラ最適化のための高性能で低価格のパーソナルコンピュータの複数台の購入、改良プロペラ模型の製作に助成金の大部分を充てるとともに、実験補助のための人件費および成果発表のための旅費については当初計画より少し多めの支出を見込んでおく。