小動力小型船舶に用いる没水式水中翼の最適設計のための基礎的研究

• 研究課題/領域番号: 09751027
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 海洋工学
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 砂原 俊之 東海大学, 海洋学部, 講師 (40276788)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 1998年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 1997年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 小動力小型船舶 / ソーラーボート / 人力船 / 水中翼 / 浅水影響 / 動揺特性 / ソーラーボ-ト

研究概要

本年度は、小型の完全没水式水中翼船について、高速で安定して走行できる水中翼の最適設計のために、基礎となる各種の定常的な流体力学的特性について明らかにした。つまり、翼列の配置形状、水深、翼の迎角が揚力、揚抗比、走行安定性に与える影響を単独翼、タンデム翼について模型実験を行い詳細に調べた。実験は、NACA0016の対称翼を使用し、アスペクト比が9.5となる2次元翼模型を制作して行った。
まず、単独翼の流体力特性を調べた結果、水深が浅い場合、Wadlin式により示される理論値以上に極端に揚力が下がることが分かった。
また、迎角について調べた結果、水深が深い場合、迎角が小さければ、揚力は小さいが揚抗比は高く、一方迎角が大きければ揚力は大きいが揚抗比は小さくなる。しかし、水深が浅い場合、迎角が小さい時より大きい方が揚抗比の小さい場合があり、水深と迎角の組み合わせによって、揚力や揚抗比が微妙に異なることが分かった。
次にタンデム翼について、2翼の各水深や翼間距離を変化させて、翼列の配置位置と各流体力の関係について詳しく調べた。その結果、前翼が浅い場合、前翼が深い場合と較べて後翼の位置に関わらず全く揚力が小さくなる上、後翼の配置位置の微妙な違いで流体力特性が大きく変わることが分かった。つまり、前翼が浅い場合は航走状態が不安定になりやすいことが分かった。
結局、タンデム翼の最適な配置位置について詳細に調べた結果、まず前翼が十分に深いことが必要である。そして、2翼の水平方向の翼間距離が翼弦長比で8.0の時に揚抗比が最も小さく、一方翼間距離の翼弦長比が4.0や10.0の時に揚力が最も大きい事が分かった。つまり、前者は揚力の発生に余裕の無い小動力の船において、後者は動力や推進力が十分にある船においてそれぞれ最適な翼間距離であることが分かった。