| 研究課題/領域番号 |
21KK0079
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分24:航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
澤村 淳司 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90359670)
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| 研究分担者 |
飯田 隆人 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (50837573)
千賀 英敬 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60432522)
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| 研究期間 (年度) |
2021-10-07 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2025年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2024年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2023年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
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| キーワード | 氷海船舶 / 氷抵抗 / 氷海船型 / 最適化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
北極海を利用する北極海航路は，ヨーロッパと東アジ間の海上輸送におけるスエズ運河航路の代替ルートとして期待されている．北極海を通過するには氷海船舶と呼ばれる専用船が用いられる．氷海船舶の氷海航行に適した船型は通常海域での性能が悪く，北極海航路を通常航路として利用する際の大きな障壁となっている．本研究は，氷海船舶のコスト上昇の問題を解決するため，氷海域性能と通常海域性能を両立した新型氷海船舶を提案する．日本国内で実氷海データを用いた研究の実施は難しい．そこで，ノルウェーとの国際共同研究により，ノルウェー近海の実氷海の船舶のデータを取得する．
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| 研究実績の概要 |
本研究は氷海船舶の氷海域性能と通常海域性能の両立化を考えた船型と船体構造を提案することが目的であり，１）数値計算により高精度な氷海船舶の性能評価法を構築し，２）実氷海データを用いて数値計算の検証を行い，最後に，３）氷海域性能と通常海域性能を両立した船首船型の決定することが目的である．
１）の研究に関しては，規則波中の船体氷荷重計測実験（模型船実験）を実施し，氷海中を航行する船舶に作用する氷荷重の波浪影響を調べた．さらに，波浪中にある海氷板の船首部近傍の運動を計測し波浪と船舶の相互影響下での氷板の衝突速度（船体氷荷重の増減に関係する物理量）の変化を調べた．これにより，海氷船舶の波浪影響下での氷荷重の発生原因を明らかにし，氷抵抗の算定式を提案した．
２）の研究に関しては，R5年度から継続して行っている南極観測船「しらせ」に搭載した氷衝突モニタリングカメラにより取得した氷衝突のビデオデータ，船体運動，船体構造応答データの解析を行った．さらに，この船体応答データをもとに，海氷衝突時の構造応答計算（数値シミュレーション）を実施し，海氷の衝突状態の違いによる構造応答の違いを調べた．この氷荷重下での構造応答計算法を発展させることで，海氷衝突時の氷荷重を低減させる船体形状の提案が可能になる．
３）に関しては，船首形状（垂直型，平坦型，中間型）を変えた模型船実験を実施し，船首形状の違いによる氷荷重と波浪荷重の大きさの違いを計測した．現在，実験データの解析中であり，解析結果を踏まえ，氷海域性能と通常海域性能の両立化を考えた船型を提案する計画である．
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
本研究の4年目となるR6年度の研究計画は，１）波浪影響を考慮した氷海船舶の性能評価法の構築，２）実氷海での船体データの取得（南極観測船を用いた新たな計測技術の提案）と数値計算の検証，海外研究者との連携，３）氷海域性能と通常海域性能を両立した船首船型の決定（模型船実験による船型の絞り込み）であった．
１）に関しては，模型船実験の結果から波浪影響下での船体氷荷重の発生原因が明らかになり，波浪―海氷相互影響下での船体氷抵抗の算定式の提案を行うことができた．しかし，波浪条件の違いよる船体氷荷重の最大値の評価が不十分となっており，船体氷荷重推定の精度を上げる必要がある．
２）に関しては，南極観測船「しらせ」に搭載した船体応答モニタリングデータの解析を行い，海氷衝突時の構造応答計算の結果と比較した．さらに，構造応答計算を用いて海氷の衝突状態の違いによる構造応答の違いを調べた．また，南極観測船を用いた新たな計測技術の提案を行い，R7年度に実装することを考えている．ノルウェー北極大学（Uit）との研究連携に関してはメールでの打合せ程度に留まっているが，R6年度は，Aalto大学（フィンランド），British Arctic Survey （イギリス），そして University of Notre Dame（アメリカ）との研究連携のための打合せを行い，フィンランド，イギリスが所有する砕氷船の実航海データの解析に関して協議した．
３）に関しては，模型船実験を実施し船首形状の違いによる氷荷重と波浪荷重の違いを調べた．
R6年度の計画に対し１）は氷海船舶の性能評価法の構築が不十分，２）は，実船データの評価に関して海外研究者との連携が不十分，３）は，模型船実験のデータ解析が不十分となっており，本研究全体の現在までの進捗状況は、次年度（R7年度）が最終年度であることを考慮し，「やや遅れている」とした．
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| 今後の研究の推進方策 |
氷海域と通常海域での航行性能を両立する船型と氷海航行のための安全性と経済性を両立した船殻構造をもつ新型氷海船舶の提案のため，本研究課題は3つの研究課題に細分し実施している．R7年度以降は各研究項目に対して次のように進める．
１）の数値計算による高精度な氷海船舶の性能評価法の構築に関しては，R7年度は波浪形状の違いよる船体氷荷重の最大値の評価法を確立し船体氷荷重推定の精度を上げる．
２）の実氷海での船体データの取得と数値計算の検証，海外研究者との連携に関しては，R7年度も引き続き，南極観測船「しらせ」の実船データの解析を行う．また，南極観測船「しらせ」を用いた新たな実氷海の船体応答計測方法を導入する．R7年度は，ノルウェー北極大学（Uit）とUNIS （スバールバル大学，ノルウェー）の研究滞在を計画しており，この研究滞在において海氷実データの取得に関する研究連携強化を行う．また，R6年度から進めている，Aalto大学（フィンランド），British Arctic Survey （イギリス），University of Notre Dame（アメリカ）との研究連携に加えて，NTNU （ノルウェー工科科学技術大学）との連携を進める．
３）に関しては，R6年度に行った模型船実験のデータ解析を行い，これと，１）船体氷荷重推定，２）実氷海での船体データの取得と数値計算の検証の研究結果を加味し，氷海域性能と通常海域性能の両立化を考えた高効率な船首形状（船殻構造）を提案する（本研究課題の目標）．
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