海水打ち込みによる船舶の転覆機構の研究

• 研究課題/領域番号: 62550324
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 船舶抵抗・運動性能・計画
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 小寺山 亘 (1988) 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (80038562); 大楠 丹 (1987) 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70038537)
• 研究分担者: 経塚 雄策 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (80177948) ; 柏木 正 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (00161026)
• 研究期間 (年度): 1987 – 1988
• 研究課題ステータス: 完了 (1988年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1988年度: 400千円 (直接経費: 400千円); 1987年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: 海水打ち込み / 船体運動 / 転覆 / 斜め追波 / 画像表示 / 数値シミュレーション

研究概要

昭和62年度の研究成果として、海水打ち込みによって船の甲板上の海水が増加したり、流れ出したりする場合の横波中における過渡的な船体運動の数値計算法を開発し、数値シミュレーションができるようになった。しかし、横軸に時間を取り数値シミュレーションの結果を時刻歴としてグラフ化しても、それだけでは、海水が打ち込みつつある過渡的な状況下での船体挙動の全体像は把握しにくい。そこで本年度の研究では、数値シミュレーションの結果をコンピュータ画面にアニメーションとして表示することにより、船体運動と海水打ち込み、転覆の関係を連続した画像で理解し、船の安全性を検討する際に有益な情報を提供できるようにした。
海水打ち込み量の推定に関しては、まず船側での相対水位を厳密に計算して海水打ち込みが起こるか起こらないかを純理論的に判定し、次に打ち込み速度に簡単な近似式を使うことによって時々刻々打ち込み水量を計算できるようにした。船体挙動を記述する運動方程式そのものは、実用的観点から周波数領域における従来の式を採用しているが、海水打ち込みや大傾斜による流体力の変化が考慮できるように運動方程式の係数は時間の関数とし、計算の時間ステップごとに逐次計算していくように工夫した。転覆に至るまでのシミュレーション結果を実験と比較したところ、両者はかなり良く一致しており、計算法の妥当性が確認できた。
グラフィック・アニメーションでは、入射波、相対水位、海水打ち込み量などが、復原力を失なって転覆する瞬間まで船体動揺と共に表示されるようになっており、現象を理解する上で大変有効である。今後は、三次元的な斜め追波中での海水打ち込みをともなった船体挙動の数値シミュレーション、及びその画像表示が十分な精度で行えるよう、研究の積み重ねが必要である。