船体の大振幅運動と自由表面の大変形の干渉のCFDシミュレーション

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555256
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 佐藤 徹 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30282677)
• 研究分担者: 朴 鐘千 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80323541) ; 宮田 秀明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70111474)
• キーワード: CFD / 船体運動シミュレーション / 追い波 / 密度関数法 / 物体適合格子系 / 有限体積法 / 加速度造波板 / 数値波浪環境再現装置

研究概要

実環境下での船舶の性能をシミュレーションによって推定することは船舶設計にとって極めて重要である。実海域では常に波浪が存在し、船舶は大振幅運動し、経済性と安全性に重大な影響を与える。本テーマではこのような状態での船舶の挙動をシミュレーションする技術を開発することを目的とする。
自由表面条件に密度関数法を適用した適合格子系における有限体積法が最も適当と考えられたので、この方法によってheaveとpitchという最も大きな運動のシミュレーションを可能にし、実験との良好な一致を得ることができた。この方法を発展させ斜め波中、追い波中等のより複雑な条件下でのシミュレーションも可能にしたが、安定性と精度の面で問題が残された。そこで二重格子法を導入することとした。つまり波浪環境の再現は外部の短系格子系の中で行い、船体まわりの適合格子系の中の流場と重ね合わせることとした。この結果ほぼ完全に6自由度の運動を再現できるメドがついた。一方では、波浪環境再現のための数値造波法を確立することにも力を注ぎ、不規則波の発生を可能にした。
本研究で船舶の6自由度運動による実環境下のシミュレーションの全てが完成した訳ではない。実験等による精度の確認、ロバスト性の向上、さらには設計で利用するためのカスタマイズ作業が残されている。しかし、基本的なソフトウェアとしては80%完成したので、その成果は充分高く、近い将来での実用化が期待できる。

研究成果

• [文献書誌] Yuya Uno, Jong-Chun Park Hideaki Miyata: "Development of Simulation Equipment of Marine Environments in Numerical Wave Tank"J. Soc. Naval Archit, Jpn. (In press). (2002)
• [文献書誌] Jong-Chun Park, Hideaki Miyata, Takumi Ooga, Koji Gotoda: "Motion Simulation of a Sailing Boat in Oblique Waves with Three Degrees of Freedom"J. Soc. Naval Archit, Jpn. Vol.189. 191-199 (2001)
• [文献書誌] Hideaki Miyata: "Toward Virtual Reality by Computational Physics"24th Weinblum Memorial Lecture, to appear in Shiffstechnik. (To appear). (2001)
• [文献書誌] Hideo Orihara, Hideaki Miyata: "Numerical Simulation Method for Flows about a Semi-Planing Boat with a Transom Stern"Journal of Ship Research. Vol.44 No.3. 170-185 (2000)
• [文献書誌] Yohei Sato, Hideaki Miyata, Toru Sato: "CFD Simulation of 3-Dimensional Motion of a Ship in Waves : Application to an Advancing Ship in Regular Heading Waves"Journal of Marine Science and Technology. Vol.4 No.3. 108-116 (1999)