| 研究課題/領域番号 |
16K06906
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
佐野 将昭 広島大学, 工学研究院, 助教 (40582763)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 船舶工学 / 抵抗特性 / 載荷状態 / 水槽試験 / CFD計算 |
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| 研究実績の概要 |
プッシャー・バージ（P/B）方式は，荷役頻度が多い短/中距離輸送で効果を発揮し，大きな導入ポテンシャルを見込めるが，特に海を走る航洋型P/Bの性能データは希少であり，その実態について不明瞭な部分が多い。そこで初年度にあたる本年度は，現行の代表的（一般的）な航洋型P/Bを製作し，抵抗特性とバージ載荷状態との関係を明らかとした。
(a)現行の代表的な航洋型P/Bの仕様検討：主要目が異なるプッシャーとバージを連結して航行するP/Bの性能は，それらの寸法比率に依存する。そこで複数の文献から船型データを収集し，一般的な船長比率，船幅比率，喫水比率を算出した。加えて，プッシャーをはめ込むバージノッチ部寸法，2点連結支持位置，許容相対ピッチング角およびそれを可能とする連結部の取り合い等，航洋型P/Bの特徴的な設計パラメータを検討した。最終的に1/38模型（実船水線間長135m）を製作した。
(b)抵抗試験の実施：P/Bのバージ載荷状態として4状態（満載，86%, 72%, バラスト＝58%喫水）を設定した。プッシャーおよび各載荷状態のバージ単体も対象に加え，計9状態で抵抗試験を実施した。計測結果は3次元外挿法に基づき解析し，航走状態ごとに各抵抗成分データを収集した。
(c)CFD計算の実施： 設計船速域における抵抗主成分である摩擦抵抗や粘性圧力抵抗の発生メカニズムを流場と関連付けて明らかとする為に，CFDによる定常計算を行った。まずは水槽試験結果との比較を通じて計算精度を検証した。そしてバージ載荷状態ごとに連結部の関隙に発達する流場（流速場・圧力場）の特徴を明らかとし，バージ載荷状態の変化に応じて各抵抗成分が変化するメカニズムを考察した。またバラスト状態時にバージに船尾トリムをつける事で，連結部の段差に流入する流れを整流化させて，全抵抗の低減を図れる可能性がある事を示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度の研究計画である「代表的な航洋型P/Bの抵抗特性の調査」は，以下の理由により，概ね達成できていると考える。
(a)現行の代表的な航洋型P/Bの仕様検討（平成28年度の研究実施計画-ア）：代表的なP/B船型とするべく，関連資料を収集して本船の種々の仕様項目を検討し，最終的に1/38スケール模型を製作した。なおバージは，Ord.3-1/2で分割できる2分割模型として製作してあり，次年度に検討予定の改良型バージ（Ord.3-1/2より後半部）への付け替えが可能である。
(b)抵抗試験の実施（実施計画-イ）：プッシャーとバージの喫水差が抵抗特性に及ぼす影響を調査する為に，バージの載荷状態を4通り変更して抵抗試験（連結）を実施した。またプッシャーとバージの個々の抵抗試験（単独）も併せて実施した。連結間隔の抵抗に及ぼす影響調査は，これらの連結時（連結間隔が最小）と単独時の試験結果の比較に加えて，幾つかの連結間隔を想定したCFD計算結果に基づき考察を行った。また流場計測（実施計画-ウ）については現時点で実施できていないが，バージの載荷状態の変化に伴い，バージ直後の後流域が変化する様子は，CFD計算に基づく可視化により明らかとした。
(c)CFD計算の実施（実施計画-エ）： 水槽試験状態に併せて， CFD計算（但し自由表面は考慮せず）を実施済みである。各載荷状態のP/B周りの流場の可視化を通じて，特に連結部の関隙に発達する流場（流速場・圧力場）の特徴を明らかとし，その部位が抵抗源となるメカニズムを考察した。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の研究から派生した内容に取り組むと共に，当初の研究計画書に沿って順次実施していく。また最終年度に予定されている水槽試験の一部の前倒しを検討中である。
(a)初年度に実施したCFD計算により，バラスト状態のバージに船尾トリムを付けて段差影響を小さくする事で，抵抗低減を図れる可能性を示した。引き続きCFD計算による可視化を通じて，そのメカニズムについて詳細な考察を試みる。加えて本年度は，水槽試験によりその効果を検証して抵抗特性に及ぼすトリム影響を明らかにすると共に，バージ載荷状態や船速に応じた効果的なトリムの設定について検討を行う。
(b)平成29年度の計画にある「バージ船尾形状の改良による抵抗低減案の検討」を実施する。バージ船尾形状を改良する事で，バージ船尾端からの伴流の変化を促し，連結部周りの流場の変化，強いては全抵抗への効果の有無を検討する。まずはCFD計算により，バージ船尾船底のスロープ傾斜（傾斜角・傾斜開始位置）等の寸法変数を種々変更したパラメータスタディを実施し，抵抗低減を見込める改良候補案を選定する。そして改良型バージを製作し，水槽試験により効果の程を検証する。
(c)規則波中耐航性能の評価試験は最終年度に計画されているが，本学曳航水槽のタイトなスケジュールを考慮し，本年度であっても水槽に予定を入れる事ができ次第，随時，水槽試験を実施していく。まずは初年度に製作したP/B模型を使用し，航洋型P/Bの波浪動揺特性・波浪中抵抗増加の特徴を明らかとする。またバージ載荷状態が，それらの性能に及ぼす影響についても検討する。（改良型バージを用いた実験は最終年度に実施予定）
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