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本研究は、海洋減退が進む夏季の北極海航路で、見かけ上氷のない海域での航行安全性を評価する方法を提案することを最終的な目的とし、模型実験で衝突前後の氷塊の運動を計測することにより氷塊の運動エネルギーの変化を詳細に調べるとともに、この現象に適した数値解析技術を構築することで、海氷減退期に適した新たな評価手法を提案することを本研究の範囲の目標としている。
単純船型模型と模擬氷を用いた水槽試験において船体と氷塊とを衝突させ、その時の運動を動画解析により調査した。模擬氷は低分子量ポリオレフィン樹脂製で、円柱型と立方体型の2種類を用意した。実験の結果、衝突後の模擬氷のエネルギー変化の特徴として並進運動の運動エネルギーがほとんどの割合を占めるのに対し、回転運動の運動エネルギーは全体に対して非常に小さいため無視できることが分かった。また円柱型に比べ立方体型の方が、回転エネルギーが急増加後、速やかに減少している。これは立方体型の角付近に船舶が衝突し、円柱型に比べて氷に作用するトルクが大きい一方で、角の受ける水の抵抗も大きいために減衰が速いと考えられる。
また数値流体解析ソフトウェアSTAR-CCM+を用い、衝突の数値解析も実施している。自由表面の表現にVOF法を、船舶と氷片の相対運動の表現にオーバーセット法を用いた。衝突直前の氷の変位の傾きが数値解析と過去の模型実験とで一致することを確認した上で、実船スケールの解析を実施した。この解析結果と、エネルギー消費量から船体氷荷重を見積もる手法とを組み合わせることにより、限定された条件ではあるが船舶の安全航行速度を評価した。
現時点では模型実験と数値解析とで異なる形状の氷片を用いている。また模型実験の動画解析精度の確認が十分ではない。これらを改善し、数値解析の妥当性を再評価することが課題として残されている。
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