研究課題/領域番号 |
18H01639
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研究機関 | 広島大学 |
研究代表者 |
岩下 英嗣 広島大学, 工学研究科, 教授 (60223393)
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研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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キーワード | FBG圧力センサー / 非定常圧力 / Added pressure / 簡易結合法 |
研究実績の概要 |
数値流体力学(CFD)や実験流体力学(EFD)による圧力場の解析は、航空機や船舶における流体解析において共に最重要研究課題に位置付けられ、船舶耐航性能分野においても昨今のCFDの進展に呼応して、その検証に供することのできる飛躍的なEFDの進展が切望されている。本研究では、光センシング技術の一つであるFBG (Fiber Bragg Gratings)を用いた圧力センサーにより、波浪中を航走する船舶に作用する非定常な圧力分布を船体全域で面的に計測できる革新的なEFD技術の開発を目指す。片や、簡易結合法に基づく高精度な耐航性能3次元理論推定法を新規開発し、既存のストリップ法、EUT、CFDによる推定法と共に、上記EFDで取得された非定常圧力レベルでのベンチマークテストを行い、各理論推定法の妥当性やEFDで取得された圧力データ自体の有用性を明らかにする。 本研究は、①FBG圧力センサーによる波浪中を航走する船舶に作用する非定常圧力の面分布計測データの構築、②簡易結合法に基づく耐航性能の3次元理論推定法にズーミング法を組み込んだ高解像度計算法の開発、③非定常圧力の面分布計測データを用いた既存の理論推定法のベンチマークテスト、の3つの項目に分けて遂行している。このうち初年度は特に①に注力して研究を遂行し、当初計画していた圧力分布のデータ取得に加えて船側波形のデータ取得に成功するなど良好な成果を得ている。
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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
概要に記した研究項目①として、これまでの不具合を改善した最新版のFBG圧力センサーを供試模型船(RIOS Bulker)表面に333点ほど貼り付け、正面規則波中での非定常圧力分布の計測を実施した。FBG圧力センサーは静水面下のみならず定常波面上の領域まで貼り付け、特に船首近傍での抵抗増加に起因する定常圧力成分(Added pressure)が抽出できるようにした。加えて、船体の30断面のガースに沿って容量式波高計を張り、船側波高の計測を実施することにより、ゲージ圧力がゼロとなる点の正確な計測を行えるようにした。これらの取得データを用いて、時々刻々変動する船体表面圧力分布を、あたかも数値計算結果の如く動画として再現すると共に、時々刻々圧力分布を積分することで抵抗増加を算出することにも成功している。計測された圧力を積分することで得られる抵抗増加と、歪みゲージから直接計測される抵抗増加の値が概ね合致することを確認できたことは、本研究の意義を高める成果となる。 研究項目②として、低周波数域でも計算可能な簡易結合法に基づくランキンパネル法を適用し、船体運動、非定常圧力分布、非定常波形等を計算し、①で得られた非定常圧力分布と比較することで線形理論として相応の合致を示すことが確認できた。この比較を通して、本研究により取得した圧力分布が、理論計算法の検証において極めて有用であることが示されたことになり、これが研究項目③としての成果になる。
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今後の研究の推進方策 |
これまでの成果を受け、今年度は研究項目①として、これまで計測点がなかった船首フレア部での圧力計測も行い、加えてコンテナ船型など他の船型でも同様の計測を実施することで、船体全域の非定常圧力分布のデータベースの拡充を行う。その際、船側波形と圧力の計測を同時に実施することで、データ取得における効率を向上させる計画である。 これまでの計測を通じて、計測に使用しているFBG圧力センサーは温度干渉影響が比較的大きく、計測時の気温と水温の差に注意して計測する必要があることが分かっている。計測の効率化を進める上では、この点に関するセンサー自体の改良も必要であることから、船体の部分模型を製作してラボ内で水槽実験時に問題となる温度干渉影響を再現し、その原因究明と対策を施すことも計画している。 研究項目②として、船尾後流自由表面パネルを工夫して計算解像度を向上させることにより、数値計算結果がどのように改善されるのかを確認する。研究項目③として、既存のストリップ法、EUT (Enhanced Unified Theory)、簡易結合法を含む各種ランキンパネル法による数値計算を実施し、研究項目①で取得された非定常圧力の面分布および抵抗増加との比較を行うことを継続的に行っていく。
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