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本研究においては、研究代表者が開発したプロペラ設計支援ツールに九州大学独自のパネル法に基づく非定常プロペラ性能計算法を組み合わせることにより、船尾伴流中のプロペラ性能最適化を行った。
1.非定常プロペラ性能計算法の高速化
本研究で使用する非定常プロペラ性能計算法は他機関で開発された同種の方法に比べ計算時間が短い。しかし、最適化問題に組み込むためにはさらなる高速化が必要である。
本計算法は全ての翼のコード方向を片面30パネル、半径方向を20パネルに分割するのが標準であるが、まずはそれぞれの方向のパネル数を片面20パネルおよび14パネルまで減らした。この段階で伴流中プロペラ性能の計算値がわずかしか変化しないことを確認した後、1翼を除く他の翼のパネル数を減らせるようにプログラムを修正し、1翼は前段階のパネル数のままで他の翼のパネル数をコード方向片面5パネル、半径方向5パネルに減らした。ここまで減らしても、伴流中プロペラ性能の計算値の変化は許容範囲内であった。計算時間は標準パネル数の約3.5%まで短縮することができた。
2.伴流中プロペラ性能の評価値と改良プロペラの性能
プロペラ設計支援ツールを用いた最適化計算の過程で改良プロペラの伴流中の性能を評価する必要があるが、諸検討の結果、伴流中の原型プロペラの推力係数と改良プロペラの推力係数が等しくなるときの改良プロペラのトルク(「推力一致時のトルク」と称する)が小さいほど、伴流中のプロペラ性能が優れていると評価できるという結論に達した。
青雲丸I世の通常型プロペラを対象として、一様流中で原型プロペラと同等の推力を発生するような制約条件のもと、伴流中の推力一致時のトルクが最小となる最適化問題を解いた結果、原型に比べ推力一致時のトルクが約1.2%減少する改良プロペラが得られた。また、一様流中のプロペラ効率は原型に比べ約1.6%改善され、伴流中でも一様流中でも原型より性能が向上する改良プロペラが得られることが分かった。
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