モーター周期制御による操舵応答性向上に関する研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25289314
• 研究機関: 東京海洋大学
• 研究代表者: 賞雅 寛而 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 教授 (20134851)
• 研究分担者: 波津久 達也 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 准教授 (60334554) ; 清水 悦郎 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 准教授 (60313384) ; 木船 弘康 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 准教授 (90323849) ; 福原 豊 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 助手 (90361807)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 船舶工学 / 電気機器工学 / 制御工学 / 次世代交通システム / 電池推進船

研究実績の概要

船舶はプロペラ推進であることから特に低速域では操縦応答性がきわめて低く、そのためスラスター設置やタグボート使用などが必要となっている。近年、産業的・環境的要請から電気推進船が多く開発建造されており、モーターインバータ技術の発達によって、非常に高周期のプロペラ回転制御が可能になってきている。本研究では、このプロペラの周期変動による操舵応答性の向上を実用化するために、電池推進船による操舵実験及びプロペラまわりの流動シミュレーションを行い、操舵性向上に必要な周期変動制御パターンを明らかにする。
平成２６年度は、ウォータージェットの周期制御による低速航行時の操縦性向上を目的として、モーター周期制御時の予測推力から操縦性向上に必要な周期制御パターンを評価した。また、実船の旋回性能試験によりモーター周期制御の有効性を評価した。
周期制御時のモーター回転数から平均推力を予測し、噴出周波数f J = 0.8 -2.0 s-1およびDuty比D = 0.33 - 0.6の範囲において、モーター周期制御が平均推力の向上に有効に寄与することを解析的に示した。
これらの周期制御パターンを含めたモーター周期制御時の旋回性能試験を実施した結果、連続出力時よりも旋回角速度は増加し、旋回半径は減少することを確認した。Duty比および噴射周波数に対する旋回角速度の増減の傾向は、モーター回転数から予測した推力比の結果と定性的な一致を示した。モーター周期制御による旋回性能は、本試験の範囲においてDuty比D = 0.33、噴射周波数f J = 1 s-1の条件が最も高く、連続出力時と比較して10 %以上の旋回角速度の向上が確認された。

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

プロペラの周期変動による操舵応答性の向上を実用化するために、電池推進船による操舵実験を行い、操舵性向上に必要な周期変動制御パターンを明らかにした。またそれらの結果は、下記講演論文及び学術論文により発表され、独自性のある学術的研究結果としてすでに社会的認知を受けている。
1) 田島宏一, 波津久達也, 清水悦郎, 大出剛, 賞雅寛而, ウォータージェットの周期制御による旋回性能の向上, 第84回マリンエンジニアリング学術講演会講演論文集, pp. 57-58, 2014.
2) 田島宏一, 波津久達也, 清水悦郎, 大出剛, 賞雅寛而, モーター駆動ウォータージェット推進船の周期制御による旋回性能の向上, 日本マリンエンジニアリング学会誌, 第50巻, 第3号, pp. 101-106, 2015.

今後の研究の推進方策

平成26年度の研究結果を踏まえ、１）得られたデータよりプロペラまわりの流動シミュレーションを実施する。またこれらの結果をもとに、２）推進方法における電気推進船の低速時の操船に最適な回転数－デューティ比の周期変動制御パターンを構築する。

次年度使用額が生じた理由

操舵応答能力向上のためのシミュレーションに必要なソフトウェアについて、メーカーに在庫がなかったため。

次年度使用額の使用計画

項目品については、平成２７年度前期に入手予定であり、シミュレーション実施については問題は無いと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] モーター駆動ウォータージェット推進船の周期制御による旋回性能の向上 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田島宏一, 波津久達也, 清水悦郎, 大出剛, 賞雅寛而
  • 雑誌名: 日本マリンエンジニアリング学会誌 巻: 50(3) ページ: 101-106
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] ウォータージェットの周期制御による旋回性能の向上 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田島宏一, 斉藤凜太郎, 波津久達也, 清水悦郎, 大出剛, 賞雅寛而
  • 学会等名: 第84回(平成26年度)マリンエンジニアリング学術講演会
  • 発表場所: 海峡メッセ下関（山口県・下関市）
  • 年月日: 2014-11-19 – 2014-11-21