2015 Fiscal Year Annual Research Report
荒天下における実船の変動トルクと操船限界の推定に関する研究
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15H04219
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| Research Institution | National Maritime Research Institute |
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Principal Investigator |
上野 道雄 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (60358405)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 良介 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (20711328)
塚田 吉昭 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (90425752)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 実船性能推定 / 波浪中変動プロペラトルク / 自由航走模型実験 / 主機作動制限 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自由航走模型実験によって実船の波浪中変動プロペラトルクを推定するためには、まず模型船の波浪中の船体運動を実船と相似にする必要があります。これを実現するためには研究代表者らが開発した補助推力装置と舵効き船速修正を利用することとしました。舵効き船速修正は補助推力装置を用いて模型船の舵効きと船速応答を時々刻々実船相似にする手法です。制御するのは補助推力と模型船のプロペラ回転数です。この舵効き船速修正で模型船の波浪中の運動を実船と相似にした上で、まず、トルク一致法で模型船のプロペラ有効流入速度を推定します。次に推定した模型船のプロペラ有効流入速度と計測した模型船の船速からプロペラ有効流入速度の中の波の成分を抽出します。次に、計測した模型船の船速に別途推定した実船の伴流係数を考慮してプロペラ有効流入速度の中の船速成分を推定します。前述の波の成分には尺度影響はないと仮定すると波の成分と実船の船速成分から実船のプロペラ有効流入速度を推定することができます。これが新しい実船の波浪中変動プロペラトルクの推定法です。
トルク限界およびプロペラ露出の影響に関する文献調査をおこないました。主機トルクの限界には、連続運転のための馬力制限や省エネを目的とした燃料投入量の制限、燃料の性状や気温・気圧などの気象条件を考慮しうるものや過給機の応答を含めたモデル化などが提案されていますが、本研究では基本的な連続運転のための馬力制限と過負荷の上限に基づく制限を上記舵効き船速修正に組み込む方法を検討しました。主機の特性が大きく変化する例としてプロペラ逆転の場合の模型船制御方法について主機モデルを簡単化して検討をおこない有益な知見を得ました。また、プロペラ没水深度の変化によるプロペラ単独特性の変化としてプロペラ露出の影響を考慮しうる手法の模型実験への適用の可能性について検討しました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度予定していた実船の波浪中変動プロペラトルクの推定手法の構築については、これまでに研究代表者らが開発・提案してきた補助推力装置と舵効き船速修正の活用によって理論の構築が完成したと考えています。過去の補助推力装置を使わない模型実験データを使った試行的な検証でもその可能性が確認できました。
トルク限界とプロペラ露出に関するモデル化に関しては予定の文献調査をおこなった結果、主機関係の詳細なモデルを考慮する場合はかなり複雑なモデルになってしまう可能性があることがわかりました。本研究で目指しているのは主機の特性の研究そのものではありませんので必要な要素に絞って目的に沿ったモデル化を実現していくつもりです。ごく簡単な主機モデルの適用例としてプロペラ逆転の場合の検討をおこなうことができたことは今後の自由航走実験技術の向上にとって意義のあるものと考えられます。また、連続運転の制限などごく基本的なエンジン特性に関しては、上述の舵効き船速修正の手法に組み入れる方法を考案しました。
以上のようにほぼ順調に当初の目標に向けて本研究を遂行しており、成果は随時論文等にまとめつつあります。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は3年の研究計画の2年目です。前年度に構築した実船の波浪中変動プロペラトルク推定手法が想定どおりに機能するかどうかを模型実験データによって検証します。前年度には過去の実験データを用いた検討によってその有効性を部分的にではありますが確認しました。使った過去のデータは補助推力装置を使わない実験だったため十分な検証はできませんでしたが、今年度は新たな実験の実施によってより詳細な検討を加えます。その上で問題点が見つかった場合は推定手法の改良に取り組みます。
トルク限界・プロペラ露出を考慮した主機モデルの構築に関しては、前年度の文献調査に基づき、トルク限界とプロペラ露出など本研究で考慮する現象に不可欠な要素のみを抽出して実用性を考慮したできるだけ簡潔な主機モデルの構築をおこなうとともに、水槽実験に適用可能なプログラム化をおこないます。そのうえで、この主機モデルを模型船に適用するための船載型データ計測システムを製作します。
実海域は多方向不規則波浪場です。研究代表者らは近年の研究で全周造波機を用いた水槽で多方向不規則波浪場を再現する技術を確立しました。この技術を活用して全周造波機を備えた試験水槽で荒天下の自由航走模型実験を実施します。小型模型船を使った自由航走実験のために低軸心の駆動モーターを製作してプロペラトルクの計測値をフィードバック制御することでプロペラ回転数の制御をおこなえるようにします。この自由航走模型実験で研究担当者らの開発・提案した補助推力装置と舵効き船速修正も併用することで模型船の荒天下の船体運動を実船と相似にするとともに風荷重を模擬する装置と全周造波機を併用した実海域気象海象再現技術の活用によって荒天下の操船限界と機関出力の関係を明らかにします。
上記を含めてこれまで本研究で得られた成果を積極的に発信していく所存です。
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Research Products
(2 results)
