■事業の内容
(1) 副部特性推定法に関する現状調査
前年度の文献調査結果から推定法の整理を行い、副部抵抗を具体的に分離・外挿するための手法を従来法の中から選定した。
7m模型船の試験結果について、数種の従来法により副部抵抗の外挿を試み、文献調査による別の組立計算結果と併せて評価を行った。
(担当場所:三井造船昭島研究所、石川島播磨重工業)
(2) 副部低抗に関する尺度影響及び分離計測の研究
[1] 相似模型のシリーズ試験
前年度に作成した7m模型船の線図を基に4m模型船用の線図を作成し、この線図を用いて4mの木製模型船を製作の上、抵抗試験を実施し、また尺度影響を調査研究するため7m模型船の抵抗試験を再度実施して解析を行った。7m模型船については前年度実施の計測結果と併せて解析を行った。
(担当場所:船舶技術研究所)
[2] 副部抵抗分離計測
7m模型船でボッシング、シャフトブラケット及び舵の3種の副部抵抗を、模型船に取り付けた3分力計を用いて3方向(X、Y、Z)の抗力をそれぞれ計測し、データを解析した。
(担当場所:船舶技術研究所)
(3) 副部周りの流れの研究
[1] 流場の実態把握実験
前年度と同じ7m供試模型船について、前年度計測を補完するようにプロペラボッシング及びシャフトブラケット周りの詳細な流場計測とタフト法による流れの可視化実験を実施し、解析を行った。その結果、前年度実施の計測結果と合せて、2軸船の副部周りの流れの状況が把握できた。また、参考のために、副部無しの状態についてのポテンシャル流場及び境界層計算を実施し、計測結果と比較した。
船体への取付け角度が異る2種類のブラケット付の2.5m2軸模型船の抵抗自航試験、プロペラ面伴流計測及び直径60mmの左右回転プロペラ2個の単独試験を行い、データの解析を行った。
ミルク塗膜法を使って、小型模型の船尾付近の限界流線を観察した。その結果、ブラケットの有無による壁面摩擦応力の違いを明らかにすることができた。
また、副部の部分模型を使って、ブラケットの形状やブラケットの取り付け角による流場の違いを、ミルク塗膜法によって観察し、小型5孔管による流場計測を実施した。さらに、従来の部分模型とは若干異る模型(2枚の翼を組合せた模型やボッシング模型など)による流場観察実験を行うとともにミルク塗膜法による可視化実験で観察される流線と流場の関係を調べた。
(担当場所:三菱重工業、九州大学、大阪府立大学)
[2] 副部周りの抵抗特性評価法
グローバルな保存性をもつNSソルバーによって、副部無しのSR213船型周りの流れを計算した。計算結果を内挿して、ボッシング・シャフト・ブラケット・舵などの副部位置の流速分布を求めた。また、単一格子を用いてボッシング付き船型周りの流れの計算を行った後に、マルチブロック格子による本格的な副部付き船型周りの流れの計算を行い、実験結果と比較的よく一致する結果を得た。
副部周りの流場はタフト法で計測し、流れの様子を写真撮影した。
平板上に置かれたストラット周りの流れを数値計算し、抗力係数のスパン方向分布を求めた。一方、ストラット表面圧力の計測を行い、計算結果の検証と共に、平板の影響について検討した。いずれも迎角ゼロ及び迎角5°について実施した。
(担当場所:船舶技術研究所、広島大学)
[3] 部分モデル抗力計測及び流れの計算
回転体まわり及び船体まわりの粘性流計算法WISDAM-Vを改良し、レイノルズ数5,000〜1,000,000の範囲で平板上翼型のシミュレーションを実施した。CGによる可視化により翼後方の平板近くに複雑な3次元流れが発生することなどが明らかになった。
平板上に置かれた翼型周りの流れの計測を行い、ストラットの影響を調査した。また、平板と円弧型ストラットとの結合部周辺の流場について数値計算を実施した。その結果、首飾り渦の発生とそれによる平板上の剪断応力の増加、ストラット後半部の特異な3次元剥離流れ等が認められた。
シャフトブラケットをモデル化した平板と翼型ストラットとのジョイント物体周りの流れに対して、新方式の格子分割と最適差分スキームを用いて、NS方程式を解き、速度分布、圧力分布、剪断応力及び抗力を求めた。
(担当場所:東京大学、大阪大学、横浜国立大学)
(4) 副部特性の推定精度向上の方策の検討
[1] 副部単独抗力の推定法
副部単独抗力組み上げ手法を構築するために、副部流入流場、副部構成要素を考慮して副部単独抗力の計算方法及び計算結果の比較法の検討を行った。
また、本推定法構築に必要な基礎データを得るために、船体及び各種副部抗力の試計算を行った。さらに実験データとの比較を行い、手法の妥当性を調査した。
(担当場所:川崎重工業、日立造船、日本鋼管、住友重機械工業)
[2] 主船体干渉抗力の推定法
7m模型船の副部有り・無しの抵抗試験及び副部抗力の計測結果を利用して、主船体干渉抗力を抽出した。また、設計ツールの一つとして、簡便な理論計算(ポテンシャル計算、境界層計算)を利用した実用的推定法を検討した。
(担当場所:石川島播磨重工業、三井造船昭島研究所、三菱重工業)
■事業の成果
フェリーや客船など多軸船において、ボッシングやシャフトブラケット等副部系の抵抗が船体抵抗に与える影響は大きく、その船型計画や推進性能向上にとって重要な要素となっている。本研究は、従来の水槽試験を主体に最近の流体力学的解析手法も利用して、副部系周りの流れを調べ、干渉影響の検討を行って副部抵抗をより精度よく推定する方策を見出そうとするものである。
本研究の2年度目における成果として、前年度に実施した文献調査の検討結果に基づき、従来の相似模型船の水槽試験結果から推定する方法、及び副部個々の抵抗を計算で推定する方法とを用いて、実船相当まで外挿ができる算式を導き出すことが出来、それと実験との比較評価等から従来の手法の問題点が明確となった。これは以下の各項目の実施上有効なものとなった。
副部抵抗に関する尺度影響の研究においては、前年度実施の7m模型船と今年度実施の4m模型船との水槽試験結果の比較により、多くの知見を得、各種副部の有無による尺度影響の差が得られた。
副部の分離計測、及び副部周りの流れの研究の両者は大きな関連があり、前者で得られた副部に生じる流体力と、後者で得られた可視化された流れの状態や理論的な圧力分布とその積分値等とを比較検討した結果、複雑な流れの詳細構造がかなり明らかとなり、副部の形状要素に基づく流体力の変化や船体との干渉の模様を説明できる見通しが得られるものと思料される。
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