■事業の内容
本事業は、小型高速艇の性能向上に関し、船型・アペンデージ・空気流体力、船体運動、気象・海象、データベース、材料・構造の各分野におけるあらゆる技術開発課題をコンピュータ等最先端技術を駆使して、アカデミック、かつシステマティックに調査研究し、最高効率の艇の設計手法を確立することを目的として実施した。また、この研究中に得られるデータ等の成果は、高速高性能帆船の世界的レースであるアメリカンズカップの挑戦艇の最適設計に大いに寄与できるものであり、かつ、実船実験をとおした研究成果の検証の場として大いに利用できるものであるので、技術協力を行いつつ本事業を実施した。
(1) 最適セーリングシップの設計コンセプトの整備
各技術開発課題つき、最高効率の艇の設計手法の確立に係る調査研究を効率的かつ集中的に実施するため、「AC(Advanced Craft)技術委員会」を設置するとともに、各技術開発課題毎に宮田秀明東京大学工学部教授をジェネラルコーディネーターとする6つの分科会((プロジェクトチーム)を編成し、それぞれ作業を行った。
[1] 船型・アペンデージ
波浪中のバルブ及びウィングの性能開発など、一部船体運動チームと共同で行ったが、船型及びアペンデージに関する多数の数値解析と水槽風洞試験等を行い、直接新船型の設計へ接続する研究開発を行った。
a. 新船型のCFD開発
J-X1艇の船型開発においては、LCBシリーズを中心に設計を行いほぼ最適なCpカーブを得た。よってJ-X2艇では、幅、フレームラインや側面等の変化を中心として設計を進め、全部で4つの船型を設計した。
b. 船型試験
J-X2艇用として設計された船型の性能データを得ることを目的に実施した。
水槽試験は新たに設計された1/7模型を用いて、100m水槽にて2回に分けて行った。
第1次試験ではJ-X2艇用船型の基本的な船型の絞り込みを行い、水面下の形状を決定した。第2次試験では、よりアップライト性能の改善とヒールの影響を考慮して、第1次試験で最適化された船型に対しウォーターラインとフレームラインの変更を加えたJ-X2艇用船型と修正J-X1艇船型の2隻について性能確認試験を実施した。また、タブ&ラダー(タブシステム)、キール&ラダーの2種類のキールシステムの評価と最適帆走状態を検討するため、J-X2艇用船型に対してアペンデージ付きLHTを実施した。
今回の船型試験によって、J-X2艇用船型開発において造波抵抗、ヒール及びリーウェイ影響を考慮した船型の最適化が実現された。また、J-X2船型開発に用いたCFDの設計ツールとしての有効性が確認された。
c. バルブCFD設計
バルブの設計に関して、ポテンシャル計算と境界層計算を組み合わせた計算を行ってきたが、2次流れの無視できないものや、剥離を伴うものなどには、適用不可能である。そこで、非圧縮粘性流れを計算できるWISDEM-V法をバルブ開発のツールとして用いた。
バルブ設計のプロセスとしては、まず、2次元の対称翼型を、その対称軸まわりに回転させた回転体を基本形として考え、そこから目的にあった形に変形させていった。最適なバルブの特徴は、重心が低く、抵抗値が小さいものである。しかし、これらは一般的に相反する特徴であり、ここではそれぞれの特徴に重点を置き、B1からB10までの10タイプのバルブ設計を行った。
d. バルブ強制動揺試験
4種類のバルブについて3種類の強制動揺を受けた場合の抵抗を計測し、直進時のそれと比較することによって各々の動揺抵抗増加を調べた。また、1種類のバルブについて後端部のウィングを取り付け、同様の動揺試験を行い、ウィングの効果を調べた。
e. キール風洞試験
本試験の目的は、計画書段階においてTK1(流層型)TK2(乱流型)の2種類のバルブをタンデムキールに使用し、その特性比較を行うことであったが、諸々の事情により、特性比較は可視化試験のみを用いて行い、流体力比較試験はTK1に関してのみ行った。しかし、試験途中において試験装置に問題が発生し、流体力比較試験のデータは一部しか得られなかった。試験は、マツダ風洞にて行った。
f. その他試験
キール・バルブシステムの最適化を図るため、随時水槽試験や波浪中抵抗増加比較試験等を実施するとともに、必要に応じてパネル法解析を行った。
g. ウィングの設計
これまでの実験結果により、高揚力時においてウィング付きキールの方が陽抗比が良くなることが確認されたため、ストラットの循環による影響、リーウェイ変化による船体の抵抗減少、リーウェイ角によるバルブの抵抗増加等を考慮しつつ抵抗推定を行い、ウィングサイズの最適化を検討した。
[2] 空気流体力
a. 1/2実験Tによる実船実験
本分科会の主な目的である弾性セールの空力特性解析プログラムの開発にとっては、計算と実船試験の比較検討が不可欠である。よって、模型試験では測定できない力や運動を計測するとともに、数値計算結果を検証することを目的として、実艇の1/2スケール空力実験艇を製作し平成6年6月より11月まで海上試験を実施した。実験艇の総稼働日数は延べ100日、海上実験日数は49日であった。
実験期間と内容は概ね以下のとおり。
・ 6月5日〜7月11日:クローズホールド(メイン+ジブ)、クォータリー(メイン+スピン、ジェネカー)の定常帆走実験
・ 8月29日〜9月16日:クローズホールド、クォータリーの定常帆走実験
・ 10月2日〜10月11日:クォータリーの定常帆走実験
・ 10月21日〜10月26日:クォータリーの定常帆走実験
・ 11月3日〜11月21日:タッキング操縦性能試験
(a) セール流体力計測
イ. 高さ方向風速分布
実験海域である能登半島七尾湾北湾における、高さ方向の風速分布を海面からの高さ16.5m(マストトップ)、10m、6.7m(セール風圧中心(CE)高さ)の計測を行った。
ロ. クローズホールド計測
AC実艇のセール形状を参考にして、最適上り角性能(VMG)を探索した。つぎにこれらのセールトリム状態からキャンバー、ツイストを系統的に変化させて、力とモーメントの変化を測定した。この計測では、推進力のピーク(対水速度)、ヨーモーメントの変化、ヒールによる影響などを調べ、同時にCCDカメラを用いてセール形状を撮影した。この測定結果は、セールメーキングとセールトリムにより直接反映されたほか、VPP(帆走性能推定プログラム)用のより精度の高いセールデータとして用いられたとともに、セール流体力の数値計算のバリデーションとして用いられた。
ハ. クォータリー
クォータリーはメインセールとスピネーカー4種類、及びジェネカー5種類を用いて行い、セール最適形状を模索した。
(b) セール形状計測
マストトップ、フォアステートップ、ブームに取り付けた計6個CCDカメラよりメインセールとジェノアを撮影記録し、これを画像処理してセールキャンバー形状とツイストを計測、数値化した。これらの値は数値計算の入力用のデータとして使用した。
(c) タッキング操縦運動計測
非定常セール流体力の中で重要な解析対象として、タッキング中の流体力変化について計測を行った。この結果、タッキングの良否が上り性能に重要な影響を与えることが確認された。
b. セール流体力計算
(a) 計算方法
計算方法としてVortex Lattice法を用いた。
(b) 1/2実験艇のセール流体力
AC艇の1/2スケール実験艇による実船実験において、セール形状及びセールに作用する流体力が計測された。ここでは計測されたセール形状を入力データとして、アップウィンド状態にセールに作用する流体力を計算し、計算プログラムのバリデーションを行った。結果を総合してみると、ここで用いたセール流体力計算プログラムによる結果は、定量的に若干の差があるものの、定性的には実験結果とよく一致しており、実際のAC艇のセール性能推定に対して、十分有効であることが確認された。
(c) セール性能のパラメトリックサーベイ
セール形状の最適化や新しいセールの開発については、セール性能のパラメトリックな計算が必要となる。ここでは、AC艇用セールの標準形状を定め、セールパラメトリックを変化させ、それぞれの性能を計算し、性能の優劣を比較した。
[3] 運動性能
a. 波浪中船体運動及び抵抗増加の理論計算
JN24(J30)、JN25(J26)2つの船型に対して、Unified Theoroy・Strip Methodを用いた波浪中船体運動及び抵抗増加の計算を行った。さらに、これらの船型に対し、運動の連成復原力係数、及び減衰力係数を変化させた計算も行った。これにより慣動半径は小さく、ヒーブの減衰力を同調周期数域付近で大きく、さらに浮面心を後方にして連成運動を大きくすることによって、波浪中抵抗増加を低減できることが確認できた。さらに今後は、初期設計段階より波浪中抵抗増加も考慮に入れた船型開発を行っていくためには、水線面より上のフレア形状、ヒールすることによる非対称性、セール・キール等の付加物の影響を取り入れ、より厳密な計算方法を確立した上で、系統的に様々な船型に対する計算を行って、波浪中抵抗増加を低減させる船型要素を明らかにしていく研究が必要であることも確認できた。
b. 水槽試験
(a) 波浪中試験
向波・斜波・追波中における波浪中性能を明らかにするため、JN24(30)・JN25(J26)・JN32(Tandem)の1/7模型に対して、2種類の計測方法を用いた曳航試験を行った。これにより波浪中抵抗増加を、波漂流力による抵抗増加分と、方位を保つために操舵することによる抵抗増加分とに成分分離することができ、それらを定量的に把握することができた。また、タンデムキールや曳航点の差異による保針性能も明らかになり、ここで得られたデータが、J-X2の設計に大きく反映されることとなった。
(b) 高速旋回試験
JN24・JN25の1/7模型の高速旋回試験を行い、船型差による旋回中の流体力を明らかにした。
(c) 舵単独試験
IHI技術研究所にて舵の単独試験を行い、揚力・抗力を調べる事により、舵の流体力特性を明らかにした。
(d) 強制動揺試験
強制動揺装置を用い、動揺中のバルブに働く流体力を調べるとともに、その後端にウィングを取り付けることによる流体力変化を調べた。その結果、動揺中にウィングが推力を発生し、抵抗を減少させる働きがあることが明らかになった。また、理論計算結果の検証を行うためにJN25(1/7模型)の船体強制動揺試験(ヒーブ)も行い、流体力の計測を行った。さらにタッキングを模擬したヒールも含めた強制運動を船体に与え、タッキング中に船体に働く流体力の計測が可能であることの確認を行った。これは今後、タッキングのシミュレーション、タッキング中の流体力の研究にあたっては大いに役立つものと考えられる。
c. 船体運動計測実船実験
実海域における旋回性能・波浪中運動性能を明らかにするため、J26艇、J30艇の2隻に加速度計・ジャイロ・DGPS等の運動計算装置を搭載してピッチング・ヒービング・ヨーイング及び船跡等の計測を行った。また、前後トリムを変える、インナーバラストを集中させる、慣性モーメントを変える、ウィングを取り付ける、といった艇の状態の変化が、運動性能にどのように影響するかをスペクトル解析等を実施することにより分析を行った。また、船型による波浪中船体運動の差の評価も行った。これにより、トリム変化によって旋回性能が変わることが確認され、船首形状が旋回性能・波浪中保針性能を大きく左右するこがわかり、船型開発に活かされることとなった。
さらに、J41艇にウィングを取り付け、それがタッキング運動にどのように影響を与えるか調べ、ウィングによるタッキング中の艇速の低下が抑えられるという結果が得られた。
d. 実海域における船体運動及び抵抗増加の推定
不規則波中における抵抗増加の平均値は、抵抗増加が波高の二乗に比例するとすると規則波中抵抗増加の値を重ね合わせることによって与えられることが既に示されている。また、波高を変えた波浪中水槽試験も行い、AC艇の抵抗増加が波高の二乗に十分な精度で比例することの確認も得た。そこで、エンデコ・ブイからの波スペクトルと水槽試験から得られた斜波も含めた抵抗増加応答関数を用いることにより、不規則波中における抵抗増加の推定を行った。推定値は波スペクトルの大きさや入射角に応じて変化することが定量的に見積もられ、定常水槽試験結果では説明できなかった、実艇との性能差及び船型による性能差を明らかにすることができた。
e. ウィングによる波浪中抵抗増加の低減
強制動揺装置を用いたバルブの強制動揺試験より、水平翼を取り付けると動揺中の抵抗は減少するという結果が得られた。これは、動揺中のバルブから発生する複雑な渦に対する整流効果が働いたとも考えられるが、動揺することによる翼に対する流れの流入角の変化によって、発生する揚力が前進方向に働いていることが主たる原因であると考えられる。さらに、この推力を有効に利用することができれば、波浪中抵抗増加を低減することが可能であると考えられる。よって、東京大学にて1/7模型JN25(J26)にウィングを取り付けた波浪中試験を行い、ウィングにより波浪中抵抗増加を5〜20%低減させることが確認された。バルブの先端・中部・後端に取り付けたそれぞれの場合についての計測を行ったが、バルブの先端に取り付けた場合が最も低減量は大きかった。これはピッチとヒーブの相位関係によるものと考えられ、Strip Methodと準定常揚力理論とを合わせた数値計算結果と一致したものであった。ただし、これらは規則波中における結果であるため、不規則波である実海域中で、どれだけ推力を発生するのであるかについて検討を行った。その結果、想定したサンディエゴ沖の海象では有効に働かないという結論を得たが、この海域と比較し、高宗派寄りで波高の高い海域、もしくは船体運動の応答のピークが低周派寄りの船に対しては、十分有効に働くものと確認された。しかしながら、実験及び計算の手法、ウィングの大きさ・迎角・取り付け位置・剛性に対する最適化など今後の課題が明確になった。
f. 船体運動計算(操縦関係)
ヒール運動も含めた三次元操縦運動方程式をルンゲ・クッタ法による解析を用いて解くシミュレーション・プログラムの作成を行った。定常水槽・風洞試験から得られた流体木を外力項として入力し、拘束旋回試験・強制動揺試験などの非定常試験から得られるデータを微係数として入力することにより、旋回性能の評価を行うことのできるものである。しかし、現時点では非定常の試験や数値計算、特にセールスに関する非定常問題に関しては、研究も進んでいないことや、運動方程式にも未解決の部分が残されていることもあり、完全なシミュレートを行えるところまではいかなかった。また、上記とは別にニューラルネットを利用し、実船計測データを教授することによってタッキング運動を同定し、シミュレートすることを可能とするシステムの開発を行った。
[4] 気象・海象
実海域における過去の気象・海象条件を整理・解析し、高性能艇の設計、帆走時の操船技術の向上等に資するため、以下の項目を実施した。
a. 空港風速からAC艇風速への変換
サンディエゴ空港とエンデコブイ、エンデコブイとAC艇の風速の相関をとり、空港の長期データを艇C艇マストトップに相当する風速に変換した。また、変換後の風速について時間別の出現頻度を求めた。
(a) 調査対称
・ サンディエゴ空港
海上のデータが限られた期間しか存在しないことから、陸上データとしてサンディエゴ空港の風向・風速データ約12年分(1983年1月〜1994年5月)を収集し、解析の対象とした。
・ エンデコブイ
海上データとしては、レース海域に設置されたエンデコブイにより得られた風向
・ 風速データ(風速計の位置は海面上2.0mm)を使用した。解析の対象とした期間は、1992年1〜5月、1993年4〜6月、1994年1〜3月である。
・ AC艇(マストトップ)
海上風の鉛直分布(Wind Gradient)を評価するため、AC艇のマストトップ(35.5m)で得られた風速データを使用した。使用した期間は1992年1・2月である。
(d) 調査方法
・ 空港風速からブイ風速への変換
10〜18時で空港・エンデコブイともデータが存在する時刻を抽出し、風向20°毎に空港風速-ブイ風速の散布図を作成するとともに、両者の相関式を求めた。相関式は1次式と2次式を求め、より実用的と思われる方を採用した。これを用いてサンディエゴ空港の風速をエンデコブイ相当の海上風速に変換した。
・ ブイ風速からマストトップへの変換
べき法則を使用した変換式をもってエンデコブイ相当に変換された空港風速をマストトップ相当の風速に変換した。
・ 変換後の風速データの基本統計量・時間別出現率の算出
マストトップ相当に変換した風速データから月別(1〜5月)・時間別(12、14、16時)に基本統計量、風速出現率を求めた。
b. エルニーニョ年の風速出現傾向
エルニーニョ年、ラニーニャ年、それ以外の年及び平年値との間で風速の平均、標準偏差を比較した。
(a) 調査対象
対象としたのは、サンディエゴ空港の毎時風向・風速データ12年分(1983年1月〜1994年5月)である。ここでは1〜5月の12〜16時のみ使用した。解析にはAC艇のマストトップに相当する風速値に変換したものを用いた。
(b) 調査方法
気象庁の資料により月毎にエルニーニョ・ラニーニャ・その他を分類し、これらの年と全12年について月別平均風速と標準偏差を求めた。その結果、平均値で比較するとエルニーニョ年はその他の年に比べて2・3・5月で1.0〜1.7kt大きい値となり、1・4月はほぼ同じであった。標準偏差は1〜3月で0.7〜0.9kt大きく、4・5月はほぼ同じレベルであった。
c. 波浪データの基本統計量
エンデコブイの波浪データから波高・周期の出現率を求めた。
(a) 調査対象
エンデコブイにおいて観測された波浪データを用いた。このデータは2時間または3時間毎に観測されており、有義波・最大波等の波高・波向・周期・頻度等が得られている。ここでは有義(1/3最大波)の波高・周期のデータを用いて解析を行った。
(b) 調査方法
有義波の波高・周期それぞれについて月別・年別の最大・最小・平均・標準値を求めた。波高は年によるばらつきが大きいが、平均値は1.4〜4.5ftの範囲にあった。
d. 風向・風速の変化傾向
エンデコブイの風向・風速について異時刻間(風向については12時対13時:13時対14時、風速については12時対14時)の相関を求め、レース時の風向のシフト傾向、風速の変化傾向について検討した。
(a) 調査対象
風向・風速ともレース海域に設置されたエンデコブイにより得られたデータを使用した。解析の対象とした期間は1992年1月〜5月、1993年4〜6月、1994年1月〜5月である。データは毎15分値に整理したもののうち、毎正時のものを使用した。
(b) 調査方法
・ 風向変化
レース中の風向変化を予測することを考慮し、12時対13時及び13時対14時の風向について解析した。横軸に12時または13時、縦軸に13時または14時の風向をとって散布図を作成するとともに相関式を算出してシフトの傾向を検討した。
結果は、風向についてはかなり良い相関が得られ、270°付近を北寄りの場合は左に、南寄りの場合は右にシフトしていずれの場合も西へ振れるという傾向となった。12時対13時の分布と13時対14時の分布とではシフト傾向に大きな差は見られなかった。
・ 風速変化
風速についてはレース中の最大風速の予測を考慮し、12時対14時の変化について解析した。ただし風向による差を考慮して、0、90、180、270°を中心とする4方向に分け行った。横軸に12時、縦軸に14時の風速をとって散布図を作成し、相関式を求めた。
分布は右上がりの傾向を示したが風向に比べ分散が大きかった。南風の場合の相関直線の傾きは西風の場合よりも大きくなった。つまり西風は南風に比べて風速の変化が小さい傾向を示した。特に10kt以下の弱い西風の場合、2時間後には風速が強まる傾向が顕著であった。
e. 陸上-海上の気温差と海上風速との関係
海力風の特徴をとらえるためエンデコブイと空港における気温差(10時、12時)とエンデコブイの風速(10、12、14時)との相関を年別に求めた。
(a) 調査対象
陸上の気温データとしてサンディエゴ空港の毎時の気温を用い、海上の気温データはエンデコブイの毎時の気温を使用し、これらの気温から陸上と海上との気温差を求めた。風速データとしては、エンデコブイの毎時風速データを用いた。
(b) 調査方法
12時の陸上気温から同時刻の海上気温を引いたものと横軸にとり、13時・14時の風速を縦軸にとって散布図として表現した。結果として、ほとんどの場合データの分布は団子状となり明確な傾向は見られなかったが、1992年の12時の気温差と14時の風速とのグラフでは右上がりの分布が見られ、場合によっては両者に正の相関がみられることが示された。
f. 天気図のタイプ分けとタイプ別風向出現傾向
天気図をもとに気圧配置のタイプ分けを行い、5種類のタイプに分類した。さらに天気図のタイプ別に風向きの出現頻度を求め、最多出現風向についてシフト傾向を検討した。
(a) 調査対象
天気図としては、NOAA発行のDairy Weather Maps、Weekly Seriesの1992〜1995年、1〜5月分を用いた。この天気図は全米の気圧配置(風向・風速を含む)、高層天気図、降水状況等をまとめており、東部標準時間の7:00AM時点のものが毎日作成されている。
(b) 調査方法
・ 天気図の分類
主として風向の変化との関連を見るために高・低気圧とサンディエゴとの位置関係を基に天気図のタイプ分けを行った。さらに分類した天気図の各タイプの月別出現率を算出した。
・ タイプ別風向出現頻度
上記で分類した各タイプについて12時の風向出現頻度を求めた。
・ タイプ別・風向別の風向変化傾向
分類した各タイプについて、横軸に12〜13時の間の風向変化量を、縦軸に13〜14時の間の風向変化量をとってデータをプロットした。
[5] データベース
a. 実船計測システム
数値シミュレーションや水槽試験を駆使して、設計されたAC艇の最終評価は:実艇試験にて行われた。競技海面における波浪中での運動はどうか、ヨーバランスはどの程度かなど、研究段階で完全に把握できない部分の調査と、レース艇としての帆走性能は十分かなどを2ボートによる比較帆走試験を中心に行った。これらの評価を科学的に行うため、信頼性のあるデータ収集分析システムが必要であり今回その構築をNCAC(ニッポンチャレンジ)と共同で行った。
b. 比較航走試験
1995年4月よりJ26艇とJ40艇による460本の比較航走試験を行い、試験条件の変化により勝敗はどう変わるかを調べ、変動要因を分析した。その結果、操縦者(スキッパー)によるばらつきが大きく、風下艇が有利であること等が確認された。
c. J30艇船体強度、剛性評価試験(材料・構造チーム合同)
J30艇は斬新な構造様式を取り入れ、大幅な軽量化を実現した。外力を明確にし、構造解析による強度確認を行い、ぎりぎりまで軽量化を図っている。よって艇体、キール回りの主要構造体の応力を測り、構造上予期せぬ問題が起こっていないかを調べた。
(a) 試験方法
船体の42カ所に歪ゲージをはり、歪アンプをとおし、デジタルデータレコーダに記録し、試験終了後データアナライザーで波形解析を行った。試験状態は以下のとおり。
・ マストコンプレッションなどをかけない無負荷状態
・ マストコンプレッションをかけた出航状態
・ 波のない湾内での帆走状態
・ 波のある外洋での帆走状態
(b) 試験結果
バルクヘッドのコーナー、Iバルクヘッドのデッキ貫通部、ラダーシャフトに他より大きな歪が計測されたが、カーボンファイバーの破断限度に大して10〜14%程度で、強度的問題はなかった。また、船体たわみについては、J26艇に対し20%以上のたわみになっていた。
d. 波浪中における船体運動の実船計測
J26艇、J30艇の波浪中の縦運動とヨーイングを計測し、船型差による運動の違いを調べ、それが性能にどう影響するかを調査した。帆走性能については通常のデータ収集装置を使用し、波浪については、海上に設置されたエンデコブイのデータを使用した。
e. 帆走性能推定プログラム(VPP)
風の力をセールで受けて帆走するヨットは、水面上の風の力に見合うだけ、ヒール、横流れしながら前進する。定常状態の帆走速力を推定するには、これらの力の釣合を考慮しながら解析しなければならない。従来よりVPPと呼ばれる速力推定プログラムがあるが、今回はヨーバランスを考慮したより推定精度の高いプログラムを開発した。開発にあたってVPPのべースとなる各要素のモデル化(ハル、キール、ラダー、セール)については、模型を使った水槽・風洞試験で得られたデータを使用した。
[6] 材料・構造
J30艇の構造評価を行うとともに、J41艇の構造を最適化し、剛性や強度条件を保ちつつ、できる限り軽量で信頼できるものとすることを目的に以下の項目を実施した。
a. 構造材料の適合試験
J41艇に用いるハニカムコア材、接着フィルム及び塗料を調査し、その適用仕様を決定した。
(a) 接着フィルム
プリプレグとハニカムコアとの接着などにフィルムを適用することを検討するため、硬化条件、作業性、引張り強度、他材料との相性等適合試験を行った。結果として接着フィルムの採用は見送り、J41艇では現行のパテ仕様をより軽量化して施工することとした。これは、プリプレグ、樹脂などの材料の組み合わせが重要であり、単に種々のメーカーの材料を寄せ集めても必ずしも構造上十分な信頼性や強度が得られないと判断されたからである。
(b) ペイント
仕上がり(表面粗度、ピンホール等)、乾燥時間、取扱い易さ等について検討した。
(c) トウタング構造
材料だけでなく、構造としてトウタングを利用することも検討した。これはフォアステイやランナーステイに用いて軽量化と強度の向上を図るためである。
b. ラダー最適化設計
流れ解析と構造解析を連成し設計の最適化を図ることを目的に、渦格子による圧力分布・作用力計算と有限要素法による構造強度・変形計算をするためのインターフェンス・プログラムの開発とその適用を行った。
c. 艇体の構造設計及び解析
艇体の構造解析は前年度行った際の解析手法及び要領と同一のものを使用した。この解析によって、ハル、デッキ、ロンジ、バルクヘッドなど構造部材の積層構成や形状など、各々の詳細な構造設計を行った。また、静的な異方性積層材料の剛性・強度解析ばかりでなく、固有値解析による座屈解析なども行った。
d. 艇体強度及び剛性の検証
帆走中のJ30艇に発生した艇体の破損事故の原因究明と対応策を検討するとともに、J30艇及びJ41艇の帆走状態における構造各部に生じる歪を実測し、構造解析結果を検証した。
(a) 縦たわみ(デフレクション)測定
風上側ランナーに荷重を加え、ヘッドステイ荷重をロードセルにて測り、艇体の縦たわみを測定。
(b) 歪計測
解体各部(2時接着部分、新規部品、主要バルクヘッド、艤装部品)における歪をストレイン・ゲージを用いて測定。
さらに構造上のトラブルを未然に防ぎ、発生した場合にも対応を的確に行い、再発の防止に務めることを目的とするダメージプロテクション活動について検討しとりまとめた。
・ ダメージプロテクション活動の概要
・ 活動体制
・ 危険要因表に基づく現象の把握、発生原因の分類と重要度チェック
・ 異常探知、チェック方法
・ 記録(報告書、課題メモ)方法
(2) 海外調査
技術協力を行っているニッポンチェレンジのべースキャンプ(米国:サンディエゴ)において技術部会を開催するとともに、競技(レース)開催時に合わせ訪問し、実戦での他国最新鋭艇との比較検討等を行った。
・ 第1回 平成6年5月10日〜13日
第9回技術部会開催
・ 第2回 平成6年10月18日〜23日
「IACC世界選手権」準備、名誉委員長現地視察
・ 第3回 平成6年11月1日〜7日
「IACC世界選手権」参加、第13回技術部会開催
・ 第4回 平成7年1月11日〜17日
「ルイ・ヴィトン・カップ(挑戦者決定シリーズ)」参加
・ 第5回 平成7年3月18日〜22日
「ルイ・ヴィトン・カップ、セミファイナル」参加
■事業の成果
本事業は、造船技術の基本にたちかえって、小型高速艇等の性能向上に関するあらゆる技術開発課題をコンピュータ等最先端技術を駆使して、アカデミックかつシステマティックに調査研究し、最高効率の艇の設計手法を確立することを目的に実施したものである。我が国がこれまで積極的に行うことのなかったこの種の調査研究を効果的かつ集中的に実施するため各技術開発課題毎に6つの分科会(プロジェクトチーム)を設置し、それぞれ専門的な作業を行い、その具体的な成果として、世界最大のインショアヨットレース「アメリカンズカップ」に挑戦するニッポンチェレンジ艇の設計に関して技術協力を行った。新しく開発された艇は当初目標どおり前回優勝艇より数パーセントの抵抗減により格段の効率アップを図ることができたが、ヨット先進国であるニュージーランドやオーストラリアの参加艇はそれより数段速く、レースは参加7艇中4位という結果であった。しかしながら本事業を実施した結果、以下の成果が確認された。
[1] CFD(計算流体学)設計技術の確認を実艇にて行ったので、同じCFD技術の商船等への応用可能性が明らかになった。
[2] 非対称船(ヒール時の帆走艇)まわりの流れと流体力を明らかにする実験技術、CFD技術等を向上させたので、操縦運動中の船舶等の評価に使える技術に応用することができた。
[3] 動的な問題に対する実験的、数値的方法における非線形性の重要さを明らかにしたので、特に耐航性研究の新しい方向性を示すことができた。
[4] これまで一般的なヨット、モーターボート等の設計はかなり経験的で実績ベースてあったが、理論的な設計法の骨格を作ることができ、今後の利用に役立てる基礎資料となった。
これらは将来の我が国造船業の技術開発に広く波及効果をもたらすものと思料される。
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