能動型減揺装置を用いた船舶の横揺れ制御と動揺計算

Rolling Motion Control Using Actively Controlled Anti-Rolling System and Ship Motion Calculation

小池裕二（石川島播磨重工業（株））

Yuji KOIKE ,Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd

峯松宏之（石川島播磨重工業（株））

Hiroshi MINEMATSU ,Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co.,Ltd

Abstract

An anti-rolling tanks or fin stabilizers have been conventionally used for suppressing ship rolling. The anti-rolling tank system calls for a large installation space and is burdened with a considerable quantity of active water medium.

Moreover, its operation is set to a designated frequency, which cannot be adjusted to cover different ship rolling behaviors varying with the cargo loading condition. The finstabilizer, functioning on the lift generated by fins, cannot operate when the ship is not running and while the device is in action it generates additional drag against the ship's progress.

In order to eliminate the foregoing drawbacks, the actively controlled anti-rolling system has been proposed. It is an adaptation of the actively controlled mass damper system developed for suppressing the vibration of high-rise buildings and suspension bridge towers. The actively controlled type which is active and hybrid type has its moving mass connected to the ship through the medium of an actuator that controls the movement of the moving mass according as ship rolling detected by sensor. Moreover, the hybrid type has combines the active and passive types, with the connection between moving mass and ship provided in paralell by both spring-damper and actuator system.

In case of deciding the specification of actively controlled anti-rolling system, time history responses of rolling motion should be calculated for randam exciting moment force exerted by wave after formulating dynamic model in which control system is taken into account. It is important to generate the exciting moment force precisely based on wave conditions.

This paper discusses the control method of actively controlled anti-rolling system and rolling simulation with a view of designing of devices. Actual unit of hybrid type has been developed for survey supervising vessel of approximately 190 t. Tests at sea using the unit have been carried out and ship rolling has been attenuated to about 1/3. Good agreement was noted between measured data and theoretical calculation.

Key Words Ship, Rolling Control Anti-Rolling System, Ship Motion Calculation

1.はじめに

観測船、調査船などの船舶では、停船および低速航走 時の横揺れを低減する装置として、従来よりアンチロー リングタンク（以下、ARTと呼ぶ）やフィンスタビライザが用いられている。しかし、ARTは、通常、上甲板より上部に設置されることが多いため、船の後方への見通しが悪くなることや、一度設計するとタンクの固有周期が固定されてしまうため、船体の固有周期が変化した場合には減揺効果が著しく低減するなどの問題点がある。また、フィンスタビライザは、航走申の減揺を目的としており、作動時には速力低下の要因となる。

このような問題点を改善するため、筆者らは、能動型減揺装置を提案している1）。減揺装置には、アクチュエータを用いる能動型と用いない受動型がある。Fig.-1は、その力学モデルを示したもので、減揺力を発生させる要素により受動型のパッシブ方式と能動型のアクティブ、ハイブリッド方式の3方式に分類される。従来のARTは、（a）のパッシブ方式に相当し、固有周期に等しいばねおよび、減衰要素で構成され、船体動揺に対し動力学的原理により可動マスが自然に運動することで減揺効果を期待する。一方、アクティブ、ハイブリッドの両方式（同図（b）、（c））は、いずれもセンサで検出した船体横揺れ信号に基づき、可動マスをある決められた制御則でアクチュエータ制御するもので、高層ビルや橋梁主塔では制振装置として実用化されている2）。この方式だと可動マスの運動が制御できるので、船体の動揺特性の変化に対しても有効であり、また、過大ストローク時のエンドヘの衝突防止や波浪状況に応じた適応的な稼働が可能となる。また、船体動揺の制御を対象とした場合は、陸上構造物に比べ、船体そのものの

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