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‑0. ‑0.5 15
O.
F O
‑20.
0.0 0
‑5.0 ‑15
I (b) Tirne histories ofxo，Yo，ψ
τX'τy (ton) てxτ;;(ton m) 60.仏 「一一、 一一一一一 :τy r 2000.0
‑25
‑25 ‑15 ‑5 5 15 25 Yo (m) (d) Trajectory of the offshore platforrn
O. 0.0
‑60. ‑2000.0 (c) Time histories ofてX'τY'τz
Fig.3:‑7 Time histOI・iesand trajectory of the offshore platfornl with prD cOlltrol ( V(フ= 1.5 m/sec
，
Vw = 3.0.0 m/sec )程 度 の 値 で あ る 。
F i g . 3 ‑ 5
~F i g . 3 ‑ 7
に 示 す シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 計 算 結 果 は ，F i g . 3 ‑ 2
，...̲̲
F i g . 3 ‑ 4
に 示 し た 計 算 結 果 と 外 乱 の 条 件 お よ び 制 御 開 始 時 間 は 同 じ で あ り α=4 5
0，V
c = 1.5
m/sec， v二4 5
0 を一 定 と し て ，F i g . 3 ‑ 5
がV
w 二1 0 . 0
m/sec，F i g . 3 ‑ 6
が Vw=
2 0 . 0
m/sec，F i g . 3 ‑ 7
が Vw=3 0 . 0
m/secと し た 場 合 の 結 果 で あ る 。本 節 で 示 し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 計 算 例 は1空 間 固 定 座 標 系 に 停 止 し て い る 浮
体 構 造 物 に 外 乱 が 作 用 し 始 め て か ら
6 0
秒 後 に 制 御 を 開 始 し て い る た め1浮 体 構 造 物 は 外 乱 に よ っ て 目 標 点 か ら 流 さ れ て お り 7定 点 保 持 を 行 な う に は か な り 厳 し い 条 件 と な って い る 。し か し な が ら ? こ の よ う な 厳 し い 条 件 の 下 で も 1最 適レ ギ ュ レ ー タ を 適 用 し た 制 御 系 は1目標 点 か ら の 最 大 変 位 を
PID
制 御 を 適 用 し た 場 合 と 同 程 度 に 抑 え る こ と が 可 能 と な っ て い る 。ま た?最適 レ ギ ュ レ ー タ に よ る 制 御 系 を 適 用 し た 場 合 の 方 が 短 い 時 間 で 運 動 を 停 止 さ せ る こ と が 可 能 と なって お り 1本 章 で 示 し た 最 適 レ ギ ュ レ ー タ を 適 用 し た 制 御 系 は 3従 来 使 用 さ れ て い るPID
制 御 系 よ り も 効 率 良 く 定 点 保 持 を 行 な う こ と が で き る も の と 考 えら れ る 。
さ ら に ? こ こ で 示 し た
PID
制 御 系 は 浮 体 構 造 物 の サ ー ジ ン グ1ス ウ ェ イ ン グ7ヨ ー イ ン グ の 運 動 を そ れ ぞ れ 独 立 し た 1入 力 1出 力 系 と し て 取 り 扱 って お り 1
お 互 い の 運 動 の 連 成 に よ る 影 響 は 考 慮 さ れ て い な い 。ま た，
DPS
の よ う な 多 入 力 多 出 力 の シ ス テ ム に 対 し て1
入 力1
出 力 系 のPID
制 御 を 適 用 し 1三 つ の 運 動 の 連 成 影 響 を 考 慮 し て 制 御 系 を 設 計 す る こ と は 極 め て 困 難 で あ る 。こ れ に 対 して7多 入 力 多 出 力 系 の 最 適 レ ギ ュ レ ー タ の 場 合 に は7サ ー ジ ン グ7ス ウ ェ イ ン グ7 ヨ ー イ ン グ の 運 動 の 連 成 を 考 慮 し て 制 御 系 を 容 易 に 設 計 す る こ と が 可 能 で あ る た め ， 本 章 に お い て 提 案 し た 最 適 レ ギ ュ レ ー タ を 適 用 し た 制 御 系 は】浮 体 構 造 物 の 定 点 保 持 の た め のDPS
の 制 御 系 と し て 有 効 で あ る と 思 わ れ る 。3 . 5
結 言本 章 に お い て は7錨 鎖 等 に よ る 係 留 が 困 難 と な る 深 水 域 に お い て7外 乱 と し て 作 用 す る 潮 流 と 風 の 影 響 下 で 浮 体 構 造 物 を 所 定 の 位 置 に 保 持 す る た め に 使 用 さ れ る
DPS
の た め の 制 御 系 と し て ; 従 来 用 い ら れ て い るP I D
制 御 に 代 え て1 最 適 レ ギ ュ レ ー タ を 適 用 し た 制 御 系 を 提 案 し た 。 ま た 7こ の 制 御 系 を 適 用 し た 浮 体 構 造 物 に 対 し て ? 外 乱 と し て 潮 流 と 風 が 作 用 す る 場 合 の 運 動 の シ ミ ュ レ ー ション計算を行なし¥，P I D
制 御 を 適 用 し た 場 合 に 対 す る 同 じ 外 乱 の 条 件 下 で の 浮 体 構 造 物 の 運 動 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 計 算 と の 比 較 検 討 を 行 な っ た 。そ の 結 果 最 適 レ ギ ュ レ ー タ に よ る 制 御 系 を 適 用 し た 場 合 に は ? 浮 体 構 造 物 の 目 標 点 から の 最 大 変 位 を
P I D
制 御 を 適 用 し た 場 合 と 同 程 度 に 抑 え7短 い 時 間 で 運 動 を 停 止 し て 目 標 点 に お い て 定 点 保 持 を 行 な う こ と が 可 能 で あ る こ と を 示 し た 。 従って7本 章 で 提 案 し た 最 適 レ ギ ュ レ ー タ を 適 用 し た 制 御 系 は ，P I D
制 御 系 よ りも 効 率 良 く 定 点 保 持 を 行 な う こ と が で き る も の と 考 え ら れ る 。また，
DPS
の よ う な 多 入 力 多 出 力 の シ ス テ ム に 対 し て1
入 力1
出 力 系 のP I D
制 御 を 適 用 し 】 サ ー ジ ン グ3ス ウ ェ イ ン グ1ヨ ー イ ン グ 等 の 連 成 を 考 慮 し て 制 御 系 を 設 計 す るこ と は 極 め て 困 難 で あ る の に 対 し7多 入 力 多 出 力 系 の 最 適 レ ギ ュ レ ー タ の 場 合 に は1 こ れ ら の 運 動 の 連 成 を 考 慮 し て 制 御 系 を 容 易 に 設 計 す る こ と が 可 能 で あ る た め3本 章 に お い て 提 案 し た 最 適 レ ギ ュ レ ー タ を 適 用 し た 制 御 系 は } 浮 体 構 造 物 の 定 点 保 持 の た め の
DPS
の 制 御 系 と し て 有 効 で あ る と 思 わ れ る 。第 4章 ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 制 御 力 の 推 定
4.1 緒 言
前 章 に お い て は7浮 体 構 造 物 の 定 点 保 持 を 行 な う た め の DPSの 制 御 系 に 対 し て 最 適 レ ギ ュ レ ー タ を 適 用 し た 制 御 系 を 示 し ， PID制 御 と 比 較 す る こ と に よ り そ の 定 点 保 持 性 能 の 有 効 性 を 確 認 し た 。 し か し な が ら7制 御 系 の 定 点 保 持 性 能 は 】 実 際 に 制 御 力 を 発 生 す る ス ラ ス タ ー の 性 能 に よ っ て 大 き な 影 響 を 受 け る こ と が 考 え ら れ る 。 船 舶 に 装 備 さ れ た パ ウ ・ス ラ ス タ ー に つ い て は1船 舶 の 前 進 速 度 が 増 加 す る に つ れ て そ の 性 能 が 低 下 す る こ と が 知 ら れ て い る 。 従 っ て DPSに お い て 制 御 力 を 発 生 す る ス ラ ス タ ー の 性 能 が 浮 体 構 造 物 の 運 動 に よ っ て 生 じ る 前 進 速 度 の 影 響 に よ っ て 低 下 す る と 1運 動 を 制 御 す る た め の 十 分 な 制 御 力 を 得 る こ と が で き ず1そ の 結 果 と し て 制 御 系 と し て 期 待 通 り の 制 御 性 能 を 得 る こ と が で き な く な る こ と が 考 え ら れ る 。
ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 制 御 力 lこ 対 す る こ の よ う な 前 進 速 度 影 響 に つ い て は7
通 常 の 排 水 量 型 の 船 舶 に 装 備 さ れ た ス ラ ス タ ー に 関 し て は1今 日 ま で い く つ か の 実 験 的1理 論 的 な 研 究 が な さ れ て い る 。
E n g l i s h [ 4 3 J
は 模 型 船 の 船首 部 に 取 り 付 け ら れ た ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 横 力 の 計 測 を 行 な い 】 前 進 速 度 の 増 加 と と も に 横 力 が 大 き く 減 少 す る こ と 示 し て い る 。 岡 本 ・ 玉 井[ 2 7 ]
， 貴 島 井 上[ 2 8 J
ら も パ ウ ・ ス ラ ス タ ー に 関 し て 同 様 な 実 験 を 行 な っ て お り 7特 に 貴 島 ‑井 上 は ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 横 力 は 前 進 速 度 の 増 加 と と も に 減 少 す る が? さ ら に 速 度 が 増 加 し て 船 速 が あ る 値 以 上 に な る と 7横 力 お よ び 回 頭 モ ー メ ン ト は 減 少 し な く な る か1あ る い は 回 復 す る こ と を 示 し て い る 。 ま た7藤 野 ら[ 4 4 J
は ス タ ーン ・ ス ラ ス タ ー に つ い て も 実 験 を 行 な し ，，やはり ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 横 力 は 前 進 速 度 に よ っ て 大 き な 影 響 を 受 け る こ と を 示 し て い る 。
以 上 は 全 て 船 舶 に 装 備 さ れ た ス ラ ス タ ー の 性 能 に 関 す る 研 究 例 で あ り 3浮 体 構 造 物 を 対 象 と し た 研 究 は ほ と ん ど 見 あ た ら な い 。 ま た ? 船 舶 の 場 合 に は そ の 船 体 を 貫 通 す る よ う に 船 首 部 ま た は 船 尾 部 に ス ラ ス タ ー が 装 備 さ れ る が7
浮 体 構 造 物 の 場 合 に は ロ ワ ー ハ ル の 下 方 に 外 部 か ら 取 り 付 け ら れ る た め7船
て;本 章 に お い て は 船 舶 に 装 備 さ れ た ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 制 御 力 の 推 定 法 を 応 用 し て1浮 体 構 造 物 の ロ ワ ー ハ ル に 取 り 付 け ら れ た ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 制 御 力 を 推 定 す る 方 法 を 提 案 す る 。
ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 制 御 力 の 推 定 に 関 す る 研 究 例 と し て は7貴 島 ら
[ 2 8 J ， [ 4 5 J ， [ 4 6 J
が ス ラ ス タ ー を 装 備 し た 船 舶 の 船 体 を 矩 形 平 板 翼 に 置 き 換 え る こ と に よ り ? ス ラ ス タ ー 稼 働 時 に 船 体 に 作 用 す る 流 体 力 に 対 す る 船 舶 の 前 進 速 度 ? 偏 角 お よ び 水 深 の 影 響 に つ い て 検 討 を 行 な って い る 。し か し な が ら7実 際 に は 船 体 は 厚 み を も っ 物 体 で あ る た め } 平 板 翼 で 置 き 換 え た 場 合 に は ス ラ ス タ ー か ら 噴 出 さ れ る 噴 流 と の 相 対 的 な 位 置 関 係 を 含 め た 船 体 周 囲 の 流 場 が 異 な って い る と 考 え ら れ る 。 従 っ て7こ の よ う な 3次 元 的 な 形 状 の 違 い に よ る 船 体 lこ作 用 す る 流 体 力 へ の 影 響 を 考 慮 す る こ と が 必 要 で あ る 。以 上 の よ う な 観 点 か ら; 本 章 に お い て は1貴 島 ら の 方 法 を 応 用 し て 浮 体 構 造 物 の ロ ワ ー ハ ル の 形 状 を 考 慮 し て ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 制 御 力 を 推 定 す る 方 法 を 提 案 し7 ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 制 御 力 が 前 進 速 度 に よ っ て ど の よ う な 影 響 を 受 け る か 検 討 を 行 な っ て い る 。第 2節 に お い て は1ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 制 御 力 へ 大 き な 影 響 を 与 え る と 考 え ら れ る ス ラ ス タ ー か ら 噴 出 さ れ る 噴 流 の 経 路 お よ び そ の 発 達 過 程 を 推 定 す る 方 法 を 示 し て い る 。
第 3節 に お い て は7第 2節 に 示 し た 方 法 に よ っ て 求 め ら れ る 噴 流 の 経 路 を 用 い て ロ ワ ー ハ ル の 周 囲 の 誘 導 速 度 場 を 計 算 し ? ロ ワ ー ハ ル の 形 状 を 考 慮 し て ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 制 御 力 を 推 定 す る 計 算 法 を 示 し て い る 。
第 4節 に お い て は ? 第 3節 ま で に 示 し た 計 算 法 を 用 い て7ス ラ ス タ ー が 発 生 す る 横 力 お よ び 回 頭 モ ー メ ン ト の 推 定 を 行 な い7浮 体 構 造 物 の 前 進 速 度 が ス
ラ ス タ ー の 発 生 す る 制 御 力 に 与 え る 影 響 を 明 ら か に す る 。 第 5節 は 本 章 で 得 ら れ た 結 果 を ま と め て い る 。
4.2 ス ラ ス タ ー が 噴 出 す る 噴 流 の 径 路 の 推 定
前 進 速 度 を 伴 っ て 運 動 し て い る 浮 体 構 造 物 に 装 備 さ れ た ス ラ ス タ ー か う噴 出 さ れ る 噴 流 ( 以 下 jetと 呼 ぶ ) は7周 囲 の 流 れ に よ って 押 し 流 さ れ そ の 径 路 は 後 方 へ 向 か つ て 湾 曲 す る こ と に な る 。 こ の よ う に 前 進 速 度 の 影 響 に よ って 浮 体 構 造 物 と ス ラ ス タ ー か ら 噴 出 さ れ た jetの 径 路 の 相 対 的 な 位 置 関 係 が 変 化 す る こ と に よ り 7ロ ワ ー ハ ル に 作 用 す る 横 力 に 対 し て 何 ら か の 影 響 を 及 ぼ す こ と が 考 え ら れ る 。 従 っ て 1ま ず 一 様 流 中 に お い て ス ラ ス タ ー よ り 噴 出 さ れ る Jetの 湾 曲 径 路 を 求 め る 。 jetの 径 路 の 湾 曲 お よ び 発 達 過 程 の 推 定 に 関 す る 研 究 と し て は ， Woolerら
[ 4 7 J
に よ る 研 究 が あ る 。こ こ で は こ の Woolerら の 方 法 に 従 っ て7ス ラ ス タ ー か ら 噴 出 さ れ た jetの 径 路 の 推 定 を 行 な う も の と す る 。L i
neFig.4‑1 Coordinate s ys tem for calculation of jet path
Fig.4‑1に 示 す 座 標 系 に お い て7一 様 流 の 流 速 を
U ，
ス ラ ス タ ー か ら 噴 出 さ れ るJetの 中 心 線 上 に お け る 流 速 を UJ，
一 様 流 と jet流 管 が な す 局 所 傾 斜 角 を f}J)任 意 の 位 置 に お け る 流 管 の 半 径 を 勺 と す る 。 ま た )rJo)