表6.4.2 SR108, Full load, Even keel, H/d = 1.2
Ship name SR108
Kind of ship Container carrier Loading condition Full load, Even keel
Principal dimensions Hydrodynamic derivatives
L (m) 3.0 Yv′ −2.1767 Nv′ −0.3391
B (m) 0.4350 Yr′−m′−mx′ 0.1736 Nr′−xG′m′ −0.1294
dm (m) 0.1629 Yvvv′ −4.1241 Nvvv′ −2.3966
Cb 0.5717 Yvvr′ −2.7515 Nvvr′ −0.0904
trim (% ) L 0.0 Yvrr′ −6.9069 Nvrr′ −0.1926
σa 0.5580 Yrrr′ −0.6587 Nrrr′ −0.1040
L
xG/ 0.0143 Xvr′
Nondimensionalized lateral force YH′ and yawing moment NH′
表6.4.3 SR108, Full load, Even keel, H/d = 1.5
Ship name SR108
Kind of ship Container carrier Loading condition Full load, Even keel
Principal dimensions Hydrodynamic derivatives
L (m) 3.0 Yv′ −0.6364 Nv′ −0.1558
B (m) 0.4350 Yr′−m′−mx′ −0.1168 Nr′−xG′m′ −0.0536
dm (m) 0.1629 Yvvv′ −9.8607 Nvvv′ −0.6469
Cb 0.5717 Yvvr′ −6.3394 Nvvr′ −0.6818
trim (% ) L 0.0 Yvrr′ −5.1403 Nvrr′ 0.5085
σa 0.5580 Yrrr′ 0.0052 Nrrr′ −0.1190
L
xG/ 0.0143 Xvr′
Nondimensionalized lateral force YH′ and yawing moment NH′
表6.4.4 SR108, Full load, Even keel, H/d = 6.0
Ship name SR108
Kind of ship Container carrier Loading condition Full load, Even keel
Principal dimensions Hydrodynamic derivatives
L (m) 3.0 Yv′ −0.2337 Nv′ −0.1111
B (m) 0.4350 Yr′−m′−mx′ −0.1191 Nr′−xG′m′ −0.0441
dm (m) 0.1629 Yvvv′ −3.2720 Nvvv′ 0.2875
Cb 0.5717 Yvvr′ 0.0121 Nvvr′ −0.5795
trim (% ) L 0.0 Yvrr′ −1.1280 Nvrr′ 0.0831
σa 0.5580 Yrrr′ 0.0199 Nrrr′ −0.0475
L
xG/ 0.0143 Xvr′
Nondimensionalized lateral force YH′ and yawing moment NH′
表6.4.5 Esso Osaka, Full load, Even kee l, H/d = 1.2
Ship name Esso Osaka
Kind of ship VLCC
Loading condition Full load, Even keel
Principal dimensions Hydrodynamic derivatives
L (m) 2.5 Yv′ −2.1265 Nv′ −0.5780
B (m) 0.4077 Yr′−m′−mx′ −0.2476 Nr′−xG′m′ −0.0977
dm (m) 0.1696 Yvvv′ −6.7414 Nvvv′ −1.1101
Cb 0.8310 Yvvr′ −1.2743 Nvvr′ 0.1453
trim (% ) L 0.0 Yvrr′ −2.2600 Nvrr′ 0.4385
σa 0.5012 Yrrr′ 0.3653 Nrrr′ −0.0858
L
xG/ −0.0317 Xvr′
Nondimensionalized lateral force YH′ and yawing moment NH′
表6.4.6 Esso Osaka, Full load, Even kee l, H/d = 1.5
Ship name Esso Osaka
Kind of ship VLCC
Loading condition Full load, Even keel
Principal dimensions Hydrodynamic derivatives
L (m) 2.5 Yv′ −0.8048 Nv′ −0.3246
B (m) 0.4077 Yr′−m′−mx′ −0.2416 Nr′−xG′m′ −0.0798
dm (m) 0.1696 Yvvv′ −9.6815 Nvvv′ −0.3035
Cb 0.8310 Yvvr′ 1.7274 Nvvr′ −0.7958
trim (% ) L 0.0 Yvrr′ −1.4632 Nvrr′ 0.2834
σa 0.5012 Yrrr′ 0.1088 Nrrr′ −0.0425
L
xG/ −0.0317 Xvr′
Nondimensionalized lateral force YH′ and yawing moment NH′
表6.4.7 Esso Osaka, Full load, Even kee l, H/d = 6.0
Ship name Esso Osaka
Kind of ship VLCC
Loading condition Full load, Even keel
Principal dimensions Hydrodynamic derivatives
L (m) 2.5 Yv′ −0.4297 Nv′ −0.1537
B (m) 0.4077 Yr′−m′−mx′ −0.2381 Nr′−xG′m′ −0.0713
dm (m) 0.1696 Yvvv′ −1.4522 Nvvv′ −0.0582
Cb 0.8310 Yvvr′ 0.2801 Nvvr′ −0.1693
trim (% ) L 0.0 Yvrr′ −0.4983 Nvrr′ 0.1174
σa 0.5012 Yrrr′ 0.0589 Nrrr′ −0.0076
L
xG/ −0.0317 Xvr′
Nondimensionalized lateral force YH′ and yawing moment NH′
表6.4.8 MB, Full load, Even kee l, H/d = 1.2
Ship name MB
Kind of ship Cargo carrier Loading condition Full load, Even keel
Principal dimensions Hydrodynamic derivatives
L (m) 2.5 Yv′ −1.9903 Nv′ −0.4980
B (m) 0.4194 Yr′−m′−mx′ −0.1875 Nr′−xG′m′ −0.0863
dm (m) 0.1403 Yvvv′ −3.3741 Nvvv′ −1.0802
Cb 0.6978 Yvvr′ −2.0183 Nvvr′ −0.3188
trim (% ) L 0.0 Yvrr′ −2.7480 Nvrr′ 0.4030
σa 0.6205 Yrrr′ 0.3449 Nrrr′ −0.0871
L
xG/ 0.0060 Xvr′
Nondimensionalized lateral force YH′ and yawing moment NH′
表6.4.9 MB, Full load, Even kee l, H/d = 1.5
Ship name MB
Kind of ship Cargo carrier Loading condition Full load, Even keel
Principal dimensions Hydrodynamic derivatives
L (m) 2.5 Yv′ −0.5355 Nv′ −0.2076
B (m) 0.4194 Yr′−m′−mx′ −0.1777 Nr′−xG′m′ −0.0572
dm (m) 0.1403 Yvvv′ −5.0901 Nvvv′ 0.2550
Cb 0.6978 Yvvr′ −0.9734 Nvvr′ 0.0232
trim (% ) L 0.0 Yvrr′ −2.7054 Nvrr′ 0.4094
σa 0.6205 Yrrr′ 0.0402 Nrrr′ −0.0637
L
xG/ 0.0060 Xvr′
Nondimensionalized lateral force YH′ and yawing moment NH′
表6.4.10 MB, Full load, Even kee l, H/d = 6.0
Ship name MB
Kind of ship Cargo carrier Loading condition Full load, Even keel
Principal dimensions Hydrodynamic derivatives
L (m) 2.5 Yv′ −0.3201 Nv′ −0.1076
B (m) 0.4194 Yr′−m′−mx′ −0.1091 Nr′−xG′m′ −0.0536
dm (m) 0.1403 Yvvv′ −4.7678 Nvvv′ 0.0878
Cb 0.6978 Yvvr′ −0.8310 Nvvr′ −0.2280
trim (% ) L 0.0 Yvrr′ −0.5207 Nvrr′ 0.0543
σa 0.6205 Yrrr′ −0.0597 Nrrr′ −0.0239
L
xG/ 0.0060 Xvr′
Nondimensionalized lateral force YH′ and yawing moment NH′
図6.4.1 Yv′(h)/Yv′(∞)
図6.4.2 {Yr′−m′−m′x}(h)/{Yr′−m′−m′x}(∞)
図6.4.3 Nv′(h)/Nv′(∞)
図6.4.4 {N′r−x′Gm′}(h)/{Nr′−xG′m′}(∞)
7. 水槽試験技術の進展
7.1. トータルステーションを用いた船位計測について
7.1.1. はじめに
船舶操縦性能の正確な解析のためには水槽試験の計測についても高い精度で行われる必要がある。そのため 操縦運動時の船位計測精度の向上も求められている。ジャパンマリンユナイテッド㈱では従来試験水槽での船 位計測に超音波を用いた三角測量法を用いていたが、水中での超音波の発受信は水温層や模型船の速度・姿勢 により計測精度に影響を受けるなどの問題があった。そこで計測精度向上のため、新たな船位計測装置として トータルステーション（測量機）を導入し、水槽試験法の高度化を図った。
7.1.2. 新船位計測装置概要
本検討ではトプコンソキアポジショニングジャパン株式会社の自動追尾 MCモデル：PS-103ASという機種 を導入、検討した。トータルステーションは反射プリズムを搭載した対象物に本体から赤外光レーザを投射し、
反射光を受光することで、対象物との距離を計測し、同時に投影された光量の変化から旋回角度を計測する。
このようにして得られた斜距離、天頂角、方向角を解析して対象物の座標を算出することを可能とする。Table1 に主な仕様を、Fig.1に装置概観図を示す。
Table1 装置仕様
項目 性能
駆動系 所有機能 自動追尾、自動視準、MCモード 最大回転速度、追尾速度 85°/ 秒 、20°/ 秒
測角部 測角精度 3″
測距部
測距範囲（プリズムモー
ド） 1.3 m～1,000 m
測距精度（プリズムモー
ド） ±（1.5mm + 2ppm×D） m.s.e.
データ記 録
メモリ 内部500MB（プログラム領域含）
インターフェース シリアルポート（RS-232C）
諸般
寸法 230（W）×207（D）×393（B）
mm
質量 6.9 kg
バッテリー使用時間（連
続） 7.2 V、5.2 A / 4時間
レーザ規格 プリズム測距：1(不可視) レーザ照準：3R(可視)
Fig.1装置写真（左：トータルステーション本体、右：反射プリズム）
模型船のような移動体の位置計測についてはトータルステーションが有する自動追尾機能を用い、行われる。
上記の反射プリズムは 360°プリズムであり、船体が旋回運動を行っている際にどの方向からレーザが照射さ れても反射光を計測装置に返す。計測装置側はこの反射光を常に視界に捉えるように追尾・回転することで 時々刻々の斜距離、角度を計測し、座標の時系列を得る。また本装置はTable1に示した測距モードの他に最大 20Hzの高速データ更新レートに対応したMC(マシンコントロール)モデルであり、MCモードを用いた場合の 測距性能をTable2に示す。測距モードは計測時に設定可能となっており、本計測では基本的には計測レート数 が高いMCモードを用いて実施する。
Table2 MCモード測距性能
測距モード 測距精度 表示単位 測定時間
MCモード 10mmモード ±(30mm+2ppm×D) mse 10mm 約0.05
秒
7.1.3. 計測方法
トータルステーションを用いた計測を行うにあたり、まずは模型船上の 360°プリズムを視認できる場所に 装置を設置する必要がある。Fig.2にトータルステーション設置概略図を示す。
Fig.2 トータルステーション設置概略図
トータルステーションの座標についてはx軸のみ設定が可能である。トータルステーション下部から鉛直の ポイントと岸端部との距離を計測し、水槽岸に沿った遠方の岸端から同等の距離の位置に印をつけ、その印に レーザを照射し、方向を測定することでx軸を設定する。概略図をFig.3に示す。
Fig.3 座標系設定方法
7.1.4. 自由航走船位計測結果
旋回試験、及びZ試験時の船位計測の結果をFig.4に示す。トータルステーションの自動追尾計測による出 力データは本器を原点として7.1.3で設定した軸方向を正とした座標で出力されるため、Fig.4で示した図では 右旋回の結果が左旋回しているようなイメージで描かれている。Fig.5、6に位置計測結果から解析した航跡と 船速等の時系列を示す。ただし、一緒に描いている回頭角速度、方位角、舵角等の時系列データは模型船に搭 載したジャイロによる計測データである。
結果を見ると、トータルステーションを用いた計測では十分な点の計測ができており、航跡も綺麗に描けて いることがわかる。本計測で対象とした船はコンテナ船で比較的船速が速く（アプローチ船速：約 1.4m/s）、 旋回中には5°以上の横傾斜がつくような船型であったが、模型船の速度・姿勢による計測精度への影響は特に 問題とはならないと考えられる。
またここでは計測データは示していないが、本計測では上述した20HzのMCモードの他に、一部計測では 30m
70m
水槽岸
x軸
y軸 水槽
MCモードを使用しない精密測定（データ更新レートは約2Hz）による計測を行い、測距精度と距離、角度計 測値の時間誤差の影響を確認した。その結果から計測モードによる差はほとんど確認できなかったが、モード の精度差 20mmが各試験間の航跡の誤差に比べて小さいと考えられることからも、MCモードを用いた 20Hz の計測を使用することで問題はないと考えられる。
Fig.4 旋回航跡（左：舵角+35°、中：舵角+10°、右：舵角-10°）
Fig.5 +35°旋回航跡と時系列データ
Fig.6 +10-10°Z操舵航跡と時系列データ
7.1.5. 計測データの問題点
Fig.4 に示したトータルステーションによる計測結果を見ると、右旋回では 135°、315°旋回したあたりで航
跡が一部途切れていることが確認できる。これは模型船に設置したプリズムが模型船の旋回運動の最中に操舵 機、及びその他機器の陰に隠れて、トータルステーションの視界から消えてしまっている区間である。そのた め計測の際にはプリズム位置を高くするなどによって、できる限りレーザとプリズムの間に遮蔽物が入らない ように設置することが望ましいが、模型船の構造や曳引車下の空間の制約上ある程度は発生してしまう可能性 がある。ただし、計測できない区間はおよそ3秒前後で、解析時に十分補間できると考えられる。
また上記の物理的なデータの欠落以外にも機械的なデータの欠落も一部発生し、データ出力の際 10秒毎に 約 0.2秒間距離計測ができない点が出てくることを確認した。参考に計測データ時系列例を Fig.7に示す。こ れは装置内の角度情報補正のためとされているが、こちらも0.2秒程度の欠落のため、解析時の補間で十分処 理できる。
Fig.7 時系列データにおける機械的要因によるデータ欠落
本計測では上述のとおり基本的に20HzのMCモードで行っているが、右5°、左35°旋回ではMCモードを 使用しない3Hzの計測を行い、Table4.1-2に示した測距精度と距離と角度の計測値の時間誤差の影響を確認し た。結果として、計測モードによる差はほとんど確認できなかったが、モードの精度差20mmが各試験間の航 跡の誤差に比べて小さいと考えられることからも、MCモードを用いた 20Hzの計測を使用することで問題は ないと考えられる。
7.1.6. 船体データとの時刻同期
トータルステーションは船体に搭載し船体姿勢やスラストなどを計測しているデータロガーとは独立して いるため、自由航走試験の解析の際に重要なこととして、船位データと船体データの同期が挙げられる。本計 測においても相互の時刻同期のため、位置計測用、船体データ計測用のコンピュータはそれぞれ計測前にNSTP サーバと時刻を合わせて実施していたが、試験解析結果から船位と船体データに0.1秒弱程度の時刻誤差があ ると推定された。この原因としては
・ 距離と角度の計測に僅かに時間のズレがある（メーカ説明）
・ トータルステーションとPC間のシリアルポートの通信速度により計測と出力の間で時刻がずれる 等の可能性が考えられる。0.1秒の誤差はアプローチ時であれば 1.4m/sの船で140mmの差となり、測距誤差 の5倍程度となるため無視できないものであるため、トータルステーションと船体データロガーの両方の計測 データに同時に信号を入れ、同期点を明確にすることが必要と考えられる。ここではレーザ式判別変位センサ を用いた同期方法について記載する。
同期手法としては船上に判別変位センサを搭載し、あるタイミングでセンサのレーザをトータルステーショ