本研究においては、今後増加するであろう二重反転プロペラ装備船の技術基 盤を固めることを目的として、二重反転プロペラ装備船の実船馬力推定精度の 向上に関する検討を行った。
第1章では本研究の背景ならびに二重反転プロペラに関する関連研究につい て概説し、本研究の必要性を示した。
第2章では二重反転プロペラの単独性能計算法について述べた。九州大学で 開発されたパネル法である SQCM をベースとして後流渦を適切に表現するこ とができる単独性能推定法を開発し、従来よりも大幅に推定精度を改善できる ことを模型試験との比較により示した。
さらに、舵が前後プロペラの特性に及ぼす影響は推進性能上無視できないた め、舵についてもプロペラと同様に特異点分布で表し、舵と二重反転プロペラ を組合せた状態における単独性能の計算法を開発した。模型試験との比較を行 い舵装備時の前後プロペラの特性変化や舵伴流について精度良く推定できるこ とを示した。
第3章では二重反転プロペラ装備船の自航試験解析法について述べた。従来 提案されている解析法を整理した後で、より合理的に前後プロペラの作動状態 を表現する手法を提案した。新解析法の特徴は前プロペラから後プロペラに誘 起する干渉速度を軸流成分と回転流成分に分離することにある。
前後プロペラの流入速度が異なる単純なケースを想定し、各推定法で解析さ れる自航要素にどのような違いが生じるか調べた結果、想定した流入速度を再 現できる手法は新解析法のみであることが分かった。実際の模型試験を各手法
第4章では二重反転プロペラ装備船の有効伴流について述べた。多くの研究 で示されるように二重反転プロペラ装備時にはシングルプロペラ装備時に比べ 有効伴流係数1-wが小さくなることが多いがその原因は分かっていない。有効 伴流係数 1-w による推進効率改善量は単独性能の向上に匹敵するほど大きく なることもあり、実船の馬力推定をする上でその原因を明らかにすることは重 要であると考えられるため、本章では段階的にプロペラと船体の干渉について 考察した。
まず単純なケースとして、回転体とプロペラの干渉について第2章で開発し た計算法に境界層理論を取り入れて計算を行った。その結果、二重反転プロペ ラではシングルプロペラに比べて前方の縮流範囲が狭く、そのために有効伴流 の変形に違いが生じプロペラ面への流入速度が遅くなる傾向にあることが分 かった。
次に CFD を用いて船体に二重反転プロペラおよびシングルプロペラを装備 した場合の自航計算を行った。やはりプロペラ前方の船体有効伴流の変形に違 いが見られ、プロペラ面への流入速度は二重反転プロペラの方が遅くなること が分かった。結果として、模型試験と同様に計算でもシングルプロペラに比べ 二重反転プロペラでは大幅に有効伴流係数 1-w が小さくなることが確認され た。
第5章では実船の馬力推定法について述べた。従来の手法と第 3章で提案し た新しい自航試験解析法を基とした新推定法の比較を行った。前後プロペラの 相互干渉を考慮しないと実船馬力を過小評価してしまうことから、相互干渉を 適切に考慮することが重要であることを示した。また自航試験の解析に用いる プロペラ単独性能と実船のプロペラ単独性能が同一であれば、手法間の推定差 は少ないが、実際の設計ではよくあるように両者の単独性能が異なる場合には 手法間の違いが大きくなることが分かった。自航要素に含まれるプロペラ相互 干渉影響を適切に分離することが実船の馬力推定においては肝要であり、その
変更した試運転結果との比較から第 2章に示した理論設計によっても精度良く 推定可能であることを示した。
以上、舵との干渉を含めたプロペラ単独性能の推定法、船体との干渉を合理 的に考慮できる自航試験解析法、それを基とした実船馬力推定法、について従 来よりも精度良い手法を開発し、その妥当性を模型試験および実船試験との比 較により示した。
二重反転プロペラ装備船はシングルプロペラ装備船に比べると圧倒的に建造 実績が少ないが、本研究によりシングルプロペラと同程度の精度で性能推定が 可能になったと考えられる。
一方、二重反転プロペラの性能推定精度をさらに改善させていくためには、
今後次の課題に取り組む必要がある。
(1) 模型試験前の設計段階で二重反転プロペラの自航要素を精度良く推定で きる手法が必要である。特に有効伴流係数 1-w はシングルプロペラと比 べて大幅な改善がなされるが、4.4節に示したように CFDを用いることで 定性的に傾向はつかめるものの定量的にはまだ精度向上の余地がある。計 算時間もシングルプロペラに比べると長くなるため、二重反転プロペラに 適した船型の開発を進めるにはシングルプロペラ装備船並みの精度およ び計算時間で自航要素を推定できる手法の確立が急がれる。
(2) 二重反転プロペラでは荷重を前後プロペラで分担するため自ずと展開面 積比がシングルプロペラに比べると小さくなる傾向にある。そのため、模 型試験で実施できるレイノルズ数はシングルプロペラに比べて低くなり がちである。特に自航試験時のレイノルズ数は 1～2×105程度になってし まうことが多い。本研究では繰り返し試験を実施しその再現性を確認しな がら検討を進めたが、模型試験結果は実船馬力推定の基盤となるものであ
(3) 試運転結果との比較から良い精度で馬力を推定できることを示したが、依 然シングルプロペラ装備船と比べると建造実績数は圧倒的に少なく検証 例として十分とはいえない。今後も検証例を増やしていくとともに、試運 転との乖離が生じた場合には伴流成分分離法（特に船体ポテンシャル伴流 の取り扱いが不明瞭なままになっている）についても再度見直していく必 要がある。
謝辞
本研究をまとめるにあたり、終始ご指導と励ましを頂きました多くの方々に、
心より感謝の意を表します。
特に、九州大学大学院工学研究院海洋システム工学部門 安東 潤 教授には、
終始丁寧なご指導を賜りました。ここに感謝の意を表しますとともに、厚くお 礼申し上げます。
論文の査読にあたりましては、九州大学大学院工学研究院海洋システム工学 部門 古川 芳孝 教授、九州大学大学院工学研究院機械工学部門 渡邉 聡 教 授より、論文執筆に関して懇切丁寧なご指導を賜りました。心より御礼申し上 げます。
研究においては、九州大学大学院工学研究院海洋システム工学部門 金丸 崇 准教授、学生の皆様に大変お世話になりました。心より御礼申し上げます。
また、二重反転プロペラ用に CFDソフトウェアのSURFを改良して頂いた国 立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所の大橋 訓英 氏、CFD計算の際 に多大なアドバイスを頂いたジャパンマリンユナイテッド株式会社 技術研究 所 流体研究グループ 藤澤 竹春 氏に心より御礼申し上げます。
二重反転プロペラの有効伴流の特性につきまして、いろいろな議論や相談に 乗って頂いた元株式会社 IHI 岡村 尚昭 氏に心より御礼申し上げます。
最後に、終始温かいご激励、ご指導を頂き、研究遂行に多大なるご便宜を図っ て頂きました、ジャパンマリンユナイテッド株式会社 基本計画部流力性能グ ループ 石黒 剛 グループ長、元株式会社アイエイチアイマリンユナイテッド 小柴 幸雄 氏に心より御礼申し上げます。
参考文献
[1] Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D.Qin, G.-K. Plattner, M.Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley]:
Summary for Policymakers, In Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2013.
[2] Conference of the Parties, Adoption of the Paris Agreement, Conference of the Parties 21st session, 2015.
[3] Nakamura, S., Ohta, T., Yonekura, K., Sasajima, T. and Saki, K.: World’s First Contrariotating Propeller Successfully Fitted to a Meerchant Ship, The Motor Ship, 11th International Marine Propulsion Conference & Exhibition, pp.1-14,1989.
[4] Nishiyama, S., Sakamoto, Y., Ishida, S., Fujino, R. and Oshima, M.:
Development of Contrarotating-Propeller System for JUNO-a 37000 DTW Class Bulk Carrier, SNAME Transactions, Vol.98, pp.27-52, 1990.
[5] 坂本芳太郎, 藤野良亮, 勝亦康司, 成田豊伸広: 二重反転プロペラ装備 258 000DWT 型 油 槽 船 「 沖 ノ 嶋 丸 」, 石 川 島 播 磨 技 報, 第 34 巻, 第 5 号, pp.372-377, 1994.
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[8] 西川康士: スーパーエコシップ(SES)の普及促進に関する鉄道・運輸機構の取