断面に作用するcross flow dragの計算結果と実験結果との比較から、 種々 の断面形状を取り扱う際に必要となる剥離点位置、渦の発生位置および発 生する渦の循環を表す諸係数を簡便に指定する方法について提案した。 そ の方法は以下のとおり である。
(a)剥離点位置は、剥離を伴わないポテンシャル流れにおいて、表面流速 が最大となる位置に仮定すれば、実用上十分な精度で断面に作用する cross flow dragを推定できる。
(b)任意形状の断面に対する渦の発生位置および発生する循環を表す係 数として、 円柱を対象とした検討より 得られた値をそのまま用いて も、 任意2次元断面に作用するcross flow dragを大略説明できる。
(3)第3章では、 第2章で述べた2次元断面に作用するcross flow dragの計算 法を実用船型に適用する方法について提案した。
(a)船体は細長いという幾何学的な条件より、 船体の各横断面に対して、
第2章で述べた2次元断面に対するcross flow dragの理論計算法が適 用可能となる。
(b)船体線図で与えられる各横断面のフレームライン形状を3 次のスプ ライン関数で近似し、 さらに微小な線分要素を用いることによって、
船長方向位置あるいは個々の船型ごとに異なる多様な横断面形状を数 値的に且つ的確に表現できる。
( c)実用船型の各断面における剥離点位置についても、各横断面形状を入 力して自由渦を考慮しない場合の表面流速分布を計算することによっ て定義できる。
(d)船体の中央縦断面を近似する矩形平板に対する2次元計算結果と水 槽試験で得られた計測結果との比較から、 各断面のcross flow dragに 及ぼす3次元影響を簡便に補正する方法を示した。具体的には、渦の 発生位置を表す係数を、本来の定義に加えて3次元影響を加味する係
数として考え、 その値は断面の船長方向位置や断面形状に関わらず一 定値とする方法である。
(e)以上のような計算法を実用のコンテナ船型に適用し、cross flow drag の船長方向分布について計算結果と模型試験結果とを比較した結果、
両者は良好に一致していることが分った。また推定したWigleyの数 式船型、実用のコンテナ船型およびタンカー船型に対するcross flow dragの船長方向分布より、船体全体に作用する横力を算定して模型試 験結果と比較した。 その結果、船体全体に作用する横力に関して、何 れの船型についても計算結果と模型試験結果との対応は良いことを 確認した。従ってcross flow dragの船長方向への分布特性、および個々 の船型に対する真横移動時の船体全体に作用する流体力推定に関し て、 本計算法は実用上十分な精度を有していることが分った。
(4)第4章では、船体の各2次元断面に作用するcross flow dragの数値計算法 を、船体は細長体であるという仮定の下に、船が前進速度を有する場合に 拡張する方法について提案した。 具体的には次のとおりである。
(a)船体の2次元断面まわりの渦モデルに対して、上流部断面で発生した 自由渦の影響と船体横断面積の船長方向への変化による撹乱影響を 加味することによって前進速度影響を考慮する。
(b)計算を行う際に必要となる各断面の剥離点位置は、前進速度を伴わな い場合と同様に、剥離なしの流れにおける表面流速が最大となる位置 に仮定する。ただし前進速度が支配的な状態での流場観測結果を参考 に、背面側を剥離点、と定義し、前進速度の大小によらず固定して計算 を行った。
( c)各断面における渦の発生位置を定義する係数は、前進速度を伴わない 場合と同ーの値を用いた。
(d)発生する渦の循環を表す係数は、 斜航角の関数として与えることに よって、前進速度が小さくなるにつれて断面間における循環の船長方 向への変化に伴って流出する循環が小さくなることを表現した。
(e)上記計算法をコンテナ船型とタンカー船型に適用し、まず船の前進速 度が支配的な場合について計算を行った。
1. コンテナ船型における各横断面まわりの渦の分布状況について、
計算結果と流場観測結果とを比較した結果、船尾断面において計 算結果は観測結果に比べて多少船体から離れた位置に渦が集中す る傾向を示しているものの、 大略一致している。
11. タンカ一等肥大船型の場合、コンテナ船等痩せ型船型の場合に比 べて渦がより船体近くに集中する傾向が計算結果に現れており、
同様の傾向は流場観測結果にも認められる。
111. コンテナ船型の横力の船長方向分布について計算結果と計測結果 を比較した結果、船尾部における横力の計算結果が計測結果と比 較して若干小さくなっているものの、 横力の分布特性は概ね一致 している。
(f)さらに船の横流れ速度が次第に大きくなる状態について計算を行い、
cross flow dragの船長方向分布に及ぼす前進速度の影響について調べ た。 その結果、コンテナ船型、タンカー船型何れの場合も、ß = 900に おけるcross flow dragの船長方向分布は、 前進速度の影響によって船 体前半部の断面では増加の傾向を示し、船体後半部の断面では大きく 減少する。 このようなcross flow dragの船長方向分布に及ぼす前進速 度影響が、船体全体に作用する横力とモーメントに差異をもたらすも のと考えられる。
(g)船体全体に作用する横力とモーメントに関して計算結果と実験結果 とを比較した結果、何れの船型についても、本計算法は船が大きな斜 航角を伴って運動する時の船体に作用する流体力の特性を概ね良好に 把握していることが分った。 従って種々の船型ならびに斜航角に対応 した船体に作用する流体力を推定する上で本計算法は有用であると 考えられる。
(5)第5章では、本計算法で得られる船体に作用する流体力を操縦運動の場に おいて検証した。 また本計算法の造船設計あるいは操船設計への応用の可 能性について考察を行うために、個々の船型に対して推定した船体流体力 を用いて操縦運動のシミュレーション計算を実施し、船型の違いと大きな 斜航角を伴う船の操縦運動特性との関連について調べた。
(a) Cross flow dragの概念を基に、前進運動が支配的な場合の通常の数学 モデルとの対応も考慮に入れつつ、大斜航角を伴う船の操縦運動を対 象とした主船体流体力に関する数学モデルを導いた。
(b)その場回頭時の船体に作用する流体力の計測結果と、cross flow drag の概念を用いて算定した流体力との比較から、cross flow dragの船長 方向分布に対して回頭運動の影響を考慮するための簡便法を示した。
( c) Cross flow dragの船長方向分布と任意斜航角時における船体流体力の 理論計算値、および cross flow dragの概念を用いて算定した回頭時の 船体流体力を本数学モデルに当てはめて流体力微係数を決定した。 こ のように流体力の計算値を用いて具体的に記述した数学モデルは、拘 束模型試験結果で得られた種々の斜航運動および回頭運動時の船体に 作用する流体力の特性を概ね良好に表現していることを確認した。
(d)上述の数学モデルを用いてタグ操船に関する自走模型試験に対応し たシミュレーション計算を行い模型試験結果と比較した。 その結果、
シミュレーション計算は自走模型試験で見られた多様な操縦運動を全 体的に良く再現していることが分った。従って本数学モデルおよび流 体力の推定結果は、妥当なものであると考えられる。
(e)しかしやや不十分な精度の運動計算結果もあり、特に斜航・回頭が共 に大きい達成運動時の流体力の推定精度を向上させる必要性を明ら かにしfこ。
(f)検証した上記数学モデルおよび流体力の推定法を用いて、異なる2隻 の船型を対象にシミュレーション計算を行って、船型と大斜航角を伴
う船の操縦特性との関連を 調べた。 設計の初期段階では、時間的な制
約から対象船舶の模型試験を実施できない場合が多く、模型試験を行 うことなく 船型を加味して流体力微係数を推定し、さらにシミュレー ション計算によって個々の船の操縦運動を求める本手法は、 造船設計 あるいは操船設計への応用の可能性を考える上で極めて有意である と思われる。
今後の課題は、 種々の船型に対して流場観測デー夕、流体力データおよび運 動計測データを収集しつつ、より一層の船体に作用する流体力の推定精度向上 を図ることであると考える。