ランキンソース法の小型漁業調査船の船型計画への応用

［要約］
　数値計算法（ランキンソース法）を用いて、バルジの設計、造波抵抗等の推定結果から小型漁業調査船の改造計画の骨子を明らかにし、計算結果の妥当性を回流水槽試験で精査した。この計算過程でバルジによる造波抵抗の軽減の現象を見い出し、その物理的理由を明らかにした。また、漁船の省エネルギー化のための船型計画に応用できるバルジの最適形状を求める手法を提案して実設計を行った。

水産工学研究所・漁業生産工学部・上席研究官
［連絡先］0479-44-5946
［推進会議］水産工学
［専門］漁船
［分類 ］研究

［背景・ねらい］
　小型漁船の改造において、船体の胴体を継ぎ足して長くする工法は一般的な方法としてよく採用される。この場合、船の大型化によって船体抵抗が増し、これにより船速低下を引き起こすばかりでなく、細長くなるため復原力が低下し、時として安全性を損なう危険性を伴う。この問題に対処するためバルジが採用される。しかしバルジも一種の付加物であり、さらに抵抗増加と船速低下が誘発されやすくなる。このためバルジの形状設計では復原力だけでなく抵抗特性の観点からの計画も必要である。また抵抗増加、船速低下を防ぐために船首バルブを取り付ける場合もあり、船長の伸長化、船首バルブの効果確認も必要になる。数値計算によってこれらの検討が可能であれば、コスト、時間効率の観点から有用である。そこで船体まわりの波流れと造波抵抗を推定するための境界要素法の一種であるランキンソース法の応用を試みた。対象とした船は北海道大学の「うしお丸(128トン)」で、本研究で得た設計指針を取り入れ実際に改造工事が進められている。

［成果の内容・特徴］
　船長の伸長化、バルジ、船首バルブの検討を行った。その結果、従来の常識を覆す知見として、バルジによっても造波抵抗は必ずしも増加せず、適切な形状の選択によって造波抵抗の軽減の現象を見い出した。その効果量は船首バルブの効果と同オーダーであり、バルジの適切な設計によって復原性の向上のみならず船速低下に対する防止効果の得られることが判明した。この現象の物理的理由としてバルジにより横載面積曲線が改良され、船体後半の肩部における圧力低下を防ぐ作用によっていることを明らかにした。ついでバルジの最適形状を決定する手法を提案し、系統的計算によって造波抵抗を最も減らすバルジ形状を設計した。また計画中の船首バルブの効果を確認した。最後に回流水槽で模型試験を行い、計算と実験の結果が一致することを確認した。以上の検討を総合化し、船の大型化によっても船速低下は顕著に認められず、本改造計画に問題のないことを明らかにした。

［成果の活用面・留意点］
　本研究での対象船は漁業調査船であるが、伸長工事やバルジ工事は一般漁船で頻繁に行われる工法であり、適正なバルジ設計のために本研究成果や本手法が適用できる。特に、バルジは復原性に劣る漁船に対して安全性の向上のための有効な手段であり、各種の漁船への適用性は高い。その場合、総トン数の制約に注意する必要がある。

［具体的データ］

図1 うしお丸（母型）の波形
（計算によって波流れを計算し、この結果から船型の診断ができます）

 

図2　うしお丸（母型）の波形
（計算によって船体表面の流速、圧力分布が簡単に計算できます。この情報は船型計画に不可欠です。一昔は大型計算機でないとできなかった計算でも、最近ではパソコンでできるようになりました）

 

図3　新うしお丸と最適バルジ
（長さを長くし、船首バルブ、バルジを取り付けた新うしお丸です。同図中のバルジは　経験で設計した形状（実線）と本設計法で計画したバルジ（ドット線）を描いています。流体の問題は大変にデリケートで、計算の力を借りずしてこのような検討はできません）

 

図4 計算より得られた造波抵抗係数
（バルジによって航走点フルード数0.283で造波抵抗は半分程度に減っています。その作用量は船首バルブと同程度です）

［その他］
研究課題名：漁船の船体性能の総合評価手法の開発
予算区分：経常研究
研究期間：平成13年度（平成13～17年度）
研究担当者：川島敏彦、鈴木四郎
発表論文等：T.Kawashima,Y.Yoshimura & S.Suzuki:Application of Rankine Source
　　　　　　Method for Improving Hull Form,International Commemorative Symposium 70th Anniversary of JSFS (2001)