JP2019200752A - Wake flow field design method, wake flow field design system, and ship considering wake flow field - Google Patents

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Abstract

To provide a wake flow field design method capable of realizing overall optimization of hull, stern appendages, and propellers, a wake flow field design system, and ship considering the wake flow field.SOLUTION: The design method of wake flow field which is generated at the stern of a ship. Wake flow field for at least one of hull, stern appendages, and propellers is analyzed on the basis of a hull form/wake flow field database that links pre-built hull form and wake flow field, and a wake flow field suitable for at least one of stern appendages and propellers is designed.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、伴流場設計方法、伴流場設計システム、及び伴流場を考慮した船舶に関する。   The present invention relates to a wake field design method, a wake field design system, and a ship that considers a wake field.

従来、船型が誘起する船尾伴流分布(船舶の船尾に生ずる伴流場)の設計は、熟練技術者の経験則に基づく試行錯誤でのみ実施できる困難なものであったため、図24に示すように、船尾付加物とプロペラは、船体に対して従属的に設計されていた。そのため、船尾付加物とプロペラに適した船体が設計されず、船体・プロペラ・省エネ付加物の相互干渉を踏まえた全体最適化は行われていなかった。   Conventionally, the design of the stern wake distribution induced by the hull form (the wake field generated at the stern of a ship) has been difficult to implement only by trial and error based on the empirical rules of skilled engineers, and as shown in FIG. In addition, the stern appendages and propellers were designed to be dependent on the hull. Therefore, a hull suitable for stern appendages and propellers was not designed, and overall optimization based on mutual interference among hulls, propellers, and energy-saving appendages was not performed.

ところで、特許文献1には、流体に浮かぶ船舶の形状を示す設計データを生成する船舶デザインプログラムと、設計データを格子データにデータ変換する計算格子作成ツールと、条件を生成する計算条件設定プログラムと、格子データとその条件とに基づいて船舶が航行中の流体の流場を模擬的に導出する流場計算プログラムと、流場に基づいて流体が船舶に作用する流体力学的性能を導出する船舶性能評価プログラムと、流体力学的性能を表示装置に表示する可視化ツールとを具備した船舶設計装置が開示されている。
また、特許文献2には、船体まわりの二重模型流れの計算によって求めた圧力係数の変化量の船首部および船尾部における積分値より得られる船型の流場特性を示すパラメ−タと、船尾の二次流れによる抵抗増加を表すパラメ−タおよび船型の幾何形状パラメ−タを用いて、形状影響係数推定の回帰式を作成し、該推定回帰式により粘性抵抗を推定する肥大船の粘性抵抗推定法が開示されている。
また、特許文献3には、船舶の船尾部に下降流をせき止めて整流するための船尾フィンを設け、船尾フィンの存在下にてプロペラ前方の船尾ダクト設置位置における作動流場を計測又は解析し、作動流場にて最も動力削減効果が高くなる船尾ダクトを設計して設け、船尾フィン及び船尾ダクトの存在下にて舵の左右両側に設けるラダーフィン設置位置における作動流場を計測又は解析し、作動流場にて最も動力削減効果が高くなるようラダーフィンを設計して設ける船尾部構造の設計方法が開示されている。
By the way, Patent Document 1 discloses a ship design program that generates design data indicating the shape of a ship floating in a fluid, a calculation grid creation tool that converts design data into grid data, and a calculation condition setting program that generates conditions. , A flow field calculation program that simulates the flow field of the fluid that the ship is navigating based on the grid data and its conditions, and a ship that derives the hydrodynamic performance of the fluid acting on the ship based on the flow field A ship design apparatus including a performance evaluation program and a visualization tool for displaying hydrodynamic performance on a display device is disclosed.
Further, Patent Document 2 discloses parameters indicating the flow field characteristics of a hull form obtained from integral values at the bow and stern portions of the amount of change in pressure coefficient obtained by calculating a double model flow around the hull, and a stern Using the parameters representing the increase in resistance due to the secondary flow and the geometrical shape parameters of the hull form, a regression equation for estimating the shape influence coefficient is created, and the viscous resistance of the enlarged ship that estimates the viscous resistance using the estimated regression equation An estimation method is disclosed.
Further, in Patent Document 3, a stern fin is provided at the stern of the ship to stop and rectify the downflow, and in the presence of the stern fin, the working flow field at the stern duct installation position in front of the propeller is measured or analyzed. Measure and analyze the working flow field at the rudder fin installation position on the left and right sides of the rudder in the presence of the stern fin and stern duct in the presence of the stern fin and stern duct. A design method for a stern structure is disclosed in which a ladder fin is designed and provided so as to have the highest power reduction effect in a working flow field.

特開2004−9858号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-9858 特開2001−138981号公報JP 2001-133891 A 特開2006−347285号公報JP 2006-347285 A

船尾伴流の分布形状は、省エネ付加物の効果の向上、及びプロペラ効率の向上やキャビテーションの低減に深く関連するが、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現する手法は今まで提案されていない。
特許文献1には、他の船舶が航行中の流体の圧力と流速とを示す他の流場を模擬的に導出する流場計算プログラムが記載されているが、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現するものではない。
また、特許文献2には、満載状態の形状影響係数(1+K)の58隻の水槽試験での計測結果をデータベースにして、推定回帰式を作成する旨が記載されているが、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現するものではない。
また、特許文献3には、船尾ダクトやラダーフィンは船体に従属的に設計されるため、省エネ付加物に適した船体が設計されない。すなわち、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現するものではない。
The distribution shape of the stern wake is deeply related to the improvement of the effect of energy-saving adjuncts, the improvement of propeller efficiency and the reduction of cavitation, but there has been no way to realize the overall optimization of the hull, stern adjuncts, and propellers. Not proposed.
Patent Document 1 describes a flow field calculation program for simulating another flow field indicating the pressure and flow velocity of a fluid being navigated by another ship, but the hull, stern appendage, and propeller are described. It does not realize the overall optimization.
In addition, Patent Document 2 describes that an estimated regression equation is created by using the measurement results of 58 tank tests of the shape influence coefficient (1 + K) in a full load state as a database. It does not realize overall optimization of products and propellers.
Further, in Patent Document 3, since the stern duct and the ladder fin are designed to be dependent on the hull, a hull suitable for an energy-saving additive is not designed. That is, it does not realize overall optimization of the hull, stern appendages, and propellers.

そこで本発明は、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現する伴流場設計方法、伴流場設計システム、及び伴流場を考慮した船舶を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a wake field design method, a wake field design system, and a ship that takes into account the wake field, which realizes the overall optimization of the hull, stern appendages, and propellers.

請求項1記載に対応した伴流場設計方法においては、船舶の船尾に生ずる伴流場の設計方法であって、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する伴流場を、予め構築した船型と伴流場をリンクさせた船型・伴流場データベースに基づいて解析し、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した伴流場の設計を行うことを特徴とする。
請求項1に記載の本発明によれば、船体(船型)と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。
A wake field design method corresponding to claim 1 is a wake field design method generated at a stern of a ship, wherein a wake field for at least one of a hull, a stern appendage, and a propeller is preliminarily constructed. The wake field is analyzed based on the hull form / wake field database in which the hull form and the wake field are linked, and the wake field suitable for at least one of the stern appendage and the propeller is designed.
According to the first aspect of the present invention, it is easy to associate the hull (hull form) with the wake field, and it is possible to design a hull suitable for a stern appendage and a propeller. Achieves overall propeller optimization.

請求項2記載の本発明は、伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い船型データの選定を船型・伴流場データベースに基づいて行い、目標とする伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする。
請求項2に記載の本発明によれば、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
According to the second aspect of the present invention, the design of the wake field is made by selecting a ship type data close to the target wake field based on the ship shape / wake field database and obtaining a target wake field. Is generated.
According to the present invention described in claim 2, it is possible to easily design a hull form suitable for a stern appendage and a propeller.

請求項3記載の本発明は、目標とする伴流場に近い船型データを複数選定し、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする。
請求項3に記載の本発明によれば、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
The present invention described in claim 3 is characterized in that a plurality of hull form data close to a target wake field is selected and averaged to generate a hull form from which a target wake field can be obtained.
According to the present invention described in claim 3, it is possible to design a hull form suitable for a stern appendage and a propeller more efficiently and accurately.

請求項4記載の本発明は、目標とする伴流場を得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行うことを特徴とする。
請求項4に記載の本発明によれば、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
The invention according to claim 4 is characterized in that at least one of the stern appendage and the propeller is designed after generating a hull form capable of obtaining a target wake field.
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to perform detailed design of the stern appendage and the propeller after generating the hull form, and the overall optimization of the hull, stern appendage and propeller can be performed with higher accuracy. It can be carried out.

請求項5記載の本発明は、船型・伴流場データベースに基づいて、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した最適伴流場データベースを構築し、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件を考慮した上、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した伴流場を選定することを特徴とする。
請求項5に記載の本発明によれば、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件に合わせて船尾付加物、及びプロペラの目標とする最適な伴流場を得ることができる。
The present invention according to claim 5 constructs an optimum wake field database suitable for at least one of a stern appendage and a propeller based on the hull form / wake field database, and uses the optimum wake field database to make a hull. The wake field suitable for at least one of the stern appendage and the propeller is selected in consideration of the above-mentioned constraints.
According to the fifth aspect of the present invention, the optimum wake field targeted by the stern appendage and the propeller can be obtained using the optimum wake field database in accordance with the constraint conditions of the hull.

請求項6記載の本発明は、船体の制約条件を考慮した船型を生成することを特徴とする。
請求項6に記載の本発明によれば、船尾付加物、及びプロペラに適した伴流場を実現する船型を船体の制約条件を考慮したうえ生成できるので、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
The present invention according to claim 6 is characterized in that a hull form is generated in consideration of a hull constraint.
According to the sixth aspect of the present invention, the stern appendage and the hull form that realizes the wake field suitable for the propeller can be generated in consideration of the hull constraints, so the hull, the stern appendage, and the propeller can be generated. Overall optimization can be performed with higher accuracy.

請求項7記載の本発明は、船体の制約条件を設定し、船型・伴流場データベースに基づいて制約条件に対する伴流場の統計的解析を行い、制約条件の下での伴流場統計データを得ることを特徴とする。
請求項7に記載の本発明によれば、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラの設計が可能となる。例えば、船体の詳細な設計情報が不明な既存船や流場解析が予算の関係で行なえない新造船等への伴流場の推定を通じた最適な船尾付加物やプロペラの設計が可能となる。
The present invention as set forth in claim 7 sets the hull constraint conditions, performs statistical analysis of the wake field against the constraint conditions based on the hull form / wake field database, and wake field statistical data under the constraint conditions It is characterized by obtaining.
According to the present invention as set forth in claim 7, even when the ship type information is unknown or the wake field cannot be estimated, the optimum effect is generally obtained for any ship under a certain constraint condition. It is possible to design stern appendages and propellers. For example, it is possible to design optimal stern appendages and propellers by estimating wake fields for existing ships whose detailed design information is unknown and for new ships where flow field analysis cannot be performed due to budget.

請求項8記載の本発明は、伴流場統計データを基に、制約条件の下での船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの最適な設計を行うことを特徴とする。
請求項8に記載の本発明によれば、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、伴流場統計データを基に、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラを設計することができる。
The present invention according to claim 8 is characterized in that at least one optimum design of a stern appendage and a propeller under constraint is performed based on wake field statistical data.
According to the present invention as set forth in claim 8, even if the ship type information is unknown or the wake field cannot be estimated, the wake field statistical data is used to determine which It is possible to design stern appendages and propellers that are generally optimal for ships.

請求項9記載の本発明は、船型・伴流場データベースにおける伴流場は、船型が変わっても流れの変化の少ない節を有した流場であることを特徴とする。
請求項9に記載の本発明によれば、節を有した流場を用いて、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を行うことができる。例えば、流れの変化の少ない節に船尾付加物、及びプロペラを臨ませて、性能の向上を図ることができる。
The present invention according to claim 9 is characterized in that the wake field in the hull form / wake field database is a flow field having nodes with little change in flow even if the hull form changes.
According to the ninth aspect of the present invention, the entire hull, stern appendage, and propeller can be optimized using a flow field having nodes. For example, the stern appendage and the propeller are allowed to face a node with little change in flow, and the performance can be improved.

請求項10記載に対応した伴流場設計システムにおいては、船舶の船尾に生ずる伴流場の設計システムであって、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する条件を入力する条件入力手段と、船型と伴流場をリンクさせたデータを記憶した船型・伴流場データベース手段と、入力した条件に対して船型・伴流場データベース手段のデータに基づいて伴流場を解析する伴流場解析手段と、伴流場の解析結果に基づいて伴流場の設計を行う伴流場設計手段と、伴流場の設計結果を出力する伴流場出力手段とを備えたことを特徴とする。
請求項10に記載の本発明によれば、船体(船型)と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。
The wake field design system corresponding to claim 10 is a wake field design system generated at the stern of a ship, wherein the condition input means inputs a condition for at least one of a hull, a stern appendage, and a propeller. Ship type / wake field database means that stores data that links the hull form and wake field, and wake field that analyzes the wake field based on the data of the ship type / wake field database means for the input conditions And a wake field design means for designing the wake field based on the analysis result of the wake field, and a wake field output means for outputting the design result of the wake field. To do.
According to the present invention described in claim 10, it is easy to associate the hull (hull form) with the wake field, and a hull suitable for the stern appendage and the propeller can be designed. Achieves overall propeller optimization.

請求項11記載の本発明は、伴流場解析手段が、目標とする伴流場に近い船型データの選定を船型・伴流場データベース手段に基づいて行い、選定した船型データに従って、伴流場設計手段が、目標とする伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする。
請求項11に記載の本発明によれば、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
In the present invention according to claim 11, the wake field analysis means selects the hull form data close to the target wake field based on the hull form / wake field database means, and the wake field is determined according to the selected hull form data. The design means generates a hull form from which a target wake field can be obtained.
According to the present invention described in claim 11, it is possible to easily design a hull form suitable for a stern appendage and a propeller.

請求項12記載の本発明は、伴流場設計手段における伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い複数の船型データを、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする。
請求項12に記載の本発明によれば、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, the design of the wake field in the wake field design means is obtained by averaging a plurality of ship shape data close to the target wake field to obtain a ship shape that can obtain a target wake field. It is characterized by generating.
According to the present invention described in claim 12, it is possible to design a hull form suitable for a stern appendage and a propeller more efficiently and accurately.

請求項13記載の本発明は、伴流場設計手段における伴流場の設計は、目標とする伴流場が得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行うことを特徴とする。
請求項13に記載の本発明によれば、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
In the wake field design means according to the thirteenth aspect of the present invention, the wake field design means performs at least one design of the stern appendage and the propeller after generating the hull form from which the target wake field is obtained. It is characterized by that.
According to the present invention as set forth in claim 13, it is possible to perform detailed design of the stern appendage and the propeller after generating the hull form, and the overall optimization of the hull, stern appendage and propeller can be performed with higher accuracy. It can be carried out.

請求項14記載に対応した伴流場を考慮した船舶においては、伴流場設計方法を用いた伴流場を考慮した船舶であって、伴流場の設計を行った船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つを装備したことを特徴とする。
請求項14に記載の本発明によれば、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現した船舶を提供することができる。
A ship considering a wake field corresponding to claim 14 is a ship considering a wake field using a wake field design method, and a stern appendage and a propeller for which the wake field is designed. Equipped with at least one of the above.
According to the fourteenth aspect of the present invention, it is possible to provide a ship that realizes the entire optimization of the hull, the stern appendage, and the propeller.

請求項15記載の本発明は、船尾付加物としてダクトを用い、伴流場の流れのダクトに対する流入角の変動幅を25°以下にしたことを特徴とする。
請求項15に記載の本発明によれば、伴流場を考慮してダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。
The present invention according to claim 15 is characterized in that a duct is used as the stern appendage, and the fluctuation range of the inflow angle of the wake field flow with respect to the duct is set to 25 ° or less.
According to the present invention described in claim 15, the energy saving effect by the duct can be further enhanced in consideration of the wake field.

請求項16記載の本発明は、流入角を25°以下とする範囲は、少なくともダクトの縦方向中心線の上部交点0°から90°の範囲内としたことを特徴とする。
請求項16に記載の本発明によれば、伴流場として効果の大きな流入角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果を効率的に高めることができる。
The present invention according to claim 16 is characterized in that the range in which the inflow angle is 25 ° or less is at least in the range of 0 ° to 90 ° at the upper intersection of the longitudinal center line of the duct.
According to the sixteenth aspect of the present invention, the duct can face the range of the inflow angle that has a large effect as the wake field, and the energy saving effect by the duct can be enhanced efficiently.

請求項17記載の本発明は、船尾付加物としてダクトを用い、伴流場に対応するダクトの開き角を−3°以上14°以下としたことを特徴とする。
請求項17に記載の本発明によれば、伴流場として効果の大きな開き角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。
The present invention according to claim 17 is characterized in that a duct is used as the stern appendage and the opening angle of the duct corresponding to the wake field is set to -3 ° or more and 14 ° or less.
According to the present invention as set forth in claim 17, the duct can be allowed to face a range of a large opening angle as a wake field, and the energy saving effect by the duct can be further enhanced.

請求項18記載の本発明は、プロペラは、プロペラ面に対する伴流場の流れの周方向分布の変動率を0.4以下に抑えたことを特徴とする。
請求項18に記載の本発明によれば、伴流場を考慮してプロペラ効率をより一層高めることができる。
The present invention according to claim 18 is characterized in that the propeller suppresses the fluctuation rate of the circumferential distribution of the flow of the wake field with respect to the propeller surface to 0.4 or less.
According to the eighteenth aspect of the present invention, the propeller efficiency can be further increased in consideration of the wake field.

請求項19記載の本発明は、伴流場の流れの周方向分布の変動率を0.4以下に抑える範囲は、プロペラの半径の60%以上100%以下の位置としたことを特徴とする。
請求項19に記載の本発明によれば、プロペラとして効果の大きい範囲の変動率を押さえられるため、効率的にプロペラ効率を高めることができる。
The present invention according to claim 19 is characterized in that the range in which the fluctuation rate of the circumferential distribution of the flow of the wake field is suppressed to 0.4 or less is a position of 60% to 100% of the propeller radius. .
According to the nineteenth aspect of the present invention, since the fluctuation rate in a range where the effect as a propeller is large can be suppressed, the propeller efficiency can be efficiently increased.

請求項20記載の本発明は、船体のS.S.2.0付近の船底部を肥大させ伴流場の改善を図ったことを特徴とする。
請求項20に記載の本発明によれば、船尾縦渦を強め、その中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げることができ、伴流場の改善が図れる。
The present invention according to claim 20 is characterized in that the wake field is improved by enlarging the bottom of the hull near S.S.2.0.
According to the 20th aspect of the present invention, the stern vertical vortex can be strengthened and the center thereof can be lowered to the same height as the propeller shaft core, and the wake field can be improved.

本発明の伴流場設計方法によれば、船体(船型)と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。   According to the wake field designing method of the present invention, it becomes easy to associate the hull (hull form) with the wake field, and a hull suitable for a stern appendage and a propeller can be designed. Achieves overall propeller optimization.

また、伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い船型データの選定を船型・伴流場データベースに基づいて行い、目標とする伴流場が得られる船型を生成する場合には、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。   The design of the wake field is based on the selection of the hull form data close to the target wake field based on the hull form / wake field database, and when generating a hull form that provides the target wake field, A hull form suitable for stern appendages and propellers can be designed easily.

また、目標とする伴流場に近い船型データを複数選定し、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成する場合には、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。   In addition, when multiple hull form data close to the target wake field are selected and averaged to generate a hull form that provides the target wake field, the stern appendages and propellers can be more efficiently and accurately used. It is possible to design a hull form suitable for.

また、目標とする伴流場を得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行う場合には、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。   In addition, after creating the hull form that can obtain the target wake field, when designing at least one of the stern appendage and propeller, the detailed design of the stern adjunct and propeller should be made after the hull form is created. This makes it possible to optimize the hull, stern appendages, and propellers more accurately.

また、船型・伴流場データベースに基づいて、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した最適伴流場データベースを構築し、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件を考慮した上、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した伴流場を選定する場合には、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件に合わせて船尾付加物、及びプロペラの目標とする最適な伴流場を得ることができる。   In addition, based on the hull form and wake field database, an optimal wake field database suitable for at least one of the stern appendages and propellers is constructed, and the optimal wake field database is used to consider the hull constraints. When selecting the wake field suitable for at least one of the stern appendage and propeller, the optimum wake field database is used and the optimum target of the stern appendage and propeller is selected according to the hull constraints. Wake field can be obtained.

また、船体の制約条件を考慮した船型を生成する場合には、船尾付加物、及びプロペラに適した伴流場を実現する船型を船体の制約条件を考慮したうえ生成できるので、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。   In addition, when generating a hull form that takes into account the hull constraints, a hull form that realizes a wake field suitable for stern appendages and propellers can be generated taking into account the hull restrictions, so the hull and stern additions can be generated. The overall optimization of the object and the propeller can be performed with higher accuracy.

また、船体の制約条件を設定し、船型・伴流場データベースに基づいて制約条件に対する伴流場の統計的解析を行い、制約条件の下での伴流場統計データを得る場合には、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラの設計が可能となる。例えば、船体の詳細な設計情報が不明な既存船や流場解析が予算の関係で行なえない新造船等への伴流場の推定を通じた最適な船尾付加物やプロペラの設計が可能となる。   In addition, when hull constraint conditions are set, statistical analysis of the wake field against the constraint conditions is performed based on the hull form / wake field database, and wake field statistical data under the constraint conditions is obtained, the hull form Even if the information is unknown or the wake field cannot be estimated, it is possible to design stern appendages and propellers that are generally optimally effective for any ship under certain constraints. . For example, it is possible to design optimal stern appendages and propellers by estimating wake fields for existing ships whose detailed design information is unknown and for new ships where flow field analysis cannot be performed due to budget.

また、伴流場統計データを基に、制約条件の下での船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの最適な設計を行う場合には、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、伴流場統計データを基に、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラを設計することができる。   In addition, when designing at least one of the stern appendages and propellers under constraint conditions based on the wake field statistical data, the hull form information is unknown or the wake field is estimated. Even if this is not possible, it is possible to design stern appendages and propellers that are generally optimally effective for any ship under certain constraints, based on wake field statistical data.

また、船型・伴流場データベースにおける伴流場は、船型が変わっても流れの変化の少ない節を有した流場である場合には、節を有した流場を用いて、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を行うことができる。例えば、流れの変化の少ない節に船尾付加物、及びプロペラを臨ませて、性能の向上を図ることができる。   In addition, if the wake field in the hull form / wake field database is a flow field having nodes with little change in flow even if the ship type changes, the hull and stern addition are used using the flow field having nodes. The entire optimization of the product and the propeller can be performed. For example, the stern appendage and the propeller are allowed to face a node with little change in flow, and the performance can be improved.

また、本発明の伴流場設計システムによれば、船体(船型)と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。   Further, according to the wake field design system of the present invention, it is easy to associate the hull (hull form) with the wake field, and a hull suitable for a stern appendage and a propeller can be designed. , And overall optimization of the propeller is realized.

また、伴流場解析手段が、目標とする伴流場に近い船型データの選定を船型・伴流場データベース手段に基づいて行い、選定した船型データに従って、伴流場設計手段が、目標とする伴流場が得られる船型を生成する場合には、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。   The wake field analysis means selects the hull form data close to the target wake field based on the hull form / wake field database means, and the wake field design means sets the target according to the selected hull form data. When generating a hull form capable of obtaining a wake field, it is possible to easily design a hull form suitable for a stern appendage and a propeller.

また、伴流場設計手段における伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い複数の船型データを、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成する場合には、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。   In addition, the design of the wake field in the wake field design means is more effective when generating a ship type that can obtain a target wake field by averaging a plurality of ship shape data close to the target wake field. A hull form suitable for stern appendages and propellers can be designed efficiently and accurately.

また、伴流場設計手段における伴流場の設計は、目標とする伴流場が得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行う場合には、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。   Also, the wake field design in the wake field design means is to create a hull form when designing a stern appendage and at least one of the propellers after generating a hull form to obtain the target wake field. After that, the detailed design of the stern appendage and the propeller can be performed, and the entire hull, stern appendage, and propeller can be optimized more accurately.

また、本発明の伴流場を考慮した船舶によれば、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現した船舶を提供することができる。   Moreover, according to the ship which considered the wake field of this invention, the ship which implement | achieved the whole optimization of a hull, a stern appendage, and a propeller can be provided.

また、船尾付加物としてダクトを用い、伴流場の流れのダクトに対する流入角の変動幅を25°以下にした場合には、伴流場を考慮してダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。   In addition, when a duct is used as the stern appendage and the fluctuation range of the inflow angle of the wake field flow with respect to the duct is 25 ° or less, the energy saving effect by the duct can be further enhanced in consideration of the wake field. it can.

また、流入角を25°以下とする範囲は、少なくともダクトの縦方向中心線の上部交点0°から90°の範囲内とした場合には、伴流場として効果の大きな流入角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果を効率的に高めることができる。   Further, the range in which the inflow angle is 25 ° or less is at least within the range of 0 ° to 90 ° of the upper intersection of the longitudinal center line of the duct. The energy saving effect by the duct can be enhanced efficiently.

また、船尾付加物としてダクトを用い、伴流場に対応するダクトの開き角を−3°以上14°以下とした場合には、伴流場として効果の大きな開き角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。   In addition, when a duct is used as the stern appendage and the opening angle of the duct corresponding to the wake field is set to -3 ° or more and 14 ° or less, the duct is allowed to face a range of a large opening angle as the wake field. The energy saving effect by the duct can be further enhanced.

また、プロペラは、プロペラ面に対する伴流場の流れの周方向分布の変動率を0.4以下に抑えた場合には、伴流場を考慮してプロペラ効率をより一層高めることができる。   Further, the propeller can further increase the propeller efficiency in consideration of the wake field when the variation rate of the circumferential distribution of the wake field flow with respect to the propeller surface is suppressed to 0.4 or less.

また、伴流場の流れの周方向分布の変動率を0.4以下に抑える範囲は、プロペラの半径の60%以上100%以下の位置とした場合には、プロペラとして効果の大きい範囲の変動率を押さえられるため、効率的にプロペラ効率を高めることができる。   Further, the range in which the fluctuation rate of the circumferential distribution of the wake field flow is suppressed to 0.4 or less is a range in which the effect of the propeller is large when the propeller radius is 60% or more and 100% or less. Since the rate can be suppressed, the propeller efficiency can be increased efficiently.

また、船体のS.S.2.0付近の船底部を肥大させ伴流場の改善を図った場合には、船尾縦渦を強め、その中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げることができ、伴流場の改善が図れる。   In addition, when the ship's bottom near SS 2.0 is enlarged to improve the wake field, the stern vertical vortex should be strengthened and its center lowered to the same height as the propeller shaft. And wake field can be improved.

本発明の本実施形態による伴流場設計システムのブロック図The block diagram of the wake field design system by this embodiment of this invention 同船型データベースに格納されている船型例(S.S.1.0)を示す図Figure showing an example of ship type (S.S.1.0) stored in the ship type database 同船型データベースに格納されている船型例(船尾プロファイル)を示す図A figure showing an example of the ship type (stern profile) stored in the ship type database 同伴流場データベース(プロペラ面の伴流分布)の例を示す図Figure showing an example of accompanying flow field database (propeller surface wake distribution) 同2730個体の船型の全ての流場データについて軸方向の流速分布をプロペラ半径位置毎にまとめた図A figure that summarizes the flow velocity distribution in the axial direction for all the flow field data of the 2730 individual hull form for each propeller radius position. 同2730個体の船型全ての伴流場データのダクト翼断面への流入角の分布を示す図The figure which shows distribution of the inflow angle to the duct wing cross section of the wake field data of all the ship types of 2730 individuals 同伴流場設計方法を示すフロー図Flow chart showing accompanying flow field design method 同目標とする伴流場の設計方法を示すフロー図Flow chart showing the design method of the wake field as the target 同設計した伴流分布を示す図Diagram showing the wake distribution designed in the same way 同原型船と生成した船型の比較図(S.S.1.0)Comparison of the original ship and the generated ship (S.S.1.0) 同原型船と生成した船型の比較図(船尾プロファイル)Comparison chart of the original ship and the generated ship (stern profile) 本発明の他の実施形態による伴流場設計方法を示すフロー図The flowchart which shows the wake field design method by other embodiment of this invention 原船型を用いた水槽試験の様子を示す図A figure showing the state of the tank test using the original ship type 生成した船型を用いた水槽試験の様子を示す図The figure which shows the state of the aquarium test using the generated hull form 原型船の計測した伴流分布を示す図Diagram showing wake distribution measured by prototype ship 生成した船型(システム出力船型)の計測した伴流分布を示す図Figure showing the measured wake distribution of the generated ship type (system output ship type) 原船型におけるダクト翼断面への周方向流入角の分布を示す図Diagram showing the distribution of the inflow angle in the circumferential direction to the duct blade section in the original ship type 生成した船型におけるダクト翼断面への周方向流入角の分布を示す図Diagram showing the distribution of the inflow angle in the circumferential direction to the duct blade section in the generated hull form ダクト流入角αの説明図Illustration of duct inflow angle α ダクト位置θの説明図Illustration of duct position θ 生成した船型の省エネ効果を原船型と比較して示す図Diagram showing energy saving effect of generated ship type compared with original ship type 原船型の軸方向流速の流方向分布を示す図Diagram showing the flow direction distribution of the axial velocity of the original ship type 生成した船型の軸方向流速の流方向分布を示す図Diagram showing the flow direction distribution of the generated ship's axial flow velocity 従来の船体、船尾付加物、及びプロペラの設計方法を示すフロー図Flow chart showing conventional hull, stern appendage, and propeller design method 先行研究で検討した伴流設計システムの概要図Schematic diagram of the wake design system studied in previous research

船尾伴流の分布形状は、省エネ付加物の効果の向上、及びプロペラ効率の向上やキャビテーションの低減に深く関連する。例えば、ダクト型の省エネ付加物の省エネ効果は、ダクト翼断面へ流入する流れの角度(流入角)の周方向分布に強い影響を受ける。
本件発明者は、まず意図する伴流分布の設計を可能とする新しい船型設計手法(伴流設計システム)を先行して研究し、一個抜き交差検証により伴流設計システムの理論的な有効性を確認した。
この研究で検討した伴流設計システムの概要を図25に示す。当該伴流設計システムは、従来の船型データベース解析例と異なり、船型を船型パラメータ(例えばCpカーブの傾斜角等)で整理せず単にIDで管理するため、その自由度及び拡張性の高さに特徴を持つ。
これにより、他船種のデータも同居することが可能で、従来と異なり過去の設計遺産をデータベースに同居させて活用することができるようになった。また、船型をIDで管理するため、船型のパラメータ化による情報の欠落を回避できる。
また、この研究で検討した伴流設計システムでは、機械学習手法の1つであるk近傍法を基礎とした手法で伴流分布と船型のデータベース(船型・流場データベース)の解析を実施する。また、当該伴流設計システムでは機械学習の問題設定を比較的シンプルな解空間に落とし込むことができるため、k近傍法よりも複雑な機械学習手法を適用する必要性が低く、簡便な手法で極めて有効なデータベースの解析が実施できることが分かった。
図25の伴流場解析について述べる。目標とする入力伴流分布のデータと船型・流場データベースの伴流データから入力伴流とデータベース上の伴流との類似度(ユークリッド距離)を下式(1)で算定する。
式(1)で得られたユークリッド距離を評価関数として、船型・流場データベースより類似伴流3つ特定し、類似伴流を持つ3船型を特定し、3船型をユークリッド距離(d1,d2,d3)から下式(2)で算定する重み係数(αi)を用いて船型ブレンディングすることで、目標とする入力伴流分布を実現する船型形状を機械的に求める。
The distribution shape of the stern wake is deeply related to the improvement of the effect of energy saving adjuncts, the improvement of propeller efficiency and the reduction of cavitation. For example, the energy-saving effect of a duct-type energy-saving additive is strongly influenced by the circumferential distribution of the angle (inflow angle) of the flow flowing into the duct blade cross section.
The present inventor first researched a new hull form design method (wake design system) that enables the design of the intended wake distribution, and confirmed the theoretical effectiveness of the wake design system by cross-validation. confirmed.
The outline of the wake design system examined in this study is shown in FIG. Unlike the conventional ship form database analysis example, the wake design system does not organize the ship form by ship form parameters (for example, the inclination angle of the C p curve, etc.), but simply manages it by ID, so its flexibility and expandability are high. It has characteristics.
As a result, data of other ship types can coexist, and unlike the past, past design heritage can be coexisted and utilized in the database. Further, since the ship type is managed by the ID, it is possible to avoid a lack of information due to the parameterization of the ship type.
In addition, in the wake design system examined in this study, the wake distribution and ship type database (ship type / flow field database) are analyzed by a method based on the k-nearest neighbor method which is one of machine learning methods. In addition, since the wake design system can drop machine learning problem settings into a relatively simple solution space, it is less necessary to apply a machine learning method that is more complicated than the k-nearest neighbor method. It was found that an effective database analysis can be performed.
The wake field analysis of FIG. 25 will be described. The similarity (Euclidean distance) between the input wake and the wake on the database is calculated by the following equation (1) from the target input wake distribution data and the wake data of the hull form / flow field database.
Using the Euclidean distance obtained by Equation (1) as an evaluation function, three similar wakes are identified from the ship shape / flow field database, three ship types having similar wakes are identified, and the three ship types are identified as Euclidean distances (d 1 , d 2 , d 3 ) and hull shape blending using the weighting coefficient (α i ) calculated by the following equation (2) to mechanically obtain the hull shape that realizes the target input wake distribution.

以下に、本研究で得られた本発明の実施形態による伴流場設計方法、伴流場設計システム、及び伴流場を考慮した船舶について説明する。
図1は、本実施形態による伴流場設計システムのブロック図である。
伴流場設計システムは、条件入力手段10と、船型・伴流場データベース手段20と、伴流場解析手段30と、伴流場設計手段40と、伴流場出力手段50とを備える。
Hereinafter, the wake field design method, the wake field design system, and the ship taking into account the wake field according to the embodiment of the present invention obtained in this study will be described.
FIG. 1 is a block diagram of a wake field design system according to this embodiment.
The wake field design system includes condition input means 10, ship shape / wake field database means 20, wake field analysis means 30, wake field design means 40, and wake field output means 50.

条件入力手段10は、例えばキーボードやタッチパネル、マウス等であり、ユーザーは、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する条件を、条件入力手段10を用いて伴流場設計システムに入力する。
船型・伴流場データベース手段20には、船型と伴流場をリンク(関連付け)させたデータが記憶されている。
The condition input means 10 is, for example, a keyboard, a touch panel, a mouse or the like, and the user inputs a condition for at least one of the hull, stern appendage, and propeller to the wake field design system using the condition input means 10. .
The ship shape / wake field database means 20 stores data in which the ship shape and the wake field are linked (associated).

本実施形態では、749総トンの一般貨物船を対象として、2730個体の船型・伴流場データベースを、船型・伴流場データベース手段20に構築した。伴流場の推定は、国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 海上技術安全研究所(以下、「海技研」という)が開発したRaNSソルバーNAGISAを使用し、本件発明者らが開示した「一ノ瀬康雄,田原裕介,久米健一:総トン数に制限を有する内航船の船型データベースの構築とその評価−749総トン型一般貨物船を対象としたプロトタイプの開発−,日本船舶海洋工学会論文集,第26号,pp.51-62, 2017.」(参考文献1)と同様の計算条件で、両舷180万セルの構造格子により実施した。また、乱流モデルの適用にあたっては、EASM kω、SST kω、Modified SAの複数の乱流モデルを比較検討し、参考文献1の原船型(MS No.869)の水槽試験結果との比較及び計算のロバスト性を考慮した結果、Modified SA(Cvor=20)を、船型・伴流場データベースの作成に適用する。計算格子は、参考文献1と同等の格子を採用しており、計算格子の不確かさは参考文献1に準じて本発明に妥当な不確かさレベルを有している。
船型・伴流場データベース手段20は、船型データと伴流場データを船型パラメータと伴流場データで整理せず単にIDで管理するため、その自由度及び拡張性の高さに特徴を持つ。また、データベースとしての解析に複雑な機械学習手法の適用も可能であるが、本研究で創出した簡便な手法がむしろ極めて有用であることが確認されている。
船型・伴流場データベース手段20は、船体(船型)と伴流場の対応付けが容易となるため、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現できることをはじめ、既存船を含めた船体の伴流場の解析、船尾付加物やプロペラに適した流場解析のための2次的な最適流場データベースの構築など、様々に利用が可能となる。
図2は、船型データベースに格納されている船型例(S.S.1.0)を示す図、図3は、船型データベースに格納されている船型例(船尾プロファイル)を示す図である。
船型データベースは、原船型と実用上同一の排水量を持ち、図2及び図3の船型例に示すとおり、船尾フレームライン、船尾プロファイル、船尾横切面積曲線(以下Cpカーブ)の所謂肩張り、肩落ち傾向の異なる船型形状を有する2730の船型群である。なお、本船型データベースは同一の主要目を有することから、同じプロペラ直径及び設置位置のプロペラを想定している。
In the present embodiment, a ship type / wake field database of 2730 individuals is constructed in the ship type / wake field database means 20 for a general cargo ship of 749 gross tons. The wake field was estimated by using the RaNS solver NAGISA developed by the National Maritime Research Institute (MARI), National Maritime Research Institute (MARI), and disclosed by the inventors. “Yasuo Ichinose, Yusuke Tahara, Kenichi Kume: Construction and Evaluation of Ship Type Database for Coastal Ships with Restriction on Gross Tonnage—Development of Prototypes for 749 Gross General Tonnage Cargo Ships— No. 26, pp.51-62, 2017. "(Reference 1) The calculation was carried out with a structural grid of 1.8 million cells on both sides. In applying the turbulent flow model, several turbulent flow models of EASM kω, SST kω, and Modified SA are compared and compared with the results of the tank test of the original ship type (MS No.869) in Reference 1. As a result of considering the robustness of the ship, Modified SA (Cvor = 20) is applied to the creation of the hull form / wake field database. As the calculation grid, a grid equivalent to that of Reference 1 is adopted, and the uncertainty of the calculation grid has an uncertainty level appropriate for the present invention according to Reference 1.
The ship type / wake field database means 20 is characterized by its high degree of freedom and high expandability because the ship type data and wake field data are not managed by ship type parameters and wake field data, but simply managed by ID. Although it is possible to apply complex machine learning techniques to database analysis, it has been confirmed that the simple technique created in this study is rather useful.
The hull form / wake field database means 20 facilitates the correspondence between the hull (hull form) and the wake field, so that the entire hull, stern appendages, and propellers can be optimized, including existing ships. It can be used for various purposes such as analysis of ship wake field and construction of secondary optimal flow field database for flow field analysis suitable for stern appendages and propellers.
FIG. 2 is a view showing an example of a ship type (SS1.0) stored in the ship type database, and FIG. 3 is a view showing an example of a ship type (stern profile) stored in the ship type database.
The hull form database has practically the same amount of water as the original hull form. As shown in the hull form examples in FIGS. 2 and 3, the stern frame line, stern profile, stern crossing area curve (hereinafter referred to as C p curve), This is a group of 2730 hulls having different hull shapes with different tendency to fall off shoulders. In addition, since this ship type database has the same main item, the propeller of the same propeller diameter and installation position is assumed.

図4は、伴流場データベース(プロペラ面の伴流分布)の例を示す図であり、図4(a)はID030001の船型の場合、図4(b)はID030003の船型の場合、図4(c)はID030005の船型の場合、図4(d)はID030006の場合である。図4に示すとおり、構築した船型・伴流場データベースは,特に船尾縦渦の強弱を中心に非常に変化に富むデータベースである。
図5は、2730個体の船型の全ての流場データについて軸方向の流速分布をプロペラ半径位置毎にまとめた図であり、図5(a)はR=0.7Rの場合、図5(b)はR=1.0Rの場合である。
ここで、図5の横軸は、プロペラTOP位置を0とする周方向位置であり、r=0.7Rは70%プロペラ半径位置でのグラフであることを示す。図5から2730個体の船型の軸方向の流速分布には、70°位置付近を節として変化することが分かる。この軸方向の流速分布が節をもって変動するのは、今回の船型データベースは実設計における船型変更と比較し変更範囲が大きく変化に富んでおり、また船尾縦渦の中心位置は船底からの上昇流の影響で、一般にプロペラ軸上方のみに位置することから推論すると、排水量一定の一軸スケグ船型一般に適用できる現象と推定される。
船型・伴流場データベースにおける伴流場が、船型が変わっても流れの変化の少ない節を有した流場であることにより、節を有した流場を用いて、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を行うことができる。節の存在は、2730個体の船型の全ての伴流場データについて解析した結果、判明した新しい知見であり、例えば、流れの変化の少ない節に船尾付加物、及びプロペラを臨ませて、性能の向上を図ることが期待できる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a wake field database (a wake distribution on a propeller surface). FIG. 4 (a) shows a case of a hull of ID030001 and FIG. 4 (b) shows a case of a hull of ID030003. FIG. 4C shows the case of ID030005, and FIG. 4D shows the case of ID030006. As shown in FIG. 4, the constructed hull form and wake field database is a database that is very varied, especially focusing on the strength of the stern vertical vortex.
FIG. 5 is a diagram in which the flow velocity distribution in the axial direction is summarized for each propeller radius position for all the flow field data of the ship shape of 2730 individuals, and FIG. 5 (a) shows the case of FIG. 5 (b) when R = 0.7R. ) Is for R = 1.0R.
Here, the horizontal axis of FIG. 5 indicates the circumferential position where the propeller TOP position is 0, and r = 0.7R is a graph at the 70% propeller radial position. From FIG. 5, it can be seen that the axial flow velocity distribution of 2730 individuals changes in the vicinity of the 70 ° position as a node. This axial velocity distribution fluctuates from node to node because the hull database of this time has a wide range of changes compared to the hull shape change in actual design, and the center position of the stern vertical vortex is the upward flow from the bottom of the ship. Inferring from the fact that it is generally located only above the propeller shaft, it can be assumed that this phenomenon can be applied to general uniaxial skeg vessels with a constant displacement.
Since the wake field in the hull form / wake field database is a flow field having nodes with little change in flow even if the ship type changes, the hull, stern appendage, and The entire propeller can be optimized. The existence of a knot is a new finding that was discovered as a result of analyzing all wake field data of 2730 individual hulls. For example, the stern appendages and propellers face a knot with little change in flow, and We can expect improvement.

ダクト型の省エネ付加物の省エネ効果は、ダクト翼断面へ流入する流れの角度(流入角)の周方向分布に強い影響を受ける。そのため、船型により周方向の流入角を改善できれば、付加物の省エネ効果が改善しトータルの燃費削減に寄与する。工作上の観点から周方向で同じ開き角を持つダクトでは、適切な開き角の設定により、0°から80°位置までのダクト翼断面への流入角が一定であるほど、高い省エネ効果が得られることが分かっている。ダクト翼断面への流入角が一定に近い船型は、本実施形態の伴流場設計システムにより機械的に得られる。
図6は、2730個体の船型全ての伴流場データのダクト翼断面への流入角の分布を示す図である。図6においても20°位置付近及び 90°位置付近に節が確認できる。20°位置付近の節は前述の船尾縦渦の位置の影響により形成されるものと考えられる。一方、90°位置は流入角の評価軸が船体横流れ方向と一致するため、90°位置付近の節は排水量一定の一軸スケグ船型の直進状態の流場では強い横流れが形成されないことが要因であると考えられる。このように流入角についても節が存在することが新しい知見として得られ、例えば、流れの変化の少ない節に船尾付加物、及びプロペラを臨ませて、性能の向上を図ることが期待できる。
The energy-saving effect of the duct-type energy-saving additive is strongly influenced by the circumferential distribution of the angle (flow angle) of the flow flowing into the duct blade cross section. For this reason, if the inflow angle in the circumferential direction can be improved by the hull form, the energy-saving effect of the adjunct will be improved and the total fuel consumption will be reduced. For ducts with the same opening angle in the circumferential direction from the viewpoint of work, the higher the opening angle, the higher the inflow angle into the duct blade cross section from 0 ° to 80 °, the higher the energy saving effect. I know that The hull form in which the inflow angle to the duct blade cross section is almost constant is obtained mechanically by the wake field design system of this embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing the distribution of the inflow angle to the wing section of the wake field data of all 2730 individual ship types. In FIG. 6, nodes can be confirmed near the 20 ° position and the 90 ° position. The nodes near the 20 ° position are considered to be formed by the influence of the position of the stern vertical vortex described above. On the other hand, at 90 ° position, the evaluation axis of the inflow angle coincides with the transverse direction of the hull. Therefore, the nodes near the 90 ° position are caused by the fact that a strong lateral flow is not formed in the straight flow field of the uniaxial skeg type with a constant drainage amount. it is conceivable that. As described above, it is obtained as a new finding that there is a node with respect to the inflow angle. For example, it can be expected that the stern appendage and the propeller face the node with little change in flow to improve the performance.

従来のデータベースは、船型と最終結果である馬力や、抵抗自航要素である積分値を対象としていたが、本発明の船型・伴流場データベースは船型と積分値の中間にあり、物理的な知見を含む伴流場と船型をリンクさせた新しいデータベースである。   The conventional database targeted the ship type and the final result, horsepower, and the integral value, which is the resistance self-propelled element, but the ship type and wake field database of the present invention is in the middle of the ship type and the integral value. It is a new database that links the wake field including knowledge and ship form.

伴流場解析手段30は、ユーザーが条件入力手段10を用いて入力した船体、船尾付加物、及びプロペラに関する少なくとも一つの条件に対して、船型・伴流場データベース手段20に予め構築されているデータベースに基づいて伴流場を解析する。
伴流場設計手段40は、伴流場解析手段30による伴流場の解析結果に基づいて、伴流場の設計を行う。
伴流場出力手段50は、伴流場設計手段40による伴流場の設計結果を、画面や紙等に出力する。
The wake field analysis means 30 is previously constructed in the hull form / wake field database means 20 for at least one condition regarding the hull, stern appendage, and propeller input by the user using the condition input means 10. The wake field is analyzed based on the database.
The wake field design means 40 designs the wake field based on the analysis result of the wake field by the wake field analysis means 30.
The wake field output means 50 outputs the design result of the wake field by the wake field design means 40 to a screen or paper.

また、伴流場解析手段30は、目標とする伴流場に近い船型データの選定を、船型・伴流場データベース手段20に構築されているデータベースに基づいて行う。
伴流場設計手段40は、伴流場解析手段30が選定した船型データに従って、目標とする伴流場が得られる船型を生成する。
このように、伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い船型データの選定を船型・伴流場データベースに基づいて行い、目標とする伴流場が得られる船型を生成することによって、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
Further, the wake field analysis means 30 selects the hull form data close to the target wake field based on the database constructed in the hull form / wake field database means 20.
The wake field design means 40 generates a hull form from which a target wake field can be obtained according to the hull form data selected by the wake field analysis means 30.
In this way, the design of the wake field is based on the selection of the hull form data close to the target wake field based on the hull form / wake field database and generating a hull form that provides the target wake field. It is possible to easily design a hull form suitable for a stern appendage and a propeller.

また、伴流場設計手段40における伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い複数の船型データを、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成する。
このように、目標とする伴流場に近い船型データを複数選定し、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成することによって、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
Further, the wake field design in the wake field design means 40 generates a ship form that can obtain a target wake field by averaging a plurality of ship form data close to the target wake field.
In this way, by selecting multiple hull form data close to the target wake field and averaging them to generate a hull form that can obtain the target wake field, the stern appendage can be more efficiently and accurately A hull shape suitable for a propeller can be designed.

また、伴流場設計手段40における伴流場の設計は、目標とする伴流場が得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行う。
このように、目標とする伴流場を得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行うことによって、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
In addition, the wake field in the wake field design means 40 is designed to generate at least one of a stern appendage and a propeller after generating a hull form capable of obtaining a target wake field.
In this way, after generating the hull form that can obtain the target wake field, by designing at least one of the stern appendage and the propeller, the detailed design of the stern adduct and the propeller is generated after generating the hull form. This makes it possible to optimize the entire hull, stern appendages, and propellers with higher accuracy.

目標とする伴流場が得られる船型の生成には、前述した船型ブレンディングを利用した伴流設計システムを用いることができる。この伴流設計システムは、目標とする伴流場とデータベース内の伴流場データとの類似度を「ユークリッド距離」で評価することにも特徴をもつ。伴流場は、通常360点の3速度成分で表される1080次元のデータのため、その類似度を低次元で効率的にパラメータ化することは、一般的に極めて困難である。しかし、「ユークリッド距離」によるパラメータ化は、低次元で伴流場及び船型の類似度を評価できる、極めて効率的なパラメータ化である。これにより、データベースの解析における大幅な計算コストの削減が可能となる。
さらに、選定した複数の船型を、「ユークリッド距離」の重みで船型ブレンディング(平均化)することで、船型・伴流場データベースにはない新しい船型データを作り出すことができる。これにより、単なるデータベース上のデータの取り出しではなく、希望する伴流と全く同じ伴流を誘起する船型を得ることができる。
The wake design system using ship hull blending described above can be used to generate a hull form that provides a target wake field. This wake design system is also characterized in that the similarity between the target wake field and the wake field data in the database is evaluated by the “Euclidean distance”. Since the wake field is usually 1080-dimensional data represented by 360 velocity components, it is generally very difficult to efficiently parameterize the similarity in a low dimension. However, the parameterization by the “Euclidean distance” is a very efficient parameterization that can evaluate the similarity of the wake field and the hull form in a low dimension. Thereby, it is possible to greatly reduce the calculation cost in the analysis of the database.
Furthermore, new ship type data that is not in the ship form / wake field database can be generated by blending (averaging) the selected ship types with the weight of “Euclidean distance”. As a result, it is possible to obtain a hull form that induces exactly the same wake as the desired wake rather than simply extracting data from the database.

図7は、本実施形態による伴流場設計方法を示すフロー図である。
まず、選定した船尾付加物及びプロペラに適した目標とする伴流場の設計を行う(S1:ステップ1)。
ステップ1の後、予め構築した船型・伴流場データベースに基づいて、目標とする伴流場に近い船型データを複数選定する(S2:ステップ2)。
ステップ2の後、選定した複数の船型データを平均化(ブレンディング)して目標とする伴流場が得られる船型を生成する(S3:ステップ3)
その後、ステップ3で生成した船型の微修正を行う(S4:ステップ4)。
ステップ4の後、ステップ1で選定した船尾付加物とプロペラについて、微修正や、船体への取付角度等を決定するための設計を行う(S5:ステップ5)。
ステップ5の後、船舶に対する船体、船尾付加物、及びプロペラによる全体最適化が目標性能を満たすか否かを解析又は試験により確認する(S6:ステップ6)
ステップ6において目標性能を満たすと判断した場合は、設計した船型、船尾付加物、及びプロペラの結果を出力する(S7:ステップ7)。
一方、ステップ6において目標性能を満たさないと判断した場合は、ステップ4に戻り、船型の微修正を行う。
FIG. 7 is a flowchart showing the wake field designing method according to the present embodiment.
First, a target wake field suitable for the selected stern appendage and propeller is designed (S1: Step 1).
After step 1, a plurality of hull form data close to the target wake field is selected based on a previously built hull form / wake field database (S2: step 2).
After step 2, a plurality of selected ship type data is averaged (blended) to generate a ship type that provides a target wake field (S3: step 3).
Thereafter, the hull form generated in step 3 is finely corrected (S4: step 4).
After step 4, the stern appendage and propeller selected in step 1 are designed for fine correction and determination of the mounting angle to the hull (S5: step 5).
After step 5, whether or not the overall optimization by the hull, stern appendage, and propeller for the ship satisfies the target performance is confirmed by analysis or test (S6: step 6).
If it is determined in step 6 that the target performance is satisfied, the designed hull form, stern appendage, and propeller results are output (S7: step 7).
On the other hand, if it is determined in step 6 that the target performance is not satisfied, the process returns to step 4 to make a fine correction of the hull form.

図8は、目標とする伴流場の設計方法を示すフロー図である。
まず、船尾付加物及びプロペラに関するデータと、予め構築した船型・伴流場データベースに基づいて、船尾付加物、及びプロペラに適した流場の解析を行い、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した最適伴流場データベースを先ず構築する(S11:ステップ11)。
ステップ11の後、予め構築した最適伴流場データベースに船体の制約条件を適用し、船尾付加物、及びプロペラに適した目標とする伴流場を選定する(S12:ステップ12)。船体の制約条件とは、船種や、船体の長さ、幅、又は喫水といった主要目等である。
このように、船型・伴流場データベースに基づいて、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した最適伴流場データベースを構築し、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件を考慮した上、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した伴流場を選定することによって、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件に合わせて船尾付加物、及びプロペラの目標とする最適な伴流場を得ることができる。
また、船体の制約条件を考慮した船型を生成することによって、船尾付加物、及びプロペラに適した伴流場を実現する船型を船体の制約条件を考慮したうえ生成できるので、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
FIG. 8 is a flowchart showing a target wake field design method.
First, based on the data related to stern appendages and propellers and the hull form and wake field database constructed in advance, the stern appendages and flow fields suitable for propellers are analyzed, and at least one of stern appendages and propellers is analyzed. First, an optimum wake field database suitable for the above is constructed (S11: Step 11).
After step 11, the hull constraints are applied to the optimal wake field database constructed in advance, and the target wake field suitable for the stern appendage and the propeller is selected (S12: step 12). The hull constraint conditions include the ship type, main length such as the length, width, and draft of the hull.
In this way, an optimal wake field database suitable for at least one of stern appendages and propellers is constructed based on the hull form / wake field database, and the hull constraints are considered using the optimal wake field database. In addition, by selecting the wake field suitable for at least one of the stern appendages and propellers, the optimal wake field database is used and the stern appendages and propeller targets are set according to the hull constraints. An optimal wake field can be obtained.
In addition, by generating a hull form that takes into account the hull constraints, it is possible to generate a hull form that realizes a wake field that is suitable for a stern appendage and a propeller in consideration of the hull constraints. , And overall optimization of the propeller can be performed with higher accuracy.

本実施形態では、ダクト翼断面への周方向流入角の改善による付加物の省エネ効果向上と、軸方向伴流の周方向の変動低減によるキャビテーション低減を目的として、目標とする伴流場を設計した。
この2つの目的を達成するため、伴流場データベースよりダクト最良流場(0°から80°位置の設計範囲において流入角の周方向変動の分散が最も小さいデータ)とキャビ最良流場(0.7Rにおいて軸方向流速の最大値と最小値の差が最も小さいデータ)の2つを選定し、この2つの伴流場をブレンディング(平均化)することにより、目標とする伴流場を設計した。図9は、設計した伴流分布を示す図である。図9において数値は船速で無次元化されており、U=1.0を船速としている。ダクト翼断面への周方向流入角を改善するために、船尾縦渦の中心がプロペラ軸芯と同等の高さとなっている。
In this embodiment, the target wake field is designed for the purpose of improving the energy saving effect of the adjunct by improving the circumferential inflow angle to the duct blade cross section and reducing cavitation by reducing the circumferential fluctuation of the axial wake. did.
In order to achieve these two objectives, the duct best flow field (data with the smallest variance of the variation in the circumferential direction of the inflow angle in the design range from 0 ° to 80 °) and the cavity best flow field (0. The target wake field was designed by selecting two of the data of the smallest difference between the maximum value and the minimum value of the axial flow velocity in 7R, and blending (averaging) the two wake fields. . FIG. 9 is a diagram showing the designed wake distribution. In FIG. 9, the numerical values are made dimensionless by the ship speed, and U = 1.0 is the ship speed. In order to improve the circumferential inflow angle to the duct blade section, the center of the stern vertical vortex has the same height as the propeller shaft.

また、本実施形態では、設計した目標とする伴流場を入力として、目標とする伴流場が得られる船型を生成した。なお、生成した船型(システム出力船型)は、設計した伴流場と類似度(式(1)のユークリッド距離)の近い3つの船型を船型ブレンディングして新たに生成した船型・伴流場データベースにはない船型であり、原船型と生成した船型の排水量の差は0.02%である。
図10は、原型船と生成した船型の比較図(S.S.1.0)、図11は、原型船と生成した船型の比較図(船尾プロファイル)である。船尾縦渦の中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げるためには、船尾の剥離線を船尾側に移動させるため、船尾後方に排水量を持たせる所謂肩落ちのCpカーブの船型が生成されることを当初は予想していた。しかし、生成した船型はS.S.1.0における断面積の小さい所謂肩張りのCpカーブを持つ船型であった。
この理由は、図10及び図11に示す原型船と生成した船型の船体表面圧力分布及び限界流線から説明できる。すなわち、船体のS.S.2.0付近の船底部を肥大させ伴流場の改善を図ることで、ここに出来る負圧領域を強めることにより、強い逆圧力勾配の流線を作ることで船尾縦渦を強め、その中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げることができ、伴流場の改善が図れる。
なお、「S.S.□」は、垂線間長(船長)L.P.P.全体を10としたときの船尾垂線A.P.からの位置を示す。すなわち、「S.S.1.0」は、船尾垂線A.P.から垂線間長L.P.P.の10%前方の位置であり、「S.S.2.0」は、船尾垂線A.P.から垂線間長L.P.P.の20%前方の位置である。
Further, in this embodiment, the hull form that generates the target wake field is generated by using the designed target wake field as an input. The generated hull form (system output hull form) is a newly generated hull form / wake field database created by blending three hull forms with similarities (Euclidean distance in Equation (1)) with the designed wake field. The difference between the original ship type and the generated ship type is 0.02%.
FIG. 10 is a comparison diagram (SS1.0) between the prototype ship and the generated ship type, and FIG. 11 is a comparison diagram (stern profile) between the prototype ship and the generated ship type. In order to lower the center of the stern vertical vortex to the same height as the propeller shaft center, the stern separation line is moved to the stern side, so a so-called shoulder-pumped C p- curve hull form is created that has a drainage amount behind the stern. I originally expected it to happen. However, the generated hull form is S.D. S. Was hull with C p curve of a small so-called shoulder-clad cross-sectional area at 1.0.
The reason for this can be explained from the hull surface pressure distribution and the critical streamline of the prototype ship and the generated ship shape shown in FIGS. That is, S. of the hull. S. By increasing the bottom of the ship near 2.0 and improving the wake field, the negative pressure region that can be made here is strengthened, and the stern vertical vortex is strengthened by creating a streamline with a strong reverse pressure gradient. Can be lowered to the same height as the propeller shaft core, and the wake field can be improved.
Note that “SS” is the length between the perpendiculars (captain) L. P. P. Stern vertical line when the total is 10 P. The position from is shown. That is, “SS 1.0” is the stern perpendicular line A.S. P. To perpendicular length L. P. P. Is “S.S.2.0” is the stern perpendicular line A.S. P. To perpendicular length L. P. P. It is a position 20% ahead.

本実施形態の伴流場設計方法を用いた伴流場を考慮した船舶であって、伴流場の設計を行った船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つを装備した船舶とすることにより、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現した船舶を提供することができる。   By considering a wake field using the wake field design method of the present embodiment, and a ship equipped with at least one of a stern appendage and a propeller that have designed the wake field, It is possible to provide a ship that realizes overall optimization of the hull, stern appendages, and propellers.

図12は、本発明の他の実施形態による伴流場設計方法を示すフロー図である。
本実施形態による伴流場設計方法は、船体又は流場情報が不明な場合における最適な船尾付加物、及びプロペラの設計方法である。船尾付加物を既存の船舶にレトロフィットするときには、船型情報が分からない場合が多い。また、新造船等においても予算の制約で流場推定が行えない場合が多々ある。このような場合に本実施形態による伴流場設計方法を用いることで、船型・伴流場データベースに基づく統計解析結果から、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラを設計することができる。
まず、船体の制約条件を決定する(S21:ステップ21)。
ステップ21の後、予め構築した船型・伴流場データベースに基づいて、決定した船体の制約条件に対する伴流場の統計解析を行い、制約条件の下での伴流場統計データを得る(S22:ステップ22)。
ステップ22の後、伴流場統計データを基に、制約条件の下での船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの最適な設計を行う(S23:ステップ23)。
これにより、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、伴流場統計データを基に、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラを設計することができる。例えば、船体の詳細な設計情報が不明な既存船や流場解析が予算の関係で行なえない新造船等への伴流場の推定を通じた最適な船尾付加物やプロペラの設計が可能となる。
FIG. 12 is a flowchart showing a wake field designing method according to another embodiment of the present invention.
The wake field design method according to the present embodiment is an optimum stern appendage and propeller design method when hull or flow field information is unknown. When retrofitting a stern appendage to an existing ship, the hull form information is often unknown. In addition, there are many cases where the flow field cannot be estimated due to budget constraints even in new ships. By using the wake field design method according to the present embodiment in such a case, there is generally an optimum effect for any ship under a certain constraint condition from the statistical analysis result based on the hull form / wake field database. Stern appendages and propellers can be designed.
First, hull constraint conditions are determined (S21: step 21).
After step 21, based on the hull form / wake field database constructed in advance, statistical analysis of the wake field with respect to the determined hull constraint conditions is performed to obtain wake field statistical data under the constraint conditions (S22: Step 22).
After step 22, based on the wake field statistical data, at least one optimum design of the stern appendage and the propeller under constraint is performed (S23: step 23).
As a result, even if the ship type information is unknown or the wake field cannot be estimated, it is generally optimal for any ship under certain constraints based on the wake field statistical data. There are stern appendages and propellers that can be designed. For example, it is possible to design optimal stern appendages and propellers by estimating wake fields for existing ships whose detailed design information is unknown and for new ships where flow field analysis cannot be performed due to budget.

船尾付加物としてダクトを用いる場合は、どの船舶に対しても最適な効果があるダクトは、ダクト流入角の設計範囲が5°以上20°以下の範囲とすることが好ましく、12°以上18°以下の範囲とすることがより好ましく、14°以上18°以下の範囲とすることが最も好ましい。
また、ダクトの翼の迎角は、6°から8°程度が良いため、伴流場に対応するダクトの開き角を−3°以上14°以下とすることが好ましく、4°以上12°以下とすることがより好ましく、6°以上12°以下とすることが最も好ましい。これにより、伴流場として効果の大きな開き角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。
When a duct is used as the stern appendage, the duct having the optimum effect for any ship preferably has a duct inflow angle design range of 5 ° to 20 °, preferably 12 ° to 18 °. The following range is more preferable, and the range of 14 ° to 18 ° is most preferable.
In addition, since the angle of attack of the wings of the duct is preferably about 6 ° to 8 °, the opening angle of the duct corresponding to the wake field is preferably -3 ° to 14 °, and preferably 4 ° to 12 °. It is more preferable that the angle be 6 ° or more and 12 ° or less. Thereby, a duct can be made to face in the range of the large opening angle which is effective as a wake field, and the energy-saving effect by a duct can be improved further.

以上のように、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する伴流場を、予め構築した船型と伴流場をリンクさせた船型・伴流場データベースに基づいて解析し、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した伴流場の設計を行うことにより、船体(船型)と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。   As described above, the wake field for at least one of the hull, stern appendage, and propeller is analyzed based on the hull form / wake field database in which the hull form and the wake field are linked in advance. By designing a wake field suitable for at least one of the propellers, it becomes easy to associate the hull (hull form) with the wake field, and a hull suitable for the stern appendage and the propeller can be designed. , Hull, stern appendages, and overall propeller optimization.

本発明による伴流設計システムの有効性を検証するため、原船型(MS No.869)と生成した船型(MS No.875)の船長6.8mの大型模型船を製作し、海技研の400m水槽において、伴流計測及び推進性能確認試験を実施した。図13は、原船型を用いた水槽試験の様子を示す図、図14は、生成した船型を用いた水槽試験の様子を示す図である。   In order to verify the effectiveness of the wake design system according to the present invention, a large model ship with a captain of 6.8 m was created for the original ship type (MS No.869) and the generated ship type (MS No.875). In the water tank, wake measurement and propulsion performance confirmation tests were conducted. FIG. 13 is a diagram showing a state of the aquarium test using the original hull form, and FIG. 14 is a diagram showing a state of the aquarium test using the generated hull form.

図15は、原型船の計測した伴流分布を示す図であり、図16は、生成した船型(システム出力船型)の計測した伴流分布を示す図である。想定通り生成した船型の船尾縦渦の中心は原型船と比較しプロペラ軸芯と同等の高さまで下がっている。
図17は、原船型におけるダクト翼断面への周方向流入角の分布を示す図、図18は、生成した船型におけるダクト翼断面への周方向流入角の分布を示す図、図19は、ダクト流入角αの説明図、図20は、ダクト位置θの説明図、図21は、生成した船型の省エネ効果を原船型と比較して示す図である。
図17及び図18には、ダクト翼断面への周方向流入角の分布をそれぞれ計算結果と比較して示している。設計目的通り、生成した船型では、原船型と比較し0°から80°位置の設計範囲において流入角の周方向変動が小さい。その結果、表1及び図21に示す通り、原型船で1.9%であったダクトの馬力削減効果(Energy savings)は、生成した船型では4.1%(表1中1.0-678/708で算定)となり、設計意図通りダクトの省エネ効果の向上が達成された。さらに、生成した船型は、ダクト非搭載の裸こく状態で、原船型より0.4%同一船速での必要馬力が大きいが、ダクトの省エネ効果の改善により、同一開き角を持つDuct 6degを搭載した状態で比較して1.9%、生成した船型の伴流分布のために設計したDuct 8degを搭載した状態で2.2%の馬力削減を確認し、設計目的としていた船型と付加物を組み合わせたトータルでの馬力削減を達成した。これらの設計結果から、本発明の有効性を確認した。
FIG. 15 is a diagram showing the measured wake distribution of the prototype ship, and FIG. 16 is a diagram showing the measured wake distribution of the generated ship type (system output ship type). The center of the stern vertical vortex generated as expected has been lowered to the same height as the propeller shaft compared to the original ship.
FIG. 17 is a diagram showing the distribution of the circumferential inflow angle to the duct wing cross section in the original hull form, FIG. 18 is a diagram showing the distribution of the circumferential inflow angle to the duct wing cross section in the generated hull form, and FIG. FIG. 20 is an explanatory view of the inflow angle α, FIG. 20 is an explanatory view of the duct position θ, and FIG. 21 is a view showing the energy saving effect of the generated ship shape in comparison with the original ship shape.
17 and 18 show the distribution of the inflow angle in the circumferential direction on the duct blade cross section in comparison with the calculation results. According to the design purpose, the generated hull form has a smaller variation in the inflow angle in the circumferential direction in the design range of 0 ° to 80 ° as compared with the original hull form. As a result, as shown in Table 1 and FIG. 21, the duct horsepower reduction effect (Energy savings), which was 1.9% in the prototype ship, was 4.1% (1.0-678 / 708 in Table 1). The energy saving effect of the duct was improved as designed. In addition, the generated hull form is barely equipped with no duct, and requires more horsepower at 0.4% the same hull speed than the original hull form, but due to improved energy saving effect of the duct, Duct 6 deg with the same opening angle is reduced. 1.9% compared to the mounted state, 2.2% horsepower reduction confirmed with the Duct 8deg designed for the wake distribution of the generated ship form, and the hull form and the adjuncts that were intended for the design Total horsepower reduction by combining the two. From these design results, the effectiveness of the present invention was confirmed.

このように、船体が誘起するダクトへの流入角の周方向の変動を改善することができる。これにより、工作性の問題で、一般に開き角を周方向一定としているダクトでは、周方向で安定した推力が得られるため省エネ効果が高くなる。
伴流場の流れのダクトに対する流入角の変動幅は、25°以下とすることが好ましく、20°以下とすることがより好ましく、15°以下とすることが最も好ましい。これにより、伴流場を考慮してダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。
また、流入角を25°以下とする範囲は、少なくともダクトの縦方向中心線の上部交点0°以上90°以下の範囲内とすることが好ましく、0°以上80°以下の範囲内とすることがより好ましく、10°以上80°以下の範囲内とすることが最も好ましい。これにより、伴流場として効果の大きな流入角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果を効率的に高めることができる。
In this way, the fluctuation in the circumferential direction of the inflow angle to the duct induced by the hull can be improved. As a result, a duct having a constant opening angle in the circumferential direction is generally a problem of workability, and a stable thrust is obtained in the circumferential direction, so that an energy saving effect is enhanced.
The fluctuation range of the inflow angle of the wake field flow with respect to the duct is preferably 25 ° or less, more preferably 20 ° or less, and most preferably 15 ° or less. Thereby, the energy saving effect by the duct can be further enhanced in consideration of the wake field.
Further, the range in which the inflow angle is 25 ° or less is preferably at least in the range of 0 ° or more and 90 ° or less of the upper intersection of the longitudinal center line of the duct, and is in the range of 0 ° or more and 80 ° or less. Is more preferable, and most preferably within a range of 10 ° to 80 °. Thereby, a duct can be made to face the range of an inflow angle with a large effect as a wake field, and the energy-saving effect by a duct can be heightened efficiently.

次に、キャビテーションの低減を目的とした軸方向伴流の周方向の変動低減について述べる。図22は、原船型の軸方向流速の流方向分布を示す図であり、図23は、生成した船型の軸方向流速の流方向分布を示す図である。
図22及び図23には、原船型と生成した船型の軸方向流速の流方向分布をそれぞれ計算結果と比較して示している。意図していた0.7Rにおける軸方向流速の最大値と最小値の差の最小化が計算上実現している。しかし、水槽試験結果では意図した0°から20°の流速の増加、120°付近の減速が同傾向であるものの計算の想定よりも大きく変化し、水槽試験結果では意図した結果が得られなかった。ただし、これはキャビテーション低減を目的とするプロペラ設計に適用するためには、流場データベースを構築するCFD計算を格子数等より精度の高い条件で実施する必要があること示しており、伴流場設計システムの構造的な問題ではなく、容易に解決できる。
Next, the circumferential fluctuation reduction of the axial wake for the purpose of reducing cavitation will be described. FIG. 22 is a diagram showing the flow direction distribution of the axial velocity of the original ship type, and FIG. 23 is a diagram showing the flow direction distribution of the generated axial velocity of the ship type.
22 and 23 show the flow direction distributions of the axial velocity of the original hull form and the generated hull form in comparison with the calculation results, respectively. The intended minimization of the difference between the maximum value and the minimum value of the axial flow velocity at 0.7R has been realized. However, in the aquarium test results, the increase in flow velocity from 0 ° to 20 ° and the deceleration near 120 ° tend to be the same, but the results of the aquarium test results are not as expected. . However, this indicates that the CFD calculation for constructing the flow field database needs to be performed under conditions with higher accuracy than the number of grids, etc. in order to apply it to the propeller design aimed at reducing cavitation. It is not a structural problem of the design system, but can be solved easily.

このように、プロペラのキャビテーションを低減することができる。キャビテーションを低減することで、騒音・振動問題が解決する。また、キャビテーションを低減することで、プロペラ展開面積比の許容範囲をより小さくすることができるため、プロペラ効率の向上に寄与する。
プロペラ面に対する伴流場の流れの周方向分布の変動率は、0.4以下に抑えることが好ましく、0.3以下に抑えることがより好ましく、0.2以下に抑えることが最も好ましい。これにより、伴流場を考慮してプロペラ効率をより一層高めることができる。
また、伴流場の流れの周方向分布の変動率を0.4以下に抑える範囲は、プロペラの半径の60%以上100%以下の位置とすることが好ましく、70%以上90%以下の位置とすることがより好ましく、70%以上80%以下とすることが最も好ましい。これにより、プロペラとして効果の大きい範囲の変動率を押さえられるため、効率的にプロペラ効率を高めることができる。
Thus, cavitation of the propeller can be reduced. Reducing cavitation solves noise and vibration problems. Further, by reducing cavitation, the allowable range of the propeller development area ratio can be further reduced, which contributes to improvement of propeller efficiency.
The variation rate of the circumferential distribution of the wake field flow with respect to the propeller surface is preferably suppressed to 0.4 or less, more preferably to 0.3 or less, and most preferably to 0.2 or less. Thereby, the propeller efficiency can be further increased in consideration of the wake field.
The range in which the fluctuation rate of the circumferential distribution of the wake field flow is suppressed to 0.4 or less is preferably 60% to 100% of the propeller radius, and 70% to 90%. More preferably, it is more preferably 70% or more and 80% or less. Thereby, since the fluctuation rate in a range where the effect is large as a propeller can be suppressed, the propeller efficiency can be increased efficiently.

以上のように、本発明は、意図する伴流場の設計を可能とする伴流場設計方法又は伴流場設計システムを用いて、ダクト型省エネ付加物等船尾付加物の省エネ効果向上及びキャビテーション低減に資する伴流分布を改善することができる。
船尾付加物の省エネ効果の改善により、船型と船尾付加物のトータルの馬力削減が達成される。
なお、船尾付加物には、ダクトの他、舵に設けたフィンやバルブ、プロペラの前方に設けたフィン、捩じり舵など、省エネに寄与する機器一切を含むものとする。
As described above, the present invention uses the wake field design method or wake field design system that enables the design of the intended wake field, and improves the energy saving effect and cavitation of the stern appendage such as a duct type energy saving appendage. The wake distribution that contributes to the reduction can be improved.
By improving the energy saving effect of the stern appendage, the total horsepower reduction of the hull form and stern appendage is achieved.
In addition to the duct, the stern appendage includes all devices that contribute to energy saving, such as fins and valves provided in the rudder, fins provided in front of the propeller, and torsion rudder.

本発明によれば、船体(船型)と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。
また、本発明は、職人知の見える化を実現し、従来のCFDと最適化手法を組み合わせた船型設計手法に対して、伴流場を理解しながら船型の設計を可能とするという優位性を有し、船型設計者の意思決定に役立てることができる。
According to the present invention, it is easy to associate the hull (hull form) with the wake field, and it is possible to design a hull suitable for the stern appendage and the propeller, and to optimize the entire hull, stern appendage, and propeller. Realize.
In addition, the present invention realizes the visualization of craftsmen's knowledge, and has the advantage of enabling hull form design while understanding the wake field over the hull form design technique combining conventional CFD and optimization techniques. It can be used for decision making by the hull designer.

10 条件入力手段
20 船型・伴流場データベース手段
30 伴流場解析手段
40 伴流場設計手段
50 伴流場出力手段

10 Condition input means 20 Hull form / wake field database means 30 Wake field analysis means 40 Wake field design means 50 Wake field output means

Claims (20)

船舶の船尾に生ずる伴流場の設計方法であって、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する伴流場を、予め構築した船型と伴流場をリンクさせた船型・伴流場データベースに基づいて解析し、前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つに適した前記伴流場の設計を行うことを特徴とする伴流場設計方法。   A method for designing a wake field generated at the stern of a ship, in which a wake field for at least one of a hull, a stern appendage, and a propeller is linked to a wake field constructed in advance and a wake field. A wake field design method characterized by analyzing the data based on a database and designing the wake field suitable for at least one of the stern appendage and the propeller. 前記伴流場の設計は、目標とする前記伴流場に近い船型データの選定を前記船型・伴流場データベースに基づいて行い、目標とする前記伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする請求項1に記載の伴流場設計方法。   The design of the wake field is to select a hull form data close to the target wake field based on the hull form / wake field database and generate a hull form from which the target wake field can be obtained. The wake field designing method according to claim 1, wherein 目標とする前記伴流場に近い前記船型データを複数選定し、平均化して目標とする前記伴流場が得られる前記船型を生成することを特徴とする請求項2に記載の伴流場設計方法。   The wake field design according to claim 2, wherein a plurality of the ship form data close to the target wake field are selected and averaged to generate the ship form from which the target wake field is obtained. Method. 目標とする前記伴流場を得られる前記船型を生成した後、前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つの設計を行うことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の伴流場設計方法。   The wake field according to claim 2 or 3, wherein at least one of the stern appendage and the propeller is designed after generating the hull form capable of obtaining the target wake field. Design method. 前記船型・伴流場データベースに基づいて、前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つに適した最適伴流場データベースを構築し、前記最適伴流場データベースを利用し前記船体の制約条件を考慮した上、前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つに適した前記伴流場を選定することを特徴とする請求項1に記載の伴流場設計方法。   Based on the hull form / wake field database, an optimum wake field database suitable for at least one of the stern appendage and the propeller is constructed, and the constraint conditions of the hull are determined using the optimum wake field database. The wake field design method according to claim 1, wherein the wake field suitable for at least one of the stern appendage and the propeller is selected in consideration. 前記船体の制約条件を考慮した前記船型を生成することを特徴とする請求項5に記載の伴流場設計方法。   The wake field design method according to claim 5, wherein the hull form is generated in consideration of constraints of the hull. 前記船体の制約条件を設定し、前記船型・伴流場データベースに基づいて前記制約条件に対する前記伴流場の統計的解析を行い、前記制約条件の下での伴流場統計データを得ることを特徴とする請求項1に記載の伴流場設計方法。   Setting constraints on the hull, performing statistical analysis of the wake field on the constraints based on the hull form / wake field database, and obtaining wake field statistical data under the constraints The wake field designing method according to claim 1, wherein 前記伴流場統計データを基に、前記制約条件の下での前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つの最適な設計を行うことを特徴とする請求項7に記載の伴流場設計方法。   The wake field design method according to claim 7, wherein at least one optimum design of the stern appendage and the propeller under the constraint condition is performed based on the wake field statistical data. . 前記船型・伴流場データベースにおける前記伴流場は、前記船型が変わっても流れの変化の少ない節を有した流場であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の伴流場設計方法。   9. The wake field in the hull form / wake field database is a flow field having nodes with little change in flow even when the hull form changes. Wake field design method described in 1. 船舶の船尾に生ずる伴流場の設計システムであって、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する条件を入力する条件入力手段と、船型と伴流場をリンクさせたデータを記憶した船型・伴流場データベース手段と、入力した前記条件に対して前記船型・伴流場データベース手段の前記データに基づいて前記伴流場を解析する伴流場解析手段と、前記伴流場の解析結果に基づいて前記伴流場の設計を行う伴流場設計手段と、前記伴流場の設計結果を出力する伴流場出力手段とを備えたことを特徴とする伴流場設計システム。   A design system for a wake field generated at the stern of a ship, which stores condition input means for inputting a condition for at least one of a hull, a stern appendage, and a propeller, and data that links a hull form and a wake field. Hull form / wake field database means, wake field analysis means for analyzing the wake field based on the data of the hull form / wake field database means for the input conditions, and analysis of the wake field A wake field design system comprising: wake field design means for designing the wake field based on a result; and wake field output means for outputting the design result of the wake field. 前記伴流場解析手段が、目標とする前記伴流場に近い船型データの選定を前記船型・伴流場データベース手段に基づいて行い、選定した前記船型データに従って、前記伴流場設計手段が、目標とする前記伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする請求項10に記載の伴流場設計システム。   The wake field analysis means performs selection of ship type data close to the target wake field based on the ship form / wake field database means, and according to the selected ship type data, the wake field design means includes: The wake field design system according to claim 10, wherein a hull form capable of obtaining the target wake field is generated. 前記伴流場設計手段における前記伴流場の設計は、目標とする前記伴流場に近い複数の前記船型データを、平均化して目標とする前記伴流場が得られる前記船型を生成することを特徴とする請求項11に記載の伴流場設計システム。   The design of the wake field in the wake field design means is to average the plurality of ship shape data close to the target wake field to generate the ship shape that can obtain the target wake field. The wake field design system according to claim 11. 前記伴流場設計手段における前記伴流場の設計は、目標とする前記伴流場が得られる前記船型を生成した後、前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つの設計を行うことを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の伴流場設計システム。   The design of the wake field in the wake field design means is characterized in that after the hull form that provides the target wake field is generated, at least one of the stern appendage and the propeller is designed. The wake field design system according to claim 11 or 12. 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の伴流場設計方法を用いた伴流場を考慮した船舶であって、前記伴流場の設計を行った前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つを装備したことを特徴とする伴流場を考慮した船舶。   A ship considering a wake field using the wake field design method according to any one of claims 1 to 9, wherein the stern appendage has designed the wake field, and A ship that takes into account the wake field, which is equipped with at least one propeller. 前記船尾付加物としてダクトを用い、前記伴流場の流れの前記ダクトに対する流入角の変動幅を25°以下にしたことを特徴とする請求項14に記載の伴流場を考慮した船舶。   The ship considering the wake field according to claim 14, wherein a duct is used as the stern appendage, and a fluctuation range of an inflow angle of the wake field flow with respect to the duct is set to 25 ° or less. 前記流入角を25°以下とする範囲は、少なくとも前記ダクトの縦方向中心線の上部交点0°から90°の範囲内としたことを特徴とする請求項15に記載の伴流場を考慮した船舶。   The wake field according to claim 15, wherein the range in which the inflow angle is 25 ° or less is at least the range of 0 ° to 90 ° at the upper intersection of the longitudinal center line of the duct. Ship. 前記船尾付加物としてダクトを用い、前記伴流場に対応する前記ダクトの開き角を−3°以上14°以下としたことを特徴とする請求項14から請求項16のいずれか1項に記載の伴流場を考慮した船舶。   The duct according to any one of claims 14 to 16, wherein a duct is used as the stern appendage, and an opening angle of the duct corresponding to the wake field is set to -3 ° or more and 14 ° or less. A ship that takes into account the wake field. 前記プロペラは、プロペラ面に対する前記伴流場の流れの周方向分布の変動率を0.4以下に抑えたことを特徴とする請求項14から請求項17のいずれか1項に記載の伴流場を考慮した船舶。   18. The wake according to claim 14, wherein the propeller suppresses a variation rate of a circumferential distribution of the wake field flow with respect to a propeller surface to 0.4 or less. A ship that takes into account the field. 前記伴流場の流れの周方向分布の変動率を0.4以下に抑える範囲は、前記プロペラの半径の60%以上100%以下の位置としたことを特徴とする請求項18に記載の伴流場を考慮した船舶。   19. The companion according to claim 18, wherein the range in which the fluctuation rate of the circumferential distribution of the flow of the wake field is suppressed to 0.4 or less is a position that is 60% or more and 100% or less of the radius of the propeller. A ship that considers the flow field. 前記船体のS.S.2.0付近の船底部を肥大させ前記伴流場の改善を図ったことを特徴とする請求項14から請求項19のいずれか1項に記載の伴流場を考慮した船舶。
The wake field according to any one of claims 14 to 19, wherein the wake field is improved by enlarging a bottom portion of the hull near S.S.2.0. Considered ship.
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