JP2021504692A - 数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法は、船舶運航条件による船舶に対する流動場解析ステップと、流動場解析ステップから対水速度測定位置を用いて対水速度測定位置での流速比を算出する流速比算出ステップと、流速比を用いて対水速度校正値を算出する校正値算出ステップと、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法に係り、より詳細には、潮流の効果を考慮した船舶の対水速度計測装置の校正方法に関する。

一般に、船舶は、浮力を利用して海上に浮遊した状態でプロペラなどの推進手段を活用して一定の速度で航行するが、この時、船舶の対地速度は、地表面に対する船舶の移動速度を意味するので、一定であるが、船舶の対水速度は、船舶が水を通過する速度であって、潮流がない場合には対地速度と同一であるが、潮流がある場合には対地速度との差が発生する。

つまり、船舶と潮流が同じ方向である場合には、船舶の対水速度が対地速度よりも遅くなり、船舶と潮流が反対方向である場合には、船舶の対水速度が対地速度よりも速くなる。

すなわち、潮流の影響によって対水速度が変わるのである。

国際海事機関（ＩＭＯ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）が、二酸化炭素排出量削減のためのエネルギー規制政策として、ＥＥＤＩ指数（船舶の燃費効率を示す指数であって、１トンの貨物を１海里（１．８５２ｋｍ）運搬するときに出てくる二酸化炭素の排出量をいう）に対する規制を施行することにより、船舶運航中の温室効果ガスの排出量を低減させるために低速で運航したり、燃費性能を向上させたりするための様々な試みが行われており、船舶の試運転及び実際運航の際に船舶の速度性能をより正確に評価するための努力が続いている。

船主との契約における船舶の速力性能は、波、風及び潮流がない静水中での性能を意味するが、実際の速度試運転を行う海上は常に上記のような外力が存在しているので、このような外力を補償するために、波と風の場合には、これによる船舶抵抗増加分に対して定められた規則に応じてその影響を反映しており、潮流の場合には、往復測定して平均することによりその影響を反映しているのが実情である。

つまり、より精度の高い対水速度計測のためには、潮流の影響をより厳密に補正する必要があるが、従来の補正方法は、一般にＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）で計測した速度試運転の結果値を用いて行われる。この方法は、船舶の速度試運転の結果に潮流の効果が完全に補正されることを基に、実際知っている流速を基準に校正する方法ではないので、校正方法論上、根本的な不正確性を内包している。

対水速度計測装置が一般的に船底から数十センチメートル乃至数十メートル離れている位置での流速を測定し、この程度の位置では船体による流動攪乱の影響が存在するので、その位置で測定された値は実際の対水速度値とは差があり、その差を対水速度計測装置の校正によって補正する必要性がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、かかる限界点を克服するために、数値解析方法を用いて船体周辺部における流動場を計算し、その計算結果に基づいて対水速度計測装置を校正する方法を提案することにある。

本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法は、船舶運航条件による船舶に対する流動場解析ステップと、流動場解析ステップから対水速度測定位置を用いて対水速度測定位置での流速比を算出する流速比算出ステップと、流速比を用いて対水速度校正値を算出する校正値算出ステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明によれば、船舶運航条件は、船舶の喫水、船速及び水温のうちの少なくとも一つであることを特徴とする数値解析を用いた対水速度校正値を算出する校正値算出ステップを含むことを特徴とする。

また、本発明によれば、流動場解析ステップは、船舶の喫水、船速及び水温の条件で、対水速度計が取り付けられる船舶に対して流動場解析を行うことを特徴とする対水速度校正値を算出する校正値算出ステップを含むことを特徴とする。

また、本発明によれば、流速比算出ステップは、流動場解析ステップから対水速度計が取り付けられた測定位置を用いて、対水速度測定位置での流速比を算出することを特徴とする。

また、本発明によれば、校正値算出ステップは、対水速度計から測定された対水速度測定値を流速比で割って対水速度校正値を算出することを特徴とする。

また、本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置用校正装置は、船舶運航条件による船舶に対する流動場解析モジュール、流動場解析モジュールから対水速度測定位置を用いて対水速度測定位置での流速比を算出する流速比算出モジュール、及び流速比を用いて対水速度校正値を算出する校正値算出モジュールを含むことを特徴とする。

本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法は、船底から数十センチメートル乃至数十メートル離れている位置での流動攪乱により、実際測定される対水速度に比べて遅くなる速度を補正することができるため、高精度の対水速度測定が可能となり、これを用いた船舶の性能測定が精密に行われることが可能であるという効果を有する。

対水速度の概念図である。 対水速度の概念図である。 船底部の流動場解析図の一例を示す。 本発明に係る対水速度校正値を算出する方法に関するブロック図である。 本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法を示すフローチャートである。 本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置用校正装置の概略図である。

本発明を説明するにあたり、関連した公知の機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にするおそれがあると判断された場合は、その詳細な説明を省略する。

本発明の概念による実施形態は、様々な変更を加えることができ、様々な形態を有することができる。よって、特定の実施形態を図面に例示し、本明細書または出願に詳細に説明しようとする。ところが、これは本発明の概念による実施形態を特定の開示形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物及び代替物を含むと理解されるべきである。

本明細書で使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、説示された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

以下、本発明を詳細に説明する。

図１ａ及び図１ｂは対水速度の概念図である。

図１ａ及び図１ｂに示すように、対地速度は、地表面に対する船舶の移動速度であって、 対地速度はＤＧＰＳを活用して測定し、潮流速度は対水速度と対地速度の差に該当し、対水速度は船底から数十センチメートル乃至数十メートル離れている位置での対水速度計から計測可能である。

これにより、潮流速度を算出することができる。

但し、この際、対水速度計から計測される計測値は、船底部から発生する流動場攪乱によって実際値よりも低い数値を持つという問題点がある。

図２は船底部の流動場解析図の一例を示す。

図２に示すように、船底部から数十センチメートル乃至数十メートル離れている位置での対水速度計の測定位置を（ｘ、ｙ、ｚ）とするとき、船速（Ｕ_０）と対水速度計での実際流速（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ））との流速比（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ）／Ｕ_０）は、船底部の流動場解析の結果、０．９７乃至０．９８を示している。

これは、実際船速（Ｕ_０）に比べて流動場攪乱によって対水速度計の測定位置（ｘ、ｙ、ｚ）での実際流速（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ））が遅くなったことを意味する。

したがって、対水速度計の流速測定値を用いて潮流の影響を評価するとき、実際の影響とは異なり、船体による流動場攪乱の影響が含まれるので、船舶性能評価において精度が落ちるという問題点がある。

このため、本発明では、船底部の流動場解析によって、対水速度計の測定位置（ｘ、ｙ、ｚ）での船速（Ｕ_０）と船体による流動場攪乱によって減少した実際流速との比率である流速比を算出し、これを対水速度校正値に反映しようとするのである。

図２に示すように、船底部の流動場解析のためには、船舶運航条件が必要であり、このような船舶運航条件には、船舶の喫水、船速、水温が必要である。

船舶運航条件から船底部の流動場を解析し、ここで、船速（Ｕ_０）と、対水速度計が位置した位置（ｘ、ｙ、ｚ）での実際流速（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ））との流速比（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ）／Ｕ_０）を流動場解析図から算出することができる。

算出された流速比（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ）／Ｕ_０）は、図３に示すように、対水速度計で測定された対水速度測定値（ｕ_{ｍｅｓｕｒｅｄ}）を流速比（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ）／Ｕ_０）で割ると、対水速度校正値（ｕ_{ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ}）が算出され、この値を活用すれば、より精密な潮流の影響判断が可能となる。

図４は本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法を示すフローチャートであり、図５は本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置用校正装置の概略図である。

図４及び図５に示すように、本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法は、船舶の喫水、船速及び水温のうちの少なくとも一つを算定して船舶運航条件による船舶に対する流動場をＣＦＤ解析する流動場解析ステップ（Ｓ１００）を行い、これにより算出された流動場解析において、図２のようなＣＦＤモデルが出てくると、船速（Ｕ_０）と、対水速度計が位置した位置（ｘ、ｙ、ｚ）での実際流速（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ））との流速比（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ）／Ｕ_０）を算出する流速比算出ステップ（Ｓ２００）を経る。

その後、算出された流速比（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ）／Ｕ_０）を活用して対水速度校正値を算出する校正値算出ステップ（Ｓ３００）を行うことにより、潮流の影響が精密に反映された校正値を求めることができる。

このとき、校正値算出ステップ（Ｓ３００）は、図３に示すように、船底部に取り付けられた対水速度計で測定された対水速度測定値（ｕ_{ｍｅｓｕｒｅｄ}）を流速比（ｕ（ｘ、ｙ、ｚ）／Ｕ_０）で割って対水速度校正値（ｕ_{ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ}）が算出される。

また、本発明に係る数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置用校正装置１００は、図５に示すように、船舶運航条件による船舶に対する流動場解析モジュール１０、流動場解析モジュール１０から対水速度測定位置を用いて対水速度測定位置での流速比を算出する流速比算出モジュール２０、及び流速比を用いて対水速度校正値を算出する校正値算出モジュール３０を含むことを特徴とする。

本発明によれば、数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法は、船底から数十センチメートル乃至数十メートル離れている位置での流動攪乱により、実際測定される対水速度に比べて遅くなる速度を補正することができるため、精密な対水速度測定が可能となり、これを用いた船舶の性能測定が正確に行われ得るので、船舶の対水速度計測分野においてより効果的に利用可能である。

Claims (6)

1. 船舶運航条件による船舶に対する流動場解析ステップと、
   前記流動場解析ステップから対水速度測定位置を用いて対水速度測定位置での流速比を算出する流速比算出ステップと、
   前記流速比を用いて対水速度校正値を算出する校正値算出ステップと、を含むことを特徴とする、数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法。
2. 前記船舶運航条件は、船舶の喫水、船速及び水温のうちの少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１に記載の数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法。
3. 前記流動場解析ステップは、前記船舶の喫水、前記船速及び前記水温の条件で、対水速度計が取り付けられる船舶に対して流動場解析を行うことを特徴とする、請求項２に記載の数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法。
4. 前記流速比算出ステップは、前記流動場解析ステップから前記対水速度計が取り付けられた測定位置を用いて、対水速度測定位置での流速比を算出することを特徴とする、請求項３に記載の数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法。
5. 前記校正値算出ステップは、前記対水速度計から測定された対水速度測定値を前記流速比で割って対水速度校正値を算出することを特徴とする、請求項４に記載の数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置の校正方法。
6. 船舶運航条件による船舶に対する流動場解析モジュールと、
   前記流動場解析モジュールから対水速度測定位置を用いて対水速度測定位置での流速比を算出する流速比算出モジュールと、
   前記流速比を用いて対水速度校正値を算出する校正値算出モジュールとを含むことを特徴とする、数値解析を用いた船舶の対水速度計測装置用校正装置。