JP6131247B2 - 転覆危険度算出システム - Google Patents
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Description
さらに、転覆危険度算出システムにおいて、前記演算手段は、前記動揺半径と前記転覆限界動揺半径とに基づく転覆限界傾斜角度を前記転覆危険度として算出するようにしても良い。
転覆危険度の算出動作に先立ち、まず、図4に示すように、一対のバネ80によって支えられたばね構造体81上の物体82について考察する。ばね構造体81上の物体82は、その移動により外乱を受けるか、停止中であっても外力が直接加えられることにより、縦揺れ(上下方向の単振動)と、横揺れ(ロール方向)とを生じる。なお、横揺れ(ロール方向)の中心軸のことを揺動中心軸83とする。この縦揺れ及び横揺れは、物体82の持つ唯一無二の空間的な重心位置に応じて定まるので、縦揺れの単振動周波数「v’」と、横揺れのロール周波数「v」とを求めれば、物体82の重量や形状の情報を必要することなく、揺動中心軸83からの物体82の三次元空間上の重心位置を求めることができる(以下、この理論を三次元重心検知理論と称す)。例えば、物体82が揺動中心軸83に対して左右対称な形状であれば、揺動中心軸83から物体82の重心Gまでの重心高さ「l」は、次式で表すことができる。
三次元重心検知理論では、図4に示すように、ばね構造体81上の物体82の動揺を、揺動中心軸83を中心とした動揺として、重心高さ「l」や横転限界高さ「lmax」を求めている。従って、三次元重心検知理論を船舶7に適用する場合にも、船舶7の動揺の中心となる軸を定める必要がある。
まず、船舶7が微細な横揺れ傾斜角で傾斜した状態を考える。図7は、船舶7がわずかに右傾した瞬間の状態を三次元重心検知理論に基づいて図説したものである。横揺れ傾斜角は微細であるので、図7(a)に示すように、メタセンタMと、重心Gと、動揺中心軸Oとは、直線上にあると見なせて、その直線は横揺れ傾斜角分で傾いている。図7(b)には、図7(a)に示すメタセンタM、重心G及び浮心Bの位置関係を拡大したものが示されている。図7(c)には、図7(b)に示す重心G及び浮心Bの位置関係を拡大したものが示されている。
図8に示すように、船舶7が傾斜し、メタセンタMと重心Gとを結ぶ線分の長さGMがゼロになると、復原力を喪失して転覆することになる。また、上述のように、メタセンタMと動揺中心軸Oとを結ぶ線分の長さが転覆限界動揺半径「lmax」となり、重心Gと動揺中心軸Oとを結ぶ線分の長さが動揺半径「l」となるため、転覆限界の条件式は、次式で表すことができる。
船舶7を傾斜させる要因にはいくつかあるが、すべての船舶7において支配的となるのは航海中に遭遇する波である。特に、海面上では風波が折り重なって波高を生じるため、海波の出現は複雑な現象となる。そこで、最も一般的な、水深が十分にある沖波を例にとれば、有義波高を用いるのが妥当である。
本実施の形態の転覆危険度演算システムを船舶A、Bに取り付け、転覆危険度を算出させた例を図10に示す。船舶A、Bの船体情報は、既知であり、船体情報に基づいて既存造船学に基づいてGM(メタセンタMと重心Gとを結ぶ線分の長さ)が求められている。
図11(a)に示すような船幅が0.22mの方形の模型船90を海水面に浮かべ、模型船90に本実施の形態の転覆危険度算出システムを取り付けて転覆危険度を算出させた。模型船90には、安定的に水面上に浮かべるために、図11(b)に示すように、重し91を船底左右中央に配置した。そして重さを無視できる軽量な台座(図示せず)を、重し91の下に順次挿入することで、船底から重しの重心位置Gまでの重心高さの位置を変化させ、それぞれについて転覆危険度を算出させ、その算出結果を図12に示す。また、図13は、図12に示す算出結果におけるθmaxを縦軸にとり、重心高さの位置を横軸に取った散布図である。
2 データ処理装置
3 基準板
4 加速度センサ
5 角速度センサ
6 A/D変換器
7 船舶
21 演算部
22 記憶部
23 操作部
24 報知部
25 受信部
26 バス
31 取り付け孔
32 Y軸線
33 X軸線
80 バネ
81 ばね構造体
82 物体
83 揺動中心軸
Claims (4)
- 船舶の上下方向の往復運動を仮想の動揺中心軸の上下方向の動揺として検出する上下方向検出手段と、
前記船舶の中心軸を中心としたロール方向の単振子運動を前記船舶の重心の前記動揺中心軸を中心とする単振子運動として検出するロール方向検出手段と、
前記上下方向検出手段及び前記ロール方向検出手段の検出結果に基づいて転覆危険度を算出する演算手段とを具備し、
前記演算手段は、前記動揺中心軸と前記船舶の重心とを結ぶ動揺半径と、前記動揺中心軸と前記船舶のメタセンタとを結ぶ転覆限界動揺半径とを前記転覆危険度として算出することを特徴とする転覆危険度算出システム。 - 前記演算手段は、前記動揺半径と前記転覆限界動揺半径とに基づく転覆限界傾斜角度を前記転覆危険度として算出することを特徴とする請求項1記載の転覆危険度算出システム。
- 前記メタセンタは、前記船舶の上心であり、浮心を通る垂線と、前記船舶が傾斜していない時の重心を通る垂線との交点であることを特徴とする請求項1又は2記載の転覆危険度算出システム。
- 前記動揺中心軸は、前記船舶の下心であり、水面上に漂う前記船舶の縦揺れと横揺れとの基点として設定されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の転覆危険度算出システム。
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