JP7178077B2 - Wake field design method, wake field design system, and ship considering wake field - Google Patents
Wake field design method, wake field design system, and ship considering wake field Download PDFInfo
- Publication number
- JP7178077B2 JP7178077B2 JP2018096661A JP2018096661A JP7178077B2 JP 7178077 B2 JP7178077 B2 JP 7178077B2 JP 2018096661 A JP2018096661 A JP 2018096661A JP 2018096661 A JP2018096661 A JP 2018096661A JP 7178077 B2 JP7178077 B2 JP 7178077B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wake field
- hull
- wake
- field
- design
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T70/00—Maritime or waterways transport
- Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls
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 considering the 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 shape (the wake field generated at the stern of the ship) was a difficult task that could be implemented only by trial and error based on the empirical rules of experienced engineers. In addition, the stern appendage and propeller were designed subordinately to the hull. Therefore, the hull suitable for the stern appendage and propeller was not designed, and overall optimization was not performed based on the mutual interference of the hull, propeller, and energy-saving appendage.
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,
Further, in Patent Document 2, a parameter indicating the flow field characteristics of the hull shape obtained from the integrated value of the amount of change in the pressure coefficient at the bow and stern obtained by calculating the double model flow around the hull, and the stern Create a regression equation for estimating the shape influence coefficient using the parameters representing the increase in resistance due to the secondary flow of the hull and the geometric shape parameters of the hull form, and estimate the viscous resistance by 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 for damming and straightening the downward flow, and in the presence of the stern fin, the operating flow field at the stern duct installation position in front of the propeller is measured or analyzed. , design and install a stern duct that maximizes the power reduction effect in the operating flow field, and measure or analyze the operating flow field at the rudder fin installation positions provided on both the left and right sides of the rudder in the presence of the stern fin and the stern duct. , discloses a method of designing a stern structure in which rudder fins are designed and provided to maximize the power reduction effect in the operating flow field.
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 shape of the stern wake distribution is closely related to improving the effect of energy-saving appendages, improving propeller efficiency, and reducing cavitation. Not proposed.
In addition, Patent Document 2 describes that an estimated regression equation is created by using the measurement results of 58 tank tests for the shape influence coefficient (1 + K) in a fully loaded state as a database, but the hull and stern are added. It does not realize the overall optimization of objects and propellers.
Further, in Patent Document 3, since the stern duct and the rudder fin are designed subordinately to the hull, the hull suitable for energy-saving additions is not designed. That is, it does not realize global optimization of the hull, stern appendage and propeller.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a wake field design method, a wake field design system, and a ship in which the wake field is taken into consideration, which achieve overall optimization of the hull, stern appendage, and propeller.
請求項１記載に対応した伴流場設計方法においては、伴流場設計システムを用いた船舶の船尾に生ずる伴流場の設計方法であって、伴流場設計システムが、入力された船体、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取得し、入力された条件に対して船体、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、伴流場の解析結果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伴流場の設計を行い、伴流場の設計結果を出力することを特徴とする。
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
According to the first aspect of the present invention, it is possible to easily associate the hull (hull form) with the wake field, and design a hull suitable for the stern appendage and the propeller. Overall optimization of the propeller is realized.
請求項２記載の本発明は、伴流場設計システムにおける伴流場の設計は、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 in the wake field design system is performed by selecting hull form data close to the target wake field based on the hull form/wake field database. It is characterized by generating a hull form that provides a flow field.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to easily design a hull form suitable for the stern appendage and the 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 according to claim 3 is characterized in that a plurality of ship shape data close to a target wake field are selected and averaged to generate a ship shape that provides a target wake field.
According to the third aspect of the present invention, it is possible to more efficiently and accurately design a hull form suitable for the stern appendage and the propeller.
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 present invention according to claim 4 is characterized by designing at least one of a stern appendage and a propeller after generating a hull form that can obtain a target wake field.
According to the present invention as set forth in claim 4, after the hull form is generated, detailed design of the stern appendage and the propeller can be performed, and overall optimization of the hull, stern appendage and propeller can be performed more accurately. It can be carried out.
請求項５記載の本発明は、伴流場設計システムにおいて、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。
According to a fifth aspect of the present invention, in a wake field design system, an optimum wake field database suitable for at least one of a stern appendage and a propeller is constructed based on a hull form/wake field database, and an optimum wake field database is constructed. It is characterized by selecting a wake field suitable for at least one of the stern appendage and the propeller after considering the constraints of the hull using the flow field database.
According to the fifth aspect of the present invention, the optimum wake field targeted for the stern appendage and the propeller can be obtained according to the constraints of the hull using the optimum wake field database.
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
According to the sixth aspect of the present invention, a hull shape that realizes a wake field suitable for the stern appendage and the propeller can be generated in consideration of the constraints of the hull. Overall optimization can be performed with higher accuracy.
請求項７記載の本発明は、伴流場設計システムにおいて、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。
According to the seventh aspect of the present invention, in the wake field design system, the constraint conditions of the hull are set, the wake field is statistically analyzed for the constraint conditions based on the ship shape / wake field database, and under the constraint conditions It is characterized by obtaining wake field statistical data at.
According to the present invention as set forth in claim 7, even if the hull shape information is unknown or the wake field cannot be estimated, generally the optimum effect is obtained for any ship under certain constraint conditions. It is possible to design stern appendages and propellers with For example, it is possible to design optimal stern appendages and propellers by estimating the wake field for existing ships for which detailed design information of the hull is unknown and for newly built ships for which flow field analysis cannot be performed due to budget constraints.
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。
According to the eighth aspect of the present invention, the optimum design of at least one of the stern appendage and the propeller under the constraint conditions is performed based on the wake field statistical data.
According to the eighth aspect of the present invention, even if the hull form information is unknown or the wake field cannot be estimated, based on the wake field statistical data, any given constraint conditions Stern appendages and propellers can be designed for optimal effectiveness in general for ships as well.
請求項９記載の本発明は、伴流場設計システムの船型・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
According to the ninth aspect of the present invention, the entire optimization of the hull, the stern appendage, and the propeller can be performed using the flow field with nodes. For example, stern appendages and propellers can be positioned at nodes where flow changes are small to improve performance.
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。
A wake field design system corresponding to claim 10, which is a design system for a wake field generated at the stern of a ship, is a condition input means for inputting conditions for at least one of a hull, a stern appendage, and a propeller. , hull form/wake field database means for storing data linking the hull form and wake field, and wake for analyzing the wake field based on the data in the hull form/wake field database means for the input conditions characterized by comprising field analysis means, wake field design means for designing a wake field based on wake field analysis results, and wake field output means for outputting the design results of the wake field. do.
According to the present invention as set forth in
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 ship shape data close to the target wake field based on the ship shape/wake field database means, and according to the selected ship shape data, the wake field The design means is characterized by generating a hull form that provides a target wake field.
According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to easily design a hull form suitable for the stern appendage and the 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 designing means is performed by averaging a plurality of hull form data close to the target wake field to determine a hull form that can obtain the target wake field. characterized by generating
According to the twelfth aspect of the present invention, it is possible to more efficiently and accurately design a hull form suitable for the stern appendage and the propeller.
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。
According to the thirteenth aspect of the present invention, the wake field designing means designs at least one of a stern appendage and a propeller after generating a hull form that provides a target wake field. It is characterized by
According to the thirteenth aspect of the present invention, after the hull form is generated, detailed design of the stern appendage and the propeller can be performed, and overall optimization of the hull, stern appendage and propeller can be performed more accurately. 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、伴流場の設計結果に基づいた船尾付加物としてダクトを用い、ダクトの伴流場に対応する開き角を－３°以上１４°以下とした条件に適した船体を備え、船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、船型・伴流場データベースに記憶され伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ伴流場の改善を図った船体であることを特徴とする。
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。また、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。また、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。
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 duct as a stern appendage based on the design result of the wake field is used, and the hull is equipped with a hull suitable for the conditions where the opening angle corresponding to the wake field of the duct is set to -3° or more and 14° or less, and the hull has a bottom part near SS2. The hull is enlarged to improve the wake field compared to the prototype ship stored in the field database and used for designing the wake field .
According to the fourteenth aspect of the present invention, it is possible to provide a vessel in which the overall optimization of the hull, stern appendage, and propeller is achieved. In addition, the duct can be placed in the range of the opening angle that has a large effect as a wake field, and the energy-saving effect of the duct can be further enhanced. In addition, the stern longitudinal vortex can be strengthened and its center can be lowered to the same height as the propeller axis, improving the wake field.
請求項１５記載の本発明は、伴流場の流れのダクトに対する流入角の変動幅を２５°以下とした条件に適した船体であることを特徴とする。
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。
According to the fifteenth aspect of the present invention, the hull is suitable for a condition in which the fluctuation width of the inflow angle of the flow of the wake field to the duct is set to 25° or less.
According to the fifteenth aspect of the present invention, the energy-saving effect of 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 set to 25° or less is at least within the range of 0° to 90° at the upper intersection point of the vertical center line of the duct.
According to the sixteenth aspect of the present invention, the duct can be placed in the range of the inflow angle where the effect of the wake field is large, and the energy-saving effect of the duct can be efficiently enhanced .
請求項１７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、伴流場の設計結果に基づいたプロペラが、伴流場の流れを受けるプロペラ面を有し、プロペラの半径の６０％以上１００％以下の位置で、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以下とし得る条件に適した船体を備え、船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、船型・伴流場データベースに記憶され伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ伴流場の改善を図った船体であることを特徴とする。
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、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。また、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。
A ship considering a wake field corresponding to claim 17 is a ship considering a wake field using a wake field design method, and a propeller based on the design result of the wake field includes: It has a propeller surface that receives the flow of the flow field, and at a position of 60% or more and 100% or less of the propeller radius, the fluctuation rate of the circumferential distribution of the wake field flow with respect to the propeller surface is set to 0.4 or less. A suitable hull is provided, and the bottom part of the hull near SS2.0 is made larger than the hull of the prototype ship that is stored in the hull form/wake field database and used for the design of the wake field. It is characterized by an improved hull .
According to the present invention as set forth in claim 17 , the propeller efficiency can be further increased in consideration of the wake field. In addition, the propeller efficiency can be efficiently increased because the fluctuation rate in the range where the propeller has a large effect can be suppressed. In addition, the stern longitudinal vortex can be strengthened and its center can be lowered to the same height as the propeller axis, improving the wake field.
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 design method of the present invention, it is easy to associate the hull (hull shape) with the wake field, and it is possible to design a hull suitable for the stern appendage and the propeller. Overall optimization of the propeller is realized.
また、伴流場設計システムにおける伴流場の設計は、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。 In addition, the design of the wake field in the wake field design system selects the hull form data close to the target wake field based on the hull form/wake field database, and selects the hull form that can obtain the target wake field. In the case of generation, the hull form suitable for the stern appendage and propeller can be easily designed.
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 shape data close to the target wake field are selected and averaged to generate a hull shape that yields the target wake field, the stern appendage and propeller can be generated more efficiently and accurately. A suitable hull form can be designed.
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, when designing at least one of the stern appendage and the propeller after generating the hull form that can obtain the target wake field, the detailed design of the stern appendage and the propeller is performed after the hull form is generated. This allows for more accurate overall optimization of the hull, stern appendages and propellers.
また、伴流場設計システムにおいて、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 the wake field design system, based on the hull shape and wake field database, an optimum wake field database suitable for at least one of the stern appendage and the propeller is constructed, and the optimum wake field database is used to create the hull. When selecting a suitable wake field for at least one of the stern appendage and the propeller after considering the constraints of , the optimum wake field database is used to match the hull constraints to the stern appendage, and the target optimum wake field of the propeller 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 constraints of the hull, it is possible to generate a hull form that realizes a wake field suitable for the stern appendage and the propeller while considering the constraints of the hull. Overall optimization of objects and propellers can be performed with higher accuracy.
また、伴流場設計システムにおいて、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, in the wake field design system, the constraints of the hull are set, the statistical analysis of the wake field against the constraints is performed based on the hull form/wake field database, and the statistical data of the wake field under the constraints is analyzed. In order to obtain the stern appendages and stern appendages, which are generally optimal for any ship under certain constraints, even if the hull form information is unknown or the wake field cannot be estimated. Propeller design becomes possible. For example, it is possible to design optimal stern appendages and propellers by estimating the wake field for existing ships for which detailed design information of the hull is unknown and for newly built ships for which flow field analysis cannot be performed due to budget constraints.
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 appendage and the propeller under the constraint conditions based on the wake field statistical data, it is necessary to use the hull shape information when the hull shape information is unknown or when the wake field estimation is not possible. Even if this is not possible, wake field statistics can be used to design stern appendages and propellers that are generally optimally effective for any vessel under certain constraints.
また、伴流場設計システムの船型・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 of the wake field design system is a flow field with knots with little change in flow even if the hull form changes, the flow field with knots is used. This enables global optimization of the hull, stern appendages and propellers. For example, stern appendages and propellers can be positioned at nodes where flow changes are small to improve performance.
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。 In addition, according to the wake field design system of the present invention, it becomes easy to associate the hull (hull shape) with the wake field, and it is possible to design a hull suitable for the stern appendage and the propeller. , and a global 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。 Further, the wake field analysis means selects hull shape data close to the target wake field based on the hull shape/wake field database means, and the wake field design means selects the target wake field according to the selected hull shape data. When creating a hull form that can obtain a wake field, it is possible to easily design a hull form suitable for the stern appendage and 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 efficient when generating a hull form that can obtain the target wake field by averaging a plurality of hull form data close to the target wake field. A hull form suitable for the stern appendage and propeller 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。 Further, the design of the wake field in the wake field design means generates a hull form that can obtain the target wake field. After that, detailed design of the stern appendage and propeller can be performed, and overall optimization of the hull, stern appendage and propeller can be performed with higher accuracy.
また、本発明の伴流場を考慮した船舶によれば、伴流場の設計結果に基づいた船尾付加物としてダクトを用い、ダクトの伴流場に対応する開き角を－３°以上１４°以下とした条件に適した船体を備え、船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、船型・伴流場データベースに記憶され伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ伴流場の改善を図った船体であることで、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。また、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。また、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。 Further, according to the ship considering the wake field of the present invention, the duct is used as the stern appendage based on the design result of the wake field, and the opening angle of the duct corresponding to the wake field is -3° or more and 14°. Equipped with a hull suitable for the following conditions, the bottom of the hull near SS2.0 is larger than the hull of the prototype ship that was stored in the hull form/wake field database and used for the design of the wake field. By using a hull designed to improve the wake field, it is possible to provide a vessel that achieves overall optimization of the hull, stern appendages, and propellers. In addition, the duct can be placed in the range of the opening angle that has a large effect as a wake field, and the energy-saving effect of the duct can be further enhanced. In addition, the stern longitudinal vortex can be strengthened and its center can be lowered to the same height as the propeller axis, improving the wake field.
また、伴流場の流れのダクトに対する流入角の変動幅を２５°以下とした条件に適した船体である場合には、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 , if the hull is suitable for the condition in which the fluctuation range of the inflow angle of the flow of the wake field to the duct is 25° or less, the energy saving effect of the duct can be further enhanced by considering the wake field. .
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。 In addition, the range in which the inflow angle is set to 25° or less is at least within the range of 0° to 90° at the upper intersection of the vertical center line of the duct. can be faced, and the energy-saving effect of the duct can be efficiently enhanced .
また、本発明の伴流場を考慮した船舶によれば、伴流場の設計結果に基づいたプロペラが、伴流場の流れを受けるプロペラ面を有し、プロペラの半径の６０％以上１００％以下の位置で、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以下とし得る条件に適した船体を備え、船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、船型・伴流場データベースに記憶され伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ伴流場の改善を図った船体であることで、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、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。また、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。 Further , according to the ship considering the wake field of the present invention, the propeller based on the design result of the wake field has a propeller surface that receives the flow of the wake field, and the radius of the propeller is 100% or more of 60% or more of the radius of the propeller. % or less, the hull is equipped with a hull suitable for the condition that the fluctuation rate of the circumferential distribution of the wake field flow with respect to the propeller surface is 0.4 or less, and the hull is positioned near the bottom of the SS 2.0. , the hull of the prototype ship stored in the hull form/wake field database and used for the design of the wake field is enlarged to improve the wake field. can be further enhanced. In addition, the propeller efficiency can be efficiently increased because the fluctuation rate in the range where the propeller has a large effect can be suppressed. In addition, the stern longitudinal vortex can be strengthened and its center can be lowered to the same height as the propeller axis, improving the wake field.
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。
The inventor of the present invention first conducted research in advance on a new hull form design method (wake design system) that enables the design of the intended wake distribution, and verified the theoretical effectiveness of the wake design system through single-out cross-validation. confirmed.
An overview of the wake design system considered in this study is shown in FIG. Unlike the conventional hull shape database analysis example, the wake design system manages the hull shape simply by ID instead of sorting it by hull shape parameters (such as the inclination angle of the Cp curve), so it has a high degree of freedom and expandability. characterized by
As a result, it is possible to share data from other types of ships, and unlike before, it is now possible to utilize past design heritage by coexisting in the database. In addition, since the hull form is managed by the ID, it is possible to avoid lack of information due to parameterization of the hull form.
In addition, the wake design system studied in this study analyzes the wake distribution and ship shape database (ship shape/flow field database) using a method based on the k-nearest neighbor method, which is one of the machine learning methods. In addition, since the wake design system can reduce the machine learning problem setting to a relatively simple solution space, there is less need to apply a more complicated machine learning method than the k-nearest neighbor method. It was found that a valid database analysis could 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 from the data of the target input wake distribution and the wake data of the ship shape/flow field database by the following formula (1).
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。
Below, the wake field design method, the wake field design system, and the ship considering 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 type/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, etc., and the user inputs conditions for at least one of the hull, stern appendage, and propeller to the wake field design system using the condition input means 10. .
The hull form/wake field database means 20 stores data in which the hull form 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 this embodiment, a hull form/wake field database of 2730 individuals is constructed in the hull form/wake field database means 20 for general cargo ships of 749 gross tons. The wake field is estimated using the RaNS solver NAGISA developed by the National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology, National Maritime Research Institute (hereinafter referred to as "National Research Institute"), and disclosed by the inventors. "Yasuo Ichinose, Yusuke Tahara, Kenichi Kume: Construction and Evaluation of Vessel Type Database for Coastal Ships with Limited Gross Tonnage -Development of Prototype for 749 Gross Tonnage General Cargo Ship-, Transactions of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers, No. 26, pp.51-62, 2017.” (reference 1), and carried out with a structural grid of 1.8 million cells on both sides. In addition, in applying the turbulence model, we compared and examined multiple turbulence models of EASM kω, SST kω, and Modified SA, and compared and calculated with the tank test results of the original ship type (MS No.869) in
The hull form/wake field database means 20 manages hull form data and wake field data simply by ID without sorting them by hull form parameters and wake field data, and is characterized by its high degree of freedom and expandability. In addition, it is possible to apply complex machine learning methods to analysis as a database, but it has been confirmed that the simple method created in this research is rather extremely useful.
Since the hull form/wake field database means 20 facilitates the correspondence between the hull (hull form) and the wake field, it is possible to achieve overall optimization of the hull, stern appendages, and propellers, as well as existing ships. It can be used in various ways, such as analysis of the wake field of the hull, and construction of a secondary optimum flow field database for flow field analysis suitable for stern appendages and propellers.
FIG. 2 is a diagram showing an example of hull form (SS1.0) stored in the hull form database, and FIG. 3 is a diagram showing an example of hull form (stern profile) stored in the hull form database.
The hull form database has practically the same displacement as the original hull form, and as shown in the examples of hull forms in Figs . A group of 2730 hulls having hull shapes with different shoulder drop tendencies. Since this hull form database has the same major specifications, it is assumed that the propellers have the same propeller diameter and installation position.
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 the wake field database (wake distribution on the propeller surface), FIG. (c) is for ID030005 hull form, and FIG. 4(d) is for ID030006. As shown in Fig. 4, the built hull form/wake field database is a database that is highly variable, especially focusing on the strength of longitudinal vortices at the stern.
FIG. 5 is a diagram summarizing the axial flow velocity distribution for each propeller radial position for all flow field data of 2730 individual hull forms. ) is for R=1.0R.
Here, the horizontal axis in FIG. 5 indicates the circumferential position with the propeller TOP position being 0, and r=0.7R indicates the graph at the 70% propeller radius position. From FIG. 5, it can be seen that the flow velocity distribution in the axial direction of the 2730 hull forms changes as a node near the 70° position. The reason why the flow velocity distribution in the axial direction fluctuates with nodes is that the hull shape database in this study has a wide range of changes compared to the hull shape changes in the actual design, and the center position of the longitudinal vortex at the stern is due to the upward flow from the bottom of the ship. Inferring from the fact that it is generally located only above the propeller shaft due to the influence of , it is presumed that this phenomenon can be generally applied to uniaxial skeg hulls with a constant displacement.
Since the wake field in the hull form/wake field database is a flow field with a knot where the flow changes little even if the hull form changes, using the knotted flow field, the hull, stern appendages, and Global optimization of propellers can be performed. The existence of the node is a new finding that was found as a result of analyzing all the wake field data of 2730 individual hull forms. Improvement can be expected.
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 duct-type energy-saving appendages is strongly affected by the circumferential distribution of the angle of the flow flowing into the duct blade cross section (inflow angle). Therefore, if the inflow angle in the circumferential direction can be improved by changing the hull shape, the energy saving effect of the appendages can be improved and the total fuel consumption can be reduced. From a manufacturing point of view, a duct with the same opening angle in the circumferential direction can achieve a high energy-saving effect by setting an appropriate opening angle so that the inflow angle to the duct blade cross section from the 0° to 80° position is constant. I know I will. A hull shape in which the inflow angle to the duct blade cross section is nearly constant can be mechanically obtained by the wake field design system of this embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing the distribution of the inflow angle to the duct blade cross section of the wake field data of all 2730 individual hull forms. Also in Fig. 6, knots can be confirmed near the 20° and 90° positions. The node near the 20° position is considered to be formed due to the influence of the position of the stern longitudinal vortex described above. On the other hand, at the 90° position, since the evaluation axis of the inflow angle coincides with the lateral flow direction of the hull, the node near the 90° position is a factor in that a strong lateral flow is not formed in the flow field in the straight state of a uniaxial skeg hull with a constant displacement. it is conceivable that. In this way, the fact that there is a node with respect to the inflow angle is obtained as a new knowledge. For example, it is expected that the performance can be improved by placing the stern appendage and the propeller at the node where the flow changes little.
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 targets the hull form and the final result horsepower, and the integral value which is the resistance self-propulsion element, but the hull form/wake field database of the present invention is located between the hull form and the integral value, and the physical This is a new database that links wake fields and hull forms containing knowledge.
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 preconfigured in the hull form/wake field database means 20 for at least one condition regarding the hull, stern appendage, and propeller that the user has input using the condition input means 10. Analyze the wake field 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, paper, or the like.
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。
The wake field analysis means 30 also selects ship shape data close to the target wake field based on the database built in the ship shape/wake field database means 20 .
The wake field design means 40 generates a hull form that provides a target wake field according to the hull form data selected by the wake field analysis means 30 .
In this way, the wake field is designed by selecting hull shape data close to the target wake field based on the hull shape/wake field database and generating a hull shape that can obtain the target wake field. , the hull form suitable for the stern appendage and propeller can be easily 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 means 40 designs the wake field by averaging a plurality of ship shape data close to the target wake field to generate a ship shape that provides the target wake field.
In this way, by selecting a plurality of 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 calculated. A hull form suitable for the 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 the design of the wake field by the wake field design means 40, at least one of the stern appendage and the propeller is designed after the hull form that provides the target wake field is generated.
In this way, after generating a hull form that can obtain the target wake field, by designing at least one of the stern appendage and the propeller, after generating the hull form, detailed design of the stern appendage and the propeller can be performed, and overall optimization of the hull, stern appendage, and propeller can be performed 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。
A wake design system that utilizes the aforementioned hull blending can be used to generate a hull form that provides a target wake field. This wake design system is also characterized by evaluating the degree of similarity between the target wake field and the wake field data in the database using the Euclidean distance. Because the wake field is typically 1080-dimensional data represented by 360 points of three velocity components, it is generally very difficult to efficiently parameterize its similarity in low dimensions. 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. This enables a significant reduction in computational cost in database analysis.
Furthermore, by blending (averaging) multiple selected hull forms with the weight of the "Euclidean distance", it is possible to create new hull form data not found in the hull form/wake field database. As a result, it is possible to obtain a hull form that induces exactly the same wake as the desired one, rather than simply retrieving data from a 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 flow diagram showing a wake field design method according to this embodiment.
First, a target wake field suitable for the selected stern appendage and propeller is designed (S1: Step 1).
After
After step 2, a plurality of selected hull form data are averaged (blended) to generate a hull form that provides a target wake field (S3: step 3).
After that, the hull form generated in step 3 is finely corrected (S4: step 4).
After step 4, the stern appendages and propeller selected in
After step 5, it is confirmed by analysis or test whether the overall optimization of the hull, stern appendages, and propellers for the ship satisfies the target performance (S6: step 6).
If it is determined in
On the other hand, if it is determined in
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 flow diagram showing a method of designing a target wake field.
First, based on the data on the stern appendage and propeller and the hull shape and wake field database that was constructed in advance, the flow field suitable for the stern appendage and propeller is analyzed, and at least one of the stern appendage and propeller is analyzed. First, an optimum wake field database suitable for is constructed (S11: step 11).
After step 11, the hull constraints are applied to the pre-constructed optimal wake field database to select a target wake field suitable for the stern appendage and propeller (S12: step 12). The hull constraints are things such as the type of vessel and key features such as length, width, or draft of the hull.
In this way, based on the hull shape/wake field database, an optimum wake field database suitable for at least one of the stern appendage and propeller is constructed, and the constraints of the hull are considered using the optimum wake field database. Then, by selecting a suitable wake field for at least one of the stern appendage and the propeller, the optimum wake field database is used to target the stern appendage and the propeller according to the constraints of the hull. An optimal wake field can be obtained.
In addition, by generating a hull form that takes into consideration the constraints of the hull, it is possible to generate a hull form that realizes a wake field suitable for the stern appendage and the propeller while considering the constraints of the hull. , and the global optimization of the propeller can be performed more accurately.
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 appendage by improving the circumferential direction inflow angle to the duct blade cross section and reducing cavitation by reducing the fluctuation of the axial wake in the circumferential direction. did.
To achieve these two objectives, the best flow field in the duct (data with the smallest variance in the circumferential variation of the inflow angle in the design range from 0° to 80°) and the best flow field in the cavity (0. The data with the smallest difference between the maximum and minimum values of the axial flow velocity in 7R) were selected, and the target wake field was designed by blending (averaging) these two wake fields. . FIG. 9 shows a designed wake distribution. In FIG. 9, the numerical values are non-dimensionalized by boat speed, and U=1.0 is the boat speed. The center of the stern longitudinal vortex is at the same height as the propeller axis to improve the circumferential inflow angle to the duct blade cross section.
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 the present embodiment, a designed target wake field is used as an input to generate a hull form that provides a target wake field. The generated hull form (system output hull form) is a hull form/wake field database newly generated by blending three hull forms that are close in similarity (Euclidean distance in equation (1)) to the designed wake field. There is no hull form, and the difference in displacement between the original hull form and the generated hull form is 0.02%.
FIG. 10 is a comparison diagram of the prototype ship and the generated hull form (SS1.0), and FIG. 11 is a comparison diagram of the prototype ship and the generated hull form (stern profile). In order to lower the center of the stern longitudinal vortex to the same height as the propeller axis, the separation line of the stern is moved to the stern side. I originally expected it to happen. However, the generated hull form is S.M.A.R.T. S. It was a hull form with a so-called shouldered Cp curve with a small cross-sectional area at 1.0.
The reason for this can be explained from the hull surface pressure distribution and critical streamlines of the prototype ship and the generated hull form shown in FIGS. That is, the S.H. S. By enlarging the bottom of the ship near 2.0 and improving the wake field, the negative pressure area created here is strengthened, creating a streamline with a strong reverse pressure gradient, which strengthens the longitudinal vortex at the stern, and can be lowered to the same height as the propeller shaft center, and the wake field can be improved.
In addition, "S.S.□" is the length between perpendiculars (captain) L.S. P. P. Aft perpendicular A. P. indicates the position from That is, "S.S.1.0" is the stern perpendicular A.S. P. to the perpendicular length L. P. P. "SS2.0" is the
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。 A ship that considers a wake field using the wake field design method of the present embodiment, and is equipped with at least one of a stern appendage for which the wake field is designed and a propeller. It is possible to provide a vessel that achieves 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 flow diagram illustrating a wake field design method according to another embodiment of the present invention.
The wake field design method according to the present embodiment is a method for designing an optimum stern appendage and propeller when hull or flow field information is unknown. When retrofitting an aft appendage to an existing vessel, often the hull form information is not known. In addition, there are many cases where flow field estimation cannot be performed for new ships due to budget constraints. In such a case, by using the wake field design method according to this embodiment, the results of statistical analysis based on the hull form/wake field database generally provide optimal effects for any ship under certain constraint conditions. Stern appendages and propellers can be designed.
First, the constraints of the hull 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 constraint conditions of the hull is performed to obtain wake field statistical data under the constraint conditions (S22: step 22).
After step 22, the optimum design of at least one of the stern appendage and the propeller under the constraint conditions is performed based on the wake field statistical data (S23: step 23).
As a result, even if the hull form information is unknown or the wake field cannot be estimated, the statistical data of the wake field can be used to obtain the generally optimal effect for any ship under certain constraints. Able to design stern appendages and propellers with For example, it is possible to design optimal stern appendages and propellers by estimating the wake field for existing ships for which detailed design information of the hull is unknown and for newly built ships for which flow field analysis cannot be performed due to budget constraints.
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 a stern appendage, it is preferable that the design range of the duct inflow angle is 5° or more and 20° or less, and 12° or more and 18° for the duct that is most effective for any ship. The following range is more preferable, and the range of 14° or more and 18° or less is most preferable.
In addition, since the angle of attack of the blades of the duct is preferably about 6° to 8°, the opening angle of the duct corresponding to the wake field is preferably -3° or more and 14° or less, and 4° or more and 12° or less. More preferably, it is most preferably 6° or more and 12° or less. As a result, the duct can be placed in the range of the opening angle where the effect of the wake field is large, and the energy-saving effect of the duct can be further enhanced.
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, the stern appendage, and the 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 stern appendage and propeller, it becomes 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 propeller. , hull, stern appendage, and propeller overall 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 length of 6.8m of the original hull form (MS No.869) and the generated hull form (MS No.875) was manufactured. Wake measurement and propulsion performance verification tests were carried out in the tank. FIG. 13 is a diagram showing a tank test using the original hull form, and FIG. 14 is a diagram showing a tank 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。
17 is a diagram showing the distribution of the circumferential inflow angle to the duct blade cross section in the original hull form, FIG. 18 is a diagram showing the distribution of the circumferential inflow angle to the duct blade cross section in the generated hull form, and FIG. FIG. 20 is an explanatory diagram of the inflow angle α, FIG. 20 is an explanatory diagram of the duct position θ, and FIG. 21 is a diagram showing the energy saving effect of the generated hull form in comparison with the original hull form.
17 and 18 show the distribution of the circumferential inflow angle to the duct blade cross-section in comparison with the calculated results. As designed, in the generated hull form, the circumferential variation of the inflow angle is smaller in the design range from 0° to 80° than in the original hull form. As a result, as shown in Table 1 and Fig. 21, the horsepower reduction effect (Energy savings) of the duct, which was 1.9% in the prototype ship, was 4.1% in the produced hull form (1.0-678/708 in Table 1). ), and the energy-saving effect of the duct was improved as intended. In addition, the generated hull form, in a bare body state without a duct, requires 0.4% more horsepower than the original hull form at the same speed, but due to the improvement of the energy saving effect of the duct, a 6 deg duct with the same opening angle was adopted. We confirmed a horsepower reduction of 1.9% compared to the installed state, and a 2.2% reduction in horsepower with the duct 8deg designed for the wake distribution of the generated hull shape. Achieved a total reduction in horsepower by combining 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, hull-induced circumferential variations in the angle of entry into the duct can be ameliorated. As a result, in a duct whose opening angle is generally constant in the circumferential direction due to workability issues, a stable thrust force can be obtained in the circumferential direction, resulting in a high energy-saving effect.
The fluctuation width of the inflow angle of the flow of the wake field to the duct is preferably 25° or less, more preferably 20° or less, and most preferably 15° or less. Thereby, the energy-saving effect of the duct can be further enhanced in consideration of the wake field.
In addition, the range in which the inflow angle is set to 25° or less is preferably within the range of at least 0° or more and 90° or less at the upper intersection of the vertical center line of the duct, and should be within the range of 0° or more and 80° or less. is more preferable, and it is most preferable to be in the range of 10° or more and 80° or less. As a result, the duct can be placed in a range of inflow angles that are highly effective as a wake field, and the energy-saving effect of the duct can be efficiently enhanced.
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, reduction of circumferential fluctuations 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 flow velocity of the original hull form, and FIG. 23 is a diagram showing the flow direction distribution of the axial flow velocity of the generated hull form.
22 and 23 show the flow direction distributions of the axial flow 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 and minimum values of the axial flow velocity at 0.7R is achieved by calculation. However, in the water tank test results, although the intended increase in flow velocity from 0° to 20° and the deceleration near 120° showed the same tendency, the change was larger than expected in the calculation, and the intended results were not obtained in the water tank test results. . However, in order to apply this to propeller design aimed at reducing cavitation, it is necessary to perform CFD calculations to construct a flow field database under conditions with higher accuracy than the number of grids, etc. It is not a structural problem of the design system and can be easily solved.
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, propeller cavitation can be reduced. Reducing cavitation solves noise and vibration problems. In addition, by reducing cavitation, the permissible range of the propeller deployment area ratio can be made smaller, which contributes to the 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 0.3 or less, and most preferably 0.2 or less. Thereby, the propeller efficiency can be further increased by considering the wake field.
In addition, the range of suppressing the fluctuation rate of the circumferential distribution of the flow of the wake field to 0.4 or less is preferably a position of 60% or more and 100% or less of the propeller radius, and a position of 70% or more and 90% or less. More preferably, it is most preferably 70% or more and 80% or less. As a result, the propeller efficiency can be efficiently increased because the fluctuation rate can be suppressed in the range where the propeller has a large effect.
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 a wake field design method or wake field design system that enables the design of an intended wake field to improve the energy saving effect of stern appendages such as duct type energy saving appendages and cavitation. Wake distribution that contributes to reduction can be improved.
By improving the energy saving effect of the stern appendage, the total horsepower reduction of the hull form and the stern appendage is achieved.
In addition to ducts, stern appendages include all equipment that contributes to energy conservation, such as fins and valves on the rudder, fins on the front of the propeller, and torsion rudders.
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 possible to easily associate the hull (hull shape) with the wake field, design a hull suitable for the stern appendage and the propeller, and achieve overall optimization of the hull, stern appendage, and propeller. come true.
In addition, the present invention realizes the visualization of craftsmanship, and has the advantage of enabling hull form design while understanding the wake field, compared to conventional hull form design methods that combine CFD and optimization techniques. and can be used for decision-making by hull design engineers.
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 Ship type/wake field database means 30 Wake field analysis means 40 Wake field design means 50 Wake field output means
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018096661A JP7178077B2 (en) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | Wake field design method, wake field design system, and ship considering wake field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018096661A JP7178077B2 (en) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | Wake field design method, wake field design system, and ship considering wake field |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019200752A JP2019200752A (en) | 2019-11-21 |
| JP7178077B2 true JP7178077B2 (en) | 2022-11-25 |
Family
ID=68612531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018096661A Active JP7178077B2 (en) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | Wake field design method, wake field design system, and ship considering wake field |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7178077B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117150652B (en) * | 2023-08-30 | 2024-04-30 | 武汉理工大学 | Sample point selection method, system and terminal based on ship-shaped constraint space |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203268307U (en) | 2013-05-08 | 2013-11-06 | 舟山市定海区龙叶螺旋桨制造有限公司 | Large-scale propellor |
| CN203473229U (en) | 2013-06-19 | 2014-03-12 | 大连船舶重工集团有限公司 | Kamsarmax bulk carrier with propeller containing energy-saving conduit |
| CN105197179A (en) | 2015-10-29 | 2015-12-30 | 上海交通大学 | Vertical bow and front edge drainage combined damping structure used for low speed full formed ship |
| CN106697179A (en) | 2015-11-15 | 2017-05-24 | 重庆申化船舶表面技术工程有限公司 | Knuckle line type internal-rotating finny tail ship form |
-
2018
- 2018-05-18 JP JP2018096661A patent/JP7178077B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203268307U (en) | 2013-05-08 | 2013-11-06 | 舟山市定海区龙叶螺旋桨制造有限公司 | Large-scale propellor |
| CN203473229U (en) | 2013-06-19 | 2014-03-12 | 大连船舶重工集团有限公司 | Kamsarmax bulk carrier with propeller containing energy-saving conduit |
| CN105197179A (en) | 2015-10-29 | 2015-12-30 | 上海交通大学 | Vertical bow and front edge drainage combined damping structure used for low speed full formed ship |
| CN106697179A (en) | 2015-11-15 | 2017-05-24 | 重庆申化船舶表面技术工程有限公司 | Knuckle line type internal-rotating finny tail ship form |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2019200752A (en) | 2019-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gaggero et al. | An extensive analysis of numerical ship self-propulsion prediction via a coupled BEM/RANS approach | |
| Joung et al. | Shape optimization of an autonomous underwater vehicle with a ducted propeller using computational fluid dynamics analysis | |
| Gao et al. | Effect of various winglets on the performance of marine propeller | |
| Song et al. | Numerical analysis of the effects of stern flaps on ship resistance and propulsion performance | |
| Rijpkema et al. | Viscous flow computations on propulsors: verification, validation and scale effects | |
| Furcas et al. | Design of wake equalizing ducts using RANSE-based SBDO | |
| Prins et al. | Green retrofitting through optimisation of hull-propulsion interaction–GRIP | |
| Asnaghi et al. | Propeller tip vortex mitigation by roughness application | |
| Bonfiglio et al. | A multiphase ranse-based computational tool for the analysis of super-cavitating hydrofoils | |
| Lu et al. | Maneuvering modeling of a twin-propeller twin-rudder inland container vessel based on integrated CFD and empirical methods | |
| JP7178077B2 (en) | Wake field design method, wake field design system, and ship considering wake field | |
| Bonfiglio et al. | Multi-fidelity Bayesian optimization of swath hull forms | |
| Lu et al. | Underwater propeller turbine blade redesign based on developed inverse design method for energy performance improvement and cavitation suppression | |
| Jiang et al. | Respective effect of waterjet suction and jet action on hull resistance | |
| Gong et al. | Numerical analysis of propulsion performance of a waterjet-propelled vehicle in steady drift | |
| Mohammad Danil et al. | Analysis of the Effect of Changes in Pitch Ratio and Number of Blades on Cavitation on CPP | |
| Filip et al. | Bulbous bow retrofit of a containership using an open source computational fluid dynamics (CFD) toolbox | |
| Windén | Predicting the powering performance of different vessel types using an open-source CFD propulsion framework | |
| Chen et al. | Numerical analysis of scale effect on propeller E1619 | |
| Win | Computation of the Propeller-Hull and Propeller-Hull-Rudder Interaction Using Simple Body-Force Distribution Model | |
| Mizzi | The development of intelligent hull forms of large ships for energy efficient transportation | |
| Mandru et al. | Numerical Study of a Model and Full-Scale Container Ship Sailing in Regular Head Waves | |
| Gaggero et al. | Comparison of different approaches for the design and analysis of ducted propellers | |
| Yang et al. | A Numerical Investigation into the Influence of Bionic Ridge Structures on the Cavitation Performance of Marine Propellers | |
| Sakamoto et al. | Estimation of flows around a full-scale ship by structured overset RaNS code “NAGISA” |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210413 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220309 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220315 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220513 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220802 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221003 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221018 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221107 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7178077 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |