(57)【要約】【課題】実験水槽における浮体の実験において、浮体に働く外力の方向や大きさを迅速且つ簡単に模擬し、その変更を容易に行う。【解決手段】送風機２と制御部３とを具備する模擬外力発生装置を用いる。送風機２は、浮体１に設置されている。制御部３は、浮体１が受けることを想定される想定風及び浮体１が受けることを想定される想定波の少なくとも一方と、浮体１の構造とに基づいて、浮体１が受けることを想定される外力を算出する。そして、その外力に基づいて、その外力を模擬するように送風機２の模擬風の速度を制御する。【選択図】　　　図１
2004020316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体に設置された送風機と、
前記浮体が受けることを想定される外力に基づいて、前記外力を模擬するように前記送風機の風としての模擬風の速度を制御する制御部と、
を具備する、
模擬外力発生装置。
【請求項２】
前記送風機は、前記浮体上の位置を移動可能に設置され、
前記制御部は、前記外力に基づいて、前記模擬風の速度に加えて、前記送風機の位置を決定する、
請求項１に記載の模擬外力発生装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記浮体が受けることを想定される風としての想定風の特性を示す風情報及び前記浮体が受けることを想定される波としての想定波の特性を示す波情報の少なくとも一方と、前記浮体の構造を示す浮体情報とに基づいて、前記外力を算出する、
請求項２に記載の模擬外力発生装置。
【請求項４】
前記風情報は、前記想定風の速度を含む、
請求項３に記載の模擬外力発生装置。
【請求項５】
前記波情報は、前記想定波の速度を含む、
請求項３又は４に記載の模擬外力発生装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記風情報及び前記波情報に加えて、前記浮体を曳引する際に前記浮体が受けることを想定される曳引力を示す曳引情報の内の少なくとも一つと、前記浮体情報とに基づいて、前記外力を算出する、
請求項３乃至５のいずれか一項に記載の模擬外力発生装置。
【請求項７】
浮体が受けることを想定される外力に基づいて、前記外力を模擬するように前記浮体上に設置された送風機で形成する風としての模擬風の速度を計算するステップと、
前記速度に基づいて、前記速度を有する前記模擬風を形成するステップと、
を具備する、
模擬外力発生方法。
【請求項８】
前記速度を計算するステップは、
前記送風機の前記浮体上での位置を計算するステップと、
前記位置に基づいて、前記送風機を前記位置へ移動するステップと、
を具備する、
請求項７に記載の模擬外力発生方法。
【請求項９】
前記速度を計算するステップは、
前記浮体が受けることを想定される風としての想定風の特性を示す風情報、前記浮体が受けることを想定される波としての想定波の特性を示す波情報、及び前記浮体を曳引する際に前記浮体が受けることを想定される曳引力を示す曳引情報の内の少なくとも一つと、前記浮体の構造を示す浮体情報とに基づいて、前記外力を算出するステップ、
を具備する、
請求項７又は８に記載の模擬外力発生方法。
【請求項１０】
前記風情報は、前記想定風の速度を含む、
請求項９に記載の模擬外力発生方法。
【請求項１１】
前記波情報は、前記想定波の速度を含む、
請求項９又は１０に記載の模擬外力発生方法。
【請求項１２】
浮体が受けることを想定される外力を計算するステップと、
前記外力に基づいて、前記外力を模擬するように前記浮体上に設置された送風機で形成する風としての模擬風の速度を計算するステップと、
前記速度に基づいて、前記模擬風を形成するように前記送風機を制御するステップと、
を具備する方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１３】
前記速度を計算するステップは、前記送風機の前記浮体上での位置を計算するステップを備え、
前記送風機を制御するステップは、前記位置に基づいて、前記送風機を前記位置へ移動するステップを備える請求項１２に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１４】
前記速度を計算するステップは、
前記浮体が受けることを想定される風としての想定風の特性を示す風情報、前記浮体が受けることを想定される波としての想定波の特性を示す波情報、及び前記浮体を曳引する際に前記浮体が受けることを想定される曳引力を示す曳引情報の内の少なくとも一つと、前記浮体の構造を示す浮体情報とに基づいて、前記外力を算出するステップ、
を具備する、
請求項１２又は１３に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、模擬外力発生装置及び模擬外力発生方法に関し、特に、船舶、海洋構造物等の浮体の運動を模擬する際に使用される模擬外力発生装置及び模擬外力発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶、海洋構造物等の浮体に関し、海上や湖上での運動を調べる方法として、実験水槽中の浮体の模型により、その運動を模擬する手法が知られている。その際、例えば、外力の一つである波は、実験水槽内に配設された造波装置で模擬的に形成される。また、他の外力である風は、実験水槽近傍又は実験水槽内の台上に配設された送風機で模擬的に形成される。
【０００３】
浮体の運動を、より正確に模擬するには、より大きい実験水槽及び浮体の模型を用いて実験を行う必要がある。その場合、上記のような外力発生装置（造波装置や送風機など）については、大型のものを設置することになる。大型の外力発生装置は、外力の方向や大きさを迅速且つ簡単に変更することが出来ない、装置の位置を簡単に変更出来ない（又は、全く変更出来ない）、実験水槽が大きくなれば更に大きな装置が必要（設置面積の増大や消費電力の増加）となる、等の困難があった。
【０００４】
模擬する外力の方向や大きさを迅速且つ簡単に変更することが可能な技術が求められている。装置の位置を考えることなく、様々な外力を模擬することが可能な技術が望まれている。設置面積の増大や消費電力の増加を起こさずに、所望の外力を発生可能な技術が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、模擬する外力の方向や大きさを迅速且つ簡単に変更することが可能な模擬外力発生装置及び模擬外力発生方法を提供することである。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、装置の位置を考えることなく、様々な外力を模擬することが可能な模擬外力発生装置及び模擬外力発生方法を提供することである。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、設置面積の増大や消費電力の増加を起こさずに、所望の外力を発生可能な模擬外力発生装置及び模擬外力発生方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付で付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
従って、上記課題を解決するために、本発明の模擬外力発生装置は、送風機（２）と、制御部（３）とを具備する。送風機（２）は、浮体（１）に設置されている。制御部（３）は、浮体（１）が受けることを想定される外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）に基づいて、外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）を模擬するように送風機（２）の風としての模擬風の速度（ｋ、α／ｍ、β／ｊ、ν）を制御する。
【００１０】
また、本発明の模擬外力発生装置は、送風機（２）が、浮体（１）上の位置を移動可能に設置されている。そして、制御部（３）は、外力（Ｆ／Ｇ）に基づいて、模擬風の速度（ｋ、α／ｍ、β）に加えて、送風機の位置（ｘ１、ｙ１）を決定する。
【００１１】
また、本発明の模擬外力発生装置は、制御部（３）が、風情報及び波情報の少なくとも一方と、浮体情報とに基づいて、外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）を算出する。ここで、風情報は、浮体（１）が受けることを想定される風としての想定風の特性（Ｓ，θ）を示す。波情報は、浮体（１）が受けることを想定される波としての想定波の特性（Ｐ，φ）を示す。浮体情報は、浮体（１）の構造を示す。
【００１２】
更に、本発明の模擬外力発生装置は、その風情報が、その想定風の速度（Ｓ，θ）を含む。
【００１３】
更に、本発明の模擬外力発生装置は、その波情報が、その想定波の速度（Ｐ，φ）を含む。
【００１４】
更に、本発明の模擬外力発生装置は、制御部（３）が、その風情報及びその波情報に加えて、曳引情報の内の少なくとも一つと、その浮体情報とに基づいて、外力（Ｈ）を算出する。ここで、曳引情報は、浮体（１）を曳引する際に浮体（１）が受けることを想定される曳引力（Ｑ，ξ）を示す。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の模擬外力発生方法は、浮体（１）が受けることを想定される外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）に基づいて、外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）を模擬するように浮体（１）上に設置された送風機（２）で形成する風としての模擬風の速度（ｋ、α／ｍ、β／ｊ、ν）を計算するステップと、速度（ｋ、α／ｍ、β／ｊ、ν）に基づいて、速度（ｋ、α／ｍ、β／ｊ、ν）を有するその模擬風を形成するステップとを具備する。
【００１６】
また、本発明の模擬外力発生方法は、速度（ｋ・α／ｍ・β／ｊ・ν）を計算するステップが、送風機（２）の浮体（１）上での位置（ｘ１、ｙ１）を計算するステップと、位置（ｘ１、ｙ１）に基づいて、送風機（２）を位置（ｘ１、ｙ１）へ移動するステップとを具備する。
【００１７】
また、本発明の模擬外力発生方法は、速度（ｋ・α／ｍ・β／ｊ・ν）を計算するステップが、浮体（１）が受けることを想定される風としての想定風の特性（Ｓ，θ）を示す風情報、浮体（１）が受けることを想定される波としての想定波の特性（Ｐ，φ）を示す波情報、及び浮体（１）を曳引する際に浮体（１）が受けることを想定される曳引力（Ｑ、ξ）を示す曳引情報の内の少なくとも一つと、浮体（１）の構造を示す浮体情報とに基づいて、外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）を算出するステップを具備する。
【００１８】
更に、本発明の模擬外力発生方法は、その風情報が、その想定風の速度（Ｓ，θ）を含む。
【００１９】
更に、本発明の模擬外力発生方法は、その波情報が、その想定波の速度（Ｐ，φ）を含む。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明に関するプログラムは、浮体（１）が受けることを想定される外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）を計算するステップと、外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）に基づいて、外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）を模擬するように浮体（１）上に設置された送風機（２）で形成する風としての模擬風の速度（ｋ、α／ｍ、β／ｊ、ν）を計算するステップと、速度（ｋ、α／ｍ、β／ｊ、ν）に基づいて、その模擬風を形成するように送風機（２）を制御するステップとを具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００２１】
また、本発明に関するプログラムは、速度（ｋ、α／ｍ、β／ｊ、ν）を計算するステップが、送風機（２）の浮体（１）上での位置（ｘ１、ｙ１）を計算するステップを備え、送風機（２）を制御するステップが、位置（ｘ１、ｙ１）に基づいて、送風機（２）を位置（ｘ１、ｙ１）へ移動するステップを備える上記の方法をコンピュータに実行させる。
【００２２】
更に、本発明に関するプログラムは、速度（ｋ、α／ｍ、β／ｊ、ν）を計算するステップが、浮体（１）が受けることを想定される風としての想定風の特性（Ｐ，θ）を示す風情報、浮体（１）が受けることを想定される波としての想定波の特性（Ｐ，φ）を示す波情報、及び浮体（１）を曳引する際に浮体（１）が受けることを想定される曳引力（Ｑ，ξ）を示す曳引情報の内の少なくとも一つと、浮体（１）の構造を示す浮体情報とに基づいて、外力（Ｆ／Ｇ／Ｈ）を算出するステップを具備する上記の方法をコンピュータに実行させる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である模擬外力発生装置及び模擬外力発生方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、浮体の運動を模擬する際に、実験水槽において使用される模擬外力発生装置及び模擬外力発生方法を例に示して説明する。特に、本実施例では、船舶を例に用いて説明する。ただし、水面上の浮体だけでなく、空気中の飛翔体、水中の航走体、陸上の車両等、あるいは固定された建造物等においても、適用可能である。（なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する。）
【００２４】
（実施例１）
本発明である模擬外力発生装置を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における構成について、添付図面を用いて説明する。
図１は、本発明である模擬外力発生装置を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における構成を示す図である。浮体１、送風機２、制御部３、移動路４、角度センサ５及び実験水槽の水６を備える。この図は、実験水槽中の浮体１を側面から見た図である。
【００２５】
本発明では、浮体１に対して作用することが想定される風や波などの外力を、浮体１上に設置された送風機２により模擬する。すなわち、浮体１上の送風機２から、想定される外力の向きと概ね逆方向（正確には計算で求める）に風を発生させる。そうすることで、風の反作用により、浮体１の運動は、想定される外力を受けている場合と同等の運動を行うこととなる。そして、模擬の外力を発生させる送風機２は、浮体１上に設置されているので、浮体１の場所に寄らずに、常に所望の外力を受けた浮体１を再現できる。
【００２６】
浮体１は、実験水槽中の水６に浮き、船舶や海洋構造物、洋上プラットフォームのような浮体を模擬する模型である。送風機２、移動路４及び角度センサ５を備える。本実施例では、船舶を模擬する模型である。
【００２７】
送風機２は、送風部２−１、回転台２−２、昇降台２−３及び台車２−４を備える。
送風部２−１は、風を発生する。送風部２−１は、羽根車の回転により風を発生する装置に例示される。風速は、制御部３により制御される。風速は、例えば、送風部２−１の送風口に設置した風速センサ、あるいは、送風部２−１の羽根車の回転数を検知する回転数センサ（回転数と風速との関係を予め把握）、又は送風部２−１に供給する電力（電力と回転数の関係を予め把握）などに基づいて算出可能である。
回転台２−２は、Ａで示すような方向に、時計回り／反時計回りに送風部２−１を回転させる。これにより、送風部２−１の風の向きを変更可能である。回転角度は、制御部３により制御される。回転角度は、例えば、回転角センサや、ロータリエンコーダにより検出可能である。
昇降台２−３は、Ｃで示すような方向に、浮体１上で上下方向に送風部２−１（及び回転台２−２）を移動させる。昇降の高さは、制御部３により制御される。高さは、例えば、近接センサにより検出可能である。
台車２−４は、Ｂで示すような方向に、浮体１上で浮体１の長手方向に送風部２−１（及び回転台２−２、昇降台２−３）を移動させる。移動位置は、制御部３により制御される。位置は、例えば、移動路４上の位置表示マーカーを台車２−４中のセンサが検知することにより検出可能である。
【００２８】
制御部３は、ワークステーションやパーソナルコンピュータに例示される情報処理装置である。所定の入力に基づいて、浮体１にかかる外力を模擬する送風機２の出力（風の風速、方向）を計算する。そして、その結果に基づいて、送風機２（送風部２−１〜台車２−４）の動作を制御する。その際、制御部３は、浮体１の運動に影響を及ぼさないよう（例示：ケーブルを浮体１の上部から負荷がかからないように吊り下げる）に送風機２と接続されたケーブルを介して、送風機２を制御する。又は、無線によるデータ通信の手法を用いて、送風機２を制御する。
【００２９】
移動路４は、送風機２が台車２−４を用いて浮体１上を移動する際に通る路線である。この路線からはみ出さないように、台車２−４を鉄道車両のような台車とし、移動路４をレールとしても良い。また、台車２−４が、移動位置を正確に検出できるように、複数のマーカーを設けても良い。
【００３０】
角度センサ５は、ある基準の向き（例示：ｘ軸の正方向（後述））に対する浮体１の向きを検出する。角度センサ５として、ジャイロが例示される。
【００３１】
次に、本発明である模擬外力発生方法（模擬外力発生装置の動作）を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における動作について、添付図面を用いて説明する。
図２は、本発明である模擬外力発生方法を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における動作を説明する図である。この図は、水面上に浮かぶ浮体１を、その上方から見た図である。構成として、既述の浮体１及び送風機２を示している。そして、座標系及び各力の関係を示している。
【００３２】
座標系は、実験水槽の水面と平行な一方向にｘ軸を取り、水面と平行でｘ軸に垂直な方向にｙ軸を取る。そして、ｘ−ｙ平面に垂直な方向にｚ軸を取る（図２）。
【００３３】
ここで、浮体１の受ける外力として風のみを考えることとする。
その風（以下「想定風」と称する）は、風速Ｓ及び向きθ（ｘ軸の正方向を基準、以下同じ）を特性として有するものとする。以下、想定風（Ｓ、θ）と記す。
【００３４】
図７は、本発明である模擬外力発生方法を適用した浮体実験システムの実施の形態における動作を説明するフロー図である。
（１）ステップＳ０１
制御部３は、実験者により設定された想定風（Ｓ、θ）を示す風情報を入力される。
（２）ステップＳ０２
制御部３は、風情報と、浮体の構造を示す浮体情報とに基づいて、想定風（Ｓ、θ）から浮体１が受ける外力としての荷重Ｆを算出する。Ｆは、Ｓとθの関数であり、Ｆ（Ｓ、θ）と表す。ただし、浮体１が、ｘ軸の正方向から角度ψずれている場合には、θ−ψを改めてθとしてＦを計算する。角度ψは、角度センサ５により計測される。
ここで、浮体情報は、浮体１の形状、重量、風圧面積、慣性モーメント、風荷重係数（風の場合）、波荷重係数（波の場合）等である。浮体情報は、制御部３の図示しない記憶部に格納されている。
（３）ステップＳ０３
制御部３は、次に、荷重Ｆに基づいて、送風機２の位置に作用する荷重であって、Ｆと同等の効果を浮体１に与える荷重ｆ０を算出する。その際、送風機２の位置（ｘ１、ｙ１）を変更しながら最適なｆ０を算出する。
（４）ステップＳ０４
制御部３は、続いて、求めた位置（ｘ１、ｙ１）における算出されたｆ０に基づいて、−ｆ０＝ｆ１＝ｆ１（ｋ、α）、となるｋ、αを算出する。ここで、ｆ１は、送風機２が生成する風（以下「模擬風（ｋ、α）」と称する）の荷重である。模擬風（ｋ、α）の荷重ｆ１は、ｆ０と大きさが同じで、方向が逆である。そして、ｆ１（ｋ、α）は、ｆ１が模擬風の風速ｋ及び向きα（ｘ軸の正方向を基準、以下同じ）の関数であることを示す。
（５）ステップＳ０５
制御部３は、模擬風（ｋ、α）に基づいて、送風機２の向きβ（＝発生させる風の向きα、ｘ軸の正方向を基準）と、送風機２の羽根車の回転速度ω（＝発生させる風の風速ｋの関数）とを算出する。
（６）ステップＳ０６
制御部３は、送風機２の向きβ、送風機２の羽根車の回転数ω及び送風機２の位置（ｘ１、ｙ１）としての送風機制御情報を送風機２へ出力する。
（７）ステップＳ０７
送風機２において、回転台２−２は、算出された送風機２の向きβに基づいて、送風機２の向きをβになるように回転する。同時に、送風部２−１は、算出された送風機２の羽根車の回転数ωに基づいて、羽根車の回転数をωになるようにする。
【００３５】
上記の向きβ、回転数ω及び位置は、送風機２に設定された各センサーの値に基づいて、フィードバック制御により制御される。
また、実験者により設定された想定風（Ｓ、θ）を示す風情報は、時間の関数であっても良い。その場合、ステップＳ０１の入力は時々刻々と変化する。そして、それに伴って、ステップＳ０２〜ステップＳ０７の制御が行われる。すなわち、時間変化を伴う風情報であっても、上記プロセスを連続的、且つ継続的に行なうことで実施可能である。
【００３６】
以上の動作により、浮体１上の送風機２を用いて、浮体１にかかる外力（風力）を模擬することが可能となる。
【００３７】
なお、ステップＳ０３において、１台の送風機２では、Ｆと同等の効果を浮体１に与える荷重ｆ０を算出できない場合が考えられる。その場合、送風機２を移動路４上に複数台設置することも可能である。そして、各送風機２において、上記制御を行なえば良い。
【００３８】
その様子を示したのが、図３及び図４である。
図３は、本発明である模擬外力発生装置を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における他の構成を説明する図である。
また、図４は、本発明である模擬外力発生方法を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における他の動作を説明する図である。この図は、図３に示す水面上に浮かぶ浮体１を、その上方から見た図である。構成として、既述の浮体１及び送風機２を示している。そして、座標系及び各力の関係を示している。
各構成は、同一の移動路４上に、送風機２を２つ用意している他は、図１及び図２と同様であるのでその説明を省略する。
【００３９】
動作では、上述のステップＳ０３において、２つの送風機２のそれぞれの位置に作用する荷重であって、それらの合成力ｆ０がＦと同等の効果を浮体１に与える荷重ｆ０１及びｆ０２を算出する。その際、２つの送風機２のそれぞれの位置を、それぞれに変更しながら最適なｆ０１及びｆ０２を算出する。
【００４０】
そして、ステップＳ０４において、２つの送風機２が生成する模擬風の荷重であり、ｆ０１及びｆ０２と大きさが同じで、方向が逆の、ｆ１１（ｋ１、α１）及びｆ１２（ｋ２、α２）を求める。その値から、模擬風（ｋ１、α１）及び模擬風（ｋ２、α２）を求める。
【００４１】
それ以降のプロセスにおいては、個々の送風機２に対して、ステップＳ０５〜ステップＳ０７を行なえば良い。その詳細は省略する。
この場合、合成力ｆ０を生成する送風機２が増えるので、より確実に合成力ｆ０を模擬することが可能となる。
【００４２】
なお、この例では、送風機２を２つ設置しているが、更に多く（ｎ個、ｎ＞２）の送風機２を設置することも可能である。その場合、ステップＳ０３において、合成力がｆ０に等しい、ｆ０１〜ｆ０ｎを算出する。そうすることにより、より精密に合成力ｆ０を模擬することが可能となる。
【００４３】
また、図１における移動路４上に、複数の送風機２を配置して、送風機２位置を移動させない代わりに、その位置に対応する送風機２を動作させることも可能である。より精密に合成力ｆ０を模擬出来る他に、移動機構が不要となる。
【００４４】
送風部２−１をＣの方向に傾かせるように制御することも可能である。
【００４５】
なお、図７を参照して、波の場合にも、同様に模擬することが出来る。例えば、以下のように行う。
（１）ステップＳ０１
制御部３は、実験者により設定された浮体１の受ける外力としての波（以下「想定波」と称する）を示す波情報を入力される。
想定波は、波の速さＰ及び向きφ（ｘ軸の正方向を基準、以下同じ）を特性として有するものとする。以下、想定波（Ｐ、φ）と記す。
（２）ステップＳ０２
制御部３は、想定波（Ｐ、φ）を示す波情報と、既述の浮体情報とに基づいて、想定波（Ｐ、φ）から浮体１が受ける外力としての荷重Ｇを算出する。Ｇは、Ｐとφの関数であり、Ｇ（Ｐ、φ）と表す。ただし、浮体１が、ｘ軸の正方向から角度ψずれている場合には、φ−ψを改めてφとしてＧを計算する。
（３）ステップＳ０３
制御部３は、荷重Ｇに基づいて、送風機２の位置に作用する荷重であって、Ｇと同等の効果を浮体１に与える荷重ｇ０を算出する。その際、送風機２の位置（ｘ２、ｙ２）を変更しながら最適なｇ０を算出する。
（４）ステップＳ０４
制御部３は、続いて、求めた位置（ｘ２、ｙ２）における算出されたｇ０に基づいて、−ｇ０＝ｇ＝ｇ（ｍ、Δ）、となるｍ、Δを算出する。ここで、ｇは、送風機２が生成する模擬風（ｍ、Δ）の荷重である。模擬風（ｍ、Δ）は、ｇ０と大きさが同じで、方向が逆である。そして、ｇ（ｍ、Δ）は、ｇが模擬風の風速ｍ及び向きΔ（ｘ軸の正方向を基準、以下同じ）の関数であることを示す。
（５）ステップＳ０５
制御部３は、模擬風（ｍ、Δ）に基づいて、送風機２の向きη（＝発生させる風の向きΔ、ｘ軸の正方向を基準）と、送風機２の羽根車の回転速度ε（＝発生させる風の風速ｍの関数）とを算出する。
（６）ステップＳ０６
制御部３は、送風機２の向きη、送風機２の羽根車の回転数ε及び送風機２の位置としての送風機制御情報を送風機２へ出力する。
（７）ステップＳ０７
送風機２において、回転台２−２は、算出された送風機２の向きηに基づいて、送風機２の向きをηになるように回転する。同時に、送風部２−１は、算出された送風機２の羽根車の回転数εに基づいて、羽根車の回転数をεになるようにする。
それらの向きη、回転数ε及び位置の制御は、制御部３がフィードバック制御により行なう。
【００４６】
以上の動作により、浮体１上の送風機を用いて、浮体１にかかる外力（波）を模擬することが可能となる。また、ステップＳ０１〜０７及びステップＳ０１〜Ｓ０７を組み合せて行えば、風及び波を組み合せた場合を模擬することが可能となる。
【００４７】
（実施例２）
本発明である模擬外力発生装置を適用した浮体実験システムの第２の実施の形態における構成について、添付図面を用いて説明する。
図５は、本発明である模擬外力発生装置を適用した浮体実験システムの第２の実施の形態における構成を示す図である。浮体１、送風機２、制御部３、移動路４、角度センサ５及び実験水槽の水６を備える。この図は、実験水槽中の浮体１を側面から見た図である。
各部の構成は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４８】
次に、本発明である模擬外力発生方法（模擬外力発生装置の動作）を適用した浮体実験システムの第２の実施の形態における動作について、添付図面を用いて説明する。
図６は、本発明である模擬外力発生方法を適用した浮体実験システムの第２の実施の形態における動作を説明する図である。この図は、水面上に浮かぶ浮体１を、その上方から見た図である。構成として、既述の浮体１及び送風機２を示している。そして、座標系及び各力の関係を示している。座標系の取り方は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００４９】
ここで、浮体１の受ける外力として浮体１を曳引する力（張力）のみを考えることとする。
その曳引力は、大きさＱ及び向きξ（ｘ軸の正方向を基準、以下同じ）を特性として有するものとする。以下、曳引力（Ｑ、ξ）と記す。
【００５０】
図７は、本発明である模擬外力発生方法を適用した浮体実験システムの実施の形態における動作を説明するフロー図である。
（１）ステップＳ０１
制御部３は、実験者により設定された曳引力（Ｑ、ξ）を示す曳引情報を入力される。
（２）ステップＳ０２
制御部３は、曳引情報と、浮体情報とに基づいて、曳引力（Ｑ、ξ）から浮体１が受ける外力としての荷重Ｈを算出する。Ｈは、Ｑとξの関数であり、Ｈ（Ｑ、ξ）と表す。ただし、浮体１が、ｘ軸の正方向から角度ψずれている場合には、ξ−ψを改めてξとして計算する。角度ψは、角度センサ５により計測される。
（３）ステップＳ０３
制御部３は、次に、荷重Ｈに基づいて、送風機２の位置に作用する荷重であって、Ｈと同等の効果を浮体１に与える荷重ｆ０を算出する。この場合、送風機２の位置は、浮体後部（曳引する点）に固定している。ただし、変更しながら最適なｆ０を算出しても良い。
（４）ステップＳ０４
制御部３は、続いて、算出されたｆ０に基づいて、−ｆ０＝ｆ２＝ｆ２（ｊ、γ）、となるｊ、γを算出する。ここで、ｆ１は、送風機２が生成する曳引模擬風（ｊ、γ）（曳引を模擬する風）の荷重である。曳引模擬風（ｊ、γ）は、ｆ０と大きさが同じで、方向が逆である。そして、ｆ２（ｊ、γ）は、ｆ２が曳引模擬風の風速ｊ及び向きγ（ｘ軸の正方向を基準、以下同じ）の関数であることを示す。
（５）ステップＳ０５
制御部３は、曳引模擬風（ｊ、γ）に基づいて、送風機２の向きζ（＝発生させる風の向きγ、ｘ軸の正方向を基準）と、送風機２の羽根車の回転速度ν（＝発生させる風の風速ｊの関数）とを算出する。
（６）ステップＳ０６
制御部３は、送風機２の向きζ、送風機２の羽根車の回転数νとしての送風機制御情報を送風機２へ出力する。
（７）ステップＳ０７
送風機２において、回転台２−２は、算出された送風機２の向きζに基づいて、送風機２の向きをζになるように回転する。同時に、送風部２−１は、算出された送風機２の羽根車の回転数νに基づいて、羽根車の回転数をνになるようにする。
それらの向きζ、回転数νの制御は、フィードバック制御により行なう。
【００５１】
以上の動作により、浮体１上の送風機を用いて、浮体１にかかる外力（曳引力）を模擬することが可能となる。
なお、風や波の外力が加わった場合には、実施例１と実施例２とを組み合わせることにより、その外力を模擬することが可能である。
【００５２】
送風機２の位置は、模擬する外力の種類により、予め適切な位置に固定しておくことも出来る。例えば、実施例２のように浮体１の後部からの曳引力を模擬する場合には、後側に、前部からの曳引力を模擬する場合には、前側に送風機２を固定する。
同様に、前方だけからの風や波を模擬する場合には、前方に、後方だけからの風や波を模擬する場合には、後方に送風機２を設置する。また、側面からの波や風を模擬する場合には、浮体１の長手方向に複数の送風機２を設置する。そうすることで、制御部３での移動の計算の負担が軽減され、外力の模擬を効率的、的確に行うことが出来る。
【００５３】
本発明により、風力や波力、曳引力のような外力を模擬する場合、実験水槽に依らず、模擬する外力の方向や大きさを迅速且つ簡単に変更することが可能となる。その場合、模擬外力発生装置は、浮体上にあるため、模擬外力発生装置の位置を考えることなく、様々な外力を模擬することができる。
【００５４】
模擬外力発生装置は浮体上にあるため、実験水槽が大きくなった場合や、浮体が大きくなった場合でも、設置面積の増大や消費電力の増加がほとんど無く、所望の効果が得られる外力を発生することが可能となる。そして、実験設備のコンパクト化、実験効率の向上や、実験コストの低減などを図ることが出来る。
【００５５】
【発明の効果】
本発明により、実験水槽における浮体の実験において、浮体に働く外力の方向や大きさを迅速且つ簡単に模擬し、その変更を容易に行うことがきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の模擬外力発生装置を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における構成を示す図である。
【図２】本発明の模擬外力発生方法を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における動作を説明する図である。
【図３】本発明の模擬外力発生装置を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における他の構成を説明する図である。
【図４】本発明の模擬外力発生方法を適用した浮体実験システムの第１の実施の形態における他の動作を説明する図である。
【図５】本発明の模擬外力発生装置を適用した浮体実験システムの第２の実施の形態における構成を示す図である。
【図６】本発明の模擬外力発生方法を適用した浮体実験システムの第２の実施の形態における動作を説明する図である。
【図７】本発明の模擬外力発生方法を適用した浮体実験システムの実施の形態における動作を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１　　浮体
２　　送風機
２−１　　送風部
２−２　　回転台
２−３　　昇降台
２−４　　台車
３　　制御部
４　　移動路
５　　角度センサ
６　　水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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