JP 2005-147744 A 2005.6.9(57)【要約】【課題】

水槽内の流体中のトレーサー粒子に対するビデオカメラの多時刻追跡により同トレーサー粒子の加速度を求めるとともに、これに近似される流体加速度に基づいて流体の圧力分布も演算できるようにすることを課題とする。
【解決手段】

水槽内の模型船Ｍにおける甲板冠水などの流体中のトレーサー粒子についてビデオカメラ４により高速度撮影を行い、トレーサー粒子に対する多時刻追跡の画像解析によりトレーサー粒子の加速度を求める第１演算手段と、上記トレーサー粒子の加速度が上記水槽内の波浪３の流体加速度にほぼ等しいとして同流体加速度と流体密度とに基づき流体の圧力勾配を求める第２演算手段と、上記圧力勾配の空間積分により上記流体の圧力分布を求める第３演算手段とが、パソコン10に設けられる。
【選択図】

図３

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JP 2005-147744 A 2005.6.9【特許請求の範囲】【請求項１】
水槽内の波浪に含ませた多量のトレーサー粒子を追跡しながら撮影するためのビデオカ
メラと、同ビデオカメラの上記トレーサー粒子に対する多時刻追跡の画像解析により上記トレーサー粒子の加速度を求める第１演算手段と、上記トレーサー粒子の加速度が上記水槽内の波浪の流体加速度にほぼ等しいとして同流体加速度と上記水槽内の流体の密度とに基づき同流体の圧力勾配を求める第２演算手段と、上記圧力勾配の空間積分により上記流体の圧力分布を求める第３演算手段とを備えたことを特徴とする、水槽内波浪圧力計測設備。
【請求項２】
上記波浪に含まれるトレーサー粒子を照射する光源として、シート状光源を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の水槽内波浪圧力計測設備。
【請求項３】
上記シート状光源が、上記ビデオカメラと同期して発光するストロボ光源であることを特徴とする、請求項２に記載の水槽内波浪圧力計測設備。
【請求項４】
上記シート状光源が、レーザー光源であることを特徴とする、請求項２に記載の水槽内波浪圧力計測設備。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】
本発明は、水槽内で模型船等にかかる波浪の圧力を、同波浪中に含ませた多量の微粒状のトレーサー粒子の撮影結果に基づいて計測できるようにした、水槽内波浪圧力計測設備に関する。
【背景技術】【０００２】
従来、水槽内の水にトレーサー粒子を含ませて、同粒子の挙動を検知することにより、流体現象の解析を行う手法が開発されてきている。
このような手法で水槽内の模型船について甲板冠水などの解析を行うことも可能であり、流体の速度場を求めることができる。
【非特許文献１】越塚誠一、酒井譲、谷澤克治：粒子法による船舶の波浪衝撃解析手法の開発，研究集会報告 １４ＭＥ−Ｓ３，九州大学応用力学研究所，（２００３）【発明の開示】【発明が解決しようとする課題】【０００３】
水槽内の模型船に対し、造波装置で起こした波浪を当てるようにしながら、同波浪中のトレーサー粒子を撮影して、流れの速度場を求めることができるが、従来の手法では、甲板冠水の圧力を測定するためには、図４に示すように、模型船Ｍの甲板上に高価な圧力計測器Ｇを多数列設することが必要とされている。
【０００４】
そこで、本発明は、水槽内の流体中のトレーサー粒子に対するビデオカメラの多時刻追跡により同トレーサー粒子の加速度を求めるとともに、これに近似される流体加速度に基づいて流体の圧力分布も演算できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】【０００５】
本発明は、流体の加速度と圧力（静水圧を除いた成分）の勾配との間には一定の関係式が成り立つことに着目し、水槽内の流れに含まれるトレーサー粒子の画像解析により得られた流体の加速度に基づいて、波浪圧力を簡便に求めうるようにした設備を提供しようとするものである。
【０００６】

1020304050

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すなわち、本設備は、ビデオカメラの水槽内トレーサー粒子に対する多時刻追跡の画像解析によりトレーサー粒子の加速度を求める第１演算手段と、上記トレーサー粒子の加速度が水槽内の波浪の流体加速度にほぼ等しいとして同流体加速度と上記水槽内の流体の密度とに基づき同流体の圧力勾配を求める第２演算手段とを備えるとともに、上記圧力勾配の空間積分により上記流体の圧力分布を求める第３演算手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】【０００７】
水槽内の模型船等に対する波浪の圧力分布を求める際に、高価な圧力計測器を模型船上に多数列設する必要がなくなり、水槽試験の際の準備作業が大幅に節減されるほか、所要機器のコストを著しく削減できる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】【０００８】
水槽内の波浪に含まれるトレーサー粒子をビデオカメラにより適切に撮影するため、同トレーサー粒子を照射する光源としてシート状光源が用いられる。そして、上記シート状光源の最良の形態では、上記ビデオカメラと同期して発光するストロボ光源またはレーザー光源が設置される。
【実施例】【０００９】
図１は本発明の１実施例としての水槽内波浪圧力計測設備を示す説明図、図２は上記設備における演算手段の系統図、図３は上記設備におけるシート状光源とビデオカメラとを水槽に設置した状態を示す説明図である。
【００１０】
図１，３に示すように、本設備には、水槽１内の模型船Ｍのまわりの波浪２に含まれるトレーサー粒子（微小粒径を有し比重がほぼ１の粒子）を照射するため、シート状光源３が設けられるとともに、波浪２におけるトレーサー粒子を高速度撮影するためのビデオカ
メラ４が設けられている。
【００１１】
そして、シンクロナスストロボスコープ５に接続されたランプハウス６から、光ファイバー７がシート状光源３へ延在し接続されている。
また、シンクロナスストロボスコープ５からビデオカメラ４へシンクロナスケーブル８が延在しており、このようにしてシート状光源３はビデオカメラ４と同期して発光するシート状ストロボ光源として構成されている。
【００１２】
なお、シート状光源３としては、レーザー光源を用いるようにしてもよい。また、ビデ
オカメラ４は、図示のごとく、通常は２台設けられおり、このためビデオカメラ４と同ビ
デ オ カ メ ラ ４ か ら 映 像 信 号 を 受 け る パ ソ コ ン 10と の 間 の 結 線 に は 分 配 器 10ａ が 介 装 さ れ ているが、ビデオカメラ４は１台でもよく、あるいは３台にすることもある。
さらに、水槽１の端部には、波浪２を模型船Ｍへ向けて生起させるための造波機９が設置される。
【００１３】
ビ デ オ カ メ ラ ４ で 波 浪 ３ に 含 ま れ る ト レ ー サ ー 粒 子 を 撮 影 し た デ ー タ が パ ソ コ ン 10に 入力 さ れ る と 、 同 パ ソ コ ン 10で は 、 図 ２ に 示 す よ う に 、 第 １ 演 算 手 段 11で ビ デ オ カ メ ラ ４ のトレーサー粒子に対する多時刻追跡の画像解析により、トレーサー粒子の加速度を求める演算が行われる。
【００１４】
つ い で 、 パ ソ コ ン 10に お け る 第 ２ 演 算 手 段 で は 、 上 記 ト レ ー サ ー 粒 子 の 加 速 度 が 波 浪 ３の流体加速度αにほぼ等しいとして同流体加速度αと水槽１内の流体の密度ρとに基づき同流体の圧力勾配∇ｐを次式により求める演算が行われる。
∇ｐ＝α・ρ

1020304050

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さ ら に 、 パ ソ コ ン 10に お け る 第 ３ 演 算 手 段 13で は 、 圧 力 勾 配 ∇ ｐ の 空 間 積 分 に よ り 上 記
流体の圧力分布を求める演算が行われる。
【００１５】
このようにして、本実施例の設備によれば、水槽１内の模型船Ｍにおける甲板冠水に関して波浪圧力を計測するような場合に、従来必要とされた多数の圧力計測器を設けることなく、流体中のトレーサー粒子に対するビデオカメラの多時刻追跡により同トレーサー粒子の加速度を求めて、これに近似される流体加速度に基づき、流体の圧力分布を簡便に演算できるようになる利点が得られる。
【産業上の利用可能性】【００１６】
本発明の水槽内波浪圧力計測設備は、水槽内において、模型船の甲板冠水のみならず、種々の流体現象を撮影し波浪圧力を求めるのに使用することができ、しかも高価な圧力測定器を多数列設するような設備投資を必要としないので、産業上の利用可能性がきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】【００１７】【図１】本発明の１実施例としての水槽内波浪圧力計測設備を示す説明図である。
【図２】上記設備における演算手段の系統図である。
【図３】上記設備におけるシート状光源とビデオカメラとを水槽に設置した状態を示す説明図である。
【図４】従来の水槽内模型船における圧力計測器の装着状態を示す斜視図である。
【符号の説明】【００１８】
１ 水槽
２ 波浪
３ シート状光源
４ ビデオカメラ５ シンクロナスストロボスコープ
６ ランプハウス
７ 光ファイバー
８ シンクロナスケーブル
９ 造波機
10 パ ソ コ ン
10ａ 分 配 器
11 第 １ 演 算 手 段
12 第 ２ 演 算 手 段
13 第 ３ 演 算 手 段
Ｇ 圧力計測器
Ｍ 模型船10203040(5)

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

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フロントページの続き(72)発明者 星野邦弘

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号(72)発明者 辻本

独立行政法人海上技術安全研究所内

独立行政法人海上技術安全研究所内勝

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号
Ｆターム(参考) 2F034 AA03

AB02

DA07 DA15

2F055 AA39

BB20

CC34 DD20

2G023 BB43

BC01

EE31

FF49

GG49