16,000 トン型ケミカルタンカーの船型開発

1. はじめに魔していますが、大都会博多の地下鉄の最寄り駅から歩いて 10分程度、福岡空港で飛行機を下りてからでも 1 時間足らずで事務2020 年 5 月、SRC が 船 型 開 発 に 関 わ っ た 福 岡 造 船 殿 の所についてしまいます。こうした地の利は、福岡造船殿のビジ

16,000DWT 型ケミカルタンカーが無事船主殿に引き渡されまネスに有形無形のメリットをもたらしているものと想像します。

した。

福岡工場の全容を見たければ、車で都市高速環状線に乗るこ船型開発の依頼者である福岡造船殿は、1930 年創業というとをお勧めします。福岡空港や博多駅から高速に乗り海の方に長い歴史を持つ造船所です。ケミカルタンカーを主体とし、油向かうと、博多漁港にかかる荒津大橋を渡ります。高速道路

槽 船、 セメント船、LPG 船、Ro/Ro 船、多目的貨物船、 冷 凍ですから車を止めるわけにはいきませんが、高速バスなど座席運搬船、バルクキャリア、フェリーなど多様な船舶を建造し位置の高い車からは進行方向左手斜め下に、コンパクトにまとています。福岡県と長崎県に主要な製造拠点を持つとともに、まった造船所と建造中の船を、博多の街並みをバックに見るこ2018 年 1 月に長崎の渡辺造船を、同年 4 月には大分の臼杵造とができます。

船所をグループ化し、様々なニーズに対応できる造船所として成長を続けています。

2017 年 10 月、以上紹介した福岡造船殿より SRC 総合コンサ
ルティング事業室宛に船型開発に関する 1 通のメールが届きま主力の造船所であり本社でもある福岡工場は、造船所としてした。その後何回かの下打合せの結果、新船型開発に際し SRCは珍しく主要な公共交通機関から無理なく歩いていくことがでが推進性能改善のお手伝いをすることが決まり、その実務はきます。この船型開発業務の打合せのため何回か事務所にお邪SRC 試験センターが担当させていただくことになりました。具SRC NEWS No.107 Dec 2020 15体的な船型開発作業は翌年 1 月から開始しています。
本稿では、9 ヶ月を要したこの船型開発の概要を紹介します。

2. 対象船型と制限条件、開発目標等最適化システム Op を用いて船型改良を行いました。
ここでの船型改良は Cp カーブを対象とします。排水量、lCB一定の条件下で、最適化条件を変更した 5 ケースの最適化を行いました。これにより得られた 2500 船型の中から、BHP、対象となる船型の主要目、制限条件等を表 1 に示します。

排水量、lCB、Cp カーブ形状等を検討し、本船に対し最適と

表 1 母船型主要目および制限条件等

考 え ら れ る 1 船 型 に 絞 り 込 み、Tips Sp に よ る 性 能 推 定 を 行

母船型
船種

制限条件等

ケミカルタンカー

DW

ton

LOAm

137.0

Lppm

130.0

137.0

Bm

22.022.0m

9.0

9.0d（sca）m

―9.1

Vs

kW

4,660rpmkt

Vs=14.0kt（Fn=0.20）における推進性能を母船型との比で表2 左欄に示します。

16000

d（des）MCR

い、別途推定しておいた母船型と比較します。計画満載状態、

167≧ 14.0kt

at Design draft, 90%MCR,15%SM

対象船型は前述の通り 16,000DWT 型のケミカルタンカーです。本船用として依頼者殿で検討した船型の主要目表、オフセットテーブル、排水量計算結果等を提供いただきました。求表2最適船型の性能（Tips Sp、CFD による推定）

Disp.

Tips
Opt./Org.

CFD
Opt./Org.

1.006

―

S/Disp

1.004

―

1+K

0.981

0.990

rw

0.494

1.058

2/3

EHP

0.939

1.010

ηR

1.000

0.993

1-t

1.006

1.039

1-wT

1.064

1.042ηo1.0460.979

BHP

0.9360.978

められる開発目標は、母船型の主要寸法を変更せず、構造喫水状態の排水量を可能な限り大きくすること、計画満載状態で排水量は母船型より約 170ton 増加、Vs=14.0kt における制Vs= 14.0kt（90%MCR,15%Sea Margin）を達成することです。

動馬力 BHP は 6.4% 減少しました。90%MCR、15%Sea Margin

EEDI は Phase1 達成が目標とされました。

での到達速力は約 0.3kt 増加し、目標とする 14.0kt をクリアし本船の開発にあたって課題となったのは、母船型の詳細な推ています。

進性能が把握できない点です。通常は、原型となる船型の水槽

この改善は主として抵抗性能の改善により得られています。

試験結果と種々の性能推定ツールの出力を比較し、その差分を推力減少率 1-t、船後プロペラ効率比η R はほぼ母船型と同じで考慮して開発船型の性能推定を行います。しかし本件で母船型すが、伴流率 1-wT が悪化しています。しかし抵抗性能の改善にとして提供された船型は、水槽試験を行っておらず、このよう起因するη o の増加により推進効率ηはほぼ母船型と同等に戻なプロセスが使用できません。従って SRC の水槽試験結果の蓄り、EHP の改善量がそのまま BHP の改善に反映された形となっ積と SRC が常用する性能推定手法などから得られるノウハウにています。

より、性能改善量を判断し、作業を進めていくこととしました。

3. 船型開発の経緯
船型開発は以下の手順で進めました。
（1）SRC Tips による最適船型の導出（Tips Op）（2）フレームラインの設計と CFD 計算による性能推定（1）で得られた船型と母船型のフレームラインを元に CFD 計算用のラフラインを作成し、推進性能を推定しました。

CFD 計算は、海上技術安全研究所により開発された Neptune（2）フレームラインの設計と CFD 計算による性能推定により行っています。格子数は 448,000 格子、乱流モデルは（3）その他性能改善項目の検討と合意

Spalart-Allmaras を用いて行いました。

（4）配置、タンク容積等のチェック

図 1 に各 Fn 数における波高分布を、図 2 に船体表面圧力を示（5）水槽試験します。それぞれ左側が母船型（Original）、右側が最適船型

具体的な船型開発作業を以下で紹介します。

（Optimized）を、 上 か ら 順 に Fn=0.18,0.19,0.20,0.21,0.22を示しています。

（1）SRC Tips による最適船型の導出（Tips Op）
母船型の主要目、Cp・Cw カーブを元に SRC Tips が提供する

16 SRC NEWS No.107 Dec 2020

図 1 の波高分布を見ると、低速では母船型と最適船型に大きな差異は見られませんが、Fn が高くなると船尾波および船首尾OriginalOptimizeded

Original

Optimizeded

Fn=0.18
Fn=0.18

Fn=0.19

Fn=0.20

Fn=0.19

Fn=0.21Fn=0.20

Fn=0.22図 2 船体表面圧力分布（Fn=0.1,0.19,0.20,0.21,0.22）期待できる結果も得られています。
Fn=0.21以上より（2）で得られた船型を基本として検討を進め、併せて更なる改善が期待できる以下の項目の検討を行うこととしました。
①舵形状および配置

Fn=0.22

図 1 波高分布（Fn=0.1,0.19,0.20,0.21,0.22）②プロペラ配置および船尾プロファイル③主機回転数とプロペラ直径の肩波が最適船型の方が小さくなっているのが分かります。こ

まず①では、必要十分な操縦性能を確保したうえで推進性能れを裏付けるように、Fn=0.20 の船体表面圧力分布（図 2 中段）の改善を行うため、舵面積および舵の縦横比をチェックしていを見ると、St.8 1/2、水面付近の負圧部およびそれに続く正圧ます。この結果、舵面積はやや小さく、母船型より細長い形状部の絶対値が小さくなり、船側波形がスムーズになっているのとしました。舵が小さく細長くなったことにより船尾端と舵のが分かります。また船尾肩前方の正圧部およびそれに続く負圧間に余裕が生じます。これを利用し舵軸を後ろに下げ、LOA は部でも同様のことが言えます。

変えずに Lpp を長くすることを考えます。試みに Lpp を 0.7m

表 2 右欄には CFD 計算による性能推定の結果も併せて示しま増加させた場合を Tips Sp によりシミュレートすると、排水量した。1+K、1-t の改善、1-wT の増加は量の違いこそあれ Tips

一定の場合 CB は 0.5% 低下、肥大度を表す L/B（1-CB）は 2.3%と同様の傾向ですが、rw が増加し結果として EHP が増加する点増加（痩せる方向）し、BHP は 1.9% 減少する結果となりました。

が異なります。CFD 計算により求めた BHP は母船型より 2.2%

②では舵 - プロペラ - 船体間のクリアランスをチェックし、プ減少し、Tips による推定改善量より厳しめの値が出たことにな

ロペラ起振力、推進性能の面からプロペラ位置を見直しました。

ります。rw 増加という結果と船体表面圧力分布、波高分布に見①および②の作業を併せると、船尾形状設計の自由度が増し、られる改善の傾向は矛盾しており、この点については今後注意推進性能の改善がより容易に行えるようになります。

深く取り扱う必要があります。

最後に③の検討のため、Tips Sp でプロペラ回転数、所要馬力、最適プロペラ直径の関係を計算しました。結果を表 3 に示しま（3）その他性能改善項目の検討と合意す。すべて母船型の値を 1.0 とした比で表示しています。プロ

Tips による推定、CFD による推定、双方で改善が得られまし

ペラ回転数を下げることにより所要馬力は減少し、最適プロペた。しかし CFD による改善量はそれを有意とみるには心許ない

ラ直径が大きくなることが分かります。プロペラ回転数を 7.2%結果であり、rw 増加という問題も抱えています。反面、CFD で下げると所要馬力は 1.7% 減少します。この時最適プロペラの得られた波高分布や船体表面圧力分布などの検討からは改善が直径は母船型より 5.5% 大きくなります。

SRC NEWS No.107 Dec 2020 17

表3

主機回転数と所要馬力および最適直径

表4

水槽試験項目と載荷状態

母船型

Case1

Case2

Case3

M.S.No.

5344A

主機回転数

1.000

0.970

0.961

0.928

計画満載状態〇

所要馬力（Vs=14.0kt）

1.000

0.993

0.9910.983

最適直径

1.000

1.023

1.032

1.055

以上の検討より依頼者殿と打合せた結果、①、②を採用し、本船の垂線間長を Lpp=130.6m とすることとしました。

抵抗試験

自航試験
伴流計測

EEDI 状態〇

バラスト状態〇

計画満載状態〇〇EEDI 状態〇〇

バラスト状態〇〇

計画満載状態〇

表5（4）配置、タンク容積等の検討（2）で作成したラフラインに（3）の検討を合わせ作成した船型について、福岡造船殿で、配置、タンク容積、等の検討が行われました。その結果、機関室、Cargo Tank 等の配置には問題がないこと、No.2 Cargo Tank の容積が不足すること、船尾到達速力

5344A
M.S.No.

5344B

5344B

MAU

MAU

実船採用
プロペラ

計画満載状態

14.10

14.14

14.29

EEDI 状態

13.99

14.05

14.20

フレームラインの幅が狭く工作上の問題があることなどが分か

槽試験精度に自信を持つことができました。併せて行われた操りました。

縦性能試験においても IMO 基準を満たす十分な操縦性能があ

これらの点を改良するため、フレームラインの変更と福岡造船殿におけるチェックを数回繰り返し、最終船型を作成しています。幸い以上の問題によるフレームラインの変更量自体それほど大きなものではなく、最終船型をそのまま水槽試験の供試船型としています。

4. 水槽試験と実船試運転ることも確認されました。

5. おわりに足かけ 9 ヶ月にわたる船型開発が終わり、水槽試験で所期の性能が確認されてから 1 年半。試運転結果のご報告をいただいた時にはすでに別の船型の開発に携わっており、本船の開発経緯も記憶から遠のいていました。そのような状態であったため、

水 槽 試 験 は 2018 年 の 9 月 に 海 上 技 術 安 全 研 究 所 の 中 水果たして試運転で依頼者殿の期待に沿った成果が出ているかど槽で行いました。試験項目と載荷状態等を表 4 に示します。

うか、お送りいただいたファイル開くときに緊張したことを覚

M.S.No.5344A は SRC が船型設計を行った省エネ付加物無しえています。ファイルには、 結果は良好 とのコメントが添えの状態、M.S.No.5344B は依頼者殿の要望により省エネ付加物られており、緊張から解放されました。

（サーフバルブ）を装備した状態です。
水槽試験により得られた抵抗係数、自航要素、依頼者殿指定

福岡造船殿では、今後本船のデザインに汎用性を持たせ、幅広い船主に展開していく計画とのことです。の実船解析条件（粗度修正係数、伴流係数の尺度影響修正係数、最後になりますが、福岡造船殿で本件をご担当いただいた山本

MAU プロペラ、伝達効率等）を使用して速力 - 馬力カーブを計副部長、平田課長、曾根田課長代理に感謝いたします。特に本件算しました。常用出力、15%Sea Margin での速力は、表 5 に示の作業中は CAD データの交換等で問題が発生し、多くの時間が割すとおり目標とする 14.0kt をクリアすることができました。まかれてしまいました。船型開発の本質ではない作業にもかかわらた後日入手した実船採用プロペラのプロペラ特性を使用した解ず真摯に対応いただいた曾根田課長代理には御礼申し上げます。

析では更なる速力向上が実現しています。

SRC 試験センターでは本業である水槽試験に加え、水槽試験水槽試験が終了してから約 1 年半後の 2020 年 4 月、本船ので蓄積したノウハウをいかした、本件のような船型開発にも注試運転が周防灘にて行われました。当初は試運転に乗船させて力しています。また総合コンサルティング事業室を中心に技術いただけるようお願いしご了解もいただいていたのですが、年開発室、海洋技術部とも協力しながら、船舶に関わる総合的な初来の新型コロナ禍の中で、出張も思うようにならず残念ながコンサルタントを目指し活動しています。本件のような船型のら乗船は見送らせていただきました。しかし、後日お送りいた問題に限らず、船舶に関わる技術的な課題がありましたら、以だいた計画満載状態での試運転解析の結果により、計画満載状下のメールアドレスより SRC にご相談いただければ幸いです。

態で 14.3kt の速力が得られていることが確認されました。本船

SRC 総合コンサルティング事業室 福島寛司
h_fukushima@srcj.or.jp

はサーフバルブを装備した M.S.No.5344B に対応した船型であり、水槽試験での推定とほぼ同等の試運転結果が確認され、水18 SRC NEWS No.107 Dec 2020

（試験センター金井健）