SRC News̲No.95̲P02-03 再入稿 2014.12.05（金）NEWS

模型船による船体表面圧力計測と新しい計測法の提案

No.95

DEC 2014

CONTENTS

換器が普及し、圧力を電気信号として高精度に計測することが１．はじめに

模型船による船体表面圧力計測と新しい計測法の提案
3

むつ小川原石油備蓄株式会社−国家石油備蓄基地における新型防災船−
7可 能となる。これに 伴 い 船 体 表 面 の 圧 力 計 測 例 も 増 加 する。

船体表面圧力の詳細な計測は、曳航水槽において日常的にこの間の経過は1983年に開催された日本造船学会シンポジウム

行 わ れる計 測 ではな い 。抵 抗 成 分 の 分 離や 理 論 計 算 結 果 の「 船 型 開 発と試 験 水 槽 」2 ) に詳しい 。そ の 後も、造 船 研 究 協 会

確 認 などの 目 的 で 、過 去には 研 究 プロジェクトの 一 環として

第196研究部会(以下SR196)では肥大船船尾の圧力計測 3) が多くの手間と資金をかけて行なわれた事例はある。
しかし抵抗・

行われ、戸田等はシリーズ60船型についてプロペラ有無による

自航 試 験や伴 流 計 測 などと同じようにル ーチンワークとして

圧力計測 4)を行っている。21世紀に入ると久米等はKVLCC2の

船体表面圧力計測が行われることは無かった。

模型船両舷に400点以上の計測点を配し、直進時、斜航時の船

一 方 C F D の 発 達により、我 々は 船 体 表 面 圧 力 の 鮮やかな
カラーコンターカー ブを日 常 的に見ることが できる。そして計算結果と実現象の整合について議論することは少ない。
これは、

10

スリランカ国セイロン漁港公社向け無償資金協力
グラブホッパードレッジャー「SAYURU」
12

JICA課題別研修「海事国際条約及び船舶安全検査」について
東京MOU「ポートステートコントロール一般検査官研修」について

船体表面圧力や摩擦応力の分布を詳細に計測することは困難

船 体 表 面 圧 力 計 測における圧 力センサ の 設 置 方 法を図１

であるとあきらめ、計算された抵抗係数や自航要素などの積分（日本造船学会、「 船体周りの流れと船型開発に関するシンポ

値と試験結果の相関をよりどころに、あとは計算結果を信用す

ジウム」テキスト6）、P219、Fig.24より転載）に示す。

るしか無い状況におかれているためであろう。
SRCではこうした状況を打破すべく、数年前より（株）シミウス、
面圧力を計測することを目的に、曳航水槽用の新しい船体表面
圧力計測法の開発を進めてきた。本稿では船体表面圧力計測の
過去を振り返りつつ、現在開発中の船体表面圧力計測法の一端を紹介したい。

15２．船体表面圧力計測法

SRC資料室（15）最適船型（その6）

一般財団法人 日本造船技術センター
技術セミナーの開催

２．
１ 歴史
手元にある文献の中で最も古い船体表面圧力計測の資料は、
造 船 協 会 誌 第 3 4 6 号に掲 載 された N . H o g b e nによる論 文

19「Ship Hull Pressure

Measurement」の紹介記事 1)である。

当センターは東日本大震災復興キャンペーンを応援しています。

一般財団法人 日本造船技術センター
FAX 0422-40-2827

１）導圧管を使用する方法（図１a）、b)）
物体表面に微細な圧力孔を空け、導圧管を用いて圧力センサに圧力を導く。多くの場合、圧力センサの手前に導圧管の切り替えこの論文では、船体表面に圧力孔を開け、プラスチックチューブに装置（スキャニバルブ等）
を設け、多点の圧力を効率よく計測できより導かれた圧力を、切り替え弁を介してマノメータに設置したるように考慮する。圧力孔の内径は1mm程度が多く使われる。

精密水位計により読み取るという方法で船体表面圧力を計測してSRC News No.95 December 2014

図１ 圧力変換器の設置方法
図１を大別すると以下の二つの方法になる。

162２．2 船体表面圧力計測法

大阪府立大学と協力して、より簡易に低コストで精度よく船体表

14〒180-0003 東京都武蔵野市吉祥寺南町1丁目6番1号 吉祥寺スバルビル3階 TEL 0422-40-2820

算と比較するための詳細なデータを得ている5)。

それを頼りにして船型改良や付加物開発に挑んでいるが、その最近のバルクキャリアの主要目傾向について

Topics体表面圧力を計測するとともに、不確かさ解析を行い、CFD計

この手法は船体表面の圧力を精度よく計測することができ、いる。現在でも行なわれている圧力孔−スキヤニバルブ−圧力

また限られた数の圧力センサで多数の点の計測ができるという変換器による船体表面圧力計測の原型が、60年以上前に行なわメリットが有る。
しかし圧力孔の工作、導圧管の設置、試験前に多れていたことに驚きを感じる。切り替え弁は電気的に制御される数の導圧管から空気を抜き水で満たす作業等、準備面で多大ななど効率的に多点の圧力を測ろうとする努力が随所に見られる。

工数を要する。また、限られた数のセンサで圧力孔を切り替えな

1970年代から1980年代にかけて歪ゲージを用いた圧力変がら計測するため、同時に計測できる計測点の数は限られる。

SRC News No.95 December 20143

SRC News̲No.95̲P02-03 再入稿 2014.12.05（金）造船の最先端を見つめる技術情報誌

SRC News̲No.95̲P04-05 入稿 2014.11.28（金）自航試験等に使用した模型船に、特殊な工事なしで数多くの計測点

圧力センサをアダプターを介し（c））、もしくは直接（d））物体表

給電が不要というメリットもあり、都市インフラ（橋梁、交通機関、を設置するため、接着工法を採用することを前提に設計されている。

面に埋め込む方式。センサそのものを計測点に埋め込むため、等）やエネルギー（発電所、パイプライン等）等幅広い分野でモニ

光ファイバー(直径155μm)上のFBGゲージ長さは10mmであ多点計測には向かない。船首尾水面近傍の衝撃圧の計測などに

タリングに使用されている。

り、
これをダイヤフラムとなる受圧面フィルムに貼り、ベース層に固定し、センサ部を構成する。厚さは船体表面に貼付することを考慮利用されることが多い。

し、0.7mmと極力薄くした。

３．
２ 船体表面圧力計測用FBG圧力センサ1),2)の方法いずれでも、物体表面に設置する圧力孔、圧力セン

図5に船体表面圧力計測用に（株）
シミウスにより開発されたFBG

このセンサを一本の光ファイバー上に最大80点直列に配置する。

サの数は物理的に制限され、圧力分布の解像度には限界がある。

圧力センサを示す。
このセンサは船体表面圧力計測を今までよりセンサの間隔は任意に設定可能であり、光ファイバーの全長はまた最大限に計測点を配置したとしても、準備・計測・解析上のコ

簡易に効率よく行うことを目的に開発された。
このセンサは抵抗・30kmまで延長可能である。図6にFBG圧力センサの配置例を示した。
ここでは温度保証を行なうためのFBG温度センサを要所にストは膨大なものになる。

配置している。

これに対し風洞などでは、感圧塗料(PSP；Pressure-Sensitive
より圧力の分布を連続的に計測する手法が実用化されている。
PSPは酸素消光作用を受ける色素を利用した光学的酸素濃度センサであり、気体圧力と酸素濃度に相関があることを利用し圧力を計測する。

図3

圧力計測結果（ポテンシャル流線に沿った分布）

11

Paint)を利用し、圧力変化を色の変化として捉え、画像処理に

M.S.No.4420、Full Load、Fn=0.1483

水槽における船体表面圧力計測を行った。試験は2008年と2013
25

計測結果を図3に示す。図3は船尾の代表的なSt.において圧力計測結果と理論計算値（Rankine Source法）を比較したもの

における定常圧力計測に関わる技術はほぼ確立したと言われていである。造波の影響が大きい水面付近では理論計算結果と圧力る。
しかしながらこの手法は、流体中の酸素量を計測しているため、計測結果がよく一致している。
しかしSt.1/2より後方また船底試験水槽で使用することは原理的に難しい。

に近くなると、境界層が発達し粘性影響が強くなりポテンシャル

図5

年にSRCにより海上技術安全研究所の中水槽において行われた。
2008年の試験においてはFBG圧力センサの基本仕様とその性能

FBG圧力センサ7)を確認し、またFBG圧力センサを貼付したことによる船体への影
響を把握した8),9)。
2008年の結果を用いてセンサおよびデータ解析法の改良を行計算であるRankine Source法との一致度が悪くなる。
ここでは理論計算結果(Rankine Source法)の検証のため、1992年にSRCで行なった船体表面圧力の計測例を紹介する。

３．
３ FBG圧力センサによる船体表面圧力計測
FBG圧力センサの性能を確認し、計測法を確立するため、曳航満載状態、計測速度はFn=0.1483(Rn=5.315×105)とした。

PSPを用いた圧力計測法は1990年代に研究が進められ、風洞

２．
３ 船体表面圧力の計測例

SRC News̲No.95̲P04-05 入稿 2014.11.28（金）いため電気、磁気等の外乱に強く、長期信頼性が高い。
センサへの

２）圧力センサを直接埋め込む方法（図１c)、d)）なったのが、2013年の試験である。2013年の試験では肥大船の船首尾に28点の計測点を設け、繰り返し計測を行った。
計測点の設

３．センサーによる新しい船体表面圧力計測法の開発

置状況を図7に示す。計測点は船体前半部に15点（Ai〜Ei）船体後半部に13点（Vi〜Zi）
である(i=1〜3)。
センサは両面テープで船体

船体表面 圧力計測は、先行する例に倣い導圧管とスキャニ

ここまで見てきたように船体表面圧力計測は、その準備の煩表面に沿って貼り付けられ、光ファイバーもテープにより固定されバルブを用いた2.2 1)の方法で行った。圧力孔の詳細および計測

雑さ、計測にかかる工数などから試験水槽で日常的に行われるている。
１航走でこれら28点の圧力を同時に計測することができる。

系を図2に示す。船体表面に設けた圧力孔は径1mmであり、左舷試験ではない。こうした課題に対しSRCでは、（ 株）シミウス、大側を主として両舷合わせて109箇所設置した。

阪府立大学と協力してFBG（Fiber Braggs Gratings）を用い

図6

FBG圧力センサの配置7)た船体表面貼付型多点圧力センサによる新しい計測法開発を進めている。
３．
１ FBGによる歪計測の原理
FBGは光ファイバーセンシング技術の一つである。光ファイバー内を通る入射光は、光ファイバー内に設けた回折格子（FBG）
で格子間隔Lに応じた特定の波長のみ反射され、その他の波長は透過しながら伝播する。反射光の波長λBを測定すれば、格子間隔Lを知ることができる。回折格子が外力により変形した場合、格子間
隔はL となり、反射光の波長もλB に変化する。
この波長の変化を計測することにより変形量を知ることができる。以上の原理を図4に示した。多点計測を行なう場合、反射光の波長が異なる回折格
図24船体表面圧力計測系（SRCにおける計測例）

子（格子間隔が異なる）
を一本の光ファイバー上に多数配置し、各計測点からの反射光の波長変化を計測する。

供試船型は、代表的な肥大船型としてSR196B船型（M.S.No.

以上の原理を用いて、FBGは圧力をはじめ応力、変位の計測、温4420、L/B=6.00,B/d=2.76,CB=0.80）を選定した。載貨状態は度、加速度の計測などに使用されている。
また電気を使用していな

SRC News No.95 December 2014

図4

FBG圧力センサーによる歪測定の原理7)

SRC News No.95 December 2014

5

SRC News̲No.95̲P04-05 入稿 2014.11.28（金）自航試験等に使用した模型船に、特殊な工事なしで数多くの計測点

圧力センサをアダプターを介し（c））、もしくは直接（d））物体表

給電が不要というメリットもあり、都市インフラ（橋梁、交通機関、を設置するため、接着工法を採用することを前提に設計されている。

面に埋め込む方式。センサそのものを計測点に埋め込むため、等）やエネルギー（発電所、パイプライン等）等幅広い分野でモニ

光ファイバー(直径155μm)上のFBGゲージ長さは10mmであ多点計測には向かない。船首尾水面近傍の衝撃圧の計測などに

タリングに使用されている。

り、
これをダイヤフラムとなる受圧面フィルムに貼り、ベース層に固定し、センサ部を構成する。厚さは船体表面に貼付することを考慮利用されることが多い。

し、0.7mmと極力薄くした。

３．
２ 船体表面圧力計測用FBG圧力センサ1),2)の方法いずれでも、物体表面に設置する圧力孔、圧力セン

図5に船体表面圧力計測用に（株）
シミウスにより開発されたFBG

このセンサを一本の光ファイバー上に最大80点直列に配置する。

サの数は物理的に制限され、圧力分布の解像度には限界がある。

圧力センサを示す。
このセンサは船体表面圧力計測を今までよりセンサの間隔は任意に設定可能であり、光ファイバーの全長はまた最大限に計測点を配置したとしても、準備・計測・解析上のコ

簡易に効率よく行うことを目的に開発された。
このセンサは抵抗・30kmまで延長可能である。図6にFBG圧力センサの配置例を示した。
ここでは温度保証を行なうためのFBG温度センサを要所にストは膨大なものになる。

配置している。

これに対し風洞などでは、感圧塗料(PSP；Pressure-Sensitive
より圧力の分布を連続的に計測する手法が実用化されている。
PSPは酸素消光作用を受ける色素を利用した光学的酸素濃度センサであり、気体圧力と酸素濃度に相関があることを利用し圧力を計測する。

図3

圧力計測結果（ポテンシャル流線に沿った分布）

11

Paint)を利用し、圧力変化を色の変化として捉え、画像処理に

M.S.No.4420、Full Load、Fn=0.1483

水槽における船体表面圧力計測を行った。試験は2008年と2013
25

計測結果を図3に示す。図3は船尾の代表的なSt.において圧力計測結果と理論計算値（Rankine Source法）を比較したもの

における定常圧力計測に関わる技術はほぼ確立したと言われていである。造波の影響が大きい水面付近では理論計算結果と圧力る。
しかしながらこの手法は、流体中の酸素量を計測しているため、計測結果がよく一致している。
しかしSt.1/2より後方また船底試験水槽で使用することは原理的に難しい。

に近くなると、境界層が発達し粘性影響が強くなりポテンシャル

図5

年にSRCにより海上技術安全研究所の中水槽において行われた。
2008年の試験においてはFBG圧力センサの基本仕様とその性能

FBG圧力センサ7)を確認し、またFBG圧力センサを貼付したことによる船体への影
響を把握した8),9)。
2008年の結果を用いてセンサおよびデータ解析法の改良を行計算であるRankine Source法との一致度が悪くなる。
ここでは理論計算結果(Rankine Source法)の検証のため、1992年にSRCで行なった船体表面圧力の計測例を紹介する。

３．
３ FBG圧力センサによる船体表面圧力計測
FBG圧力センサの性能を確認し、計測法を確立するため、曳航満載状態、計測速度はFn=0.1483(Rn=5.315×105)とした。

PSPを用いた圧力計測法は1990年代に研究が進められ、風洞

２．
３ 船体表面圧力の計測例

SRC News̲No.95̲P04-05 入稿 2014.11.28（金）いため電気、磁気等の外乱に強く、長期信頼性が高い。
センサへの

２）圧力センサを直接埋め込む方法（図１c)、d)）なったのが、2013年の試験である。2013年の試験では肥大船の船首尾に28点の計測点を設け、繰り返し計測を行った。
計測点の設

３．センサーによる新しい船体表面圧力計測法の開発

置状況を図7に示す。計測点は船体前半部に15点（Ai〜Ei）船体後半部に13点（Vi〜Zi）
である(i=1〜3)。
センサは両面テープで船体

船体表面 圧力計測は、先行する例に倣い導圧管とスキャニ

ここまで見てきたように船体表面圧力計測は、その準備の煩表面に沿って貼り付けられ、光ファイバーもテープにより固定されバルブを用いた2.2 1)の方法で行った。圧力孔の詳細および計測

雑さ、計測にかかる工数などから試験水槽で日常的に行われるている。
１航走でこれら28点の圧力を同時に計測することができる。

系を図2に示す。船体表面に設けた圧力孔は径1mmであり、左舷試験ではない。こうした課題に対しSRCでは、（ 株）シミウス、大側を主として両舷合わせて109箇所設置した。

阪府立大学と協力してFBG（Fiber Braggs Gratings）を用い

図6

FBG圧力センサの配置7)た船体表面貼付型多点圧力センサによる新しい計測法開発を進めている。
３．
１ FBGによる歪計測の原理
FBGは光ファイバーセンシング技術の一つである。光ファイバー内を通る入射光は、光ファイバー内に設けた回折格子（FBG）
で格子間隔Lに応じた特定の波長のみ反射され、その他の波長は透過しながら伝播する。反射光の波長λBを測定すれば、格子間隔Lを知ることができる。回折格子が外力により変形した場合、格子間
隔はL となり、反射光の波長もλB に変化する。
この波長の変化を計測することにより変形量を知ることができる。以上の原理を図4に示した。多点計測を行なう場合、反射光の波長が異なる回折格
図24船体表面圧力計測系（SRCにおける計測例）

子（格子間隔が異なる）
を一本の光ファイバー上に多数配置し、各計測点からの反射光の波長変化を計測する。

供試船型は、代表的な肥大船型としてSR196B船型（M.S.No.

以上の原理を用いて、FBGは圧力をはじめ応力、変位の計測、温4420、L/B=6.00,B/d=2.76,CB=0.80）を選定した。載貨状態は度、加速度の計測などに使用されている。
また電気を使用していな

SRC News No.95 December 2014

図4

FBG圧力センサーによる歪測定の原理7)

SRC News No.95 December 2014

5

SRC News̲No.95̲P06-07再入稿 2014.12.05（金）② FBGセンサの周辺流れ場への影響評価

きが多少大きいものの、その他はよく一致している。図中には③ 従来型圧力センサとの比較

文献5）による従来型センサーによる計測結果も併せて示した④ 数百点規模の船体表面圧力計測

・SBM作業船兼消防船「第１たかほこ丸」・オイルフェンス展張船「第２たかほこ丸」・油回収バージ「第３たかほこ丸」① FBG圧力センサの小型化、薄型化、量産型の開発

が、FBG圧力センサによる計測結果とよく一致しており、2008

今後は以上の検討を通じて、FBG圧力センサを用いた船体

年の計測より改善が見られる。この計測にかかった時間はFBG

表面圧力計測・解析法の標準化を進めるとともに、その精度の圧力センサの設置から計測のための航走、センサ撤去も含め１

把握を行なっていく。またFBG圧力センサが持つメリットを生日で完了した。センサが航走時に脱落することも無く、センサ撤

かし、波浪中試験、プロペラ性能試験への適用、実船計測への去後の船体に特に大きな傷も無く、良好な状態が保たれていた。

適用など応用範囲の拡大を図って行きたい。

SRC News̲No.95̲P06-07 再入稿 2014.12.05（金）圧力は船首のビルジ部に相当するA3〜E3の計測点のバラつ

むつ小川原石油備蓄株式会社−国家石油備蓄基地における新型防災船−

計測結果を図8に示す。5回の航走の結果得られた船体表面

FBGは、従来の水槽試験で用いられていた技術とはまったく異なる原理で作動するセンサである。圧力計測に限らず、柔軟な発想を持って開発に取り組めば、今まで計測できなかった現象を捉えることができる有 力なツー ルとなると期 待している。
FBG技術が水槽試験のブレークスルーとなることを期待して、今後も開発に取り組んで行きたい。
（試験センター技術部

金井

健）

参考文献

図7

FBG圧力センサの設置状況

1) 田宮：船体表面の圧力計測、造船協会誌第346号、P2-6、1958年7月
2) 船型開発と試験水槽、
日本造船学会シンポジウムテキストP132-135、1983年2月
3) 船尾形状設計法（粘性流場）
に関する研究、

４．今後の課題

造船研究協会第196研究部会報告書、1987年3月

これまでの開発の結果、FBG圧力センサを用いた船体表面圧力の計測は、SRCが標準的に使用しているパラウッド製大型模型船を用いた場合、抵抗・自航試験終了後１日程度の準備と数時間の試験時間で、
船体表面圧力を計測できる見込みを得ることができた。
また計測結果のバラつきも少なく、従来型センサーによる計測と比較しても良好な計測結果が得られている。ここでご紹介した
例は数十点規模の計測であったが、現在最新の計測機器を使用すれば最大1280点までの同時計測が可能である。

4) Toda,et.al：Mean Flow measurement in the Boundary Layer and Wake of aSeries 60 CB=0.6 Model Ship with and Without Propeller、J,Ship Research、
Vol.34、No.4、1990
5) Kume et.al.：Measurement of Hydrodynamic Forces, Surface pressure andwake for obliquely towed tanker model and uncertainty analysis for CFD
validation、J.of Marine Science and Technology,P.65-75,20066) 船体周りの流れと船型開発に関するシンポジウム、
日本造船学会シンポジウムテキスト
P219、1993年4月
7) （株）
シミウス：パンフレットより
8) 若原他：FBGを用いた表面貼付型多点圧力センサの開発− 第１報

圧力測定法とセンサ性能 −、日本船舶海洋工学会論文集第7号、

P1-7、2008年6月

今後、本計測手法の実用化のため以下のような課題を解決していく必要がある。

9) 若原他：FBGを用いた表面貼付型多点圧力センサの開発− 第２報

一斉放水写真抵抗試験における定常圧力分布計測 −、日本船舶海洋工学会論文集第7号、P9-14、2008年6月

１. はじめに
独 立 行 政 法 人 石 油 天 然ガス・金 属 鉱 物 資 源 機 構 が 進 める

兼消防船として、上甲板機関室後ろに潜水指令／再圧タンク室、段として、むつ小 川 原 石 油 備 蓄 株 式 会 社 殿 の 新 型 防 災 船３隻

コンプレッサー室を設け、後部甲板に3.5トンクレーン、潜水ステーが建造されました。

ションパネルボックス、オープンボットムベル、海底ボール弁油圧水銃３基を配置、上甲板前部に油分散散布装置、中央部に油回収

以下に、本船の概要と性能を紹介致します。

設備を配置しています。

２-１ 第１たかほこ丸

6

SRC News No.95 December 2014

ホース用リールを装備、また、船橋後ろに伸縮式放水塔を備え、放監理業務を行いました。

２. 本船の概要
船体表面圧力計測結果

本船は、ＳＢＭ（Single Bouy Mooring：一点ブイ係留）作業船「 国 家 石 油 備 蓄 基 地における海 上 防 災 体 制 の 再 構 築 」の 第１

当センターでは平成２５年７月から平成２６年７月まで３隻の建造

図8（１）一般配置

主船体は４枚の水密隔壁で５区画に分けられ、前方より空所、船首倉庫、船員室兼泡原液タンク室、機関室、推進器室となっており、電気推進方式を採用しているので、主発電機、推進電動機始動盤、推進
電動機、
アジマス推進器（全旋回型推進器）を装備した防災船です。

SRC News No.95 December 20147

SRC News̲No.97̲P02-03

04校 2015.11.24（火）

FBGを用いた
表面貼付型多点圧力センサによる
船体表面圧力計測

No.97
DEC 2015

04校 2015.11.24
（火）

NEWS

SRC News̲No.97̲P02-03

造船の最先端を見つめる技術情報誌

１．
はじめに

CONTENTSFBGを用いた表面貼付型多点圧力センサによる
船体表面圧力計測

航走する船体の表面圧力計測は、推進性能と耐航性能改善の計算の検証によく利用されるKVLCC2船型です。過去に行なわための船型改良、船体付加物の開発および船体・プロペラ・舵のれた計測例 3)と条件を合わせるために、舵、ビルジキールなどの相互干渉の把握に有用であると考えられています。現在主流と付加物を外して裸殻状態とし、船首バルブ中央とS.S.9½の2箇所なっている圧力計測法は、表面に歪みゲージ式圧力センサを埋めに乱流促進用の突起物を取り付けました。

込む方法および船体表面に計測孔を設けて導圧管を用いて圧力3の計測を実現するためには、その工作と試験に多大な労力を要し造船業におけるレーザ・アークハイブリッド溶接法に係る共同研究について（その１）ます。それゆえに船体表面圧力計測は、造船所の設計部門におい6

淡路市明石海峡航路新船舶「まりん・あわじ」−１２０総トン型アルミ合金製双胴型高速旅客船兼自動車渡船−

表-１ 供試船型の主要目等センサに接続する方法です。
しかしながらこれらの方法で多点でて日常的に活用されるまでには至っていません。
そこで船体表面の圧力を低コストで簡便に精度良く計測する

Model Ship

Actual Ship

Length between perpendiculars

5.517m320.0mBreadth(molded)

1.000m58.0m

Draft(molded)

0.3586m

20.8m

Item

Block coefficient CB

0.8092

ことを目的として、株式会社シミウスおよび大阪府立大学と協力
し、FBG（Fiber Bragg Gratings）
を用いた表面貼付型多点圧力8センサ（以下FBG圧力センサとする。）
による船体表面圧力計測法
1)の開発 を進めてきました。

ジブチ国海上保安能力向上のための巡視艇建造計画

図-１にFBG圧力センサを示します。FBG圧力センサは、直径6mmの円上にダイヤフラムとなる受圧面フィルムが貼ってあり、

FBG圧力センサは、光ファイバによる歪みの計測技術を圧力の

11

2.2 FBG圧力センサ

計測に応用したセンサであり、これを模型船の表面に貼付し、抵抗

その面に加わる圧力を検出します。計測する物体の表面に貼付して用いるため、小型かつ薄型の形状となっています。

2)

試験状態における圧力を計測した結果は既に報告 されています。

２０１５年度 JICA
「海事国際条約及び船舶安全検査」研修コースについて

この報告では、船体形状のような複雑な曲面を持つ物体表面の多点圧力計測の将来的な可能性が示されています。

14

２０１５年度 東京MOU「ポートステートコントロール一般検査官研修（GTC5）」についてける船体設計に有用なツールの1つとするために、多点圧力計測を実用的なコストと精度で実現できる計測法を紹介します。

15

SRC資料室（17）最適プロペラ
（その1）

２．
計測装置および供試船型
２．
１ 供試船型

16
Topics

そこで本稿では、上述の結果を発展させ、最終的に造船所にお表-１に供試船型の主要目を示します。供試船型は、実験と理論(unit : mm)

図-１ FBG圧力センサ

一般財団法人 日本造船技術センター技術セミナーの開催
19

当センターは東日本大震災復興キャンペーンを応援しています。

一般財団法人 日本造船技術センター〒180-0003 東京都武蔵野市吉祥寺南町1丁目6番1号 吉祥寺スバルビル3階 TEL 0422-40-2820

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SRC News No.97 December 2015

FAX 0422-40-2827

図-２ FBG圧力センサ配置図

SRC News No.97 December 2015

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SRC News̲No.97̲P04-05

04校 2015.11.24（火）

SRC News̲No.97̲P04-05

2.3 FBG圧力センサの配置および設置方法

変更しても計測結果とCpの相関には大きな差は生じません。これ

図-２にFBG圧力センサの配置を示します。この試験ではFBGより、本計測手法によって得られる圧力計測結果は有用であり、

圧力センサを146点用意し、船側のW.L.に沿って7列と船尾船底実用面においても問題なく実施できることがわかりました。

から12点のFBG圧力センサを直列に接続した光ファイバを船体

5. まとめ

中央部から船首尾端それぞれに向けて配置しました。
船体への接着は、模型船の接着面の汚れをアルコールで拭取り、

図-5

両面テープにより船体にFBG圧力センサを貼り付けます。これらの設置は10時間、剥離は2時間で行うことができました。

本研究では十分な圧力分布情報を得るために約150点のFBG試験結果と船首付近の船側波形

圧力センサを貼付し、船体表面の圧力を計測しました。まとめを以下に示します。

4. 抵抗試験状態における圧力の計測（1）準備が簡便であり、1航走で全点の計測ができることを確認

本計測法では、多点の圧力を1航走で計測することが可能です。

3. ６自由度拘束状態における圧力の計測

その特性を生かし、フルード数の相違による圧力分布の変化を

3.1 検証に使用する実験とCFD計算

日々行われる抵抗試験状態において計測しました。

FBG圧力センサを用いた手法による試験を従来の方法（導圧管比較して示します。

センサの精度を検証しました。比較対象には、久米らによって行われた従来の方法による計測例 および西川らによって行われたより航走によって生じる水位差を読み取り、Cpを求めました。

4)

CFD計算結果 を用いました。CFD計算は、自由表面を考慮せず、向上しました。

に使用可能な精度があることを確認しました。
約150点の圧力計測を行う場合の準備、計測に必要な時間を（図-７）
水位差によるCpは、静止時と航走時に撮影した波形写真

3)しました。これにより従来の方法に比べて飛躍的に試験効率が（2）
従来の方法による計測例およびCFD計算と比較し、船型改良

図-６に19W.L.の圧力計測結果と航走時の水位差によるC pをを用いた方法）による計測例およびCFD計算と比較し、FBG圧力

船側波形と圧力計測結果には高い相関があり、フルード数を

喫水の平面を鏡像条件として計算しております。

3.2

本手法による結果と他の手法による結果の比較

今回の方法と従来の方法で比較し表-3にまとめました。
これをみても試験効率が向上していることは明らかです。
表-3

本試験法と従来の方法による所要時間等の比較
FBG圧力センサ
による方法

従来の方法
（導圧管を用いる方法）

準備に要する時間

10時間

2〜3週間
（70〜105時間）

全点計測に必要な走行回数

1回

通常
数回〜十数回

計測後の模型船の状態

貼付前と同じ計測孔があり、他の試験に利用不可

模型船は比較対象と試験条件を合わせ、全６自由度を固定して試験を行いました。試験を実施したレイノルズ数とフルード数を(A.P.)(F.P.)

図-３ 本手法による計測、従来の手法による
計測例およびCFD計算の比較

既存の実験およびCFD計算とあわせて表-２に示します。
表-２ 試験を実施したレイノルズ数とフルード数
FGB test

EXP.

今後の課題としては、FBG圧力センサの流れ場に及ぼす影響

CFDの調査、付加物まわりの圧力計測法の開発、実船計測の検討など

4.280×106（fore）
Reynolds No.

4.467×10664.440×10 （mid）

を考えています。
4.600×10

6

今回の試験によってFBG圧力センサによる船体表面圧力計測法の実用化に目途をつけることができました。本手法を船型改良

64.743×10 （aft）
Froude No.

0.11380.142404校 2015.11.24（火）に1列配置することにしました。この計画に基づき１列につき8点および付加物開発に対するツールの1つとして確立することを̶

目標に、今後開発を継続したいと考えています。
図-３に代表的なW.LにおけるFBG圧力センサによる計測結果、
参考資料

従来の手法による計測例およびCFD計算結果を比較して示します。

1) 福島寛司, 若原正人, 西川達雄, 深沢塔一, 金井健：
FBGを用いた表面貼付型多点圧力センサによる船体表面圧力計測,
日本船舶海洋工学会秋季講演会発表予定, 2015.

横軸はA.P.からの距離を無次元化した値、縦軸は船速を使って無としました。また、図-４に代表的なS.S.に次元化した圧力係数（Cp ）おける計測例の比較を示します。これらよりFBG圧力センサの計

図-４ 試験結果、過去の実験結果およびCFD計算結果の比較

測結果は他手法と概ね良く一致していることがわかります。

(A.P.)

図-6(F.P.)

抵抗試験状態における圧力係数の比較図には計測結果の補間法による影響が、またCFD計算には自由表

419W.L.、x/Lpp=0.875付近で、FBG圧力センサによる計測結面が考慮されていない影響などの問題が考えられます。こうし果が他の2つの手法と比較して低い値を示しています。図-５に試

たことも含めてFBG圧力センサによる計測結果には、詳細な検験結果の拡大図と波形写真を示します。これによると当該付近に討 が 必 要です。また、船 尾 の 圧 力 回 復 が 著しい 領 域に厚さ約

おいては、確かに水面が低下し、FBG圧力センサによる計測結果は0.7mmのFBG圧力センサを貼付した影響についても、今後のその水面変化を捉えているように見えます。従来法による計測例

課題として調査する必要があると考えています。

SRC News No.97 December 20152) 若原正人, 谷上明彦, 新郷将司, 中島円, 深沢塔一, 金井健：
FBGを用いた表面貼付型多点圧力センサの開発,
日本船舶海洋工学会論文集, 第7号, pp.9-14, 2008.
3) K. Kume et.al. : Measurement of hydrodynamic forces,
surface pressure, and wake for obliquely towed tanker modeland uncertainty analysis for CFD validation,
Journal of Marine Science and Technology, pp.65-75, 2006.

図-7

静止時と航走時の船首付近の船側波形

4) T. Nishikawa et.al. :Fully resolved large eddy simulation as an alternative
to towing tank resistance tests,
16th Numerical Towing Tank Symposium, pp.102-107, 2013.

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04校 2015.11.24（火）

SRC News̲No.97̲P04-05

2.3 FBG圧力センサの配置および設置方法

変更しても計測結果とCpの相関には大きな差は生じません。これ

図-２にFBG圧力センサの配置を示します。この試験ではFBGより、本計測手法によって得られる圧力計測結果は有用であり、

圧力センサを146点用意し、船側のW.L.に沿って7列と船尾船底実用面においても問題なく実施できることがわかりました。

から12点のFBG圧力センサを直列に接続した光ファイバを船体

5. まとめ

中央部から船首尾端それぞれに向けて配置しました。
船体への接着は、模型船の接着面の汚れをアルコールで拭取り、

図-5

両面テープにより船体にFBG圧力センサを貼り付けます。これらの設置は10時間、剥離は2時間で行うことができました。

本研究では十分な圧力分布情報を得るために約150点のFBG試験結果と船首付近の船側波形

圧力センサを貼付し、船体表面の圧力を計測しました。まとめを以下に示します。

4. 抵抗試験状態における圧力の計測（1）準備が簡便であり、1航走で全点の計測ができることを確認

本計測法では、多点の圧力を1航走で計測することが可能です。

3. ６自由度拘束状態における圧力の計測

その特性を生かし、フルード数の相違による圧力分布の変化を

3.1 検証に使用する実験とCFD計算

日々行われる抵抗試験状態において計測しました。

FBG圧力センサを用いた手法による試験を従来の方法（導圧管比較して示します。

センサの精度を検証しました。比較対象には、久米らによって行われた従来の方法による計測例 および西川らによって行われたより航走によって生じる水位差を読み取り、Cpを求めました。

4)

CFD計算結果 を用いました。CFD計算は、自由表面を考慮せず、向上しました。

に使用可能な精度があることを確認しました。
約150点の圧力計測を行う場合の準備、計測に必要な時間を（図-７）
水位差によるCpは、静止時と航走時に撮影した波形写真

3)しました。これにより従来の方法に比べて飛躍的に試験効率が（2）
従来の方法による計測例およびCFD計算と比較し、船型改良

図-６に19W.L.の圧力計測結果と航走時の水位差によるC pをを用いた方法）による計測例およびCFD計算と比較し、FBG圧力

船側波形と圧力計測結果には高い相関があり、フルード数を

喫水の平面を鏡像条件として計算しております。

3.2

本手法による結果と他の手法による結果の比較

今回の方法と従来の方法で比較し表-3にまとめました。
これをみても試験効率が向上していることは明らかです。
表-3

本試験法と従来の方法による所要時間等の比較
FBG圧力センサ
による方法

従来の方法
（導圧管を用いる方法）

準備に要する時間

10時間

2〜3週間
（70〜105時間）

全点計測に必要な走行回数

1回

通常
数回〜十数回

計測後の模型船の状態

貼付前と同じ計測孔があり、他の試験に利用不可

模型船は比較対象と試験条件を合わせ、全６自由度を固定して試験を行いました。試験を実施したレイノルズ数とフルード数を(A.P.)(F.P.)

図-３ 本手法による計測、従来の手法による
計測例およびCFD計算の比較

既存の実験およびCFD計算とあわせて表-２に示します。
表-２ 試験を実施したレイノルズ数とフルード数
FGB test

EXP.

今後の課題としては、FBG圧力センサの流れ場に及ぼす影響

CFDの調査、付加物まわりの圧力計測法の開発、実船計測の検討など

4.280×106（fore）
Reynolds No.

4.467×10664.440×10 （mid）

を考えています。
4.600×10

6

今回の試験によってFBG圧力センサによる船体表面圧力計測法の実用化に目途をつけることができました。本手法を船型改良

64.743×10 （aft）
Froude No.

0.11380.142404校 2015.11.24（火）に1列配置することにしました。この計画に基づき１列につき8点および付加物開発に対するツールの1つとして確立することを̶

目標に、今後開発を継続したいと考えています。
図-３に代表的なW.LにおけるFBG圧力センサによる計測結果、
参考資料

従来の手法による計測例およびCFD計算結果を比較して示します。

1) 福島寛司, 若原正人, 西川達雄, 深沢塔一, 金井健：
FBGを用いた表面貼付型多点圧力センサによる船体表面圧力計測,
日本船舶海洋工学会秋季講演会発表予定, 2015.

横軸はA.P.からの距離を無次元化した値、縦軸は船速を使って無としました。また、図-４に代表的なS.S.に次元化した圧力係数（Cp ）おける計測例の比較を示します。これらよりFBG圧力センサの計

図-４ 試験結果、過去の実験結果およびCFD計算結果の比較

測結果は他手法と概ね良く一致していることがわかります。

(A.P.)

図-6(F.P.)

抵抗試験状態における圧力係数の比較図には計測結果の補間法による影響が、またCFD計算には自由表

419W.L.、x/Lpp=0.875付近で、FBG圧力センサによる計測結面が考慮されていない影響などの問題が考えられます。こうし果が他の2つの手法と比較して低い値を示しています。図-５に試

たことも含めてFBG圧力センサによる計測結果には、詳細な検験結果の拡大図と波形写真を示します。これによると当該付近に討 が 必 要です。また、船 尾 の 圧 力 回 復 が 著しい 領 域に厚さ約

おいては、確かに水面が低下し、FBG圧力センサによる計測結果は0.7mmのFBG圧力センサを貼付した影響についても、今後のその水面変化を捉えているように見えます。従来法による計測例

課題として調査する必要があると考えています。

SRC News No.97 December 20152) 若原正人, 谷上明彦, 新郷将司, 中島円, 深沢塔一, 金井健：
FBGを用いた表面貼付型多点圧力センサの開発,
日本船舶海洋工学会論文集, 第7号, pp.9-14, 2008.
3) K. Kume et.al. : Measurement of hydrodynamic forces,
surface pressure, and wake for obliquely towed tanker modeland uncertainty analysis for CFD validation,
Journal of Marine Science and Technology, pp.65-75, 2006.

図-7

静止時と航走時の船首付近の船側波形

4) T. Nishikawa et.al. :Fully resolved large eddy simulation as an alternative
to towing tank resistance tests,
16th Numerical Towing Tank Symposium, pp.102-107, 2013.

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