船型改良業務の紹介

そ の 後、 作 成 し た 線 図 の 性 能 を CFD に よ り 推 定 し ま す。

1. まえがき

CFD 計算により得られる推進性能と配置、その他の制限条件等

当センターでは、永年蓄積してきた船型試験の経験を造船業界に還元するため、独自に開発した船型初期設計システムである SRC Tips（Tools for Initial Planning System）や CFD 等の研究成果を利用した船型開発業務

を総合コンサルティング事業1）室（総コン室）を窓口にして行っております。

を確認しながら後述のような線図の変更と CFD 計算を複数回繰り返し、最良の船型を決定します。
決定した船型で水槽試験を行い、実船での性能を推定し、要求性能を満たしているかを確認するとともに、EEDI を計算するための必要データを得ます。

ここでは、主力業務である水槽試験を利用した船型改良業務

START↓の一連の流れを事例を用いて紹介していきます。

初期計画

2. 船型開発に用いる手法
CFD↓
フレームライン評価・SURF↓

・NAGISA

諸性能評価
・配置・復原性・操縦性・耐航性能
etc

推進性能の関係を結び付けたツールで、主要目、CP、CW カー↓
水槽試験ブなどのパラメータを利用して、精度よくかつ効率的に船舶の↓推進性能を推定することが可能です。

END

Fig.1 船型開発の流れ

Op は Sp で使用されている性能推定法を用い、遺伝的アル

CFD の利用については、豊富な水槽試験結果とソルバーの計算結果を比較した経験から、標準的な格子分割法、計算手法を定め、それに基づいて計算された結果と水槽試験結果の相関関係を用いて、より正確に推進性能を推定できるシステムを構築しています。

3. 船型改良
3.1 船型改良の流れ

・Tips Op・NEPTUNE

Sp はニューラルネットワークを使用して船体パラメータと化するツールです。

・CP,CWカーブ↓および Op（Optimize）という二つのツールです。

ゴリズムにより馬力が最小となるように船型パラメータを最適

・Tips Sp

フレームライン創生開発された RANS 法による CFD ソルバー（NEPTUNE、SURF、SRC Tips で船型改良に主に使うのは、Sp（Ship Performance）

システム

最適化
・船首尾Proﬁe

船型改良では主に、SRC Tips と海上技術安全研究所によりNAGISA）を使用しています。

SRC 船型設計↓3.2 初期計画
依頼者より、Type Ship となる船型（以下、原船型と記す）の情報（主要目、GA、線図、現状性能等）を入手し、同時に開発船型の制約条件、目標性能等をご提供いただきます。
今回ご紹介する原船型の主要目比等を Fig.2 に示します。本
船型は中程度の肥大度を持つ船型です。
L/B

約 5.5

B/d

約 3.2

DW

約 48,000ton

設計 FN

約 0.175

SRC Tips 及び CFD ソルバーを利用した船型改良の流れをFig.2 概略主要目Fig.1 に示します。この図の中で破線枠の部分が SRC Tips と原船型の主要目より、Sp で推定計算を行い、概略の馬力推CFD を表します。
SRC における船型改良では、初期計画での推進性能を Sp で定を行います（Fig.3）。この結果得られた計画速力における制動馬力を計画主機出力で除算した値は 1.03 となりました。

推定し、Op で最適化を行いながら最適な CP、CW カーブを検

この場合、原船型では推定値が 1.0 を超えており、普通の船討していきます。その後、最適な CP、CW カーブに沿う線図を型設計では計画速力の達成が難しく、計画速力の達成には 3%作成します。

程度の馬力低減が必要であることが分かります。

SRC NEWS No.104 June 201993.4 最適船型の線図作成
原船型と 3.3 で決定した最適 CP カーブよりラフラインを作成し、最適 CW カーブを目標にしながら線図を作成します。

3.5 線図評価CFD を用いて線図の評価を行います。CFD 計算結果より得られる推進性能（抵抗係数、自航要素、制動馬力）と、同時に得られる船体表面圧力や船尾限界流線などの流場情報を参考に、船型改良のポイントと方向を把握します。それに基づいて船型変更を進め、再度 CFD 計算を行います。この過程を数回繰り返し、目標性能を達成する船型を作成します。
Fig.3 Tips Sp による馬力推定

3.3 最適化と船型設計以上の結果を受け、船型改良を CP,CW カーブの最適化、フレームラインの改良の順で行います。

3.6 水槽試験
3.5 で得られた船型を依頼者殿に提供し、機関室、Tank や原船型より Op で最適化を行います。原船型の主要目と Op

Hold の 配 置、 容 積での標準 CP カーブを基準として、CP、CW カーブのパラメータ等をチェックいただ

および船首尾プロファイルのパラメータの探索範囲を指定し、き、必要があれば 3.5最適化を開始します。に戻り、調整のうえ最適化の途中経過を Fig.4 に示します。ここでは CB、CW を一定として、lCB は自由となるような制約条件の下で BHP の最Fig.5 馬力推定結果で最終船型を決定し、水槽試験を行います。

適化を行っています。図では遺伝的アルゴリズムを用いて初期原 船 型 と CFD 計 算 の 馬 力 推 定 結 果 を Fig.5 に 示 し ま す。

世代を変更した 50 世代の最適化を 10 回繰り返す際の途中経

Fig.5 には水槽試験結果より得られた制動馬力も併せて示してい過が示されています。右側の 3 つの散布図は、上から CB、CW、ます。図を見ても分かるように、計画速力における水槽試験供lCB と馬力の関係をそれぞれ示しています。個々の点はそれぞれ試船型の制動馬力は、原船型より 6% 低減されています。またの世代での最適な個体を表しており、クリックして選択するこ

計画主機出力での速力は計画値に対し +0.1kt を達成しました。とにより、対応した CP カーブが左下の図に表示されます。
制動馬力の最適化を行っているため、CB 一定の制約条件を課

4. 付加物による推進性能改善しているにもかかわらず、制動馬力を小さくするために CB が船型改良による推進性能の改善と合わせて、付加物の提案も小さくなってしまった個体もありますが、この中から CB、lCB行っています 2）。主な付加物としては舵バルブ（舵のプロペラが適切な範囲内にあり、かつ制動馬力が小さい個体を選択するシャフトセンターラインの延長線上、またはその付近にバル事が出来ます。

ブを取付ける）と船尾水平フィン（プロペラに流入する流れを遺伝的アルゴリズムによって最適化された CP カーブの中から、採用する CP カーブを決定します。

CP カーブの決定後、同様の方法で CW カーブの最適化も行い、制動馬力が最小となる CP,CW カーブを決めます。

改善して推進性能を改善させることを目的とした細長平板状のフィン）等があり、いずれも 2 〜 3% の性能改善効果があります。

5. まとめSRC で行っている船型改良業務を紹介しました。今回は平水中での船型改良を紹介しましたが、今後は波浪中性能の改善なども取り入れ、より実海域での運航条件に近い状態での船型改良を進めていきたいと考えています。

参考文献

1） SRC ニュース No.103, 2018/12
2） SRC ニュース No.91, 2012/12
Fig.4 Tips Op による Cp カーブの最適化

10 SRC NEWS No.104 June 2019

（試験センター技術部計測課 橋本 尚樹）