博士（水産学）武田誠一
学位論文題名小型船の耐航性能に 及ぼす実波浪特性の影響に関する研究
学位論文内容の要旨
自然風波中での小型漁船の耐航性能、安全性を考える上で重要となるのが外カとしての海象の問題である。漁船の船体運動に影響を及ぼす海象要因としては、風向、風速、波浪等があげられるが、特に海洋の漁船の運動は波浪特性によって特徴づけられる。現在小型漁船の波浪中の耐航性能の推定には、現実の海面を近似的に表す波スベクトルを用いるのが一般的である。波スベクトルとして は、たとえ ばI
SS
C ‑1964において提 案されたよ うなMo
difiedPierson‑Moskowit
z型の波スペ クトル（以下PM型スベクトルと呼ぷ）を用いるのが船体応答の予測に適しているとされている。P
M型スベクトルは一定の風速の風が長時間吹き続いて十分に発達し、定常状態に達している波のスベクトラムである。一方、実海面に存在する波は、2つ以上の発生域から伝播した波が重なって海面に存在している場合や、他の発生域から到来したうねりと波が共存している場合もあり、実海面の波スベクトルはPM型のような標準波スベクトルとは異なる場合が考えられる。本論文においては、遭遇する波浪特性を明らかにすることが、波浪中における小型漁船の船体運動を究明していく上で重要な点であると考え、とくにPM型で仮定できない海面状態が小型漁船の耐航性に及 ぽ す 影 響 を 、 実 海 域 で 計 測 さ れ た 波 浪資 料を 用 いて 検 討し た 。
［解析資料］
解析に使用した資料は、東京水産大学練習船の漁業実習航海で得られた出会い波浪（波高）資料である。出会い波高はマイクロ波式波高計によって測定した も の で、 計 測は 毎 正 時よ り 、サ ンプリ ング間隔 0.5秒、計測 時間30分で 実施
し た 。解析に は、計測 中に変針・ 変速操作 のあった ものおよ び、不良 データを除 い た 4980回分 を 使用 し た 。さ ら に、 出 会 い波 浪 のス ペ ク トラ ム2871回分につ い て 原波 浪 のス ベ ク トラ ム に変 換した 。原波浪 スペクト ルの0次モ ーメント
m0な ら ぴ に 平 均 波周 期 T〇 ヱを 用 い て、 ISSCの 提案 す る 式に よ りPM型 スベ ク
ト ルを計算 した。
［ 結果及ぴ 考察］（ 1） 計 測 波浪 は 有義 波 高 で0.75m〜1.75mの 波の発現 頻度が最 も高く、 次いで0.75m以 下 、 1.75m〜 2.75mが ほ ぽ 同 じ 発 現 率 で 、 2.75m以 下 の 波 が 全 体 の約 88％ を占める 。また、 7sec〜9secの波の発 現頻度が 最も高く 、次いで 5sec〜7sec、 9sec〜 llsecの 順と な っ てい る 。llsec以下 の 波 が全 体 の約92％で 、約75％ が9 sec以下 の 風波 で あ った 。解析 対象の90％ を占める 0〜2.75mの波高 範
囲 の 波 の 大 半 は 波 高 0.75m〜 1.75m前 後 で あ り 、 船 型規 模 の 大き な 一般 船 舶の 耐 航性能に は大きく 影響しない 波高であ るが、小 型漁船に とっては 巌しい波
高 範囲の波 であった 。
（ 2)2871回の 原 波浪 ス ベ クト ル の形 状 は 多様 で あ った 。 この うち 、PM型スベ
ク ト ル と原 波 浪ス ベ ク トル が ほぽ 一致し ていた例 は資料数 2871の6.4％に過 ぎな か っ た。 異 なる 他 の 資料 に つい て 、 PM型 ス ベク ト ルと 原 波 浪スベク トルのス ペ クトルの パワーの 最大値を与 える周波 数（以下 、ピーク 周波数と 呼ぷ）、パ ワ ーの最大 値（以下 ピークパワ ーと呼ぷ ）を比較 すること により以 下の特徴を 有 す る ス ベ ク ト ルに 区 分し た 。 (a)原 波 浪の ピ ー ク周 波 数が PM型ス ベ ク トル に 比較して 高周波数 側にあり、 また、原 波浪のピ ークパワ ーがPM型の ピーク
パ ワーより も大きく 優っているもの、資料数の5.
5％にあたる。(b)原波浪のピー
ク 周波数が PM型スベク トルに比較して高周波数側゛にあるほか、低周波数側にもパ ワーを有 している もの、8.7％であった。(c)低周波数側と高周波数側のスベク
ト ル 成分が顕 著な二峰 となるもの 、資料数 の57.7％を占 める。(d)原 波浪のピ

ーク周波数はPM型スペクトルのピーク周波数の近傍にあるが、ピークパワーの優っているもの、9.2％にあたる。これらの例を合わせると、全資料数の約8割がPM型で近似できない波であることがわかった。その他、上記の区分に当てはまらないものが'19.9％である。
（3）平均周期TOユが短いほど原波浪スベクトルのピーク周波数はPM型よりも高周波数側にある。また、波高範囲、周期範囲にかかわらず、全般的に原波浪スベクトルのピークパワーの方がPM型スベクトルのピークパワーに優っている。
スベクトルの帯域幅パラメー夕cの値も、波高範囲、周期範囲にかかわらず、全般的に原波浪スベクトルの方がPM型スベクトルよりも優っており、実海面はPM型スベクトルで近似される海面よりも広帯域であることを示している。
（4）船型規模の異なる19.9GT型漁船、96GT型漁船、124GT型漁船、および漁船船 型を 有す る640GT型船 の4隻に ついてストリップ法により得られた周波数応答特性を用いて波スペクトルに対する応答を検討した。この結果船型規模が小さくなるほどピッチ運動の応答は大きくなり、また、19.9GT型漁船のピッチ運動に影響を与える波周期4.16sec〜7.09secは、実海域で得られた資料の3割を占めており、有義波高で3.lm迄の波を含むもので小型漁船にとってかなり 険しい。12 4GT型漁船、99GT型漁船および19.9 GT型漁船のロール運動に影響を及ぽす波周期を2.94sec〜12.53secの範囲とすると、実海域で得られた波の96％と非常に多く、有義波高で6.2m迄の範囲であルピッチ運動の場合よりもさらに険しい遭遇波高となる。
（5）有義波高0.76m〜2.09m迄の範囲で特徴的であった波浪スベクトルを選ぴ、実海域における小型漁船の船体運動の推定を試みた。この結果、実海域で得られた波浪スベクトルによる応答推定値がPM型スベクトルを用いて推定した応答値よりも大きいことが判明した。さらに、各小型漁船が実海域の波浪スペクトルを有する海面を24時間航行した場合の動揺最大値を推定した。この結果
PM型 スベ クト ルで 表現さ れる 海面 を24時間航行した場合の推定最大動揺値

の方が小さくなることが、明らかとなった。
［小型漁船の耐航性能推定における問題点］
ピッチ・ロール運動について、実海域での波浪スベクトルを用いて推定した場合と、PM型スベクトルによって推定した場合の差を明らかにするため、周波数応答特性と波浪スベクトルを重畳表示させることにより考察した。この結果小型漁船の耐航性能を推定する上で重要となるのは、船体運動の応答特性の値が大きくなる帯域で波浪スベクトルがパワーを有していることよりも、応答周波数範囲においてより波傾斜の大きい、すなわちより高周波数側の帯域で波浪スベクト ルがパワー を有してい ることが重 要であることが、判明した。
本論文で取り扱った波浪資料の解析結果によれば、、周期が短いほど実海域の波浪スベクトルのピーク周波数はPM型スベクトルよりも高周波数側にあり、原波浪スペクトルのピークパワーは波高範囲、波周期範囲にかかわらずPM型スベクトルのピークパワーよりも大きいことが示された。実海域での以上の波浪特性は、高周波数側の応答特性値が大きく影響するような小型漁船の場合、その耐航性に非常に不利に働く要素となる。従って上記の波浪特性を有する実海域をP
M型スベクトルで一様に近似表現して、小型漁船の耐航性能を推定することは非常に危険な要素を含むこととなる。

学位論文審査の要旨
主査
副査
副査

教授

天下井清教授

大谷清隆

助教授

木村暢夫

学 位 論 文 題 名

小型 船の耐航性能に及ぽす実波浪特性の影響に関する研究

海 洋 中 に お け る 船 舶 は 海 洋 波 を入 カ と す る 船 体 運 動 応 答 系 に 従っ てお り、 波浪 ス ベ ク ト ル と 船 体 の 運 動 ス ベ クト ル と は 周 波 数 応 答 特 性 を 介 して 密接 な関 係が あ る 。 こ れ に 基 づ き 船 舶 設 計 時に 船 固 有 の 周 波 数 応 答 特 性 を 模型 実験 また は理 論 近似 計算 によ り求 め、 ．航 行予定 海域 の波 浪ス ベク トル を用 いて 実船 の船 体
運 動 、 耐 航 性 能 を 推 定 し 、 船 舶 及び 人 命 の 保 全 に 供 し て い る 。 しか し、 実際 の波 浪 ス ベ ク 卜 ル を 入 手 す る こ と は現 観 測 体 制 で は 困 難 で あ り 、 造船 界で は一 定の 風 速 の 風 が 長 時 間 吹 き 続 い て 十分 に 発 達 し 、 定 常 状 態 に 達 し てい る波 浪ス ベク 卜 ル モ デ ル と し て ピ ア ソ ン ・ モ ス コ ピ ッ ツ 型 （ PM型 ） 波 浪 ス ベ ク ト ル を 用い て い る 。 本 研 究 は 以 上 の 現 状 をふ ま え て 小 型 漁 船 の 波 浪 中 の 耐航 性能 を推 定す る 上 で PM型 ス ベ ク ト ル の 適 用 の 是 非 に っ い て 4980回 の 実 波 浪 の 観 測 デ ー タに基づいて検討した。
申 請 者 は 東 京 水 産 大 学 練 習 船 の漁 業 実 習 航 海 中 に マ イ ク ロ 波 式波 高計 及び 船体 運 動 計 測 装 置 を 用 い て 毎 正 時 よ り 30分 間 の 計 測 を 太 平 洋 、 大 西 洋 、 印 度 洋 等
広 範 囲 な 海 域 に お い て 行 っ た 。 これ ら の 実 験 結 果 を 解 析 し 、 計 測波 浪が 有義 波
高 0.75m〜 1． 75mの 波 の 発 現 頻 度 が 最 も 高 く 、 2.75m以 下 の 波 が 全 体 の 88％ を 占
め る こ と 。 ま た 周 期 で は 7sec‑‑ 9secの 波 の 発 現 頻 度 が 最 も 高 く 11sec以 下 の 波が 全 体 の 92％ 、 9sec以 下 で は 約 75％ で あ る こ と 等 を 明 か に し た 。 次 い で 2871回の 計 測 波 浪 に つ い て 波 浪 ス ペ ク 卜ル を 求 め 、 そ の 形 状 に つ い て 検討 した 結果 、PM型 ス ペ ク ト ル と ほ ば 一 致 し た 例 は 全 体 の 6． 4％ で あ り 、 そ の 他 に っ い て 次のように形状分類をした。
（ 1） 原 波 浪 の ピ ー ク 周 波 数 が PM型 ス ベ ク 卜 ル に 比 較 し て 高 周 波 数 側 に あ り 、原 波 浪 の ピ ー ク バ ワ ー が PM型 の ピ ー ク バ ワ ー よ り も 大 き く 優 っ て い る も の（ 5． 5％ ）（2） 原波 浪のピーク周波数がPM型スペクトルに比較して高周波数側にあるほか、低周波数側にもバワーを有しているもの（8.
7％）（ 3） 低 周 波 数 側と 高 周 波 数 側 の ス ペ ク 卜 ル 成分 が 顕 著 な 二 峰と なる もの（57.
7％）（4）原波浪のピーク周波数はPM型スペクトルのピーク周波数の近傍にあるが、ピークパワーの優っているもの（9.
2％）
これらの特徴的な実波浪スベク卜ルに対して、実海域における19．9トン型漁船 、96卜 ン型漁船、124トン型漁船の船体運動の推定を行い、その結果実波浪ス ベク卜 ルに よる 応答推 定値 がPM型ス ベクトルを用いて推定した応答値よりも大きいことを明らかにした。
本論文中審査員一同が評価した点は次の通りである。
1．太 平洋 、大西洋、印度洋等広範な海域における4980回分の実測データに基づき実波浪の波高、周期の遭遇頻度を明らかにした点。
2．実 波浪 スベク トル を分 類し 、PM型 で近 似で きない 80％ のス ペク トルの発現原因について検討した点。
3.実 波 浪 ス ベ ク トル を 用 い て 推定 した 小型漁 船の 運動 値は PM型ス ペク 卜ルを用いた場合よりも大きくなること。及び小型漁船にとっては十分発達した波浪よりも発達過程にある岨度の大きい波に対して応答することを明らかにした点。
4.
小型船の耐航性能推定に関する問題点を提起した点。
以上の諸点は小型船の安全対策を考える上での貴重な実データに基づく知見であり高く評価することが出来る。よって審査員一同は、本論文が博士（水産学）の学位論文として価値があるものと認定した。