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PS-12

タンデムオフローディング時のシャトルタンカーの振れ回り挙動推定
海洋開発系
1．はじめに洋上での油ガス田生産時において，船舶間における生産物＊渡邊充史、湯川M�𝒑𝒑𝒑 𝒑𝒑� � ��𝒑𝒑𝒑 𝒑𝒑� � ��𝒑𝒑� � 𝐹𝐹�𝒑𝒑𝒑 𝒑𝒑𝒑 ��和浩
(3.1)のオフローディング方法として，タンデム方式が主に用いらM は慣性項，C は減衰項，K は復原項，F は外力項である．pp,

れる．タンデム方式では特にシャトル船の振れ回り運動およv,aa はそれぞれ 6 自由度運動の位置・姿勢，速度・角速度，び，払い出し船とシャトル船とを接続するホーサー張力がオ加速度・角加速度ベクトルである.本研究では，振れ回り運フローディングの稼働率に大きく影響する．

動の発生要因のひとつとして考えられている流れ荷重と母振れ回り運動は，古くから曳航環境下や一点係留環境下を船側のホーサー取り付け点におけるアジマス角（Ψ）により対象として主にその安定性に関する研究が実施されている励起される外力 1)および式(3.1)では考慮されていない旋回が，風・波・流れ中といった複合外力下において，ホーサー運動による流れ荷重 2)・モーメント 3)を考慮して OrcaFlex にの伸び特性や動的影響を含めた，シャトル船の振れ回り運動外部関数として新たに組み込んだ．

そのものを評価する点が不足している．また，環境外力が変化した際にホーサー張力を含めたシャトル船の挙動がどのように変化するのかという点についても更に検討が必要と考えられる．
本研究では，一点係留時の振れ回り運動の大きさ，ホーサー張力の値を精度良く推定可能な数値計算モデルを構築することを研究目的とした．

流れ荷重とアジマス角（Ψ）により励起される外力 1)は次式で与えられる．
���(3.2)

𝐹𝐹�� � �� 𝜂𝜂�𝑀𝑀�� ����
��(3.3)𝜂𝜂�式(3.2)は Sway 方向，式(3.3)は Yaw 方向に働く成分である．

2．数値計算モデルの作成
図－１に座標系を示す．対象船は LNG 運搬船とした．表－1 にモデル化した LNG 運搬船の情報を示す．

また，
Fy は Sway 方向に働く流れ荷重，
η6 は船体の Yaw 角度，
δ は釣り合い初期位置における値からの変動，M6 は Yaw 方向に作用する流れによる回頭モーメントである．Ψ について，定義を図－2 に示す．

表－1 モデル化した LNG 運搬船の情報
LNGC
LoaLppB
DdDisp.
KG
GMtκzz

Actual
282.7
272.0
43.4
26.0
9.4
73167.3
16.6
4.988.3

Model(/90) Unit
3.141m
3.022m
0.482m0.289m0.104m30.100m
0.184m
0.054mm

図－1 座標系

周波数領域汎用運動計算プログラム WAMIT にて，LNG 運搬船に作用する流体力，波強制力，波漂流力等を計算した．その結果を時間領域汎用運動計算プログラムである OrcaFlexに入力することにより，時間領域にて計算可能な数値計算モ

図－2 ホーサーアジマス角の定義

旋回運動による付加的な流れ荷重は次式で与えられる 2)．
𝐹𝐹�� � ���� � �� ��� 𝜂𝜂�� sin𝑅𝑅𝐹𝐹�� � ��� � �� ��� 𝜂𝜂�� cos𝑅𝑅

(3.4)
(3.5)

デルを構築した．環境外力として波・風・流れを考慮した． 式(3.4)は旋回運動により Surge 方向に働く成分，式(3.5)はまた，ホーサーについては伸び特性を再現しながら、ランプドマス法によりモデル化した。ここで，OrcaFlex 内では物体

Sway 方向に働く成分である．mx は Surge 方向の付加質量，my．
は Sway 方向の付加質量，Vc は流速，η6 は Yaw 角速度，R は固定座標系にて式（3.1）に示す運動方程式を解いている．

流れの相対流入角である．

(101)

102
また，旋回運動により船体に作用するモーメントは次式で与えられる 3)．

Sway と Yaw の風荷重係数について一般的な LNG 運搬船の値を使用しているため，模型船の値と乖離が生じてしまった可能�𝑀𝑀�� � � 𝜌𝜌|𝜂𝜂�� |𝜂𝜂�� 𝐾𝐾���

𝐾𝐾��� � ��きくなってしまった．この原因の一つとして，本計算では���� �
��

(3.6)

性が考えられる．

(3.7)

Cd は Wichers3)によると，ストリップ理論より求められる流れに対する抗力係数であるが，同値は模型試験の結果と比較しながらチューニングを行い，値を決める手法が推奨されているため，模型試験結果と比較しながら 7.513 と推定した．
図－4 ホーサー取り付け点の XY 平面軌跡

3．模型試験
数値計算モデルの検証用データ取得，複合外力中の振れ回り運動及びホーサー張力の基本的な特性把握を目的として模型試験を実施した．模型の縮尺は 1/90 とし，軽荷状態を想定した．本試験では LNG 運搬船の振れ回り運動とホーサー張力の変動に焦点を当てるため，払い出しを行うための船は

図－5 LNG 運搬船 Yawing 時系列
3000Sub Carriage）から降下させた治具に取り付けた．なお，計2500

exp_w/o_astern

cal_w/o_astern

測中は走行副台車を固定させた．

2000

exp_w/astern

cal_w/astern

Tension [kN]

再現せずにホーサー端部を走行副台車（図-3 における Moving

1500

1,493

1,555

1,704 1,703

951 993

10006085000751

198 217 166 176

maxstdave図－6 ホーサー張力統計値

5．まとめ
本研究で得られた成果について，以下に示す．
1) 一点係留時の振れ回り運動について，従来のモデルに新図－3 模型試験配置図

たにアジマス角（Ψ）により励起される外力 1)および旋回運動による流れ荷重 2)・モーメント 3)を加える事により波は JONSWAP 型スペクトルを使用した不規則波を発生さ高い精度で推定するためのモデルを構築した．

せ，有義波高は 3.5m とした．風は 25.7m/s の定常風，流れ2) 外力が同一方向から作用する場合において，数値計算とは 1.3m/s の定常流れ（いずれも実機スケール）とした．風の良好な一致を確認した．風のみ方向が異なる場合は誤は正面と斜め 240deg から発生させた．また，一部のケース差が大きくなってしまった．原因の一つとして風荷重係

では LNG 運搬船には推進器を取り付け，アスターン方向への数の乖離が考えられる．今後は風向の変化や母船側の運推力（一定荷重 355kN）を再現した．

動を加え，モデルの精度向上を図る.

4．模型試験結果と数値計算結果の比較
比較の一例としてアスターン推力無し，外力方向同一時の参考文献

1) Faltinsen, O., M.：Sea loads on ships and offshore structures,
LNG 運搬船側のホーサー取り付け点の XY 平面軌跡を図-4 に， pp.218-220, 1990.
Yawing 時系列を図-5，ホーサー張力の統計値を図-6 に示す． 2) 小保方準：一点係留システムの基本計画手法について（そ両者は良く一致している事が分かる．数値計算では LNG 運搬の 1），日本造船学会論文集第 161 号，pp.183-195, 1987．

船の初期方位角を数パターン変化させ，その影響についても

3) Wichers, J., E., W.：Slowly oscillating mooring forces in single

調査したが，運動が安定した定常範囲では Yaw 角度の振幅や周期，ホーサー張力等の差異は見られなかった．
一方，風を 240deg から発生させたケースでは，XY 平面軌
跡は Yaw の振幅，運動周期，張力の統計値について誤差が大(102)

point mooring systems, pp. 27-1-27-32, BOSS79 (SecondInternational Conference on Behaviour of Offshore Structures),1979.