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揺れない浮体に関する研究－模型実験による検討－
猪俣活人

湯田紀男

A Study on Motion Suppression System Applied to
Floating Structures for Coastal Development-Based on Experiments Using Floating parts ModelsKatsuhito INOMATA

Norio YUDA

Abstract
Floating structures on the sea are required from various situation of coastal activity, for example thepontoon bridge is useful to connect ship and ashore. On the sea, lots of various waves make floatingstructures shake like a vessel that has motions of pitching or rolling. So we need floating structures withequipment for safety, because of good work on the sea. The purpose of this paper is making floating
structures with reducing the pitching and rolling to a minimum, and researching the basic of thismechanism using unique models of floating parts.

Keywords : floating structures, pitching or rolling,
キーワード：浮体、動揺1.

はじめにえた。また、波の特性である海面近くの水の運動と浮体は色々な場面で使用されており、浮桟橋は陸海面から重力方向へ遠い所での水の動き、つまり下上と船を繋ぐ上で欠かせない物である。また、海上方に行くほど水の粒子の動きが少ない事に注目した。

での作業においてよく使われる台船も浮体である。

（Fig.1）

ただ、固定されてなく海に浮いている物体は波があれば当然揺れる。海に浮いている以上、船舶と同じように動揺するという特性がある。
しかし、前記浮体の動揺が作業の効率を悪くするだけでなく危険を生む。そこで本研究では、波がもたらす動揺に対応し、揺れを最小限に抑える事の出来る浮体を作成する事を目的とし、模型を作成して揺れを抑えるメカニズムを探ることを目的とし実験を行った。

2.

浮体模型の製作と実験方法

2.1

浮体模型の製作

Fig.1 Structure of wave

海上において浮体を揺らす原因は波である。浮体

また、実験用浮体の要目については瀬戸内海（平の運動には６自由度の運動成分があると言われてい均水深３０m）での荒天を想定して波高２m、 波長るが、ここでは、波がもたらす動揺について単純に３０m、周期を６sec.を参考にする。なお、浮体の上二つ選んだ。一つは上下の揺れ、もう一つは、横揺に５m×５m の作業台を想定し、その作業台からはみれである。これらが三次元的に重なり複雑な揺れを出ない大きさの円盤（直径５m）を作業台下に設備す生むが、先ずは二次元の動揺原因を排除する事を考ることとした。（Fig.2）

22.2実験方法

実験では、正確な波高及び波長を作り出す必要がある為、今回、神戸大学海事科学部の浅水槽を使用した。以下実験の様子である。

Fig.2 Floating model
上記の事を考慮し、Photo.1 のような浮体模型を考案した。考案するにあたり工夫した点を以下に列挙する。
① 上下の揺れを抑えるために円盤（アクリル板）

Photo.2 Shallow Water Tank

を取り付ける。
② 横揺れを抑えるために水の抵抗をなるべく受けないように、円盤を繋ぐ支柱を棒（寸切り、ボルト、ナット）にする。
③ 波高に合わせて円盤の間隔を変える事ができる。
④ 円盤の枚数を変える事ができる。
⑤ 浮体（発泡スチロール）の場所も移動できるようにする。
⑥ 沈まない様に出来る限り軽くする。
⑦ １０分の１のスケールで作成した。
Photo.3 Fitting a pitch of Disk for wave height

Photo.4 Observation Window for Floating parts model
Photo.1 Floating parts model

浅水槽の要目は、以下の通りである。

浮体の要目については以下の通りである。

主要寸法：６０mＬ×６mＷ×２mＤ

高さ：１ｍ

造波装置：油圧駆動ピストン式

横幅（円盤の直径）：５０ｃｍ

浮かせるための発砲スチロール：直径２２ｃｍ
今回、作業台の部分は省略した。

今回の実験では水深１ｍで行った。また、円盤の枚数を変えた実験、円盤の高さを変えた実験を行い

3（Photo.3）、水槽の中に浮体を浮かべ、ガラス張り

Fig.3 Result of Analysis Motionになっている観測窓から浮体の動きをビデオ撮影した。撮影している場所は、水面下の部分も見えるよ

例えば以下の Fig.4、 Fig.5、 Fig.6 については、うになっており、浮体を真横から観察及び撮影を行それぞれ左上に浮体の形状をイラスト化したもの、った。（Photo.4）

図中の１０本の線が浮体の発泡スチロール部分をプロジェクターで投影した物を写し取ったものである。

2.3解析方法

円盤無しの場合の Fig.4 の揺れが、Fig.5 の円盤２ビデオ撮影した浮体の動きをホワイトボードにプ枚を下に付けた場合に比べ上下の揺れが大きい事がロジェクターで映し出し、浮体の揺れの解析をした。

分かり、Fig.6 の円盤２枚を上に付けた場合は、上（Photo.4）

下の揺れよりも横移動が多い事がわかる。

揺れのパターンを表したのが、Fig.3 である。図中の線は円盤の傾きを示す。それぞれ任意の５秒間のデータを採り、0.5 秒づつ 10 本の線で表している。
解析したデータは以下の３つである。
①

揺れ角度

②

上下移動

③

横移動
つまり、最も角度が大きい所を測り、揺れ角度を出し、またその線から最も移動している所の距離を測り、上下移動、横移動を出した。

Fig.4 Result of Analysis Motion (A)Fig.5 Result of Analysis Motion (B)Photo.5 Motion analysis of Floating parts model with
Projector

Fig.6 Result of Analysis Motion (C)

3.

計測結果
3.1 実験の種類
実験用浮体の性格上、色々な形の浮体実験が出来るだけでなく枚数にも幅広く対応できる。また、それぞれの浮体形状で波高や周期、波長の組み合わせを考えると膨大な実験数が考えられる。
① 枚数を変えた実験

4② 形状（円盤の組み合わせ）を変えた実験

3.2.1

揺れ角度の実験結果③ 波高を変えた実験

揺れ角度の実験結果を以下に示す。縦軸に揺れ角④ 波長を変えた実験度(deg.)とし横軸を波高(mm)とした。また得られた⑤ 周期を変えた実験値の近似線を直線で表わした。

⑥ 浮体の場所を変えた実験⑦ 浮体の形状を変えた実験

Fig.10 は円盤を上方に増やしていった結果である。
円盤の数が増えるほど揺れ角度が抑えられている事よって今回は初期導入として波の周期２sec.に固が分かる。また、Fig.11 は円盤を下方に増やしてい定し、波高１０㎜から５㎜づつ、１００㎜まで変化った結果である。安定しているのは円盤を下に３枚させた場合の実験とし、形状の違いでの動揺に与えつけた物であり、これも数が増えるほど揺れ角度がる影響について探っていった。また、浮体の形状に抑えられている事が分かる。Fig.12 では円盤を上下ついては Fig.7～Fig.9 のようにした。

離したもので、I の形状の円盤を上２枚下１枚のものが安定している。

65揺れ角度 degree

4ＡＢＣ

3線形 (Ａ)
線形 (Ｂ)
線形 (Ｃ)

21010

Fig.7 Models type A B C

1520253035404550556065707580859095100

波高 mm

Fig.10 Angle of shake (A)12108Ｄ

揺れ角度 degr ee

Ｅ6Ｆ
線形 (Ｄ)

4線形 (Ｅ )線形 (Ｆ )20901080706050403020100-2Fig.8 Models type D E F

波高 mm

Fig.11 Angle of shake (B)43.53ＧＨ

揺れ角度 degr ee

2.5Ｉ
2線形 (Ｇ)
1.5線形 (Ｈ)

1線形 (Ｉ)

0.5

Fig.12 Angle of shake (C)

3.2 実験結果

080907050604030

波高 mm

10Fig.9 Models type G H I

201005610090580Ｃ

Ｉ
線形 (Ｃ)
線形 (Ｆ )

2Ｅ60
上下移動 mm

揺れ角度 degr ee

Ｆ3Ｄ704Ｆ
50線形 (Ｄ)40線形 (Ｅ )30線形 (Ｉ)

線形 (Ｆ )
20110

波高 mm

01080907060504030201001090807060504030200100波高 mm

Fig.13 The Minimum Angle of shakeFig.15 Up and Down motion (B)Fig.13 では前出の３つのグラフからそれぞれの揺70

れ角度の少なかったものを選び出してベスト３をグ60

ラフにした。I の形状の円盤を上２枚下１枚のもの

ＧＨ

上下移動 mmが最も安定している。

40Ｉ線形 (Ｇ)30線形 (Ｈ)20上下移動の実験結果

線形 (Ｉ)

10上下移動の実験結果を以下に示す。縦軸に上下の0109080706050

4010300

移動距離(mm)、横軸を波高(mm)とした。また得られ203.2.250

波高 mmた値の近似線を直線で表わした。
Fig.16 Up and Down motion (C)90807070Ａ606050Ｃ4050Ｃ線形 (Ａ )線形 (Ｂ)

30線形 (Ｃ)2010Ｆ
上下移動 mm

上下移動 mm

Ｂ40Ｉ線形 (Ｃ)30線形 (Ｆ )20線形 (Ｉ)001001090807060504030010波高 mm

2090807060504030201010波高 mm

Fig.14 Up and Down motion (A)Fig.17 The Minimum of Up and Down
Fig.14 は円盤を上方に増やしていった結果である。

Fig.17 では前出の３つのグラフからそれぞれの上

また、Fig.15 は円盤を下方に増やしていった結果で下移動の少ないものを選び出してベスト３をグラフあり、いずれも安定しているのは C や F の円盤を３にした。Ｆの円盤を下３枚につけたものが最も安定枚つけた物であり、これも数が増えるほど上下移動している。

が抑えられている事が分かる。Fig.16 では円盤を上下離したものである。ほぼ変わらない傾向である。

3.2.3

横移動の実験結果

横移動の実験結果を以下に示す。縦軸に横への移動距離(mm)、横軸を波高(mm)とした。また得られた値の近似線を直線で表わした。
Fig.18 は円盤を上方に増やしていった結果である。
また、Fig.19 は円盤を下方に増やしていった結果である。円盤を付けない方が横移動少ないことが分かり、下のほうにつけると横移動が不安定である。
Fig.20 では円盤を上下離したものである。Ｉの円盤を上２枚下１枚つけたものが、ある波高を超える

6と横移動が減る傾向にある。の横移動が最も少ない傾向にある。Ｉの円盤を上２枚下１枚つけたものは、ある波高を超えると横移動が減り安定する傾向がある。

300250
無し200

Ａ

4.

150
横移動 mm考察
円盤３枚の場合が最も揺れ角度、上下移動が少なＢ
Ｃ線形 (無 し)

100

いのは、多く付けた円盤により、円盤の上からも下線形 (Ａ )線形 (Ｂ)

50からも同じように水の圧力を受け、それが互いに相線形 (Ｃ )殺して揺れを抑えられていると考えられる。又、円0901080705060403020100

盤無しが最も横移動が少ないのは、円盤が横移動へ-50
波高 mmの抵抗になっていない事が考えられる。円盤は浮体が傾いた際に横波の影響を受け、横方向へのモーメ

Fig.18 Sideways (A)ントを増加させていると考えられる。３枚の円盤を上と下に分けた形が最も良いのは、下の方につけた600

円盤によって、海面表面での水の動きに対して錨を500入れた作用と同じ働きを水中でしていると考えられ

400

ＤＥ

横移動 mm300る。海面付近は波の影響で揺れが多いが、水中は海Ｆ
線形 (Ｄ)

200

面ほど水の動きが少ない。よって、上の円盤が揺れ

線形 (Ｅ )
線形 (Ｆ )

100るのを下の円盤が抑えているのだと考えられる。

05.

109080706050403020100-100
波高 mm

まとめ
円盤の多い方が揺れを抑えられる傾向があるが、円盤の位置によっては逆に横移動が激しくなる事も分かっFig.19 Sideways (B)た。水面近くの円盤で上下移動を抑え、水中の円盤で上下移動を抑えると同時に横移動をも抑える働きにより、250

円盤無しの浮体より揺れない事が分かった。ただ、波の200
ＧＨ

横移動 mm

150Ｉ
線形 (Ｇ)
100
線形 (Ｈ)

ある水面で浮いているものは確実に揺れ、その揺れを完璧に止めることは不可能である事も分かった。今後、この実験結果で得られた上下移動が少ない浮体の形50状、横移動が少ない浮体の形状等を生かし、円盤に0限らない形状の動揺低減装置を開発していきたい。
010908060705030402010

線形 (Ｉ)

波高 mm

謝辞
実験装置の製作に協力して頂いた、弓削商船高等

Fig.20 Sideways (C)

専門学校第１及び第２実習係の皆さんにお礼申しあげます。本研究を行うにあたり貴重なご助言を頂きました、神戸大学海事科学部教授定兼廣行先生に感200180謝の意を表します。

160140無し

横移動 mm

120Ｉ100
線形 (無 し)80線形 (Ｉ)参考文献(1) 三菱重工業㈱鉄鋼建設事業本部橋梁部技術グル

6040ープ：揺れない浮体，船と海のサイエンス９号，200901080705060403020100

波高 mm

Fig.21 The Minimum of Sideways
Fig.21 では前出の３つのグラフから２つの横移動の少ないものを選び出してグラフにした。円盤無し

2004