二層流域における船の定常造波に関する研究

Ship Steady Wave-Making in Two Layer Fluids

Sano Masaki

本論文は全7章から成り,各章の構成は以下の通りである.

まず第1章は緒論である.研究背景と既往の研究をまとめ,本論文の目的,そして構成を記してある.

第2章では,まず二層流域における船体の定常造波問題の仮定を述べる.そして自由表面が存在しない上層無限/下層有限水深の状況を考え,上層を一定速度で進行するソースのグリーン関数を導出する.本グリーン関数は内部境界条件と水底条件を満足するように求められ,内部波を誘起する造波グリーン関数である.併せて本章では,波の臨界速度,臨界フルード数について説明する.またグリーン関数の数値計算法をまとめる.

第3章では,痩せ型船への適用を念頭に,一様流れの速度ポテンシャルに,自由表面と内部境界面の造波(波面間の干渉影響を含む)と水底の影響を表す速度ポテンシャルを足し合わせる事で流場を定義する.そしてまずは単一ソース及び没水回転楕円体の定常造波問題を解き,Yeung等[17]のグリーン関数を用いた計算結果との比較を通じて,今回提案する解法の妥当性を検証する.続いてWigley船型を対象に計算を実施し,痩せ型船の二層流域における造波抵抗と造波特性の関係を論じる.

第4章では,肥型船への適用を念頭に,まず船体周りの流れを,“二層流域の自由表面を鏡面に見立てた深さ方向に対称な流場を,船体の二重模型が航行する時の流れ"で近似する.その流れには,内部境界面の造波と水底の影響が考慮される.そしてそれに自由表面の造波の影響と波面間の干渉影響を表す速度ポテンシャルを足し合わせる事で流場を定義する.本章では大型タンカーのESSO OSAKAを対象に,一層浅水域及び二層流域での造波抵抗や姿勢変化(船体沈下量/トリム角)を計算し,肥型船に及ぼされる浅水影響や内部波の造波影響を明確化する.

第5章では,まず二層流域における揚力体の定常造波問題の仮定を述べる.そして第2章同様に,自由表面が存在しない上層無限/下層有限水深の状況を考え,舵を想定した矩形翼(翼厚は無視)が,上層を迎角を有して航走する場合の流れの速度場を定義する.続いて内部境界面の造波と水底の影響を速度場に反映させるに当たり,内部境界条件と水底条件を満足する渦点のグリーン関数を導出する.また渦輪/馬蹄渦によるグリーン関数を構築する.いずれも内部波を誘起する造波グリーン関数である.併せて本章では,渦輪によるグリーン関数を取り上げて,その誘導速度の計算方法を述べる.

第6章では,第2章で導出したソースによるグリーン関数と第5章で導いた渦系によるグリーン関数を併用して,二層流域での舵の定常造波問題を定式化する.計算は,まず造波を伴わない一層の状況で実施する.具体的には,無限流体中と水底の近くで作動する状況を考えて,舵の基本的な特性を明らかにする.続いて自由表面下に十分没水した舵が内部境界面に接近する状況を想定して,内部波の影響による舵特性の変化を調査する.

最後の第7章ではまとめと今後の課題を述べる.

Maritime engineering [ 550 ]

jpn

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