研究紹介

実海域性能シミュレーターの開発

船舶の航海を「時間」単位で模擬できれば、運航シナリオ（操船条件）、遭遇海象（外乱条件）、運航性能の因果関係を合理的に明示することができ、船舶の性能評価、航海支援、新船型の研究・開発、新規航路の開発などに役立つ情報を提供することができます。運航性能とは、燃料消費量（経済性）、最大動揺や平均周期（安全性、快適性）、航海時間（定時性、信頼性）など長期的視点からの性能です。このような性能は、輸送機としての推進性能に加えて、運航シナリオや荒天回避など運航者の操船にも大きく関係します。それらの合理的な組み合わせと相互影響を取り入れた実海域性能シミュレーションの手法を確立するとともに、最適な船舶の実海域性能とは何かを考えます。

シミュレーターの原理は「力のつり合いを運航シナリオという制約条件のもとで解く」ことにあります。波風流れによる外乱による抵抗とプロペラ推力およびエンジン出力のつり合いを解くことで船速を求め、それにステップ時間をかけて、航海距離を算出し、それを積算することで、航海を模擬します。抵抗や推進器やエンジンの相互作用と運航シナリオの考え方が重要となります。また、波風流れを模擬することも必要ですが、これは必ずしも実際の波風流れのデータや推算結果を使う必要はありません。船舶の性能評価のためには、それを同等の特徴をもつ外乱を与えることが本質的です。図は確率的に波風流れを生成し、その中で船を航海させた例です。

航海を「秒」単位で模擬できれば、船が遭遇する一波一波に対する挙動を予測でき、安全な航海に貢献できるでしょう。船舶の耐航性研究の分野では、これまで多くの研究者が、流体力学と運動力学をベースにして、船舶の波浪中の挙動や荷重を推定する理論を構築してきました。この知見を活かしてリアルタイムで波浪中の挙動や荷重を求めるシミュレーターを開発します。ここでも状態空間モデルが有用となります。

このように、船の実海域性能を「秒」単位から「時間」単位まで幅広く考えることで、実海域性能を総合的にシミュレートすることを考えます。