波浪中曳航時の馬力推定

波浪中曳航時の馬力推定
−第 1 報巡視船の水槽試験−
推進性能部 ※長谷川純、猿田俊彦、岡本三千朗柳原健、深澤良平１．はじめに
曳船の曳航能力は主として陸岸曳引力（ボラード・
プル）が用いられることが多い 1）。しかしながら、平成
9 年 1 月に発生した「ナホトカ号」の海難事故に見ら
れるような、荒天下における航行不能船舶による二次的
な災害を防ぐためには、事故現場からより安全な作業に
適した海域に速やかに曳航する能力が問われることと
なる。そこで特に荒天下で海難救助に向かう巡視船を
対象として、波浪中曳航時の馬力推定を目的とした水
槽試験を実施したので報告する。
表−１模型船主要目
SHIP
M.S.No.0627
L PP
(m)
85.000
6.3982
B
(m)
11.000
0.8280
d
(m)
4.000
0.3011
L PP/B
7.7272
B/d
2.75
L.W.L.
L.W.L.
A.P.
1/2
1
B/2
L.C.
B/2
9&1/2
F.P.
図−１船型の概要
10KQ
1.0
K T & 10KQ
0.8
= 0.2285
1.2m
= 1.248
= 0.730
=5
1.0
5
= 5.0×10
0.8
ηo
0.6
0.6
KT
0.4
0.4
0.2
0.2
右回り
左回り
0
0
0
0.3
0.6
JA
0.9
1.2
図−２ M.P.No.0089R/L の単独特性
ηo
D P
H/D P
αE
Z
RnP
1.2
２．供試模型船およびプロペラ
実験に使用した模型船は、大型巡視船（仮にディー
ゼル 3500PS×2 基、2 軸 2 舵で速力 20kt とする）の約
1/13.3 の模型船 M.S.No.0627 である。その主要目を表
−１に、船型の概要を図−１に示す。舵のほかにシャフ
トブラケット･ビルジキール･フィンスタビライザーが付加
物として取り付けられている。また、自航試験で用いた
模型プロペラ M.P.No.0089R/L の主要目と単独特性を
図−２に示す。
３．平水中計測結果
平水中抵抗自航試験は、三鷹第二船舶試験水槽で
行った。曳航荷重は、実船の 8.5mW.L.に相当する高
さで水平に張力計を介して船尾端で負荷した。自航試
験結果から自航要素を図−３に示す。自航要素のうち 1
- t は、同一速度では曳航荷重の違いによる変化は少
なく、速度０（ボラード状態）と設計速力との間でほ
ぼ直線的に変化している。伴流率 1 - wT の場合は、設
計速度に近づくにつれて曳航荷重の有無による影響は
Self-Propulsion Test Results
M.S.No.0627×M.P.No.0089R/L
Condition
Design Load
Temp. of Water
10.8℃
Delta-CF
-3
0.4×10
1.0
ηR
0.9
Keys ; 曳航荷重
無し
約13.5トン
約25.5トン
0.8
0.7
0.9
1 - WT
1.0
0.8
1.0
1-t
少なく、速度の低下とともに曳航荷重のない単独航走
よりも小さな値を示している。プロペラ効率比η R は単
独航走の場合に低速で値が小さくなっているが、曳航
荷重がある場合は設計速度付近の値とほぼ同じとなっ
ている。単独航走時にη R が小さくなる傾向はプロペラ
のレイ
ノルズ影響だけでなく自航動力計の計測精度と合
わせて考える必要がある。なお、曳航時のような低速
での自航試験は余り実施されていないが、文献 2）に
は２隻の１軸曳船についての実験結果が紹介されている。
上述の自航要素の傾向はこの文献中に示されている自
航要素の傾向と定性的に良くあっている。
次に曳航荷重と制動馬力および回転数の関係を図
−４に示す。図中にはディーゼル機関の最大トルクは一
定であって、その値は機関最大出力と最大回転数から
求められるとの仮定のもとに計算された曳航限界も合
わせて示した。この図から今回行った速力 14ﾉｯﾄで約
25.5ﾄﾝの曳航は曳航限界線より上にあるため、実船で
は曳航不可能となる。また曳航限界線の傾向は、ある
速力で曳航していた場合、曳航荷重が増加すると速力
が低下し、負荷トルクが増大するため回転数が低下し
て馬力が落ちることを示している。
0.9
0.8
0
4
8
12
16
20
Vs
20ﾉｯﾄ
8 6
42
150
100
50
0
最大トルク一定条件下での曳航限界
20ﾉｯﾄ
BHP (PS)x10
-3
14
8 6
42
6
4
2
0
0
10
20
30
40
曳航荷重（トン）
図−４曳航荷重と制動馬力および回転数
N (rpm)
14
8
図−３自航要素
200
４．波浪中計測結果
三鷹第二船舶試験水槽で行った正面規則波中での
波浪中試験結果について以下に述べる。
４．１計測装置
波浪中計測装置の概要を図−５に示す。曳航荷重は
平水中と同様に実船で 8.5mW.L.に相当する高さで水
平に張力計を介して船尾端で負荷した。船体運動は４
個のポテンショメーターで計測し、船体の受ける抵抗は
2 個のロードセルで、プロペラが発生するスラスト・ト
ルクは自航動力計で計測した。前方のロードセルは台
車の摩擦抵抗を補正する目的で設置されている。また、
前後に配置されているスプリングは台車に復元力を与え
るためのもので、バネ定数は 0.2kg/cm と弱く船体の前
後運動にはほとんど影響しない。
４．２計測結果
計測結果の一例として、実船で 2ﾉｯﾄ、6ﾉｯﾄでの運
動応答を図−６に示す。図から曳航荷重の有無は運動
応答に余り影響しないこと、またストリップ法による計算
結果との一致も良いことがわかる。なお、曳航時のよう
な低速では水槽側壁影響が懸念されるため、図中に破
線矢印で水槽側壁影響の現われ始める波長、実線矢
印で波の伝搬速度が船速と一致する波長の位置をそれ
ぞれ参考として示している。
図−７に自航試験結果の一例を示す。水槽側壁影響
は破線矢印と実線矢印の間で船体運動が大きくなる
6ﾉｯﾄの場合にλ/LPP =1.2 以上で若干現れているが、そ
の他の速度では計測されなかった。なお、曳航荷重付
プーリー
ヒーブ検出ポテ
ンショメーター
ス
プ
リ
ン
グ
図−５計測装置概要
５．波浪中曳航時の馬力推定結果
図−８に短期予測による長波頂不規則波中での馬力
推定結果を示す。図には全て実験結果を使用して求め
た場合と、文献 3）に倣って曳航荷重のない平水中設
計速度での自航要素とストリップ法による抵抗増加を使
用した推定値とを合わせて示した。ただし推力減少率
1 - t のみ速度 0 では 0.97 として設計速度との間を直線
補間して推定している。実験値と推定値は曳航荷重が
大きいとき差がみられるが、所要馬力に対する割合とし
ては小さい。
VS = 2.0kt , Fn = 0.0356
VS = 6.0kt , Fn = 0.1070
ス
プ
リ
ン
グ
曳
航
荷
重
台
車
ピッチ検出ポテ
ンショメーター
ロードセル
サージ検出ポテ
ンショメーター
張力計
プーリー
自航動力計
1.0
きの場合は、同じ曳航荷重をつけた平水中自航試験結
果からの増加量を示している。まず、曳航荷重を付け
た場合に回転数の増加が少なくなっている。これは前
進係数（JA）の小さいところで使用するためスラスト係
数（KT ）が大きいのでスラスト増加が同じ場合に回転
数の増加が少なくて済むことによる。次にスラスト及びト
ルク増加に関しては単独航走の場合よりも若干増えてい
るがその差は小さい。また曳航荷重の違いによる差は
明確ではなかった。
1.0
0.8
Z /ζW
0.6
0.4
0.2
0.6
0.4
0.2
0.0
1.0
Keys ; 曳航荷重
無し
約13.5ﾄﾝ
約25.5ﾄﾝ
Cal.
0.0
0.6
0.4
θ/ kζW
0.8
1.0
Keys ; 曳航荷重
無し
約13.5ﾄﾝ
約25.5ﾄﾝ
Cal.
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.6
X /ζW
X /ζW
0.6
0.2
0.4
0.2
0.0
0.0
0.4
0.2
0.0
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
0.0
0.4
λ/ LPP
0.8
1.2
λ/ LPP
図−６運動応答（LPP / HW ≒ 50）
1.6
2.0
θ/ kζW
Z /ζW
0.8
2 2
3
1.0
0
1.0
0.8
2
0.8
2.0
0.6
0.4
0.2
0.0
0.6
0.4
0.2
5.0
(TW - T0)/ρgζW B /LPP
4.0
2 2
2 2
(TW - T0)/ρgζW B /LPP
5.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0.0
4.0
3.0
2.0
Keys ; 曳航荷重
無し
約13.5ﾄﾝ
約25.5ﾄﾝ
1.0
0.0
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
0.0
0.4
0.8
λ/ LPP
1.2
1.6
2.0
λ/ LPP
図−７回転数、トルク及びスラスト増加（LPP / HW ≒ 50）
長波頂不規則波による短期予測
BHP波浪中 - BHP平水中
６．まとめ
巡視船模型を使用して荒天下での航行不能船舶の曳
航時の馬力推定を目的とした実験を行い、以下の結果
が得られた。
（1）平水中自航要素に関しては、１軸曳船模型
の実験結果の傾向と良く一致した。
（2）正面規則波中に関しては、抵抗・スラスト・
トルク増加は曳航荷重がない場合とほとんど
変わらない、曳航荷重がある場合の回転数
増加が少ない、等の知見が得られた。
（3）短期予測による馬力推定では、実験値と推
定値で曳航荷重の大きいとき差があることが
わかった。
今後は、CFD により曳航時の伴流率の推定を行うこ
とを考えている。
2
1.0
3.0
2
0
VS = 6.0kt , Fn = 0.1070
(QW - Q0)/ρgζW DB /LPP
1.0
2
2.0
(QW - Q0)/ρgζW DB /LPP
Keys ; 曳航荷重
無し
約13.5ﾄﾝ
約25.5ﾄﾝ
(NW - N0)VD /gζW B /LPP
3.0
3
2 2
(NW - N0)VD /gζW B /LPP
VS = 2.0kt , Fn = 0.0356
I.S.S.C.不規則波
T0 = 8.0秒
Hw1/3 = 3.4 m
400
Keys ; 曳航荷重
約13.5ﾄﾝ(EXP.)
約25.5ﾄﾝ(EXP.)
約13.5ﾄﾝ(EST.)
約25.5ﾄﾝ(EST.)
300
200
100
0
0
2
4
6
8
10
VS
図−８波浪中曳航時の馬力推定結果
＜参考文献＞
1)：日本作業船協会「引船の曳航荷重に関する設計指針の調査研究」報告書、1979 年 3 月
2)：日本中型造船工業会「船舶の抵抗および推進指導書第Ⅰ篇馬力計算法」、1969 年 2 月
3)：横尾幸一、矢崎敦生「中小型船舶プロペラ設計法と参考図表集」、1973 年 8 月、成山堂書店発行

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