船型開発におけるSBD技術＜数値シミュレーションによる実船性能推定と設計技術＞

摘要

本稿では船舶設計におけるSBD技術について紹介するが、対象としては流体力学的性能の観点から船型開発を取り上げる。船型開発における目的関数は所定の速力を得るために必要な主機馬力の最小化であり、制約条件として操船性や建造コストなどが挙げられる。Froude以来百年にわたり船型開発は縮尺模型を用いた水槽試験に基づき行われてきたが、造波（船体が波を起こす現象、Froudeの相似則に従う）と粘性（摩擦や渦の現象、Reynoldsの相似則に従う）の相似則の違いにより、全ての相似則を同時に満たした模型実験は現実的に不可能である。このため、水槽試験結果から実船性能を算出する手順では様々な理論的仮定と経験式に基づぐ尺度修正が加えられている。この手法は、大量の実船試運転実績の積み重ねにより、実船の設計に十分な高い精度を得るに至っている。しかし、ながら、昨今の社会·経済的背景により船舶においても省エネルギーの要求は増大しており、ダクトやフィン等の複雑な省エネ装置を装備する船舶が一般化しているが、省エネ装置の実船での効果を的確に推定するためには水槽試験プロセスの見直しの必要性が高まりつつある。一方、近年急速に発展してきたシミュレーションやプロダクトモデルの技術を使用することで、水槽試験ベースでは不可能なSBDが可能になってきている。本稿ではその技術の例として、CFDによる実船スケール船体及びプロペラまわり流れの直接推定、そして3DCAD船体形状モデルとCFDを組み合わせた船体形状自動最適化システムを紹介する。