Ship towing calculation method considering dynamic tension acting on the towline consisted of multiple materials

考虑多材料拖链动拉力的船舶拖航计算方法

• 批准号: 21K04520
• 负责人: 黒田 貴子
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04520/
• 关键词: 船舶曳航; 複数材質の曳航索; カテナリー; 動的索張力; 複数の曳索材質; 弛緩・緊張状態

本研究の目的は複数の材質で構成する曳索の弛緩・緊張状態での動的索張力を考慮した不規則波中時間領域での船舶曳航時の被曳船の船体運動計算法の提案である。これまでの船舶曳航の研究は，曳索は単一材質とし，準静的な形状を保つ状態で操縦運動の中で扱われ，曳航時に発生する動的索張力による最大値の把握は経験で行ってきた。実際の曳航現場では錨鎖に曳索を繋いだり，2つ以上の材質の曳索を組み合わせたりして用いるのが一般的であるため，索張力の推定には曳索を構成する材質や径，長さを考慮すべきである。また，動的索張力は曳航点となる船の運動が関与するため船体運動計算で扱う必要があり，さらに弛緩・緊張状態で影響は大きくことなる。動的索張力の推定のためランプドマス法で曳航索の3次元変位を扱うと時間領域計算に組み込む際に複雑化し，緊張状態で精度が出ないことが知られている。これまでに弛緩と緊張状態での理論式をもとに，複数の異なる材質で構成する曳索の動的索張力の計算法を検討し，計算プログラムを作成してきた。また，計算法の検証のために，昨年度は規則波中での曳航模型実験を実施した。今年度は不規則波中での2種の材質で構成された一本の曳索で模型船を曳航する実験を実施した。模型実験では被曳船を曳索介して引っ張る曳引台車と被曳船の船首部双方に歪みゲージの張力計とポテンショの角度計を設置し，曳索を取り付けて索張力と曳航索の繰り出し角度を計測した。被曳船の船体運動は模型船にジャイロを搭載して計測し，被曳船の軌跡と船首揺れはトータルステーションで計測した。曳索を構成する2つの異なる材質の索（ワイヤーとボールチェイン）の割合を変えて動的索張力への影響を調べた。

本研究的目的是提出一种在不规则波浪中在时域中拖曳船舶时计算被拖船船体运动的方法，同时考虑多种材料制成的拖链在松弛和紧张状态下的动态张力.在以往的船舶拖曳研究中，拖曳绳由单一材料制成，并在操纵过程中进行处理，同时保持准静态形状，并且没有了解拖曳过程中出现的动态缆索张力最大值的经验。 。在实际拖曳现场，通常将拖曳绳连接至锚链或由两种或多种材料组合而成的拖曳绳的长度。此外，动态缆索张力涉及作为拖曳点的船舶的运动，因此在船舶运动计算中必须对其进行处理，并且根据缆索是松弛还是受拉，其影响会有很大差异。众所周知，当使用斜坡质量法处理拖链的 3D 位移来估计动态缆索张力时，当纳入时域计算时，它会变得复杂，并且在张力条件下无法实现精度。到目前为止，我们已经研究了一种基于松弛和张紧状态的理论公式来计算由几种不同材料制成的拖链的动态绳索张力的方法，并创建了计算程序。另外，为了验证计算方法，我们去年在规则波浪中进行了拖曳模型实验。今年，我们进行了一项实验，使用由两种材料制成的单根拖绳在不规则波浪中拖曳一艘模型船。模型实验中，通过拖链牵引被拖船的拖车和被拖船船头均安装应变式拉力计和电位计角度计，并附上拖链测量缆索张力和我测量了它的牵引角度。使用安装在模型船上的陀螺仪测量被拖船的船体运动，并使用全站仪测量被拖船的轨迹和船首运动。我们通过改变构成拖链的两种不同材料（钢丝和球链）制成的绳索的比例，研究了对动态缆索张力的影响。