推進性能と操縦性能の両性能を考慮したプロペラ・舵システムの最適化に関する研究

推進と操縦の両性能を考慮したプロペラ・舵システムの最適化ツールのベースとなるのは、既に開発済のプロペラ設計支援ツールである。プロペラ設計支援ツールとは、初期プロペラの性能が向上するように最適化手法を用いて自動的に改良を行うコンピュータプログラムであり、原型プロペラの幾何形状およびその他いくつかの設計パラメータを入力するだけでキャビテーション等の制約を考慮しつつプロペラ性能が最高となるようなプロペラ幾何形状を自動的に求めようとするものである。本ツールの信頼性を高めるための努力をこれまで継続して行ってきたが、本ツールで使用している最適化計算法では最適解の探索効率が必ずしも高くないことが判明した。そこで昨年度（令和3年度）に引き続き、プロペラ設計支援ツールの改良を行った。具体的には、最適解の探索効率が最も優れている方法の一つと言われている差分進化法を導入するとともに独自の改良を加えた。次に、昨年度に引き続き推進性能面で優れた舵、特にプロペラと舵系の効率に着目した研究を実施した。プロペラの回転流を回収するために舵にフィンを取り付け、舵抗力の減少を図るという考えは広く受け入れられているが、その効果は明確に公表されていないのが現状である。そこで舵に取り付けるフィンの平面形状や取り付け角を昨年度よりも幅広く種々変化させた回流水槽における実験および数値計算を実施した。その結果、ただ単に舵にフィンを取り付ければ舵抗力が減少するということはなく、逆に舵抗力が増加するような平面形状や取り付け角があることを再確認するとともに、プロペラと舵系の効率向上においては舵抗力の減少よりも舵の排除効果によるプロペラ推力の増加が支配的であることが新たに判明した。

推進と操縦の両性能を考慮したプロペラ・舵システムの最適化ツールのベースとなるのは、既に開発済のプロペラ設計支援ツールである。プロペラ設計支援ツールとは、初期プロペラの性能が向上するように最適化手法を用いて自動的に改良を行うコンピュータプログラムであり、原型プロペラの幾何形状およびその他いくつかの設計パラメータを入力するだけでキャビテーション等の制約を考慮しつつプロペラ性能が最高となるようなプロペラ幾何形状を自動的に求めようとするものである。本ツールの信頼性を高めるための努力をこれまで継続して行ってきたが、本ツールで使用している最適化計算法では最適解の探索効率が必ずしも高くないことが判明した。そこで昨年度（令和3年度）に引き続き、プロペラ設計支援ツールの改良を行った。具体的には、最適解の探索効率が最も優れている方法の一つと言われている差分進化法を導入するとともに独自の改良を加えた。次に、昨年度に引き続き推進性能面で優れた舵、特にプロペラと舵系の効率に着目した研究を実施した。プロペラの回転流を回収するために舵にフィンを取り付け、舵抗力の減少を図るという考えは広く受け入れられているが、その効果は明確に公表されていないのが現状である。そこで舵に取り付けるフィンの平面形状や取り付け角を昨年度よりも幅広く種々変化させた回流水槽における実験および数値計算を実施した。その結果、ただ単に舵にフィンを取り付ければ舵抗力が減少するということはなく、逆に舵抗力が増加するような平面形状や取り付け角があることを再確認するとともに、プロペラと舵系の効率向上においては舵抗力の減少よりも舵の排除効果によるプロペラ推力の増加が支配的であることが新たに判明した。