船尾伴流分布の画像計測に関する研究

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本研究は、船尾の伴流分布の測定においては一般に、速度の瞬時値よりはむしろ適当な時間における平均値が重要であることを利用して、トレーサーなどで可視化された流場の画像データを統計解析し、画像データから直接流速の時間平均値得ようとするものである。これによって、従来の方法では計測や解析にかなりの時間や計算機上のメモリを必要としていたものが、ほぼ流れの可視化実験と同様の手順で計算機のディスプレー上に速度分布をカラーコードなどで表示できることになる。研究では、まず、時間平均流を計測する手法として研究されてきた従来の手法を詳細に調査して、それぞれの利点や欠点を明らかにした。すなわち、空間フィルター法は特殊なフィルターの付いたカメラの開発が行えればかなり興味深い計測を行うことができるものの、現時点では実用的ではない。また、時間平均コントラスト法はレーザスペックル等を利用できるので特殊なトレーサーを使う必要が無い上、画像の統計的性質が知られている利点があるものの、速度と画像データの関係が非線形であるため、多くの不都合を生じる恐れがある。これに対して、研究代表者が以前開発した零交差計数法は原理が簡単で、拡張性に富んでいるものと思われたので詳細に検討した。その結果、粒子の通過頻度を解析すると言う観点で、従来の時空間微分法との接点を見いだし、この手法が船尾伴流計測に適していることを明らかにした。本手法は、適当な模型や実験装置が整備されれば、曳航水槽における実験にも適用可能であり、原理的には3次元流れの速度成分も計測できるので、実用的なシステム開発を行えるものと思われる。また、計測の不確かさ解析を実施することにより、その誤差を特定するとともに、誤差を少なくする手法も検討することができた。