水面貫通プロペラの負荷変動に関する研究

本研究までに、平水中において翼の一部が水面上に露出して作動するプロペラの単翼に働く負荷変動について調べた結果、水面貫通時の単翼に働くトルクの極小値が負になるという興味深い現象がとらえられた。これを、流体密度差に起因する付加質量の変化による力でモデル化し、現象を説明したが、このモデルでの付加質量は仮定の段階にとどまっていた。そこで、本研究では、付加質量の変化による力に注目し、2次元披検体を気液界面で上下に動揺させた実験を実施し、披検体に働く力の計測と被検体まわりの流体挙動の観察を行った。被検体は実験と計算の比較の容易さを考慮して、楕円柱および円柱とした。実験は、被検体に働く負荷の成分分離のため、空中、水中および水面貫通状態で行った。実験結果は付加質量の変化による力を考慮した計算結果と比較し、以下の結論を得た。1.2次元被検体の実験によっても、付加質量の変化による力の成分が計測され、本成分の存在が再確認できた。2.全体として、計算結果は実験結果を良く表しており、基本的な計算モデルの妥当性は確認できた。3.動揺周波数が大きい場合、実験と計算の差が大きくなるが、以下の要因が考えられた。(1)水面上露出時の水の連れ上がりや、水中没入時の空気の巻き込みによる影響。(2)被検体の運動によって生じる伴流の影響。(3)被検体支持構造体の固有振動数の問題。計算モデルおよび実験装置に必要な改良を加え、現象をさらに的確にとらえることが今後の課題である。

本研究までに、平水中において翼の一部が水面上に露出して作動するプロペラの単翼に働く負荷変動について調べた結果、水面貫通時の単翼に働くトルクの極小値が負になるという興味深い現象がとらえられた。これを、流体密度差に起因する付加質量の変化による力でモデル化し、現象を説明したが、このモデルでの付加質量は仮定の段階にとどまっていた。そこで、本研究では、付加質量の変化による力に注目し、2次元披検体を気液界面で上下に動揺させた実験を実施し、披検体に働く力の計測と被検体まわりの流体挙動の観察を行った。被検体は実験と計算の比較の容易さを考慮して、楕円柱および円柱とした。実験は、被検体に働く負荷の成分分離のため、空中、水中および水面貫通状態で行った。実験結果は付加質量の変化による力を考慮した計算結果と比較し、以下の結論を得た。1.2次元被検体の実験によっても、付加質量の変化による力の成分が計測され、本成分の存在が再確認できた。2.全体として、計算結果は実験結果を良く表しており、基本的な計算モデルの妥当性は確認できた。3.動揺周波数が大きい場合、実験と計算の差が大きくなるが、以下の要因が考えられた。(1)水面上露出時の水の連れ上がりや、水中没入時の空気の巻き込みによる影響。(2)被検体の運動によって生じる伴流の影響。(3)被検体支持構造体の固有振動数の問題。計算モデルおよび実験装置に必要な改良を加え、現象をさらに的確にとらえることが今後の課題である。