デッドシップ状態の同調横揺れ

デッドシップ状態の同調横揺れ 国立大学法人 大阪大学 大学院工学研究科 地球総合工学専攻 船舶工学講座 教授 梅田 直哉

第2世代非損傷時復原性基準 1. 追波中復原力喪失現象 2. パラメトリック横揺れ 3. ブローチング現象 4. デッドシップ状態の同調横揺れ 5. 過大加速度

デッドシップ状態  主推進装置、ボイラー、補機が動力の欠如により作動しない 状態（SOLASの定義）→操船者は全く無力  船体の前後対称性が顕著でなければ、横波、横風中を横漂流  この状態で転覆しないこと：復原性基準の最低限の要求

デッドシップ状態 具体例 ☆波浪により船橋の窓から浸水→船橋機能の喪 失→主機停止 やまと丸 (1997) 風力11、有義波高10m以上 ⇒転覆せず Bremen (2001) Caledonian Star (2001)

デッドシップ状態の同調横揺れ

デッドシップ状態：第１段階簡易基準  現行のウェザークライテリオン ただし、波岨度と横揺れ周期の関係の表 は、波岨度0.02まで延長。

デッドシップ：第２段階簡易基準  GZ曲線: 直角三角形近似  近似GZのGM、は一定風に対する平衡角、 𝜙𝜙𝑒𝑒 での原ＧＺの接線勾配  原GZの面積（直立時から復原力消失角ま で）が近似GZの面積と一致するように、 限界角、𝜙𝜙𝑐𝑐 、を設定 𝜙𝜙𝑐𝑐

デッドシップ：第２段階簡易基準  GZ曲線: 直角三角形近似  近似GZのGM、は一定風に対する平衡角、 𝜙𝜙𝑒𝑒 での原ＧＺの接線勾配  原GZの面積（直立時から復原力消失角ま で）が近似GZの面積と一致するように、 限界角、𝜙𝜙𝑐𝑐 、を設定  横波横風中の線形横揺れ運動方程式の周波数 応答  横波：Bretshneiderスペクトル  横風：Davenportスペクトル

デッドシップ：第２段階簡易基準 x + 2 ⋅ µ e (σ x ) ⋅ x + ω0,e 2 (φs ) ⋅ x = ω0 2 ⋅ m(t ) µ e (σ x ) = µ + m(t ) = 2 π ⋅ β ⋅ σ x + 3 2 ⋅ δ ⋅ σ x 2 M (t ) W ⋅ GM x : 横揺れ角（定常風による横傾斜角𝜙𝜙𝑠𝑠 から） μ, β, δ：横揺れ減衰係数 ω0,e：横揺れ固有周波数（横傾斜時） ω0：横揺れ固有周波数（直立時） M：波と変動風による横揺れモーメント 𝜎𝜎ẋ ︓横揺れ角速度の分散 統計的等価線形化された減衰係数を持つ線形常微分方程式 ⇒ 解析解の逐次近似法で解ける 9

デッドシップ：第２段階簡易基準  横揺れ振幅が狭帯域でRayleigh分布に従うとして、 限界角を越える振幅の1秒あたりの発生率rEAを計算 𝑟𝑟𝐸𝐸𝐸𝐸 =  2𝜋𝜋 1 ∞ 𝜙𝜙 𝜙𝜙 2 � 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 −2𝑚𝑚 𝑑𝑑𝜙𝜙 0 𝑚𝑚0 𝜙𝜙𝑐𝑐 𝑚𝑚0 mi: 横揺れスペクトルのi次モーメント 𝑚𝑚2 横揺れ角が近似復原力消失角を1時間のうちに超える 短期確率𝐶𝐶𝑠𝑠𝑠𝑠 を計算 𝐶𝐶𝑠𝑠𝑠𝑠 = 1 − exp(−𝑟𝑟𝐸𝐸𝐸𝐸 � 3600)  北大西洋の波浪頻度を用いて、 𝐶𝐶𝑠𝑠𝑠𝑠 を重み平均し、横 揺れ角が近似復原力消失角を1時間のうちに超える長 期確率Cを計算  C ＜ 0.06 ならば、合格 (weather criterionとの整合性より）

デッドシップ状態：第２段階簡易基準  流体力パラメータの推定法  有効波傾斜係数: 各横断面を矩形断面近似したうえフルードクリロフ 成分の厳密計算を標準とする N.Umeda＆I. Tsukamoto: OC2008 (塚本泉：阪大卒論2008)

デッドシップ状態：第２段階簡易基準  流体力パラメータの推定法  有効波傾斜係数: 各横断面を矩形断面近似したうえフルードクリロフ 成分の厳密計算を標準とする  横揺れ減衰力： 池田の簡易推定式（池田の組み立て推定法結果から 作成した主要目について回帰式）を標準とする  風圧力：ウエザークライテリオンと同じ  水圧反力：ウエザークライテリオンと同じ

デッドシップ状態：第２段階簡易基準 Pass (level 2 criterion) C=0.06 Pass (weather criterion) Pass (current criterion) N. Yamashita, N. Umeda & M. Sakai, Proc. of Design for Safety 2016 （山下奈穂：阪大 修論 （2017））

デッドシップ状態：第２段階簡易基準 Pass (level 2 criterion) C=0.06 クルーズ船と軽荷のLNG船につい て、緩和される Pass (weather criterion) Pass (current criterion)

直接復原性評価（阪大）  長波頂不規則波＋変動風中の時間領域シミュレーション  4自由度（sway-heave-roll-pitch）  横漂流力と流体反力がバランスする横傾斜状態を考える。  高周波数であるため、横傾斜状態でのストリップ法ベース  浮力成分は波面まで、フルードクリロフ成分は静止水面まで時々刻々の船 体姿勢を考慮して圧力積分。  ラディエーション成分は、縦運動は出会い波ピーク周波数、横運動は横揺 れ固有周波数に対して計算。ディフラクション成分はSTFM。いずれも船 体姿勢は直立。  平水中の横揺れ減衰力や風圧力は模型実験による

直接復原性評価の実験的検証 1DOF-simulations 4DOF-simulations Exp. Capsizing probability (1hour) 1 T. Kubo, N. Umeda et al.: Fluid Mechanics and its Application, Springer, 119, 2019 0.1 （久保巧：阪大修論 （2012）） 0.01 5 6 7 8 9 Heel angle due to cargo shift (degrees) 10 11

デッドシップ基準の設計への影響  現在のウェザークライテリオンに合格する船には無関 係。  大型クルーズ客船など現在のウェザークライテリオン に適合が容易でない船も、第１段階簡易基準の波岨度 の修正で、適合可能、あるいは客室数の10%増設可能 へ。（Francescutto, Umeda et al., Design for Safety, 2004）  第2段階簡易基準でも、クルーズ船や軽荷のLNG船は 緩和される方向。