船型要目最適化プログラム 概要と機能説明

船型要目最適化プログラム
概要と機能説明
HOPE
実海域性能評価プロジェクトチーム
海上技術安全研究所
1
HOPEの機能
•
•
•
•
•
•
•
2007/5/11
必要最小限の船体主要目を用いた、性
能・コストの推定
平水中および波浪中性能を考慮した最
適要目の探索
プロペラ要目・舵面積の決定
保針性能評価
最適主機の選定
所要馬力推定・船速低下量推定
主要建造コストおよび燃料コストの推定
第１回HOPE
セミナー
第１回HOPEセミナー
2
HOPEの特徴
• 自航要素の計算に、船体・舵・プロペラの
性能干渉を考慮
• プロペラ設計に各種チャート（Burrill，Bp ，
MAU）を使用
• 約６００種類の主機データベースを使用
• ユーザー固有のデータベース、経験定数
の組み込みが可能
• 主機負荷に対応した燃費率を使用
• 計算に要する時間が短い（数秒～数分）
2007/5/11
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セミナー
第１回HOPEセミナー
3
HOPEの位置づけ
引合
戦略的船型開発
同時並行的
同時並行的
船型開発
HOPE
HOPE
ＣＦＤ・
ＣＦＤ・水槽試験など
水槽試験など
契約
設計展開
受注後船型開発
HOPE
ＣＦＤ・
ＣＦＤ・水槽試験など
水槽試験など
ＣＦＤを
ＣＦＤを扱う
時間的余裕無し
時間的余裕無し
2007/5/11
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セミナー
第１回HOPEセミナー
4
計算フロー
START
必要最小限の要目の入力
（船種、長さ、幅、喫水、排水量、船速など）
パラメータ・スタディ
要目変更（（（（
自動））））
手動・・・・
要目、形状パラメータの標準値推定
性能推定・舵設計
プロペラ設計
馬力推定
コスト推定
コスト推定
船型要目確定
2007/5/11
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5
計算に必要なファイル
• 船型（要目、形状パラメータなど）および計算条件
• ３４項目の文字列または数字（入力が必須なものは８項
目）
• パラメータ・スタディ用データ（PARAMCTRL.DAT）
• 要目等の変更幅と上下限値
• （ L, B, d, 平行部長さ, 浮心位置, Cm, Dp, FLF, 排水量, 船速）
• ユーザーが変更可能な数値データ（COEFFICIENT.DAT）
•
•
•
•
重量推定式（船殻、プロペラ）
トン当たり船殻コスト（鋼材費＋加工費）推定式
燃料油単価
燃料費積算年数
• 造波抵抗推定用データ（RWB.DAT, RWL.DAT ）
2007/5/11
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6
HOPEが推定できる主なパラメータ
• 摩擦抵抗、形状影響係数、 ΔCf、造波抵抗、全
抵抗、不安定ループ幅
• 型深さ、浮心位置、船首バルブ長さ、プロペラ最
大直径、浸水表面積、舵面積
• 伴流比、有効伴流係数（模型、実船、舵による成
分）、推力減少係数
•
•
•
•
2007/5/11
プロペラ単独特性、プロペラ効率比
抵抗増加量（反射波、船体運動、あて舵）
主機燃費率
重量（船殻・プロペラ・主機）
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7
長さの取り扱い
• Loa, Lw, Lppの関係
Loa
Lpp
Lw
LB
LSTRN
A.E. A.P.
F.P.
LoaまたはLppいずれかを固定した場合、舵後縁がA.E.となる。
さらに Lw>Lpp+LSTRNの場合、船首バルブが短縮される。
LoaとLpp両方を固定した場合、舵後縁がA.E.を超える時は船首バルブが短縮される。
2007/5/11
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8
舵面積
• L/BとCbから、標準的な舵面積が推定され
る。
• 逆G舵の舵高さはマリナー舵の88%となる。
• 端板付き舵を選択すると舵面積が標準値
から15%縮小される。
• 不安定ループ幅が許容値を超えている場
合は、許容値に収まるように舵面積を増大
させる。
2007/5/11
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9
プロペラ設計
• スラストベースの設計
バリルチャート
Bpチャート
プロペラ幾何形状
要目
Dp
抵抗・推進
性能
プロペラ設計条件
EHP
VA
1-wS
CT
最適回転数
aE
H/Dp
プロペラ単独特性
Np
MAUチャート
ηO
1-t
KQ
2007/5/11
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10
キャビ判定ライン
2007/5/11
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11
主機DB一覧
• 馬力 - 回転数
100,000
90,000
80,000
70,000
Power [kW]
60,000
50,000
40,000
30,000
20,000
10,000
0
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
Rev. [rpm]
2007/5/11
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12
主機選定基準
• NORとMCRの両方をディレーティングゾーンに含
むもの
• シリンダ数、主機長さ、燃費率、重量で優先順位
付け
110,000
100,000
90,000
Power [kW]
80,000
MCR
70,000
NOR
60,000
50,000
40,000
30,000
20,000
80
2007/5/11
85
90
95
Rev. [rpm]
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第１回HOPEセミナー
100
105
110
コンテナ船型の一例
13
載荷重量の取り扱い
（載荷重量固定計算 DDID=“DW”の場合）
• LW = Disp. – DW
軽荷重量　排水量（入力） 載荷重量（入力）
• Wother = LW – Wh – Wp – We
その他重量　軽荷重量
船殻重量
プロペラ重量 主機重量
• LW = Wh + Wp + We + Wother
軽荷重量
船殻重量
プロペラ重量 主機重量
その他重量（一定）
• Disp. = DW + LW
排水量　2007/5/11
載荷重量（固定） 軽荷重量
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14
実海域性能
• 反射波および船体運動による抵抗増加及びあて舵抵抗を考慮
• 反射波成分は、λ/Lpp=0.5において実験データベースから推定
される値に合うように修正
2
抵抗増加（船体運動）
抵抗増加（反射波）
抵抗増加（反射波）実験ベース
修正された抵抗増加（反射波）
抵抗増加
1.8
1.6
1.4
σw
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
2007/5/11
0.5
1
1.5
λ/Lpp
第１回HOPE
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2
2.5
3
タンカー船型の一例
15
HOPE計算種別
• 入力された船型データを用いた性能・コスト推定。
• 入力された船型データを自動的に変更して、性能
とコストの変化を推定。（感度解析）
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2007/5/11
FLF（フレームライン・ファクター）とLCB
平行部長さ
Loa と B
Loa と LCB
B と LCB
d と LCB
Cm と LCB
B と Dp
排水量 と 船速
第１回HOPE
セミナー
第１回HOPEセミナー
16
FLF（フレームライン・ファクター）
• 船尾フレームライン形状を数値化したもの
• 渦無し船型　FLF = 0
• 中間的な船型　0 < FLF < 1
• 強い縦渦を発生する船型　FLF = 1
• 形状影響係数Kに影響を及ぼす
• K = 2.25 * p + 0.2 * FLF
• p: 船尾肥大度パラメータ
2007/5/11
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第１回HOPEセミナー
17
FLFとKの関係
0.5
0.45
型
船
り
渦有 1
い
強
FLF=
0.4
0.35
U型
型
V型
型
0.2
K
0.3
0.25
バトックフロー型
バトックフロー型
0.2
型
船
し
渦 無 =0
FLF
0.15
0.1
0.05
0
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
p
2007/5/11
K: Form Factor
p: 船尾肥大度パラメータ
船尾肥大度パラメータ
（「船型可分原理
肥大船型
の新設計法（
（「船型可分原理による
船型可分原理による肥大
による第１回HOPE
肥大船型の
船型
新設計法（谷口・
谷口・渡辺・
渡辺・田村）
田村）」より）
より）
セミナー
第１回HOPEセミナー
18
出力データ
• テキスト形式
*****OUTPUT(Ver.1.0)*****
InputFile= sample.txt
ShipName= sample
Type_of_Calculation= 1
Kind_of_Ship= TANKER
Kind_of_Rudder= MARINER+PLATE
LLID=
LOALPP
DDID=
DISPTON
Loa[m]=
330.000
Lw[m]=
323.934
Lpp[m]=
320.000
B[m]=
53.300
D[m]=
30.000
d[m]=
19.300
Vs[kt]=
14.000
Displ[t]= 270636.2
DW[t]=
0.0
Hw[m]=
2.000
Lambda/Lpp=
0.500
FOCR[g/kWh]=
159.06
FOCR(wav)[g/kWh]= 162.67
FOC[t/day]=
49.59
FOC(wav)[t/day]= 62.41
Wh[t]=
33545.0
Wp[t]=
48.5
We[t]=
736.0
Wother[t]=
0.0
Ph[M¥]=
6957.2
Pp[M¥]=
28.4
Pf[M¥]=
3755.5
Ph+Pf[M¥]= 10712.8
Cb=
0.8021
Cm=
0.9964
2007/5/11
Cp=
0.8050
Cpf=
0.8607
Cpa=
0.7493
GamE=
1.195
GamA=
0.664
CmHe/B=
0.417
p=
0.074
LCB[%Lpp]=
-2.560
FLF=
0.780
LoopW[deg]=
2.3
Sw_estimate_eq.= HOLTROP
SwApp[m2]= 25237.656
AR[m2]=
81.356
dltAR[m2]=
0.000
Lrud[m]=
5.620
Hrud[m]=
14.475
Lbow[m]=
6.066
dltLbow[m]= -3.440
BulbEffect[%]= 0.000
K=
0.320
Fn=
0.128
FnB=
0.315
CFline=
SCHOENHERR
Cf0s=
0.001411
deltaCf=
0.000100
rfhull=
0.004270
rrhull=
0.001955
Cv=
0.001972
rv=
0.006046
rw=
0.000179
rt=
0.006225
1-t=
0.8321
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セミナー
第１回HOPEセミナー
1-wm=
0.5473
1-ws=
0.6370
Cth(MCR)=
2.2330
DPMAX[m]=
10.378
Dp[m]=
9.300
Z=
5
Rev.MGN[%]=
4.000
Np(NORincl.MGN)[rpm]= 62.5
CavLine(Burrill)= MERCHANT
aE(MCR)=
0.4191
J(NOR)=
0.4738
H/D(NOR)=
0.7436
etao=
0.5749
etaH=
1.3062
etaR=
1.0264
etaT=
0.9800
eta=
0.7707
EHP[kW]=
9811.144
DHP[kW]=
12729.532
BHP[kW]=
12989.319
EHP(wav)[kW]= 11578.104
DHP(wav)[kW]= 15665.785
BHP(wav)[kW]= 15985.495
SM[%]=
0.000
PWRR[%]=
90.000
NOR[kW]=
12989.319
MCR[kW]=
14432.577
VsNOR[kt]=
14.00
VsMCR[kt]=
14.50
Vs(in_wav)[kt]= 13.06
VsNOR(in_wav)[kt]= 13.06
VsMCR(in_wav)[kt]= 13.53
EngineName= 5UEC85LSII
19
出力データ
• レポート形式
GENERAL INFORMATION ( sample )
MAX. THICKNESS BREADTH RATIO
Calculated in Wed May 2 10:50:45 2007
Program Version 1.0
Input file = sample.txt
Type of Calculation = 1
1. PRINCIPAL DIMENSIONS
1.1 HULL
LENGTH (LPP)
320.000 [m]
BREADTH (MOLDED)
53.300 [m]
DEPTH (MOLDED)
30.000 [m]
DRAFT (MOLDED: DESIGNED) 19.300 [m]
Cb
0.8021
Cm
0.9964
LCB (Aft;+)
-2.560 [%Lpp]
1.2 MAIN ENGINE
TYPE(MATCHED)
MAXIMUM OUTPUT
NORMAL OUTPUT
5UEC85LSII
14432 [kW] x 62.2 [rpm]
12989 [kW] x 60.1 [rpm]
1.3 PROPELLER
DIAMETER
PITCH RATIO AT 0.7R
EXPANDED AREA RATIO(MCR)
OPEN WATER EFFICIENCY(NOR)
PROPULSION EFFICIENCY(NOR)
NUMBER OF BLADES
2007/5/11
<MAU>
9.300 [m]
0.744 [-]
0.419 [-]
0.575 [-]
0.771 [-]
5
1.4 RUDDER
TYPE
MARINER+PLATE
PROJECT RUDDER AREA:
AREA OF FORE PART(Af)
24.407 [m^2]
AREA OF AFT PART(Aa)
56.949 [m^2]
TOTAL RUDDER AREA(A=Af+Aa) 81.356 [m^2]
PROPORTION:
RUDDER AREA RATIO(AR/LPP*DRAFT) 1/75.9
BALANCING RATIO(Af/A)
0.300
ASPECT RATIO(H/B)
2.575
0.15
2. ESTIMATED SHIP PERFORMANCE
2.1 SHIP CONDITION
DRAFT (FORE)
19.300 [m]
DRAFT (AFT)
19.300 [m]
DRAFT (MEAN)
19.300 [m]
TRIM BY STERN
0.000 [m]
DISPLACEMENT(w/ ALL APP.)
270636 [t]
WETTED SURFACE AREA(w/ ALL APP.) 25237 [m^2]
2.2 SPEED PERFORMANCE
<CALM SEA> <Hw= 2.0[m]>
<Lambda/Lpp= 0.5>
MCR
14432[kW] x 64.7[rpm](incl.4.0%MGN)
14.5 [kts]
13.5 [kts]
NOR
12989[kW] x 62.5[rpm](incl.4.0%MGN)
14.0 [kts]
13.1 [kts]
NOR 0%SM 12989[kW] x 62.5[rpm](incl.4.0%MGN) 14.0 [kts]
13.1 [kts]
2.3 SHIP PERFORMANCE AT NOR CONDITION
<MAU Prop.>
deltaCf
0.100 (10E-3)
K
0.320
rw
0.179 (10E-3)
1-t
0.832
1-ws
0.637
etaH
1.306
etaR
1.026
1.026
eta
0.771
EHP
9811 [kW]
DHP
12729 [kW]
FOC
49.6 [t/day]
2.4 MANEUVRING
CIRCLE:
TACTICAL DIAMETER
ADVANCE
LOOP WIDTH OF SPIRAL TEST
第１回HOPE
セミナー
第１回HOPEセミナー
UNKNOWN
UNKNOWN
2.3 [deg]
20
出力データ（主機）
List of Selected Engine(s)
Condition of Engine Selection= MCR
Power and Rev. at MCR and NOR Cond.
Cond. are included in the derating zone of selected engine(s)
Input File Name= sample.txt
Ship Name= sample
Type_of_Calculation=
Type_of_Calculation= 1
Priority Name
Cyl Req.Power
Req.Np
Req.Np
Rev1
Rev2 Power1
Power2 Power3
[-]
[[[kW]
[-]
[-]
[kW]
[rpm]
[rpm]
[rpm]
[kW]
[kW]
1
5UEC85LSII
5
14432.6
62.2
76.0
54.0 19300.0 13950.0 13700.0
2
6S80ME6S80ME-C-Mk7
6
14432.6
62.2
76.0
57.0 23280.0 14880.0 17460.0
3
6S80MC6S80MC-C-Mk7
6
14432.6
62.2
76.0
57.0 23280.0 14880.0 17460.0
4
6S80MC
6
14432.6
62.2
79.0
59.0
59.0 21840.0 13980.0 16320.0
5
7S80MC
7
14432.6
62.2
79.0
59.0
59.0 25480.0 16310.0 19040.0
2007/5/11
第１回HOPE
セミナー
第１回HOPEセミナー
Power4
[kW]
9900.0
11160.0
11160.0
10440.0
12180.0
Mass
[t]
736
820
872
885
996
Length
Length
[mm]
9429
11229
11229
11377
12581
FOCR
[g/kWh]
160.421
158.757
158.757
161.147
158.090
21
出力データの表示（パラメータ・スタディ）
DHP[kW] - FLF[-] LCB[%Lpp]
• LCBとFLFを変化させた時のDHP変化（ VLCC ）
14000
-4.06
-3.81
-3.56
-3.31
-3.06
-2.81
-2.56
-2.31
-2.06
-1.81
-1.56
-1.31
-1.06
-0.81
-0.56
-0.31
-0.06
0.19
0.44
0.69
13800
13600
DHP[kW]
13400
13200
13000
12800
12600
12400
0
2007/5/11
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
FLF[-]
0.6
第１回HOPE
セミナー
第１回HOPEセミナー
0.7
0.8
0.9
1
22
出力データの表示（パラメータ・スタディ）
• TECPLOTを利用
• LCBとFLFを変化させた時のDHP変化（ VLCC ）
平水中
1
95
00
14950
0
128
12
1
波浪中
12
DHPwav
0
85
0.8
0.8
1 5150
12
75
FLF
128
0
126
0.4
0
0
65
12
FLF
0
0.6
15050
0.6
15250
0.4
1545
0
00
400
13
10
0
0
LCB
-1
95
-2
15
-3
0
-4
0
0
2007/5/11
0.2
1675
0
15
65
1 625
0.2
50
13
12
5
16650
16350
16050
15750
15450
15150
14850
14550
14250
13950
13650
13350
13050
12750
12450
0
0
-4
第１回HOPE
セミナー
第１回HOPEセミナー
-3
-2
LCB
-1
0
23
出力データの表示（パラメータ・スタディ）
• TECPLOTを利用
• 載荷重量一定でLoaとBを変化させた時のDHPと船殻
コストの変化（ Panamax Bulker ）
DHPが約5%減少
42
船殻コストが約1.4億円上昇
DHP
6782.5
6722.5
6662.5
6602.5
6542.5
6482.5
40
Ph
2280
2220
2160
2100
2040
1980
1920
40
38
B
B
38
コスト
42
DHP
36
36
34
34
215
215
2007/5/11
220
Loa
225
220
Loa
225
230
230
第１回HOPE
セミナー
第１回HOPEセミナー
24
今後の機能拡張予定
• GUI化
• ”NAPA”を利用した船型（線図）生成と船
型情報のフィードバック
• 船尾形状に応じたプロペラ・舵設計
• CRPおよびPODへの対応
• 簡易Cp, Cwカーブ推定の高精度化
• 実海域性能の長期予測機能追加
• 省エネ装置効果の組み込み
など　2007/5/11
第１回HOPE
セミナー
第１回HOPEセミナー
25
おわり
2007/5/11
第１回HOPE
セミナー
第１回HOPEセミナー
26