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船型要目最適化プログラム概要と機能説明

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

HOPE

2007/5/11 第１回第１回HOPEHOPEセミナーセミナー 2

HOPEの機能

• 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


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）


HOPEの位置づけ

引合契約戦略的船型開発戦略的船型開発戦略的船型開発戦略的船型開発受注後船型開発受注後船型開発受注後船型開発受注後船型開発

設計展開

ＣＦＤＣＦＤＣＦＤＣＦＤ・・・・水槽試験水槽試験水槽試験水槽試験などなどなどなど

同時並行同時並行同時並行同時並行的的的的

船型開発船型開発船型開発船型開発

ＣＦＤＣＦＤＣＦＤＣＦＤをををを扱扱扱扱うううう

時間的余裕無時間的余裕無時間的余裕無時間的余裕無しししし

HOPE HOPEHOPE

ＣＦＤＣＦＤＣＦＤＣＦＤ・・・・水槽試験水槽試験水槽試験水槽試験などなどなどなど


計算フロー

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）

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

馬力推定馬力推定馬力推定馬力推定馬力推定馬力推定馬力推定馬力推定

コストコストコストコスト推定推定推定推定コストコストコストコスト推定推定推定推定

船型要目確定

要目変更

要目変更

要目変更

要目変更（（（（手動手動手動手動・・・・自動自動自動自動））））

パラメータ・スタディ

START


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 ）


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

• 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）


長さの取り扱い

• Loa, Lw, Lppの関係

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。

LSTRN

LwLpp

Loa

LB

F.P.A.P.A.E.


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。


プロペラ設計

• スラストベースの設計

Dp

プロペラ設計条件

1-wS

1-t

抵抗・推進性能

CT

VA

aE

H/Dp

プロペラ幾何形状

ηηηηO

KQ

プロペラ単独特性

Np

最適回転数

バリルチャートBpチャート

要目

MAUチャート

EHP


キャビ判定ライン


主機DB一覧

• 馬力 - 回転数

0

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

80,000

90,000

100,000

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

Rev. [rpm]

Pow

er

[kW

]


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

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

80,000

90,000

100,000

110,000

80 85 90 95 100 105 110

Rev. [rpm]

Pow

er

[kW

]

NOR

MCR

コンテナ船型の一例


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

• Wother = LW – Wh – Wp – We

• LW = Wh + Wp + We + Wother

• Disp. = DW + LW

軽荷重量　　排水量（入力）　載荷重量（入力）

その他重量　　軽荷重量　船殻重量プロペラ重量主機重量

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）

排水量　　　載荷重量（固定）軽荷重量


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

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3λ/Lpp

σw

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

タンカー船型の一例


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）• 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


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


FLFとKの関係

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

pppp

KKKK

K: Form Factorp: 船尾肥大度船尾肥大度船尾肥大度船尾肥大度パラメータパラメータパラメータパラメータ

　　（「　　（「　　（「　　（「船型可分原理船型可分原理船型可分原理船型可分原理によるによるによるによる肥大肥大肥大肥大船型船型船型船型のののの新設計法新設計法新設計法新設計法（（（（谷口谷口谷口谷口・・・・渡辺渡辺渡辺渡辺・・・・田村田村田村田村））））」」」」よりよりよりより））））

渦無渦無渦無渦無しししし船型船型船型船型　　　　

FLF=0

強強強強いいいい渦有渦有渦有渦有りりりり船型船型船型船型　　　　

FLF=1

0.2バトックフローバトックフローバトックフローバトックフロー型型型型

V型型型型

U型型型型


出力データ

• テキスト形式*****OUTPUT(Ver.1.0)*****InputFile= sample.txtShipName= sampleType_of_Calculation= 1Kind_of_Ship= TANKERKind_of_Rudder= MARINER+PLATELLID= LOALPPDDID= DISPTONLoa[m]= 330.000Lw[m]= 323.934Lpp[m]= 320.000B[m]= 53.300D[m]= 30.000d[m]= 19.300Vs[kt]= 14.000Displ[t]= 270636.2DW[t]= 0.0Hw[m]= 2.000Lambda/Lpp= 0.500FOCR[g/kWh]= 159.06FOCR(wav)[g/kWh]= 162.67FOC[t/day]= 49.59FOC(wav)[t/day]= 62.41Wh[t]= 33545.0Wp[t]= 48.5We[t]= 736.0Wother[t]= 0.0Ph[M¥]= 6957.2Pp[M¥]= 28.4Pf[M¥]= 3755.5Ph+Pf[M¥]= 10712.8Cb= 0.8021Cm= 0.9964

Cp= 0.8050Cpf= 0.8607Cpa= 0.7493GamE= 1.195GamA= 0.664CmHe/B= 0.417p= 0.074LCB[%Lpp]= -2.560FLF= 0.780LoopW[deg]= 2.3Sw_estimate_eq.= HOLTROPSwApp[m2]= 25237.656AR[m2]= 81.356dltAR[m2]= 0.000Lrud[m]= 5.620Hrud[m]= 14.475Lbow[m]= 6.066dltLbow[m]= -3.440BulbEffect[%]= 0.000K= 0.320Fn= 0.128FnB= 0.315CFline= SCHOENHERRCf0s= 0.001411deltaCf= 0.000100rfhull= 0.004270rrhull= 0.001955Cv= 0.001972rv= 0.006046rw= 0.000179rt= 0.0062251-t= 0.8321

1-wm= 0.54731-ws= 0.6370Cth(MCR)= 2.2330DPMAX[m]= 10.378Dp[m]= 9.300Z= 5Rev.MGN[%]= 4.000Np(NORincl.MGN)[rpm]= 62.5CavLine(Burrill)= MERCHANTaE(MCR)= 0.4191J(NOR)= 0.4738H/D(NOR)= 0.7436etao= 0.5749etaH= 1.3062etaR= 1.0264etaT= 0.9800eta= 0.7707EHP[kW]= 9811.144DHP[kW]= 12729.532BHP[kW]= 12989.319EHP(wav)[kW]= 11578.104DHP(wav)[kW]= 15665.785BHP(wav)[kW]= 15985.495SM[%]= 0.000PWRR[%]= 90.000NOR[kW]= 12989.319MCR[kW]= 14432.577VsNOR[kt]= 14.00VsMCR[kt]= 14.50Vs(in_wav)[kt]= 13.06VsNOR(in_wav)[kt]= 13.06VsMCR(in_wav)[kt]= 13.53EngineName= 5UEC85LSII


出力データ• レポート形式

GENERAL INFORMATION ( sample )

Calculated in Wed May 2 10:50:45 2007Program Version 1.0

Input file = sample.txtType of Calculation = 1

1. PRINCIPAL DIMENSIONS

1.1 HULLLENGTH (LPP) 320.000 [m]BREADTH (MOLDED) 53.300 [m]DEPTH (MOLDED) 30.000 [m]DRAFT (MOLDED: DESIGNED) 19.300 [m]Cb 0.8021Cm 0.9964LCB (Aft;+) -2.560 [%Lpp]

1.2 MAIN ENGINETYPE(MATCHED) 5UEC85LSIIMAXIMUM OUTPUT 14432 [kW] x 62.2 [rpm]NORMAL OUTPUT 12989 [kW] x 60.1 [rpm]

1.3 PROPELLER<MAU>

DIAMETER 9.300 [m]PITCH RATIO AT 0.7R 0.744 [-]EXPANDED AREA RATIO(MCR) 0.419 [-]OPEN WATER EFFICIENCY(NOR) 0.575 [-]PROPULSION EFFICIENCY(NOR) 0.771 [-]NUMBER OF BLADES 5

1.4 RUDDERTYPE 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) 1/75.9BALANCING RATIO(Af/A) 0.300ASPECT RATIO(H/B) 2.575

MAX. THICKNESS BREADTH RATIO 0.15

2. ESTIMATED SHIP PERFORMANCE

2.1 SHIP CONDITIONDRAFT (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 0.320rw 0.179 (10E-3)1-t 0.8321-ws 0.637etaH 1.306etaR 1.026 1.026eta 0.771EHP 9811 [kW]DHP 12729 [kW]FOC 49.6 [t/day]

2.4 MANEUVRINGCIRCLE:

TACTICAL DIAMETER UNKNOWNADVANCE UNKNOWN

LOOP WIDTH OF SPIRAL TEST 2.3 [deg]


出力データ（主機）

List of Selected Engine(s)List of Selected Engine(s)List of Selected Engine(s)List of Selected Engine(s)Condition of Engine Selection= MCRCondition of Engine Selection= MCRCondition of Engine Selection= MCRCondition of Engine Selection= MCRPower and Rev. at MCR and NOR Power and Rev. at MCR and NOR Power and Rev. at MCR and NOR Power and Rev. at MCR and NOR CondCondCondCond. are included in the . are included in the . are included in the . are included in the deratingderatingderatingderating zone of selected engine(s)zone of selected engine(s)zone of selected engine(s)zone of selected engine(s)Input File Name= sample.txtInput File Name= sample.txtInput File Name= sample.txtInput File Name= sample.txtShip Name= sampleShip Name= sampleShip Name= sampleShip Name= sampleType_of_CalculationType_of_CalculationType_of_CalculationType_of_Calculation= 1= 1= 1= 1Priority Name Priority Name Priority Name Priority Name CylCylCylCyl Req.Power Req.Req.Power Req.Req.Power Req.Req.Power Req.Np Np Np Np Rev1 Rev2 Power1 Power2 Power3 Power4 Mass LengRev1 Rev2 Power1 Power2 Power3 Power4 Mass LengRev1 Rev2 Power1 Power2 Power3 Power4 Mass LengRev1 Rev2 Power1 Power2 Power3 Power4 Mass Length FOCRth FOCRth FOCRth FOCR[[[[----] [] [] [] [----] [] [] [] [----] [kW] [rpm] [rpm] [rpm] [kW] [kW] [kW] ] [kW] [rpm] [rpm] [rpm] [kW] [kW] [kW] ] [kW] [rpm] [rpm] [rpm] [kW] [kW] [kW] ] [kW] [rpm] [rpm] [rpm] [kW] [kW] [kW] [kW] [t] [mm] [g/kWh][kW] [t] [mm] [g/kWh][kW] [t] [mm] [g/kWh][kW] [t] [mm] [g/kWh]1 5UEC85LSII 5 14432.6 62.2 76.0 54.0 1 5UEC85LSII 5 14432.6 62.2 76.0 54.0 1 5UEC85LSII 5 14432.6 62.2 76.0 54.0 1 5UEC85LSII 5 14432.6 62.2 76.0 54.0 19300.0 13950.0 13700.0 9900.0 736 9429 160.42119300.0 13950.0 13700.0 9900.0 736 9429 160.42119300.0 13950.0 13700.0 9900.0 736 9429 160.42119300.0 13950.0 13700.0 9900.0 736 9429 160.4212 6S80ME2 6S80ME2 6S80ME2 6S80ME----CCCC----Mk7 6 14432.6 62.2 76.0 57.0 23280.0 14880.0Mk7 6 14432.6 62.2 76.0 57.0 23280.0 14880.0Mk7 6 14432.6 62.2 76.0 57.0 23280.0 14880.0Mk7 6 14432.6 62.2 76.0 57.0 23280.0 14880.0 17460.0 11160.0 820 11229 158.75717460.0 11160.0 820 11229 158.75717460.0 11160.0 820 11229 158.75717460.0 11160.0 820 11229 158.7573 6S80MC3 6S80MC3 6S80MC3 6S80MC----CCCC----Mk7 6 14432.6 62.2 76.0 57.0 23280.0 14880.0Mk7 6 14432.6 62.2 76.0 57.0 23280.0 14880.0Mk7 6 14432.6 62.2 76.0 57.0 23280.0 14880.0Mk7 6 14432.6 62.2 76.0 57.0 23280.0 14880.0 17460.0 11160.0 872 11229 158.75717460.0 11160.0 872 11229 158.75717460.0 11160.0 872 11229 158.75717460.0 11160.0 872 11229 158.7574 6S80MC 6 14432.6 62.2 79.0 59.4 6S80MC 6 14432.6 62.2 79.0 59.4 6S80MC 6 14432.6 62.2 79.0 59.4 6S80MC 6 14432.6 62.2 79.0 59.0 21840.0 13980.0 16320.0 10440.0 885 11377 161.1470 21840.0 13980.0 16320.0 10440.0 885 11377 161.1470 21840.0 13980.0 16320.0 10440.0 885 11377 161.1470 21840.0 13980.0 16320.0 10440.0 885 11377 161.1475 7S80MC 7 14432.6 62.2 79.0 59.5 7S80MC 7 14432.6 62.2 79.0 59.5 7S80MC 7 14432.6 62.2 79.0 59.5 7S80MC 7 14432.6 62.2 79.0 59.0 25480.0 16310.0 19040.0 12180.0 996 12581 158.0900 25480.0 16310.0 19040.0 12180.0 996 12581 158.0900 25480.0 16310.0 19040.0 12180.0 996 12581 158.0900 25480.0 16310.0 19040.0 12180.0 996 12581 158.090


DHP[kW] - FLF[-] LCB[%Lpp]

12400

12600

12800

13000

13200

13400

13600

13800

14000

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

FLF[-]

DH

P[k

W]

-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

出力データの表示（パラメータ・スタディ）

• LCBとFLFを変化させた時のDHP変化（ VLCC ）



• TECPLOTを利用

• LCBとFLFを変化させた時のDHP変化（ VLCC ）

平水中波浪中12800

1280

013

100

1340

0

1260012650

12750

12850

12950

12550

LCB

FLF

-4 -3 -2 -1 00

0.2

0.4

0.6

0.8

114950

15050

15150

15250

15450

15650

15950

16250

16750

LCB

FLF

-4 -3 -2 -1 00

0.2

0.4

0.6

0.8

1

DHPwav

166501635016050157501545015150148501455014250139501365013350130501275012450


Loa

B

215 220 225 230

34

36

38

40

42

DHP

6782.56722.56662.56602.56542.56482.5


• 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

LoaB

215 220 225 230

34

36

38

40

42

Ph2280222021602100204019801920

船殻コストが約1.4億円上昇DHPコスト


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　　　　　　　


おわり

船型要目最適化プログラム 概要と機能説明 hope...1...

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