JPH0815085A

JPH0815085A - 浮体の波漂流モーメント計測治具

Info

Publication number: JPH0815085A
Application number: JP14313794A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Yamaguchi; 洋一山口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JP3160466B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、波浪の作用により浮体に発生す
る、波漂流モーメントを計測するための、浮体の波漂流
モーメント計測治具に関する。従来、浮体のＺ軸まわり
モーメント、即ち、波漂流モーメントは浮体に作用する
横力とアームの積で求めているため検力計、動揺計測装
置を２個以上必要とし、しかも、計測精度がこれらの装
置の設置誤差に左右され、また浮体の運動を拘束する不
具合があった。【構成】本発明の波漂流モーメント計測治具は、浮体
のＺ軸まわりの回動をＵ字形バネで半拘束状態に保持す
るとともに、Ｕ字形のバネ変形によりＺ軸まわりの浮体
の回転トルクを計測するようにしたものである。また、
バネは浮体の動揺周期の２〜２．５倍のものを使用し、
浮体動揺との同調による計測精度の劣化を防止した。こ
れにより、浮体の重心位置に検力計、動揺計測装置を１
個設けるのみで浮体に働く漂流力および漂流モーメント
が計測できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波浪を発生させた水槽
中で浮遊状態にされた浮体に作用する波浪により、浮体
に発生する波漂流モーメントを計測するための浮体の波
漂流モーメント計測治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】波浪中において、浮体が受ける浮体の進
行方向（Ｘ軸方向）および浮体幅方向（Ｙ軸方向）の波
漂流力、浮体の上下方向（Ｚ軸方向）に発生する荷重、
並びにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸まわりの浮体の運動を水槽
試験で計測するための計測用治具として、図７〜図９に
示す検力計治具１２がある。

【０００３】このような、検力計治具１２で波浪中にお
ける波による浮体に発生する漂流力、および浮体運動を
計測する場合、波によって浮体に発生する運動を拘束す
ることなく計測しなければならず、通常運動計測におい
ては、浮体をコイルバネで半拘束状態にして、計測する
ことが行われている。しかも、これらのコイルバネは計
測される浮体の動揺周期（運動周期）と同調しないよう
に、浮体の動揺周波数より低い固有周波数のバネが使用
される。

【０００４】図１０〜図１６は、これらの検力計治具１
２が浮体１７又は船舶１８、１９に設置された状態を示
す。

【０００５】また、図７〜図９に示す検力計治具を浮体
の上方に設けた動揺計測装置に連結することで、上記３
軸方向の力と、３軸まわりの浮体運動が計測される。

【０００６】図７〜図９において、浮体１７のＸ軸方
向、Ｙ軸方向に発生する波漂流力を計測できる２分力計
１の上端は、ヒービングポール２の下端と連結されてい
る。また、この２分力計１の下端部は軸受８で支持され
ており、Ｚ軸回りに回動自在となっている。また、軸受
８は、ピッチングジンバル４下端部に装着されており、
このため、２分力計１はピッチングジンバル４の動きに
追隋して、Ｙ軸回りにも回動自在となっている。さら
に、ピッチングジンバル４はローリングジンバル３に軸
受９で接続されており、ローリングジンバル３の動きに
追隋して、Ｘ軸回りにも回転自在にされている。また、
ローリングジンバル３は軸受１０で接続された支柱２０
を介して、浮体１７側に取付けられる台座６に連結され
ている。従って、下端部が２分力計１の上端に連結され
たヒービングポール２と台座６とは、浮体の進行方向の
Ｘ軸、幅方向のＹ軸、および上下方向のＺ軸の３軸まわ
りの回転運動を自由にして、連結されている。

【０００７】また、ローリングジンバル３とピッチング
ジンバル４とを連結する回転軸の軸端には、ピッチ角検
出用ポテンショ１１が、また、軸受１０を介して支柱２
０に支持されたローリングジンバル３の回転軸の軸端に
は、ロール角検出用ポテンショ７がそれぞれ設けられて
いる。

【０００８】このようにして構成された検力計治具１２
を用いて、浮体の波漂流力、および波漂流モーメントを
計測する場合は、図１０〜図１６に示すように、検力計
治具１２を浮体１７、又は船体１８，１９に配置して行
う。

【０００９】図１０〜図１２の例を用いて説明すると、
浮体１７の重心位置の浮体中心線上に第１の検力計治具
１２を、第１の検力計治具１２の設置位置から距離Ｌ、
離隔した浮体中心線上に第２の検力計治具１２′をそれ
ぞれ配置する。浮体１７を浮遊させる水槽の上方には、
浮体１７の進行方向に走行できる台車１３が設けられて
おり、この台車１３上に動揺計測装置１４が搭載されて
いる。この動揺計測装置１４の中央には、キャリッジ１
５が設けてあり、キャリッジ１５は前後左右をコイルバ
ネ１６で動揺計測装置１４に半拘束状態で連結されてい
る。また、キャリッジ１５の中心には、検力計治具１２
の上方に突出させたヒービングポール２が上下動自在に
貫通している。検力計治具１２は、ヒービングポール２
と台座６とが３軸まわりに回転自在に連結されているた
め、この台座６を浮体１７に取り付けることにより、浮
体１７と動揺計測装置１４とは、浮体１７の３軸まわり
の回転運動、および前後、左右、上下運動を拘束するこ
となく連結される。

【００１０】動揺計測装置１４により、浮体１７の前
後、左右、上下方向の変位が計測されるほか、浮体１７
に働く波漂流力は、第１、第２の検力計治具１２、１
２′の２分力計１の出力から、浮体１７の進行方向の波
漂流力ＸがＸ₁＋Ｘ₂で、また、浮体１７の幅方向の波
漂流力ＹがＹ₁＋Ｙ₂で、さらに、浮体１７の上下方向
軸（Ｚ軸）まわりに作用する波漂流モーメントＭがＬ×
Ｙ₂で、それぞれ動揺計測装置１４により計測される。

【００１１】また、浮体１７の運動は、ローリング運動
がロール角検出用ポテンショ７の出力により、ピッチン
グ運動がピッチ角検出用ポテンショ１１の出力により、
動揺計測装置１４で計測される。

【００１２】なお、上記した波漂流力Ｘ、Ｙの添字１、
２は、第１の検力計治具１２から出力される波漂流力を
添字１で示し、これより距離Ｌ離れた浮体１７中心線上
に配置された第２の検力計治具１２′から出力される波
漂流力を添字２で示した。

【００１３】しかしながら、このような浮体の波漂流モ
ーメントの計測では、次の不具合がある。（１）波漂流モーメントを計測するために、動揺計測装
置１４、及び検力計治具１２が２台必要である。（２）浮体重心位置でのＹ方向の波漂流力Ｙ₁と、モー
メント計測用に浮体重心位置から距離Ｌ、離隔して配置
した検力計治具１２′で計測されるＹ方向の波漂流力Ｙ
₂との差が大きいため、動揺計測装置１４のコイルバネ
１６の変位量に差が生じ、浮体方位が変化してしまうこ
とがある。

【００１４】また、この浮体方位の変化の不具合を解消
するためには、コイルバネ１６を強めのものにすれば良
いが、この場合には、浮体１７の運動を拘束するという
新たな不具合が生じる。

【００１５】図１３〜図１５は、上述の検力計治具１２
を用いて、船体１８に働く波漂流力、および波漂流モー
メントを計測する例を示すが、この場合も、同様のこと
が言え、特に、この例の場合、上記（２）の問題点は顕
著になる。

【００１６】次に、このような問題点を解消するため、
図１６に示すように、動揺計測装置１４、および検力計
治具１２の配置を行い、計測を行うことも考えられる。
しかしこの例の場合、検力計治具１２及び動揺計測装置
１４が３台必要であるほか、動揺計測装置１４を３台配
置できるような寸法の浮体にしか、採用できない不具合
がある。さらに、計測されるＺ軸回りのモーメント、即
ち、波漂流モーメントＭは、Ｙ₁Ｌ₁＋Ｙ₂Ｌ₂で求め
られることになり、直接求めることが出来ないという不
具合も生じる。また、計測値にＬ₁、Ｌ₂の設置誤差が
含まれることにより、計測精度が悪くなり、特に微少量
モーメントの計測には不適となる不具合がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の浮体
の波漂流モーメント計測治具の不具合を解消するため、
浮体の重心位置で、浮体とヒービングポールとの間に設
けたＵ字型のバネで、浮体のＺ軸まわりの運動を半拘束
状態に保持すると共に、当該バネの変形量で浮体のＺ軸
まわりのモーメント、すなわち、浮体に作用する波によ
る漂流モーメントを計測できる、浮体の波漂流モーメン
ト計測治具を提供することを課題とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の浮体
の波漂流モーメント計測治具は次の手段とした。（１）浮体のピッチング運動、およびロール運動を自在
にして、浮体に作用する波漂流力を検出するための検力
計を取付ける検力計取付台を設けた。（２）検力計取付台と軸まわりの回動が自在にされて、
検力計取付台から上方へ立設されたヒービングポールを
設けた。（３）浮体の水槽中での動揺周期から充分離れた固有周
期にされ、一端が検力計取付台に固着され、他端がヒー
ビングポールに固着され、検力計取付台とヒービングポ
ールとを半拘束状態で連結するＵ字形のバネを設けた。（４）検力計取付台に立設されたヒービングポールの軸
まわりの回動量を検出し、バネの回転角を検出できる検
出装置を設けた。

【００１９】

【作用】浮体のＺ軸回りの運動を半拘束状態にして、ヒ
ービングポールに連結するためのＵ字型に形成されたバ
ネのバネ定数ｋは数１により定まる。

【００２０】

【数１】

【００２１】このようなバネ４ケで構成した全体のバネ
定数ｋψとして、図３（Ｃ）に示すように、バネをヒー
ビングポールと検力計取付台の間に配置すると両者の間
に生じる回転モーメントは数２のようになる。

【００２２】

【数２】

【００２３】これにより、計測された回転角ψとバネ定
数ｋψの積で、浮体のＺ軸回りのモーメントＭが求ま
る。

【００２４】また、浮体を取り付けた場合の回転周期Ｔ
は、減衰項を無視した場合、数３により求められる。

【００２５】

【数３】

【００２６】この周期を、水槽試験で計測される浮体の
Ｚ軸回りの回転運動周期の２〜５倍程度大きい値となる
ようなバネ定数ｋψを求める。この計算により求められ
たバネ定数を持つバネを、検力計取付台とヒービングポ
ールとの間に介装することによりＺ軸回りの運動を半拘
束状態にできる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の浮体の波漂流モーメント計測
治具を図面にもとずき説明する。

【００２８】図１（Ａ）は、本発明の浮体の波漂流モー
メント計測治具を構成する、Ｕ字型のバネの一実施例を
示す単体図である。図１（Ｂ）は図１に示す実施例のＵ
字型のバネ４個を用いた取付け部の平面図である。図２
はＵ字型バネの取付け部全体を示す側断面図である。ま
た、図４〜図６は、実施例を浮体に用いた試験配置図で
ある。なお、これらの図において、前述した従来例と同
一符番のものは前述した従来のものと同一部材であり、
説明を省略する。

【００２９】Ｕ字型のバネ２１は、片方をヒービングポ
ール２に固着された取付台２２に、もう片方を検力計取
付台２３に、それぞれボルト２４で連結しており、Ｕ字
型バネの端部については回転自由である。このような構
成で４ケのＵ字型のバネ２１が取付けられている。ま
た、ヒービングポール２は、Ｚ軸回りの回転角を計測す
るＺ軸回転ポテンショ２５と、連結ピン２６で接続され
ている。さらに、検力計取付台２３はＺ軸回転ポテンシ
ョ２５を設置するポテンショ取付台２７を介して、３分
力計２８の上端に固着されている。また、３分力計２８
は図７〜図９の２分力計１と同様に、ピッチングジンバ
ル４に接続固定されており、ピッチングジンバル４を軸
受９で接続した、ローリングジンバル３、および台座６
を介して浮体に取付けられる。

【００３０】このような構成において、図４〜図６に示
すように浮体１７の重心位置に配置され、浮体１７の波
漂流モーメントを計測する。

【００３１】すなわち、波によって浮体１７に発生する
運動は、ヒービングポール２と浮体１７とがピッチング
ジンバル４、ローリングジンバル３、および浮体１７の
動揺周波数から離隔した固有周波数を持つバネ２１によ
って連結されているので、拘束されることがない。

【００３２】しかも、浮体１７の重心位置に設置した、
本実施例のバネ２１の撓み量、すなわち、検力計取付台
座２１とヒービングポール２との相対回動量を、検出装
置としてのＺ軸回転ポテンショ２５の出力により検出す
ることにより、浮体１７のＺ軸まわりのモーメント、漂
流モーメントを計測することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の浮体の波漂
流モーメント計測治具によれば、特許請求の範囲に示す
構成により、次の効果が得られる。（１）動揺計測装置及び検力計が１台でよいため、試験
準備装置等のコストが安価である。（２）Ｙ方向成分、Ｚ軸回りモーメントの計測値が、合
成で求める必要がなく、また、設置位置による誤差もな
くなり、計測精度が向上する。（３）浮体運動のＺ軸回りの計測可能である。（４）供試体の大小にかかわらず使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の浮体の波漂流モーメント計測治具を構
成するＵ字形のバネの１実施例を示す図で、図１（Ａ）
はバネの単体図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す実施例
の取付部の平面図、

【図２】本発明の浮体の波漂流モーメント計測治具の詳
細を示す側断面図、

【図３】図１（Ａ）に示すバネの作用を説明するための
符号の説明図、

【図４】図２に示す実施例を浮体模型に取付けた平面
図、

【図５】図４に示す浮体模型の側面図、

【図６】図４に示す浮体模型の正面図、

【図７】従来の検力計取付治具の平面図、

【図８】図７に示す検力計取付治具の一部断面で示す側
面図、

【図９】図７に示す検力計取付治具の一部断面で示す正
面図、

【図１０】従来の検力計取付治具を配置した浮体模型の
平面図、

【図１１】図１０に示す浮体模型の側面図、

【図１２】図１０に示す浮体模型の正面図、

【図１３】従来の検力計取付治具を配置した船舶模型の
平面図、

【図１４】図１３に示す船舶模型の側面図、

【図１５】図１３に示す船舶模型の正面図、

【図１６】従来の検力計取付治具を配置した他の船舶模
型の側面図である。

【符号の説明】

１２分力計２ヒービングポール３ローリングジンバル４ピッチングジンバル５ローリングポテンショ取付台６浮体側取付台座７ロール角検出用ポテンショ８軸受（Ｚ軸回り用）９軸受（ピッチジンバル用）１０軸受（ローリジンバル用）１１ピッチ角検出用ポテンショ１２、１２′ 検力計治具（２分力計）１３台車１４動揺計測装置１５キャリッジ１６コイルバネ１７浮体模型１８、１９船舶模型２０支柱２１Ｕ字型バネ２２ヒービングポール取付台２３検力計取付台２４ボルト２５Ｚ軸回り運動計測用ポテンショ２６連結ピン２７ポテンショ取付台２８３分力計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水槽中で浮遊状態にされた浮体に作用す
る波漂流モーメントを計測するための治具において、前
記浮体のピッチング運動およびロール運動を自在にして
前記浮体の重心位置に設置された検力計取付台と、下端
に設けた軸受で軸まわりの回動が自在にされ前記検力計
取付台に立設されたヒービングポールと、前記浮体の動
揺周期から離隔した固有周期にされ一端が前記検力計取
付台に固着され、他端が前記ヒービングポールに固着さ
れて前記ヒービングポールと前記検力計取付台とを半拘
束状態にするＵ字形のバネと、前記バネの変形量を検出
する検出装置とからなることを特徴とする浮体の波漂流
モーメント計測治具。