船舶の運動試験

海洋工学において、船舶運動試験とは、新しい（実物大の）船舶を設計するため、または船舶の設計を改良して海上での性能を向上させるために、船舶模型を用いて実施される流体力学的試験である。 ^{[ 1 ]}試験は、船舶模型水槽または「曳航水槽」で実施される。 ^{[ 2 ]}試験にはさまざまな種類があり、模型は直線または円形の経路に沿って曳航される場合があり、振動を受ける場合もある。船舶に作用する力は、ダイナモメーターを使用して測定される。^{[ 2 ]}試験は、全体的な設計を評価する場合もあれば、プロペラの特性に焦点を当てる場合もある。^{[ 2 ]}

曳航水槽で行われる模型試験から、任意の喫水とトリムにおける船の速度依存微分 Yv と Nv を決定できます。^{[ 2 ]}模型は、さまざまな迎角βで、所定の船フルード数に対応する一定速度で曳航されます。原点 O にある動力計は、β の各値で模型が受ける力 Y とモーメント N を測定します。その後、無次元微分に船の長さ、船速、海水密度の同じ組み合わせを乗じることで、次元船微分値が得られます。

また、vがYδとNδに及ぼすクロスカップリング効果、およびδRがYvとNvに及ぼすクロスカップリング効果を決定するためにも使用できます。

回転アーム装置^{[ 3 ]}は、回転アーム装置と呼ばれる特殊なタイプの曳航タンクと装置内で、モデルの回転微分YrとNrを測定します。この装置では、モデルをラジアルアームの端に固定し、タンク内に固定された垂直軸を中心にアームを回転させることで、モデルに角速度を与えます。モデルは、そのx軸とz軸がラジアルアームに垂直になるように配置され、好ましくはモデルの中央付近でアームに取り付けられます。この特定の配置の結果、モデルはタンク軸を中心に回転し、横方向速度成分vが常にゼロ（ヨー角β=0）である間に、回転速度rで回転し、軸方向速度成分u1は線速度と同一になります。モデルはさまざまな半径Rで一定の線速度で回転し、ダイナモメータはモデルに作用する力YとモーメントNを測定します。微分YrとNrは、r=0での傾きを評価することによって得られます。

回転アーム装置は、YrとNrだけでなく、YvとNvの値も測定するために使用できます。各r値で得られたYvとNvの値をrに対してクロスプロットすることで、r=0におけるYvとNvの値を求めることができます。

曳航水槽設備がより長く狭い場合、回転アーム試験の代わりに平面運動機構（PMM）^{[ 4 ]}を使用できます。速度依存微分YvとNv、回転微分YrとNr、および加速度微分YύとNύを測定できます。

PMMは2つの発振器^{[ 2 ]}で構成されており、そのうちの1つは曳航水槽の中心線に沿って測定された一定速度でモデルが曳航水槽を下る間、船首で横方向の振動を生成し、もう1つは船尾で横方向の振動を生成します。

DTMB平面運動機構システムは、著者とアレックス・グッドマン氏（いずれもデイビッド・テイラー模型水槽水力学研究所の職員）によって共同で考案・開発されました。米国海軍省を代表して、ゲルトラー氏とグッドマン氏をシステムの考案者として特許出願手続きが開始されています。考案者らは、模型水槽の産業部門の多くのメンバーに対し、その貢献と努力によって最終的なシステムが実現したことに感謝の意を表します。特に、産業部門のMWウィルソン氏、JEスターン氏、TGシングルトン氏、GJノーマン氏、W.デイ氏、PPデイ氏、CWスコット氏、G.ティスデール氏、RGヘリヤー氏、EJモシャー氏に感謝いたします。40

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