藤井 启太（左）
NAKASHIMA PROPELLER株式会社
工程本部
装置设计部 课长
川岛 英干（中）
国立研究开发法人海上・港湾・航空技术研究所
海上技术安全研究所 流体设计系
流体控制研究团队 首席研究员
新川 大治朗（右）
国立研究开发法人海上・港湾・航空技术研究所
海上技术安全研究所 流体设计系实际海域性能研究团队
主任研究员
“创新日本走访”系列采访那些以实际应用于社会一线为目标的研发现场。第26回采访的是日本国立研究开发法人海上・港湾・航空技术研究所、海上技术安全研究所的川岛英干首席研究员，他正尝试将降低船舶与水之间摩擦阻力的高级空气润滑系统与IoT相结合，以提高节能效果的研究开发。该技术已实现社会化应用，首艘航船已于2025年1月投入运营。
持续研究30年、在巨大水槽中进行实验
被日本省厅联动型实用化制度选中
本刊记者采访了从三鹰站乘坐巴士约10分钟路程，毗邻神代植物公园，周围绿树成荫的海上技术安全研究所。该研究所拥有横跨东京都三鹰市和调布市的大面积用地和众多试验设施。其中最引人注目的是全长400米的巨大实验用水槽（图1）。利用船舶模型，可以在接近实际航行的环境下进行实证实验。川岛英干首席研究员自1995年起便开始研究空气润滑法，当时该研究所还隶属于运输省船舶技术研究所。
图1 全长400米、堪称世界规模的实验用水槽。
将空气从船底吹出，船舶与水之间的摩擦阻力就会减少，船舶的燃油效率随之提高。这就是“空气润滑法”。通常，在水中包含的小气泡比例增加，摩擦阻力就会减少。在实验中，摩擦阻力可以减少到接近100%，但在实际船舶中，减少程度约为30%至40%。摩擦阻力的减少也会随船速和波浪等因素而变化。此外，通过非连续周期性地吹出空气，也可以削减摩擦阻力。该研究所的新川大治朗主任研究员表示：“我们正在使用数值模拟，验证在不同条件下的气泡减少摩擦阻力效果”（图2）。
图2 模拟器图像
通过周期性吹出空气并进行监测与控制，提升节能效果的高度空气润滑法（AdAM）的实用化研究，被日本内阁府主导的省厅联动型SBIR（Small/Startup Business Innovation Research）制度选中，并分阶段1和阶段2两个阶段推进。阶段1由国立研究开发法人科学技术振兴机构（JST）的大学创办新产业创造计划（START）项目推进型SBIR阶段1支援实施。研究团队以航行于国内的内航船为对象，构建了利用IoT的监测系统原型，开发出能够根据船体状态、波浪与潮流等海象条件进行调整的空气润滑系统控制技术。研究以系统搭载于499吨级货船为前提，通过数值模拟与实验对其经济性和节能性能进行了评估。实验中使用了前面提到的巨大水槽。
随后的阶段2在日本国土交通省提供的实用化开发支援下展开，实施了面向社会化实际应用的更正式的技术开发。包括根据波浪引起的摇晃等船舶状态进行最优空气吹出方式的模拟，以及通过IoT进行监测系统的研究等。川岛表示：“在船体摇晃的情况下，空气会从船底逸出，减阻效果会减弱，为此我们正在探索最优的空气吹出方式。”
开发的系统利用IoT收集船舶的速度、摇摆情况、发动机和空气润滑系统装置等多种数据，并发送到陆地上的数据服务器。通过分析这些数据，并对船上搭载的装置进行最优控制，可以在不给船员增加额外操作负担的情况下实现节能。
内航货船“Churasan”投入航运
开始收到来自国内外的咨询
川岛等人在AdAM社会化应用方面的合作伙伴是在船舶螺旋桨制造方面享有全球知名度的NAKASHIMA PROPELLER株式会社（总部位于冈山市）。该公司以螺旋桨为中心，致力于实现船舶的高性能化、节能、燃油削减，以及温室气体排放削减。自2021年起，该公司与川岛等人共同进行研究开发，成功实现了新型空气润滑系统“ZERO”的实用化。首次采用“ZERO”系统的船舶是于2025年1月投入运营的、全长约76米、499吨的内航货船“Churasan”（图3）。“Churasan”目前正处于边航行边采集数据，并对节能效果进行分析的阶段。由于每日的波浪、潮流和装载量等各不相同，因此分析并不容易。即便如此，基于空气吹出方式的节能效果成果已开始显现。从分析的运营数据中，获得了周期性吹出比连续吹出节能效果更显著的结果，证明了AdAM的有效性。
图3 搭载了空气润滑系统“ZERO”的内航货船“Churasan”。
NAKASHIMA PROPELLER公司的藤井启太课长表示：“一旦有了被采用的成功案例，就会产生促进力。现在已经开始实际接到来自国内外的咨询了。”一直与研发团队一起思考面向社会化应用课题解决方案的国土交通省负责人表示：“SBIR阶段1和阶段2的联动促成了社会化应用。我相信，本次系统将为面临船员短缺、低碳化和脱碳化等课题的内航海运业界带来新的曙光，并能成为解决课题的一臂之力。”有了政府方面的推动，AdAM今后有望走向世界舞台。
气候变化对策的关键
携手并进钻研技术
作为应对气候变化的对策，船舶所使用的替代燃料被设想为生物燃料和合成燃料，但其价格高于既往使用的重油燃料。因此，节能所带来的经济效益更显著。此外，为削减温室气体排放量，预计将出现从卡车到货船的运输方式转换，因此船舶的节能将比以往任何时候都更加重要。为此，有必要对空气润滑系统进行优化。
川岛回顾长达30年的研究时表示：“研究与社会局势是相关的，（30年来）既有过顺风的时候，也有过逆风的时候。但重要的是坚持不懈。”他还提到，在SBIR的两个支援阶段中，特别是通过JST的阶段1，有机会结识与研究世界不同的人并进行讨论，从而开阔了视野，受到了鼓舞。他还表示：“今后，我将继续与NAKASHIMA PROPELLER协作，努力更新技术，希望能在世界各地的船只上实现空气润滑系统的搭载。”（TEXT：本桥惠一、PHOTO：岛本绘梨佳）
原文：JSTnews 2025年12月号
翻译：JST客观日本编辑部
