JP5653699B2 - 船舶の摩擦抵抗低減装置 - Google Patents

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Description

本発明は、空気吹き出しにより船体の摩擦抵抗を低減する船舶の摩擦抵抗低減装置および船舶の摩擦抵抗低減方法に関する。
航行時に船底面を気泡流で覆うことにより船体摩擦抵抗を低減する技術が知られている。
図1A、1Bを参照して、特許文献1の船体摩擦抵抗低減装置を説明する。船舶の船底部1の船首側に気体室2が設けられている。気体室2は船幅方向に形成されている。左右一対の気体保持板5が船底両舷部に沿って船首から船尾にかけて設けられている。気体室2から水中へ気体が吹き出され、船底面に沿い後方へ流れる気泡流が発生する。気体保持板5により気泡流の船体側方への逸脱が防止される。このようにして、船体の摩擦抵抗が軽減される。
特許文献1の船体摩擦抵抗低減装置では、水深が深いところに設けられた気体室2から水中へ気体を吹き出している。この船体摩擦抵抗低減装置では、高い水圧に抗して水中に空気を吹き出す必要があるために空気の吹き出しエネルギーが大きい。
特許文献2は、空気の吹き出しエネルギーを低減するための船体摩擦抵抗低減方法を開示している。図2を参照して、特許文献2の船体摩擦抵抗低減方法を説明する。この方法では、船体101の船首部102に空気吹き出し器110を流線104上、且つ喫水線よりもやや下側に配置し、気泡121を船底103に廻り込ませることにより、航行時の船体摩擦抵抗を低減させる。この船体摩擦抵抗低減方法では、空気吹き出し器110を水深の浅いところに設けることにより、空気吹き出し器110を水深の深い船底103に設ける場合に比べて空気の吹き出しエネルギーが低減される。
特開2008−114710号公報 特許第3185047号公報
本発明の目的は、空気吹き出しエネルギーが小さく且つ船底から船体側方への空気の逸脱が防止される船舶の摩擦抵抗低減装置及び船舶の摩擦抵抗低減方法を提供することである。
以下に、(発明を実施するための形態)で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、(特許請求の範囲)の記載と(発明を実施するための形態)との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、(特許請求の範囲)に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明による船舶の摩擦抵抗低減装置(20)は、船体(10)の船首船側(11a)から水中に空気を吹き出す空気吹き出し装置(30)と、前記船体の船底(13)から下方に突き出すように設けられた複数の気体保持構造(40(41〜45))とを具備する。前記複数の気体保持構造は、前記船底の左舷側縁部分(13a)に沿って設けられた第1気体保持構造(41)と、前記船底の右舷側縁部分(13b)に沿って設けられた第2気体保持構造(42)とを含む。
前記複数の気体保持構造は、それぞれ船長方向(X)に延びるように設けられる。前記複数の気体保持構造は、前記第1気体保持構造及び前記第2気体保持構造の間に配置された一つ又は複数の中間気体保持構造(43〜45)を含む。前記複数の気体保持構造のそれぞれの複数の船首側端部(41a〜45a)は、前記船体のセンターライン(CL)に近いほど船尾(12)よりに配置される。
上記船舶の摩擦抵抗低減装置(20)は、プロペラ(16)の船首(11)側に配置されるように前記船底に設けられたプロペラ流入防止構造(60)を更に具備する。前記プロペラ流入防止構造は、前記プロペラへの空気の流入を防止するように前記船底から下方に突き出している。
前記複数の気体保持構造の各々は、船長方向(X)に沿って配列された複数の気体保持板(50)を備える。前記複数の気体保持板は、船長方向(X)に隙間(55)が設けられるように配列される。
前記複数の気体保持板の各々は、R又は傾斜が形成された前方側エッジ(50a)と、R又は傾斜が形成された後方側エッジ(50b)とを備える。
前記複数の気体保持構造の各々は、船長方向(X)に沿って延びる気体保持板(40(41〜45))である。前記気体保持板は、R又は傾斜が形成された前方側エッジ(40a(41a〜45a))と、R又は傾斜が形成された後方側エッジ(40b(41b〜45b))とを備える。
前記空気吹き出し装置は、船外水中に空気を吹き出す複数の空気吹き出しチャンバー(35A、35B)と、前記複数の空気吹き出しチャンバーに個別に空気を供給可能な空気供給装置(31)とを備える。前記複数の空気吹き出しチャンバーは、前記船首船側の水深が異なる複数位置にそれぞれ配置される。
船底(13)に空気が回りこむように船首船側(11a)から水中に前記空気を吹き出すステップと、前記船底から下方に突き出すように設けられた複数の気体保持構造(40(41〜45)が前記空気の船幅方向(Y)の移動を制限するステップとを具備する。前記複数の気体保持構造は、前記船底の左舷側縁部分(13a)に沿って設けられた第1気体保持構造(41)と、前記船底の右舷側縁部分(13b)に沿って設けられた第2気体保持構造(42)とを含む。
本発明によれば、空気吹き出しエネルギーが小さく且つ船底から船体側方への空気の逸脱が防止される船舶の摩擦抵抗低減装置及び船舶の摩擦抵抗低減方法が提供される。
図1Aは、従来の船体摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の側面図である。 図1Bは、従来の船体摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の底面図である。 図2は、従来の摩擦抵抗低減型船舶の側面図である。 図3は、第1の実施形態に係る船舶の側面図である。 図4は、第1の実施形態に係る船舶の底面図である。 図5は、第1の実施形態に係る気体保持構造の効果を説明する模式図である。 図6は、第2の実施形態に係る気体保持構造を示す。 図7は、第2の実施形態の第1変形例に係る気体保持構造を示す。 図8は、第3の実施形態に係る船舶の底面図である。 図9は、第1の実施形態に係る気体保持構造のローリング時における効果を説明する模式図である。 図10は、第3の実施形態に係る気体保持構造のローリング時における効果を説明する模式図である。 図11は、第4の実施形態に船舶の底面図である。 図12は、第5の実施形態に係る気体保持構造を示す。 図13は、第6の実施形態に係る船舶の船首部分の側面図である。 図14は、第6の実施形態に係る空気吹き出し装置のブロック図である。
添付図面を参照して、本発明による船舶の摩擦抵抗低減装置及び船舶の摩擦抵抗低減方法を実施するための形態を以下に説明する。
(第1の実施形態)
図3を参照して、本発明の第1の実施形態に係る船舶を説明する。船舶は、船体10と、摩擦抵抗低減装置20を備える。船体10は、船首11と、船尾12と、船底13と、プロペラ16を備える。プロペラ16は船尾12に設けられている。船体10の船長方向及び水深方向が、それぞれ符号X及びZで示されている。
摩擦抵抗低減装置20は、空気吹き出し装置30と、船底13に設けられた複数の気体保持構造40とを備える。空気吹き出し装置30は、空気供給装置31と、空気吹き出しチャンバー35とを備える。空気吹き出しチャンバー35は、船首10の船側部分としての船首船側11aに配置されている。空気供給装置31は、空気吹き出しチャンバー35に空気を供給する。空気吹き出しチャンバー35は、船首船側11aから水中に空気を吹き出す。空気吹き出し装置30は、空気が船首11近傍の流線に沿って船底13に回り込むように吹き出す。複数の気体保持構造40は、船底13から下方に突き出すように設けられている。各気体保持構造40は、船首側端部40aから船尾側端部40bまで船長方向Xに延びる連続した単一の気体保持板として形成されている。
図4を参照して、船体10は、左舷14と、右舷15とを備える。船体10の船幅方向が符号Yで示されている。空気吹き出しチャンバー35は、両舷にそれぞれ設けられている。複数の気体保持構造40は、気体保持構造41及び42として設けられている。気体保持構造41は船底13の左舷側縁部分13aに沿って設けられ、気体保持構造42は船底13の右舷側縁部分13bに沿って設けられている。
図5を参照して、航行中に空気吹き出し装置30が空気吹き出しチャンバー35から水中に吹き出した空気によって形成された気泡70は、船底13を覆うように後方に向かって流れる気泡流を形成する。この気泡70によって船体10の摩擦抵抗が低減される。気体保持構造41及び42は、気泡70の船幅方向Yの移動を制限する。
本実施形態によれば、空気吹き出し装置30が水深の深い船底13ではなくて水深の浅い船首船側11aから空気を吹き出すため、空気吹き出しエネルギーが小さい。更に、船底両舷部に設けられた気体保持構造41及び42が空気の船幅方向Yの移動を制限するため、空気が浮力により船底13から船体10側方に逸脱することが防止される。
(第2の実施形態)
図6を参照して、本発明の第2の実施形態に係る気体保持構造40を説明する。気体保持構造40が船首側端部40aから船尾側端部40bまで船長方向Xに延びる連続した気体保持板であるため、船首側端部40a及び船尾側端部40bは、それぞれ気体保持板の前方側エッジ及び後方側エッジである。本実施形態に係るにおいて、前方側エッジ及び後方側エッジにRが形成されている。このRにより、応力集中領域80における応力集中が低減される。例えば、第1の実施形態に係る気体保持構造41及び42の各々は、本実施形態に係る気体保持構造40のように形成され得る。
(第2の実施形態の第1変形例)
図7を参照して、第2の実施形態の第1変形例に係る気体保持構造40を説明する。本変形例においては、前方側エッジ(船首側端部40a)及び後方側エッジ(船尾側端部40b)に傾斜が形成されている。すなわち、前方側エッジ及び後方側エッジが三角形に形成される。この傾斜により、応力集中領域80における応力集中が低減される。例えば、第1の実施形態に係る気体保持構造41及び42の各々は、本変形例に係る気体保持構造40のように形成され得る。尚、前方側エッジ及び後方側エッジの一方にRが形成され、前方側エッジ及び後方側エッジの他方に傾斜が形成されてもよい。
(第3の実施形態)
図8を参照して、本発明の第3の実施形態を説明する。以下の説明を除いて、第3の実施形態に係る船舶は第1の実施形態に係る船舶と同様である。本実施形態において、複数の気体保持構造40は、気体保持構造41〜45として設けられている。本実施形態に係る気体保持構造41及び42は、第1の実施形態に係る気体保持構造41及び42と同様である。気体保持構造43〜45は、気体保持構造41及び42の間に配置されている。気体保持構造43は、船体10のセンターラインCL上に設けられている。
気体保持構造41〜45のそれぞれの船首側端部41a〜45aは、センターラインCLに近いほど船尾12よりに配置されている。そのため、気体保持構造41と気体保持構造44の間、気体保持構造44と気体保持構造43の間、気体保持構造43と気体保持構造45の間、及び、気体保持構造45と気体保持構造42の間の全てに空気吹き出し装置30が吹き出した空気が流入する。例えば、船首側端部41a〜45aは、センターラインCL上に頂点が位置するV字ライン上に配置されている。
図9を参照して、本実施形態に係る気体保持構造41〜45の効果の理解を助けるため、第1の実施形態に係る気体保持構造41及び42のローリング時における気泡を保持する効果を説明する。気泡70は気体保持構造41と気体保持構造42の間で自由に移動できるため、ローリングにより右舷15が持ち上がると、浮力により気泡70が気体保持構造42の近傍の一箇所に集まる。このため、気泡70の分布にムラができ、摩擦抵抗低減効果が減少する。
図10を参照して、本実施形態に係る気体保持構造41〜45のローリング時における気泡を保持する効果を説明する。気体保持構造41と気体保持構造42の間に設けられた気体保持構造43〜45が気泡70の船幅方向Yの移動を制限するため、気泡70は気体保持構造41と気体保持構造42の間で自由に移動できない。このため、ローリングにより右舷15が持ち上がっても気泡70が一箇所に集まらない。したがって、気泡70の分布にムラができず、摩擦抵抗低減効果が減少しない。気体保持構造41〜45は、船幅方向Yに等間隔で配置されることが好ましい。
尚、気体保持構造41及び42の間に設けられる気体保持構造の数は、3に限定されず、1でも3以外の複数でもよい。また、本実施形態に係る気体保持構造41〜45の各々は、第2の実施形態に係る気体保持構造40又は第2の実施形態の第1変形例に係る気体保持構造40のように形成され得る。この場合、気体保持構造41〜45の船首側端部41a〜45aの各々は、R又は傾斜が形成された前方側エッジであり、気体保持構造41〜45の船尾側端部41b〜45bの各々は、R又は傾斜が形成された後方側エッジである。
(第4の実施形態)
図11を参照して、本発明の第4の実施形態を説明する。以下の説明を除いて、第4の実施形態に係る船舶は第3の実施形態に係る船舶と同様である。本実施形態に係る船舶においては、船底13にプロペラ流入防止構造60が設けられている。ここでは、気体保持構造44及び45が設けられない場合を説明するが、気体保持構造44及び45が設けられてもよい。プロペラ流入防止構造60は、プロペラ16の船首11側に配置されている。プロペラ流入防止構造60は、船底13から下方に突き出した流入防止板61と、船底13から下方に突き出した流入防止板62を備える。流入防止板61及び62は、船首11側から船尾12側に向かって間隔が広がるV字形状を形成する。プロペラ16がセンターラインCL上に位置しているため、流入防止板61の船首側端部61aと流入防止板62の船首側端部62aは、センターラインCL上で接合されてV字形状の頂点を形成する。V字形状の頂点は気体保持構造43の船尾側端部43bに接合している。
本実施形態によれば、プロペラ流入防止構造60によってプロペラ16に空気が流入することが防止される。したがって、流入空気によってプロペラ16の効率が低下することが防止され、流入空気がプロペラ16のキャビテーションを誘発して振動が増加することが防止される。
尚、流入防止板61及び62が形成するV字形状の頂点は気体保持構造43の船尾側端部43bに接合していなくてもよい。気体保持構造43は設けられなくてもよい。流入防止板61及び62は、船首11側から船尾12側に向かって間隔が広がるU字形状を形成してもよく、W字形状を形成してもよい。また、二軸船のようなプロペラがセンターラインからずれて配置される船舶にプロペラ防止構造60を適用してもよい。
(第5の実施形態)
図12を参照して、本発明の第5の実施形態に係る気体保持構造40を説明する。気体保持構造40は、船首側端部40aから船尾側端部40bまで船長方向Xに沿って配列された複数の気体保持板50を備える。複数の気体保持板50は、船長方向Xに隙間55が設けられるように配列されている。各気体保持板50は、前方側エッジ50a及び後方側エッジ50bを備える。上記気体保持構造41〜45の各々は、本実施形態に係る気体保持構造40のように形成され得る。
本実施形態によれば、複数の気体保持板50に船長方法Xの隙間55が設けられるため、サギングやホギングにより船体10に縦曲げが生じても、気体保持板50に割れが生じることが防止される。その結果、気体保持板50が船底13に溶接されている場合であっても、サギングやホギングにより船体10が割れてしまうことが防止される。
(第5の実施形態の第1変形例)
第5の実施形態の第1変形例に係る気体保持構造40は、以下の説明を除いて第5の実施形態に係る気体保持構造40と同様である。本実施形態に係る気体保持構造40において、気体保持板50の前方側エッジ50aにR又は傾斜が形成され、気体保持板50の後方側エッジ50bにR又は傾斜が形成される。したがって、応力集中が低減される。上記気体保持構造41〜45の各々は、本変形例に係る気体保持構造40のように形成され得る
(第6の実施形態)
図13を参照して、本発明の第6の実施形態に係る空気吹き出し装置30を説明する。以下の説明を除いて、第6の実施形態に係る空気吹き出し装置30は第1の実施形態に係る空気吹き出し装置30と同じである。本実施形態に係る空気吹き出し装置30は、船外水中に空気を吹き出す空気吹き出しチャンバー35A及び35Bを備える。空気吹き出しチャンバー35A及び35Bは、船首船側11aの水深が異なる複数位置にそれぞれ配置される。空気吹き出しチャンバー35Aは、空気吹き出しチャンバー35Bよりも水深の浅い位置に配置されている。例えば、満載喫水状態において空気吹き出しチャンバー35A及び35Bの両方が水没し、バラスト喫水状態において空気吹き出しチャンバー35Bだけが水没する。尚、空気吹き出しチャンバー35A及び35Bの船長方向Xの幅Lは、空気吹き出しチャンバー35A及び35Bの水深方向Zの幅Hより大きくてもよく、小さくてもよい。
図14を参照して、本実施形態に係る空気吹き出し装置30は、空気吹き出しチャンバー35A及び35Bに個別に空気を供給可能な空気供給装置31を備える。空気供給装置31は、コンプレッサ(又はブロワ、ファン)32と、空気供給管33A及び33Bと、バルブ34A及び34Bを備える。空気吹き出しチャンバー35A及び35Bは、それぞれ空気供給管33A及び33Bを介してコンプレッサ32に接続されている。空気供給管33A及び33Bにそれぞれバルブ34A及び34Bが設けられている。空気供給装置31は、空気吹き出しチャンバー35Aだけに空気を供給すること、空気吹き出しチャンバー35Bだけに空気を供給すること、及び、空気吹き出しチャンバー35A及び35Bの両方に空気を供給することができる。
本実施形態によれば、喫水状態に応じて空気の吹き出し位置を変えることが可能である。具体的には、バラスト喫水状態において、空気吹き出し装置30は、空気吹き出しチャンバー35Bだけから空気を吹き出す。満載喫水状態において、空気吹き出し装置30は、空気吹き出しチャンバー35Aだけから空気を吹き出す。水深の浅い空気吹き出しチャンバー35Aだけから空気を吹き出すことで、空気の吹き出しエネルギーを削減できる。尚、空気吹き出しチャンバー35Aから空気を吹き出す場合よりも空気吹き出しチャンバー35Bから空気を吹き出す場合の方が空気吹き出し装置30が吹き出す空気の流量に対する船底13に流入する空気の流量の割合が高い場合、満載喫水状態であっても空気吹き出し装置30は空気吹き出しチャンバー35Bだけから空気を吹き出してもよい。満載喫水状態において、空気吹き出し装置30は、空気吹き出しチャンバー35A及び35Bの両方から空気を吹き出してもよい。
上記各実施形態に係る摩擦抵抗低減装置20は、肥型船だけでなく痩せ型船にも効果的である。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々な変更を加えることが可能であり、上記実施形態どうしの任意の組合せが可能である。
1…船底部
2…気体室
5…気体保持板
101…船体
102…船首部
103…船底
104…流線
110…空気吹き出し器
121…気泡
10…船体
11…船首
11a…船首船側
12…船尾
13…船底
13a…左舷側縁部分
13b…右舷側縁部分
14…左舷
15…右舷
16…プロペラ
20…摩擦抵抗低減装置
30…空気吹き出し装置
31…空気供給装置
32…コンプレッサ(ブロワ、ファン)
33A、33B…空気供給管
34A、34B…バルブ
35、35A、35B…空気吹き出しチャンバー
40(41、42、43、44、45)…気体保持構造
40a(41a〜45a)…船首側端部
40b(41b〜45b)…船尾側端部
50…気体保持板
50a…前方側エッジ
50b…後方側エッジ
55…隙間
60…プロペラ流入防止構造
61、62…流入防止板
61a、62a…船首側端部
70…気泡
80…応力集中領域
X…船長方向
Y…船幅方向
Z…水深方向
L…船長方向幅
H…水深方向幅
CL…センターライン

Claims (7)

  1. 船体の船首船側から水中に空気を吹き出す空気吹き出し装置と、
    前記船体の船底から下方に突き出すように設けられた複数の気体保持構造と
    を具備し、
    前記複数の気体保持構造は、
    前記船底の左舷側縁部分に沿って設けられた第1気体保持構造と、
    前記船底の右舷側縁部分に沿って設けられた第2気体保持構造と
    を含み、
    前記複数の気体保持構造は、それぞれ船長方向に延びるように設けられ、
    前記複数の気体保持構造は、前記第1気体保持構造及び前記第2気体保持構造の間に配置された一つ又は複数の中間気体保持構造を含み、
    前記複数の気体保持構造のそれぞれの複数の船首側端部は、前記船体のセンターラインに近いほど船尾よりに、かつ、前記センターライン上に頂点が位置するV字ライン上に配置され、
    前記複数の気体保持構造のそれぞれの複数の船尾側端部は、前記センターラインに垂直な面上に配置された
    船舶の摩擦抵抗低減装置。
  2. プロペラの船首側に配置されるように前記船底に設けられたプロペラ流入防止構造を更に具備し、
    前記プロペラ流入防止構造は、前記プロペラへの空気の流入を防止するように前記船底から下方に突き出している
    請求項1に記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
  3. 前記複数の気体保持構造の各々は、船長方向に沿って配列された複数の気体保持板を備え、
    前記複数の気体保持板は、船長方向に隙間が設けられるように配列された
    請求項1又は2に記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
  4. 前記複数の気体保持板の各々は、
    R又は傾斜が形成された前方側エッジと、
    R又は傾斜が形成された後方側エッジと
    を備える
    請求項3に記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
  5. 前記複数の気体保持構造の各々は、船長方向に沿って延びる気体保持板であり、
    前記気体保持板は、
    R又は傾斜が形成された前方側エッジと、
    R又は傾斜が形成された後方側エッジと
    を備える
    請求項1又は2に記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
  6. 前記空気吹き出し装置は、
    船外水中に空気を吹き出す複数の空気吹き出しチャンバーと、
    前記複数の空気吹き出しチャンバーに個別に空気を供給可能な空気供給装置と
    を備え、
    前記複数の空気吹き出しチャンバーは、前記船首船側の水深が異なる複数位置にそれぞれ配置される
    請求項1乃至のいずれか一項に記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
  7. 船底に空気が回りこむように船首船側から水中に前記空気を吹き出すステップと、
    前記船底から下方に突き出すように設けられた複数の気体保持構造が前記空気の船幅方向の移動を制限するステップと
    を具備し、
    前記複数の気体保持構造は、
    前記船底の左舷側縁部分に沿って設けられた第1気体保持構造と、
    前記船底の右舷側縁部分に沿って設けられた第2気体保持構造と
    を含み、
    前記複数の気体保持構造は、それぞれ船長方向に延びるように設けられ、
    前記複数の気体保持構造は、前記第1気体保持構造及び前記第2気体保持構造の間に配置された一つ又は複数の中間気体保持構造を含み、
    前記複数の気体保持構造のそれぞれの複数の船首側端部は、前記船体のセンターラインに近いほど船尾よりに、かつ、前記センターライン上に頂点が位置するV字ライン上に配置され、
    前記複数の気体保持構造のそれぞれの複数の船尾側端部は、前記センターラインに垂直な面上に配置された
    船舶の摩擦抵抗低減方法。
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