JPH0224288A - 慣性乗積を利用した浮体の動揺軽減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は船舶、海洋構造物等の浮体において波浪中の
動揺、特に横揺れを慣性乗積を利用して軽減する方法に
関するものである。

〔従来技術とこの発明が解決しようとする課題〕船の動
揺は、第８図に示すように、重心Ｇを遠く慣性主軸に沿
ってｘ、ｙ、ｚ軸（右手系）をとった場合、各軸まわり
に関しては横揺れφ縦揺れθ、船首揺れψがあり、この
うち横揺れが最も減衰抵抗が小さく、かつ同調の可能性
が大きいので、大きなものとなっている。

船体の動揺の軽減方法としては、従来から最も簡単な構
造のビルジキールを初めとして、ジャイロモーメントを
利用するジャイロスタビライザー、船外に突出させたフ
ィンによる抵抗モーメントを利用するフィンスタビライ
ザー、水槽内の水の運動を利用する減揺水槽などがある
。

これらの軽減方法には、次表に示すように一長一短があ
り、これらのうちでコスト、動揺減少効果などの面から
減揺水槽が有利とされている。

この減揺水槽は、第９図に示すように、左右両舷のウィ
ングタンク１０．１１とこれを連結するダクト部分など
から構成され、水槽内の水の運動によって減揺しようと
するものである。

この図において第９図（Ｂ）のＡｃｔｉｖａｔｅｄタン
ク以外は運動を制御していないＰａ５ｓｉｖｅ型である
。

しかしながら、このような減揺水槽でも表１の全ての点
を満足しておらず、全ての点で優れた動揺軽減法が望ま
れている。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、
その目的は、比較的簡単な構成で安価に浮体の動揺の軽
減が行えるなどの全ての点で優れた動揺軽減法を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る動揺軽減方法は、第１図に示すように、浮
体の右弦前方、左舷前方、右舷後方。

左舷後方にバラストタンク２を設け、第２図に示すよう
に、浮体に対する波の方向に応じて、各バラストタンク
２．〜２４の重量を変化させて浮体重心Ｇに対する重量
分布を左右前後非対称あるいは左右前後対称とさせ、例
えば横揺れと縦揺れに関する慣性乗積　ＩＮ、を正、負
あるいはＯにするようにしたものである。

また、バランスタンク２の代わりに、第６図に示すよう
に重量物３を配設して、これを移動させるようにしても
よい。

〔作　用〕

第５図に示すように、慣性乗積！。が正の場合、波の方
向が右舷前方、左舷後方の時に、波浪達成横揺れモーメ
ントが減少する傾向にあるため、第２図（Ａ）に示すよ
うに、バラストタンク２ｔ、２ｍの重量を増大させれば
、慣性乗積ｔｘｙが正となり、横揺れが軽減される。

慣性乗積ＩＸｙが負の場合には、波の方向が左・舷前方
、右舷後方の時に波浪達成横揺れモーメントが減少する
傾向にあるため、第２図（Ｂ）に示すように、バラスト
タンク２．．２．の重量を増大させ、慣性乗積Ｉ　ＸＦ
を負とする。

波の方向が正面前方、正面後方の場合、慣性乗積■。が
正でも負でも波浪達成横揺れモーメントが増加する傾向
にあるので、バラストタンク２１〜２４の重量を等しく
、慣性乗積１　ｘｙを０とする。

重量物３の場合も、重量物３を移動させることにより同
様に行なう。

なお、慣性乗積Ｉ　ｘｙの性質上、バラストタンク、重
量物を重心から遠く位置させる程、小さい重量で効率良
く、横揺れの軽減を図れる。

〔実　施　例〕

以下、この発明を図示する一実施例に基づいて説明する
。

第１図に示すように、船体１の右舷前方、左舷前方、右
舷後方、左舷後方にバラストタンク２を設け、例えばバ
ラストタンク２１と２□。

２ユと２４をダクト等で連通させ、ポンプによりタンク
内の水を移動できるようにし、後に詳述するように、波
の方向に応じて慣性乗積Ｉｘｙを正、負あるいはＯにす
る。

一般に、船舶の形状は船体中心面に対して左右対称で、
重量分布もほぼ左右対称である。従って、船体中心面に
関連する慣性乗積１ｘ、、　　１■はほぼ０であり、こ
れらが船体運動に及ぼす影響はほとんどない。また、前
後方向には完全に対称ではないため慣性乗積１１１には
０ではないが、その値は非常に小さくやはり船体運動へ
の影響は少ない、このことから船体運動の推定計算は慣
性乗積が０であることを前提に行われている。

本発明では、船体の慣性乗積が０でない場合、即ち重量
分布が前後左右非対称な場合、慣性乗積の影響により船
体運動が変化することを応用しており、船体運動の軽減
方法を横揺れと縦揺れを例にとって説明する。

ｉ）座標系 座標系は第３図に示すようにＺ軸を上向きにとった右手
系とする。波は、Ｘ軸の負の方向に進むものとする。横
揺れφはＸ軸回りの回転。

縦揺れθはｙ軸回りの回転運動となる。また、横揺れと
縦揺れに関する慣性乗積はＩ＋＋ｙ（＝Ｉｙｘ）で表さ
れる。

ｉｉ　）横揺れと縦揺れの達成運動 Ｉ　ｘｙ≠０の場合には、横揺れと縦揺れが互いに影響
を及ぼし合う、即ち達成連動となる。

横揺れと縦揺れの２自由度のみの達成運動方程式は次式
である。

（Ｉｘｘ＋ａ４４）φ＋ｂ４４φ＋Ｃ４４φ−ｔｘｙθ
＝　Ｍ　ｍａ４４Ｉ　　ａｓｓ ｂ４４＊　　１）ｓ５ Ｃ４４嘗　　Ｃ５５ Ｉ　Ｘｌｌ　　Ｉ　ＶＶ Ｍ＊　　、　　Ｍｒ φ、　θ 付加慣性モーメント 減衰モーメント係数 復原モーメント係数 慣性モーメント 波浪強制モーメント（外力） 横揺れ角及び縦揺れ角 （１１式の達成項を右辺に移項して、これを外力と考え
ると次式になる。

（１ｘｘ＋ａａａ＞　”６＋ｂａａφ＋Ｃ４４φ＝Ｍ、
＋１８、θ （Ｉｙｙ＋ａｓｓ）　　θ＋ｂｓｓθ＋ｃｓｓθ−ＭＰ
＋１１φ ここで、（２）式の右辺を便宜的に波浪達成横揺れモー
メント、波浪達成縦揺れモーメントと呼ぶことにする。

波浪強制モーメントと横揺れ及び縦揺れを次式で表す。

Ｍ、＝ｍｌ−Ｒｅ（ｅ””Ｅａ）） Ｍ、”ｍｒ　、Ｒｅ（ｅ””÷ｔｐ＞　）φ＝φ。・Ｒ
ｅ（ｅ目ωｔ″Ｅφ）） θ　＝　θ　。　、　Ｒｅ（ｅ　　五　（ｃａｓｈ　　
Ｅ　・））ω　：波の円振動数（＝２π／Ｔ、　Ｔ：波
周期）ｍ８：波浪強制横揺れモーメントの振幅ｍＰ：波
浪強制縦揺れモーメントの振幅φ。、θ。：横揺れ及び
縦揺れの振幅 Ｅｌｌ　ＥＰ、　Ｅｅ、Ｅｅ　：波との位相差なお、Ｒ
ｅは実部をとることを意味する。

（３）式よりＪとｄは、 で表わされ、（３）式、（４）式を用いて（２）式の右
辺である波浪達成横揺れモーメントを書き換えると、 Ｍ＊”ｌｘｙ＃ ＝Ｒｅ　（ｅ　！　Ｌωｔ◆”’　（ｍ１１−１．、ｅ
ｔｚ”θ。ｅ！り　）　！５） ただし、 Ｅ＝Ｅｅ　　ＥＲ（６） （Ｅ：　′１Ｉｉ１揺れと波浪横揺れモーメントの位相
差）（５）式より、慣性乗積■。が正の場合、波浪達成
横揺れモーメントは、縦揺れと波浪横揺れモーメントと
が同相（Ｅ＝０）の時、最小となり、逆相の時、最大と
なることがわかる（第４図参照）。慣性乗積Ｉ　ＸＶが
負の場合には、逆に同相で最大、逆相で最小とな′る。

一方、縦揺れと波浪横揺れモーメントの位相差は、主に
波の入射角（波の方向）によってその傾向が大きく異な
る。傾向的には、左舷向い液中でπに近く、左舷追い液
中でＯに近い。右舷からの波の場合、この関係は逆転し
、向い液中でＯに近く、追い液中でπに近い（第５図参
照）。

なお、縦揺れと横揺れが連成する場合、横揺れが縦揺れ
に及ぼす影響も当然現れる。しかし、一般の船舶の場合
、縦揺れ慣性モーメントは横揺れ慣性モーメントの１０
〜２０倍あり、慣性乗積による縦揺れ方向のモーメント
（（２１式の右辺の１ｙＸ７）に比較して非常に大きい
。また、縦揺れモーメントは横揺れモーメントに比較し
て非常に大きい。従って、横揺れとの達成による縦揺れ
の変化は極僅かである。

ｉｉｉ　）慣性乗積と横揺れの関係 前述のように波浪達成横揺れモーメントは、波の入射角
と慣性乗積の正負に関係して増減する。次表に、第３図
の座標系によって定義される慣性乗積と波の入射角の関
係を整理して示す。

表２　波浪速成横揺れモーメントの増減さらに、第５図
に波浪達成横揺れモーメントが減少する波方向と慣性乗
積の組合せを示す。

海上を航行する船舶に対しては、種々の方向から入射す
る可能性があるが、ある方向の波が卓越している場合が
多い、従って、この卓越した波方向に対して波浪達成横
揺れモーメントが減少するように慣性乗積を調節すれば
横揺れが軽減される。

ｊｖ）慣性乗積の調節（横揺れ軽減法）以上のことから
、横揺れを軽減するためには、波方向に応じて、波浪達
成横揺れモーメントが減少するように慣性乗積を正、負
または０に変化させれば良い。このためには、船体の重
心Ｇを中心に前後左右に複数の重量を分布し、各重量を
変化させるか、移動させれば良い。

第５図のように、重心Ｇを中心に船体を４つの部分に分
けた場合、Ｉｘｙ＞０とするためには■、■の部分に、
１．、＜０とするためには！、■の部分に他より重い重
量を分布させる。この場合、各部分に分布する重量によ
る重心回りのモーメントがキャンセルするように配置す
れば、静的な釣り合いは左右対称に重量が分布している
場合と変わらない。また、１ｏ−０とする場合にはＩ〜
■に等しく重量を分布させる。

以上を整理して波方向ごとに横揺れが軽減表 第１図に示す水バラストを利用する方法では、第２図に
示すように波方向が右舷前方、左舷後方であれば、バラ
ストタンク２！、２４にポンプ等で水を移動させて重量
を増大させ、横揺れを軽減させる。波方向が左舷前方、
右舷後方であれば、バラストタンク２３．２３に水を移
動させる。波方向が正面前方、正面後方であればバラス
トタンク２１〜２４の水量を等しくさせる。

なお、これに限らず、第６図に示すように、重量物３を
左右前後に配置して、各重量物３１〜３４を波方向に合
わせて移動させる方法でも横揺れを軽減させることがで
きる。

ここで、横揺れの減少量は縦揺れの大きさと慣性乗積の
大きさに比例する。後者言い替えれば分布させる重量の
大きさとその位置の重心からの距離（厳密にはＸ方向と
ｙ方向の距離の積）に比例して横揺れの軽減量が増加す
る。従って、重量を重心から離れた舷側付近に分布させ
れば、小さい重量で効率良く横揺れの軽減ができる。

第７図に横揺れ同調周波数付近の横揺れ応答と慣性乗積
の関係を模式的に示す、この図はストリップ法（Ｎ　Ｓ
　Ｍ）による計算結果であるが、最大７０％程度の横揺
れ軽減が予想される。

本発明によれば、浮体の排水重量の一部を重心位置を中
心に前後左右に変化させるので、新造、既造を問わず、
複雑な機構も使用せずに比較的安価に船体に適用できる
。さらに、表１に示すように全ての点で優れた動揺軽減
方法を提供できる。

また、定点保持、海岸近く、岸壁近くなどの波方向があ
る程度一定している場合は、慣性乗積の変化、即ち重量
の移動の必要がなく特に有用である。さらに、通常の船
舶の場合は横揺れが大幅に減少するため、波浪中抵抗増
加のうち横揺れに基づく部分の減少も期待できる。

なお、以上は、横揺れと縦揺れの達成運動を例にとり、
慣性乗積の調節による横揺れ軽減法を船舶について示し
たが、これに限らず種々の浮体にも適用できる。また、
慣性乗積にはこの他にも Ｉ　ｙｇ　：縦揺れと船首揺れの連成に関係１２１１：
横揺れと船首揺れの達成に関係があり、これらを適当に
調節することによって浮体の動揺を軽減できることはい
うまでもない。

（発明の効果） 前述のとおり、この発明に係る動揺軽減方法は、波の方
向に応じてバラストタンクの重量を変化させ、あるいは
重量物を移動させ、慣性乗積を正、負あるいは０にする
ようにしたため、比較的簡単な構成により複雑な制御機
構を用いることなく安価に、効率良く浮体の動揺を軽減
できる。

また、船内に占める容積が小、横方向の連続した容積が
不要、価格、保守費が低いなど全ての面で優れた動揺軽
減方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するための船体を示す概略図、
第２図（Ａ）　、（Ｂ）　、（Ｃ）は本発明の実施状態
を示す概略図、第３図は座標系を示すグラフ、第４図は
縦揺れと波浪横揺れモーメントとの位相差による波浪達
成横揺れモーメントの変化を示すグラフ、第５図は横揺
れが減少する波方向と慣性乗積の関係を示すグラフ、第
６図は本発明の他の実施例を示す概略図、第７図は慣性
乗積と横揺れ応答を示すグラフ、第８図は船体の動揺を
示す斜視図、第９図は従来のｗｔａｔ水槽を示す概略図
である。 １・・・船体、 物。 ２・・・バラストタンク、 ３・・・重量 ンＮ ￥１箕４−４（ご４−グｖｒノリ Ｘ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）浮体の右舷前方、左舷前方、右舷後方、左舷後方
   にバラストタンクを設け、浮体に対する波の方向に応じ
   て、各バラストタンクの重量を変化させて浮体重心に対
   する重量分布を左右前後非対称あるいは左右前後対称と
   させ、慣性乗積を正、負あるいは０にすることを特徴と
   する慣性乗積を利用した浮体の動揺軽減方法。
2. （２）浮体の右舷前方、左舷前方、右舷後方、左舷後方
   に重量物を設け、浮体に対する波の方向に応じて、各重
   量物の位置を移動させて浮体重心に対する重量分布を左
   右前後非対称あるいは左右前後対称とさせ、慣性乗積を
   正、負あるいは０にすることを特徴とする慣性乗積を利
   用した浮体の動揺軽減方法。