JPH09267794A - 船舶の摩擦抵抗低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小さな吹き出し圧力で微小気泡を発生させて
浸水部表面を微小気泡で覆う。 【解決手段】 船体１の船首部における浸水部で船底３
や船尾へ流線４が向かう領域で且つ静圧の小さい位置
に、船首尾方向に延びる開口部５を設ける。開口部５
に、小径の空気吹き出し口６を所要ピッチで多数有する
多孔板７を取り付け、多孔板７の内側にシーチェスト８
を一体に取り付けて空気吹き出し器９を構成する。空気
吹き出し器９に空気送給管１４を介しブロワ１２を接続
する。空気吹き出し口６から加圧空気１６を吹き出さ
せ、発生させた微小気泡１７を流線４に乗せて各方向に
送り、ボイド率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は航行時に船体表面に
作用する摩擦抵抗を低減できるようにした摩擦抵抗低減
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】船舶の航行時には、流体としての海水の
粘性のために船体の周りに海水による境界層が形成され
るが、この境界層の中では、海水の流速は船体表面が零
で船体表面から離れるに従い急激に大きく変化する傾向
にあり、船体の表面に海水の摩擦抵抗が作用し船体抵抗
の大きな要素の一つとなっている。

【０００３】そのため、近年、上記船体の表面に作用す
る摩擦抵抗を減少させて推進性能を向上させるための研
究が進められており、その対策の一つとして、船体表面
から微小気泡（マイクロバブル）を噴出させ、船体の浸
水部（没水部）表面の境界層内に微小気泡を吹き込んで
船体の浸水部表面を微小気泡で覆うことにより船体表面
に作用する摩擦抵抗を低減することを狙ったマイクロバ
ブル推進法の研究が進められている。

【０００４】マイクロバブル推進法を具現化するための
一つの方法として、空気ポンプ等の空気供給装置で発生
させた加圧空気を船底から水中へ吹き出させて、船底に
微小気泡による所要のボイドを形成させるようにするこ
とが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、加圧空気を
船底から水中に吹き出させて微小気泡を発生させる技術
では、船底部の静圧が大きいことから、加圧空気吹き出
し時のエネルギー消費が大きく、摩擦抵抗低減によるエ
ネルギー節約よりも、微小気泡発生のためのエネルギー
消費の方が大きくなってしまうので、実用化を図る上で
難点がある。

【０００６】そこで、本発明は、小さな吹き出し圧力で
微小気泡を発生させて浸水部表面に所要のボイド率を生
じさせるようにすることにより船体摩擦抵抗を低減させ
ることができるような船舶の摩擦抵抗低減装置を提供
し、以て、マイクロバブル推進法の具現化に寄与するこ
とができるようにしようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、船首部の船側外板の浸水部で船底や船尾
の各方向へ流線が向かう領域で且つ静圧の小さい位置
に、船首尾方向に長い開口部を設け、該開口部に、小径
の空気吹き出し口を所要のピッチで多数穿設してなる多
孔板を取り付け、該多孔板の内側に空気吹き出し口を取
り囲むようにシーチェストを一体に設けて空気吹き出し
器を構成し、且つ該空気吹き出し器を、空気送給管を介
し加圧空気供給装置に接続した構成とする。

【０００８】加圧空気供給装置からの加圧空気を、空気
送給管を通し空気吹き出し器の空気吹き出し口から水中
へ吹き出させると、発生した微小気泡が流線に乗って船
底や船尾に至る各方向へ送られることから、船体の浸水
部表面を微小気泡で覆うことができて浸水部のボイド率
を向上させることができ、船体に作用する摩擦抵抗を低
減できるようになる。

【０００９】又、空気吹き出し器を上下方向に複数段設
け、各段の空気吹き出し器に空気送給管を接続した構成
とすると、使用する空気吹き出し器を選定することによ
り、吃水の変化に対応できることになる。

【００１０】更に、空気吹き出し器を上下方向の各段で
グループ化し、該各グループ化した空気吹き出し器に、
上段側の空気吹き出し器用と下段側の空気吹き出し器用
に分岐させた空気送給管をそれぞれ接続し、且つ該空気
送給管の分岐部に切換弁を設けた構成とすることによ
り、切換弁の切り換え操作によって、使用する段の空気
吹き出し器のグループを一括して選定することができる
ようになる。

【００１１】一方、開口部を船首尾方向に複数設け、該
各開口部に空気吹き出し器を取り付けた構成とすると、
船速の変化に応じて、各空気吹き出し器毎に加圧空気の
吹き出し量を調整できるようになる。

【００１２】又、空気吹き出し器を船首尾方向の前部側
と後部側でグループ化し、該各グループ化した空気吹き
出し器に、一端を加圧空気供給装置に接続して中間部を
分岐させた空気送給管の他端を接続し、且つ該空気送給
管の分岐部に切換弁を設けた構成とすることにより、切
換弁の切り換え操作によって、前部側又は後部側の空気
吹き出し器をグループ毎に一括して選択使用できるよう
になる。

【００１３】更に、船側外板に開口部を設け且つ該開口
部に多孔板を取り付けて空気吹き出し器を構成すること
に代えて、上記開口部に相当する位置の船側外板に空気
吹き出し口を直接穿設して空気吹き出し器を構成させる
ようにすることにより、船体の構造強度的に有利とな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１５】図１（イ）（ロ）は本発明の実施の一形態
を示すもので、船体１の船首部２の浸水部で船底３や船
尾の各方向へ流線４が向かうようになっている流線領域
で且つ静圧の小さい位置（吃水線Ｄ．Ｌよりもやや下側
位置）の左右の（図では右側のみを示す）船体外板１ａ
に、船首尾方向に長い開口部５を設けて、該開口部５
に、多数の空気吹き出し口（細孔）６を所要のピッチで
穿設した多孔板７を取り付け、且つ該多孔板７の内側
に、空気吹き出し口６を取り囲むようにシーチェスト８
を設けて空気吹き出し器９を構成する。

【００１６】一方、船体１の船首部２の甲板上に基台１
０を設置し、該基台１０上に、電動機１１によって駆動
される１台のブロワ１２を加圧空気供給装置として設置
して図示しない空気取入口に接続し、該ブロワ１２に一
端を接続した流量調整弁１３付きの空気送給管１４の他
端側を分配ヘッダー１５を介し複数（図では片側３本）
に分岐して、各分岐空気送給管１４ａの先端を上記空気
吹き出し器９の長手方向所要間隔位置に接続し、空気吹
き出し器９の空気吹き出し口６より加圧空気１６を吹き
出させて発生させた所要径の微小気泡１７を上記各方向
へ向かう流線４に乗せて流せるようにする。なお、ブロ
ワ１２、分配ヘッダー１５等は左右側で別個に設置して
もよい。

【００１７】本発明者等は、船体形状が与えられると、
船体周りにおいて流線に沿って流れる微小気泡の乱流拡
散を考慮した運動と任意位置でのボイド率分布を求める
計算式を確立した。乱流拡散の影響は、等方性乱流の仮
定の基で乱数を用いて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（上向き）方
向の流速を変動させ、微小気泡の軌跡に乱れを与えるこ
とにより考慮した。すなわち、微小気泡のランダムな運
動をモンテカルロ法により直接的にシミュレートした。
微小気泡の運動が計算されると、ボイド率は、ある時刻
における検査領域内（セル内）に存在する微小気泡の体
積を検査領域（セル）の体積で除することにより求める
ことができる。

【００１８】したがって、このようにして求めたボイド
率の分布を基に、摩擦抵抗低減に効果のある高いボイド
率が生じるような船首部２での流線４の軌跡を求めて、
上記の空気吹き出し器９の取り付け位置を決定した。

【００１９】巡航速度での航行時に、ブロワ１２を電動
機１１で駆動して、加圧空気１６を空気送給管１４、分
配ヘッダー１５、空気送給管１４ａを通し空気吹き出し
器９内に導き、空気吹き出し口６を通して水中へ吹き出
させるようにすると、発生した微小気泡１７が流線４に
乗って流れることになるため、前端側から発生させられ
た微小気泡１７は船底３に入るような流線に沿って流
れ、後端側に近いほど微小気泡１７は船側に沿って流れ
るようになり、船尾側では船体表面を微小気泡１７で覆
うことができて船体１の浸水部表面に微小気泡１７によ
るボイドが形成されることになり、このボイドの存在に
より船体１の摩擦抵抗を低減することができる。

【００２０】上記において、微小気泡１７は、加圧空気
１６が空気吹き出し器９の多孔板７に有する空気吹き出
し口６を通過する際のオリフィス作用によって発生する
もので、空気吹き出し口６と該空気吹き出し口６に接す
る水との相対移動により容易且つ確実に気泡化される。
しかも、空気吹き出し器９は静圧の最も小さい位置に設
定してあることから、微小気泡１７を発生させる際の動
力は小さくて済む利点がある。なお、上記空気吹き出し
口６の直径は、船体１の設計時において、巡航速度での
航行時に最適直径の微小気泡１７が発生させられるよう
に選定するものであるが、船体１の航行速度の変更に伴
って微小気泡１７の直径を変える必要が生じた際には、
流量調整弁１３の開度調整により加圧空気１６の供給流
量を調整することによって対応することができる。

【００２１】次に、図２は本発明の他の実施の形態を示
すもので、図１に示したと同様な構成において、空気吹
き出し器９の下部位置に空気吹き出し器９をもう１個所
増設して、上下２個所とし、使用する空気吹き出し器９
の位置を上下で選択できるようにしたものである。な
お、各空気送給管１４ａ毎に流量調整弁１３が設けてあ
る。

【００２２】図２に示すように構成した場合、たとえ
ば、空荷時等のように吃水線Ｄ．Ｌが二点鎖線で示すよ
うに下がったようなときに、上部の空気吹き出し器９に
接続されている空気送給管１４ａ途中の流量調整弁１３
を閉じ、下部の空気吹き出し器９に接続されている空気
送給管１４ａ途中の流量調整弁１３を開いて、下部の空
気吹き出し器９の位置から微小気泡１７を発生させるこ
とができて、船底３や船側に良好なボイド率のボイドを
形成保持させることができる。なお、上記空気吹き出し
器９は上下方向に３個所以上設定してもよい。

【００２３】次いで、図３は本発明の更に他の実施の形
態を示すもので、図１では船首尾方向に一連の長い開口
部５を設けて、これに１つの空気吹き出し器９を取り付
けるようにした場合を示したが、これに代えて、開口部
５を船首尾方向に複数設けて、各開口部５に空気吹き出
し器９ａを独立して配設するようにした構成とし、且つ
該各空気吹き出し器９ａ毎に、分配ヘッダー１５から導
いた空気送給管１４ａをそれぞれ接続し、各空気送給管
１４ａに流量調整弁１３をそれぞれ設けたものである。

【００２４】上述した如く、流量調整弁１３の開度調整
により加圧空気１６の供給流量を調整して微小気泡１７
の直径を変えることによって、ある程度の船速の変化に
対応することができるが、図３に示すようにすると、各
空気吹き出し器９ａ毎に加圧空気１６の供給流量を変え
ることができるので、微妙な船速の変化にも対応するこ
とができる。又、船殻構造の関係で開口部５を連続して
形成できない場合に有利であり、船首尾方向に長い範囲
にわたって空気吹き出し器９ａを設置することができ
る。

【００２５】次に、図４は本発明の更に他の実施の形態
を示すもので、図２に示した実施の形態と図３に示した
実施の形態とを組み合わせたものである。すなわち、船
首尾方向に並ぶ複数個の空気吹き出し器９ａを、上下方
向に多段式に設けたものである。

【００２６】図４に示すように構成すると、吃水線Ｄ．
Ｌの変化や船速の変化に対し、加圧空気１６を吹き出さ
せる空気吹き出し器９ａを使い分けるようにすることに
よって、最適位置の空気吹き出し器９ａから最適直径の
微小気泡１７を発生させることができる。この場合、各
空気吹き出し器９ａ毎の流量調整弁１３を開閉操作する
が、船速に応じて自動的に開閉制御できるようにしてお
くと更に便利である。

【００２７】図５は本発明の別の実施の形態を示すもの
で、図２に示したと同様に、空気吹き出し器９が上下２
段に設けてある構成において、上段の各空気吹き出し器
９と下段の各空気吹き出し器９をそれぞれグループ化
し、且つブロワ１２に一端を接続した流量調整弁１３付
きの空気送給管１４の中間部を上段用と下段用に分岐し
て、各分岐空気送給管１４ａ，１４ｂの先端を上段と下
段の空気吹き出し器９に各々接続し、更に、上記空気送
給管１４の分岐部に、たとえば、電磁式の切換弁１８を
設けたものである。

【００２８】図５に示すようにした場合、たとえば、切
換弁１８を図示の如くポートａ側に切り換え操作する
と、ブロワ１２からの加圧空気は空気送給管１４、切換
弁１８、空気送給管１４ａを通って上段の空気吹き出し
器９に送られることになり、一方、切換弁１８をポート
ｂに切り換え操作すると、ブロワ１２からの加圧空気は
空気送給管１４、切換弁１８、空気送給管１４ｂを通っ
て下段の空気吹き出し器９に送られることになる。した
がって、切換弁１８の切り換え操作によって、使用する
段の空気吹き出し器９のグループを一括して選定するこ
とができる。なお、空気吹き出し器９を上下方向に３段
以上設置した場合についても同様に実施することができ
る。

【００２９】図６は本発明の更に別の実施の形態を示す
もので、図３に示したと同様な構成において、船首尾方
向に並ぶ空気吹き出し器９ａを、前部側と後部側とにグ
ループ分けし、グループ分けした前部側の空気吹き出し
器９ａと後部側の空気吹き出し器９ａとを、図５に示し
たものと同様に、切換弁１８の切り換え操作によって使
い分けられるようにしたものである。

【００３０】図６に示すようにすると、切換弁１８の切
り換え操作によって、前部側又は後部側の各空気吹き出
し器９ａを、グループ毎に一括して選択使用することが
できる。なお、本実施の形態では、空気吹き出し器９ａ
を、前部側２個所と後部側２個所となるように完全に区
切った場合を示しているが、たとえば、前部側３個所と
後部側３個所の如く、一部の空気吹き出し器９ａが前部
側と後部側で重なるようにグループ化してもよい。

【００３１】又、図７は本発明の更に他の実施の形態を
示すもので、船側外板１ａに開口部５を設けて該開口部
５に多孔板７を取り付け、且つ該多孔板７にシーチェス
ト８を一体化させることにより空気吹き出し器９又は９
ａを構成することに代えて、開口部５を形成する位置の
船側外板１ａに空気吹き出し口６を直接穿設してシーチ
ェスト８を一体化させることにより空気吹き出し器９又
は９ａを構成するようにしたものである。

【００３２】図７に示すように構成すると、船側外板１
ａに大きな開口部５を設ける必要がないので、船体１の
構造強度的に有利となる。

【００３３】なお、図１及び図２の実施の形態におい
て、一連の長い開口部５に取り付けた空気吹き出し器９
の内部に仕切りを設けて長手方向に分割構造としてもよ
いこと、又、図５や図６に示した切換弁１８によるグル
ープ毎の一括選択使用型式は、図４に示した実施の形態
においても同様に採用できること、その他本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは
勿論である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の船舶の摩擦抵
抗低減装置によれば、次の如き種々の優れた効果を発揮
する。 (1) 船首部の船側外板の浸水部で船底や船尾の各方向へ
流線が向かう領域で且つ静圧の小さい位置に、船首尾方
向に長い開口部を設け、該開口部に、小径の空気吹き出
し口を所要のピッチで多数穿設してなる多孔板を取り付
け、該多孔板の内側に空気吹き出し口を取り囲むように
シーチェストを一体に設けて空気吹き出し器を構成し、
且つ該空気吹き出し器を、空気送給管を介し加圧空気供
給装置に接続した構成としてあるので、加圧空気の吹き
出し口を船底に設ける場合に比して小さな動力で微小気
泡を発生させることができると共に、発生させた微小気
泡を流線に乗せて前端側では船底に向うようにすると共
に後端側では船側に沿う方向へ送ることができ、これに
より、船体の浸水部表面を微小気泡で覆って良好なボイ
ドを形成することができて、船体に作用する摩擦抵抗を
低減することができ、船舶の推進性能を飛躍的に向上さ
せることができ、又、空気吹き出し器は船体外板と面一
にできるので、航行時の抵抗となることがない。 (2) 空気吹き出し器を上下方向に複数段設け、各段の空
気吹き出し器に空気送給管を接続した構成とすることに
より、吃水の変化に対応して使用する空気吹き出し器を
選択することができる。 (3) 空気吹き出し器を上下方向の各段でグループ化し、
該各グループ化した空気吹き出し器に、上段側の空気吹
き出し器用と下段側の空気吹き出し器用に分岐させた空
気送給管をそれぞれ接続し、且つ該空気送給管の分岐部
に切換弁を設けた構成とすることにより、切換弁の切り
換え操作によって、各段の空気吹き出し器のグループを
一括して選択使用することができ、吃水の変化への対応
を迅速に行うことができる。 (4) 開口部を船首尾方向に複数設けて、空気吹き出し器
を船首尾方向に複数個設置するようにした構成とするこ
とにより、各空気吹き出し器毎に空気の吹き出し流量を
調整することができるようになるので、船速の変化に対
しても対処することができると共に、船殻構造の骨材と
の関係で一連の長い開口部を形成できないときに簡単に
設置することができる。 (5) 空気吹き出し器を船首尾方向の前部側と後部側でグ
ループ化し、該各グループ化した空気吹き出し器に、一
端を加圧空気供給装置に接続して中間部を分岐させた空
気送給管の他端を接続し、且つ該空気送給管の分岐部に
切換弁を設けた構成とすることにより、切換弁の切り換
え操作によって、前部側又は後部側の空気吹き出し器を
グループ毎に一括して選択使用することができ、船速の
変化に迅速に対応することができる。 (6) 船側外板に開口部を設け且つ該開口部に多孔板を取
り付けて空気吹き出し器を構成することに代えて、上記
開口部に相当する位置の船側外板に空気吹き出し口を直
接穿設して空気吹き出し器を構成させるようにすると、
船体の構造強度的に有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の船舶の摩擦抵抗低減装置の実施の一形
態を示すもので、（イ）は船首部の一部切断側面図、
（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線拡大矢視図である。

【図２】本発明の他の実施の形態を示す船首部の概略側
面図である。

【図３】本発明の更に他の実施の形態を示す船首部の概
略側面図である。

【図４】本発明の更に他の実施の形態を示す船首部の概
略側面図である。

【図５】本発明の別の実施の形態を示す船首部の概略切
断正面図である。

【図６】本発明の更に別の実施の形態を示す船首部の概
略切断平面図である。

【図７】本発明の更に他の実施の形態を示す空気吹き出
し器の拡大切断平面図である。

【符号の説明】

１ 船体 １ａ 船側外板 ２ 船首部 ３ 船底 ４ 流線 ５ 開口部 ６ 空気吹き出し口 ７ 多孔板 ８ シーチェスト ９，９ａ 空気吹き出し器 １２ ブロワ（加圧空気供給装置） １３ 流量調整弁 １４，１４ａ，１４ｂ 空気送給管 １８ 切換弁

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船首部の船側外板の浸水部で船底や船尾
   の各方向へ流線が向かう領域で且つ静圧の小さい位置
   に、船首尾方向に長い開口部を設け、該開口部に、小径
   の空気吹き出し口を所要のピッチで多数穿設してなる多
   孔板を取り付け、該多孔板の内側に空気吹き出し口を取
   り囲むようにシーチェストを一体に設けて空気吹き出し
   器を構成し、且つ該空気吹き出し器を、空気送給管を介
   し加圧空気供給装置に接続した構成を有することを特徴
   とする船舶の摩擦抵抗低減装置。
2. 【請求項２】 空気吹き出し器を上下方向に複数段設
   け、各段の空気吹き出し器に空気送給管を接続した請求
   項１記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
3. 【請求項３】 空気吹き出し器を上下方向の各段でグル
   ープ化し、該各グループ化した空気吹き出し器に、上段
   側の空気吹き出し器用と下段側の空気吹き出し器用に分
   岐させた空気送給管をそれぞれ接続し、且つ該空気送給
   管の分岐部に切換弁を設けた請求項２記載の船舶の摩擦
   抵抗低減装置。
4. 【請求項４】 開口部を船首尾方向に複数設け、該各開
   口部に空気吹き出し器を取り付けた請求項１、２又は３
   記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
5. 【請求項５】 空気吹き出し器を船首尾方向の前部側と
   後部側でグループ化し、該各グループ化した空気吹き出
   し器に、一端を加圧空気供給装置に接続して中間部を分
   岐させた空気送給管の他端を接続し、且つ該空気送給管
   の分岐部に切換弁を設けた請求項４記載の船舶の摩擦抵
   抗低減装置。
6. 【請求項６】 船側外板に開口部を設け且つ該開口部に
   多孔板を取り付けて空気吹き出し器を構成することに代
   えて、上記開口部に相当する位置の船側外板に空気吹き
   出し口を直接穿設して空気吹き出し器を構成するように
   した請求項１、２、３、４又は５記載の船舶の摩擦抵抗
   低減装置。