JPH09272490A - 船舶の摩擦抵抗低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 船首部の吃水が大きく変化する船舶の推進性
能を向上させる。 【解決手段】 船首部２に船首尾方向に延びる空気吹き
出し器１０ａを設け、船底に舷方向に延びる空気吹き出
し器１０ｂを設ける。空気吹き出し器１０ａと１０ｂ
を、それぞれ開閉弁１６ａと１６ｂを備えた空気送給管
１４ａと１４ｂを介してブロワ１３に接続する。空気吹
き出し器１０ａを設ける位置は、吃水が深いときの船側
外板３ａの浸水部で流線５が船底や船尾へ向かう領域で
且つ静圧の小さい位置とする。空気吹き出し器１０ｂを
設ける位置は、吃水が浅いときの船底外板４の没水部で
船首に近い位置とする。空気吹き出し器１０ａと１０ｂ
を、船体１の姿勢に応じて使い分け、船体表面を微小気
泡１８で覆う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は運転状況によって船
首部の吃水が大きく変化する船舶で用いる摩擦抵抗低減
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】本発明者等は、上記マイクロバブル推進法
を具現化すべく、船体形状が決まれば、どの位置に空気
吹き出し口を設ければ、微小気泡がどのように流れて船
体の浸水面を最も有効に所要のボイド率を有する微小気
泡で覆うことができるかを解析できる計算式を確立し
た。

【０００５】ところで、モーターボートやヨット、一部
の漁船等の滑走艇と称する比較的小型の船舶では、高速
推進時に、船首部の吃水が浅くなるような状態、すなわ
ち、船首部が浮上する如き滑走状態となって推進抵抗を
小さくすることができるが、通常推進時でも高速推進時
でも更なる推進性能の向上が求められている。又、満載
時と空載時とで吃水が大きく変化するような、すなわ
ち、搭載重量の大小により吃水が深くなったり浅くなっ
たりするようなタンカーの如き大型の船舶においては、
吃水が深浅いずれの状態に変化しても推進性能を向上さ
せることができるような要望が出されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これまで
は、上記の如き吃水が大きく変化するような船舶につい
て、吃水が深いときと浅いときの両方の推進性能を飛躍
的に向上させることができるような対策はとられていな
いのが実情である。

【０００７】そこで、本発明は、上記確立した計算式を
基に、通常推進時と高速推進時とで船首部の吃水が大き
く変化する比較的小型の船舶や、満載時、空載時の如き
搭載重量の大小により吃水が大きく変化するタンカーの
如き大型の船舶に適用して、推進性能を飛躍的に向上さ
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
しようとするものである。

【０００８】

【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、通常推進時と高速推進時とで船首部の吃
水が大きく変化する船舶における通常推進時の船首部船
側外板の浸水部で且つ船底や船尾の方向へ流線が向かう
領域でしかも静圧の小さい位置に、表面に多数の空気吹
き出し口を有する空気吹き出し器を設けると共に、高速
推進時に浸水位置する船底外板の船首側に近い位置に、
表面に多数の空気吹き出し口を有する空気吹き出し器を
舷方向に延びるように設け、且つ該各空気吹き出し器
に、加圧空気供給源に一端を接続した空気送給管の他端
をそれぞれ接続し、該各空気送給管に開閉弁をそれぞれ
備えた構成とする。

【０００９】滑走艇の如き船舶に適用することにより、
通常推進時は、船首部の空気吹き出し器用の開閉弁を開
くようにする。これにより、船首部の空気吹き出し器の
部分から発生した微小気泡が流線に乗って送られるた
め、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。一方、高速推進時
には、船底の空気吹き出し器用の開閉弁を開くことによ
り、船底の空気吹き出し器の部分から発生した微小気泡
が船底に沿って船尾方向へ送られることになる。

【００１０】タンカーの如き船舶に適用する場合には、
満載時の船首部船側外板の浸水部で且つ船底や船尾の方
向へ流線が向かう領域でしかも静圧の小さい位置と、空
載時の船首部船側外板の浸水部で且つ船底や船尾の方向
へ流線が向かう領域でしかも静圧の小さい位置に、表面
に多数の空気吹き出し口を有する空気吹き出し器をそれ
ぞれ設け、且つ該各空気吹き出し器に、加圧空気供給源
に一端を接続した空気送給管の他端をそれぞれ接続し、
該各空気送給管に開閉弁をそれぞれ備えた構成とするこ
とによって、満載時には上段の空気吹き出し器の部分か
ら、又、空載時には下段の空気吹き出し器の部分から微
小空気を発生させるようにすることにより、吃水が大き
く変化しても船体の浸水部表面が微小気泡で覆われるこ
とになる。

【００１１】又、船首部に設ける空気吹き出し器を船首
尾方向に延びる細長い形状とした構成とすると、微小気
泡が船底や船尾の各方向へ効率よく送られることにな
る。

【００１２】更に、空気吹き出し器を、多数の空気吹き
出し口を穿設した多孔板と該多孔板の内側に設けたシー
チェストとからなる構成とし、船体の外板に設けた開口
部に嵌合させて設置するようにした構成とすると、空気
吹き出し器は船体の外板と面一になるので、推進時に抵
抗となるようなことがなくなる。

【００１３】更に又、空気吹き出し器を、船体の外板に
多数の空気吹き出し口を穿設し且つその内側にシーチェ
ストを設けて形成するようにした構成とすると、船体の
構造強度的に有利となる。

【００１４】一方、加圧空気供給源として空気ボンベを
用いるようにすると、動力装置が不要となり、ランニン
グコストを安くすることができる。

【００１５】

【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。

【００１６】図１（イ）（ロ）（ハ）（ニ）は本発明の
実施の一形態を示すもので、通常推進時と滑走状態とな
る高速推進時とで船首部の吃水が大きく変化し、高速推
進時に船体１の船首部２が大きく浮上する如き姿勢で滑
走する小型の船舶への適用例を示す。通常推進時におけ
る船首部２の船側外板３の浸水部で且つ船底や船尾の方
向へ流線５が向かうようになっている領域でしかも静圧
の小さい位置（吃水線Ｄ．Ｌよりもやや下側位置）に、
船首尾方向に長い開口部６を設け、たとえば直径２mmと
した多数の空気吹き出し口（細孔）７を５mmピッチで穿
設した多孔板８と空気吹き出し口７を取り囲むように該
多孔板８の内側に一体に設けたシーチェスト９とからな
る長さの長いボックス形状の空気吹き出し器１０ａを、
多孔板８の表面が船側外板３と面一になるように上記開
口部６に嵌め込んで水密状態に取り付ける。

【００１７】又、滑走状態となる高速推進時に船首部２
が浮上しても浸水部となる位置の船底外板４で且つ船首
側に近い位置に、舷方向に延びる開口部１１を設けて、
図１（ハ）（ニ）に示す如く、該開口部１１に、上記船
首部２の空気吹き出し器１０ａと同様に、多数の空気吹
き出し口７を穿設した多孔板８とシーチェスト９とから
なる空気吹き出し器１０ｂを嵌め込んで水密状態に取り
付ける。

【００１８】一方、船体１の船首部２に、電動機１２に
よって駆動されるブロワ１３を加圧空気供給源として設
置し、該ブロワ１３に一端を接続した空気送給管１４の
他端側を分配ヘッダー１５に接続し、該分配ヘッダー１
５に接続させた空気送給管１４ａと１４ｂを、上記各空
気吹き出し器１０ａと１０ｂのシーチェスト９に接続
し、且つ上記各空気送給管１４ａと１４ｂに開閉弁１６
ａと１６ｂを各々備え、通常推進時には、空気吹き出し
器１０ａの空気吹き出し口７から加圧空気１７を吹き出
させて発生させた所要径の微小気泡１８を各方向へ向か
う流線５に乗せて流せるようにし、高速推進時には、空
気吹き出し器１０ｂの空気吹き出し口７から加圧空気１
７を吹き出させて発生させた所要径の微小気泡１８を船
底に沿う流線に乗せて船尾方向へ流せるようにする。

【００１９】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。

【００２０】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
率が得られるような通常推進時の船首部２での流線の軌
跡と高速推進時の船底での流線の軌跡を求めて、上記空
気吹き出し器１０ａ，１０ｂの取り付け位置及び範囲を
決定した。

【００２１】通常推進時には、船首部２の空気吹き出し
器１０ａのみを使用するため、開閉弁１６ａのみを開い
た状態とし、次いで、ブロワ１３を電動機１２で駆動し
て、加圧空気１７を空気送給管１４、分配ヘッダー１
５、空気送給管１４ａを通し空気吹き出し器１０ａ内に
導き、該空気吹き出し器１０ａ表面の多数の空気吹き出
し口７を通して水中へ吹き出させて微小気泡１８を発生
させるようにする。発生した微小気泡１８は流線５に乗
って流れることになり、空気吹き出し器１０ａの前端側
から発生させられた微小気泡１８は船底に入るような流
線に沿って流れ、空気吹き出し器１０ａの後端側で発生
させられた微小気泡１８は船側に沿って流れるようにな
り、船体表面を微小気泡１８で覆うことができて船体１
の浸水部表面に微小気泡１８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の摩擦抵抗を
低減することができる。

【００２２】一方、滑走状態となる高速推進時には、船
体１は、図２に示す如く、船首部２が水面から浮上する
如き傾斜姿勢となるので、船首部２の空気吹き出し器１
０ａからは水中へ加圧空気１７を吹き出せなくなってし
まう。したがって、このような場合は、上記船首部２の
空気吹き出し器１０ａを使用しないようにするため開閉
弁１６ａを閉じて、船底の空気吹き出し器１０ｂを使用
するため、開閉弁１６ｂを開くようにする。これによ
り、加圧空気１７は空気吹き出し器１０ｂ内に導かれ、
多数の空気吹き出し口７から吹き出されて微小気泡１８
が発生させられる。発生した微小気泡１８は船底に沿う
流線に乗って船尾方向へ送られることになると共に、一
部の微小気泡１８が船尾部の船側に沿って浮上させられ
ることになる。このため、船体１の浸水部表面を微小気
泡１８で覆うことができて摩擦抵抗を低減することがで
きる。

【００２３】上記において、微小気泡１８は、加圧空気
１７が空気吹き出し口７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７と該空気吹
き出し口７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、吹き出し口７は通常推進時と
高速推進時でそれぞれ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１８を発生させる際の動力は小
さくて済む利点がある。なお、上記空気吹き出し器１０
ａは船側外板３に設けた開口部６に、又、上記空気吹き
出し器１０ｂは船底外板４に設けた開口部１１にそれぞ
れ嵌め込むようにして取り付けてあって、外板と面一に
できるため、推進抵抗を受けるようなことはない。

【００２４】次に、図３（イ）（ロ）は本発明の他の実
施の形態を示すもので、船側外板３、船底外板４に開口
部６，１１を設けて、これら開口部６，１１に多孔板８
を取り付け、且つ該多孔板８にシーチェスト９を一体化
させることにより空気吹き出し器１０ａ，１０ｂを構成
することに代えて、開口部６を形成する位置の船側外板
３、開口部１１を形成する位置の船底外板４にそれぞれ
空気吹き出し口７を直接穿設してシーチェスト９を一体
化させることにより空気吹き出し器１０ａ，１０ｂを構
成するようにしたものである。

【００２５】図３（イ）（ロ）に示すように構成する
と、船側外板３、船底外板４に大きな開口部６，１１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。

【００２６】次いで、図４は本発明の更に他の実施の形
態を示すもので、上記実施の形態における電動機１２に
よって駆動されるブロワ１３に代えて、加圧空気供給源
として、空気送給管１４の端部に、着脱具１９を介して
着脱できるようにした空気ボンベ２０を用いるようにし
たものである。

【００２７】加圧空気供給源として空気ボンベ２０を用
いるようにすると、加圧空気１７を吹き出させるための
動力装置が不要となることから、装置全体の費用及びラ
ンニングコストを安くすることができる、という利点が
ある。

【００２８】図５（イ）（ロ）は満載時と空載時とで船
体１の船首部２の吃水が大きく変化するタンカーの如き
大型の船舶への適用例を示すもので、船首部２の船側外
板３における満載時の浸水部で且つ船底や船尾の方向へ
流線が向かう領域でしかも静圧の小さい位置と、空載時
の浸水部で且つ船底や船尾の方向へ流線が向かう領域で
しかも静圧の小さい位置とに、それぞれ図１（ロ）又は
図３（イ）に示したと同様な構成としてある空気吹き出
し器１０ａをそれぞれ設け、吃水の変化に応じて使用す
る空気吹き出し器１０ａを上下段で選択できるようにし
たものである。なお、図５において図１と対応する部分
には同一符号が付してある。

【００２９】図５（イ）（ロ）に示すようにした場合、
船首部２の吃水が深くなる満載時には、上段の空気吹き
出し器１０ａの部分から微小気泡を発生させるように
し、船首部２の吃水が浅くなる空載時には、下段の空気
吹き出し器１０ａの部分から微小気泡を発生させるよう
にすることにより、常時、船体１の浸水部表面を微小気
泡で覆うことができて摩擦抵抗を低減することができ
る。

【００３０】なお、上記実施の形態では、一連の長い空
気吹き出し器１０ａ，１０ｂを用いるようにした場合を
示したが、船首部２に設ける空気吹き出し器１０ａは長
さの短かいボックス形状のものとしてもよく、又、空気
吹き出し器１０ａを長手方向に分割構造としてもよいこ
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。

【００３１】

【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、次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 通常推進時と高速推進時とで船首部の吃水が大きく
変化する船舶における通常推進時の船首部船側外板の浸
水部で且つ船底や船尾の方向へ流線が向かう領域でしか
も静圧の小さい位置に、表面に多数の空気吹き出し口を
有する空気吹き出し器を設けると共に、高速推進時に浸
水位置する船底外板の船首側に近い位置に、表面に多数
の空気吹き出し口を有する空気吹き出し器を舷方向に延
びるように設け、且つ該各空気吹き出し器に、加圧空気
供給源に一端を接続した空気送給管の他端をそれぞれ接
続し、該各空気送給管に開閉弁をそれぞれ備えた構成と
してあるので、滑走艇の如き船舶に適用することによ
り、通常推進時と高速推進時とで変化する吃水の状況に
対応して、通常推進時は船首部の空気吹き出し器から、
又、高速推進時は船底の空気吹き出し器からそれぞれ加
圧空気を吹き出させ、発生させた微小気泡を流線に乗せ
て送るようにすることができ、これにより、船首部が没
水状態から大きく浮上するように船体の姿勢が変化して
も船体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、通常推進時であっても高速推進時であっても推
進性能を飛躍的に向上させることができる。 (2) 満載時と空載時とで吃水が大きく変化するタンカー
の如き船舶に適用する場合は、満載時の船首部船側外板
の浸水部で且つ船底や船尾の方向へ流線が向かう領域で
しかも静圧の小さい位置と、空載時の船首部船側外板の
浸水部で且つ船底や船尾の方向へ流線が向かう領域でし
かも静圧の小さい位置に、表面に多数の空気吹き出し口
を有する空気吹き出し器をそれぞれ設け、且つ該各空気
吹き出し器に、加圧空気供給源に一端を接続した空気送
給管の他端をそれぞれ接続し、該各空気送給管に開閉弁
をそれぞれ備えた構成とすることにより、満載時は船首
部の上段の空気吹き出し器の位置から、又、空載時は船
首部の下段の空気吹き出し器の位置から微小気泡を発生
させて流線に乗せて送ることができ、これにより、船首
部の吃水が大きく変化しても船体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、満載時であっても空
載時であっても推進性能を飛躍的に向上させることがで
きる。 (3) 船首部に設ける空気吹き出し器を船首尾方向に延び
る細長い形状とした構成とすることにより、微小気泡を
流線に乗せて船底や船尾の各方向へ効率よく送ることが
できる。 (4) 空気吹き出し器を、多数の空気吹き出し口を穿設し
た多孔板と該多孔板の内側に設けたシーチェストとから
なる構成とし、船体の外板に設けた開口部に嵌合させて
設置するようにした構成とすることにより、空気吹き出
し器を船体の外板と面一にすることができるので、推進
抵抗となることがない。 (5) 空気吹き出し器を、船体の外板に多数の空気吹き出
し口を穿設し且つその内側にシーチェストを設けて形成
するようにした構成とすることによって、船体の構造強
度的に有利となる。 (6) 加圧空気供給源として空気ボンベを用いるようにす
ると、動力装置が不要となり、ランニングコストを安価
にすることができる。

【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）は一部切断側面図、（ロ）は
（イ）のＡ−Ａ拡大矢視図、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ矢
視図、（ニ）は（ハ）のＣ−Ｃ拡大矢視図である。

【図２】高速推進時の船体の側面図である。

【図３】本発明の他の実施の形態を示すもので、（イ）
は船側の空気吹き出し器の拡大断面図、（ロ）は船底の
空気吹き出し器の拡大断面図である。

【図４】本発明の更に他の実施の形態を示す船首部の概
略図である。

【図５】他の船舶への適用例を示すもので、（イ）は満
載時の船体の姿勢を示す側面図、（ロ）は空載時の船体
の姿勢を示す側面図である。

【符号の説明】

１ 船体 ２ 船首部 ３ 船側外板 ４ 船底外板 ５ 流線 １０ａ，１０ｂ 空気吹き出し器 １３ ブロワ（加圧空気供給源） １４，１４ａ，１４ｂ 空気送給管 １６ａ，１６ｂ 開閉弁 ２０ 空気ボンベ（加圧空気供給源）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通常推進時と高速推進時とで船首部の吃
   水が大きく変化する船舶における通常推進時の船首部船
   側外板の浸水部で且つ船底や船尾の方向へ流線が向かう
   領域でしかも静圧の小さい位置に、表面に多数の空気吹
   き出し口を有する空気吹き出し器を設けると共に、高速
   推進時に浸水位置する船底外板の船首側に近い位置に、
   表面に多数の空気吹き出し口を有する空気吹き出し器を
   舷方向に延びるように設け、且つ該各空気吹き出し器
   に、加圧空気供給源に一端を接続した空気送給管の他端
   をそれぞれ接続し、該各空気送給管に開閉弁をそれぞれ
   備え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】 満載時と空載時とで吃水が大きく変化す
   る船舶における満載時の船首部船側外板の浸水部で且つ
   船底や船尾の方向へ流線が向かう領域でしかも静圧の小
   さい位置と、空載時の船首部船側外板の浸水部で且つ船
   底や船尾の方向へ流線が向かう領域でしかも静圧の小さ
   い位置に、表面に多数の空気吹き出し口を有する空気吹
   き出し器をそれぞれ設け、且つ該各空気吹き出し器に、
   加圧空気供給源に一端を接続した空気送給管の他端をそ
   れぞれ接続し、該各空気送給管に開閉弁をそれぞれ備え
   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。
3. 【請求項３】 船首部に設ける空気吹き出し器を船首尾
   方向に延びる細長い形状とした請求項１又は２記載の船
   舶の摩擦抵抗低減装置。
4. 【請求項４】 空気吹き出し器を、多数の空気吹き出し
   口を穿設した多孔板と該多孔板の内側に設けたシーチェ
   ストとからなる構成とし、船体の外板に設けた開口部に
   嵌合させて設置するようにした請求項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、船体の外板に多数の
   空気吹き出し口を穿設し且つその内側にシーチェストを
   設けて形成するようにした請求項１、２又は３記載の船
   舶の摩擦抵抗低減装置。
6. 【請求項６】 加圧空気供給源として空気ボンベを用い
   るようにした請求項１、３、４又は５記載の船舶の摩擦
   抵抗低減装置。