JPH10119876A - 船体没水部表面への空気供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 没水表面に薄い空気膜を安定して形成する
装置を提供する。 【解決手段】 船体１の没水部表面２に空気膜を形成保
持しながら航走する船舶であって、船体１の外板５内に
配置され、かつ横方向に延在する空気供給ヘッダ６と、
外板５に後方に開口し、かつ空気供給ヘッダー６に連通
するスリット７とよりなる空気供給ノズル４と、前記空
気供給ヘッダー６に空気ａを供給する空気供給装置３と
よりなる船体没水部表面への空気供給装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は船体の没水部表面へ
空気を供給する装置、より詳しくは船体の没水部表面に
空気膜を薄く形成保持しながら航走する船舶において、
その航走時に空気膜を形成して保持するために、空気を
供給するようにした船体没水部表面への空気供給装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、船舶において流体摩擦抵抗を低減
させ運航効率を向上させる一手段として、船舶外板没水
部表面（特には船底表面）に空気膜を形成することが提
案されている。しかながらこの空気膜を形成する手段に
よると、船舶外体没水部に大量の空気を供給して空気膜
を形成するようにしており、従って、船舶が航走すると
空気膜を形成していた空気が流出するため、新たな空気
を供給する必要があり、この空気供給のため莫大なエネ
ルギーを必要とし、そのためにこのような手段は実用化
されていない。

【０００３】この従来技術の持つ本質的な問題点を解決
するために、本発明者は鋭意検討の結果、船体の没水部
表面を撥水性材料で表面処理することにより、この船体
没水部表面に形成した空気膜の保持性能が大巾に改善さ
れ、実用上極めて有効であることを見い出し、これを基
礎とした発明を、先に特開平７−１７４７６号として提
案した。

【０００４】即ち、この没水表面は、水中に浸漬すると
その表面に薄い空気膜を形成し、その空気を核として外
部から供給された空気を取り込む性質がある。そのた
め、この表面に沿う水流がある場合、表面に少量の空気
を供給するだけで空気は水から受ける剪断力によって表
面に付着した膜状の流れを容易に形成して流水と没水表
面との直接接触を防止して大幅な摩擦抵抗低減を達成す
ることができる。そしてこの没水表面に形成された空気
膜は船体が航走すると、水と接触する一部の空気が後方
に流出するため、この空気膜形成表面の前方から少量の
空気を供給するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで前記した船体
没水部表面への空気の供給方法においては、空気膜形成
表面の前方に所定間隔を置いて複数の空気供給ノズルを
横方向に配置し、船体内に配置された圧縮機等の空気供
給装置から、この空気供給ノズルに空気を供給するもの
であるため次の問題がある。

【０００６】即ち、空気供給ノズルから空気膜形成表面
に供給された空気は、没水表面に沿う水流が遅い場合に
は、この表面内に素早く拡散して均一厚さの空気膜を形
成して下流側に流れる。しかし、水流の速度を増加させ
ると次第に空気は表面内に拡散する速度よりも下流に流
される速度の方が大きくなり、その結果として空気流れ
が筋状になって空気膜の厚さが不均一になるという問題
がある。そのため船体が高速で航走する場合は、十分な
摩擦抵抗の低減効果が得られないという問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記したような
従来の問題点を解決するためになされたものであって、
船体の没水部表面に空気膜を形成保持しながら航走する
船舶であって、前記船体の外板内に配置され、かつ横方
向に延在する空気供給ヘッダと、前記外板に後方に開口
し、かつ前記空気供給ヘッダーに連通するスリットとよ
りなる空気供給ノズルと、前記空気供給ヘッダーに空気
を供給する空気供給装置とよりなる船体没水部表面への
空気供給装置を提供せんとするものである。

【０００８】そして好ましくは、空気供給ヘッダーは横
方向に２以上に分割され、この分割さた各空気供給ヘッ
ダーには空気供給装置から供給される空気量が制御され
るように構成される。更にスリットは間隔が０．５〜５
mmの範囲で後方への空気吹き出し角が５〜３０°、好ま
しくは５〜１５°内になるよう形成されるとともに没水
部表面であって、かつ空気膜形成表面の直前部に配置さ
れる。

【０００９】更に又、このスリットは、空気吹出口部に
フェアリングを形成するか、もしくは後方への傾斜部と
空気膜形成外板表面に平行する平行部を設けて構成さ
れ、後者の場合、スリットを形成する外板表面を後方へ
傾斜する傾斜部を設けるように構成される。スリット
は、更に又必要に応じて前後方向に所定の間隔を置いて
２個以上配置される。

【００１０】このような船体没水部表面への空気供給装
置によれば、空気供給装置から空気供給ヘッダー内に供
給された空気は、この空気供給ヘッダーに底板の表面ま
で連通するよう設けられたスリットから、没水部表面、
具体的には空気膜形成表面の直前部に導かれる。そして
このスリットから噴出された空気は、空気膜形成表面に
薄い空気膜を形成しながら下流に流れるが、このときス
リットは横方向に延在して配置されているため、例え船
舶の速度が大きくなったとしても空気膜厚が不均一にな
ることもない。したがって高速船であっても、十分な摩
擦抵抗低減効果が得られるのである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る船体没水部への空気供給装置の実施例を説明する。図
１は船舶の概略側面図、図２はその平面図である。これ
らの図において船体１の外表面には没水表面２が形成さ
れ、その内部には空気圧縮機等の空気供給装置３が配置
されている。４は空気供給ノズルで、この空気供給ノズ
ル４は船体１を形成する外板（底板）５上に配置された
空気供給ヘッダー６と前記底板５を貫通して開口したス
リット７とで構成されている。

【００１２】そして空気供給ヘッダー６とスリット７と
は、船体１の横方向に延在して配置されるとともに、空
気供給装置３と管路８で連結され、この空気供給装置３
から所定量の空気ａがこの管路８を経てこの空気供給ヘ
ッダー６内に供給され、そしてスリット７より水中にフ
イルム状に噴出して外板５の表面の空気膜形成部上に薄
い空気層を形成するようになっている。

【００１３】この空気供給ヘッダー６は、図３に示した
ように仕切壁９によって中央部より左右に分割するか、
又は箱状の単位空気供給ヘッダーを複数個、横方向に並
べて分割された空気供給ヘッダー６ａ，６ｂを構成する
こともできる。このような場合、各分割された空気供給
ヘッダー６ａ，６ｂに夫々管路８と分岐管１０ａ，１０
ｂとにより空気ａが供給されるよう構成される。そして
好ましくは制御弁１１ａ，１１ｂにより各空気供給ヘッ
ダー６ａ，６ｂに供給される空気ａ量を制御するよう構
成される。

【００１４】そしてこの空気供給ヘッダー６に供給され
た空気ａは、ここから空気供給ヘッダー６の下面に開口
されたスリット７を経て底板５の表面に形成された空気
膜形成表面１２へ供給される。このスリット７は船体１
の横方向に、かつ空気供給ヘッダー６の長さ方向に延在
するように直線状に、そして後方に空気吹き出し角θを
有するように形成される。具体的には図４の断面図に示
されるように、船尾側に向けて斜めに形成されたスリッ
ト７より噴出した空気ａが、底板５の表面に形成した空
気膜形成表面１２の部分における水流ｂに沿うように設
定するのがよく、そのためには後方への空気吹き出し角
θは５〜３０°の範囲、好ましくは５〜１５°の範囲か
ら選択される。

【００１５】そしてスリット７の間隔ｔは、船速と空気
吹き出し速度との速度比、更にスリット７の全長にわた
って空気ａが安定して吹き出せる速度などを考慮して決
定する必要があるが、通常は０．５〜５mmの範囲から選
択される。ところでかゝるスリット７を設けた場合、本
発明者は次の知見を得ている。 １）供給空気量が一定の場合、スリット間隔を変えても
流水の慣性力の作用により空気膜形成表面に流入すると
きの空気流速はほとんど変化しない。 ２）空気膜形成表面に流入するときの空気流速は、供給
空気量にほぼ比例して変化する。

【００１６】このような現象から、供給した空気ａを空
気膜形成表面１２により多く取り込ませるためには、水
流ｂの主流速度と空気膜形成表面１２に流入するときの
空気流速の「速度差」を極力小さくして、両者の相互干
渉による攪乱を抑制するとともに、空気膜形成表面１２
が空気を取り込みやすいように、空気流速を下げるのが
よい。

【００１７】このようなことから図５に示される空気供
給ノズル４とするのが好ましい。即ち、主となる第１の
スリット７（主スリット）と、この第１のリット７と所
定の間隔Ｌをもって上流上に配置された補助の第２のス
リット７ａ（補助スリット）とが二段に設けられてい
る。この場合、第１のスリット７と第２のスリット７ａ
からの空気の吹き出し速度を下げることによって、水流
ｂの速度と空気流速の速度差による相互干渉を最小限に
抑え、空気膜形成表面１２の空気の取込みを容易にする
ことができる。

【００１８】そして第１のスリット７と第２のスリット
７ａとの間隔Ｌは、供給空気量の少ない空気膜形成表面
１２ａの面積を小さくするために、１００mm以下とする
のがよい。勿論、本実施例における第２のスリット７ａ
の空気吹出部にはフェアリングを設けることもできる。
なお、第２のスリット７ａの下流側にも空気膜形成表面
１２ａを形成して空気膜の乱れがなるべく少ないように
している。

【００１９】図６はスリット７の空気吹出部にフェアリ
ング１３を設けた他の実施例の断面図であって、スリッ
ト７は後方への空気吹き出し角θを有するとともに、空
気膜形成表面１２から高さｈを有するフェアリング１３
が設けられ、このフェアリング１３の外表面は平行部１
３ａと緩やかな傾斜角αを有する傾斜部１３ｂとで形成
されており、この場合の高さｈは５mm以下、傾斜角αは
１０°以下の範囲から選ばれる。

【００２０】図７は更に他の実施例の断面図を示すもの
であって、スリット７は傾斜角θ′を有する傾斜部７ａ
と、空気膜形成表面１２に平行となる平行部７ｂとより
構成され、空気吹出部には楔１４が設けられている。こ
の楔１４を形成する外板表面１５は後方への傾斜角βを
有するように構成されるとともに、その先端部に高さ
ｈ′の段差が形成される。

【００２１】この場合、水流ｂは、楔１４を通過する
際、船体１から離れる方向に流れを変えられるので、ス
リット７ｂから空気ａを吹き出すと、流水ｂと船体１と
の間に比較的厚い空気膜を形成して空気膜形成表面１２
は確実に空気を取り込むようになる。なお、この楔１４
の形状、寸法は特に規定されないが、抵抗要因とならな
いよう配慮する必要があり、そのため高さｈ′は１５mm
以下、傾斜角βは５〜１０°の範囲とするのが好まし
い。

【００２２】以上の各実施例におけるスリット７の内部
にも空気膜形成表面１２と同様に撥水性材料を用いた表
面処理を施すのが好ましい。即ち、かゝる表面処理を施
したスリット７とすることにより下記の作用を行わせる
ことができる。 スリット７に供給された空気ａは、底板５から離れ
た流水中に吹き出すことなく空気膜形成表面１２上に、
既に形成されている空気膜に取込まれるように供給され
るため、供給された空気ａの離脱が最小限に抑えられ、
効率的に空気膜を形成することができる。 空気膜形成表面１２は優れた防汚性を備えているた
め長期間にわたってスリット７の目詰りを防止できる。 前述のように表面処理により空気は既に形成されて
いる空気膜に連続的に取り込まれるように供給されるた
め、空気が安定して吹き出す限界流量を下げる効果があ
り、空気流量が減少してもスリット７の全長にわたって
安定した空気吹出しが可能になる。

【００２３】なお、空気がスリットから流水中に吹き出
される場合、空気は水との海面を有する気泡となり、空
気の流れは断続的で周囲の水流を大きく霍乱することに
なる。 （試験例）以下本発明者による試験の一例を説明する。

【００２４】本試験では、高さ６０cm、幅６０cmの矩形
断面、平行部の長さが３ｍの試験部を有する密閉型回流
水槽を用いた。図８及び図９に試験平板１６の概略を示
す。試験平板１６は全長２．１４ｍ、幅０．４５ｍ、厚
さ２５mmで、試験部中央に天井１７から翼型ステー１８
で前後が固定されている。そしてこの試験平板１６の前
・後縁１６ａ，１６ｂは楔型に先端を縮小しており、下
面側には前縁から１７０mmの位置に全長１．８５ｍ、幅
０．４ｍ、厚さ５mmの空気膜形成表面１９を有するアル
ミ製の平板と、その直前に各種の供試用の空気供給ノズ
ル２０が装着されている。そして供給空気は翼型ステー
１８の内部を通り供試ノズルに導かれるようになってい
る。

【００２５】供試の空気供給ノズル２０として、本発明
による空気供給ノズルおよび比較用として従来型の円形
断面ノズルを用意した。それらノズルの仕様は次のとお
りである。 ａ）従来型ノズル（円形断面ノズル） ノズル外径：２mm、ノズル内径：１．２mm、ノズルピッ
チ：１０mm ｂ）本発明によるノズル１（図４に示すノズル） 空気吹き出し角θ：１０°、スリット間隔ｔ：０．５mm ｃ）本発明によるノズル２（図５に示すノズル） 空気吹き出し角θ：１０°、スリット間隔：０．５mm、 ノズル間隔Ｌ：２５mm ｄ）本発明によるノズル３（図６に示すノズル） 空気吹き出し角θ：１０°、スリット間隔：０．５mm フェアリング傾斜部角度α：４．６°、フェアリング高
さｈ：１．５mm ｅ）本発明によるノズル４（図７に示すノズル） スリット間隔：０．５mm、楔傾斜角度β：８．０°、楔
高さｈ：４mm なお、いずれのノズルもその内面側に空気膜形成表面処
理は施していない。

【００２６】観察試験は以下のようにして行った。即
ち、試験部の流速を１〜８ｍ／ｓの範囲で、１ｍ／ｓの
ピッチで増加させ、そのときの供試用空気供給ノズルの
近傍の空気流れ挙動を観察した。供試用空気供給ノズル
から供給する空気量は、供給空気が試験部流速と同一速
度で一様に流れると仮定して空気膜の平均厚さが１mmと
なるように設定し、調整した。なお、試験部流速は試験
平板１６の前縁１６ａ、平板表面から１５０mm離れた位
置に設置したピトー管により測定した観察結果は以下の
とおりである。 ａ）従来型ノズル（円形断面の噴出口を下流に向けて多
数、横方向に配列したもの） 流速１，２ｍ／ｓでは、各ノズルから吹き出す空気は、
極めて高速であるが、直ちに空気膜形成表面１９上に拡
散し、均一で比較的厚い空気膜を形成した。

【００２７】しかし、流速が３ｍ／ｓ以上になると、各
ノズルから吹き出した空気は下流側に向かって三角形状
に拡がる空気膜を形成するようになり、それらの空気膜
が互いに干渉して波立つ現象が見られた。また吹き出し
た空気の一部は空気膜形成表面１９に取り込まれず、気
泡となって流水中に拡散するようになった。 そして、
流速が５ｍ／ｓ以上になると、各ノズルから吹き出した
空気はその大半が流水中に拡散するようになり、空気膜
形成表面１９上の比較的厚く形成される空気膜は筋状に
変化した。 ｂ）本発明によるノズル１（図４） 流速が４ｍ／ｓ以下ではスリット７から吹き出した空気
は気泡となって流水中に拡散することなく、空気膜形成
表面１９上にほぼ均一な厚さの空気膜を形成した。更
に、流速が５ｍ／ｓになるとスリットから吹き出し、盛
り上がった空気の一部が気泡となって流水中に拡散し始
め、更に流速が増加するに従い空気の拡散が顕著になる
傾向が見られた。 ｃ）本発明によるノズル２（図５） スリット７ａを上流側に有する補助ノズルと、スリット
７を有する下流側の主ノズルの供給空気量配分を１：１
とした場合について試験を実施した。

【００２８】流速が４ｍ／ｓ以下では、本発明によるノ
ズル１の場合と同様に、スリット７から吹き出した空気
は気泡となって流水中に拡散することなく空気膜形成表
面１９上にほぼ均一な厚さの空気膜を形成した。しか
し、流速が５ｍ／ｓ以上では補助ノズルから吹き出し、
盛り上がった空気の一部が気泡となって流水中に拡散し
始めたが、本発明によるノズル１の場合と比較すると空
気の盛り上がりが小さく、空気拡散量は格段に少なかっ
た。 なお、スリット７を形成した主ノズル部では空気
膜の厚さの変化がほとんどなく、主ノズルからはあたか
も空気が吹き出されていないように観察された。このこ
とから主ノズルと補助ノズルとを併用したノズルは空気
膜を安定して形成させることができることが分かった。 ｄ）本発明によるノズル３（図６） 流速が８ｍ／ｓまで、スリット７から吹き出した空気
は、一旦、空気膜厚が薄くなる、いわゆる縮流現象が見
られ、乱れの少ない空気の流れが観察された。 ｅ）本発明によるノズル４（図７） 流速１，２ｍ／ｓでは、スリット７ｂから吹き出した空
気が形成する空気膜は不安定で波立ちが見られた。そし
て流速が３ｍ／ｓ以上になると、ノズル後方に数ミリオ
ーダの厚い空気層が形成された。そしてその厚い空気層
の範囲は流速の増加に伴なって拡大する現象が観察さ
れ、流速８ｍ／ｓでは厚い空気層の長さが約６０cmに達
した。

【００２９】以上の観察から、本発明による空気供給ノ
ズルは、従来型のノズルと比較して、空気膜形成表面の
空気取り込み均一性と、取り込み量を向上させ、特に高
流速域での前記特性の向上に効果があることが確認され
た。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よる船体没水部表面への空気供給装置によれば、空気供
給装置から空気供給ノズルに供給された空気は、スリッ
トから空気膜形成表面の直前部に供給され、そしてその
表面全域に空気膜を形成しながら下流に流れるため、例
え船舶の速度が大きくなったとしても空気膜厚が不均一
になることもない。その結果、高速船であっても、十分
な摩擦抵抗低減効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】船舶の概略を示す側面図である。

【図２】船舶の内部構造を示す図１の平面図である。

【図３】空気供給ヘッダーの斜視図である。

【図４】空気供給ノズルの断面図である。

【図５】他の実施例における空気供給ノズルの断面図で
ある。

【図６】更に他の実施例における空気供給ノズルの断面
図である。

【図７】更にまた他の実施例における空気供給ノズルの
断面図である。

【図８】試験装置の概略側面図である。

【図９】図８に示した試験装置における空気膜形成表面
側から見た平面図である。

【符号の説明】

１ 船体 ２ 没水表面 ３ 空気供給装置 ４，２０ 空気供給ノズル ５ 外板 ６ 空気供給ヘッダー ７ スリット ８ 管路 ９ 仕切壁 １０ａ，１０ｂ 分岐管 １１ａ，１１ｂ 制御弁 １２，１９ 空気膜形成
表面 １３ フェアリング １４ 楔 １５ 外板表面 １６ 試験平板 １７ 天井 １８ 翼型ステー

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船体の没水部表面に空気膜を形成保持し
   ながら航走する船舶であって、前記船体の外板の内側に
   配置され、かつ横方向に延在する空気供給ヘッダと、前
   記外板に後方に開口し、かつ前記空気供給ヘッダーに連
   通するスリットとよりなる空気供給ノズルと、前記空気
   供給ヘッダーに空気を供給する空気供給装置とよりなる
   船体没水部表面への空気供給装置。
2. 【請求項２】 空気供給ヘッダーを横方向に少なくとも
   ２以上に分割し、該分割さた各空気供給ヘッダーに供給
   される空気量を制御するように構成されてなる請求項１
   記載の船体没水部表面への空気供給装置。
3. 【請求項３】 船体の没水部表面であって空気膜形成部
   表面の直前部に開口するようスリットを配置してなる、
   請求項１あるいは２記載の船体没水部表面への空気供給
   装置。
4. 【請求項４】 スリットの間隔が、０．５〜５mmの範囲
   となるよう形成されてなる請求項１及び３記載の空気供
   給ノズル。
5. 【請求項５】 スリットの後方への空気吹き出し角が、
   ５〜３０°内になるよう形成されてなる請求項１、３及
   び４記載の空気供給ノズル。
6. 【請求項６】 空気吹出口部にフェアリングを形成して
   なる請求項１、３、４および５記載の空気供給ノズル。
7. 【請求項７】 後方への傾斜部と空気膜形成外板表面に
   平行する平行部とよりなるスリットを配置し、該スリッ
   トを形成する外板表面を後方へ傾斜する傾斜部を設けて
   なる請求項１及び２記載の外板没水部表面への空気供給
   装置。
8. 【請求項８】 前後方向に所定の間隔を置いて少なくと
   も２個のスリットを配置してなる請求項１及び２記載の
   外板没水部表面への空気供給装置。