CN107406122B - 船舶 - Google Patents

Abstract

构成为，在比轻载吃水线（Db）靠下方处具有船首球状物（5）的排水量型的船舶(1)中，将根据γs＝tan^‑1〔0.5×B/{(1‑Cpf)×Lpp}〕(度)计算的角度γs设为单舷侧的船首部的基准船首角度γs，在将相对于该基准船首角度γs为“0＜Rs＜γs＋15°”的范围Rs设为特定船首角度范围Rs时，船首角度（γ）连续地处于前述特定船首角度范围Rs内的船首部的特定上下范围（Ra）包括第1范围（R1），前述第1范围（R1）是从与满载吃水线（Df）一致的第1下限位置（Ha1）至比前述满载吃水线（Df）高前述基准水头高度ΔHs的第1上限位置（Hb1）的范围。由此，在从轻载吃水至满载吃水的所有的吃水中，船首兴波阻力较小。

Description

船舶

技术领域

本发明涉及具有在从轻载吃水至满载吃水的所有的吃水中能够使船首兴波阻力较小的船首形状的船舶及船舶的设计方法。

背景技术

在排水量型的船舶中，船首前端附近的形状即船首形状为了减少船舶的推进所要的能量，需要兴波阻力较小的形状。

若该船首形状肥大，则在船舶前进时，流入船首部的水容易阻塞，借助动压水面上升，所以产生较大的水面波，兴波阻力变大。此外，在波浪中，入射波向前方被显著地反射，导致较大的阻力增加。因此，在船舶的船首形状中，关于满载吃水线附近和其下的形状，被设计成除了船首球状物的部分以外，船首部的前端附近不太肥大。

另一方面，在比满载吃水线靠上方处，从防止由于波浪的浸水、人员的安全、防止甲板及甲板上的装配品、货物的损伤的观点出发，需要使得在波浪中水也难以到达暴露甲板。并且，从该船机械的配置的观点考虑，也需要使暴露甲板的宽度为在一定程度上较宽。

因此，在图2的虚线及图7所示的现有技术的船舶1X处，在船首部分，吃水越深，即船体越下沉而水面W.L.越相对上升，如图5所示，表示船首部的水平截面形状的吃水线Lz1、Lz2形成为船首角度γ1、γ2越打开而从锐角成为钝角的形状。该船首角度γ如图6所示，定义为，距吃水线Lz和船体中心线(C.L.)交叉的船首部末端部在船长方向上靠后1m的部位的吃水线Lz的切线Lt和船体中心线(C.L.)所成的角度。

并且，若船舶航行，则用船首端部堵住从前方流入来的水的流动，所以在船首部借助水头压力(动压)而水面上升。因此，航行时的船首的水面比静止时的吃水高，所以实际上水流入的船舶的船首部分的吃水线的船首角度进一步为钝角。

结果，存在以下问题：吃水越深，在船首部产生的波越大，兴波阻力变大。

作为该兴波阻力增加的对策之一，例如，如日本申请的特开2000-142553号公报所记载，提出了在比最大吃水线靠上处使船首端轮廓向前较大地倾斜，使比最大吃水线靠上的吃水线的前端附近为锐角的肥大型船。此外，例如，如日本申请的特开2000-335478号公报所记载，提出了如下肥大型船，前述肥大型船从船首垂线至船的最前端的距离较短，且在比最大吃水线靠上处的所有的吃水线处船首端附近为锐角。然而，存在如下问题：在该肥大型船上，比最大吃水线靠上配置的船首部的上部的甲板面积被限制，并且没有关于从轻载状态至满载状态之间的兴波阻力的考虑。

专利文献1 : 日本申请的特开2000-142553号公报。

专利文献2 : 日本申请的特开2000-335478号公报。

发明内容

本发明是鉴于上述状况而作出的，其目的在于，提供一种具有在从轻载吃水至满载吃水的所有的吃水中能够使船首兴波阻力变小的船首形状的船舶及船舶的设计方法。

为了实现上述目的的船舶是排水量型的船舶1，前述排水量型的船舶1具有船首球状物5，将计划船速设为Vs，将垂线间长度设为Lpp，将型宽设为B，将船体前半部分的柱形系数设为Cpf，构成为，在将重力加速度设为g时，将根据ΔHm＝V²/(2g)计算的ΔHm设为最大水头高度ΔHm，将根据ΔHs＝0.3×ΔHm计算的ΔHs设为基准水头高度ΔHs，并且将根据γs＝tan^-1〔0.5×B/{(1-Cpf)×Lpp}〕(度)计算的角度γs设为单舷侧的船首部的基准船首角度γs，进而，在将相对于该基准船首角度γs为“0＜Rs＜γs＋15°”的范围Rs设为特定船首角度范围Rs时，船首角度γ连续地处于前述特定船首角度范围Rs内的船首部的特定上下范围Ra包括第1范围R1，前述第1范围R1是从与满载吃水线Df一致的第1下限位置Ha1至比前述满载吃水线Df高前述基准水头高度ΔHs的第1上限位置Hb1的范围。

该船首角度γ如图6所示，被定义为，距吃水线Lz和船体中心线(C.L.)交叉的船首部末端部Pf和在船长方向上靠后1m的部位Pa的吃水线Lz的切线Lt和船体中心线(C.L.)所成的角度。

此外，上述船舶中，构成为，在表示船首部的侧面形状的轮廓中，比前述船首球状物5靠上侧的前述轮廓构成为具有第1铅垂部10a、直线状或曲线状的前倾斜部10b、位于船首前端的第2铅垂部10c，并且在将前述第1铅垂部10a的上端设为第1点P1、将前述第2铅垂部10c的下端设为第2点P2时，前述第1点P1比前述特定上下范围Ra的下端位置Ha高，前述前倾斜部10b的一部分被包含于前述第1范围R1，进而，前述第2点P2位于比前述第1点P1靠上方的位置。

并且，用于实现上述目的的船舶的设计方法是如下方法：前述船舶是排水量型的船舶，前述排水量型的船舶具有船首球状物5，将计划船速设为Vs，将垂线间长度设为Lpp，将型宽设为B，将船体前半部分的柱形系数设为Cpf，其特征在于，设计船首部形状，使得在将重力加速度设为g时，将根据ΔHm＝V²/(2g)计算的ΔHm设为最大水头高度ΔHm，将根据ΔHs＝0.3×ΔHm计算的ΔHs设为基准水头高度ΔHs，并且将根据γs＝tan^-1〔0.5×B/{(1-Cpf)×Lpp}〕(度)计算的角度γs设为单舷侧的船首部的基准船首角度γs，进而，在将相对于该基准船首角度γs为“0＜Rs＜γs＋15°”的范围Rs设为特定船首角度范围Rs时，船首角度γ连续地处于该特定船首角度范围Rs内的船首部的特定上下范围Ra包括第1范围R1，前述第1范围R1是从与满载吃水线Df一致的第1下限位置Ha1至比前述满载吃水线Df高前述基准水头高度ΔHs的第1上限位置Hb1的范围。

在上述船舶的设计方法中，设计船首部形状，使得在表示船首部的侧面形状的轮廓中，比前述船首球状物5靠上侧的前述轮廓构成为具有第1铅垂部10a、直线状或曲线状的前倾斜部10b、位于船首前端的第2铅垂部10c，并且在将前述第1铅垂部10a的上端设为第1点P1、将前述第2铅垂部10c的下端设为第2点P2时，前述第1点P1比前述特定上下范围Ra的下端位置Ha高，前述前倾斜部10b的一部分被包含于前述第1范围R1，进而，前述第2点P2位于比前述第1点P1靠上方的位置。

另外，将船型用船首入口(Entrance)部、被称作平行部(Parallel Part)的船体中央部、船尾尖端(run)部表示。此外，船体前半部分的柱形系数Cbf为，在设船的宽度为B、船的垂线间长度为Lpp、中央横截面积为Amid时将船的前一半的容积Vf用(Amid×(Lpp/2))除的系数Cpf＝Vf/(Amid×(Lpp/2))。

并且，关于设船首角度的范围为“0＜Rs＜γs＋15°”，作为表示水面下的船首肥大度的式子存在下述的(1)式。

S＝(Lpp/B)×(1-Cpf)×(1/2)　　(1)

该S为，在比船体中心部(船体中央部)靠前方的船体前半部分处，包括将船的宽度B设为单位长度、将垂线间长度设为Lpp/B的分度的横剖面积比曲线（prismatic curve）(表示将各横截面的面积除以中央横截面积的值的船长方向分布的曲线)的长方形S1和船首入口部S2所夹的部分的面积(S＝S1-S2)。

根据该(1)式，水面下的船首角度(单舷)根据下述的(2)式估算来设定γs。

γs＝tan^-1[B/{2(1-Cpf)Lpp}]　　(2)

并且，即使使从满载吃水线至水头高度的船首角度较大也为比γs稍大或其以下，由此能够设置成与水面下相同或在其以下的船首角度，能够适当地抑制兴波。

根据本发明的船舶，在轻载状态下，通过船首球状物产生的波和船体产生的波的干涉，能够将船首兴波抑制为最小限度。

此外，在载有载货而下沉从而吃水比轻载状态深的情况下，即使使船首的水线面的船首部的切线和船体中心线所成的角度(船首角度)γ变大，也是比锐角的角度γs稍大或为其以下的角度，所以能够将船首部处的兴波抑制成最小限度。

此时，考虑航行时的船首兴波，直至特定上下范围Ra的上端位置将船首角度γ抑制为锐角的角度γs附近，所以从轻载吃水线附近的特定上下范围Ra的下端位置至比满载吃水线靠上的特定上下范围Ra的上端位置，无论呈哪种吃水，水线面的船首角度γ都为即使较大也是比锐角的角度γs稍大或为其以下的角度，所以若是通常的载荷状态，则能够使航行时的兴波阻力较小。

结果，能够使设置有船首外飘的船首部的比船首外飘靠下侧的水的流动高效率地流向后方，能够减少兴波阻力的增加，并且，在比特定上下范围Ra的上端位置靠上处水面的上升较少，所以能够具备宽度较大的暴露甲板。

此外，根据船首轮廓的结构，将船首部的轮廓构成为向前方伸展，由此容易构成满足上述结构的船型。此外，在将船首轮廓设为从比船首球状物靠上侧仅设置前倾斜部而未设有第2铅垂部的形状的状态时，若欲使吃水即使变深，吃水线的末端侧也较细，则从正面观察时，船舶的前后方向以外的横截面的船体形状呈T字形，产生砰击的问题，但该结构这样将船首轮廓向前伸展，由此即使设置成满足上述船首角度的结构的船型也难以产生砰击。

因此，根据本发明的船舶及船舶的设计方法，能够在从轻载吃水至满载吃水的所有的吃水中，使船首兴波阻力较小。此外，在船首部，在作为暴露甲板的上甲板处确保必要的宽度，同时与现有技术的船舶相比，兴波阻力及波浪中阻力增加较小，所以在实际海域上航行的情况的能量消耗比现有技术的船舶少。

附图说明

图1是示意地表示本发明的实施方式的船舶的第1范围和特定上下范围的关系的侧视图。

图2是通过本发明的实施方式的船舶的船首部的轮廓与以往例的比较来示意地表示的侧视图。

图3是通过图2的船舶的水平截面的船体形状与以往例的比较来示意地表示图2的Za-Za剖视图。

图4是示意地表示本发明的实施方式的船舶的船舶前后方向以外的横截面上的船体形状的主视图。

图5是示意地表示以往船型的船舶的船舶的高度不同的两处的水平截面的船体形状的俯视图。

图6是用于说明船首角度的定义的图。

图7是示意地表示现有技术的船舶的船舶前后方向以外的横截面的船体形状的一例的主视图。

具体实施方式

以下，参照附图，同时对本发明的实施方式的船舶进行说明。该实施方式的船舶是排水量型的船舶，其将计划船速设为Vs，将垂线间长度设为Lpp，型宽设为B，将船体前半部分的柱形系数设为Cpf。

该条件下，将重力加速度设为g时，将根据ΔHm＝V²/(2g)计算的ΔHm设为最大水头高度ΔHm，将根据ΔHs＝0.3×ΔHm计算的ΔHs设为基准水头高度ΔHs。此外，将根据γs＝tan^-1〔0.5×B/{(1-Cpf)×Lpp}〕(°：度)计算的角度γs设为基准船首角度γs。

此外，如图1及图2所示，本发明的第1实施方式的船舶1构成为在比轻载吃水线Db靠下处具有船首球状物5，并且将相对于基准船首角度γs为“0＜Rs＜γs＋15°”的范围Rs设为特定船首角度范围Rs。此外，将船首角度γ连续地处于特定船首角度范围Rs内的范围设为船首部的特定上下范围Ra。

并且，如图1所示，在本发明的第1实施方式的船舶1中，构成为，若将从与满载吃水线Df一致的第1下限位置Ha1至比满载吃水线Df高基准水头高度ΔHs的第1上限位置Hb1的范围设为第1范围R1，则特定上下范围Ra包括该第1范围R1。

进而，如图2所示，在上述船舶1中，在表示船首部的侧面形状的轮廓处，比船首球状物5靠上侧的轮廓构成为具有第1铅垂部10a、前倾斜部10b、第2铅垂部10c。并且，将第1铅垂部10a的上端设为第1点P1、将第2铅垂部10c的下端设为第2点P2时，第1点P1比特定上下范围Ra的下端位置Ha高，前倾斜部10b的一部分被包括于第1范围R1，进而，第2点P2位于比前述第1点P1靠上方的位置。此外，第2点P2的位置优选为比“Df＋ΔHm×1.5”靠下的位置。

并且，本发明的第1实施方式的船舶的设计方法是排水量型的船舶的设计方法，前述方法设计船首部形状，前述排水量型的船舶具有船首球状物5，将计划船速设为Vs，将垂线间长度设为Lpp，将型宽设为B，将船体前半部分的柱形系数设为Cpf，在该方法中，使用上述计算的基准水头高度ΔHs和基准船首角度γs，将相对于该基准船首角度γs为“0＜Rs＜γs＋15°”的范围Rs设为特定船首角度范围Rs，使将船首角度γ连续地处于该特定船首角度范围Rs内的船首部的特定上下范围Ra包括第1范围R1，前述第1范围R1是从与满载吃水线Df一致的第1下限位置Ha1至比满载吃水线Df高基准水头高度ΔHs的第1上限位置Hb1的范围R1。根据该方法，能够设计第1实施方式的船舶1。

进而，在上述实施方式的船舶的设计方法中，在表示船首部的侧面形状的轮廓中，将比船首球状物5靠上侧的轮廓构成为具有第1铅垂部10a、直线状或曲线状的前倾斜部10b、第2铅垂部10c。并且，设计船首部形状，使得在将第1铅垂部10a的上端设为第1点P1、将第2铅垂部10c的下端设为第2点P2时，第1点P1比特定上下范围Ra的下端位置Ha高，前倾斜部10b的一部分被包含于第1范围R1，进而，第2点P2位于比第1点P1靠上方的位置。此外，第2点P2的位置优选地位于比“Df＋ΔHm×1.5”靠下方的位置。

根据上述方案的船舶1及船舶的设计方法，在比轻载状态吃水深的情况下，能够尽可能地使船首的水线面的船首角度γ为锐角，所以能够抑制兴波。此时，若考虑行进时的船首兴波，则从轻载吃水至满载状态的水头高度为，水线面的船首角度γ持续为锐角，所以能够采用在无论呈哪种吃水、水线面都接近基准船首角度γs的最小的船首角度γ。

进而，将船首部的轮廓向前方伸展，由此容易构成满足上述的船首角度γ的条件的船型。此外，根据该结构，若维持现有船型的船首轮廓，使船首水线面的角度为锐角，则从船首正面观察时，船舶的前后方向以外的横截面的船体形状为T字形，但通过将船首轮廓向前方伸展来使船首水线面的角度为锐角，由此能够避免成为该T字形状，即使设置成满足上述船首角度的结构的船型，也能够避免砰击的产生。

此外，在将船首球状物5配置于比轻载吃水线Db靠下方的情况下，在轻载状态下，能够通过船首球状物5产生的波和船体产生波的干涉来抑制船首兴波。

因此，在从轻载吃水至满载吃水的所有的吃水中，能够使船首兴波阻力较小。此外，在船首部，在作为暴露甲板的上甲板处确保必要的宽度，同时与现有技术的船舶相比，兴波阻力及波浪中阻力增加较小，所以使在实际海域上航行的情况的能量消耗比现有技术的船舶少。

产业上的可利用性

根据本发明的船舶，能够在从轻载吃水至满载吃水的所有的吃水中使船首兴波阻力较小，所以能够利用于较多的船舶。

附图标记说明

1、1X　船舶

2　 船底

3　 船侧外板

4　 暴露甲板(上甲板)

5　 船首球状物

10a　 第1铅垂部

10b　 前倾斜部

10c　 第2铅垂部

Db　 轻载吃水线

Df　 满载吃水线

Ha　 特定上下范围的下端位置

Ha1　 第1下限位置

Hb1　 第1上限位置

P1　 第1点

P2　 第2点

R1　 第1范围

Ra　 特定上下范围

Rs　 特定船首角度范围

γ　 船首角度

γs　 基准船首角度

ΔHm　最大水头高度

ΔHs　基准水头高度。

Claims (4)

1.一种船舶，前述船舶是排水量型的船舶（1），前述排水量型的船舶（1）具有船首球状物（5），将计划船速设为Vs，将垂线间长度设为Lpp，将型宽设为B，将船体前半部分的柱形系数设为Cpf，其特征在于，

在将重力加速度设为g时，将根据ΔHm＝Vs²/(2g)计算的ΔHm设为最大水头高度ΔHm，将根据ΔHs＝0.3×ΔHm计算的ΔHs设为基准水头高度ΔHs，

并且将根据γs＝tan^-1〔0.5×B/{(1-Cpf)×Lpp}〕(度)计算的角度γs设为单舷侧的船首部的基准船首角度γs，

进而，在将相对于该基准船首角度γs为“0＜Rs＜γs＋15°”的范围Rs设为特定船首角度范围Rs时，

船首角度（γ）连续地处于前述特定船首角度范围Rs内的船首部的特定上下范围（Ra）包括第1范围（R1），前述第1范围（R1）是从与满载吃水线（Df）一致的第1下限位置（Ha1）至比前述满载吃水线（Df）高前述基准水头高度ΔHs的第1上限位置（Hb1）的范围。

2.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，

在表示船首部的侧面形状的轮廓中，比前述船首球状物（5）靠上侧的前述轮廓构成为具有第1铅垂部（10a）、直线状或曲线状的前倾斜部（10b）、位于船首前端的第2铅垂部（10c），并且在将前述第1铅垂部（10a）的上端设为第1点（P1）、将前述第2铅垂部（10c）的下端设为第2点（P2）时，前述第1点（P1）比前述特定上下范围（Ra）的下端位置（Ha）高，前述前倾斜部（10b）的一部分被包含于前述第1范围（R1），进而，前述第2点（P2）位于比前述第1点（P1）靠上方的位置。

3.一种船舶的设计方法，前述船舶是排水量型的船舶，前述排水量型的船舶具有船首球状物（5），将计划船速设为Vs，将垂线间长度设为Lpp，将型宽设为B，将船体前半部分的柱形系数设为Cpf，其特征在于，

设计船首部形状，使得在将重力加速度设为g时，将根据ΔHm＝Vs²/(2g)计算的ΔHm设为最大水头高度ΔHm，将根据ΔHs＝0.3×ΔHm计算的ΔHs设为基准水头高度ΔHs，

并且将根据γs＝tan^-1〔0.5×B/{(1-Cpf)×Lpp}〕(度)计算的角度γs设为单舷侧的船首部的基准船首角度γs，

进而，在将相对于该基准船首角度γs为“0＜Rs＜γs＋15°”的范围Rs设为特定船首角度范围Rs时，

船首角度（γ）连续地处于该特定船首角度范围Rs内的船首部的特定上下范围（Ra）包括第1范围（R1），前述第1范围（R1）是从与满载吃水线（Df）一致的第1下限位置（Ha1）至比前述满载吃水线（Df）高前述基准水头高度ΔHs的第1上限位置（Hb1）的范围。

4.如权利要求3所述的船舶的设计方法，其特征在于，

设计船首部形状，使得在表示船首部的侧面形状的轮廓中，比前述船首球状物（5）靠上侧的前述轮廓构成为具有第1铅垂部（10a）、直线状或曲线状的前倾斜部（10b）、位于船首前端的第2铅垂部（10c），并且在将前述第1铅垂部（10a）的上端设为第1点（P1）、将前述第2铅垂部（10c）的下端设为第2点（P2）时，前述第1点（P1）比前述特定上下范围（Ra）的下端位置（Ha）高，前述前倾斜部（10b）的一部分被包含于前述第1范围（R1），进而，前述第2点（P2）位于比前述第1点（P1）靠上方的位置。