JP2000185688A - 摩擦抵抗低減船及び船体の摩擦低減方法 - Google Patents

摩擦抵抗低減船及び船体の摩擦低減方法

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JP2000185688A
JP2000185688A JP10365702A JP36570298A JP2000185688A JP 2000185688 A JP2000185688 A JP 2000185688A JP 10365702 A JP10365702 A JP 10365702A JP 36570298 A JP36570298 A JP 36570298A JP 2000185688 A JP2000185688 A JP 2000185688A
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frictional resistance
gas
water
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Yoshiaki Takahashi
義明 高橋
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ネットゲインを得ることが可能な摩擦低減船
及び船体の摩擦抵抗低減方法を提供する。 【解決手段】 航行中に船首近傍から水中に気体を噴き
出すことにより、船体外板の表面近傍に気泡を介在させ
て船体と水との摩擦抵抗を低減させる摩擦抵抗低減船に
おいて、摩擦抵抗の低減によって得られる推進動力の節
約分が気体の水中への噴き出しに要する動力を上回るよ
うに、気体の船体幅方向の噴出線密度を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦抵抗低減船及
び船体の摩擦低減方法に係わり、特に船体表面に微小気
泡を介在させることにより船体外板の摩擦抵抗を低減す
る技術に関する。
【0002】
【従来の技術】特開昭50−83992号、特開昭53
−136289号、特開昭60−139586号、特開
昭61−71290号、実開昭61−39691号、及
び実開昭61−128185号等に、摩擦抵抗低減船に
係わる技術が開示されている。この摩擦抵抗低減船は、
航行状態において船体表面から空気等の気体を水中に噴
出することにより船体表面に多数の微小気泡(マイクロ
バブル)を介在させ、このマイクロバブルの介在によっ
て水に対する船体の摩擦抵抗を低減させるものである。
【0003】本出願人は、このような摩擦抵抗低減船に
係わり、特願平10−155044号において、気泡に
よる摩擦抵抗の低減効果を理論的に解析する方法を示し
た。この解析方法は、これまでに得られている実験事実
を理論的に説明するものであり、実用性を考慮したもの
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、その後、実
験船にて水中に気泡を噴き出した際に得られる船体表面
の摩擦抵抗を計測した結果、上記解析方法から得られた
理論値は、実験結果と正確に符合することが確認でき
た。本解析方法の有効性が改めて確認されたわけであ
る。
【0005】しかしながら、この解析方法は極めて有用
性が高いことが確認できたものの、本解析方法に基づい
て得られた船体表面の摩擦抵抗においては、摩擦抵抗低
減技術が究極的に目的とするネットゲインが得られない
ことが確認されるに至った。すなわち、気泡の噴き出し
に要する動力に対して、摩擦抵抗の低減によって得られ
る船体の推進動力の節約分が特に入力を節減できない限
りより大きくならない、つまりネットゲインが得られな
いことが確認された。したがって、上記解析方法は、気
泡による摩擦抵抗の低減効果を理論的に説明できるもの
の、当該解析方法に従う以上、特に入力を節減できない
限りネットゲインが得られず、最終的な目的を達成し得
ないことが明らかになった。
【0006】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、特に入力を節減することなしにネットゲイン
を得ることが可能な摩擦低減船及び船体の摩擦抵抗低減
方法の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、摩擦低減船に係わる第1の手段とし
て、航行中に船首近傍から水中に気体を噴き出すことに
より、船体外板の表面近傍に気泡を介在させて船体と水
との摩擦抵抗を低減させる摩擦抵抗低減船において、摩
擦抵抗の低減によって得られる推進動力の節約分が気体
の水中への噴き出しに要する動力を上回るように、気体
の船体幅方向の噴出線密度を設定するという手段を採用
する。また、第2の手段として、上記第1の手段におい
て、航行速度に応じて気体の船体幅方向の噴出線密度を
設定するという手段を採用する。さらに、第3の手段と
して、上記第1または第2の手段において、船首近傍の
船底に水中に気体を噴き出す気体噴出孔を船体幅方向に
複数配置するという手段を採用する。
【0008】また、本発明では、船体の摩擦抵抗低減方
法に係わる第1の手段として、航行中に水中に気体を噴
き出すことにより、船体外板の表面近傍に気泡を介在さ
せて船体と水との摩擦抵抗を低減させる方法において
も、摩擦抵抗の低減によって得られる推進動力の節約分
が気体の水中への噴き出しに要する動力を上回るよう
に、船体幅方向の気体の噴出線密度を設定するという手
段を採用する。また、第2の手段として、上記第1の手
段において、航行速度に応じて気体の船体幅方向の噴出
線密度を設定するという手段を採用する。さらに、第3
の手段として、上記第1または第2の手段において、船
首近傍の船底に水中に気体を噴き出す気体噴出孔を船体
幅方向に複数配置するという手段を採用する。
【0009】
【作用】図1(a)は、実験船の外板表面から水中に空
気を噴き出した際に、空気の噴出流量(空気流量QG)
に対する外板表面の全抵抗の変化を航行速度(A〜C、
ただしA>B>C)をパラメータとして計測したもので
ある。この計測結果を見ると、空気流量QGが概略30
0l/minまでの領域では、空気流量QGの増加に伴って直
線的に緩やかに全抵抗が減少することがわかる。また、
空気流量QGが300l/minを越える領域では、上記直線
性が徐々に失われる傾向が示されている。この傾向は、
航行速度が大きいほど顕著である。
【0010】一方、本出願人は、特願平10−1550
44号において気泡による摩擦抵抗の低減効果を理論的
に解析する方法を示したが、この解析方法は、図1
(b)に示すように船体表面の乱流境界層におけるボイ
ド率(気泡密度)が船体表面から離れるに従って直線的
に減少するとして理論構成したものである。このように
ボイド率分布が直線的に変化するとした本出願人の解析
方法によって得られる全抵抗の理論値は、上記図1
(a)における空気流量QGが300l/minまでの領域の
全抵抗の変化と良く符合する。すなわち、本出願人の解
析方法は、全抵抗の直線変化領域を正確に説明するもの
である。
【0011】また、この領域で得られる全抵抗によって
は、特に入力を節減できない限りネットゲインが得られ
ないことが上記実験船によって確認された。すなわち、
空気の噴き出しに要する動力に対して、空気の噴き出し
に基づく摩擦抵抗の低減によって得られる船体の推進動
力の節約分が大きくならず、究極的な目的を達成できな
いことが判明した。
【0012】しかし、上記図1(a)に示されるよう
に、全抵抗の変化が直線性を失う領域においては、全抵
抗の減少変化率が大きく、ネットゲインが得られること
が確認された。この実験結果は、船体表面におけるボイ
ド率は船体表面からの距離に応じて直線的に減少するの
ではなく、破線で示すように非線形的に減少することを
示唆するものである。
【0013】したがって、本願発明のように船体から水
中に気体を噴き出すことによって船体表面に気泡を介在
させて摩擦抵抗を低減する技術においては、上記全抵抗
の変化が直線性を失う領域を実現させることによって、
最終的な目的であるネットゲインの獲得が可能となる。
このような背景から、本発明では、気体噴出量を抑えた
状態でより有効にネットゲインを得ることができるよう
上記手段を採用する。
【0014】上記手段によれば、航行中の船体の船首近
傍から水中に気体を噴き出す際に、気体の船体幅方向の
噴出線密度を気泡の介在による推進動力の節約分が気体
噴出に要する動力を上回るように設定するので、水の流
線に沿って移動拡散する気泡によって船体のより広い範
囲を覆うことが可能であり、よって効果的にネットゲイ
ンを得ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わる摩擦低減船及び船体の摩擦抵抗低減方法の一実施
形態について説明する。
【0016】本実施形態は、本発明をタンカー等の平底
船に適用したものである。図1は、本実施形態における
摩擦抵抗低減船Aの船首近傍の側面図(右舷側)と底面
図である。この図において、符号1は船体外板、2は気
体噴出部、3は気体供給部、4は喫水線である。
【0017】船体外板1の船首1a近傍の船底1bに
は、船体幅方向に延在する気体噴出部2が設けられてい
る。この気体噴出部2は、船体幅方向Fに例えば一列に
配列した気体噴出孔2aが複数形成されたものであり、
これら気体噴出孔2aには、気体供給部3から圧縮空気
が供給されるようになっている。
【0018】気体供給部3は、当該摩擦抵抗低減船A内
に備えられるものであり、主な構成要素としてブロア3
aと制御装置3bとから構成されるものである。ブロア
3aは、上記気体噴出部2(気体噴出孔2a)に空気を
圧縮状態として供給するものである。制御装置3bは、
ブロア3aの動作を制御するものであり、ブロア3aの
回転数を制御することによって気体噴出部2に供給する
圧縮空気の供給量(空気流量)を制御するものである。
【0019】このような構成において、当該摩擦抵抗低
減船Aが航行状態となると、気体供給部3が作動されて
船首1a近傍に設けられた気体噴出部2の各気体噴出孔
2aから水中に向けて空気が吹き出される。そして、こ
の空気によって生成されるマイクロバブル(微小気泡)
は、船底1b周囲を流れる水の流線に沿って船尾方向に
拡散移動し、当該摩擦抵抗低減船Aの船底1bを広い範
囲で覆う。このマイクロバブルの介在によって、船体外
板1の水に対する摩擦抵抗が低下し、摩擦抵抗低減船A
の推進動力が節約される。
【0020】ここで、気体供給部3の制御装置3bは、
図1を参照して説明したように、気体噴出部2に供給す
る圧縮空気の空気流量を、該空気流量に対する船体外板
1の全抵抗の変化特性が直線性を逸脱する領域の何れか
の値に設定する。しかも、上記全抵抗の変化特性が直線
性を逸脱する領域は航行速度に応じて異なるので、制御
装置3bは、そのときの摩擦抵抗低減船Aの航行速度を
パラメータとして圧縮空気の空気流量を設定する。
【0021】この場合、制御装置3bは、空気吹出に係
わる動力をできるだけ少なく抑えた状態、つまり圧縮空
気の空気流量をきるだけ小さく設定した状態できるだけ
多くのネットゲインが得られるように、船体幅方向Fの
噴出線密度を制御パラメータとして圧縮空気の空気流量
を設定する。
【0022】すなわち、船底1bが広い範囲に亘って平
らな平底船の場合、船首1a近傍の船底1bにおける水
の流線は、船底1bをそのまま船尾方向に延びるものと
なる。したがって、船首1a近傍で発生したマイクロバ
ブルは、この流線に沿うと共に、浮力の作用によって船
底1bの船体外板1の表面を浮遊しながら船尾に向けて
移動する。
【0023】このような平底船においては、船底1bの
面積が比較的広いので、船底1bをより広い範囲に亘っ
てマイクロバブルで覆うことができれば、より効果的に
全抵抗を低く抑えることができ、よってネットゲインが
得易くなる。したがって、船首1a近傍から圧縮空気を
噴き出して船底1bのより広い範囲をマイクロバブルで
覆うためには、気体噴出孔2aを船体幅方向Fに配列
し、かつ船体外板1の全抵抗の変化特性が直線性を逸脱
する領域の圧縮空気の空気流量となるように船体幅方向
Fの噴出線密度を設定することが最も有効である。
【0024】例えば、上述した図1(a)の場合、航行
速度Aの状態での空気流量「400l/min」は、全抵抗
の変化特性が直線性を逸脱する領域に位置する。この空
気流量「400l/min」に基づいて気体噴出部2におけ
る圧縮空気の船体幅方向Fの噴出線密度を算出すると、
気体噴出部2の船体幅方向Fの圧縮空気の噴出幅を0.
25mとした場合に1.6(=400/0.25)l/min
・mとなる。したがって、制御装置3bは、船体幅方向
Fの噴出線密度が上記1.6l/min・mとなるようにブロ
ア3aを制御する。
【0025】なお、上述したように船体幅方向Fの噴出
線密度を設定することは、平底船に限ったことではな
く、全ての船形の船舶についても有効である。船首1a
近傍から圧縮空気を噴き出すことの狙いは、水の流線を
利用することにより、複数箇所から圧縮空気を噴き出す
ことなく、広い範囲に亘って船体外板1の表面をマイク
ロバブルで覆うことにある。したがって、船首1a近傍
から圧縮空気を噴き出す場合、例えば船底が比較的丸い
丸底船においても、船体外板のより広い範囲をマイクロ
バブルで覆うためには、船体幅方向Fの噴出線密度を制
御パラメータとして圧縮空気の吹き出しを制御すること
が有効である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる摩
擦低減船及び船体の摩擦抵抗低減方法によれば、水の流
線に沿って移動拡散する気泡によって船体のより広い範
囲を覆うことが可能であり、よって効果的にネットゲイ
ンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の論理的背景を説明するグラフ及び模
式図である。
【図2】 本発明の一実施形態に係わる摩擦低減船の要
部側面図及び要部底面図である。
【符号の説明】
A……摩擦低減船 1……船体外板 1a……船首 1b……船底 2……気体噴出部 2a……気体噴出孔 3……気体供給部 4……喫水線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 航行中に船首近傍から水中に気体を噴き
    出すことにより、船体外板の表面近傍に気泡を介在させ
    て船体と水との摩擦抵抗を低減させる摩擦抵抗低減船に
    おいて、 摩擦抵抗の低減によって得られる推進動力の節約分が気
    体の水中への噴き出しに要する動力を上回るように、気
    体の船体幅方向の噴出線密度を設定することを特徴とす
    る摩擦抵抗低減船。
  2. 【請求項2】 航行速度に応じて気体の船体幅方向の噴
    出線密度を設定することを特徴とする請求項1記載の摩
    擦抵抗低減船。
  3. 【請求項3】 船首近傍の船底に水中に気体を噴き出す
    気体噴出孔を船体幅方向に複数配置することを特徴とす
    る請求項1または2記載の摩擦抵抗低減船。
  4. 【請求項4】 航行中に水中に気体を噴き出すことによ
    り、船体外板の表面近傍に気泡を介在させて船体と水と
    の摩擦抵抗を低減させる方法において、摩擦抵抗の低減
    によって得られる推進動力の節約分が気体の水中への噴
    き出しに要する動力を上回るように、船体幅方向の気体
    の噴出線密度を設定することを特徴とする船体の摩擦低
    減方法。
  5. 【請求項5】 航行速度に応じて気体の船体幅方向の噴
    出線密度を設定することを特徴とする請求項4記載の船
    体の摩擦低減方法。
  6. 【請求項6】 船首近傍の船底に水中に気体を噴き出す
    気体噴出孔を船体幅方向に複数配置することを特徴とす
    る請求項4または5記載の摩擦抵抗低減船。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100420830B1 (ko) * 2001-08-18 2004-03-02 서울대학교 공과대학 교육연구재단 단과 횡방향 미소 요철구조를 이용한 선박용 공기윤활장치 및 방법
JP2005013814A (ja) * 2003-06-24 2005-01-20 Shimizu Corp 水質浄化装置
JP2008018781A (ja) * 2006-07-11 2008-01-31 Mitsui Zosen Akishima Kenkyusho:Kk 船体摩擦抵抗低減装置

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