JP2001219890A

JP2001219890A - 砕氷船

Info

Publication number: JP2001219890A
Application number: JP2000029965A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kishi; 進岸; Seiji Masuda; 聖始増田
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2001-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】開水中でも推進性能を向上させることのでき
る砕氷船を得る。【解決手段】取付け高さが船底２から喫水の１／２の
高さまでの範囲となるように、平面形状が半楕円形また
は多角形で、船長方向の断面形状が翼型である造波バル
ブ３を船首部の舷側または船底１に取付けた砕氷船１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、船首部にバルブ
（突起物）を装備した砕氷船に関する。

【０００２】

【従来の技術】砕氷船で船の進路を妨害する氷盤を砕氷
するときには、砕氷船は前進してその船首を氷盤に乗り
上げ、船の自重および船の前進にともなって発生する慣
性力を利用して砕氷するのが一般的である。

【０００３】そのため、砕氷船が氷盤に乗り上げやすい
ように、図９に示す砕氷船２１の船首２１ａの形状は、
図１０に示す通常の船舶２２の船首２２ａの形状に比較
して、前方に著しく傾斜した形状をしている。通常の船
舶２２の船首２２ａには、船体の造る波を打ち消す作用
を有する船首バルブ２２ｂが装備されているが、砕氷船
２１の船首２１ａには、このような船首バルブは氷盤へ
の乗り上げを妨げるため、装備されていないのが一般的
である。

【０００４】しかしながら、砕氷船が開水中を航行する
ときには、船首バルブが装備されていないこと、および
船首が前方に著しく傾斜していることにより、造波およ
び砕波が引き起こされ、これらが造波抵抗を増大させ
る。そして、このような造波抵抗は、船速が速くなるほ
ど顕著になる。

【０００５】船が水に浮かんで前進するときの抵抗は、
船体が造る波による造波抵抗と、船体と水との間の摩擦
抵抗とがその大部分を占めるので、砕氷船に作用する抵
抗は、前述した理由により、通常の船舶よりも大きくな
る。

【０００６】ところで、例えばオホ−ツク海域で砕氷船
が砕氷運航するのは、氷がある１２月から３月までの４
ヶ月間だけであり、それ以外の期間は開水中の運航とな
る。

【０００７】したがって、砕氷船にとって、開水中を航
行時の抵抗を少なくして、推進性能を向上させること
は、砕氷性能を向上させることに次いで重要なことであ
る。

【０００８】このような、開水中を航行時の砕氷船の推
進性能を向上させる従来の技術としては、特開昭６１−
１２４８７号公報（従来技術１）に開示された技術があ
る。この技術に基づく氷海用船舶は、図１１に示すよう
に、計画喫水線αに対応する部分に、船首３１の直線部
３１ａが位置しており、計画喫水時にはこの直線部３１
ａによって砕氷するようになっている。前記計画喫水線
αとバラスト喫水線βとの間には、球状造波バルブ３２
が形成され、バルブ３２の下側前縁部には直線部３２ａ
が形成されている。そして、この直線部３２ａはバラス
ト喫水線βに対応しており、バラスト喫水時には直線部
３２ａによって砕氷するようになっている。

【０００９】また、球状造波バルブ３２により、開水中
での推進性能を向上させようとするものである。

【００１０】また、砕氷船ではないが砕氷性能を維持し
つつ、開水中での推進性能の向上が図れることが可能な
船舶が、実開平１−４４２９６号公報（従来技術２）に
開示されている。この船舶は、図１２に示すように、船
首４１に船の前後方向に移動可能に設けた船首バルブ４
２と、船首バルブ４２を船体内に収納できる収納区画４
３と、船首バルブ４２の前後方向の移動に連動して、収
納区画４３に水を注排水する注排装置４４とから構成さ
れている。

【００１１】また、同様に砕氷性能を維持しつつ、開水
中での推進性能の向上を図ることが可能な船舶が、実開
昭６０−１６６６９３号公報（従来技術３）に開示され
ている。この船舶は、図１３に示すように、船首部５１
の両舷側に造波バルブ５２を設けたものである。この造
波バルブ５２により、船体の造る波５３と逆位相の波５
４を発生させ、船体の造る波を打ち消し、造波抵抗を減
少させようとするものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術には次のような問題点がある。（１）従来技術１氷厚が厚かったり氷の強度が高い場合に、船に勢いをつ
けて氷盤に衝突させることを繰り返す砕氷方法（ラミン
グ砕氷）を行う場合には、船首バルブが氷盤に当たり、
氷盤に乗り上げることができない。（２）従来技術２例え、船首バルブを完全に船体内に収納できるような構
造にしたとしても、氷への衝突時に船首バルブが破損し
ないように、船首バルブ出し入れ口に閉鎖装置を設けな
ければならず、構造が複雑になるとともに、閉鎖装置そ
のものも破損する恐れがある。（３）従来技術３砕氷船では船首から砕氷された氷片が舷側に沿って多数
流れてくるので、舷側のバルブに氷片が衝突し砕氷抵抗
が大きくなり、砕氷作業を阻害することになる。

【００１３】本発明は、従来技術の上述のような問題点
を解消するためになされたものであり、砕氷性能を低下
させることなく、開水中での推進性能を向上させること
ができる砕氷船を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る砕氷船
は、取付け高さが船底から喫水の１／２の高さまでの範
囲となるように、平面形状が半楕円形または多角形で、
船長方向の断面形状が翼型である造波バルブを船首部の
舷側または船底に取付けたものである。

【００１５】この発明に係る砕氷船は、造波バルブを舷
側または船底に装備しているので、砕氷時に造波バルブ
が氷盤に当たることはなく、砕氷性能を低下させること
はない。

【００１６】特に、造波バルブの取り付け位置を、船底
から喫水の１／２の高さまでの範囲としたので、砕氷片
との干渉が少なく、砕氷片による抵抗が少ないので、砕
氷性能が良好である。

【００１７】また、開水中を航行するときには、造波バ
ルブが、船首で造られる波と逆位相の波（船首で造られ
る波の波形がｓｉｎ形の場合には、波形がｃｏｓ形の
波）を発生させる位置に設けられているので、造波バル
ブで造られた波と船首で造られた波とは、お互いに打ち
消し合う。

【００１８】したがって、船首で造られた波が船尾部分
まで伝搬されることが無く、造波抵抗が軽減されて開水
中の推進性能が向上する。

【００１９】特に、造波バルブの平面形状が半楕円形ま
たは多角形であるものは、砕氷作業時に流れてくる砕氷
片による抵抗が少なく、砕氷性能を低下させることはな
い。

【００２０】なお、造波バルブを設ける船長方向や上下
方向の位置や大きさは、予め実験か数値計算によって船
首で造られる波の位相や波高を求めておくことにより、
容易に決定することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照して説明する。図１は本発明の砕氷船の一実施例の
説明図であり、（ａ）は砕氷船の船首部分の側面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＢ−
Ｂ矢視図である。この砕氷船１は、船首部の舷側または
船底２に造波バルブ３を設けている。

【００２２】なお、図１（ｂ）において、造波バルブ３
の平面形状は、略半楕円形となっているが、図２に示す
略台形や三角形のような多角形としてもよい。

【００２３】造波バルブ３の平面形状を半楕円形や多角
形としたのは、次の理由による。造波バルブ３に要求さ
れる形状の条件は、氷との抵抗が最小となるような形状
にすることである。また、開水中における航行におい
て、抵抗が最小となることが要求される。氷中では氷と
の干渉を考え、図１（ｂ）または図２に示すように、平
面形状が半楕円形か多角形形状とした。

【００２４】これは、図３（ａ）および図３（ｂ）に示
す平面形状が半楕円形や多角形であり、前方の辺が後方
に傾斜した形状の造波バルブ３ａまたは３ｂを採用した
方が、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示す平面形状が矩
形の造波バルブ３ｃを採用するより、砕氷片４が造波バ
ルブ３に衝突した時に、スムーズに後方に流れ、抵抗の
進行方向成分が小さくなるからである。

【００２５】同時に、開水中においても、平面形状が半
楕円形や多角形の造波バルブの方が、摩擦粘性抵抗や造
渦抵抗が小さくなるからである。

【００２６】図１（ｂ）や図２に示す造波バルブ３の船
長方向長さｃ、多角形の場合の先端部の長さｃ′および
幅bの範囲は、下記（１）〜（３）式で示す範囲とす
る。０<ｃ≦Ｌ／４…………（１）０<ｃ′≦ｃ……………（２）０<ｂ≦Ｂ／２…………（３）ただし、Ｌ：船の長さＢ：船の幅例えば、図２（ａ）に示す台形形状のｃ′を０とする
と、造波バルブ３の平面形状は三角形形状となる。

【００２７】また、造波バルブ３の船長方向に沿った断
面形状は、造波バルブ３の平面形状を決定するのと同じ
理由、すなわち氷中での砕氷片による抵抗を小さくする
と同時に、開水中での粘性・摩擦抵抗、造渦抵抗を小さ
くするという理由により、図４に示す下向きのキャンバ
−を有する翼型断面とする。

【００２８】このように翼型断面にしたのは、図４に示
すように、翼の負圧になる面が船底方向を向くように造
波バルブ３を取り付けると、翼により発生する揚力Ｌの
船の前進方向であるＸ方向成分Ｌxが推力として働くの
で、翼の抵抗ＲのＸ方向成分Ｒxを減少させることが可
能となるからである。翼形状を工夫して大きな揚力Ｌを
発生させることも可能であるが、過度に揚力Ｌの鉛直下
向き成分を大きくすると、船首部の沈下を招き、浸水面
積が増加して逆に摩擦抵抗を増加させるので、翼の抵抗
ＲのＸ方向成分Ｒxを減少させるか相殺させる範囲の翼
型とする。

【００２９】翼型決定の手順は、まず数値計算により翼
型を決定し、実験で検証する。すなわち、適当な翼型
（ＮＡＣＡ等）を用い、下記（４）式および（５）式で
示すｄとｔを適当に定め、造波抵抗が最小となる値を割
り出す。そして、その後模型を造って水槽実験で検証す
る。

【００３０】図４に示した造波バルブ３の船長方向に沿
った断面の長さｄと厚さｔは、下記（４）式および
（５）式に示す範囲とする。

【００３１】０<ｄ≦Ｌ／４…………（４）０<ｔ≦Ｈ／２………………（５）ただし、L：船の長さＨ：船の喫水また、造波バルブ３の船の幅方向に沿った断面形状も、
図１（ｃ）に示す半楕円形や、図５に示す台形のような
多角形とすることが、摩擦抵抗、粘性抵抗および造波抵
抗が小さくなるという理由で好ましい。

【００３２】造波バルブ３の船の幅方向に沿った断面の
厚さおよび幅の範囲は、前記断面等の厚さｔおよび平面
形状の幅bによって、必然的に決定される。

【００３３】図１（ｃ）や図５に示す造波バルブ３の船
の幅方向に沿った断面は、造波バルブ３がほぼ水平に取
り付けられた場合を示しているが、図６に示すように、
船底から下方に飛び出すように、斜めに取り付けてもよ
い。このようにすることにより、造波バルブと砕氷片と
の干渉をなくすことができる。

【００３４】次に、造波バルブ３の取り付け位置につい
て、砕氷時の氷片の流れに関して説明する。図７は砕氷
船１の造波バルブ３および船体周りの氷片の流れ５を模
式化して表した図であり、（ａ）は垂直面内における氷
片の流れ５を、（ｂ）は水平面内における氷片の流れ５
を示す。砕氷船１は船幅の広さの氷盤６に船首７を乗り
上げ、氷盤６を押し下げることにより砕氷する。砕氷片
は砕氷船１の船底２の方向に沈められる。しかし、その
後、砕氷片はそれ自身の浮力により浮き上がり、氷片の
流れ５に沿って砕氷船１の舷側方向に浮き上がる。砕氷
船１では船尾８のプロペラ９や舵１０に砕氷片が流入し
て推進効率が低下するのを避けるため、砕氷片がなるべ
く船首７に近い位置で浮上するように船型を工夫して設
計される。

【００３５】また、造波バルブ３の取り付け位置は、造
波抵抗を軽減するため、船首７で造られる波と干渉して
打ち消す波を発生することができ、砕氷片と干渉が無い
位置に配置するのが好ましい。そこで、船体周りの砕氷
片の存在する領域を、砕氷片の量の多少について、図8
に示すように領域１，領域２、領域３に分類した。領域
１は深さ方向が水面から氷盤６の底面までの領域で、船
長方向は砕氷船１の長さ全体にわたる。この領域は砕氷
片が最も多く存在する領域である。領域３は船体中央部
１１から船首７側では船体中心線１２付近の領域、船体
中央部１１より船尾８側では船底２全域と領域１の下部
までの領域で、砕氷片が最も少ない領域である。

【００３６】領域２はその中間の領域であり、領域２の
上部は比較的砕氷片が多く、下に向かうほど砕氷片が少
なくなる。領域２の船長方向の範囲は、船首７から船尾
８側へ砕氷船１の長さの約3/4程度の場所までで、その
長さは船型によって変化する。

【００３７】本発明の砕氷船１の造波バルブ３の装備位
置は、船体中央部１１より船首７側で、領域３の内もし
くは領域２の下部の領域、すなわち船底から喫水αのほ
ぼ１／２の高さまでの範囲とした。こうすることによ
り、氷中での造波バルブ３と砕氷片との干渉を最も小さ
くすることが可能となり、氷中での抵抗を小さく抑える
ことができる。また、造波バルブ３は開水中を航行する
ときに、船首７で造られる波によって発生する造波抵抗
を抑える必要があるので、取り付ける位置は船首７で造
られる波と干渉して、この波を打ち消す逆位相の波を発
生させる位置とする。この位置は、予め実験によって船
首で造られる波の位相を測定しておくことにより、容易
に決定することができる。

【００３８】造波バルブの最適取付け位置は、数値計算
によって推定し、実験によって検証する。すなわち、ま
ず、造波バルブ３の大きさを適当に決め、取り付け位置
を前後上下に動かして、船が造る波と造波バルブ３が造
る波の合成波形が最小となる条件、とりもなおさず造波
抵抗が最小となる条件を、ＣＦＤ（ＣｍｐｕｔｅｒＦｕ
ｌｉｄＤａｉｎａｍｉｃｓ）に基づく数値計算により
割り出し、その後模型を造って水槽試験で検証する。

【００３９】本発明の砕氷船は、上述したような造波バ
ルブ３を設けているので、図８に示すように、開水中で
は砕氷船１の造波バルブ３で造られる波１３が船首７で
造られる波１４と干渉し、後方へ伝播していく波を消す
ことができるので、造波抵抗を抑えることが可能とな
る。

【００４０】また、氷中においても砕氷船１の造波バル
ブ３と砕氷片の干渉を最小にすることができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明により、開水中での造波抵抗が小
さく抑えられて航海速力の向上が達成されるとともに、
翼断面を有する造波バルブにより発生する揚力によっ
て、造波バルブの抵抗を低減することができ、氷海域で
の砕氷性能も良好に維持できるので、開水中での運航日
数の短縮、燃料費節減や、海難事故発生等の緊急時に迅
速に現場に到着することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の砕氷船の一実施例の説明図であり、
（ａ）は砕氷船の船首部分の側面図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

【図２】本発明の砕氷船の造波バルブにおいて、平面形
状を多角形とした場合を示す図である。

【図３】造波バルブの平面形状と砕氷片の流れ易さとの
関係を示す図であり、（ａ）は平面形状が楕円形の場
合、（ｂ）は平面形状が多角形の場合、（ｃ）は平面形
状が矩形の場合である。

【図４】本発明の砕氷船の造波バルブの船長方向に沿っ
た断面を翼型断面とした場合の、推力の発生するメカニ
ズムの説明図である。

【図５】本発明の砕氷船の造波バルブの船の幅方向に沿
った断面形状を台形とした場合の図である。

【図６】本発明の砕氷船の造波バルブを船底から下方に
飛び出すように斜めに取り付けた場合の図である。

【図７】砕氷船の造波バルブおよび船体周りの氷片の流
れを模式化して表した図である。

【図８】本発明の砕氷船が開水中を航行するときに、造
波バルブで造られる波が船首で造られる波干渉して波を
消す状態を示す図である。

【図９】従来の砕氷船の船首部分の形状の説明図であ
る。

【図１０】通常船舶の船首部分の形状の説明図である。

【図１１】従来技術１の説明図である。

【図１２】従来技術２の説明図である。

【図１３】従来技術３の説明図である。

【符号の説明】

１砕氷船２船底３造波バルブ４砕氷片５氷片の流れ６氷盤７船首８船尾９プロペラ１０舵１１船体中央部１２船体中心線１３造波バルブで造られる波１４船首で造られる波

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】取付け高さが船底から喫水の１／２の高
さまでの範囲となるように、平面形状が半楕円形または
多角形で、船長方向の断面形状が翼型である造波バルブ
を船首部の舷側または船底に取付けたことを特徴とする
砕氷船。