JP2001278178A - 船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ないエネルギ消費で摩擦抵抗低減を行っ
て、航行時のエネルギ消費を効果的に節減することがで
きる船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を提供
する。 【解決手段】 船体１０の没水表面１２に気泡を放出し
て船体の摩擦抵抗を低減する方法であって、船体１０の
航行に伴って気体空間に対して低圧となる負圧箇所４１
を水中に形成し、気体空間から水中の負圧箇所４１に気
体を導くとともに、局所的に渦度が大きい水の流れ４０
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船体の摩擦抵抗を
低減する方法及び摩擦抵抗低減船に係り、特に、水中に
気泡を効率よく放出することにより、総合エネルギ効率
を向上させるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、船舶等の航行時のエネルギ消
費を節減することを目的として、水中に気体を送り込
み、船体外板の表面（没水表面）の近傍に多数の気泡を
介在させて、船体と水との摩擦抵抗を低減する方法が提
案されている。

【０００３】水中に気泡を発生させる技術としては、特
開昭５０−８３９９２号、特開昭５３−１３６２８９
号、特開昭６０−１３９５８６号、特開昭６１−７１２
９０号、実開昭６１−３９６９１号、実開昭６１−１２
８１８５号が提案されている。

【０００４】これらの技術では、水中に気泡を発生させ
る方法として、ポンプやブロアなどの装置によって加圧
した気体を船体に設けられた複数の孔や多孔板から水中
に噴出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加圧し
た気体を水中に噴出する方法であると、加圧用の装置を
稼動するエネルギが必要となり、摩擦抵抗の低減によっ
て減少したエネルギの節約分が目減りしてしまう。特
に、大型船の船底など、比較的水深の大きい箇所におい
て水中に気体を噴出する際には、水圧（静水圧）に対応
して高い圧力に気体を加圧する必要があり、多大なエネ
ルギを消費してしまう。また、加圧用の装置を船体に設
置するにあたり、設備コストや施工コストなど多大なコ
ストが生じてしまう。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、以下の点を目的とするものである。 （１）少ないエネルギ消費で摩擦抵抗低減を行って、航
行時のエネルギ消費を効果的に節減すること。 （２）水中に気泡を効率よく混入させ、効果的な摩擦抵
抗低減を実施すること。 （３）船体の建造コストを低減すること。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、船体の没水表面に気泡を放
出して船体の摩擦抵抗を低減する方法であって、船体の
航行に伴って気体空間に対して低圧となる負圧箇所を水
中に形成し、気体空間から水中の負圧箇所に気体を導く
とともに、局所的に渦度が大きい水の流れを形成する技
術が採用される。請求項２に係る発明は、船体の没水表
面に気泡を放出して船体の摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗
低減船であって、気体空間に対して低圧となる負圧箇所
を水中に形成するための負圧形成部と、気体空間から水
中の負圧箇所に気体を導くための流体通路と、局所的に
渦度が大きい水の流れを形成する離脱促進部とを備える
技術が採用される。また、請求項３に係る発明は、請求
項２に記載の摩擦抵抗低減船において、前記負圧形成部
は、船体の没水表面から水中に向かって突出して配され
る翼と、該翼を支持するストラットと、前記翼に対して
船体側に配される流水案内体とを備える技術が採用され
る。また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の摩
擦抵抗低減船において、前記離脱促進部は、船体側に凸
となるように形成された前記翼と、該翼形状に沿うよう
に形成された前記流水案内体とにより形成される技術が
採用される。

【０００８】

【作用】一般に、流体はその周囲に圧力勾配が生じる
と、高圧側から低圧側に向けて力（圧力勾配力）を受
け、流動が誘起される。したがって、気体空間に対して
低圧となる負圧箇所を水中に形成し、気体空間の気体を
水中の負圧箇所に導くことにより、圧力勾配力を利用し
て、所定の深さの水中に気体を送り込むことが可能とな
る。

【０００９】図２は、水中に負圧箇所を形成するための
負圧形成部を備えた摩擦抵抗低減船を模式的に示してい
る。船体１が所定の船速Ｖｓで航行すると、船体１に対
して相対的な水の流れ２が形成される。このとき、例え
ば負圧形成部３によって水の流路が狭められると、水の
流速が大きくなり、局所的に静水圧Ｐｗａが下がる（ベ
ルヌーイの定理）。このとき、水の流速をＶｗａ、気体
空間の圧力（大気圧）をＰａ、水の密度をρ、重力加速
度をｇ、水深をＨｗａとすると、静水圧Ｐｗａは、 Ｐwa＝Ｐａ＋ρ・ｇ・Ｈwa−ρ・（Ｖwa² −Ｖｓ² ）／２ （１） で表される。この式（１）から明らかなように、水の流
速Ｖｗａが次式を満たすことにより、水中に大気圧Ｐａ
に比べて低圧となる負圧箇所４が形成される。 ρ・ｇ・Ｈwa−（Ｖwa²−Ｖｓ²）／２ ＜ ０ （２）

【００１０】負圧箇所４が形成されると、圧力勾配力に
より、気体が流体通路５内を流動し、水中に送り込まれ
る。

【００１１】負圧箇所４を形成して水中に気体を送り込
む場合（負圧方式）、気体を加圧する必要がないため、
従来の加圧方式に比べ、水中に気体を送り込むときに消
費されるエネルギが少ない。

【００１２】また、水中に送り込まれた気体を気泡６と
して水に混入させ、多数の気泡６を船体１の没水表面に
介在させることにより、船体の摩擦抵抗が低減される。

【００１３】ところで、水中の気泡６には、水の流れに
より様々な力が作用する。その力の一例を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】例えば図２に示すように、負圧形成部３が
船底から突出して形成されている場合、流体通路５内を
流動した気体は、気体と液体（水）との境界面７（気液
界面）に到達した後、負圧箇所４による圧力勾配力と、
次に説明する揚力との作用を受けて気泡６として水中に
移動し、その後、抗力（粘性力）により水に乗って流れ
ると考えられる。

【００１６】揚力（Lift Force）は、気泡６の周囲の水
の流れ２が渦度を有するときに生じるものであり、その
力の方向は、渦度ベクトル（Vorticity Vector of Liqu
id）ω と気液相対速度ベクトル（Relative Velocity V
ector）ｕｓ との外積によって得られるベクトルの逆方
向である。また、その大きさは気泡の体積Ａｖと液体の
密度ρとに比例する。すなわち揚力Ｌｆは、次式によっ
て表される。 Ｌｆ＝−ρ・Ａｖ・（ｕｓ×ω） （３） ただし、これは Auton の慣性揚力であり、低レイノル
ズ数時には Saffman の揚力が作用し、渦度の 1/2乗に
比例するようになる。なお、両者とも作用方向は同じで
ある。

【００１７】船底の境界層には、一般に、渦度を有する
流れが船体外板の表面近傍に集中しており、上述した各
ベクトルは図３に示す向きとなる。この図３から分かる
ように、船底における揚力Ｌｆは、船体外板から離れる
方向、すなわち気液界面７から水中に気泡６が離脱する
方向に作用する。

【００１８】ところが、負圧形成部の形状によっては、
気泡に対して、気液界面に押し戻す方向に比較的大きな
力（抵抗力）が作用することがある。

【００１９】例えば、図２に示す負圧形成部３に沿って
水が流れる場合、水中の気泡６に対する抵抗力として、
次に説明する付加慣性力と圧力勾配力とが作用する。

【００２０】付加慣性力は、液体（水）中に置かれた気
泡の付加質量による慣性力であり、気液の密度差を 1/8
00とすると、気泡内の気体質量自体に作用する慣性力に
比べて４００倍の大きさとなる。また、水の慣性力と比
べたとき、気泡の慣性力＋付加慣性力は、1/2 の大きさ
である。このことから、同じ外力が作用したとき、気泡
は水の１＋１/（1/2）＝３倍の加速度を生じることにな
る（ただし、抗力を無視したときの最大値）。

【００２１】すなわち、図４に示すように、湾曲した物
体表面８に沿って水及び気泡６が流れる場合、凹部であ
る箇所ＰＡ１で水の流れ２が下向きに変わるとき、気泡
６は水の３倍の加速度で下降する。また、凸部である箇
所ＰＡ２で水の流れ２が上向きに変わるとき、気泡６は
水の３倍の加速度で上昇する。

【００２２】したがって、前述した図２の負圧形成部３
に沿って水が流れる場合、負圧形成部３の頂部の曲率
（凸部）により、負圧箇所４において水の流れ２が上向
きに変わるのに伴い、気泡６に対して、気液界面７に押
し戻す方向に付加慣性力が作用する。

【００２３】また、この図２の場合、負圧箇所４が水中
の他の箇所に比べて低圧であることから、負圧箇所４に
位置する気泡６に対して、気液界面７に押し戻す方向に
圧力勾配力が作用する。

【００２４】そして、このような気液界面に押し戻す方
向の力（抵抗力）が、気泡に対して大きく作用すると、
気液界面から水中に気泡が離脱しにくくなり、水に混入
される気泡の量が抑制されて、船体の摩擦抵抗が効果的
に低減しなくなる恐れがある。

【００２５】そこで、気液界面から水中に気泡が移動す
るように水の流れを形成して、気泡の離脱に対して抵抗
となる力を小さくすることにより、気液界面から気泡が
容易に離脱し、水に混入される気泡の量が増える。

【００２６】すなわち、局所的に渦度が大きい水の流れ
を形成することにより、気泡に対して、揚力が離脱方向
に作用するようになり、気液界面からの気泡の離脱が促
進される。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る船体の摩擦抵
抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を、タンカーやコンテナ
船等の肥大船に適用した一実施形態について、図面を参
照して説明する。図５において、符号Ｍは摩擦抵抗低減
船、１０は船体、１１は気泡発生装置、１２は船体外板
（没水表面）、１３は推進器、１４は舵、１５は水面
（喫水線）を示している。

【００２８】前記摩擦抵抗低減船Ｍとしての肥大船は、
例えばＶＬＣＣ（Very Large CrudeOil Carrier）とい
ったものがこれに該当し、他の種類の船舶に比べて、喫
水線１５下の船体外板１２（没水表面）において船底の
面積が船側に対して比較的大きく形成されている。さら
に、船体１０の前方に、気泡発生装置１１が配されてい
る。

【００２９】前記気泡発生装置１１は、図５（ｂ）に示
すように、船体１０の没水表面１２に配される負圧形成
部２０と、船体１０を貫通しかつ喫水線１５の上下にお
いて内部空間が開放される流体通路２１とを備えてい
る。

【００３０】前記負圧形成部２０は、航行時における船
体１０に対する相対的な水の流れを利用して、所定の船
速Ｖｓにおいて気体空間（大気）に対して低圧となる負
圧箇所を水中に形成するためのものである。ここでは、
負圧形成部２０は、後述するように気液界面からの気泡
の離脱を促進する離脱促進部としての機能も有してお
り、船底における水の相対速度を特定箇所で大きくする
とともに、鉛直方向上向きに凸となる湾曲した水の流れ
を形成するように構成されている。

【００３１】この負圧形成部２０の詳細について説明す
ると、負圧形成部２０は、図６に示すように、船体の没
水表面から水中に向かって突出して配されるとともに、
没水表面１２に対して所定の間隔で略平行に配される翼
３０と、翼３０を支持するために翼３０と船体外板１２
との間に配されるストラット３１，３２と、翼３０に対
して船体側（本実施形態では船体内側）に配される流水
案内体３３とを備えている。

【００３２】前記翼３０の形状は、ＮＡＣＡ翼型、オジ
バル翼型など様々な翼型が適用可能であり、船体の形状
及び船速に応じて定められる。ここでは、翼３０は船体
側に凸となるように形成される。また、翼３０は、前縁
３０ａ及び後縁３０ｂを船体の進行方向Ｄveに向け、翼
面３０ｃ，３０ｄを上下方向に向け、さらに、航行時に
おいて翼３０に対して揚力が上向きに作用する（航行時
において、上方を臨む翼面３０ｃ側の流速が下方を臨む
翼面３０ｄ側の流速に比べて大きくなる）ように配置さ
れている。

【００３３】前記ストラット３１，３２は、水平断面形
状が水の流れに対して抵抗が少ない例えば翼型などの形
状であり、前記翼３０と没水表面１２との間隔を規定す
るために所定の高さＨstで形成されている。さらに、一
方の端面が船体外板１２に当接され他方の端面が翼３０
に当接されて取り付けられる。

【００３４】前記流水案内体３３は、航行中における水
の流れを曲線状（湾曲状）に案内するためのものであ
り、一面が開放されたボックス状に構成され、船体外板
１２に設けられた開口１２ａを船体１０の内側から覆う
ように、開放端３３ａを船体外板１２に当接状態に固定
される。また、流水案内体３３は、翼３０の形状に沿う
ように形成されており、船体１０の幅方向（水平面内で
船体１０の進行方向Ｄveに略垂直な方向）に平行かつ船
体外板１２からの高さが船体１０の進行方向Ｄveに沿っ
て凸状に変化する（すなわち、鉛直方向上向きに凸状に
湾曲する）湾曲面３３ｂを有している。さらに、この湾
曲面３３ｂの中央付近において、貫通孔からなる排出口
３３ｃが設けられている。

【００３５】これらにより、負圧形成部２０には、図５
（ｂ）に示すように、船体の進行方向Ｄveに沿って、離
脱促進部として、鉛直方向上向きに凸となる湾曲した水
路３４が形成される。

【００３６】また、負圧形成部２０の各構成部材の形状
や配置位置は、航行時に負圧形成部２０における水の流
れが所望の状態になるように、数値流体力学（ＣＦＤ：
Computational Fluid Dynamics）による流場解析によっ
て設計されている。ここでは、所定の船速Ｖｓでの航行
時において、負圧形成部２０付近における水の流れが、
次の（ａ）〜（ｄ）の条件を満たすように定められる。 ・条件（ａ）：水路３４における水の流速（絶対値）が
船速Ｖｓに比べて大きくなり、かつ、水路３４の中央部
３４ｂ（図５（ｂ）参照）における平均流速Ｖwaが前述
した式（２）を満たす（このとき、式（２）におけるρ
は海水の密度、Ｈwaは喫水線から水路３４までの距離
（水深）とする）こと。 ・条件（ｂ）：流水案内体３３の排出口３３ｃ近傍に比
べて翼面３０ｃ近傍の水の流速が大きくなること。 ・条件（ｃ）：排出口３３ｃから下降する水の流れを有
すること。 ・条件（ｄ）：水路における水の流れに局所的に大きな
渦度を有すること。

【００３７】上述した条件（ａ）を満たすために、負圧
形成部２０の各構成部材の形状や配置位置は、例えば、
水路３４の入り口における流路断面積に比べて内部（前
部３４ａ、中央部３４ｂ、後部３４ｃ）の流路断面積が
狭く、さらに、前部３４ａ及び後部３４ｃに比べて中央
部３４ｂの流路断面積が狭くなるように定められる。ま
た、上述した条件（ｂ）を満たすために、例えば、流水
案内体３３の湾曲面３３ｂに比べて翼面３０ｃの全体的
な曲率が小さくなる（曲率半径が大きくなる）ように定
められる。また、上述した条件（ｃ）を満たすために、
例えば、排出口３３ｃ近傍の湾曲面３３ｂに上向きに凸
となるような曲面を有するように定められる。また、上
述した条件（ｄ）を満たすために、例えば、水路３４の
流路断面積や形状が局所的に変化するように定められ
る。

【００３８】一方、前記流体通路２１は、前記負圧形成
部２０における流水案内体３３に接続される気体導入管
３５の内部空間３６からなっている。すなわち、流体通
路２１は、一端が気体導入管３５の空気取入れ口３７を
介して気体空間（大気中）に開放されるとともに、他端
が前記流水案内体３３の排出口３３ｃを介して水中に開
放されるようになっている。

【００３９】前記気体導入管（ＡＩＰ：Air Induction
Pipe）３５は、船体１０に貫通状態に、かつ負圧形成部
２０における流水案内体３３に接続状態に敷設され、少
ない圧力損失で所望の流量の流体が流動するように、そ
の内部の断面積や形状が定められている。また、空気取
入れ口３７は、船体１０における甲板の前部に配され
る。

【００４０】なお、負圧形成部２０及び気体導入管３５
の材質としては、例えば耐食処理された金属、あるいは
樹脂など、主として表面が海水に対して耐食性を有し、
さらに海成生物が表面に付着しにくいものが好ましく用
いられる。

【００４１】また、負圧形成部２０は、船底の広さに応
じて１つまたは複数配置され、これに応じて気体導入管
３５の配設状態が定められる。

【００４２】このように構成される摩擦抵抗低減船Ｍに
よる船体の摩擦抵抗低減方法について、図１を参照して
以下説明する。停船状態においては、流体通路２１内
に、船体１０の周囲とほぼ同じ水位まで水（海水）が入
り込んでいる。推進器１３（図５参照）の推力により船
体１０が航行状態になると、図１（ａ）に示すように、
船体１０に対して相対的な水の流れ４０が形成される。

【００４３】航行状態において、船底では、負圧形成部
２０の翼３０に沿って水が流れ、湾曲した水路３４にお
いてその流路が狭められることにより、水路３４を流れ
る水の流速が大きくなり、静水圧が局所的に低下する。

【００４４】そして、船体１０の航行速度が所定の船速
Ｖｓ（例えば標準航行速度）に達すると、水路３４の中
央部３４ｂにおいて、大気に対して低圧となる負圧箇所
４１が形成される（条件（ａ）より）。

【００４５】この場合にあって、空気取入れ口３７にお
ける圧力に比べ、負圧箇所４１に面した排出口３３ｃ付
近の圧力が低いために、流体通路２１内の流体（海水及
び空気）に対して圧力勾配力Ｐｆ１が作用し、流体通路
２１から海水が排出された後、空気取入れ口３７から流
入した空気が、流体通路２１を流動して水中に送り込ま
れる。

【００４６】そして、水中に送り込まれた気体が気泡４
２として水に混入し、船体１０の没水表面１２の近傍に
多数の気泡４２が介在することにより、船体１０の摩擦
抵抗が低減される。

【００４７】水中に空気を送り込むために必要なエネル
ギは、主として気体の位置を変化させるためのエネルギ
である。このエネルギは、負圧形成部２０により水の流
動状態を変化させることで得られるものであり、気体を
加圧して水中に噴出する場合に消費されるエネルギに比
べて少ない。そのため、船体１０の摩擦抵抗低減によ
り、航行時のエネルギ消費が効果的に低減される。

【００４８】さらに、負圧箇所４１の形成には、負圧形
成部２０の形状やレイノルズ数が主な支配因子となり、
水深による不利が生じにくいと考えられるため、本発明
に係る技術は、大型船への適用にも有利である。

【００４９】また、気泡発生装置１１は簡素な構成であ
り、気体を加圧するための装置が不要であることから、
船体１０の建造コストが少なくて済むことはいうまでも
ない。

【００５０】この場合にあって、図１（ｂ）に示すよう
に、水路３４により、上向きに凸となる湾曲した流れが
形成されるために、排出口３３ｃを通過した水は気液界
面４３から離れる方向に流れの向きを変えて下降する
（条件（ｃ）より）。このとき、気泡４２は水よりも大
きな加速度で排出口３３ｃから離れる運動をする。すな
わち、気液界面４３から気泡４２が離脱する方向（離脱
方向）に、気泡４２に対して付加質量による慣性力（付
加慣性力）が作用する。

【００５１】さらに、水路３４における翼面３０ｃ近傍
を流れる水の流速が、流水案内体３３の排出口３３ｃ近
傍の水の流速に比べて大きい（条件（ｂ）より）ため
に、水中の負圧箇所４１における圧力が気液界面４３か
ら水中に向かって低くなる。そのため、気泡４２に対し
て、離脱方向に圧力勾配力Ｐｆ２が作用する。

【００５２】また、水路３４の流路断面積（およびその
形状）が局部ごとに変化するために、水路３４の水の流
れ４０は局所的に大きな渦度を有する（条件（ｄ）よ
り）。このとき、水の流れ４０は、流線の曲がりが大き
い水路３４の中央部３４ｂにおいて大きな渦度を有す
る。そのため、気泡４２に対して、流線が曲げられた向
きと反対方向である下向き（離脱方向）に、気泡４２に
対して揚力Ｌｆ１が作用する。

【００５３】そして、こうした離脱方向の力（付加慣性
力Ａｆ、圧力勾配力Ｐｆ２、揚力Ｌｆ１）により、気泡
４２に対して抵抗となる力が小さくなり、気液界面４３
からの気泡４２の離脱が促進されるとともに、水中に空
気を送り込むためのエネルギが少なくて済む。すなわ
ち、翼３０と流水案内体３３とにより離脱促進部として
の水路３４が形成され、この水路３４によって、局所的
な渦度を有しかつ湾曲した水の流れが形成されることに
より、揚力Ｌｆ１に加え、圧力勾配力Ｐｆ２、付加慣性
力Ａｆが作用し、気液界面４３からの気泡４２の離脱が
促進され、水に混入される気泡の量が増える。

【００５４】また、水の流れ４０により、翼３０に対し
て上向きの揚力が作用するために、例えば船体１０にお
ける船首側が上昇し、船体１０の浸水面積が減少し、摩
擦抵抗が減少しやすくなる。

【００５５】負圧形成部２０のストラット３１，３２
は、水路３４の流路断面積を狭めるとともに、流線を変
化させるために、負圧箇所４１が形成される水路３４の
中央部３４ｂにおいて上述した離脱方向の力を増加させ
るように有利に働く。

【００５６】負圧箇所４１において発生する気泡４２の
量は、その付近の環境条件から定まる飽和蒸気圧に影響
を受ける。すなわち、水に溶け込める気体の量よりも多
いものが気泡４２として水中に存在することになる。し
たがって、気液界面４３からの気泡４２の離脱が促進さ
れることにより、気液界面４３の近くに停滞する気泡４
２が少なくなり、所望の量の気泡４２が安定して水中に
混入され、効果的な摩擦抵抗低減が確実に実施される。

【００５７】なお、水中に混入された気泡４２は、水深
に応じた静水圧よりも低い内圧で形成されるため、一定
の水深で気泡４２が移動するとき（例えば船底に沿って
気泡が移動するとき）に、負圧箇所４１から離れるに従
って気泡４２に大きな水圧が作用し、徐々に気泡４２の
大きさが小さくなる。本出願人らのこれまでの研究によ
れば、比較的小さい気泡のほうが船体の摩擦抵抗を低減
するのに好ましいとされている。したがって、負圧によ
って発生した気泡は、この点からも摩擦抵抗の低減に有
利に働く。

【００５８】図７は、本発明に係る摩擦抵抗低減船の他
の実施形態を示している。この摩擦抵抗低減船Ｍ２は、
上述した実施形態と異なり、気泡発生装置における負圧
形成部が上下方向に移動するように構成されている。

【００５９】気泡発生装置５０は、船体に固定状態に敷
設される外筒５１と、該外筒５１内に着脱自在に、かつ
軸方向（上下方向）に移動自在に収容される気体導入管
（ＡＩＰ）としての内筒５２と、外筒５１に対する内筒
５２の軸方向の位置（高さ）を調節するための位置調節
部５３とを備えている。

【００６０】内筒５２は、一端に設けられた負圧形成部
５４を下方に向けた状態で外筒５１の上端部の開口から
挿入される。

【００６１】負圧形成部５４は、図８に示すように、管
状部材６０の端部を塞ぐように配設される板状部材６１
と、この板状部材６１に対して所定の間隔で略平行に配
される翼６２と、翼６２を支持するストラット６３，６
４と、前記板状部材６１に設けられた排出口としての開
口６５を管状部材６０の内側から覆うように配設される
湾曲板６６とを備えている。

【００６２】これらにより、負圧形成部２０には、船体
の進行方向に沿って、鉛直方向上向きに凸となる湾曲し
た離脱促進部としての水路６７が形成される。

【００６３】また、流体通路６８として、内筒５２の内
部空間は、湾曲板６６と板状部材６１との間隙６９と前
記排出口６５とを介して下方に開放される。

【００６４】図７に戻り、位置調節部５３は、航行状態
に応じて、負圧形成部５４の船底からの突出状態（突出
高さ）を調節するためのものであり、内筒５２を所定の
位置に移動させるためのモータ等の図示しない駆動部、
所定の位置に内筒５２を固定するための図示しない固定
部、等を含んで構成されている。

【００６５】こうした構成の気泡発生装置５０を備える
摩擦抵抗低減船Ｍ２は、航行状態に応じて位置調節部５
３により負圧形成部５４の突出高さを変化させ、これに
より負圧形成部５４による抗力の増加を適切に抑制する
とともに、負圧形成部５４の近傍の水の流れを所望の状
態に調節する。

【００６６】例えば気泡による摩擦抵抗の低減効果が小
さい停船中や低速航行時には、図９（ａ）に示すよう
に、負圧形成部５４を船体の内側（没水表面の内側）に
配することにより、負圧形成部５４による抗力の増加を
抑制する。

【００６７】一方、所定の船速での航行時には、図９
（ｂ）及び（ｃ）に示すように、負圧形成部５４を船底
から水中に（下方に）突出させ、水中に気泡７０を発生
させて船体の摩擦抵抗を低減する。

【００６８】負圧形成部５４の突出高さが変化すると、
負圧形成部５４の水路６７に流入する時間あたりの水量
が変化し、水路６７における水の流速が変化する。これ
により、負圧箇所７１の状態（静水圧など）や気液界面
からの離脱方向の力の大きさが変化し、水に混入される
気泡７０の量が変化する。

【００６９】すなわち、負圧形成部５４の突出高さを変
化させることにより、負圧箇所７１の圧力や負圧箇所７
１近傍の水の流れ７２を制御し、気泡７０の発生量を調
節する。そして、船速に応じた適切な量の気泡７０によ
り摩擦抵抗低減が効果的に実施される。

【００７０】さらに、気泡発生装置５０は、メンテナン
ス時において、内筒５２を外筒５１から取り外し、清掃
設備の整った環境のもとで内筒５２の清掃を行うととも
に、外筒５１の内壁面の清掃を行う。そのため、気泡発
生装置５０のメンテナンスに伴う手間が少ない。

【００７１】なお、上述した実施形態において示した各
構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発
明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づ
き種々変更可能である。例えば下記のような変更も含ま
れる。

【００７２】上述した実施形態では、負圧形成部２０
は、負圧箇所を水中に形成するとともに、離脱方向の力
を発生させる水の流れを形成するという２つの機能を有
し、少ないスペースで効率的に気泡を水に混入させるこ
とができるという利点がある。しかしながら、負圧箇所
を形成する機能（負圧形成部）と離脱を促進させる水の
流れを形成する機能（離脱促進部）とを別々の手段に分
けてもよい。機能別に手段を分けることにより、水中に
混入される気泡の量が制御しやすくなる。

【００７３】また、負圧形成部の翼の形状は、水中に対
する抗力の増加をなるべく抑制するように設計される。
したがって、上述した実施形態で示した翼は、翼面の平
面形状が矩形のものに限らず、例えば三角形の翼面な
ど、他の形状でもよい。

【００７４】また、上述した実施形態では、本発明を肥
大船に適用した例を示したが、これに限るものではな
く、高速船など他の船にも適用可能である。なお、負圧
形成部の大きさや数、その配置場所といったものは、船
体の形状に応じて適宜設定される。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
以下の効果を得ることができる。請求項１に係る船体の
摩擦抵抗低減方法によれば、水中に負圧箇所を形成する
ことにより、圧力勾配力を利用して、気体を加圧する場
合に比べて少ないエネルギ消費で水中に気体を送り込
み、摩擦抵抗低減を行うことができる。また、局所的に
渦度が大きい水の流れを形成することにより、揚力を利
用して、境界面からの気泡の離脱を促進させ、水に混入
される気泡の量を増やすことができる。したがって、効
果的な摩擦抵抗低減を実施し、航行時のエネルギ消費を
節減することができる。請求項２から請求項４に係る摩
擦抵抗低減船によれば、負圧形成部を備えることによ
り、水中に負圧箇所を形成し、圧力勾配力を利用して、
気体を加圧する場合に比べて少ないエネルギ消費で水中
に気体を送り込み、摩擦抵抗低減を行うことができる。
また、離脱促進部により形成される水の流れにより、揚
力を利用して、境界面からの気泡の離脱を促進させ、水
に混入される気泡の量を増やすことができる。したがっ
て、効果的な摩擦抵抗低減を実施し、航行時のエネルギ
消費を節減することができる。さらに、気体を加圧する
装置が不要となり、船体の建造コストを容易に低減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法の一例
を示す概念図である。

【図２】 水中に気泡を発生させる方法の一例を示す概
念図である。

【図３】 船底における気泡に作用する力を示す模式図
である。

【図４】 曲面に沿って水と気泡とが流れる様子を示す
模式図である。

【図５】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法を船舶
に適用した一実施形態を概略的に示す構成図である。

【図６】 図１に示す負圧形成部の構成を概略的に示す
斜視図である。

【図７】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法を船舶
に適用した他の実施形態を概略的に示す構成図である。

【図８】 図７に示す負圧形成部の構成を概略的に示す
斜視図である。

【図９】 図７に示す負圧形成部の配置位置と水の流れ
との関係を示す状態図である。

【符号の説明】

Ｍ，Ｍ２ 摩擦抵抗低減船 １，１０ 船体 ２，４０ 水の流れ ３，２０，５４ 負圧形成部 ４，４１ 負圧箇所 ５，２１ 流体通路 ７，４３ 気液界面（境界面） １１，５０ 気泡発生装置 １２ 船体外板（没水表面） １５ 水面（喫水線） ３０ 翼 ３１，３２ ストラット ３３ 流水案内体 ３３ｂ 湾曲面 ３３ｃ 排出口 ３４，６７ 水路（離脱促進部） ３５ 気体導入管 ３７ 空気取入れ口 ４２ 気泡 ５１ 外筒 ５２ 内筒 ５３ 位置調節部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船体の没水表面に気泡を放出して船体の
   摩擦抵抗を低減する方法であって、 船体の航行に伴って気体空間に対して低圧となる負圧箇
   所を水中に形成し、気体空間から水中の負圧箇所に気体
   を導くとともに、局所的に渦度が大きい水の流れを形成
   することを特徴とする船体の摩擦抵抗低減方法。
2. 【請求項２】 船体の没水表面に気泡を放出して船体の
   摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減船であって、 気体空間に対して低圧となる負圧箇所を水中に形成する
   ための負圧形成部と、 気体空間から水中の負圧箇所に気体を導くための流体通
   路と、 局所的に渦度が大きい水の流れを形成する離脱促進部と
   を備えることを特徴とする摩擦抵抗低減船。
3. 【請求項３】 前記負圧形成部は、船体の没水表面から
   水中に向かって突出して配される翼と、該翼を支持する
   ストラットと、前記翼に対して船体側に配される流水案
   内体とを備えることを特徴とする請求項２に記載の摩擦
   抵抗低減船。
4. 【請求項４】 前記離脱促進部は、船体側に凸となるよ
   うに形成された前記翼と、該翼形状に沿うように形成さ
   れた前記流水案内体とにより形成されることを特徴とす
   る請求項３に記載の摩擦抵抗低減船。