JP2001341690A - 摩擦抵抗低減船 - Google Patents

摩擦抵抗低減船

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JP2001341690A
JP2001341690A JP2000163612A JP2000163612A JP2001341690A JP 2001341690 A JP2001341690 A JP 2001341690A JP 2000163612 A JP2000163612 A JP 2000163612A JP 2000163612 A JP2000163612 A JP 2000163612A JP 2001341690 A JP2001341690 A JP 2001341690A
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JP
Japan
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hull
water
frictional resistance
submerged surface
ship
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JP2000163612A
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Yoshiaki Takahashi
義明 高橋
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IHI Corp
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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

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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
きる摩擦抵抗低減船を提供する。 【解決手段】 気体空間に対して低圧となる負圧箇所4
1を水中に形成するために、船体の没水表面12から突
出して設けられる負圧形成部24と、水中の負圧箇所4
1に向けて気泡42を放出するための排出口26と、気
体空間から水中に気体を導くために、一端が気体空間に
開放されるとともに他端が排出口26を介して水中に開
放される流体通路30とを備え、排出口26を船体の没
水表面12に対して斜めに配設された斜面25に設け
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摩擦抵抗低減船におい
て、気体空間に対して低圧となる負圧箇所を水中に形成
するために、船体の没水表面から突出して設けられる負
圧形成部と、水中の負圧箇所に向けて気泡を放出するた
めの排出口と、気体空間から水中に気体を導くために、
一端が気体空間に開放されるとともに他端が前記排出口
を介して水中に開放される流体通路とを備え、前記排出
口は、船体の没水表面に対して斜めに配設された斜面に
設けられる技術が採用される。また、請求項2に係る発
明は、前記斜面は、船体の没水表面に設けられる窪みの
内部から外部に亙って配設されている技術が採用され
る。
【0008】本発明によれば、負圧形成部によって気体
空間に対して低圧となる負圧箇所が水中に形成されるの
で、圧力勾配力により、流体通路を介して気体空間から
水中に気体が導かれ、排出口を介して水中に気泡が放出
される。排出口は船体の没水表面に対して斜めに配設さ
れた斜面に設けられているので、没水表面の所定領域内
において、排出口の開口面積を容易に広くすることが可
能である。さらに、この排出口が設けられた斜面は船体
の没水表面に設けられた窪みの内部から外部に亙って配
設されているので、窪みの内部に排出口の少なくとも一
部を配することで、開口面積の広い排出口を設ける場合
にも、船体の没水表面からの斜面の突出高さを抑制する
ことが可能となる。したがって、水の流れに対する抗力
増加を抑制しつつ、開口面積の広い排出口から多量の気
泡を放出することが可能となる。
【0009】
【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2
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。
【0010】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(船首側)には、前記気泡発生装置
11が配設されている。
【0011】気泡発生装置11は、図2(b)に示すよ
うに、船底に設けられた開口12aに配設される流体案
内体20と、この流体案内体20に接続される気体導入
管(AIP:Air Induction Pipe)21とを備えて構成
されている。
【0012】流体案内体20は、内部に空洞を有する略
管状の部材として全体が構成されており、その軸方向の
両端部には、前記気体導入管21もしくは船体外板12
との接続用のフランジ22,23が設けられている。ま
た、船体外板12に接続される一方(下方)の端部に
は、図3に示すように、軸方向に対して斜めに延在しか
つ進行方向前方(船首側)を臨む負圧形成部としての前
方斜面24と、その背面側に配されかつ進行方向後方
(船尾側)を臨む後方斜面25とが設けられており、こ
れらの斜面24,25の縁部の一部が互いに合わせられ
て、略尖形形状の突起が形成されるようになっている。
なお、後方斜面25には、流体案内体20の空洞の開口
として、貫通穴からなる排出口26が設けられている。
【0013】図2に戻り、気体導入管21は、主として
管状の部材から構成され、船体をほぼ貫通状態に敷設さ
れるとともに、フランジ27を介して前記流体案内体2
0に接続されている。この気体導入管21と流体案内体
20とが接続されることによって、その内部空間として
流体通路30が形成される。この流体通路30は、気体
導入管21の空気取入れ口21aを介して一端が気体空
間(大気)に開放されるとともに、他端が前記排出口2
6を介して水中に開放される。なお、流体通路30(流
体案内体20及び気体導入管21の内部空間)は、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
断面積や形状が定められている。
【0014】ここで、気泡発生装置11の各構成部材の
形状や配置位置は、航行時に流体案内体20の後方側に
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
場解析や航走試験等の結果に基づいて設計されている。
ここでは、所定の船速Vsでの航行時において、流体案
内体20の後方側の水中に、船体に対する相対的な水の
流れによって気体空間(大気)に対して低圧となる負圧
箇所が形成されるように、流体案内体20の前方斜面2
4が船体の没水表面12から所定の高さHを突出した状
態に配設されている。
【0015】また、流体案内体20が船体外板12に接
続されることによって、船体の没水表面12に窪み31
が形成され、流体案内体20の後方斜面25がこの窪み
31の内部から外部に亙って船体の没水表面12に対し
て斜めに配設され、後方斜面25に設けられた排出口2
6が後方を望みかつその一部が窪み31の内部に配され
るとともに他部が船体の没水表面12から突出した状態
に配されるようになっている。
【0016】なお、流体案内体20や気体導入管21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。また、気泡発生装置11は、船底の広さに応じ
て1つまたは複数配置される。なお、図2(b)に示す
符号28,29は、フランジ接続用のパッキンである。
【0017】上述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30
(図2に示す流体案内体20及び気体導入管21の内部
空間)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2参照)の推力
により船体10が航行状態になると、船体10に対して
相対的な水の流れ40が形成される。
【0018】航行状態において、船底では、流体案内体
の前方斜面24によって水の流路が狭められることによ
り、船底に沿って流れる水の流速が大きくなるととも
に、その突出端の鋭い角により、水中に剥離域が形成さ
れ、これらにより、前方斜面24の背面側、すなわち後
方斜面25側の水中における静水圧が局所的に低下す
る。
【0019】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、後方斜面25
側の水中において、大気に対して低圧となる負圧箇所4
1が形成される。
【0020】このとき、空気取入れ口21aにおける圧
力に比べ、負圧箇所41に面した排出口26の圧力が低
いために、流体通路30内の流体(海水及び空気)に対
して圧力勾配力が作用し、流体通路30から海水が排出
されるとともに、空気取入れ口21aから流入した空気
が、流体通路30を流動して水中に送り込まれる。
【0021】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が介在するようになり、船体10の摩擦
抵抗が低減される。
【0022】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、流体案内体の前方斜面24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。
【0023】ここで、本実施形態では、水中に気体を放
出するための排出口26が、船体の没水表面12に対し
て斜めに配設された後方斜面25に設けられているの
で、没水表面12に平行な面内に排出口を設けた場合に
比べて、船体の没水表面12における所定の領域内に排
出口26の開口面積を広くすることができる。さらに、
この後方斜面25は窪み31の内部から外部に亙り船体
の没水表面12を挟んだ両側に配設されており、窪み3
1の内部に排出口26の一部が配されるので、開口面積
の広い排出口26を設ける場合にも、船体の没水表面1
2からの前方斜面24(及び後方斜面25)の突出高さ
が抑制され、水の流れ40に対して抵抗となりにくい。
【0024】したがって、本実施形態では、水の流れ4
0に対する抗力増加を抑制しつつ、開口面積の広い排出
口26から多量の気泡42を放出することが可能とな
り、これにより、効果的な摩擦抵抗低減を実施すること
ができる。
【0025】さらに、負圧箇所41の形成には、前方斜
面25及び後方斜面26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。
【0026】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、負圧箇所
41において発生した気泡は、この点からも摩擦抵抗の
低減に有利に働く。
【0027】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。
【0028】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、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、気泡発生装置11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。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧力勾配力を利用することにより、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、
船体の摩擦抵抗を低減することができる。また、気泡を
放出するための排出口が船体の没水表面に対して斜めに
配設された斜面に設けられ、この斜面が船体の没水表面
に設けられる窪みの内部から外部に亙って配設されてい
るので、船体の没水表面から物体が突出することによっ
て生じる水の流れに対する抗力増加を抑制しつつ、開口
面積の広い排出口から多量の気泡を水中に放出すること
ができる。したがって、多量の気泡によって、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。また、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】 本発明に係る摩擦抵抗低減船による船体の摩
擦抵抗低減方法の一例を示す概念図である。
【図2】 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3】 図2の負圧形成部23の全体構成を示す斜視
図である。
【符号の説明】
M 摩擦抵抗低減船 10 船体 11 気泡発生装置 12 船体外板(没水表面) 15 水面(喫水線) 20 流体案内体 21 気体導入管 24 前方斜面(負圧形成部) 25 後方斜面 26 排出口 30 流体通路 21a 空気取入れ口 31 窪み

Claims (2)

    【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摩擦抵抗低減船において、 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
    ために、船体の没水表面から突出して設けられる負圧形
    成部と、 水中の負圧箇所に向けて気泡を放出するための排出口
    と、 気体空間から水中に気体を導くために、一端が気体空間
    に開放されるとともに他端が前記排出口を介して水中に
    開放される流体通路とを備え、 前記排出口は、船体の没水表面に対して斜めに配設され
    た斜面に設けられていることを特徴とする摩擦抵抗低減
    船。
  2. 【請求項2】 前記斜面は、船体の没水表面に設けられ
    る窪みの内部から外部に亙って配設されていることを特
    徴とする請求項1に記載の摩擦抵抗低減船。
JP2000163612A 2000-04-03 2000-05-31 摩擦抵抗低減船 Pending JP2001341690A (ja)

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US09/822,942 US6789491B2 (en) 2000-04-03 2001-03-30 Friction reducing ship and method for reducing frictional resistance
KR10-2001-0017483A KR100441723B1 (ko) 2000-04-03 2001-04-02 마찰저항 저감선 및 선체의 마찰저항 저감방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111746710A (zh) * 2020-06-03 2020-10-09 武汉理工大学 基于废气利用的船舶减阻系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111746710A (zh) * 2020-06-03 2020-10-09 武汉理工大学 基于废气利用的船舶减阻系统

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