JP2002127985A - 砕氷船及び船型改良法 - Google Patents

砕氷船及び船型改良法

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 造波抵抗の少なく、なおかつ砕氷能力を確保
できる砕氷船及びその改良法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 氷盤の厚さと船体の運動による氷盤への
船体の乗り上げ高さとの和をdiceとし、平水中の航行時
の喫水線から深さdiceまでの範囲のフレームライン上の
最小フレアー角をβMINとし、ｄice以下船底までの範囲
のフレームライン上の最小フレアー角をθMINとすると
き、船体の船首先端から船体中央までの範囲または該範
囲の一部分にわたり、βMIN＞θMINを満足するようにフ
レームラインが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くは砕氷船に関
し、特に砕氷船の船型に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】従来の砕氷船は砕氷能力が最優先に考え
られているため、従来の砕氷船の船型の特徴としては、
氷に乗り上げ易くするために、図２に示すように、船首
が著しく前方へ傾斜している。図２において船首部と喫
水線との交点をＦＰと称し、ＦＰから船尾方向に向かっ
て船の長さを等分した位置をＳＳ９，ＳＳ８，ＳＳ７，
ＳＳ６，ＳＳ５と称して表わす。ＳＳ５は船体中央であ
る。
【０００３】図３は船体の幅方向横断面の船型を半幅の
フレームラインとして表わした図であり、ＦＰからＳＳ
５の位置までのフレームラインを示している。破線で示
したＡ断面はＳＳ８の位置、Ｂ断面はＳＳ９の位置のフ
レームラインを示している。砕氷船の船首は図３のＦＰ
からＳＳ９のフレームラインで示すようにＶ型船首船型
をしており、氷を割り易くしている。さらに氷盤を割っ
て作成した啓開航路を確保するために横幅が大きく、船
長と船幅の比（船長／船幅）が小さい、すなわち排水量
の割には船長が短い。また平水中を航行する船舶におい
て造波抵抗を低減する効果のある球状船首は砕氷時に障
害となるので装備していない。したがって、これらの要
因が、砕氷船の平水中での造波抵抗を増大させ、通常船
型の船舶に比べて同一馬力での航海速力が低下する。図
４は砕氷船と一般商船（ＬＮＧ船、ばら積み船）との航
海速力における抵抗成分を比較して示したもので、砕氷
船の造波抵抗成分は全抵抗の約半分強を占めており、Ｌ
ＮＧ船やばら積み船に比べて大きな割合となっているこ
とが判る。また、抵抗値としても、砕氷船の造波抵抗の
大きさは一般商船に比べて大きいことが判明している。
このような砕氷船について、造波抵抗が軽減できれば、
全体としての抵抗は大幅に減少し、平水中の航海速力が
向上することが期待される。
【０００４】従来、船舶の造波抵抗を軽減する方法とし
ては、設計時には最も簡単な方法として長さと幅の比
（長さ／幅の値）を大きくするとか、船長、船幅などの
要目が定まっている場合には、図５に示す排水量の船長
方向分布を各断面における横切り面積を船体中央部の横
切り面積で除して無次元化して表すＣP曲線（図６）を
最適化するとか、図７に示す喫水線深さの水平方向断面
形状において船幅を減らすとか、図８に示すフレームラ
インと垂直線とのなす角であるフレアー角をできるだけ
０度に近づける（フレームラインを立たせ、垂直に近づ
ける）等の様々な工夫がなされる。これまで、膨大な数
の模型試験が実施され、或る船速での造波抵抗を極小と
するＣP曲線の形状が明らかにされている。これらの工
夫の根底に流れているのは、造波抵抗理論が教える、船
の長手方向についてはＣP曲線を最適化すれば造波抵抗
が極小になること、深さ方向については、水面に撹乱を
起こす源を水面下深く沈めれば沈めるほど生ずる波は指
数関数的に減少するから、喫水線以下の船の体積である
排水量をなるべく下に集めると造波抵抗は小さくなると
いう理論に基づくものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示すような砕氷船の船型に、これらの手法をそのまま適
用すると、船幅が小さくなって啓開航路が確保できない
こと、船幅が小さくなると排水量が減って氷盤に衝突す
る場合の慣性力が小さくなり砕氷能力が低下すること、
フレアー角が小さくなると砕氷抵抗が増大すること等の
弊害が生じる。したがって、従来用いられている方法で
造波抵抗を軽減できても、砕氷船としての能力が劣化し
てしまえば、本来の砕氷船として成り立たなくなる。そ
こで、本発明は、これらの課題を解決し、造波抵抗が少
なく、なおかつ砕氷能力を確保できる船型を有する砕氷
船そしてその改良法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、氷盤の厚さと船体の運動による氷盤への船体の乗
り上げ高さとの和をdiceとし、平水中の航行時の喫水線
から深さdiceまでの範囲のフレームライン上の最小フレ
アー角をβMINとし、ｄice以下船底までの範囲のフレー
ムライン上の最小フレアー角をθMINとするとき、船体
の船首先端から船体中央までの範囲または該範囲の一部
分にわたり、βMIN＞θMINを満足するようにフレームラ
インが形成されていることにより達成される。氷盤の厚
さと船体の運動による氷盤への船体の乗り上げ高さは砕
氷船を設計する際に、砕氷航行条件として設定するもの
である。
【０００７】かかる本発明によると、砕氷船の平水中の
造波抵抗を軽減しかつ砕氷性能を確保できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面の図１にもとづ
き、本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】図１中には、図３で示したＡ断面（ＳＳ
８）とＢ断面（ＳＳ９）における従来の典型的な砕氷船
のフレームラインを破線で、本発明のフレームラインを
実線で示している。本発明におけるＡ断面（ＳＳ８）の
フレームラインについての特徴を述べる。
【００１０】先ず、砕氷性能を確保するために、氷盤が
接触する喫水線から深さｄiceの範囲は従来の砕氷船と
同等の傾斜したフレームライン形状とする。
【００１１】次に、喫水線深さの船幅ＢAを従来の砕氷
船における値ＢOよりも小さく取る。これは造波抵抗の
軽減に寄与する。船幅の縮少寸法は、図７に示されるよ
うに、船体の中央部及び船首先端部（ＦＰ）では０と
し、その中間は造波理論による造波抵抗が極小になるよ
うに定める。すなわち、船幅の縮少寸法を最適化するに
は、喫水線深さの船幅曲線（横軸を船長方向、縦軸を各
船長方向位置での船幅を船体中央部の船幅で除して無次
元化したものとした曲）の形状を最適化したＣP曲線の
形状と同一かもしくは近いものになるようにする。
【００１２】造波抵抗を極小にする最適なＣP曲線はそ
の一例が「丸尾孟；薄い船の理論による船型設計、日本
造船学会、船型設計のための抵抗・推進理論シンポジウ
ム、昭和５４年７月」に示されており、他にも造波抵抗
の推定方法により最適化する手法がある。
【００１３】このようにすると、船体中央部での船幅
は、従来の砕氷船型とくらべて減少しないので、啓開航
路幅を確保できる。その際、船幅の縮少寸法を過度に大
きくとると甲板の面積が確保できなくなって船として成
り立たなくなるので実用上問題が無いように縮少寸法を
考慮する。
【００１４】次に、図１の実線で示すように、従来の砕
氷船のフレームラインにクロスするようなフレームライ
ンを作成する。このとき、従来砕氷船にくらべて減少し
た面積Ｓ1＝従来砕氷船にくらべて増加した面積Ｓ2とな
るようにしておけば、喫水線下の船の横断面の面積は変
わらず、排水量は従来の船体を変わらないので、船の排
水量に影響を及ぼすことなく船型を形成することが可能
となる。また、或る船長方向の断面で厳密に面積Ｓ1＝
面積Ｓ2となっていなくても、他の断面でこれを相殺で
きていれば問題無い。
【００１５】この手法をフレアー角を用いて述べると、
喫水線から深さｄiceまでの最小フレアー角をβMINとし
て、喫水線から深さｄice以下船底までの範囲における
最小フレアー角をθMINとするとき、砕氷船の船首先端
から船体中央までの範囲または該範囲の一部分にわた
り、βMIN＞θMINを満足するようにフレームラインを形
成するということになる。
【００１６】このようにフレームラインを形成すること
によって、喫水線付近に存在した面積Ｓ1に基づく排水
量を水深が深い位置の面積Ｓ2に移動したことになり、
水面に撹乱を起こす源が水面下深くなって、生ずる波は
指数関数的に減少するので造波抵抗が減少する。
【００１７】このような手法を他の断面のフレームライ
ンにも施して船型を形成することによって、造波抵抗を
低減しつつ砕氷性能を確保できる船型とすることが可能
となる。
【００１８】また本発明では船首から船体中央までの範
囲のフレームラインを最適化することにより造波抵抗を
低減することを可能としたが、船尾形状を最適化するこ
とにより、さらに造波抵抗を低減することができる。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、以上のように、船体の船首先
端から船体中央までの範囲または該範囲の一部にわた
り、βMIN＞θMINを満足するようにフレームラインを形
成することとしたので、造波抵抗が大きかった従来の砕
氷船の船型を、低造波型の砕氷船型とすることが出来、
砕氷能力を維持したまま平水中の航海速力を大幅に向上
させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の船型を示す図である。
【図２】砕氷船の船首を示す図である。
【図３】従来の砕氷船の船型を示す図である。
【図４】主な船舶抵抗成分の割合を示す図である。
【図５】船長方向の排水量分布を示す図である。
【図６】ＣP曲線の一例を示す図である。
【図７】喫水線深さの水平断面形状を示す図である。
【図８】フレアー角を示す図である。
【符号の説明】
ｄice 氷盤の厚さと船体の運動による乗り上げ高さ
の和 βMIN 喫水線から深さｄiceまでの範囲の最小フレア
ー角 θMIN ｄice以下船底までの範囲のフレームライン上
の最小フレアー角

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 氷盤の厚さと船体の運動による氷盤への
    船体の乗り上げ高さとの和をdiceとし、平水中の航行時
    の喫水線から深さdiceまでの範囲のフレームライン上の
    最小フレアー角をβMINとし、ｄice以下船底までの範囲
    のフレームライン上の最小フレアー角をθMINとすると
    き、船体の船首先端から船体中央までの範囲または該範
    囲の一部分にわたり、βMIN＞θMINを満足するようにフ
    レームラインが形成されている船型を有していることを
    特徴とする砕氷船。
  2. 【請求項２】 氷盤の厚さと船体の運動による氷盤への
    船体の乗り上げ高さとの和をdiceとし、平水中の航行時
    の喫水線から深さdiceまでの範囲のフレームライン上の
    最小フレアー角をβMINとし、ｄice以下船底までの範囲
    のフレームライン上の最小フレアー角をθMINとすると
    き、船体の船首先端から船体中央までの範囲または該範
    囲の一部分にわたり、βMIN＞θMINを満足するようにフ
    レームラインを決定することを特徴とする砕氷船の船型
    改良法。
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