JP2002308178A - 船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法及び装置 - Google Patents
船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法及び装置Info
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Abstract
力を減少させうる方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 本発明の方法及び装置は、船舶の船体表
面に沿って流れる流体を吸込及び噴出して乱流の流動長
を変化させ、船体表面となす噴射角あるいは吸込・噴出
の周波数を調節して摩擦抵抗を減少させることを特徴と
し、これのために船舶100の船体表面101に設けら
れ、多数のスリット111を形成したパイプハウジング
110と、前記パイプハウジング110の内部に設けら
れ空気のポンピングで収縮と膨張を行う柔軟性のある空
気管120と、該空気管120を収縮、膨張させるため
に前記船体内所定位置に設けられ前記空気管120に給
気可能に設けられたポンプ130を含み、柔軟性のある
空気管120を内蔵したパイプハウジング110を船体
表面101の内側あるいは外側に設けて前記空気管12
0をポンプ130により収縮、膨張させてスリットを通
して流体を吸込、噴出させ、船体表面に形成される乱流
の流動長を変化させて摩擦抵抗を減少させる。
Description
制御による抗力減少方法及び装置に係り、より詳しくは
船舶の船体表面に沿って流れる流体の吸込及び噴射を繰
り返して乱流を制御することにより船舶の摩擦抵抗を減
少させ省エネルギーに寄与するようにした船舶の船体表
面乱流制御による抗力減少方法及び装置に関する。
流発生による船体表面の摩擦抵抗は、大型油槽船の場
合、全体抵抗の80%以上を占めるほど大きい比重を有
する。このような船体表面の摩擦抵抗を減少させるため
に最近研究が盛んになされているところ、船首側から空
気を噴出する方法またはシロップを噴出する方法などが
研究されてきているが、摩擦抵抗の減少効果を得るのに
は多くの困難がある。
点を解決するために案出されたもので、その目的は、船
舶の船体表面に沿って流れる流体を吸込及び噴出させ、
船体表面となす噴射角及び周波数などを調節して船体表
面の乱流を制御させる船舶の船体表面乱流制御による抗
力減少方法を提供することにある。本発明の他の目的
は、船舶の船体表面に沿って柔軟性のある空気管または
板膜を内蔵したパイプハウジングを設けて船体内側から
表面に沿って流れる流体の吸込及び噴出を繰り返し作動
させることにより船体表面における乱流境界層を制御す
るようにする船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装
置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、
前記柔軟性のある空気管または板膜を用いる装置を船舶
の船首部または船尾部に設けて局部的に流れを制御でき
るようにするところにある。
成するための本発明に係る船舶の船体表面乱流制御によ
る抗力減少方法は、船舶の船体表面に沿って流れる流体
を船体全般にかけて吸込及び噴出させて乱流の流動長を
変化させ、船体表面となす噴射角あるいは吸込・噴出の
周波数などを調節して摩擦抵抗を減少させるようにす
る。前記本発明の船舶の船体表面乱流制御による抗力減
少を達成するための装置としては、船舶の船体表面に設
けられる、多数のスリットを形成したパイプハウジング
と、該パイプハウジングの内部に設けられ収縮と膨張を
行う柔軟性のある空気管と、該柔軟性のある空気管に連
結され空気を吸込及び圧縮するポンプと、を備える装置
からなることが望ましい。前述した本発明の船舶の船体
表面乱流制御による抗力減少を達成するための装置は、
船舶の船体表面に設けられ、多数のスリットを形成した
パイプハウジングと、該パイプハウジングの内部に設け
るが、前記スリットの上下に位置させた板膜と、前記ス
リットの上部に置かれた上部板膜を連結する第1ロッド
と、前記スリットの下部に置かれた下部板膜を連結する
第2ロッドと、前記船舶の内部に設けられ、前記第1及
び第2のロッドに連結して第1及び第2のロッドを駆動
させるモータと、を含めて構成されることが望ましい。
のため、局所撹乱(外乱)による乱流境界層の流動長変
化を数値解釈で分析したところ、これを詳しく説明すれ
ば次の通りである。図1は局所吸込及び噴射のための実
験装置を示す図であり、図2は加振周波数において多様
な吸込条件下の壁面摩擦係数を示す分布図であり、図3
は加振周波数において多様な噴射条件下の壁面摩擦係数
を示す分布図であり、図4は噴射角による壁面摩擦係数
を示す分布図である。
ロット11を形成した平板10を備えて船体表面を代替
し、前記平板10の上面の一側先端にトリップ線20を
設け、前記トリップ線20のすぐ横に表面の粗いセグメ
ント30を設け、前記平板10のスロット11の下部に
局所吸込及び局所噴射のためのスピーカ40を設ける。
そして、前記トリップ線20が設けられた平板10の上
側に流動による乱流境界層を形成させ、平板10のスロ
ット11を介してスピーカ40による局所吸込及び局所
噴射を行う。
程において噴射はうまく行われるものの、吸込は空気の
圧縮効果のため思ったよりうまく行かなくなる。そこ
で、吸込の程度による数値解釈を行ったところ、図2に
示すように、スロットから近い領域では吸込量の増加と
共に流動エネルギーの強い流動が壁面近傍まで下降して
壁面摩擦係数を増加させるが、一定以上の吸込量が増加
すれば噴射により混合された流動層がスロット付近で逆
方向流動が発生するため、かえって平均摩擦係数が再び
減少することが分かる。そして、スロットから遠く離れ
ている下流では吸込量の増加につれて壁面摩擦係数が減
少していることが分る。
は、図3に示すように、スロットから遠く離れている下
流では噴射量の増加に影響を受けない一方、スロット近
傍では噴射量が増加するにつれて次第に減少しているこ
とが分る。このような現象は噴射を加える時点でスロッ
ト付近の強い逆方向によるもので、噴射を強く加えるほ
ど逆方向流動は一層強まり、平均摩擦係数は次第に減少
することになる。
係数の相関関係は、図4に示すように、壁面に垂直に噴
射した場合より60°の角度で噴射した場合がさらに多
くの領域で摩擦係数の減少効果を示すことが分かる。噴
射角が90°以上の場合は、スロットで生成される横方
向の対流速度を減少させ下流まで至らせないので、噴射
角を大きくするほど次第に摩擦係数を減少させる領域が
縮まり、噴射角が60°以下の場合は噴射時生成される
再循環領域の発生が抑制されるため、摩擦係数の減少領
域がかえって縮小していることが分る。
づき、本発明の装置の望ましい実施例を図面を参照して
詳述する。添付した図面のうち、図5は本発明に係る船
舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置を説明するた
めの概略的な設置図であり、図6は本発明に係る船舶の
船体表面乱流制御による抗力減少装置のパイプハウジン
グを示す横断面図であり、図7は本発明に係る船舶の船
体表面乱流制御による抗力減少装置のポンプの連結状態
を説明するための正断面図であり、図8は本発明の他の
実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装
置を説明するための側面詳細図であり、図9は本発明の
他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減
少装置のパイプハウジングを示す横断面図であり、図1
0は本発明の他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御
による抗力減少装置のモータの連結状態を説明するため
の正断面図であり、図11は本発明の他の実施例に係る
船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のパイプハ
ウジングが船体内側に設けられた状態を示す横断面図で
ある。
乱流制御による抗力減少装置は、パイプハウジングの内
部の柔軟性のある空気管を用いる場合と、機械的な駆動
によりパイプハウジングの内部の板膜を用いる場合とに
区分する。
5ないし図7に示すように、船舶100の船体表面10
1に沿って、多数のスリット111が形成されたパイプ
ハウジング110を帯状に垂設する。この際、前記パイ
プハウジング110は中空体で流線型が望ましいが、半
円または楕円形など多様な形状での具現が可能であり、
前記スリット111は円形穴であってもよく、船舶の種
類及び速度に応じて船体表面101となす噴射角が流体
の流れ方向に対して60°の角度を形成するよう位置さ
せることが望ましいが、60°〜120°範囲なら効果
を得ることが可能である。なお、スリット111は、形
状、大きさは特に限定されず、所定間隔で複数設けられ
た穴であって、噴射角が流体の流れ方向に対して60°
〜120°になる向きに設けられればよく、スリットの
所定間隔は、船舶の巡航速度等に応じて設定され得るも
のである。
ウジング110の内部に柔軟性のある空気管120を設
け、前記柔軟性のある空気管120の収縮及び膨張のた
めに空気を吸込及び圧縮するポンプ130を連結させ
る。この際、前記柔軟性のある空気管120に連結され
るポンプ130は船舶100の内部に設ける。
図10に示すように、船舶100の船体表面101に沿
って多数のスリット211が形成されたパイプハウジン
グ210を帯状に垂設する。ここでも、前記パイプハウ
ジング210は中空体で流線型が望ましいが、半円また
は楕円形など多様な形状での具現が可能であり、前記ス
リット211は円形穴であってもよく、船舶の種類及び
速度に応じて船体表面101となす噴射角(流体の流れ
方向に対する角度)が60°から120°までの角度を
形成するよう位置させることが望ましい。スリット21
1の大きさ、間隔も、船舶の種類及び速度に応じて異な
らせてよい。
220を設け、スリット211の上下に上部板膜220
a及び下部板膜220bが置かれる。前記パイプハウジ
ング210の内部に設けられた板膜220に第1ロッド
230を連結し、スリット211の上部に位置した上部
板膜220aだけを連結させ、前記板膜220に第2ロ
ッド240を連結し、スリット211の下部に置かれた
下部板膜220bを連結させる。前記第1及び第2のロ
ッド230、240は、これらを駆動するために所定仕
組みでモータ250に連結され、モータ250の駆動に
より第1及び第2のロッド230、240が昇下降する
ことにより板膜220a、220bが対面して収縮した
り膨張することによりスリット211を介して海水が押
し出されたり吸込まれる。この際、前記モータ250は
船舶の内部に設ける。
は板膜220を用いる船舶の抗力減少装置は船舶の船首
部102及び船尾部103に局所的に設けられる。
表面の乱流制御による船舶の抗力減少装置の作用を説明
すれば次の通りである。まず、前記柔軟性のある空気管
120を用いる場合、船舶100の内部に設けられたポ
ンプ130を駆動してパイプハウジング110の内部に
設けられた柔軟性のある空気管120が圧縮されればパ
イプハウジング内で膨張され、空気管120内の空気を
排出すれば収縮されスリット111を介して流体がハウ
ジング内から噴出されたり流入される作動を繰り返す。
すなわち、前記柔軟性のある空気管120に空気を圧
縮、排気することにより柔軟性のある空気管120が膨
張及び収縮するようになるが、前記柔軟性のある空気管
120が収縮すればパイプハウジング110の内部の空
間にスリット111を介して船体周りの流体を吸込み、
前記柔軟性のある空気管120が膨張すればパイプハウ
ジング110の内部空間で拡張され内部に吸込まれた流
体をスリット111を介してパイプハウジング110の
内部へ噴出させる。この際、スリット111は船体表面
101と約60°の噴射角をなしながら噴射させること
が望ましい。
ータ250を駆動すればモータ250に連結された第1
ロッド230及び第2ロッド240が互いに逆方向に上
下作動してピストン運動をすることにより板膜220a
側が下降して圧縮されれば板膜220b側が上昇するこ
とによりスリット211を挟んで上下方で圧搾がなされ
る。上下方で同時に板膜が圧搾されれば、内部流体はス
リット211を介して外部へ噴出される。逆に、前記第
1ロッド230の上昇と同時に、第2ロッド240が下
降すれば板膜220a、220bの間は広がってスリッ
ト211に当接した流体は吸込まれる。この際、パイプ
ハウジング210に形成されたスリット211が船体表
面101と約60°の噴射角をなしながら流体を噴射す
ることが望ましい。一方、本発明の前述したパイプハウ
ジングは船体壁面との間にスリットで外部と連通するよ
うにして船体の内部に設けてもよい。
管120または板膜220を用いた流体の吸込、噴出は
船体外側表面の全体にかけて流体を吸込及び噴射させる
ことにより、流体の吸込及び最適の噴射角による流体の
噴射を通じて船体表面に沿って流れる流体を撹乱させ船
体表面における渦流の発生を抑制して摩擦抵抗を減少さ
せることになる。また、前記船舶の操縦舵などに局部的
に設ける場合は操縦舵における流体流動を制御し得るよ
うになるので、舵の空胴現象を抑制することもできる。
体表面乱流制御による抗力減少方法及び装置によれば、
柔軟性のある空気管または板膜の作用による流体の吸込
及び噴射を通じて乱流の流動長を変化させ、船体表面と
なす噴射角を調節して摩擦抵抗を減少させることにより
船体表面における渦流発生が抑制され、船舶の運航に及
ぼす海流抵抗を減少させる効果をもたらす。また、前記
柔軟性のある空気管または板膜を用いた船舶の抗力減少
装置を船舶の操縦舵などに局部的に設けることにより、
操縦舵で流体流動を制御できるようになって舵の空胴現
象を抑えられる有用性を有する。
である。
摩擦係数を示す分布図である。
摩擦係数を示す分布図である。
る。
抗力減少装置を説明するための概略的な設置図である。
抗力減少装置のパイプハウジングを示す横断面図であ
る。
抗力減少装置のポンプの連結状態を説明するための正断
面図である。
流制御による抗力減少装置を説明するための側面詳細図
である。
流制御による抗力減少装置のパイプハウジングを示す横
断面図である。
乱流制御による抗力減少装置のモータの連結状態を説明
するための正断面図である。
乱流制御による抗力減少装置のパイプハウジングが船体
内側に設けられた状態を示す横断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 船舶の船体表面乱流制御による抗力減少
方法において、 船舶の船体表面に沿って流れる流体を吸込及び噴出させ
乱流の流動長を変化させ、船体表面となす噴射角を調節
して摩擦抵抗を減少させることを特徴とする船舶の船体
表面乱流制御による抗力減少方法。 - 【請求項2】 前記噴射角が60°〜120°範囲であ
ることを特徴とする請求項1に記載の船舶の船体表面乱
流制御による抗力減少方法。 - 【請求項3】 船舶の船体表面乱流制御による抗力減少
装置において、 船舶100の船体表面101に設けられ、多数のスリッ
ト111を形成したパイプハウジング110と、 該パイプハウジング110の内部に設けられ、空気のポ
ンピングにより収縮と膨張を行う柔軟性のある空気管1
20と、 前記空気管120を収縮、膨張するために前記船体内の
所定位置に設けられ、前記空気管120に給気可能に設
けられたポンプ130と、を含む船舶の船体表面乱流制
御による抗力減少装置。 - 【請求項4】 多数のスリット211を形成した前記パ
イプハウジング210の内部に沿って前記スリット21
1の上下方に設けられる板膜220a、220bと、該
板膜220a、220bに連結される第1、第2ロッド
230、240と、該第1ロッド230及び第2ロッド
240に連結され前記第1及び第2のロッド230、2
40を駆動するためのモータ250とからなることを特
徴とする請求項3に記載の船舶の船体表面乱流制御によ
る抗力減少装置。 - 【請求項5】 前記柔軟性のある空気管120または板
膜220を用いる船舶の抗力減少装置を船首部102ま
たは船尾部103に局所的に設けて船舶100の局部的
な流れを制御させることを特徴とする請求項3または4
に記載の船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置。 - 【請求項6】 前記パイプハウジング110を船体内部
に位置づけることを特徴とする請求項3または4に記載
の船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置。
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