JP2002539018A - 滑走および半滑走船用の船殻 - Google Patents
滑走および半滑走船用の船殻Info
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Abstract
Description
よび設計に関するものである。
と、中程度の揚抗比とが得られる。本発明は、より高い揚力係数を有する一方、
著しく高い揚抗比をも与えるような他の縦断面を記載する。
野において広く理解されており、船殻の長手方向軸へと配向された船殻断面を意
味しており、船殻の下側面の輪郭をも含んでいることが理解されるであろう。
係数PCは、前縁淀み点1において一定に達しており、急速に下がり、後縁2に
おいて漸近的にゼロに近づく。揚力の中心は、船殻の翼弦(即ち湿潤長さ)に沿
った約30%の点である。実際には、既知技術の船殻の典型的な縦断面に対する
圧力係数Pcは、図示したものよりもはるかに急速に低下する(また、この現象
によって揚力の中心が前方に移動する)。これは、既知技術の船の滑走船殻のア
スペクト比が低いことと、V型形状をしていることによる。
いる水用船も知られている。こうしたフラップは、一般的には、例えば米国特許
第5,806,455号、米国特許第5,215,029号およびEP−A−0
071763号に示すように、水平線に対して比較的に小さい角度で傾斜してい
る。
示す。この場合には、第二の圧力ピークが、後縁の前方で3で生ずる。これは、
ほとんど全断面に沿って圧力を上昇させる作用を有しており、揚力を顕著に上昇
させ、揚力中心を船殻翼弦の約48%へと後方に移動させる。しかし、この型の
フラップは、通常は、相当の翼弦(即ち、フラップの浸漬部分の長さ)を有して
おり、圧力が通常どおりフラップの表面に対して作用するのにつれて(フラップ
の表面に沿って作用する小さい摩擦要素を別にすると)、もしフラップ角度(即
ち、水平線に対するフラップの角度)がかなり大きい場合には、揚力の上昇を得
るためには、抗力の著しい上昇という犠牲を伴う。更に、この型の後縁フラップ
のほとんどは、船殻の全幅を超えて延びてはおらず、この結果、先端損失が非常
に大きくなり、船殻全体の圧力分布が不均一になる。従って、こうしたフラップ
を使用することは、さもなければバランスが悪くなるような船の姿勢および挙動
を修正する上では、犠牲を伴う一時しのぎの解決である。
の縦方向の不安定性である。この一つの理由は、接近してくる波中に明らかに「
吸い込まれる」船首の作用である。この後者の作用によって著しい抗力が引き起
こされる。なぜなら、いったん充分な排水抗力が発生するか、あるいは波が通過
したときにしか、船首は浮揚できないからである。ここで、図3は、公知技術の
滑走船殻断面を示し、ここで前方の断面は、設計値を超えた浸漬に由来して丸く
なっている。この断面に沿った対応圧力分布(圧力係数Pc対翼弦)を図4に示
す。圧力係数Pcは、淀み点1で一定値に到達した後に、急速に低下し、翼弦の
10%で負の値になり、翼弦に沿った35%でしか再び正の値にはならない。こ
の状況は、曲率が増大するのにつれて悪化し、この結果、縦揺れモーメントが負
の値になりはじめ、船尾が上昇するのにつれて負の動揚力をもたらす。前記湾曲
断面における負の揚力によって、図示した断面の揚抗比は、図1に示した設計姿
勢での同じ断面に対する値に比べて、約1/5にしかならない。
限とすることである。
船殻は、急峻に下方に延びる後縁部を備えている。
縁部は、船殻から一般的に下向きに延びるフラップ手段の形で設けられていて良
い。このフラップ手段は、好ましくは、設計水面の法線に対して45°未満傾斜
しており、設計水面に対してほぼ直角であってよい。このフラップ手段は、好ま
しくは、船殻のトランソムの全幅にわたって延びている。フラップ手段の前記角
度は、好ましくは固定されているが、しかし、別個に形成されていてよく、可変
状態に設計されていてよい。
する部分の水準を、船殻の長さの小部分である長さあるいは「翼弦」だけ超えて
延びており、この長さは典型的には船殻の全長の1%未満である。好ましくは、
フラップ手段がスライド可能に搭載されている傾斜軸に沿って上向きまたは下向
きにフラップ手段をスライドさせることによって、フラップ手段の翼弦を変更可
能である。機械的、電気的および/または流体圧的手段を設けることによって、
このフラップ手段の動作を制御できる。
船殻は前端部と後縁部とを備えており、前記ノーズ部は、船殻のノーズから後縁
部へと向かって後方および下方へと向かって延びる前方面を備えており、この前
方面が軽度に反っており、これによって、船殻の縦断面において、船殻の使用時
に、水面に対する前面の角度がノーズ部の長さ方向に沿って連続的に減少してい
る。この軽く反ったノーズ部は、好ましくは、船殻の下側面の後方部中へと滑ら
かに融合しており、この船殻の下側面の後方部は、船の設計された運行速度で船
が移動しているときには、通常は浸漬されている。この後縁部の下側面の後方部
も、好ましくは沿っており、これによって、設計水面に対する下側面の入射角が
、(設計水面で)ノーズ部の前面と下側面とが出会う点において、船殻の縦断面
で見たときに、非常に小さく、好ましくは2°未満であり、1°または1°未満
である。
と曲がった後縁部中へと滑らかに融合している。下側面の上方に曲がった部分は
、船殻の使用時に、船殻を装備する船の型、設計速度および船殻の荷重条件に従
って、正または負の角度で傾斜させることができる。
で乱されていない水面の平面交差部分を意味している。静止水面は、船殻が停止
しているときの船殻に対する水面の位置である。滑走水面は、リフトオフ(離昇
)状態の船殻に対する水面の位置である。「設計水面」は、設計条件(即ち、船
殻がその設計速度で運行している場合)の船殻に対する水面の位置である。
最小滑走速度に到達した時における点を意味している。
の態様の船殻の特徴を備えた船殻を提供できる。このような船殻においては、船
殻の浸漬された下側面の上向きに曲がった後縁部は、好ましくは、船殻の急激に
下向きに曲がった後縁部の直前にあってよい。
で、船殻の縦断面において、船殻の長手方向の浸漬断面の長さあるいは「翼弦」
が、設計条件下での船殻の使用時に、船殻の全長の1/10未満である。
様のいずれかに基づく船殻を装備する水用船を提供する。
が正の迎え角を示すことが必要とされている。本発明による船殻の利点は、船殻
が設計速度ではゼロの迎え角で動作でき、船の速度範囲の全体にわたって姿勢変
化がまったくないか、あるいはほとんどないように装備できることである。
がもたらされる。揚力係数が向上すると、水と接触する表面積が減少し、等しい
船幅の船殻に対しては、浮揚面の平均翼弦が減少することを意味し、この結果、
フルード数(Vs/√(g×L))が上昇する(ここで、Vsは水を通るボート
速度であり、Lは局所的な翼弦であり、gは重力加速度である)。これによって
しぶき抗力と造波抗力とが減少する。従って、本発明による船殻によって、同じ
重量および寸法の従来の船殻に比べて、著しい出力の節約がもたらされる一方、
波のうねりとしぶきとが著しく減少する。本発明の船殻によって波しぶきの発生
が低減される結果、しぶき止めシートを下向きに撓めることによって揚力を上昇
させるように設計された、しぶきレールや他の装置の装着を不要とすることがで
きる。
速度で滑走可能である一方、揚抗比が一層高いことによって、滑走速度を達成す
るのに必要な出力が更に低減されることである。プロペラー駆動船の場合には、
推進機スリップにより船殻下の速度が上昇することによって、揚力が著しく向上
する。この作用が従来の船殻に比べてはるかに顕著である理由は、翼弦が大きく
低減され、後方断面全体の圧力分布が上昇しているからである。また、揚力係数
が一層高く、これによって滑走速度が低いことによって、推進機スリップが一層
大きくなる。これによって、船に対する局所的な速度が上昇し、動圧もまた上昇
する。このようにして更に発生した揚力によって、滑走速度を達成するのに必要
な出力を、30%以上低減することができる。
説明する。
、実際、図5の縦軸は明確化のために誇張されていることを銘記すべきである。
船殻の縦断面4は前方面5を備えており、前方面5は、この縦断面のノーズ部か
ら下向きに、縦断面の後縁部へと向かって延びている。この面は、一般的には軽
く沿っており、これによって面が静止水面6と交差する点9において、小さい入
射角α1を有する。更に一般的に軽く反った面10は、点9において面5と正接
的に連続しているが、水面7と交差しており、水面7で船殻がその巡航滑走速度
に点11で到達する。滑走水面7に対する面10の正接角α2は、他の制限と整
合する限り、可能な限り小さいことが好ましい。
、面10に対して点11において正接連続的であるが、点13において設計水面
と出会う。点13における開始角α3は、非常に小さくなるように設定すること
が好ましく、1°以下であってよい。設計速度においては、船は、面12に対し
て点13で正接的に連続する面14上に乗る。この面は、軽く反っていることが
好ましく、上方に曲がった後縁において点15で終結していることが好ましい。
設計水面8に対する面14の上方に曲がった部分の正接角αTEは、船の型、設
計速度および荷重条件に応じて、わずかに負(下方に湾曲)から、10°以上の
正(上方に湾曲)まで変化していてよい。通常は、αTEの値は、−1°から+
1°の範囲内である。
端し、フラップは16において急激に終端している。フラップ18の翼弦CF(
即ち、フラップの湿潤部の長さ、これは、上向きの後縁15を超えて延びるフラ
ップの長さである)は、船殻断面の長さLのうち小さい百分率比を占める。ほと
んどの高速船に対しては、この百分率比は1%未満であろうが、しかし本明細書
において下に記載する滑走または半滑走のいっそう重い船の特別な場合において
は、いっそう高くてよい。フラップ18は可変であることが好ましく、矢印Aの
方向において正または負の方向にフラップの位置を調節することによって、翼弦
CFが変化する。小さい融合部を面14とフラップ18との間の点15に適用す
ることができる。設計水面8の法線に対するフラップの角度βは、正または負で
あってよく、45°未満であることが好ましい。
C1として示す。船が平面上で出発する(即ちリフトオフ)速度における翼弦は
、C2として示す。船の長さLに対する翼弦C2の比率は、公知技術の船殻と比
べて、揚力係数の向上、その摩擦、しぶきおよび波抗力を低減する作用によって
、はるかに低減されている。高速船においては、設計翼弦C3(即ち、設計速度
時の翼弦)は非常に小さく、通常は船の長さLの10%未満である。C3の値が
低いことの重要性は、本明細書において上記したようにフルード数を向上させる
ことである。
断面4を示しており、ここでαTEは、図3、図4に示すものよりもはるかに大
きい正の角度であり、これによって点15が設計水面8の上に位置するようにし
ている。この場合には、フラップ翼弦CFもまた一層大きくなる。スカート20
を船殻断面4の側面21に対して設けることで、圧力損失を低減することが好ま
しい。この型の断面は、0.4を超える揚力係数と、40を超える揚抗比とを有
するように設計できる。
しており、船からいくらか離れた乱されない水面を意味している。
て反っていることを意味しており、その曲率はあらゆる点において、圧力係数P
cがあらゆる通常条件下で負にはならないように最小限とされている。長さLに
わたって設計翼弦C3の比率が低い値であることは、δα/δCとして表される
曲率として低い値を採用することによって(ここで、図1を参照すると、αはあ
らゆる面5、10、12、14に沿ったあらゆる点における水面に対する正接角
の値であり、Cは対応する翼弦である)、十分に高い値のプラウハイトHおよび
プラウ角αnが得られることを意味している。
通常使用されており、普遍的エンジニアリングにおいて次のような標準的な定義
を有するものとして良く理解されていることを銘記するべきである。 船殻の表面で発生する圧力は、局所的な船殻表面に対して垂直方向に作用する
。圧力係数Pcは、動圧によって除した、単位表面積上に作用する圧力に等しい
。ここで、動圧=〔水の密度×(Va2/2)〕であり、Vaは、船に対する局
所的な水の流速である。
平面面積×動圧)によって除した値であり、この表面積上における、〔(圧力係
数×水平面に対する船殻の局所角の余弦)−(摩擦係数×水平面に対する船殻の
局所角の正弦)〕の積分値に等しい。
ミックヘッド:dynamic head)によって除した値であり、この表面積における、
〔(圧力係数×水平面に対する船殻の局所角の正弦)−(摩擦係数×水平面に対
する船殻の局所角の余弦)〕の積分値と等しい。 ここで、水平面に対する船殻の局所角が正である場合には、船殻面の正接は船
尾方向に下を向いており、 摩擦係数は、単位表面積において発生した表面摩擦による抗力を、動圧によっ
て除した値である。
係数分布を参照することによって明らかとなるであろう。図8は、本発明に係る
縦断面に対する結果を示しており、これは巡航条件に対応して最適化されており
、0.15の揚力係数と25:1の揚抗比を与える。この場合におけるフラップ
翼弦CFは,設計翼弦C3の0.5%である。公知技術の断面におけるように、
圧力係数は、前方淀み点1において一定値に達する。この点13における表面は
、図1に示す公知技術の断面に比べて、傾斜が減少しており、垂直に作用する成
分(あるいは揚力)は、臨界的に増大する一方、後方に作用する成分(抗力)は
低下している。淀み点1の直尾においては、圧力係数Pcは、公知技術の断面に
おけるよりもはるかに急速に臨界的に低下している。これは、面14が上方へと
向かって屈曲することによって、この断面において発生する揚力が臨界的に低下
するからである。しかし、この断面の負の傾斜を低減することによって、抗力成
分が一層低減される。翼弦に沿って進行することで、下向きに延びる後縁フラッ
プ18の影響が増大することによって、圧力係数Pcが増大しはじめる。一方、
公知技術の断面に対する圧力係数は、低下し続ける。これと同時に、船殻面は水
平滑走姿勢をとり、優先的に上昇しはじめ、これによってこの面に作用する圧力
は、公知技術の断面に対して顕著に大きい揚力を発生させるだけでなく、実際に
船に沿って押圧する力学的成分を発生させる。屈曲点23において、圧力係数は
再度一定値(屈曲の急峻度に応じた精密な値)に達する。明らかに、この面によ
って顕著な抗力が発生し、ここでは面が下向きに垂直方向に延びていることによ
って、発生した(高い)圧力のほぼ全体が抗力成分を生成する。この抗力は、増
大した発生揚力と、面14の後方部によって発生した前向きの力学成分と釣り合
っていなければならない。図8の曲線下の面積を、図1のそれと比較することに
よって明らかとなるように、発生する揚力に対応して、曲線下の面積は、約3倍
増大した。揚抗比ほぼ二倍になっていた。
離昇)条件に対応して最適化されているが、0.25の揚力係数と15:1の揚
抗比とを与える。この場合におけるフラップ翼弦CFは、滑走翼弦C2の2.0
%まで上昇する。このように断面翼弦の百分率比としてのフラップ翼弦が増大す
ることによって、船殻の後縁の近傍の圧力係数のピーク23が広くなり、一般的
には、船殻の全翼弦にわたって圧力係数値を増大させる。図9の曲線下の面積を
図2のそれと対比することによって明らかとなるように、曲線下の面積は、発生
した揚力に対応して、約3倍にまで上昇した。揚抗比は、目立ってこれと同じに
留まった。一方、公知技術のフラップを備えた断面の場合には、揚力中心は、フ
ラップを適用することで翼弦の約16%後方に移動し、新しい断面の圧力中心は
、翼弦の7%後方に移動する。このようにシフトが低減されることは、船のトリ
ムを維持する上できわめて有益である。
断面に対する)を意図している。断面揚力係数が3倍も上昇したことは、設計翼
弦C3が、同一の重量およびビームの船殻に対して同じ倍数だけ低減できること
を意味している。フルード数は、√3倍上昇するであろう。滑走面の幅/翼弦比
率の増大による先端損失の減少によって、フルード数の増大によるしぶきおよび
造波損失の低減と相まって、ノックオン作用が得られ、これによって実施時には
、三次元船殻形態に対して適用した場合に、新規な改善された断面は、約5倍の
揚力係数の増大と揚抗比の増大とを示す。前方に面するしぶき面(入射角α3が
小さく、揚力面の幅/翼弦比が高い)の作用は、船首においてしぶき面の大部分
が、公知技術の船殻の場合のように側方へと屈曲しているのではなく、前方へと
延びていることを意味している。この作用によって、船殻が、気泡を包含する発
生しぶき面を「乗り越える」ようになり、被膜摩擦が一層低減される。
プを必要に応じて備えていなければならない。半滑走速度においては、フラップ
は、理想的には後退しており、抗力を最小限とするべきであり、一方、船を平面
上に浮揚させるためには、フラップは、高い揚力を与えるように延伸されている
べきである。巡航速度においては、フラップは、部分的に後退することによって
、最小限の抗力を与えるべきであり、設計点を超える速度においては、フラップ
は、更に後退することで、浸漬された翼弦を、その設計値の近くに維持するべき
である。
の範囲から離れることなく、精密な揚力および抗力特性は計算および最適化する
ことが可能であり、実際の三次元的な船殻の周囲の流れを最適化するような断面
形状とするために、非本質的な変更を加えることができる。
率を示すグラフである。
を示すグラフであり、後縁部フラップが船殻に取り付けられている。
分率のグラフである。
。
ラフであり、巡航条件に対して最適化されている。
フであり、リフトオフ条件に対して最適化されている。
後方および下方へと向かって延びる前方面を備えており、この前方面が軽度に反
っており、これによって、船殻の縦断面において、船殻の使用時に、水面に対す
る前面の角度がノーズ部の長さ方向に沿って連続的に減少している。この軽く反
ったノーズ部は、好ましくは、船殻の下側面の後方部中へと滑らかに融合してお
り、この船殻の下側面の後方部は、船の設計された運行速度で船が移動している
ときには、通常は浸漬されている。この後縁部の下側面の後方部も、好ましくは
沿っており、これによって、設計水面に対する下側面の入射角が、(設計水面で
)ノーズ部の前面と下側面とが出会う点において、船殻の縦断面で見たときに、
非常に小さく、好ましくは2°未満であり、1°または1°未満である。
激に下向きに曲がった後縁部の直前にあってよい。
、設計条件下での船殻の使用時に、船殻の全長の1/10未満であることが好ま
しい。
が正の迎え角を示すことが必要とされている。
速度範囲の全体にわたって姿勢変化がまったくないか、あるいはほとんどないよ
うに装備できることである。
端し、フラップは16において急激に終端している。フラップ18の翼弦CF(
即ち、フラップの湿潤部の長さ、これは、上向きの後縁15を超えて延びるフラ
ップの長さである)は、船殻断面の長さLのうち小さい百分率比を占める。ほと
んどの高速船に対しては、この百分率比は1%未満であろうが、しかし本明細書
において下に記載する滑走または半滑走のいっそう重い船の特別な場合において
は、いっそう高くてよい。フラップ18は可変であることが好ましく、矢印Aの
方向において正または負の方向にフラップの位置を調節することによって、翼弦
CFが変化する。小さい融合部を面14とフラップ18との間の点15に適用す
る。設計水面8の法線に対するフラップの角度βは、正または負であってよく、
45°未満であることが好ましい。
抗力特性は計算および最適化することが可能であり、実際の三次元的な船殻の周
囲の流れを最適化するような断面形状とするために、非本質的な変更を加えるこ
とができる。
Claims (21)
- 【請求項1】 滑走または半滑走水用船の船殻であって,前記船殻が下側面
14と急峻に下向きに延びる後縁部18とを備えており、前記下側面14と前記
後縁部18との間に融合面15が設けられていることを特徴とする、船殻。 - 【請求項2】 前記後縁部18が前記船殻内に一体に形成されている、請求
項1記載の船殻。 - 【請求項3】 前記後縁部が、前記船殻4から下向きに延びるフラップ手段
18の形で設けられている、請求項1記載の船殻。 - 【請求項4】 前記フラップ手段18が、設計水面8の法線に対して45°
未満の角度をなしている、請求項3記載の船殻。 - 【請求項5】 前記フラップ手段が、設計水面に対してほぼ垂直である、請
求項3記載の船殻。 - 【請求項6】 前記フラップ手段18が、前記船殻のトランソムの全幅にわ
たって延びる、請求項3〜5のいずれか一つの請求項に記載の船殻。 - 【請求項7】 前記フラップ手段18の角度βが固定されている、請求項3
〜6のいずれか一つの請求項に記載の船殻。 - 【請求項8】 前記フラップ手段の角度βが可変である、請求項3〜6のい
ずれか一つの請求項に記載の船殻。 - 【請求項9】 前記フラップ手段18が、船殻4の全長Lの1%未満の翼弦
CFだけ、船殻のフラップ手段に隣接する下側部分15の水準を超えて延びてい
る、請求項3〜8のいずれか一つの請求項に記載の船殻。 - 【請求項10】 前記フラップ手段がスライド可能に搭載される傾斜軸に沿
って、前記フラップ手段を上向きまたは下向きにスライドさせることによって、
前記フラップ手段18の翼弦CFが可変となっている、請求項9記載の船殻。 - 【請求項11】 機械的、電気的または流体圧的手段のうち少なくとも一種
が、前記フラップ手段18の前記の動作を制御するために設けられている、請求
項10記載の船殻。 - 【請求項12】 前記船殻4が更にノーズ部を備えており、ノーズ部が、前
記船殻のノーズから前記後縁部18へと向かって後方および下向きに延びる前方
面5、10、12を備えており、この前方面が軽く沿っていることによって、船
殻の縦断面において、水面に対する前記前方面の角度αが、船殻の使用時に、前
記ノーズ部の長さ方向に沿って連続的に減少している、請求項1〜11のいずれ
か一つの請求項に記載の船殻。 - 【請求項13】 前記の軽く沿ったノーズ部5、10、12が、船殻4がそ
の設計運行速度で移動中に通常は浸漬されている、前記船殻の前記下側面の後方
部14中へと滑らかに融合している、請求項12記載の船殻。 - 【請求項14】 前記後縁部の前記下側面の前記後方部14も沿っており、
これによって縦断面で見たときに前記設計水面8に対する前記下側面の入射角(
α3)が、前記下側面が前記ノーズ部の前記前方面10と前記設計水面で出会う
点13において、2°未満である、請求項13記載の船殻。 - 【請求項15】 前記設計水面に対する前記下側面の前記入射角(α3)が
、1°以下であることを特徴とする、請求項14記載の船殻。 - 【請求項16】 前記通常は浸漬された下側面の反った面14が、前記下側
面の一般的に上に曲がった尾部へと滑らかに融合している、請求項12〜15の
いずれか一つの請求項に記載の船殻。 - 【請求項17】 前記下側面の前記上に曲がった尾部が、前記船殻の使用時
に、船殻4が適用された船の型、設計速度および船殻の荷重条件に対応するαT
Eの角度で設計水面8に対して傾斜している、請求項16記載の船殻。 - 【請求項18】 前記下側面の前記上に曲がった尾部が、船殻の使用時に、
−1°から+1°の範囲内の角度αTEで設計水面8に対して傾斜している、請
求項16記載の船殻。 - 【請求項19】 前記上に曲がった尾部が、船殻の急峻に下方に曲がった後
縁部18の直前にある、請求項16記載の船殻。 - 【請求項20】 船殻の縦断面を見たときに、前記船殻の長さLの前記浸漬
断面の長さ(翼弦C1 )が、設計条件下での船殻の使用時に、船殻の全長Lの
1/10未満である、請求項1記載の船殻。 - 【請求項21】 請求項1〜20のいずれか一つの請求項に記載の船殻4を
備える水用船。
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