JP2003175884A - Ship with reduced hull resistance - Google Patents

Ship with reduced hull resistance

Info

Publication number
JP2003175884A
JP2003175884A JP2001379550A JP2001379550A JP2003175884A JP 2003175884 A JP2003175884 A JP 2003175884A JP 2001379550 A JP2001379550 A JP 2001379550A JP 2001379550 A JP2001379550 A JP 2001379550A JP 2003175884 A JP2003175884 A JP 2003175884A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ship
propeller
hull
microbubbles
propulsion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001379550A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3692398B2 (en
Inventor
Yoshiaki Kodama
良明 児玉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Maritime Research Institute
Original Assignee
National Maritime Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Maritime Research Institute filed Critical National Maritime Research Institute
Priority to JP2001379550A priority Critical patent/JP3692398B2/en
Publication of JP2003175884A publication Critical patent/JP2003175884A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3692398B2 publication Critical patent/JP3692398B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ship with reduced hull resistance that can link friction resistance reduction effect by microbubbles to reduction in actual propulsion energy of ship without degrading propulsion performance of propellers. <P>SOLUTION: A pod propeller 110 is attached to an inclined face 107 of a full immersion portion 105 of a cargo ship 100. A microbubble generating apparatus 120 is disposed inside the hull 103. The microbubbles MB generated in the apparatus 120 blow off from an outlet 123, and flow rearward along an outer plate surface of the hull immersion portion 105. Usage of the pod propeller 110 enables reduction of microbubbles to flow into a propeller 113. Therefore, friction resistance of water can be reduced by the microbubbles MB while propulsion efficiency of the propeller 113 is hardly lowered. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、船体浸水部の外板
表面に沿って気泡(マイクロバブル)を流して、同部の
外板表面に作用する水の抵抗を低減することができる船
体抵抗低減船に関する。特には、プロペラの推進性能を
低下することなく、マイクロバブルによる摩擦抵抗低減
効果を実際の船舶推進エネルギ低減に結び付けることの
できる船体抵抗低減船に関する。 【0002】 【従来の技術】船舶が航行する際には、船体浸水部の外
板表面に水(海水あるいは淡水)の抵抗が作用する。こ
の水の抵抗は、船舶の推進性能を低下させる大きな要因
となるため、これを低減させるための様々な対策が講じ
られている。ここで、水の抵抗には、水面に波を発生さ
せることで生じる抵抗(造波抵抗)と、水の粘性によっ
て船体が周囲の水を引き摺ることで生じる抵抗(摩擦抵
抗)との二成分がある。これらの抵抗のうち、例えばタ
ンカー等の大型で比較的速度の遅い船舶については、造
波抵抗の方がより小さく、摩擦抵抗が抵抗全体の約8割
を占める。そのため、このような種類の船舶において
は、水の抵抗を低減するには摩擦抵抗を低減するのが効
果的である。 【0003】摩擦抵抗の低減対策の一つとして、船体浸
水部の外板に沿って気泡(マイクロバブル)を流し、こ
の気泡で船体浸水部と水の境界層を覆って抵抗作用を低
減する方法(マイクロバブル推進法)が知られている。
このマイクロバブル推進法を採り入れた船体抵抗低減船
の従来例としては、特開平9−118288号公報や特
開2001−97276号公報等を挙げることができ
る。 【0004】特開平9−118288号公報に開示され
た摩擦抵抗低減船は、船体内部に気泡水発生装置を備え
ている。船体の底部には、気泡水発生装置と連通するス
リット状の気泡水吹出口が形成されている。船舶の航行
時に、気泡水吹出口から船体外部へと吹き出た気泡水
は、船体の底部に沿って拡散して後方へと流れ、水の摩
擦抵抗を低減させる。さらに、同公報においては、船尾
部の船底面をフラットに形成して気泡の沿う面積を広く
し、これによって船体を前方に押す推進力を得ることも
開示されている。 【0005】特開2001−97276号公報に開示さ
れた摩擦抵抗低減船は、主機(メインエンジン)の排出
ガスを過給機から取り出し、排出ガスの余剰ガスを船底
の吹出口から吹き出す。過給機から取り出す余剰ガスの
量は、所定のシーケンス制御により、船体の速度に対し
て主機の燃料供給量が最も少なくなるよう調節できる。
そのため、この摩擦抵抗低減船は、少ない燃料で効率良
く航行することができるとされている。 【0006】ところで、新しい船舶の推進機の一種とし
て、ポッドプロペラが開発されている。このポッドプロ
ペラは、船底下に突設された支柱(コラム)、及び、そ
の先に取り付けられたポッド(ハウジング)を有する。
ポッドの端部にはプロペラが設けられており、ポッドの
内部にはプロペラを駆動するモータが配置されている。
モータは、船体のエンジンを発電機として駆動される。
ポッドプロペラは、プロペラを船底下に離して設置でき
るので、プロペラを船体の影響を受けない均一な流れの
中で回転させることができる。そのため、高い推進効率
を得ることができるとともに、プロペラ表面におけるキ
ャビテーションの発生も抑えることができる。また、ポ
ッドプロペラは、針路変更時にポッド自身を回転させて
プロペラの向きを変えることにより方向を変えることが
できるため、舵は不要である。 【0007】さらに、ポッドプロペラは、プロペラシャ
フトがなく、プロペラがエンジンとは独立に回転駆動さ
れるため、エンジンの振動・騒音を船体から遮断でき
る。このように、ポッドプロペラは、キャビテーション
を抑制し、エンジンの振動・騒音を遮断できるので、騒
音対策が容易に実現でき、現在は客船に多く採り入れら
れている。なお、ポッドプロペラの従来例としては、例
えば特開平11−278379号公報等を挙げることが
できる。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、以下に
述べる試験装置及び実船を用いて、マイクロバブルの摩
擦抵抗低減効果を確認する実験を行なった。まず、試験
装置を用いた実験について述べる。図4は、基礎的な実
験に用いたマイクロバブル実験流路の全体図である。図
5(A)は図4の実験流路に空気を注入するチャンバー
の拡大断面図であり、図5(B)は摩擦計測に用いる摩
擦力計を示す図である。 【0009】図4に示す実験流路10は、管路11と気
泡除去タンク12を有する回流式の流路である。この実
験流路10においては、水は矢印X方向に流れる。実験
流路10の管路11は、送水部15、湾曲部20及び試
験部25からなる。送水部15の上流側端部15aと試
験部25の下流側端部25bは、気泡除去タンク12に
接続されている。送水部15には、上流側にポンプ17
が組み込まれており、下流側に電磁流量計19が組み込
まれている。ポンプ17で気泡除去タンク12から汲ま
れた水は、送水部15から湾曲部20を経て試験部25
に至り、再び気泡除去タンク12に流入する。 【0010】試験部25は、厚さ15mm、奥行き10
0mmの扁平断面形状となっている。試験部25の上流
端25aからの長さは、3000mmである。試験部2
5の上流端25aから103mm下流側の位置(第1位
置P1)には、空気注入チャンバー26が組み込まれて
いる。この空気注入チャンバー26は、図5(A)に示
すように、多孔質板27を備えている。空気注入チャン
バー26から供給された空気は、多孔質板27を通って
試験部25内に注入される。試験部25において、空気
注入チャンバー26(第1位置P1)からそれぞれ0.
5m、1.0m、1.5m下流側の位置(第2位置P
2、第3位置P3、第4位置P4)には、摩擦力計の取
付フランジ28が形成されている。これら取付フランジ
28には、図5(B)に示すように、摩擦力計29が取
り付けられる。この摩擦力計29で、試験部25の各位
置P2〜P4における流路壁面と水との摩擦力が計測さ
れる。 【0011】前記実験流路を用いて行なった実験の結果
について述べる。図6は、空気注入チャンバーから注入
した気泡の写真である。図7は、流路の壁面摩擦を計測
した結果を示すグラフである。横軸は流路内の平均ボイ
ド率α(すなわち流路断面内の空気の体積割合)を表
し、縦軸は気泡状態での壁面摩擦力と気泡無し状態での
壁面摩擦力との比Cf/Cf0を表す。 【0012】試験部25内の水の平均流速はV=7m/
secであり、平均ボイド率はα=0.02である。平
均流速V=7m/secは、通常の大型タンカーの巡航
速度(14ノット)に相当する。空気注入チャンバー2
6から注入される気泡の直径は、約1mm程度である
(図6の気泡写真参照)。図7のグラフにおいて、◇は
第2位置での計測結果を示し、は第3位置での計測結果
を示し、□は第4位置での計測結果を示す。実線のグラ
フは、Merkle等が1990年に行なった実験結果のグラ
フである。図7からわかるように、平均ボイド率αが高
くなるにしたがって、比Cf/Cf0が小さくなってい
る。これは、注入空気量が増加するに連れて、摩擦力が
低減していることを示す。さらに、本実験の結果は、Me
rkle等の実験結果とも良く合致している。この実験結果
から、マイクロバブルによって最大30%の顕著な摩擦
低減効果が得られることが確認された。 【0013】次に、模型の平板船を用いた実験について
述べる。図8は、本実験に用いた平板船を示す平面図で
ある。図9(A)は平板船の外板表面の摩擦力の計測結
果を示すグラフであり、横軸は船首からの距離x[単位
m]を表し、縦軸は前述と同様の比Cf/Cf0を表
す。図9(B)は平板船の外板表面のマイクロバブル吹
き出し下流部における摩擦低減効果を説明するグラフで
あり、横軸は吹き出し空気量q(=Q/SV;Q:吹き
出し空気量[単位m3/min]、S:吹き出し部面積
[単位m2]、V:速度[単位m/sec])を表し、
縦軸は気泡状態でのマイクロバルブ吹き出し下流部の摩
擦抵抗と気泡無し状態での吹き出し下流部の摩擦抵抗と
の比Rf/Rf0を表す。 【0014】図8に示す平板船30は、長さ50m、幅
1mの寸法を有し、船底は平らに形成されている。平板
船30の船首(図8の左端)から3.0mの位置には、
気泡吹き出し部31が設けられている。この平板船30
においては、船首からそれぞれ3.5m(第1位置P
1)、4.8m(第2位置P2)、8.8m(第3位置
P3)、31.5m(第4位置P4)、32.8m(第
5位置P5)、36.8m(第6位置P6)離れた位置
に、摩擦力計測部が設けられている。この平板船30を
長さ400mの曳航水槽(図示されず)に配置し、最大
速度7m/secとして実験を行った。 【0015】前記平板船を用いて行なった実験の結果に
ついて述べる。図9(A)のグラフにおいて、△は吹き
出し空気量q=0.02の場合の値を示し、○は吹き出
し空気量q=0.04の場合の値を示す。このグラフに
おいては、速度V=7m/secに設定されている。こ
のグラフから、気泡による摩擦力の低減効果は、吹き出
し空気量qにほぼ比例し、空気吹き出し部の下流で急速
に減衰するが、平板船のほぼ下流端まで持続しているこ
とがわかる。図9(B)のグラフにおいて、△は速度V
=7m/secの場合の値を示し、○は速度V=5m/
secの場合の値を示す。このグラフを考慮すると、平
板船30の吹き出し部31よりも下流に位置する部分全
体の摩擦低減効果は、速度V=5m/secでは40%
近い低減効果が得られ、速度V=7m/secでは20
%強の低減効果が得られることがわかった。 【0016】このように、実験からは、マイクロバブル
は通常の大型タンカーの巡航速度である7m/sec
(14ノット)に対して、数10%程度の顕著な摩擦低
減効果を挙げることができると考えられる。さらに、摩
擦低減効果は、前述の平板船を用いた実験結果から、船
体の空気吹き出し部より下流側においてもある程度持続
することが明らかになった。これらの結果から、マイク
ロバブルは、実際の船舶への適用の可能性が非常に高い
ことがわかる。 【0017】次に、実船を用いた実験について述べる。
まず、一般的なマイクロバブル推進船舶の構成について
説明する。図3(A)は通常のプロペラを備えるマイク
ロバブル推進船舶を模式的に示す側面図であり、図3
(B)は図3(A)の船舶におけるプロペラへのマイク
ロバブルの流入状態を説明する側面図である。図3
(A)に示す船舶200は、図の左側が船首200Aで
あり、図の右側が船尾200Bである。この船舶200
の船体203において、水没している下半部が船体浸水
部205である。この船体浸水部205の船首200A
側の端面206は、滑らかな曲面状に形成されている。
船体浸水部205の船尾200B側には、プロペラ21
0が取り付けられている。プロペラ210は、プロペラ
シャフト211を介して、船体203内のエンジン20
8に接続されている。 【0018】この船舶200においては、エンジン20
8の駆動力がプロペラシャフト211を介してプロペラ
210に直接伝達され、プロペラ210が回転する。プ
ロペラ210の後方には、船底から垂下する舵220が
設けられている。船首200A寄りの船体203内部に
は、前述と同様のマイクロバブル形成装置120が設け
られている。マイクロバブル形成装置120は、船底2
01の船首200A寄りに形成された吹出口223に連
通している。 【0019】実船を用いて行なった実験の結果について
述べる。本実験に用いた実船は、独立行政法人航海訓練
所の練習船「青雲丸」である。青雲丸は、全長116
m、総トン数5900トンである。この実船を用いた実
験においても、マイクロバブルによる摩擦低減効果を確
認することができた。ところが、同時に、マイクロバブ
ルが船尾で回転するプロペラに流入すると推力低下を招
き、船舶全体としてはエネルギ効率が低下することが判
明した。 【0020】前述の特開平9−118288号公報や特
開2001−97276号公報の摩擦抵抗低減船におい
ては、マイクロバブルの流入に伴うプロペラの推進効率
の低下に対する対策は、何ら考慮されていない。本発明
は、このような課題に鑑みてなされたものであって、プ
ロペラの推進性能を低下することなく、マイクロバブル
による摩擦抵抗低減効果を実際の船舶推進エネルギ低減
に結び付けることのできる船体抵抗低減船を提供するこ
とを目的とする。 【0021】 【解決を課題するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明の船体抵抗低減船は、船体浸水部の外板表面
に沿って気泡(マイクロバブル)を流す手段(マイクロ
バブル形成手段)と、船底下に突設された支柱、並び
に、該支柱の下端部に設置されたプロペラ及びその駆動
モータを有するポッドプロペラと、 を具備することを
特徴とする。 【0022】ポッドプロペラを用いることで、プロペラ
を船底下に離して設置することができる。そのため、マ
イクロバブル形成手段から船底に沿って流れる気泡がプ
ロペラに流入するのを低減できる。したがって、ポッド
プロペラの推進性能をほとんど低下することなく、マイ
クロバブルによる船体浸水部の摩擦力低減効果を実現す
ることができる。さらに、マイクロバブルの層は、プロ
ペラの騒音を遮断する効果もあるため、船体の静粛性も
一層高めることができる利点もあると考えられる。 【0023】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図1は、ポッドプロペラを備えるマイクロバブル推
進貨物船を模式的に示す側面図である。図2は、ポッド
プロペラを備えるマイクロバブル推進フェリー(又は客
船)を模式的に示す側面図である。 【0024】図1に示す貨物船100は、図の左側が船
首100Aであり、図の右側が船尾100Bである。貨
物船100の船体103において、水没している下半部
が船体浸水部105である。この船体浸水部105の船
首100A側の端面106は、滑らかな曲面状に形成さ
れている。船体浸水部105の船尾100B側底面は、
船底101から船尾に向けて上方に傾斜した傾斜面10
7が形成されている。 【0025】船体浸水部105の船尾100B側の傾斜
面107には、ポッドプロペラ110が取り付けられて
いる。ポッドプロペラ110は、傾斜面107から下方
に突設された支柱111を備えている。この支柱111
の下端部には、電動モータ115を内蔵するハウジング
116が取り付けられている。電動モータ115の出力
軸端には、プロペラ113が取り付けられている。プロ
ペラ113は、電動モータ115の駆動で回転する。電
動モータ115は、ケーブル117を介して、船体10
3内の発電機109に接続されている。発電機109
は、船体103内のエンジン108に軸接続されてお
り、エンジン108によって回転駆動されている。しか
し、発電機109とプロペラ113とは、機械的には接
続されていない。なお、ポッドプロペラ110は、針路
変更時にポッド自身を回転させてプロペラ113の向き
を変えることにより方向を変えることができるため、舵
は不要である。 【0026】船首100A寄りの船体103内部には、
マイクロバブル形成装置120が設けられている。この
マイクロバブル形成装置120は、船底101に形成さ
れた吹出口123に連通している。バブル吹出口123
は、図5(A)の空気注入チャンバー26と同様に、多
孔質のバブル吹出部(図示されず)を有する。マイクロ
バブル形成装置120で形成されたマイクロバブルMB
は、吹出口123から船体103の底板内に吹き出て、
船体浸水部105の外板表面に沿って後方(図の右側)
へと流れる。 【0027】図2に示すフェリー130は、図の左側が
船首130Aであり、図の右側が船尾130Bであり、
船体133内には客室134等が設けられている。フェ
リー130の船体133において、水没している下半部
が船体浸水部135である。船体浸水部135の船首1
30A側の端面136は、滑らかな曲面状に形成されて
いる。船体浸水部135の船尾130B側底面は、船底
131から船尾に向けて上方に傾斜した傾斜面137が
形成されている。 【0028】船体浸水部135の船尾130B側の傾斜
面137には、前述の貨物船100と同様のポッドプロ
ペラ110が取り付けられている。一方、船首130A
寄りの船体133内部には、前述の貨物船100と同様
のマイクロバブル形成装置120が設けられている。マ
イクロバブル形成装置120は、船底131の船首13
0A側に形成された吹出口143に連通している。 【0029】次に、本発明に係る貨物船100(図1参
照)と、一般的な船舶200(図3参照)との作用の比
較について述べる。なお、フェリー130(図2参照)
の作用も貨物船100と同様である。図1に示す貨物船
100の航行時において、マイクロバブル形成装置12
0で形成されたマイクロバブルMBが、船底101の吹
出口123から吹き出される。このマイクロバブルMB
は、船体浸水部105の外板表面に沿って後方(図の右
側)へと流れる。このとき、船体浸水部105の外板表
面と水との間に境界層が形成され、前述の実験結果で述
べたように、水の摩擦抵抗が低減される。 【0030】船体浸水部105に沿って流れたマイクロ
バブルMBは、船尾100Bへと至る。ここで、貨物船
100のポッドプロペラ110のプロペラ113は、船
底傾斜面107から離れて下方に配置されているので、
プロペラ113へのマイクロバブルMBの流入が少な
く、プロペラ113の推進効率の低下が抑制される。さ
らに、マイクロバブルMBの層は、プロペラ113の騒
音を遮断する効果もあるため、船体103の静粛性も一
層高められる。なお、標準的な貨物船(5万トン)の場
合、船底とプロペラ軸心との間隔は6m程度で、ポッド
プロペラの半径が3m程度とすれば、プロペラ上端と船
底間の間隔は3m程度となり、マイクロバブル層(例え
ば2m)にプロペラ上端がかからない。 【0031】これに対し、図3(A)に示す船舶200
の場合は、船底201の吹出口223から吹き出された
マイクロバブルMBが、船体浸水部205に沿って下流
側へと流れた後にプロペラ210に巻き込まれる(図3
(B)参照)。このように、マイクロバブルMBがプロ
ペラ210に巻き込まれると、前述した通り、プロペラ
210の推進効率が低下し、船舶200全体としてのエ
ネルギ効率が低下してしまう。 【0032】この比較からわかるように、本発明に係る
貨物船100(あるいはフェリー130)は、マイクロ
バブル推進法とポッドプロペラ110を併用すること
で、プロペラ113の推進効率をほとんど低下すること
なく、マイクロバブルMBによる水の摩擦抵抗の低減を
実現できる。さらに、前述した通り、ポッドプロペラ1
10を用いることで高い推進効率を実現できるととも
に、プロペラ表面におけるキャビテーションの発生も抑
えることができ、エンジンの振動・騒音を遮断できる。 【0033】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、マイクロバブルによる摩擦抵抗低減効果を実
際の船舶推進エネルギ低減に結び付けることのできる船
体抵抗低減船を提供できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for flowing water (microbubbles) along a surface of an outer plate of a water immersion portion of a hull, so that water acting on the surface of the outer plate of the same is provided. The present invention relates to a hull resistance reducing ship capable of reducing the resistance of a ship. In particular, the present invention relates to a hull resistance reducing ship that can link the frictional resistance reducing effect of microbubbles to actual marine propulsion energy reduction without lowering the propulsion performance of a propeller. 2. Description of the Related Art When a ship is navigating, the resistance of water (seawater or freshwater) acts on the outer plate surface of the hull immersion part. Since this water resistance is a major factor in lowering the propulsion performance of the ship, various measures have been taken to reduce this. Here, the resistance of water has two components, a resistance generated by generating a wave on the water surface (wave making resistance) and a resistance generated by the hull dragging the surrounding water due to the viscosity of the water (friction resistance). is there. Among these resistances, for a large ship having a relatively low speed, such as a tanker, the wave-making resistance is smaller, and the frictional resistance accounts for about 80% of the total resistance. Therefore, in such a type of ship, it is effective to reduce frictional resistance to reduce water resistance. As one of measures to reduce frictional resistance, a method of flowing air bubbles (microbubbles) along an outer plate of a water immersion part of a hull, and covering the boundary layer between the water immersion part of the hull and water with these air bubbles to reduce a resistance action. (Microbubble propulsion method) is known.
As a conventional example of a ship drag reduction ship adopting the microbubble propulsion method, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 9-118288 and 2001-97276 can be cited. [0004] The boat with reduced frictional resistance disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-118288 has a bubble water generating device inside the hull. At the bottom of the hull, there is formed a slit-shaped bubble water outlet that communicates with the bubble water generator. During the navigation of the ship, the bubble water blown out from the bubble water outlet to the outside of the hull diffuses along the bottom of the hull and flows backward, thereby reducing the frictional resistance of the water. Further, the publication also discloses that the bottom surface of the stern portion is formed flat to increase the area along the bubbles, thereby obtaining a propulsive force for pushing the hull forward. [0005] The frictional resistance reducing ship disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-97276 takes out exhaust gas of a main engine (main engine) from a supercharger and blows out excess gas of the exhaust gas from an outlet at the bottom of the ship. The amount of surplus gas taken out of the turbocharger can be adjusted by a predetermined sequence control so that the fuel supply amount of the main engine with respect to the speed of the hull becomes minimum.
Therefore, it is said that this ship with reduced frictional resistance can travel efficiently with less fuel. Meanwhile, a pod propeller has been developed as a kind of propulsion device for a new ship. This pod propeller has a column (column) protruding below the bottom of the ship, and a pod (housing) attached to the tip of the column.
A propeller is provided at an end of the pod, and a motor for driving the propeller is disposed inside the pod.
The motor is driven using the engine of the hull as a generator.
Since the pod propeller can be installed at a distance below the bottom of the ship, the propeller can be rotated in a uniform flow unaffected by the hull. Therefore, high propulsion efficiency can be obtained and cavitation on the propeller surface can be suppressed. In addition, the pod propeller can change its direction by rotating the pod itself when changing course and changing the direction of the propeller, so that no rudder is required. Further, the pod propeller has no propeller shaft and the propeller is driven to rotate independently of the engine, so that the vibration and noise of the engine can be cut off from the hull. As described above, the pod propeller can suppress cavitation and shut off engine vibration and noise, so that noise countermeasures can be easily realized, and the pod propeller is currently widely used in passenger ships. As a conventional example of the pod propeller, for example, JP-A-11-278379 can be cited. The present inventors conducted an experiment for confirming the effect of reducing the frictional resistance of the microbubbles by using a test apparatus and an actual ship described below. First, an experiment using a test apparatus will be described. FIG. 4 is an overall view of a microbubble experimental flow channel used for a basic experiment. FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view of a chamber for injecting air into the experimental flow channel of FIG. 4, and FIG. 5B is a diagram illustrating a friction force meter used for friction measurement. The experimental flow path 10 shown in FIG. 4 is a circulating flow path having a pipe 11 and a bubble removal tank 12. In this experimental channel 10, water flows in the direction of arrow X. The pipeline 11 of the experimental channel 10 includes a water supply unit 15, a bending unit 20, and a test unit 25. The upstream end 15 a of the water supply unit 15 and the downstream end 25 b of the test unit 25 are connected to the bubble removal tank 12. The water supply unit 15 includes a pump 17 on the upstream side.
Is incorporated, and an electromagnetic flowmeter 19 is incorporated on the downstream side. The water pumped from the bubble removal tank 12 by the pump 17 is supplied from the water supply unit 15 to the test unit 25 via the bending unit 20.
And flows into the bubble removal tank 12 again. The test section 25 has a thickness of 15 mm and a depth of 10 mm.
It has a flat cross-sectional shape of 0 mm. The length from the upstream end 25a of the test section 25 is 3000 mm. Test section 2
An air injection chamber 26 is incorporated at a position (first position P1) 103 mm downstream from the upstream end 25a of No. 5. The air injection chamber 26 includes a porous plate 27 as shown in FIG. The air supplied from the air injection chamber 26 is injected into the test section 25 through the porous plate 27. In the test section 25, each of the air injection chambers 26 (the first position P1) is set at 0.
5 m, 1.0 m, 1.5 m downstream position (second position P
At the second, third and fourth positions P3 and P4), a mounting flange 28 of the friction force meter is formed. As shown in FIG. 5B, a friction force meter 29 is attached to these mounting flanges 28. The frictional force meter 29 measures the frictional force between the channel wall surface and water at each of the positions P2 to P4 of the test section 25. The results of an experiment performed using the above-described experimental flow channel will be described. FIG. 6 is a photograph of air bubbles injected from the air injection chamber. FIG. 7 is a graph showing the result of measuring the wall friction of the flow channel. The horizontal axis represents the average void fraction α in the flow channel (that is, the volume ratio of air in the cross section of the flow channel), and the vertical axis represents the ratio Cf / of the wall friction force in the bubble state to the wall friction force in the bubble-free state. Represents Cf0. The average flow velocity of water in the test section 25 is V = 7 m /
sec, and the average void fraction is α = 0.02. The average flow velocity V = 7 m / sec corresponds to the cruising speed (14 knots) of a normal large tanker. Air injection chamber 2
The diameter of the bubble injected from 6 is about 1 mm (see the bubble photograph in FIG. 6). In the graph of FIG. 7, ◇ indicates a measurement result at the second position, indicates a measurement result at the third position, and □ indicates a measurement result at the fourth position. The solid line graph is a graph of the result of an experiment performed by Merkle et al. In 1990. As can be seen from FIG. 7, the ratio Cf / Cf0 decreases as the average void fraction α increases. This indicates that the frictional force decreases as the amount of injected air increases. Furthermore, the result of this experiment
It is in good agreement with the experimental results of rkle and others. From this experimental result, it was confirmed that a remarkable friction reduction effect of up to 30% was obtained by the microbubbles. Next, an experiment using a model flat boat will be described. FIG. 8 is a plan view showing the flat boat used in the experiment. FIG. 9 (A) is a graph showing the measurement results of the frictional force on the outer plate surface of a flat boat, wherein the horizontal axis represents the distance x [unit m] from the bow, and the vertical axis represents the same ratio Cf / Cf0 as described above. Represents FIG. 9 (B) is a graph illustrating the effect of reducing friction at the downstream portion of the microbubble blowing on the surface of the outer plate of the flat boat. The horizontal axis indicates the blowing air amount q (= Q / SV; Q: blowing air amount [unit m]. 3 / min], S: blowout area [unit m 2 ], V: speed [unit m / sec]),
The vertical axis represents the ratio Rf / Rf0 between the frictional resistance of the downstream portion of the micro valve outlet in the bubble state and the frictional resistance of the downstream portion of the outlet in the bubble-free state. A flat boat 30 shown in FIG. 8 has dimensions of 50 m in length and 1 m in width, and the bottom is formed flat. At a position 3.0 m from the bow of the flat boat 30 (the left end in FIG. 8),
A bubble blowing section 31 is provided. This flat boat 30
At 3.5 m from the bow (first position P
1) 4.8 m (second position P2), 8.8 m (third position P3), 31.5 m (fourth position P4), 32.8 m (fifth position P5), 36.8 m (sixth position) P6) A frictional force measuring unit is provided at a remote position. The flat boat 30 was placed in a towing water tank (not shown) having a length of 400 m, and an experiment was performed at a maximum speed of 7 m / sec. The results of an experiment conducted using the flat boat will be described. In the graph of FIG. 9A, △ indicates a value when the amount of blown air q = 0.02, and ○ indicates a value when the amount of blown air q = 0.04. In this graph, the speed V is set to 7 m / sec. From this graph, it can be seen that the effect of reducing the frictional force due to the bubbles is substantially proportional to the amount of blown air q and rapidly attenuates downstream of the air blowing portion, but continues to almost the downstream end of the flat boat. In the graph of FIG. 9B, △ represents the speed V
= 7 m / sec, ○ indicates speed V = 5 m / sec
Shows the value in the case of sec. In consideration of this graph, the friction reduction effect of the entire portion of the flat boat 30 located downstream from the blowing section 31 is 40% at the speed V = 5 m / sec.
A close reduction effect is obtained, and at speed V = 7 m / sec, 20
It was found that a reduction effect of a little over% could be obtained. As described above, from the experiments, it was found that the microbubbles had a cruising speed of 7 m / sec, which is a normal large tanker.
It is considered that a remarkable friction reduction effect of about several tens% can be obtained with respect to (14 knots). Furthermore, the results of the experiments using the above-described flat ship revealed that the friction reducing effect was maintained to some extent even downstream of the air outlet of the hull. These results indicate that microbubbles are very likely to be applied to actual ships. Next, an experiment using an actual ship will be described.
First, the configuration of a general microbubble propulsion ship will be described. FIG. 3A is a side view schematically showing a microbubble propulsion ship provided with a normal propeller.
FIG. 3B is a side view illustrating the state of inflow of microbubbles into the propeller in the ship shown in FIG. FIG.
The boat 200 shown in FIG. 2A has a bow 200A on the left side of the figure and a stern 200B on the right side of the figure. This ship 200
In the hull 203, the lower half part submerged is the hull inundation part 205. The bow 200A of this hull inundation part 205
The side end surface 206 is formed in a smooth curved surface shape.
On the stern 200B side of the hull inundation part 205, the propeller 21
0 is attached. The propeller 210 is connected to the engine 20 in the hull 203 via a propeller shaft 211.
8 is connected. In this ship 200, the engine 20
8 is transmitted directly to the propeller 210 via the propeller shaft 211, and the propeller 210 rotates. Behind the propeller 210, a rudder 220 hanging from the bottom of the ship is provided. A microbubble forming device 120 similar to that described above is provided inside the hull 203 near the bow 200A. The micro-bubble forming device 120 is a ship bottom 2
No. 01 communicates with an outlet 223 formed near the bow 200A. The results of an experiment conducted using an actual ship will be described. The actual ship used in this experiment was a training ship “Seiun Maru” from the Japan Navigation Training Center. Seiun Maru has a total length of 116
m, gross tonnage 5900 tons. In experiments using this actual ship, the effect of microbubbles on reducing friction was confirmed. However, at the same time, it has been found that when the microbubbles flow into the propeller rotating at the stern, the thrust decreases, and the energy efficiency of the ship as a whole decreases. In the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 9-118288 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-97276, no measures are taken for reducing the propeller propulsion efficiency due to the inflow of microbubbles. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has been made in view of the above circumstances. Therefore, the present invention has been made to reduce the hull resistance, which can reduce the frictional resistance reduction effect of microbubbles to actual marine propulsion energy without lowering the propulsion performance of a propeller. The purpose is to provide a ship. In order to solve the above-mentioned problems, a hull resistance reducing ship according to the present invention comprises means (microbubbles) for flowing air bubbles (microbubbles) along the outer plate surface of a hull inundation part. Forming means), a column protruding below the bottom of the ship, and a pod propeller having a propeller and a drive motor installed at the lower end of the column. By using a pod propeller, the propeller can be installed at a distance below the bottom of the ship. Therefore, it is possible to reduce bubbles flowing from the microbubble forming means along the ship bottom into the propeller. Therefore, the effect of reducing the frictional force of the hull immersion portion by the microbubbles can be realized without substantially lowering the propulsion performance of the pod propeller. Further, since the microbubble layer has an effect of blocking the noise of the propeller, it is considered that there is an advantage that the quietness of the hull can be further enhanced. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view schematically showing a microbubble propulsion cargo ship provided with a pod propeller. FIG. 2 is a side view schematically showing a microbubble propulsion ferry (or passenger ship) including a pod propeller. In the cargo ship 100 shown in FIG. 1, the left side of the figure is the bow 100A, and the right side of the figure is the stern 100B. In the hull 103 of the cargo ship 100, the lower half of the hull submerged is the hull inundation unit 105. The end face 106 of the hull immersion section 105 on the bow 100A side is formed into a smooth curved surface. The stern 100B side bottom surface of the hull inundation part 105 is as follows:
Inclined surface 10 inclined upward from the bottom 101 toward the stern
7 are formed. A pod propeller 110 is attached to the inclined surface 107 of the hull flooding section 105 on the stern 100B side. The pod propeller 110 includes a column 111 projecting downward from the inclined surface 107. This support 111
A housing 116 containing an electric motor 115 is attached to the lower end of the housing. A propeller 113 is attached to an output shaft end of the electric motor 115. The propeller 113 rotates when driven by the electric motor 115. The electric motor 115 is connected to the hull 10 via a cable 117.
3 is connected to the generator 109. Generator 109
Is axially connected to an engine 108 in the hull 103, and is rotationally driven by the engine 108. However, the generator 109 and the propeller 113 are not mechanically connected. It should be noted that the pod propeller 110 can change its direction by changing the direction of the propeller 113 by rotating the pod itself when the course is changed, so that no rudder is required. In the hull 103 near the bow 100A,
A microbubble forming device 120 is provided. The microbubble forming device 120 communicates with an outlet 123 formed in the ship bottom 101. Bubble outlet 123
Has a porous bubble blowing portion (not shown), like the air injection chamber 26 of FIG. Microbubble MB formed by microbubble forming device 120
Blows out from the outlet 123 into the bottom plate of the hull 103,
Along the outer plate surface of the hull inundation section 105 (right side in the figure)
Flows to In the ferry 130 shown in FIG. 2, the left side of the figure is the bow 130A, the right side of the figure is the stern 130B,
A cabin 134 and the like are provided in the hull 133. In the hull 133 of the ferry 130, the lower half of the hull submerged is the hull flooding unit 135. Bow 1 of hull inundation section 135
The end surface 136 on the 30A side is formed into a smooth curved surface. An inclined surface 137 that is inclined upward from the ship bottom 131 toward the stern is formed on the bottom surface on the stern 130B side of the hull inundation part 135. A pod propeller 110 similar to that of the cargo ship 100 described above is mounted on the inclined surface 137 of the hull flooded portion 135 on the stern 130B side. On the other hand, bow 130A
A microbubble forming device 120 similar to that of the cargo ship 100 described above is provided inside the approaching hull 133. The microbubble forming device 120 is mounted on the bow 13 of the ship bottom 131.
It communicates with the outlet 143 formed on the 0A side. Next, a comparison of the operation between the cargo ship 100 (see FIG. 1) according to the present invention and a general ship 200 (see FIG. 3) will be described. The ferry 130 (see FIG. 2)
Is the same as that of the cargo ship 100. When the cargo ship 100 shown in FIG.
The microbubble MB formed at 0 is blown out from the outlet 123 of the ship bottom 101. This micro bubble MB
Flows backward (to the right in the figure) along the outer plate surface of the hull inundation section 105. At this time, a boundary layer is formed between the outer surface of the hull immersion portion 105 and the water, and the frictional resistance of the water is reduced as described in the above experimental results. The microbubbles MB that have flowed along the hull immersion section 105 reach the stern 100B. Here, since the propeller 113 of the pod propeller 110 of the cargo ship 100 is disposed below and away from the bottom inclined surface 107,
The flow of the microbubbles MB into the propeller 113 is small, and a decrease in the propulsion efficiency of the propeller 113 is suppressed. Further, the layer of microbubbles MB also has an effect of blocking noise of the propeller 113, so that the quietness of the hull 103 is further enhanced. In the case of a standard cargo ship (50,000 tons), the distance between the bottom of the ship and the axis of the propeller is about 6 m, and if the radius of the pod propeller is about 3 m, the distance between the top of the propeller and the bottom of the ship is about 3 m. The upper end of the propeller does not cover the microbubble layer (for example, 2 m). On the other hand, the ship 200 shown in FIG.
In the case of, the microbubble MB blown out from the outlet 223 of the ship bottom 201 flows downstream along the hull immersion part 205 and is then caught by the propeller 210 (FIG. 3).
(B)). As described above, when the microbubble MB is caught in the propeller 210, the propulsion efficiency of the propeller 210 decreases, and the energy efficiency of the entire ship 200 decreases. As can be seen from this comparison, the cargo ship 100 (or ferry 130) according to the present invention uses the microbubble propulsion method and the pod propeller 110 in combination, without substantially reducing the propulsion efficiency of the propeller 113. The frictional resistance of water can be reduced by the microbubbles MB. Further, as described above, the pod propeller 1
By using 10, high propulsion efficiency can be realized, cavitation on the propeller surface can be suppressed, and vibration and noise of the engine can be cut off. As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a ship with reduced hull resistance, which can reduce the frictional resistance reduction effect of the microbubbles to the actual reduction of ship propulsion energy.

【図面の簡単な説明】 【図1】ポッドプロペラを備えるマイクロバブル推進貨
物船を模式的に示す側面図である。 【図2】ポッドプロペラを備えるマイクロバブル推進フ
ェリー(又は客船)を模式的に示す側面図である。 【図3】図3(A)は通常のプロペラを備えるマイクロ
バブル推進船舶を模式的に示す側面図であり、図3
(B)は図3(A)の船舶におけるプロペラへのマイク
ロバブルの流入状態を説明する側面図である。 【図4】基礎的な実験に用いたマイクロバブル実験流路
の全体図である。 【図5】図5(A)は図4の実験流路に空気を注入する
チャンバーの拡大断面図であり、図5(B)は摩擦計測
に用いる摩擦力計を示す図である。 【図6】空気注入チャンバーから注入した気泡の写真で
ある。 【図7】流路の壁面摩擦を計測した結果を示すグラフで
ある。 【図8】本実験に用いた平板船を示す平面図である。 【図9】図9(A)は平板船の外板表面の摩擦力の計測
結果を示すグラフであり、図9(B)は平板船の外板表
面のマイクロバブル吹き出し下流部における摩擦低減効
果を説明するグラフである。 【符号の説明】 100 貨物船 100A 船首 100B
船尾 101 船底 103 船
体 105 船体浸水部 106 端
面 107 傾斜面 108 エ
ンジン 109 発電機 110 ポ
ッドプロペラ 111 支柱 113 プ
ロペラ 115 電動モータ 116 ハ
ウジング 117 ケーブル 120 マイクロバブル形成装置 123 吹出口 130 フ
ェリー 130A 船首 130B
船尾 131 船底 133 船
体 134 客室 135 船
体浸水部 136 端面 137 傾
斜面
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a side view schematically showing a microbubble propulsion cargo ship provided with a pod propeller. FIG. 2 is a side view schematically showing a microbubble propulsion ferry (or passenger ship) including a pod propeller. FIG. 3A is a side view schematically showing a microbubble propulsion ship provided with a normal propeller, and FIG.
FIG. 3B is a side view illustrating the state of inflow of microbubbles into the propeller in the ship shown in FIG. FIG. 4 is an overall view of a microbubble experimental flow channel used for a basic experiment. 5 (A) is an enlarged sectional view of a chamber for injecting air into the experimental flow channel of FIG. 4, and FIG. 5 (B) is a diagram showing a friction force meter used for friction measurement. FIG. 6 is a photograph of air bubbles injected from an air injection chamber. FIG. 7 is a graph showing a result of measuring wall friction of a flow channel. FIG. 8 is a plan view showing the flat boat used in the experiment. 9 (A) is a graph showing the measurement results of the frictional force on the outer plate surface of a flat ship, and FIG. 9 (B) is a graph showing the effect of reducing the friction at the downstream portion of the microbubble blowing on the outer plate surface of the flat ship. It is a graph explaining. [Description of Signs] 100 Cargo ship 100A Bow 100B
Stern 101 Bottom 103 Hull 105 Hull immersion part 106 End surface 107 Inclined surface 108 Engine 109 Generator 110 Pod propeller 111 Prop 113 Propeller 115 Electric motor 116 Housing 117 Cable 120 Microbubble forming device 123 Outlet 130 Ferry 130A Bow 130B
Stern 131 Ship bottom 133 Hull 134 Guest room 135 Hull flooding part 136 End face 137 Slope

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 船体浸水部の外板表面に沿って気泡(マ
イクロバブル)を流す手段(マイクロバブル形成手段)
と、 船底下に突設された支柱、並びに、該支柱の下端部に設
置されたプロペラ及びその駆動モータを有するポッドプ
ロペラと、 を具備することを特徴とする船体抵抗低減船。
Claims: 1. Means for flowing air bubbles (microbubbles) along the surface of an outer plate of a hull immersion part (microbubble forming means)
And a pod propeller having a prop protruding below the bottom of the vessel, a propeller installed at a lower end of the post, and a drive motor for driving the propeller.
JP2001379550A 2001-12-13 2001-12-13 Ship resistance reduction ship Expired - Lifetime JP3692398B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001379550A JP3692398B2 (en) 2001-12-13 2001-12-13 Ship resistance reduction ship

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001379550A JP3692398B2 (en) 2001-12-13 2001-12-13 Ship resistance reduction ship

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003175884A true JP2003175884A (en) 2003-06-24
JP3692398B2 JP3692398B2 (en) 2005-09-07

Family

ID=19186874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001379550A Expired - Lifetime JP3692398B2 (en) 2001-12-13 2001-12-13 Ship resistance reduction ship

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3692398B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP3692398B2 (en) 2005-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100761107B1 (en) Propulsion system for a fast seagoing ship, especially a naval ship
US8763547B2 (en) Apparatus for lowering drag on a moving nautical vessel
JP7334339B2 (en) Method and device for reducing wave-making resistance and frictional resistance during navigation of a ship
JP5311541B2 (en) Ship bubble holding device
US3933113A (en) Marine vessel propulsion system
JP2002002582A (en) Friction resistance reducing ship
JPH07257484A (en) Method of reducing underwater sound of ship propelled by propelling device
JP3692398B2 (en) Ship resistance reduction ship
RU2299152C1 (en) Two-mode water scoop of hovercraft water-jet propeller
JP2023067297A (en) Thrust generation system of sailing body, sailing body, and drag reduction method of sailing body
JP2001278178A (en) Method of reducing frictional resistance of hull, and frictional resistance reduced ship
CN104812662B (en) Ship
JP2001328584A (en) Frictional resistance-reduced ship
JPH10175588A (en) Frictional resistance reducing device for ship
JPH10175587A (en) Frictional resistance reducing device for ship
JP2001106173A (en) Frictional resistance reduced-ship
RU2785404C1 (en) Device for reduction in hydrodynamic resistance of vessel
JP2001341689A (en) Ship reduced in frictional resistance
EP4098535A1 (en) Fluid resistance reduction apparatus for ship
JP6928469B2 (en) Energy saving device using air bubbles and ship equipped with this device
JPH1035578A (en) Friction resistance reduction device for ship
JP2005022630A (en) Renovation method of high-speed vessel and high-speed vessel
JP2002002581A (en) Friction resistance reducing ship, and friction resistance reducing method for hull
JP2024043622A (en) Energy-saving ship with reduced fluid resistance
JP2002002583A (en) Friction resistance reducing ship, and friction resistance reducing method for hull

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041101

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041130

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050524

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3692398

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term