JP2005517589A - ラダー推進機駆動部を有する針路安定した航洋船のための輪郭デザイン及び推進装置 - Google Patents

ラダー推進機駆動部を有する針路安定した航洋船のための輪郭デザイン及び推進装置 Download PDF

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Abstract

【解決手段】少なくとも２つのラダー推進機により駆動され、積載物または乗客を輸送するための船腹を備えた航洋船であって、ラダー推進機は好ましくは電気式ラダー推進機（PODS）（３）として形成され、船腹は船体中央部でほぼ長方形状の断面を有し、その断面には船尾の方へ流れガイド体（スケグ）（１）が続き、スケグの間に流路が形成され、流路がくさび形に、連続した、好ましくはわずかに湾曲した拡大部を下方船尾に向け形成され、流路の側壁は少なくとも部分的に平らな面として形成されフィン状のウエブ（２）に終わり、このウエブは水に対する排水体積を有し、流路はそのチャネル効果を介して低い船抵抗を生ずるように形成され、かつ推進効率に有利な伴流制御を行う。

Description

本発明は、少なくとも２つのラダー推進機により駆動され、積載物または乗客を輸送するための船腹を備えた航洋船に関し、ラダー推進機は電気式ラダー推進機（PODS）として形成され、船腹は船体中央部でほぼ長方形状の断面を有し、その断面には船尾の方へ流れガイド体（スケグ）が続き、スケグ間に流路が形成されている。
独国実用新案第29913498.9号明細書から、電気式ラダー推進機の前に流体力学的に作用するスケグを備えた高速航洋船が知られている。
本発明の課題は、このような船をさらに最適化することにある。その際特に、船の高波挙動が改善され、さらに電気式ラダー推進機への特に有利な流れが達成されなければならない。
前述の船は、特にラダー推進機にそれぞれ１つのプル推進機とプッシュ推進機とを有する電気式推進機を使用するために構想されており、従って本発明の別の課題は、このような船をただ１つの推進機を持ったラダー推進機および改善された推進効率で駆動され得るように発展させることにある。
この課題は、スケグ間の流路がくさび形に、好ましくは連続した、わずかに湾曲した拡大部を下方船尾に向け有するように形成され、その際流路の側壁は少なくとも部分的に平らな面として形成され、フィン状のウエブに終わり、このウエブは水に対する排水体積を有し、その際流路はそのチャネル効果を介して低い船抵抗を生ずるように形成される。
本発明によりスケグ間に最適化された流路が作り出されることにより、僅かな流出抵抗と電気式ラダー推進機の低い流れ速度が達成される。これによって、水中を航行の際の船の抵抗が減少し、推進効率を高めることができる。
本発明の構成においては、スケグはフィン状のウエブとして形成され、スケグの排水体積は後方へ丸められた基部に終わり、この基部は船尾へ船腹への垂直方向の結合なしにラダー推進機の直前まで延びている。このように形成することにより、ラダー推進機の前に、流路の内側と外側との間の圧力差によるスケグの端部の還流の形成が有利に達成され、この還流は推進機によって誘起された流れの方向に進む。これによって、推進機への流れの挙動が有利に改善され、推進機への水の流れ込みが一様になる。
本発明の他の構成においては、スケグの排水体積はフィン状のウエブの外側にほぼ配置されるように行われる。これによって特に、スケグ間に抵抗の少ない流路が船尾における水の落ち着いた流出を伴って、また続いて船尾の特に有利な抵抗挙動が生じる。
本発明の他の構成においては、外側における排水体積はふくらみ状に形成されることが行われ、そのふくらみは、各ラダー推進機の回転方向における水の非対称の還流及び流出が生じるように形成され、このように制御された流れは推進機への有利な流れ込みをもたらす。それ故流路からの落ち着いた水の流出の有利な作用は、水の回転運動によって推進機の前で既に補足され、その結果全体として推進機への有利な流れが生じる。
さらに、各ラダー推進機の回転方向における基底部の還流が生じるように還流し流出する水が向けられるように、流路の形状及び体積のその基底部の領域の流出部における大きさ、並びに排水体積の配置及び大きさが定められることが行われる。スケグの排水体積の非対称形成と組み合わせて、特に一様なかつ特に渦の少ない推進機への流れ込みが、キャビテーションを減少させるのに有利な方法でもたらされる。その際、針路安定挙動ならびに船のいわゆる「スラミング挙動」に関して有利な作用を持つ船尾の通常の船底湾曲部勾配をあきらめる必要はない。
さらに、ラダー推進機が、高スキュー推進機として形成され、本発明により巧みに操作された水の流れ込みに適合するように調整された少なくとも１つの推進機を備えることが行われる。それゆえ、推進機の振動の少ない挙動の更なる改善が、キャビテーション傾向の最小化を伴って得られる。２つの同時に作動する推進機を有するラダー推進機の場合には、プッシュ推進機において通常の推進機を使用することもできる。
さらに、船腹及びスケグの個別寸法及びその結合寸法が、特にタンク曳航テストの結果として、船速度に適合されることが行われる。同じことは、高スキュー推進機の寸法に対しても成立する。船尾に生じる個々の流れパラメータは、例えば船の大きさ、船の速度、船腹表面の粗さ及び船ごとに変わるその他の性質に関係する。それ故、各船の型に対し、船腹、スケグ、流路及び推進機について異なる個別寸法が選ばれなければならないことが明らかである。これらの個別寸法は、曳航テスト及びタンクテストにおいて調べられ最適化されなければならない領域の枠内において変化する。その際船倉容量及び船を製造する際のコストも重要であり、その結果多数の変形可能性が生じ、その内限界寸法のみを挙げることができる。これらは特に船の幅、船の長さ、喫水等のパーセントで挙げられる。
本発明の他の構成においては、加えて、船尾の他の個別寸法、例えば船底湾曲部勾配及び船尾の方向へのラダー推進機を越える突出部、並びにスケグの寸法、例えば外側位置、長さ及び形状が最適化され、特にタンクテストの結果として、波、特に船尾から膨れ上がる波の船尾への影響（高波衝撃）が減ぜられることが行われる。航洋船に対しては、船抵抗が低いことが重要であるのみならず、船の高波挙動が良好であることも重要である。船の高波挙動は、特に船尾から高波が膨れ上がる際に効果を発揮し、場合によっては荒れた港に停泊しているときにもそうであり、従って船尾の形状の高波挙動への影響も考慮されなければならない。本発明によればこのことに相当する。その場合、船の直進に本質的に作用する規定の形状も考慮される。
駆動システムを最適化するため、プッシュ推進機を有するラダー推進機が装備されることも行われる。その結果推進機断面に入る前に水に対し比較的長い沈静化した区間が得られる。その結果船尾に形成された流出渦は少なくとも部分的な均一化を受けることができる。推進機のキャビテーション挙動は、高スキュー推進機を必要とすることなく著しく改善される。その際場合によっては、伴流がラダー推進機ハウジング、場合によってはここに配置されたフィン及びラダー推進機の軸によって整えられるプル推進機に対しある程度の効率損失は受け入れなければならない。このことは、コスト、流れの最適化及び同様にタンクテストの対象の問題である。
両ラダー推進機の互いの距離は、ラダー推進機が一方では互いに無関係に３６０度回転することができ、他方ではスケグ距離が大きくなり過ぎないように定められるのが有利である。スケグはラダー推進機の前に同列に配置される。最適の配置は、両ラダー推進機の距離が推進機直径の１．１〜１．３倍である場合に得られる。
直進の際のエネルギー消費に対しては、公開されていない独国特許出願第10159427.5号から種々の変形が明らかなような、分離した小さな直進ラダーの配置が有利である。従ってラダー推進機は常に最適の流出方向に調整され、針路安定化のために持続的に回転されることを必要としない。これによっても、分離されたラダーの抵抗より大きい推進力迂回路を避けることによりエネルギー節減がもたらされる。各ラダー推進機への最適の流れ方向は、船腹、スケグ及びラダー推進機の組み立ての許容差に応じて異なり、場合によっては完成した船のテスト航行の際に有利に求められる。
以下に本発明を図面及びパラメータ定義に基いて詳細に説明する。その説明及び請求項２以下の本発明の他の詳細も認めることができる。
図１には、造船の通常の方法で船尾の領域が側面図で示され、そこには電気式ラダー推進機とスケグが存在する。１で側面から見たスケグが示され、このスケグは丸く形成されたふくらみ２に終わっている。３は電気式ラダー推進機を示し、ここでは例えば２つの推進機４および５および側方のフィンを有する電気式ラダー推進機が示されている。同じように、プル推進機またはプッシュ推進機、それぞれそれに合う流れガイド要素を有するラダー推進機を使用し得ることは当然である。
６は構造喫水線（CWL）、７はスケグふくらみの端部と電気式ラダー推進機のプル推進機との間の距離である。この距離は最適化プロセスの対象である。何故なら、一方において推進機５はふくらみ２の張り出しの後方で回転し得るようになっていなければならず、他方においてふくらみ２までの距離は僅かでなければならないからである。
振動を避けキャビテーションを減少させるため、かなりの船においては流れの均等化区間が有利であり得る。流れの均等化区間は、推進機４に相応してプッシュ推進機を有するPODが使用される場合に最も長い。従って電気式ラダー推進機３のハウジングおよび電気式ラダー推進機の軸も流れの均等化区間要素として働く。
電気式ラダー推進機は、水平方向に対しある角度、例えば２度傾いているのが有利である。この角度は８で示されている。船端部は９で示され、その長さも船尾における残りの要素と同様に船尾の形態および従って船の型にも関係している。
船尾から見た船の輪郭（フレームパターン）が示されている図２において、１０は代表的なフレームパターン、１２は船尾から見得る電気式ラダー推進機を示す。明らかなように、ラダー推進機の中心１１（図１から明らかなように）は基部の端部の後方に存在するが、排水体積１５に非対称に配置されている。ラダー推進機そのものは、船の中心に対し距離１３をおいて配置されており、距離１３の長さは推進機直径１６の約1.1倍の大きさである。本発明による、図１からスケグ１の間に形成されている流路の内側の平らな形態は、領域１４の輪郭から明確にもたらされる。
前から見た船の輪郭（フレームパターン）を示す図３において、１７は通常のフレームパターン、１８は船首に配置された球状物のパターンを示す。
図３は通常の船の輪郭を示し、それは針路安定の、抵抗の少ない航洋船について通常のものである。
図４、５および６は、最適化された曳航モデルを描いたもので、自動車および乗客を収容するために決められた船腹を有する比較的高速のフェリーボート（28kn）の曳航モデルの船腹端の下の部分を示す。このような曳航モデルは、通常、船の最適船腹形状を求めるために使用され、当業者に一般に知られている。
図４において、２０はスケグ２２間にそのほぼ平らな、連続的に延びる側壁２１によって形成された流路を示す。船の下側２３は流路２０の内側２１と同じように連続し、僅かにのみ湾曲している。
図５において、２５はスケグ２６間において船尾の船底湾曲部勾配２８の頂点２４の下に配置された流路を船尾から見たものを示す。スケグ２６は船尾のほうへ鋭くフィン状に形成され、ふくらんだ状態の端部２７に終わり、この端部は支持要素なしでスケグ２６のフィン状の部分を超えて突出する。全体として、船尾から膨れ上がる高波に対する良好な特性を持った極めて流れの有利な船尾形状が生じる。
図６には、スケグ３０間の流路が２９で示されている。スケグのフィン状の端部は３１で、ふくらんだ形の排水体積は３３で示されている。スケグ３０の後方には、最適化の目的で交換可能で変更可能な船尾部分３２が配置され、この船尾部分によって船尾の最適長さ及び場合によっては船尾の傾斜が定められる。船底は、図から明らかに分かる斜め上方に延びる形状を有し、その形状は船の長さのほぼ１／３を成す。そのように船尾において落ち着いた、比較的緩やかな流出部が生じ、それは低い船抵抗に導く。
図７には個々の要素の原理的な配置が具体的な説明のために図示されている。そこでは国際的な造船における図示形式が使用されている。パラメータ値及びその要求される有効範囲が数学的に次のように定義されている。
Ａsk 長さＬAskにおけるスケグの断面積
スケグの後端からとって
０．１・Ａ0＜Ａsk＜Ａ0
Ａ0 推進機の円面積
Ａ0＝π・Ｄ2／４＝０．７８５３・Ｄ2
ＡR 補助ラダーの投影面積
０．０１・Ａ0＜ＡR＜０．０１・ＬPP・Ｔ
ＬS スケグの長さ
０．２０・ＬPP＜ＬS＜０．４５・ＬPP
ＬAsk スケグ頂点から規定された断面積Ａskまでの距離
Ｌpod PODの長さ
ｄtran 後部垂線から船尾垂線までの距離
２・Ｌpod＞ｄtran＞Ｌpod／２
ｄS スケグの頂点における中心線とスケグの後端における中心線との間の距離
１．５・Ｄ＜ｄS＜Ｂ−１．５・Ｄ
ｄSS スケグの端部における中心線と艙底半径の船底湾曲部勾配の始まりにおける船 側部との間の最小距離
ｄSS＞０．７５・Ｄ
ｄh スケグの後端と船の基線からスケグの基線の上昇が始まる点との間の距離
ｄh＞０．３・ＬAsk
ｄp 推進機ハブとスケグの後端との間の距離
０．０２・Ｄ＜ｄp＜０．０２・Ｌpp
ｄt 推進機前面における推進機先端すきま
ｄt＞０．１５・Ｄ
α スケグと船ベースに対する垂直線との角度
α＜３０°
β ＰＯＤ推進機中心線の船ベースに対する縦断面における角度
β＜５°
Ｄ 推進機直径
Ｌpp 垂線間の長さ
Ｂ 肋材上の船の幅
Ｔ 肋材上の船の喫水
ＡＰ 後部垂線
電気式ラダー推進機の良好な推進効率において全体として極めて低い船抵抗に導く本発明による構造について、ラダー推進機、スケグ及び船尾形態が互いに結ばれて作用する要素である。その際、電気式ラダー推進機はスケグの流出部に配置され、推進機の回転軸は領域内において速度フィールドの非常に減少された軸方向の成分と一致する。電気式ラダー推進機がスケグの後方に配置されることによって、スケグの流出領域における推進機の作動が可能となる。形づくられた流路は、流出する水を有利に推進機に向けて供給する。スケグの側方の形態及び流れガイド体の形状は、速度フィールドの接線成分が推進機内へ有利に入るように推進機板内の速度フィールドを制御する。結果として、キャビテーションが減り振動が低下して、推進システムの効率の上昇が生じる。さらに、スケグは船の針路の安定性を高める。最終的に著しい燃料の節減がもたらされる。
それに関して、電気式推進機をスケグ領域における流出のために常に最適に調整することが可能な補助ラダーの使用も寄与し得る。この最適の位置は針路修正動作によって変更されることを要しない。
スケグ・ラダー推進機の一例の配置図である。 図１に相応して書き込まれたPODを有する船尾から見たフレームパターンの概略図である。 前からのフレームパターンの概略図である。 曳航タンクモデルにおける本発明による流路の説明図である。 図４に相応する流路を有するモデルの船尾からの説明図である。 図４及び図５に相応する流路を有する側からのスケグの説明図である。 本装着の原理図である。
符号の説明
１ スケグ
２ ふくらみ
３ 電気式ラダー推進機
４ 推進機
５ 推進機
６ 構造喫水線
７ スケグふくらみの端部と電気式ラダー推進機のプル推進機との間の距離
８ 電気式ラダー推進機の水平方向に対する角度
９ 船端部
１０ 船のフレームパターン
１１ ラダー推進機の中心
１２ 電気式ラダー推進機
１３ ラダー推進機の船の中心に対する距離
１４ 領域
１５ 排水体積
１６ 推進機直径
１７ フレームパターン
１８ 船首の球状物のパターン
２０ 流路
２１ 側壁
２２ スケグ
２３ 船の下側
２４ 船底湾曲部勾配の頂点
２５ 流路
２６ スケグ
２７ スケグの端部
２８ 船底湾曲部勾配
２９ 流路
３０ スケグ
３１ スケグの端部
３２ 船尾部分
３３ 排水体積

Claims (14)

  1. 少なくとも２つのラダー推進機により駆動され、積載物または乗客を輸送するための船腹を備えた航洋船であって、ラダー推進機は電気式ラダー推進機（PODS）として形成され、船腹は船体中央部でほぼ長方形状の断面を有し、その断面には船尾の方へ流れガイド体（スケグ）が続き、スケグの間に流路が形成されているものにおいて、流路がくさび形に、連続した、わずかに湾曲した拡大部を下方船尾に向け形成され、流路の側壁は少なくとも部分的に平らな面として形成されフィン状のウエブに終わり、このウエブは水に対する排水体積を有し、流路はそのチャネル効果を介して低い船抵抗を生ずるように形成され、かつ推進挙動に有利な伴流制御を行うことを特徴とする航洋船。
  2. スケグがフィン状のウエブとして形成され、スケグの排水体積は後方へ向け丸められた基部に終わり、この基部は船尾へ船腹への垂直方向の結合なしにラダー推進機の直前まで延びていることを特徴とする請求項１記載の船。
  3. スケグの排水体積はフィン状のスケグの外側にほぼ配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の船。
  4. 外側における排水体積はふくらみ状に形成され、そのふくらみは、各ラダー推進機の回転方向における水の非対称の還流及び流出を生じ、このようにして制御された流れが推進機への有利な流れ込みを生じるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の船。
  5. 船の底部が流路の始端でほぼ始まる船底湾曲部勾配を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の船。
  6. 各ラダー推進機の回転方向における基底部の還流が生じるように還流し流出する水が向けられるように、流路の形状及び体積のその基底部の領域における流出部における大きさ、並びに排水体積の配置及び大きさが定められることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の船。
  7. ラダー推進機が、高スキュー推進機として形成された少なくとも１つの推進機を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の船。
  8. 高い圧力変動が避けられキャビテーション挙動が最適化されるように、高スキュー推進機が流れ込む水の性質に合わせて調整されていることを特徴とする請求項７記載の船。
  9. 船腹及びスケグの個別寸法及びその結合寸法が、特にタンク曳航テストの結果として、船速度に適合されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の船。
  10. 高スキュー推進機の寸法が、特にタンクテストの結果として、向きを与えられた流れに最適化されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の船。
  11. 船尾の個別寸法、例えば船底湾曲部勾配及び船尾の方向へのラダー推進機を越える突出部、並びに寸法、例えばスケグの外側位置、体積及び形状が最適化され、特にタンクテストの結果として、波、特に船尾から膨れ上がる波の船尾への影響（高波衝撃）が減少されるようになっていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の船。
  12. 電気式ラダー推進機がそれぞれプッシュ推進機として形成された推進機を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の船。
  13. ラダー推進機が互いに各推進機直径の１．１〜１．３倍の大きさの距離を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の船。
  14. 船尾、特にラダー推進機の推進機の前に、船の直進のための補助ラダー、特にスキ形ラダーが配置されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の船。
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