JP2006051895A - 高速船における船尾構造 - Google Patents

Abstract

【課題】船尾端の流れを加速し、かつ推進用プロペラより後方の水流を整流することによって造波抵抗を軽減できる高速船における船尾構造を提供する。
【解決手段】推進用プロペラ３より船尾側において、推進用プロペラ３より上方の船底２ａに配設された船尾付加部材を備えており、船尾付加部材が、船底２ａを下方から見て、推進用プロペラ軸を通る延長線ＣＬを両側から挟むように設けられた一対のフィン１０，１０であり、一対のフィン１０，１０が、両者の間隔が船首側から船尾側に向けて狭くなるように配設されている。推進用プロペラ３によって形成された、推進用プロペラ３より後方の水流を、一対のフィン１０，１０によって集めることができる。すると、船尾端から排出される水流を加速することができ、船尾端において波が形成される領域を狭くすることができるから、船尾端に形成される波に起因する造波抵抗を軽減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速船における船尾構造に関する。さらに詳しくは、フルード数が0.25以上となる速度で航行する高速船における船尾構造に関する。

船が航行するときには、船体には、空気抵抗、摩擦抵抗、およびこれら以外の抵抗（剰余抵抗）が働くことが知られているおり、これらの抵抗を低減することが船舶の航行性能の向上や、船体の安定性に重要である。
通常の船舶では、空気抵抗は他の抵抗に比べて小さく無視できるので、摩擦抵抗と剰余抵抗を低減させることが必要であるが、剰余抵抗に含まれる造波抵抗は速度の２乗に比例して増加するため、船の速度が増加すると、造波抵抗の影響が強くなる。とくに、フルード数が0.25以上の高速船では、その抵抗の大部分を剰余抵抗に含まれる造波抵抗が占めるため、造波抵抗を軽減させることが重要である。

高速船の造波抵抗を軽減させる方法として、従来例１〜３（特許文献１〜３）に記載された技術がある。
従来例１〜３の技術は、いずれも船尾の底面に、トリムタブやウェッジを設けることによる造波抵抗を軽減する技術であるが、従来例１，２は、トリムタブ等が発生する揚力により船尾端を持ち上げ、船尾の水没する量を少なくすることによって造波抵抗を軽減させる技術であり、従来例３は、ウェッジ部において水流を加速し、加速された水流を水平または下方に流すことによって造波抵抗を軽減させる技術である。

しかるに、トリムタブ等が発生する揚力によって船尾端を持ち上げる効果は、フルード数が0.4以上の超高速かつ小型の高速船でしか得られないため、大型の高速船やフルード数が0.25〜0.4程度の高速船に採用しても、造波抵抗を軽減させる効果は得られない。
また、従来例３の技術は、ウェッジ部における水流を加速することはできるが、船尾において波が形成される領域を少なくすることはできないので、造波抵抗をそれほど軽減できない。しかも、ウェッジ部より前方に通常の船尾形状を有する船に比べて非常に遅い流れを形成させることになるので、造波抵抗を軽減できても、船舶の推進力の低下を招き、大きなエネルギーロスを生じさせる可能性がある。そして、船尾を特殊な形状としなければならないので、製造に手間がかかるし、製造コストも高くなる。

特開昭６２‐００８８９１号 特開平０９‐０５２５９１号 特開２００２‐１５４４７５号

本発明は上記事情に鑑み、船尾端の流れを加速し、かつ推進用プロペラより後方の水流を整流することによって造波抵抗を軽減でき、しかも、製造が容易である高速船における船尾構造を提供することを目的とする。

第１発明の高速船における船尾構造は、推進用プロペラより船尾側において、該推進用プロペラより上方の船底に配設された船尾付加部材を備えており、該船尾付加部材が、船底を下方から見て、推進用プロペラ軸を通る延長線を両側から挟むように設けられた一対のフィンであり、該一対のフィンが、両者の間隔が船首側から船尾側に向けて狭くなるように配設されていることを特徴とする。
第２発明の高速船における船尾構造は、第１発明において、前記一対のフィンの刃元から刃先までの距離が、船首側から船尾側に向けて長くなるように形成されていることを特徴とする。
第３発明の高速船における船尾構造は、第１発明において、前記一対のフィンの船首側の端部が、駆動用プロペラよりも後方に配置されていることを特徴とする。
第４発明の高速船における船尾構造は、第１発明において、船舶の航行時において、前記一対のフィンの刃先が、喫水線と交差するように形成されていることを特徴とする。

第１発明によれば、推進用プロペラによって形成された、推進用プロペラより後方の水流を、一対のフィンによって集めることができる。すると、船尾端から排出される水流を加速することができ、しかも、船尾端において波が形成される領域を狭くすることができるから、船尾端に形成される波に起因する造波抵抗を軽減することができる。さらに、船尾端の狭い領域から加速された水流を排出させることができるので、船尾端から排出される水流による推進力を大きくすることができ、船を加速する効果も得ることができる。そして、通常の船尾形状を有する船舶に一対のフィンを取りつけるだけであるから、製造が容易であり、製造コストも低減することができる。
第２発明によれば、船首側部分による抵抗を軽減でき、船尾端における整流効果を強くすることができる。
第３発明によれば、一対のフィンによって、駆動用プロペラよりも前方の流れを乱すことを防ぐことができる。
第４発明によれば、一対のフィン全体が水没しないので、一対のフィンによる抵抗を軽減することができる。また、一対のフィンの対向する面により波の発生を抑えることができるので、造波抵抗を軽減することができる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態の船尾構造を備えた高速船の船尾拡大図であって、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は底面図である。図２（Ａ）は本実施形態の船尾構造を備えた高速船を船尾端からみた図であり、（Ｂ）はフィン１０の拡大図である。図１および図２において、符号２は高速船１の船尾カウンタを示している。この船尾カウンタ２の下方には、高速船の推進用プロペラ３が配設されている。この推進用プロペラ３は、そのボス３ｂがエンジンに連結されている推進用プロペラ軸３ａの端部に固定されている。この推進用プロペラ３の後方には舵４が設けられている。

図１および図２に示すように、船尾カウンタ２の船底２ａには、前記推進用プロペラ３よりも上方であって、かつ、推進用プロペラ３よりも後方に、一対のフィン１０，１０が設けられている。この一対のフィン１０，１０は、船尾カウンタ２の船底２ａを、船底２ａの下方から見たときに、前記推進用プロペラ軸３ａの中心軸を通る延長線ＣＬを両側から挟むように、かつ、両者の間隔が船首側から船尾側に向けて狭くなるように配設されている。

このため、推進用プロペラ３によって形成された、推進用プロペラ３より後方かつ上方の水流を一対のフィン１０，１０によって船体の幅方向の中心に向けて集めることができる。図１（Ｂ）であれば、延長線ＣＬに向けて水流を集めることができる。すると、船尾端から排出される水流を加速することができるから、船尾端において発生する波の波高を抑えることができる。
そして、一対のフィン１０，１０はその形状が小さく舵４と干渉することがないから、一対のフィン１０，１０を設けても、船舶の航行には悪影響が及ばない。

また、船尾端が水中に浸漬する部分を、船尾側における一対のフィン１０，１０の間隔程度に狭くすることができる。図１（Ｂ）であれば、航行中の喫水線を示す２本の線ＷＬの間の部分が水中に浸漬する部分となるが、船尾端では、船尾端の幅に比べて、水中に浸漬する部分が狭くなる。よって、船尾端において波が形成される領域を、船尾側における一対のフィン１０，１０の間隔程度に抑えることができるから、船尾端において形成される波に起因する造波抵抗を軽減することができる。

さらに、推進用プロペラ３より後方において、船尾カウンタ２の船底２ａに沿って流れる水流を加速することができるから、船尾カウンタ２の船底２ａ近傍に形成される水流の遅い領域、いわゆる死水域における水流も加速できる。すると、推進用プロペラ３より後方の水の流れがスムースになるから、推進用プロペラ３が発生する駆動力を効果的に船体後方に流れる水流に転換でき、エネルギーロスを少なくすることができる。

さらに、船尾端の狭い領域から加速された水流を排出させることができ、しかも、推進用プロペラ３が発生する駆動力を効果的に船体後方に流れる水流に転換できるから、船尾端から排出される水流による推進力を大きくすることができる。
そして、通常の船尾形状を有する高速船１の船尾に、一対のフィン１０，１０を取りつけるだけであるから、製造が容易であり、製造コストも低減することができる。

図２に示すように、一対のフィン１０，１０は、断面が略三角形状に形成されており、その一つの面10b（以下、刃元10bという）が船尾カウンタ２の船底２ａに取りつけられている。そして、刃元10bから刃元10bと対向する辺10c（以下、刃先10cという）までの距離Ｌが、船首側から船尾側に向かって長くなるように形成されている。
このため、一対のフィン１０，１０における船首側の部分と水との接触面積を小さくすることができるから、一対のフィン１０，１０により生じる摩擦抵抗や渦抵抗を軽減でき、かつ、船尾端における整流効果を強くすることができる。そして、一対のフィン１０，１０における船首側の部分と水との接触面積を小さくすれば、一対のフィン１０，１０が駆動用プロペラ３よりも前方の水流に与える影響も少なくすることができ、駆動用プロペラ３よりも前方の水流を乱すことを防ぐことができる。
とくに、一対のフィン１０，１０の先端が推進用プロペラ３のボス３ｂの後端よりも後方（船尾側）に位置するように配設しておけば、駆動用プロペラ３よりも前方の水流に与える影響をより一層軽減することができる。

図２（Ａ）に示すように、一対のフィン１０，１０は、互いに対向する面10aが水面に対して傾斜しており、刃元10b間の距離に比べて刃先10c間の距離が長くなるように形成されている。言い換えれば、船尾からみて、一対のフィン１０，１０の互いに対向する面10aによって八の字が形成されるように配設されている。
このため、一対のフィン１０，１０の間から後方に流れる水流のうち、フィン１０近傍の水流をやや下向きに水流とすることができるから、船尾端において発生する波の波高を抑える効果を高めることができる。

なお、フィン１０の形状は上記のごとき形状に限られず、板状であってもよく、この場合でも、刃元から刃先までの距離が船首側から船尾側に向かって長くなるように形成されていれば、上記形状のフィンとほぼ同様の効果を得ることができる。
さらになお、一対のフィン１０，１０は、推進用プロペラ３より後方かつ上方の水流を一対のフィン１０，１０によって船体の幅方向の中心に向けて集めるができるのであれば、フィン１０の刃元から刃先までの距離Ｌは、船首側から船尾側に向かって長くなるように形成されていなくてもよい。
さらになお、一対のフィン１０，１０の先端は、推進用プロペラ３のボス３ｂの後端よりも前方（船首側）に位置するように配設してもよい。

また、一対のフィン１０，１０を、船舶の航行時において、フィン１０の刃先10cが喫水線と交差するように、言い換えれば、一対のフィン１０，１０全体が水没しないように配設しておけば、一対のフィン１０，１０により生じる摩擦抵抗や渦抵抗を軽減できる。そして、フィン１０の刃先10cが喫水線と交差する位置において、一対のフィン１０，１０の対向する面10aによって、水面の乱れを抑えることができるので、造波抵抗を軽減することができる。
とくに、フィン１０の刃先10cが喫水線と交差する位置が、推進用プロペラ３のボス３ｂの後端よりも後方（船尾側）となるようにしておけば、駆動用プロペラ３よりも前方の水流に悪影響を与えることを防ぐことができる。

本実施形態の船尾構造を有する船、つまり、一対のフィンを有する船（実施例）と、一対のフィンを有しない船（比較例）において、フルード数を変化させたときにおける、剰余抵抗の変化を比較した。
実験は、模型船を実験水槽に浮かべ、実験水槽内の水の流速を、フルード数が0.27〜0.34となる範囲で変化させ変化させて、ロードセルで計測した抵抗値から剰余抵抗を算出した。

図３に示すように、フルード数が0.27〜0.34の全範囲において、比較例の剰余抵抗よりも実施例の剰余抵抗が小さいことが確認できる。とくに、フルード数が0.30を越えて剰余抵抗が増加する領域になると、両者の差は大きくなり、最大では、比較例の剰余抵抗に比べて５％、実施例の剰余抵抗差が小さくなっていることが確認できる。
したがって、本実施形態の船尾構造を採用すれば、剰余抵抗を小さくすることができ、とくに、フルード数が大きく剰余抵抗の影響が強くなる領域でその効果が大きくなることが確認できる。

本実施形態の船尾構造を備えた高速船の船尾拡大図であって、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は底面図である。 （Ａ）は本実施形態の船尾構造を備えた高速船を船尾端からみた図であり、（Ｂ）はフィン１０の拡大図である。 フルード数に対する剰余抵抗の変化を、船尾付加部材を備えた船と、船尾付加部材のない船とで比較した図である。

符号の説明

１ 高速船
２ 船尾カウンタ
２ａ 船底
３ 推進用プロペラ
１０ フィン
１０ａ 刃元
１０ｃ 刃先

Claims (4)

1. 推進用プロペラより船尾側において、該推進用プロペラより上方の船底に配設された船尾付加部材を備えており、
   該船尾付加部材が、船底を下方から見て、推進用プロペラ軸を通る延長線を両側から挟むように設けられた一対のフィンであり、
   該一対のフィンが、両者の間隔が船首側から船尾側に向けて狭くなるように配設されている
   ことを特徴とする高速船における船尾構造。
2. 前記一対のフィンの刃元から刃先までの距離が、船首側から船尾側に向けて長くなるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の高速船における船尾構造。
3. 前記一対のフィンの船首側の端部が、駆動用プロペラよりも後方に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の高速船における船尾構造。
4. 船舶の航行時において、前記一対のフィンの刃先が、喫水線と交差するように形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の高速船における船尾構造。

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