JP2006188125A - 肥大船 - Google Patents

Abstract

【課題】 船首部に大型バルブを有する肥大船において、大型バルブの満載時の造波抵抗低減効果を活かしつつ、バラスト状態における推進性能の改善を図り、満載状態のみならず、バラスト状態における推進性能も改善できる肥大船を提供する。
【解決手段】 方形係数が０．８以上で、かつ、満載航海速力がフルード数に換算した時に０．１３５以上の肥大船１において、船首部分に大型バルブ１０と、該大型バルブ１０の下にバラスト航行時の造波抵抗改善用の小型バルブ３０を設けると共に、前記大型バルブ１０と前記小型バルブ３０のつなぎ目Ｌｊを、該つなぎ目ＬｊとベースラインＢ．Ｌ．の交点Ｐを中心とし、ベースラインＢ．Ｌ．に対して船首方向上方に１０°以上で３０°以下の範囲に収まるように傾斜させて構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、造波抵抗を減少するための船首バルブを有する肥大船に関するものであり、より詳細には、満載状態における推進性能を向上できる大型バルブに加えて、バラスト状態における推進性能を向上できる小型バルブを備えた肥大船の船首部分の構造に関する。

タンカーやバルクキャリヤー等の肥大船においては、平水中の造波抵抗を少なくするため、船首バルブ（バルバスバウ：Bulbous Bow ）を船首部分に設けている。この船首バルブは、平水中の推進抵抗の成分である摩擦抵抗、圧力抵抗、造波抵抗、空気抵抗の内の造波抵抗を小さくするために、船体が造る波を打ち消すように船首下部に設けられる構造物である。

そして、この船首バルブは、船首で起こす波の位置をずらせて、それより後ろの方で起こす波とうまく干渉させることにより、全体の造波抵抗を小さくするものである。また、低速肥大船では、船首近傍の水の流れを整えて渦抵抗を減少する効果もある。

大型低速肥大船の船首バルブとして、従来においては、図５に示すような通常型大型バルブ１０と図６に示すようなローバルブ４０がある。

この通常型大型バルブ１０は、一般的に使用されているバルブであるが、満載状態の造波抵抗を示す図７に示すように、満載状態の場合においては、通常型大型バルブ付き船型（曲線Ｂ）とバルブ無し船型（曲線Ｃ）では、フルード数Ｆｎが０．１５５以上の高速域では、通常型大型バルブ１０の造る波と主船体２の造る波とが干渉し合い、一般的なバルブ効果による造波抵抗低減効果が発揮され、バルブ付きの方が造波抵抗は小さくなる。

一方、フルード数Ｆｎが０．１３５以下の低速域では、通常型大型バルブ１０の造る波と主船体２の造る波とが干渉せずに重なるため、却ってバルブ付きの方が造波抵抗ｒｗが大きくなる。また、その中間的な速度域、即ち、０．１３５≦Ｆｎ≦０．１５５では、通常型大型バルブ付き船型（曲線Ｂ）とバルブ無し船型（曲線Ｃ）の造波抵抗ｒｗに大きな差はない。

なお、フルード数Ｆｎは、船速Ｖｓ（ｍ／ｓ）に関する無次元表示であり、船の垂線間長をＬｐｐ（ｍ），重力加速度をｇ（ｍ／ｓ² ）とした時に、Ｆｎ＝Ｖｓ／（ｇ×Ｌｐｐ）^1/2 となる。

この通常型大型バルブ付き船型は、バルブ無し船型よりも、バルブの面積分の浸水面積が増加するので、その面積分の摩擦抵抗が増加するので、中間的な速度域では、造波抵抗は変わらなくても、摩擦抵抗が増加するので、通常型大型バルブ付き船型は、満載時はバルブ無し船型よりも推進性能上不利となる。

そして、バラスト状態の場合は、浅喫水となるため、砕波抵抗が顕著になり、大きな造波抵抗が発生する。通常型大型バルブはバラスト喫水線ｄｂ付近で長さが大きく、かつ、水線面での船首端の入射角も小さいため、バルブ無し船型より造波抵抗は低減する。従って、バラスト状態では効果がある。

一方、上記の通常型大型バルブ付き船型１Ｘの欠点を改善して、図６に示すようなローバルブ付き船型１Ｙが生まれた。満載喫水ｄｆ付近はバルブ無し船型に近い。そのため、満載状態の中間的な速度域、即ち、０．１３５≦Ｆｎ≦０．１５５では、通常型大型バルブ付き船型（曲線Ｂ）と造波抵抗ｒｗに大きな差はない。むしろ、浸水面積が少ない分、通常型大型バルブ付き船型より有利となる。

また、顕著な砕波抵抗に対しては、突出バルブが効果的であることが知られている。そこで、バラスト喫水ｄｂ付近から下にバラスト状態における造波抵抗の改善に特化した突出バルブを設けたのがローバルブ４０であり、バラスト状態における造波抵抗を示す図８に示すように、このローバルブ付き船型バルブ（曲線Ａ）は、無し船型（曲線Ｃ）はもちろん、通常型大型バルブ付き船型（曲線Ｂ）より造波抵抗ｒｗが低減されている。なお、図中のＦｎｄは設計速度に対応するフルード数である。

一方、船舶の船首形状において、満載喫水線の近傍下方で軽荷喫水線より上方に満載状態用球状船首部を、軽荷喫水線の近傍に軽荷状態用球状船首部とを有し、この二つの球状船首部の間を正面形状において凹状曲面からなる括れ部分で滑らかに接続して該球状船首部分全体の正面断面形状を略瓢箪状に形成し、満載状態用球状船首部の上面を、この上面より上方の水を加速させるべく船幅方向に平坦状に形成すると共に該上面の上方近傍に該満載喫水線を位置せしめ、しかも、軽荷喫水線を上記括れ部分の開始点にほぼ一致するところに位置させしめた船首形状が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、この船首形状においては、満載状態用球状船首部と軽荷状態用球状船首部とが括れ部分で滑らかに接続していることから浸水面積が大きくなり、摩擦抵抗が大きくなるという問題がある。また、満載状態用球状船首部の上面が平坦状に形成されているため、波の打ち込み等に対する構造的な面で不利になるという問題がある。

また、船底ベースラインとバラスト喫水線との間に船首バルブを備え、バラスト喫水線と満載喫水線との間に補助バルブを設けて、満載喫水状態及びバラスト喫水状態のいずれの場合に対しても航走時の造波抵抗を減少させるように形成したバルブ付き船首部構造が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、船首バルブがバラスト喫水状態における造波抵抗を減少させるための構造となり、満載状態における船首バルブに比較すると小さくなるため、補助バルブによる造波抵抗低減効果を加えても、満載状態においては、造波抵抗低減効果が不充分となる恐れがあるという問題がある。また、バラスト喫水状態においては、船首バルブと補助バルブの間に水面がくるので、補助バルブに波による上下方向力が作用し、また、満載喫水状態においても、水面の直ぐ下に補助バルブが配置されるので、この状態においても補助バルブに波による上下方向力が作用し、船首揺れ（ピッチング）が大きくなる恐れが生じるという問題がある。また、満載状態における船首バルブ構造を従来の単独の船首バルブから満載状態用球状船首部に設計方法を変更する必要が生じるという問題がある。

更に、上記の満載状態用と軽荷（バラスト）状態用の複数のバルブを設けた船型においては、満載用バルブと軽荷用バルブのつなぎ目を満載用バルブの流線に沿わせて形成していないため、このつなぎ目部分から渦が発生し易く、粘性抵抗を増加するおそれがあるという問題がある。
特許第３３７５７４３号公報 特開平９−６６８８５号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、船首部に大型バルブを有する肥大船において、大型バルブの満載時の造波抵抗低減効果を活かしつつ、バラスト状態における推進性能の改善を図り、満載状態のみならず、バラスト状態における推進性能も改善できる肥大船を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の肥大船は、方形係数（Ｃｂ）が０．８以上で、かつ、満載航海速力がフルード数に換算した時に０．１３５以上の肥大船において、船首部分に大型バルブと、該大型バルブの下にバラスト航行時の造波抵抗改善用の小型バルブを設けると共に、前記大型バルブと前記小型バルブのつなぎ目を、該つなぎ目とベースラインの交点を中心とし、ベースラインに対して船首方向上方に１０°以上で３０°以下の範囲に収まるように傾斜させて構成する。

そして、この構成は、船体前半部の柱形係数が０．９１以上、かつ、満載航海速力がフルード数に換算した時に０．１４以上で０．１５５未満の低速肥大船である場合や、満載航海速力がフルード数に換算した時に０．１５５以上で中速肥大船又は高速肥大船である場合に、特に、抵抗減少の効果を奏する。なお、フルード数の上限に関しては、特に限定する必要はないが、フルード数の上昇に伴って抵抗が急激に増加するようになるので、現状の実用的な範囲では、高速肥大船では０．２０程度となる。

なお、方形係数Ｃｂは、船の排水容積Ｖを船の垂線間長Ｌｐｐと船の幅Ｂと喫水ｄで割った値、すなわち、Ｃｂ＝Ｖ／（Ｌｐｐ×Ｂ×ｄ）であり、船体前半部の柱形係数Ｃｐｆは、船の前半部の排水容積Ｖｆを船の垂線間長Ｌｐｐの半分（Ｌｐｐ／２）と水面下中央断面積Ａｍで割った値、すなわち、Ｃｐｆ＝２Ｖｆ／（Ｌｐｐ×Ａｍ）である。

そして、上記の肥大船において、船首垂線Ｆ．Ｐ．の位置における前記小型バルブの幅を、船首垂線Ｆ．Ｐ．の位置における前記大型バルブの幅の０．４倍以上で０．７倍以下とする。また、前記小型バルブの高さを、バラスト喫水の０．８倍以上で１．１倍以下とする。

このフルード数Ｆｎは、船速Ｖｓ（ｍ／ｓ）に関する無次元表示であり、船の垂線間長をＬｐｐ（ｍ），重力加速度をｇ（ｍ／ｓ² ）とした時に、Ｆｎ＝Ｖｓ／（ｇ×Ｌｐｐ）^1/2 となる。なお、航海速力は、計画速力等と呼ばれることもあるので、ここでも、航海速力の中に計画速力を含むものとする。

そして、この肥大船では、満載状態においては、通常型大型バルブと呼ばれる大型バルブを備えており、従来技術の大型バルブ付き船型と同等な推進性能を有し、更に、追加した小型バルブがバラスト状態の造波抵抗を改善するので、小型バルブ無しの船型よりも造波抵抗は大きく減少する。その上、この小型バルブは、幅も小さく、大型バルブの流線に沿うようにつなぎ目を傾斜させて形成しているので、大型バルブと小型バルブの境界部分から渦が発生するのを抑制でき、粘性抵抗（圧力抵抗）が増加するのを防止できる。

また、この小型バルブは、大型バルブの形状を殆ど変形させる必要がないため、大型バルブ付き船型として設計された船首構造に追加して設ける構成とすることができ、従来の船首バルブの設計手法には影響を及ぼさない。

本発明の肥大船によれば、大型バルブにより、満載航行時の造波抵抗を減少すると共に、小型バルブによりバラスト航行時の造波抵抗を減少し、小型バルブ無しの船型に比べて造波抵抗を著しく低減することができる。

しかも、この小型バルブは、幅も小さく、大型バルブとのつなぎ目も大型バルブの流線に沿うように傾斜させて形成しているため、大型バルブと小型バルブの境界部分から渦が発生するのを抑制でき、粘性抵抗の悪化を防止できる。

従って、バラスト状態における造波抵抗の低減及び推進性能の向上を図ることができ、通常の大型バルブの船型より大きな抵抗低減効果を得られる。

そして、大型バルブの形状を殆ど変形させることなく、大型バルブ付き船型として設計された船首構造に、追加して設ける構成となるため、従来の大型バルブの設計手法には影響を及ぼさない。そのため、この小型バルブは、新造船のみならず、既存の大型バルブ付き船型の肥大船に追設することもできる。

以下図面を参照して本発明に係る肥大船の実施の形態について説明する。

本発明では、垂線間長Ｌｐｐが２５０ｍ以上の大型船で、方形係数Ｃｂが０．８以上で、かつ、満載航海速力（計画速力）Ｖｓがフルード数Ｆｎに換算した時に、０．１３５以上である肥大船を対象とする。

特に、船体前半部の柱形係数が０．９１以上、かつ、満載航海速力Ｖｓがフルード数Ｆｎに換算した時に０．１４以上で０．１５５未満の低速肥大船や、又は、満載航海速力Ｖｓがフルード数Ｆｎに換算した時に０．１５５以上の中速肥大船又は高速肥大船を対象とする。

そして、図１〜図３に示すように、本発明に係る実施の形態である肥大船１は、満載航行時の造波抵抗改善用の大型バルブ（通常型大型バルブ）１０を、船首に船首水線Ｆ．Ｐ．よりも前方に突出して、ベースラインＢ．Ｌ．と満載喫水線ｄｆの間に設けている。この大型バルブ１０は、満載喫水ｄｆより下の船首部を球根状に膨らませた構造物であり、通常の船首バルブの設計手法に従って、満載状態における造波抵抗及び砕波抵抗を減少する形状に形成される。 本発明では、この大型バルブ１０付きの肥大船１において、船首部のバラスト喫水ｄｂ付近から下にバラスト航行時の造波抵抗改善用の小型バルブ３０を設ける。この小型バルブ３０は、バラスト喫水ｄｆより下の船首部を球根状に膨らませた構造物であり、通常の船首バルブの設計手法に従って、バラスト状態における造波抵抗及び砕波抵抗を減少する形状に形成されるが、その幅に関しては、船首垂線Ｆ．Ｐ．の位置における小型バルブの幅Ｂｓを、船首垂線Ｆ．Ｐ．の位置における大型バルブ１０の幅Ｂｂの０．４倍以上かつ０．７倍以下、即ち、０．４Ｂｂ≦Ｂｓ≦０．７Ｂｂとする。また、高さに関しては、小型バルブ３０の高さｄＴを、バラスト喫水ｄｂまでの高さｄＢの０．８倍以上で１．１倍以下，即ち、０．８ｄＢ≦ｄＴ≦１．１ｄＢとする。この構成により、この小型バルブ３０の排水量は、大型バルブ１０に比べて小さくなり、浸水面積も小さくなるので摩擦抵抗の増加を抑制できる。

この小型バルブ３０は、図２に示すように、側面視では、前後方向に関しては、この小型バルブ３０の先端位置は船首フレア部２０の最先端部の位置、又は、これよりも後方位置とする。大型バルブ１０の先端位置との位置関係は、この先端位置又は、これよりも後方位置とする。また、小型バルブ３０の前方側の形状は、略水平方向に長軸を持つ楕円形状の半分に略近い形状として形成され、小型バルブ３０の後方部分は滑らかに大型バルブ１０又は船体２に連続するように形成される。また、図３に示すように、この小型バルブ３０の正面から見た形状は、概略、垂直方向に短軸又は長軸を持つ楕円形状に近い形状とする。

そして、更に、本発明においては、大型バルブ１０と小型バルブ３０のつなぎ目Ｌｊをつなぎ目ＬｊとベースラインＢ．Ｌ．の交点Ｐを中心とし、ベースラインＢ．Ｌ．に対して船首方向上方に１０°以上で３０°以下の範囲に収まるように傾斜させて構成する。即ち、図２に示す傾斜角αが、１０°≦α≦３０°のＰ点を要とする扇形の範囲内につなぎ目Ｌｊが収まるように形成する。

この構成により、このつなぎ目Ｌｊ部分が大型バルブ１０の流線に沿ったものとなり、大型バルブ１０周辺の流れが円滑に流れるようになり、流れが大型バルブ１０の表面や小型バルブ３０の表面から剥がれることが無くなるので、この大型バルブ１０と小型バルブ３０の境界部分から渦が発生し難くなるので、粘性抵抗（圧力抵抗）の増加を防止することができる。

そして、この小型バルブ３０は、バラスト状態における造波抵抗を低減する形状に造られ、しかも、小型バルブ３０自体の排水量が小さく、その形状が突出した形状となるため、船首砕波抵抗を低減する効果を発揮し、更に、造波抵抗は通常型大型バルブ付き船型より小さくなる。その上、満載状態の時には、小型バルブ３０は満載喫水の水面付近に無いので、大型バルブ１０の造波抵抗減少効果を妨げることも無い。

上記の構成の肥大船１によれば、満載状態においては、大型バルブ１０により造波抵抗を減少でき、バラスト状態では、排水量が小さな小型バルブ３０により、図４に示すように、本発明の小型バルブ３０を設けた船型（曲線Ａ）は、従来型の大型バルブ付き船型（曲線Ｂ）よりも造波抵抗を減少できる。

特に、本発明では、大型バルブ１０と小型バルブ３０とのつなぎ目Ｌｊを傾斜させて、大型バルブ１０の流線に沿うように形成したので、このつなぎ目Ｌｊの部分から渦が発生するのを回避でき、抵抗の増加を防止することができる。

従って、満載状態においても、バラスト状態においても、それぞれの航海速力（計画速力）Ｖｓ付近において、優れた推進性能を発揮することができる。

本発明に係る実施の形態の肥大船の船首部分の斜視図である。 図１の肥大船の船首部分の形状を示す側面図である。 図１の肥大船の船首部分の形状を示す正面図である。 図１の肥大船船型と大型バルブ付き船型のバラスト状態における造波抵抗を比較した図である 従来技術の通常型大型バルブ付き船型の船首部分の形状を示す側面図である。 従来技術のローバルブ付き船型の船首部分の形状を示す側面図である。 通常型大型バルブ付き船型とバルブ無し船型の満載状態における造波抵抗を示す図である。 ローバルブ付き船型と通常型大型バルブ付き船型とバルブ無し船型のバラスト状態における造波抵抗を示す図である。

符号の説明

１ 肥大船
１０ 大型バルブ（通常型大型バルブ）
３０ 小型バルブ
Ｂｂ 船首垂線における大型バルブの幅
Ｂｓ 船首垂線における小型バルブの幅
Ｂ．Ｌ．ベースライン
ｄｆ 満載喫水線
ｄＢ バラスト喫水線までの高さ
ｄｂ バラスト喫水線
ｄＴ 船首垂線における小型バルブの高さ
Ｆｎ フルード数
Ｆ．Ｐ． 船首垂線
Ｐ つなぎ目とベースラインの交点

Claims (5)

1. 方形係数が０．８以上で、かつ、満載航海速力がフルード数に換算した時に０．１３５以上の肥大船において、船首部分に大型バルブと、該大型バルブの下にバラスト航行時の造波抵抗改善用の小型バルブを設けると共に、前記大型バルブと前記小型バルブのつなぎ目を、該つなぎ目とベースラインの交点を中心とし、ベースラインに対して船首方向上方に１０°以上で３０°以下の範囲に収まるように傾斜させて構成したことを特徴とする肥大船。
2. 船体前半部の柱形係数が０．９１以上、かつ、満載航海速力がフルード数に換算した時に０．１４以上で０．１５５未満の低速肥大船であることを特徴とする請求項１記載の肥大船。
3. 満載航海速力がフルード数に換算した時に０．１５５以上の中速肥大船又は高速肥大船であることを特徴とする請求項１記載の肥大船。
4. 船首垂線Ｆ．Ｐ．の位置における前記小型バルブの幅を、船首垂線Ｆ．Ｐ．の位置における前記大型バルブの幅の０．４倍以上で０．７倍以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の肥大船。
5. 前記小型バルブの高さを、バラスト喫水の０．８倍以上で１．１倍以下とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の肥大船。
   

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