JP2007069834A

JP2007069834A - 船舶

Info

Publication number: JP2007069834A
Application number: JP2005261528A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Fujii; 昭彦藤井; Koyu Kimura; 校優木村
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: JP4721836B2

Abstract

【課題】船首部における水面上昇を考慮した船型とすることにより、平水中造波抵抗を減少することができる船舶を提供する。
【解決手段】所定の設定高さｈ１を、船舶の航海速力をＶｓとし、重力加速度をｇとした時に、（０．５×Ｖｓ×Ｖｓ）／ｇで計算される水頭ｈｏの０．５倍〜１．５倍の範囲内の値に設定し、船首部付近のフレアの横断面の形状を、船長方向に関しては、船首垂線Ｆ．Ｐ．から後方の少なくとも垂線長Ｌｐｐの０．５％〜５％の間で、かつ、高さ方向に関しては、少なくとも最大喫水Ｚ０から前記所定の設定高さｈ１までの間において、垂直線に対して０°〜５°の傾斜角θを持たせて形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、満載状態における推進性能を向上できる船舶に関し、より詳細には、船首部における水面上昇に起因する満載喫水線より上の船体部分から発生する造波抵抗を減少できる船首部の形状に関する。

従来の船舶においては、図１及び図３の点線で示すように、船首フレアは最大喫水（構造喫水：Scantling 喫水) の喫水線Ｚ０の直上付近から水線面積を徐々に大きくして船首上甲板Ｚ３につながるように広げている。これは、船首部にはアンカリングのための装置の格納スペースが必要になり、また、船首の上甲板には、係船作業やアンカリング作業などのために、ある程度の甲板面積が必要となるためである。

この船首フレアの形状は、図５に示すように船首部の淀み点Ｏの近傍で水面が最大喫水Ｚ０より上昇してもその影響は少なく、最大喫水Ｚ０より上の部分に対する水の作用を特に考えなくてもよいとの設計思想に基づいている。

しかしながら、本発明者らは、水槽実験や実船の航海の様子を観察した結果、船首部の淀み点Ｏ付近を中心した水面上昇分を考慮することが重要であり、この水面上昇分を考慮した船首部形状を採用することにより、平水航走中の造波抵抗を減少できるとの知見を得た。

つまり、図５に示すように、船舶の航走中は、船首部と水とは相対的に航走速度Ｖｓを持っており、船舶側に固定した座標系で見た場合には、船首部に水が流速Ｖｓで流入してくることになる。従って、船首部がブラントな肥大船では、船首部のセンターライン（Ｃ．Ｌ．）上の淀み点Ｏで水流速度Ｖｏがゼロとなるので、水の密度をρとし、重力加速度をｇとすると、淀み点Ｏに於ける水頭ｈｏと遠方の水頭ｈｓとの関係は、ベルヌーイの定理により、ρ×ｇ×ｈｏ＋ρ×Ｖｏ²／（２×ｇ）＝ρ×ｇ×ｈｓ＋ρ×Ｖｓ²／（２×ｇ）となり、淀み点Ｏに於ける水頭ｈｏは、ｈｏ＝Ｖｓ²／（２×ｇ）−Ｖｏ²／（２×ｇ）＋ｈｓとなる。ここで、Ｖｏ＝０，ｈｓ＝０とすると、ｈｏ＝Ｖｓ²／（２×ｇ）となる。

つまり、船首部の淀み点Ｏで水面が上昇する量を示す水頭ｈｏは、Ｖｓ²／（２×ｇ）となり、船首部の先端では、航走時には、この水頭ｈｏ（Ｚ１のライン）程度まで上昇することになる。従って、実際の水没部分は船首近傍では、満載喫水Ｚ０よりも水頭ｈｏ分だけ高い位置Ｚ１の近傍までとなる。例えば、船速が１５ｋｔ（ノット）の船舶では、Ｖｓ＝７．７２ｍ／ｓとなり、この水頭ｈｏは３．０ｍとなる。

そのため、図１及び図３の点線Ｂで示す従来の船型のように、最大喫水から直ぐにフレアが広がる船首形状を採用した場合は、平水航行中においても、このフレア部分で発生する波が大きくなり、造波抵抗が増加する。特に肥大船ではこの傾向が大きくなる。

これに関連して、この最大喫水よりも上の部分に関して、すべての水線面形状において、船首形状を船首水線から０．０２×Ｌｏｖ（船舶の全長）後方を５０°以内に収めて、船首をできるだけ前方に尖らせて、この船首での前方への波反射、波崩れ現象を緩和し、波浪中抵抗増加を減少するた肥大船が提案されている（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、最大喫水線を境にして上下で水線面形状の変化が大きいため、上述した船首部において水面が上昇することによる造波抵抗を減少できないという問題がある。また、船首上甲板の形状が制限されるため、アンカリング装置の格納やアンカリング作業用のスペースの確保が難しいという問題がある。
特許第３２７９２８５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、船首部における水面上昇を考慮した船型とすることにより、平水中造波抵抗を減少することができる船舶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船舶は、所定の設定高さ（ｈ１）を、船舶の航海速力をＶｓとし、重力加速度をｇとした時に、（０．５×Ｖｓ×Ｖｓ）／ｇで計算される水頭（ｈｏ）の０．５倍〜１．５倍の範囲内の値に設定し、船首部付近のフレアの横断面の形状を、船長方向に関しては、船首垂線（Ｆ．Ｐ．）から後方の少なくとも垂線長（Ｌｐｐ）の０．５％〜５％の間で、かつ、高さ方向に関しては、少なくとも最大喫水（Ｚ０）から前記所定の設定高さ（ｈ１）までの間において、垂直線に対して０°〜５°の傾斜角（θ）を持たせて形成して構成される。

この最大喫水は、材料寸法などから構造強度の面から決められる構造喫水（スカントリング（Scantling ）喫水) 等のその船舶の航行可能な最大の喫水のことであり、船舶は、通常、この基本設計時に決められる構造喫水よりも浅い喫水で航海することになっている。なお、構造喫水は、国際満載吃水条約（ＩＬＬＣ）によって定められた方式によって計算される夏季満載吃水に対応する喫水であり、この喫水によって材料寸法が決められるため、構造喫水と呼ばれる。そして、この構造喫水より大きな喫水で船舶が航行することは無い。

この所定の設定高さｈ１を水頭（ｈｏ＝（０．５×Ｖｓ×Ｖｓ）／ｇ）の０．５倍よりも小さくすると、水面上昇により、水流がフレアの広がり部分にも届くようになるため、抵抗減少効果が少なくなる。一方、この所定の設定高さｈ１を水頭ｈｏの１．５倍よりも大きくすると、波浪中でも水流がフレアの広がり部分にも届き難くなり、抵抗減少効果を期待できるが、アンカリング装置の格納が難しくなるという問題や急激にフレアを広げることにより船首衝撃力が大きくなるという問題が生じてくる。

なお、この所定の設定高さｈ１を、水頭ｈｏの０．９倍〜１．１倍の範囲内とすると、この範囲から上甲板に向けて拡大する船首フレアの広がり角度が比較的小さくなるので、アンカリング装置の格納や甲板配置が容易となり、また、船首衝撃力も少なくなり、より好ましい。特に、満載喫水が最大喫水から大きく離れない船舶に適している。

また、上記の船舶は、方形係数Ｃｂが０．８３〜０．９０で、航海速力Ｖｓがフルード数Ｆｎ換算で０．１２０〜０．１７０の船舶である場合や垂線間長（Ｌｐｐ）が２００ｍ〜３５０ｍ等の大きな船舶の場合に特に大きな効果を奏することができる。

この方形係数Ｃｂは、船舶の排水容積をＶとし、船の垂線間長をＬｐｐ、型幅をＢ、型喫水をｄとした時に、Ｃｂ＝Ｖ／（Ｌｐｐ×Ｂ×ｄ）となる無次元の値である。

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となる無次元の値である。なお、航海速力Ｖｓ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。

本発明の船舶によれば、航行時の船首部における水面上昇を考慮した船型とすることにより、満載喫水での航行状態における平水中造波抵抗を減少することができる。

以下図面を参照して本発明に係る船舶の実施の形態について説明する。
図１及び図２に示すように、本発明に係る実施の形態の船舶１は、船長方向に関しては、船首垂線Ｆ．Ｐ．から後方の少なくとも垂線長Ｌｐｐの０．５％〜５％の間の船首部付近で、次のように形成される。

図１では、実線Ａ１が船首垂線Ｆ．Ｐ．から垂線長Ｌｐｐの約０．６％後方Ｘ１の横断面におけるフレアの形状を、実線Ａ２が垂線長Ｌｐｐの１．２５％後方Ｘ２の横断面におけるフレアの形状を、実線Ａ３が垂線長Ｌｐｐの２．５％後方Ｘ３の横断面におけるフレアの形状を示す。なお、点線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３はそれぞれの位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３に対応する従来船型の横断面におけるフレアの形状を示す。

この船首より少し後方の船首部付近において、図１に示すように、高さ方向に関して、最大喫水の喫水線Ｚ０から、少なくとも所定の設定高さｈ１（＝Ｚ１）までの間において、船首フレアの横断面の形状を水平線に対して８５°〜９０°の傾斜角θを持たせて形成する。

この所定の設定高さｈ１は，航海速力をＶｓとし、重力加速度をｇとした時に、ｈｏ＝（０．５×Ｖｓ×Ｖｓ）／ｇで計算される水頭ｈｏの０．５倍〜１．５倍の範囲内の値に設定される。つまり、ｈ１＝０．５×ｈｏ〜１．５×ｈｏとされる。なお、満載喫水が最大喫水Ｚ０から大きく離れない船舶では、水頭ｈｏの０．９倍〜１．１倍がより好ましい。

また、船首垂線Ｆ．Ｐ．（＝Ｘ０）から後方の垂線長Ｌｐｐの０．５％位置（Ｘ１）より前方では、フレアの形状Ａｆ，Ａ０は、アンカリング装置や係船機器などの格納や甲板配置を考慮して、また、船体が水面と衝突して発生する船首衝撃力を緩和するために、従来船型と同じように徐々に広げた形状で形成する。図１では、実線Ａ０が船首垂線Ｆ．Ｐ．の横断面におけるフレアの形状を、実線Ａｆが垂線長Ｌｐｐの約０．６％前方Ｘｆの横断面におけるフレアの形状をそれぞれ示す。

そして、図２は、実線Ａｚ０が最大喫水Ｚ０における水線面（水平断面）形状を示し、実線Ａｚ１が喫水Ｚ０より所定の設定高さｈ１だけ高い位置Ｚ１における水線面形状を示す。なお、従来の船型を示す図３では、点線Ｂｚ０が最大喫水Ｚ０における水線面形状を示し、点線Ｂｚ１が喫水Ｚ０より所定の設定高さｈ１だけ高い位置Ｚ１における水線面形状を示す。

本発明では、この船首部のフレア形状を上記のように構成したので、平水航行中においても、船首部で盛り上がる水面を切り分けることができるので、このフレア部分で発生する波を小さくすることができ、造波抵抗を減少することができる。従って、満載喫水での航行状態において、優れた推進性能を発揮することができる。

この効果は、方形係数Ｃｂが０．８３〜０．９０で、航海速力Ｖｓがフルード数Ｆｎ換算で０．１２０〜０．１７０の肥大船である場合や垂線間長（Ｌｐｐ）が２００ｍ〜３５０ｍ等の大きな船舶の場合に特に大きい。

実施例として、方形係数（Ｃｂ）が０．８５のバルクキャリアの船型において、図１及び図２の実線Ａで示すように、最大喫水Ｚ０から所定の設定高さｈ１まで、水線面形状が同じであるように、即ち、垂直線からの傾斜角θが０°であるように形成した船長２．７ｍの模型船を用意した。

また、従来例として、同じバルクキャリアの船型において、船首部以外は実施例と同じ船型であるが、船首部には従来の船首部形状を採用した船長２．７ｍの模型船を用意した。この船首部の形状は、図１及び図３の点線Ｂで示すように、最大喫水Ｚ０以上では、水線面積が徐々に大きくなる形状である。

水槽における平水中抵抗試験結果を図４に示すが、実施例の模型船では、船首で引き起こす波は従来例の模型船より小さく、平水中の造波抵抗も従来例よりは小さい。この平水中抵抗試験結果によると、航海速力Ｖｓが船長Ｌｐｐが３２５ｍの実船で３０ｋｍ／ｓ（１６．５ノット）に対応する場合に、従来例の全抵抗を１００とすると、実施例では９８．５となり１．５％の抵抗減少効果が得られた。

本発明に係る実施の形態の船舶の船首部の最大喫水より上部の形状を示す部分正面図である。図１の船舶の船首部の最大喫水と所定の設定高さの水線面形状を示す部分平面図である。従来技術における船舶の船首部の最大喫水と所定の設定高さの水線面形状を示す部分平面図である。実施例と従来例の平水中抵抗試験結果の比較を示す図である。船首部における水面上昇を説明するための図である。

符号の説明

１船舶（実施例）
１Ｘ船舶（従来例）
Ａ実施例
Ｂ従来例
Ｃ．Ｌ．船体中央線（センターライン）
Ｆ．Ｐ．船首垂線
Ｆｎフルード数
ｇ重力加速度
ｈ１所定の設定高さ
ｈｏ淀み点における水頭
ｈｓ船首から遠方に離れた位置での水頭
Ｏ淀み点
Ｘ０横断面位置（船首垂線部分：Ｆ．Ｐ．）
Ｘ１横断面位置
Ｘ２横断面位置
Ｘ３横断面位置
Ｚ０最大喫水（構造喫水）
Ｚ１所定の設定高さの位置
Ｖｓ航海速力
Ｖｏ淀み点の流速

Claims

所定の設定高さ（ｈ１）を、船舶の航海速力をＶｓとし、重力加速度をｇとした時に、（０．５×Ｖｓ×Ｖｓ）／ｇで計算される水頭（ｈｏ）の０．５倍〜１．５倍の範囲内の値に設定し、船首部付近のフレアの横断面の形状を、船長方向に関しては、船首垂線（Ｆ．Ｐ．）から後方の少なくとも垂線長（Ｌｐｐ）の０．５％〜５％の間で、かつ、高さ方向に関しては、少なくとも最大喫水（Ｚ０）から前記所定の設定高さ（ｈ１）までの間において、垂直線に対して0 °〜5 °の傾斜角（θ）を持たせて形成したことを特徴とする船舶。
方形係数（Ｃｂ）が０．８３〜０．９０で、航海速力（Ｖｓ）がフルード数（Ｆｎ）換算で０．１２０〜０．１７０の船舶であることを特徴とする請求項１記載の船舶。