JP2007238007A - Bilge keel for ship - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶の左右舷それぞれに長手方向に設けられるビルジキールの形状に関する。 The present invention relates to the shape of a bilge keel provided in the longitudinal direction on each of the left and right anchors of a ship.
波浪中を航走する船舶は、波浪の作用により動揺する。特に、動揺のうち横揺（以下、ローリングと表現する）は、船上での快適性や作業性を損ね、とりわけ過大なローリングは、船舶の転覆を誘発する場合もある。したがって、ローリング防止は、船舶にとって重要な課題であった。従来、ローリング防止の一技術として、ビルジキールと称されるローリング防止用の板が、船体横の底部に取り付けられてきた。特許文献１は、小型船舶のビルジキールの一例を開示している。
一般的に、ビルジキールは、船舶の左右舷に長手方向に２枚の細板が溶接等により固設される。すなわち、船舶のローリングに伴うビルジキール渦の効果（造渦減衰）により、ローリングの減少を図ることができる。ビルジキールのサイズは船舶により異なるが、例えば、遠洋マグロ延縄漁船では、長さは船長さの１／３から１／２、幅は０．５ｍ程度に到る。
特に、中小型船舶である漁船は、船体規模が小さいため波浪の影響を受けやすく、荒天下の航海・操業を余儀なく強いられる。したがって、ローリング防止対策は不可欠であり、船体サイズに比べて過大なビルジキールが取り付けられる。
In general, in a bilge keel, two thin plates in the longitudinal direction are fixed to the left and right side of the ship by welding or the like. That is, rolling can be reduced by the effect of bilge keel vortex accompanying vortex rolling (vortex-making damping). The size of the bilge keel varies depending on the ship. For example, in a pelagic tuna longline fishing boat, the length is 1/3 to 1/2 of the ship length and the width is about 0.5 m.
In particular, fishing boats, which are small and medium-sized vessels, are easily affected by waves due to their small hull size, and are forced to sail and operate under stormy weather. Therefore, anti-rolling measures are indispensable and an excessive bilge keel is attached compared to the hull size.
他方、ビルジキールは、船体に取り付けられる付加物の一つである。このビルジキールの形状が、航走中の船体まわりの流れ（以下、流線と表現する）に沿っていない場合、ビルジキールが流線を遮断することになり、船体抵抗の増加を誘発する。
近年、地球温暖化防止の観点より、船舶において省エネ性能向上が望まれている。省エネ促進のため、ビルジキールの形状は、本来のローリング防止機能のみならず、抵抗増加を防ぐ観点から、低抵抗型の設計が必要とされる。
そこで、解決しようとする課題は、船舶における低抵抗型ビルジキールを提供することである。
On the other hand, the bilge keel is one of the attachments attached to the hull. When the shape of the bilge keel does not follow the flow around the hull during navigation (hereinafter referred to as a streamline), the bilge keel will block the streamline, which causes an increase in hull resistance.
In recent years, from the viewpoint of preventing global warming, improvement in energy saving performance is desired in ships. In order to promote energy saving, the shape of the bilge keel requires not only the original anti-rolling function but also a low resistance design from the viewpoint of preventing resistance increase.
Therefore, a problem to be solved is to provide a low resistance bilge keel in a ship.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項１においては、船舶の左右舷それぞれに長手方向に設けられるビルジキールにおいて、変曲点を有する曲線状である細長体を側面形状としたものである。 That is, in Claim 1, in the bilge keel provided in the longitudinal direction on each of the left and right ridges of the ship, a slender body having a curved shape having an inflection point is formed into a side shape.
請求項２においては、請求項１記載のビルジキールにおいて、前記細長体は、前記変曲点を一つ以上有し、船舶の前方から凹型で始まる曲線状としたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the bilge keel according to the first aspect, the elongated body has one or more inflection points, and has a curved shape starting in a concave shape from the front of the ship.
請求項３においては、請求項１記載のビルジキールにおいて、前記細長体は、前記変曲点を一つ以上有し、船舶の前方から凸型で始まる曲線状としたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the bilge keel according to the first aspect, the elongate body has one or more inflection points, and has a curved shape starting from a convex shape from the front of the ship.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項１においては、船舶のビルジキールを船体まわりの流れ（流線）に沿うように変曲点を有する曲線状とすることで、航走中の流体抵抗を低減し、航走時における船舶の燃費削減が実現できる。 In claim 1, the ship's bilge keel has a curved shape having an inflection point so as to follow a flow (streamline) around the hull, thereby reducing fluid resistance during cruising and Fuel consumption can be reduced.
請求項２及び請求項３においては、請求項１の効果に加え、数学的変曲点を有する曲線のうち、より簡易な形状を選択することでビルジキールの製作を容易にでき、製造コスト及び製造工数を削減できる。 In claim 2 and claim 3, in addition to the effect of claim 1, the bilge keel can be easily manufactured by selecting a simpler shape from among the curves having mathematical inflection points. Man-hours can be reduced.
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る低抵抗型ビルジキールを備えた漁船を示した側面図、図２は図１におけるＡＡ´断面図、図３は（ａ）低抵抗型ビルジキールの斜視図（ｂ）同じく側面図である。
図４は低抵抗型ビルジキールの解析結果を示したグラフ図、図５は従来型ビルジキールの解析結果を示したグラフ図、図６は低抵抗型ビルジキールと従来型ビルジキールとの有効馬力の比較解析を示したグラフ図である。
なお、説明を分かり易くするため、図１及び図３は矢印の向きを漁船１（取り付ける船舶）の進行方向としている。
Next, embodiments of the invention will be described.
1 is a side view showing a fishing boat equipped with a low-resistance bilge keel according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of a low-resistance bilge keel (b) It is also a side view.
4 is a graph showing the analysis result of the low resistance bilge keel, FIG. 5 is a graph showing the analysis result of the conventional bilge keel, and FIG. 6 is a comparative analysis of the effective horsepower between the low resistance bilge keel and the conventional bilge keel. FIG.
In addition, in order to make explanation easy to understand, in FIGS. 1 and 3, the direction of the arrow is the traveling direction of the fishing boat 1 (ship to be attached).
本発明の実施例を、大きさが約４００トン程度の遠洋マグロ延縄漁船とする。この遠洋マグロ延縄漁船は、遠洋マグロ延縄漁業に使用される漁船である。遠洋マグロ延縄漁業とは、延縄を用いて沖合でマグロを捕獲する漁業である。
図１及び図２に示すように、漁船１の船上には、マグロを引き上げるための切り込み２、延縄漁船特有の長いロープを扱うラインホーラー(揚縄機)３、ラインワインダー(揚縄時の幹縄の処理・格納)４などが装備されている。また、捕獲したマグロの鮮度を保つために、−６０℃の超低温で冷凍するための冷凍機室６及び急速凍結室７が、船体内部に設けられている。冷凍されたマグロは、同じく船体内部に多数設けられた魚倉８に保存される。
An embodiment of the present invention is a pelagic tuna longline fishing boat having a size of about 400 tons. This pelagic tuna longline fishing boat is a fishing boat used for pelagic tuna longline fishing. The pelagic tuna longline fishery is a fishery that uses tuna to catch tuna offshore.
As shown in FIGS. 1 and 2, on the fishing boat 1, there are a notch 2 for raising tuna, a line hauler (lifting machine) 3 for handling long ropes peculiar to longline fishing boats, and a line winder (stem at the time of lifting) (Rope handling / storage) 4 etc. are equipped. Moreover, in order to maintain the freshness of the captured tuna, a refrigerator room 6 and a quick freezing room 7 for freezing at an ultralow temperature of −60 ° C. are provided inside the hull. The frozen tuna is stored in a fishhouse 8 that is also provided inside the hull.
ビルジキール１０は、船体外板のビルジ部分（船底と舷側の接点付近）９の前後方向につけた「ひれ」のようなものである。このビルジキールは、船舶のローリングに伴うビルジキール渦の効果（造渦減衰）により、ローリングの減少を図ることができる。ビルジキールを取り付けたローリング低減対策は、細長板を取り付けるのみなので、最も古くから、また広く船舶に用いられている。 The bilge keel 10 is like a “fin” attached in the front-rear direction of a bilge portion (near the contact point between the bottom of the ship and the shore) 9 of the hull outer plate. This bilge keel can reduce rolling due to the effect of the bilge keel vortex (vortex-making damping) that accompanies the rolling of the ship. The rolling reduction measure with a bilge keel is the oldest and widely used on ships since it only attaches an elongated plate.
本発明の低抵抗型ビルジキール１０について説明する。図１及び図３に示すように、低抵抗型ビルジキール１０の側面形状は、凹型円弧状で始まり、中央部付近に１つ目の変曲点Ｂ１（図３（ｂ）中）があり、凸型円弧状が続いた後、２つ目の変曲点Ｂ２（図３（ｂ）中）があり、続いて緩やかな凹型円弧状を有する細長体としている。また、側面形状の輪郭を形成する曲線は滑らかな流線形とする。さらに、前半部の下端（凹型の下端）と後半部の上端（凸型の上端）との距離ｃ（図３（ｂ）中）は、少なくとも船体のビルジ部領域９を越えない高さにする。
ここでいう変曲点とは、数学的意味にて、曲線ｆ（ｘ）の第二次導関数ｆ″（ｘ）が正から負或いは負から正に切り替わる点をいう。つまり、曲線の凹凸の状態が変わる点が変曲点である。言い換えれば、変曲点を有する曲線は、少なくとも１つ以上の凹及び凸が存在する曲線であると言える。
The low resistance bilge keel 10 of the present invention will be described. As shown in FIG. 1 and FIG. 3, the side shape of the low resistance bilge keel 10 starts with a concave arc shape, and has a first inflection point B1 (in FIG. 3 (b)) near the center. After the arc shape continues, there is a second inflection point B2 (in FIG. 3 (b)), followed by a slender body having a gentle concave arc shape. Also, the curve forming the side-shaped contour is a smooth streamline. Furthermore, the distance c (in FIG. 3B) between the lower end of the front half (concave bottom) and the upper end of the rear half (convex top) is set to a height that does not exceed at least the bilge area 9 of the hull. .
The inflection point here means a point where the second derivative f ″ (x) of the curve f (x) switches from positive to negative or from negative to positive in a mathematical sense. In other words, the curve having the inflection point is a curve having at least one concave and convex.
図４及び図５は、低抵抗型ビルジキール１０と従来型ビルジキールの形状を数学的に解析した結果を示している。図４及び図５において、横軸ｘは船体側面位置（ｘ＝０が船首、ｘ＝０．５が船体中央）を示し、縦軸ｆ（ｘ）はビルジキールの側面高さ（ｘ＝０が船底）を示し、その解析であるｆ（ｘ）の第一次導関数ｆ′（ｘ）及びｆ（ｘ）の第二次導関数ｆ″（ｘ）を示している。
図４に示すように、本発明の実施例では、低抵抗型ビルジキール１０の側面形状の曲線ｆ（ｘ）の第二次導関数ｆ″（ｘ）には、正から負或いは負から正に切り替わる点が２個所あり、変曲点を２個有していることがわかる。一方、図５に示すように、従来のビルジキールの例では、ビルジキール側面形状の曲線ｆ（ｘ）の第二次導関数ｆ″（ｘ）には、正から負或いは負から正に切り替わる点がなく、変曲点が存在せず、側面形状の曲線ｆ（ｘ）は単純な放物線に近い形状であることがわかる。
4 and 5 show the results of mathematical analysis of the shapes of the low resistance bilge keel 10 and the conventional bilge keel. 4 and 5, the horizontal axis x indicates the hull side surface position (x = 0 is the bow, x = 0.5 is the hull center), and the vertical axis f (x) is the side height of the bilge keel (x = 0 is The ship's bottom) and its analysis, the first derivative f '(x) of f (x) and the second derivative f "(x) of f (x) are shown.
As shown in FIG. 4, in the embodiment of the present invention, the second derivative f ″ (x) of the side-shaped curve f (x) of the low resistance type bilge keel 10 is changed from positive to negative or from negative to positive. It can be seen that there are two switching points and two inflection points, whereas in the example of the conventional bilge keel, as shown in Fig. 5, the second order of the curve f (x) of the bilge keel side surface shape. The derivative f ″ (x) does not have a point to switch from positive to negative or negative to positive, has no inflection point, and the side-surface curve f (x) has a shape close to a simple parabola. Recognize.
低抵抗型ビルジキール１０の断面形状（図２参照）は、特に限定していない。本実施例は、従来同様の横長の長方形としている。実際、従来ビルジキールは、断面形状が三角形状又は流線形状のものなど多様に存在する。そこで、低抵抗型ビルジキール１０についても、側面形状が変曲点を有する曲線状であれば、断面形状は特に限定しない。
また、低抵抗型ビルジキール１０は、従来同様に船体外板の左右側面のビルジ部９に、それぞれ取り付けるものとする。取り付け方法については、特に限定せず、従来同様の取り付け方法で問題ない。
The cross-sectional shape (see FIG. 2) of the low resistance bilge keel 10 is not particularly limited. In this embodiment, the horizontally long rectangle is the same as the conventional one. Actually, there are various conventional bilge keels having a triangular or streamline cross-sectional shape. Therefore, the cross-sectional shape of the low-resistance bilge keel 10 is not particularly limited as long as the side surface shape is a curved shape having an inflection point.
The low resistance type bilge keel 10 is attached to the bilge portions 9 on the left and right side surfaces of the hull outer plate as in the conventional case. The mounting method is not particularly limited, and there is no problem with the conventional mounting method.
一般に、ビルジキール形状が航走中の船体まわりの流れ（以下、流線と表現する）に沿っていない場合、ビルジキールが流線を遮断することなり、船体抵抗の増加を誘発することは理論上明らかである。
従来、抵抗増加を防ぐ観点から、漁船用ビルジキールを科学的に設計することは困難であった。その理由は、第１に、流線の把握が困難であったことによる。流線は船体形状に支配されるが、漁業種類、漁業規模毎に船体形状は千差万別であり、漁船毎に流線を予測することは困難であった。第２に、漁船は、漁港発・漁場着・漁場発・漁港着のそれぞれの状態で載荷状態が変わり、流線は一定でないことによる。ある条件で流線を推定し、これに沿うビルジキールを計画しても、載荷状態が変われば流線が変わり、効果が失われる可能性がある。第３に、流線は、航走時の船体沈下の影響、及び自由表面の影響を受け、さらに船体周りには境界層と称される複雑流れが存在するが、漁船用ビルジキールの設計において考慮が不可欠な、これら船体沈下影響・自由表面影響・境界層影響の把握が困難であったことによる。
In general, it is theoretically clear that if the bilge keel shape does not follow the flow around the hull that is running (hereinafter referred to as streamline), the bilge keel will block the streamline and induce an increase in hull resistance. It is.
Conventionally, it has been difficult to scientifically design bilge keels for fishing boats from the viewpoint of preventing an increase in resistance. The first reason is that it was difficult to grasp the streamline. The streamline is governed by the shape of the hull, but the shape of the hull varies from fishery type to fishery scale, making it difficult to predict the streamline for each fishing boat. Secondly, the loading status of fishing boats changes depending on the state of departure from fishing port, arrival at fishing ground, departure from fishing ground and arrival at fishing port, and the streamline is not constant. Even if a streamline is estimated under certain conditions and a bilge keel is planned along with it, the streamline may change if the loading state changes, and the effect may be lost. Thirdly, streamlines are affected by hull subsidence during navigation and the influence of free surfaces, and there is a complex flow called a boundary layer around the hull, which is considered in the design of bilge keels for fishing boats. This is due to the fact that it was difficult to grasp the effects of the hull settlement, free surface effects, and boundary layer effects.
そこで、本発明の低抵抗型ビルジキール１０の形状を決定するにあたっては、船型研究開発用に構築した数値計算法（ヘス・スミス法・ランキンソース法・流線計算法・境界層計算法）を活用することにより、漁船の船体形状・載荷状態・船体沈下影響・自由表面影響・境界層影響など複雑要因を考慮した流れ場の推定を可能にし、さらに回流水槽による流線の分析技術を援用することにより、漁船のビルジキールの設計を科学的に行うことができるようにした。
そこで、本発明の低抵抗型ビルジキール１０の開発を行った結果、載荷条件の変化が船底流線に及ぼす影響は２次的で、ビルジキール形状の最適化が可能であることを解明した。ついで、最適化を行った結果、変曲点を有する曲線状である細長体を側面形状としたビルジキールを創出した。本発明の低抵抗型ビルジキールの細部形状は漁船毎に異なると考えられるが、変曲点を伴う形状となることが基本的な特徴であり、従来の経験的に作られ変曲点のない単純な放物線の形状のビルジキールとは異質のものである。
Therefore, in determining the shape of the low resistance bilge keel 10 of the present invention, the numerical calculation methods (Hes Smith method, Rankine source method, streamline calculation method, boundary layer calculation method) constructed for ship type research and development are utilized. This makes it possible to estimate the flow field in consideration of complex factors such as fishing boat hull shape, loading condition, hull subsidence effect, free surface effect, boundary layer effect, etc., and also use streamline analysis technology with a circulating water tank This enables scientific design of fishing boat bilge keels.
Therefore, as a result of developing the low resistance type bilge keel 10 of the present invention, it has been clarified that the influence of the change of the loading condition on the bottom streamline is secondary, and the bilge keel shape can be optimized. Next, as a result of optimization, a bilge keel with a curved elongated body having an inflection point was created. The detailed shape of the low resistance type bilge keel of the present invention is considered to be different for each fishing boat, but the basic feature is that it has a shape with an inflection point. The parabola-shaped bilge keel is different.
図６に示すように、低抵抗型ビルジキール１０は、その抵抗低減効果を実験にて確認している。この実験において、低抵抗型ビルジキール１０を取り付けた模型船と、従来型ビルジキールを取り付けた模型船とを、回流水槽にて抵抗試験を行うことでそれぞれの抵抗を比較した。図６は、横軸はノットにて表した船速Ｖｓを、縦軸は従来型ビルジキールを取り付けた模型船に対する低抵抗型ビルジキールを取り付けた模型船の有効馬力について低減の割合εを示している。その結果、低抵抗型ビルジキール１０は、従来型ビルジキールに比べ航走速度に対する依存性はあるが、最大３〜４％の抵抗軽減効果があることを確認できた。
なお、本実験で使用した模型船は、実際に建造する予定である遠洋マグロ延縄漁船を縮小したものである。
As shown in FIG. 6, the low-resistance bilge keel 10 has confirmed the resistance reduction effect by experiment. In this experiment, the resistance was compared between the model ship with the low resistance bilge keel 10 and the model ship with the conventional bilge keel by performing a resistance test in a circulating water tank. In FIG. 6, the horizontal axis represents the boat speed Vs expressed in knots, and the vertical axis represents the reduction ratio ε for the effective horsepower of the model ship with the low resistance type bilge keel compared to the model ship with the conventional bilge keel. . As a result, it was confirmed that the low resistance bilge keel 10 had a resistance reduction effect of 3 to 4% at the maximum although it was more dependent on the traveling speed than the conventional bilge keel.
The model ship used in this experiment is a reduced version of the pelagic tuna longline fishing boat that is actually planned to be built.
本来、ビルジキールの機能は、船体のローリングに伴い周囲の流体を攪乱し、渦や波をつくることである。その結果，ビルジキールに作用する流体力、並びにビルジキール周辺の船体に働く圧力は，船体のローリングを減ずるモーメントを生じさせる。
本発明の低抵抗型ビルジキール１０は、抵抗削減を目的として、側面形状を、変曲点を有する曲線にしたが、船体のビルジ部９に低抵抗型ビルジキール１０を設けることで、ビルジキールのローリング防止機能を損なうことはない。即ち、低抵抗型ビルジキール１０は、ローリング防止効果を失うことなく、抵抗低減効果を有している。
Originally, the function of the bilge keel is to disturb the surrounding fluid as the hull rolls, creating vortices and waves. As a result, the fluid force acting on the bilge keel and the pressure acting on the hull around the bilge keel creates moments that reduce the hull rolling.
The low resistance type bilge keel 10 of the present invention has a curved side surface with an inflection point for the purpose of reducing resistance. By providing the low resistance type bilge keel 10 in the bilge part 9 of the hull, the rolling prevention of the bilge keel is prevented. There is no loss of functionality. That is, the low resistance bilge keel 10 has a resistance reduction effect without losing the rolling prevention effect.
ビルジキールは、船体に取り付けるのみの装置である。取り付け方法は、ブラケットによる取り付けや溶接による取り付けの場合が多い。すなわち、船体の保守・点検のためにドックに引き上げたときに、従来ビルジキールから低抵抗型ビルジキール１０へ交換できる。つまり、既存の船舶に対しても、低抵抗型ビルジキール１０を交換することで、容易に省エネ効果が得られる。 The bilge keel is a device that is only attached to the hull. In many cases, the mounting method is bracket mounting or welding. In other words, the conventional bilge keel can be replaced with the low resistance type bilge keel 10 when it is pulled up to the dock for maintenance and inspection of the hull. That is, an energy saving effect can be easily obtained even by replacing the low resistance bilge keel 10 with an existing ship.
現在、地球温暖化防止対策の一環として、省エネ対策が課題となっている。本発明は、この省エネ対策として、漁船１のみならず一般の船舶に広く応用できると考える。また、本発明の実施例では、変曲点を２点有する低抵抗型ビルジキール１０としたが、船体の大きさや形状に伴い１点又は３点以上の変曲点を有する低抵抗型ビルジキールも、本実施例同様に抵抗軽減の効果が得られる。 Currently, energy conservation measures are an issue as part of global warming prevention measures. The present invention can be widely applied not only to the fishing boat 1 but also to general ships as an energy saving measure. In the embodiment of the present invention, the low resistance type bilge keel 10 having two inflection points is used. As in this embodiment, the effect of reducing the resistance can be obtained.
１ 船舶（漁船）
１０ 低抵抗型ビルジキール
1 Vessel (fishing boat)
10 Low resistance bilge keel
Claims (3)
変曲点を有する曲線状である細長体を側面形状としたことを特徴とするビルジキール。 In the bilge keel provided in the longitudinal direction on the left and right side of the ship,
A bilge keel characterized in that an elongated body having an inflection point has a side shape.
前記細長体は、前記変曲点を一つ以上有し、船舶の前方から凹型で始まる曲線状としたことを特徴とするビルジキール。 In the bilge keel according to claim 1,
The elongate body has one or more inflection points, and has a curvilinear shape that starts in a concave shape from the front of the ship.
前記細長体は、前記変曲点を一つ以上有し、船舶の前方から凸型で始まる曲線状としたことを特徴とするビルジキール。 In the bilge keel according to claim 1,
The elongate body has one or more inflection points, and has a curvilinear shape that starts with a convex shape from the front of the ship.
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