JP2008143345A

JP2008143345A - 船体摩擦抵抗低減装置

Info

Publication number: JP2008143345A
Application number: JP2006332486A
Authority: JP
Inventors: Hidemiki Kawashima; 英幹川島; Hisanobu Kawashima; 久宣川島; Munehiko Hinatsu; 宗彦日夏; Yoshiaki Kodama; 良明児玉; Masahiko Makino; 雅彦牧野; Toshifumi Hori; 利文堀; Masashi Onawa; 将史大縄; Motoyuki Sakota; 我行迫田
Original assignee: National Maritime Research Institute
Current assignee: National Maritime Research Institute
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: JP4953296B2

Abstract

【課題】本発明は、航行時に船底下面に沿い気泡流を後方へ流すための手段として、従来用いられていた多数の小孔を有する底板やメッシュなどによる気泡発生部を設けることなく、船首船底部における気体室の底板の無い底部開口から水中へ圧入され後方へ相対的に流れる気体と船底両側部に沿う気体保持板との相乗作用により、船体摩擦抵抗低減用の気泡流を船底外板の外面に沿い効率よく後方へ流せるようにした、船体摩擦抵抗低減装置を提供することを課題とする。
【解決手段】船首船底部において、下方へ気体を放出しうる気体室２ａが船幅方向に列設されるとともに、同気体室２ａへ気体流量制御部Ｄおよび配管３を介し接続された高圧気体供給源８を備え、気体室２ａの内部が底板の無い底部開口を通じ水中へ開放されるとともに、配管３からの噴流を受けるバッフルプレート16が気体室２ａ内に設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、航行中の船体の船底部外面に沿う水の摩擦抵抗を低減させるための装置に関する。

航行中の船舶では、一般に船底部の没水表面に水の摩擦抵抗を受けており、特に大型船の場合には船体抵抗の大部分が船底部における外水の相対流により生じる摩擦抵抗で占められている。
そこで、航行時に船底面を気泡流で覆うことにより船体摩擦抵抗の低減を図る技術が、古くから提案されている。そして、上記気泡流が船底面から側方へ拡散するのを抑制できるように、船底面に沿い船長方向へ延在する複数の拡散抑制板を設けたものも開発されている。
特許第３６９２３９８号公報特開２００２−６８０７３号公報特開２０００−２９６７９７号公報

一般に、船舶は航行中に風や波浪により船体の動揺を生じやすく、このため摩擦抵抗低減用の気泡で常時船底面を一様に包むことは困難とされ、特に船側に近い船底面では、船体の横揺れに伴い傾斜して上昇した際に、気泡が船体から離れてしまうという不具合がある。
また、船底部の全面にわたって気泡噴出口を設けることは、大幅なコスト上昇を招くことになる。
そこで本発明者らは、試験水槽において約６ｍ／ｓｅｃで走らせる大型模型船（長さ５０メートル）の船首船底部に、底板の無い気体室を設けて、同気体室を高圧気体供給源に接続するとともに、同気体室から下方へ放出されて船底外面に沿い後方へ相対的に流れる気体が、船底部の側方へ逸脱するのを防止できるように、気体保持板を船底両側部に設けて実験を行ったところ、上記気体室の底部から噴出し層状の流れとなった気体が、自動的に気泡流に変化して船底下面に沿い後方へ効率よく流れるという結果が得られた。
上述の知見に基づき、本発明は、航行時に船底下面に沿い気泡流を後方へ流すための手段として、従来用いられていた多数の小孔を有する底板やメッシュなどによる気泡発生部を設けることなく、船首船底部における気体室の底板の無い底部開口から水中へ圧入され後方へ相対的に流れる気体と船底両側部に沿う気体保持板との相乗作用により、船体摩擦抵抗低減用の気泡流を船底外板の外面に沿い効率よく後方へ流せるようにした、船体摩擦抵抗低減装置を提供することを課題とする。

前述の課題を解決するため、本発明の船体摩擦抵抗低減装置は、航行時に船首部から後方へ向けて船底下面に沿い相対的に流れる気泡流を形成すべく、船首船底部において下方へ気体を放出しうる気体室が船幅方向に設けられるとともに、同気体室へバルブを介し接続された高圧気体供給源を備え、上記気体室から水中へ圧入されて船底下面に沿う層状の流れから上記気泡流に変化すべき気体および同気泡流の船体側方への逸脱を防止するための左右一対の気体保持板が、船底両側部に沿いそれぞれ船首部から船尾部へ向けて船底下面に突設されており、航行中における上記気体の放出を促進すべく上記気体室の内部が同気体室の底板の無い底部開口を通じ水中へ開放されていることを特徴としている。

また、本発明の船体摩擦抵抗低減装置は、上記気体室の頂壁に上記高圧気体供給源から導かれる高圧気体供給管が接続されるとともに、同高圧気体供給管の上記頂壁への接続部開口から下方へやや離隔した位置において、上記気体室の内部に高圧気体流を受けるためのバッフルプレートが設けられていることを特徴としている。

さらに、本発明の船体摩擦抵抗低減装置は、複数の上記気体室が、船幅方向に列をなして設けられており、航行中における上記気泡流の船幅方向での均一化を図るべく、船体の横揺れセンサで検出される船体横傾斜角に基づいて船体の横傾斜により喫水の浅くなる側の上記気体室への高圧気体の供給量を喫水の深くなる側の上記気体室への高圧気体の供給量よりも減少させるように上記バルブを制御する高圧気体供給制御系を備えていることを特徴としている。

また、本発明の船体摩擦抵抗低減装置は、上記高圧気体供給制御系が、上記船体の横傾斜の際に、喫水の最も浅くなる側の上記気体室への高圧気体供給を停止すべく、同気体室に対応する上記バルブを閉じるように設定されていることを特徴としている。

さらに、本発明の船体摩擦抵抗低減装置は、航行中における上記船体の対水速度に応じて上記気体室からの気体噴出量を制御すべく、上記高圧気体供給制御系が船速計で検出された船速に基づき上記気体室へ供給される高圧気体供給量を上記バルブの開度により調整できるように設定されていることを特徴としている。

また、本発明の船体摩擦抵抗低減装置は、航行中における上記船体の対水速度に応じて上記気体室からの気体噴出量を制御すべく、船速計で検出された船速に基づき上記気体室へ供給される高圧気体供給量を上記高圧気体供給管に接続された上記高圧気体供給源の制御により調整するための制御系が設けられたことを特徴としている。

さらに、本発明の船体摩擦抵抗低減装置は、上記左右一対の気体保持板の相互間における船底下面に、船首部から船尾部へ向けて延在する中間気体保持板が突設されていることを特徴としている。

上述の本発明の船体摩擦抵抗低減装置では、航行時に、船首船底部において船幅方向に設けられた気体室の底板の無い底部開口を通じ効率よく水中へ圧入された気体が、船体の進行に伴い船底下面に沿う層状の流れから大量の気泡流に変化して船底下面を蔽うようになるので、同気泡流の船体側方への逸脱が左右一対の気体保持板により防止されることと相まって、船体の相対水流による摩擦抵抗の大幅な軽減に寄与できるようになる。

そして、上記気体室の頂壁に接続された高圧気体供給管から同気体室内へ噴入する高圧気体を受けるためのバッフルプレートが設けられていると、同バッフルプレートの作用で上記気体室に充満した高圧気体が、同気体室の底板の無い底部開口から水中へほぼ一様な状態で圧入されるようになり、このようにして効率よく船底面に沿い相対的に後方へ流れる気泡流の発生が可能になる。

また、複数の上記気体室が船幅方向に列をなして設けられて、船体の横揺れセンサで検出される船体横傾斜角に基づいて、同船体の横傾斜により喫水の浅くなる側の上記気体室への高圧気体供給量を喫水の深くなる側の上記気体室への気体供給量よりも減少させるように、上記バルブの開度制御を行う高圧気体供給制御系を備えていると、船底部下面を覆うための気泡の配分が無駄なく適切に行われるようになる。

さらに、上記高圧気体供給制御系が、上記船体の横傾斜の際に、喫水の最も浅くなる側の上記気体室への高圧気体供給を停止すべく、同気体室に対応する上記バルブを閉じるように設定されていると、航行中の船舶の旋回時などに船体が大きく横傾斜した際にも、船底部外面への気体供給量の配分が無駄なく適切に行われるようになる。

また、船舶の対水速度が小さい場合は船体の外水による摩擦抵抗も小さくなるので、航行中における船体の対水速度に応じて上記気体室からの気体噴出量を制御できるように、上記高圧気体供給制御系が船速計で検出された船速に基づき上記気体室へ供給される高圧気体供給量を上記バルブの開度により調整できるように設定されていると、船速の低い場合は気体の噴出を抑制できるようにして高圧気体供給量の節減を図ることができる。

さらに、航行中における船体の対水速度に応じて上記気体室からの気体噴出量を制御できるように、船速計で検出された船速に基づき、上記気体室へ供給される高圧気体供給量を上記高圧気体供給管に接続された上記高圧気体供給源の制御により調整するための制御系が設けられている場合も、船速の低いときに気体の噴出を抑制して、高圧気体供給量の節減を図ることができる。

また、上記左右一対の気体保持板の相互間における船底下面に、船首部から船尾部へ向けて延在する中間気体保持板が突設されていると、船底下面に沿う気流および気泡群の保持が一層適切に行われるようになって、航行時における船体摩擦抵抗の低減に寄与できるようになる。

図１は本発明の一実施例としての船体摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の側面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視線における船体底面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図、図４は図３のＣ−Ｃ矢視断面図、図５は上記装置の制御系を示す系統図、図６は図３に対応させて本発明の変形例を示す船体横断面図である。

図１，２に示すように、大型船として構成された船舶の船底部１において、図２，３に示すごとく船首部の底部の船内で船幅方向に形成された気体室２が設けられている。

気体室２は船底部１の幅方向にわたって隔壁２ｂにより３個の気体室２ａに分割されており、図４に示すように各気体室２ａに対応する船底外板部分は切り欠かれて、底板の無い底部開口１ａが形成されている。このようにして各気体室２ａは、気体放出部としての機能を具備している。

すなわち、図３〜５に示すように、各気体室２ａへ通じる高圧気体供給管３が船内に配設され、各高圧気体供給管３には、図５に示すように、気体流量制御部Ｄ（図３参照）を構成するためのバルブ５および流量計６が介装されていて、その本管３Ａは元栓７を介し１.５〜５気圧程度の高圧気体の発生源としてのエア・コンプレッサ（またはエア・ブロワ）８に接続されている。なお、図３に示すように、エア・コンプレッサ８と元栓７との間には高圧空気室８ａを介在させるようにしてもよい。

各気体室２ａには、その頂壁に接続された高圧気体供給管３の上記頂壁への接続開口から下方へやや離隔した位置において、高圧気体流を受けるためのバッフルプレート16がアーム16ａを介し支持されるようにして設けられている。

そして、図４に示すように、航行中に各気体室２ａの底部開口１ａから噴出し船底部１の外面に沿って流れる層状の気流および同気流の変化した気泡流の分布の均一化を図るため、図５に示すごとく、船体の横揺れセンサ９と、同横揺れセンサ９で検出される船体横傾斜角に基づいて各気体室２ａへの高圧気体供給量を制御する高圧気体供給制御系10とが設けられている。

すなわち、高圧気体供給制御系10は、横揺れセンサ９からの検出情報に基づき、船体の横傾斜の際に、喫水の浅くなる側の気体室２ａへの高圧気体供給量を、喫水の深くなる側の気体室２ａへの高圧気体供給量よりも減少させるべく、バルブ５の開度を制御できるように構成されている。

また、高圧気体供給制御系10は、横揺れセンサ９からの検出情報に基づき、船体の横傾斜の際に、喫水の最も浅くなる側の気体室２ａへの高圧気体供給を停止すべく、同気体室２ａに対応するバルブ５を閉じるように設定されている。

さらに、航行中における船体の対水速度に応じて各気体室２ａの底部開口１ａからの気体噴出量を制御できるように、高圧気体供給制御系10が船速計11で検出された船速に基づき気体室２ａへ供給される高圧気体供給量をバルブ５の開度によって調節できるように設定されている。

また、航行中における船体の対水速度に応じて、底部開口１ａからの気体噴出量を制御できるように、船速計11で検出された船速に基づき気体室２ａへ供給される高圧気体供給量を高圧気体発生源としてのエア・コンプレッサ８の制御により調節するための制御系として、エア・コンプレッサ制御系12も設けられている。

本実施例では、特に航行時において船首船底部の気体室２ａの底部開口１ａから水中へ圧入されて船底下面に沿い後方へ流れる気体の層状の流れおよび気泡流が、船体側方へ逸脱するのを防止できるように、図１〜３に示すごとく、左右一対の気体保持板15，15が、船底両側部に沿い、それぞれ船首部から船尾部へ向けて船底下面に突設されている。

なお、気体保持板15のほかに、図３に対応させて図６に示す変形例のように、各気体室２ａの相互の隔壁２ｂの位置においても、中間気体保持板15Ａを船首部から船尾部へ向けて船底下面に突設してもよい。図６において、図３と同じ符号は同様のものを示す。

また、図４に示すごとく、各気体室２ａの底部開口には、本船の停泊時にフジツボなどの海洋生物が侵入して付着するのを防止できるように、遠隔操作の可能なスライド式の開閉蓋17を設けておくことが望ましい。

上述の本実施例の船体摩擦抵抗低減装置では、航行時に、船首船底部において船幅方向に列設された気体室２の底板の無い底部開口１ａを通じ効率よく水中へ圧入された気体が、船体の進行に伴い船底下面に沿う層状の流れから大量の気泡流に変化して船底下面を蔽うようになるので、同気泡流の船体側方への逸脱が左右一対の気体保持板15，15により防止されることと相まって、船体の相対水流による摩擦抵抗の大幅な軽減に寄与できるようになる。

そして、各気体室２ａの頂壁に接続された高圧気体供給管３から同気体室２ａ内へ噴入する高圧気体を受けるためのバッフルプレート16が設けられているので、同バッフルプレート16の作用で気体室２ａに充満した高圧気体が、同気体室２ａの底板の無い底部開口１ａから水中へほぼ一様な状態で圧入されるようになり、このようにして効率よく船底面に沿い相対的に後方へ流れる気泡流の発生が可能になる。

また、複数の気体室２ａが船幅方向に列をなして設けられて、船体の横揺れセンサ９で検出される船体横傾斜角に基づいて、同船体の横傾斜により喫水の浅くなる側の気体室２ａへの高圧気体供給量を喫水の深くなる側の気体室２ａへの気体供給量よりも減少させるように、バルブ５の開度制御を行う高圧気体供給制御系10を備えているので、船底部下面を覆うための気泡の配分が無駄なく適切に行われるようになる。

さらに、高圧気体供給制御系10が、船体の横傾斜の際に、喫水の最も浅くなる側の気体室２ａへの高圧気体供給を停止すべく、同気体室２ａに対応するバルブ５を閉じるように設定されているので、航行中の船舶の旋回時などに船体が大きく横傾斜した際にも、船底部外面への気体供給量の配分が無駄なく適切に行われるようになる。

また、船舶の対水速度が小さい場合は船体の外水による摩擦抵抗も小さくなるので、航行中における船体の対水速度に応じて気体室２ａからの気体噴出量を制御できるように、高圧気体供給制御系10が船速計11で検出された船速に基づき気体室２ａへ供給される高圧気体供給量をバルブ５の開度により調整できるように設定されているので、船速の低い場合は気体の噴出を抑制できるようにして高圧気体供給量の節減を図ることができる。

さらに、航行中における船体の対水速度に応じて気体噴出用底部開口１ａからの気体噴出量を制御できるように、船速計11で検出された船速に基づき、気体室２ａへ供給される高圧気体供給量を高圧気体供給管３に接続された高圧気体供給源の制御により調整するための制御系10，12が設けられているので、船速の低いときに気体の噴出を抑制して、高圧気体供給量の節減を図ることができる。

また、左右一対の気体保持板15の相互間における船底下面に、船首部から船尾部へ向けて延在する中間気体保持板15Ａが突設されていると、船底下面に沿う層状の気流および気泡群の保持が一層適切に行われるようになって、航行時における船体摩擦抵抗の低減に寄与できるようになる。

本発明の一実施例としての船体摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の側面図である。図１のＡ−Ａ矢視線における船体底面図である。図２のＢ−Ｂ矢視線に沿う拡大断面図である。図３のＣ−Ｃ矢視線に沿う拡大断面図である。上記装置の制御系を示す系統図である。図３に対応させて本発明の装置の変形例を示す船体横断面図である。

符号の説明

１船底部
１ａ底部開口
２，２ａ気体室
２ｂ隔壁
３高圧気体供給管
３Ａ本管
５バルブ
６流量計
７元栓
８エア・コンプレッサ
８ａ高圧空気室
９横揺れセンサ
10 高圧気体供給制御系
11 船速計
12 エア・コンプレッサ制御系
15 気体保持板
15Ａ中間気体保持板
16 バッフルプレート
16ａアーム
17 開閉蓋
Ｄ気体流量制御部

Claims

航行時に船首部から後方へ向けて船底下面に沿い相対的に流れる気泡流を形成すべく、船首船底部において下方へ気体を放出しうる気体室が船幅方向に設けられるとともに、同気体室へバルブを介し接続された高圧気体供給源を備え、上記気体室から水中へ圧入されて船底下面に沿う層状の流れから上記気泡流に変化すべき気体および同気泡流の船体側方への逸脱を防止するための左右一対の気体保持板が、船底両側部に沿いそれぞれ船首部から船尾部へ向けて船底下面に突設されており、航行中における上記気体の放出を促進すべく上記気体室の内部が同気体室の底板の無い底部開口を通じ水中へ開放されていることを特徴とする、船体摩擦抵抗低減装置。
上記気体室の頂壁に上記高圧気体供給源から導かれる高圧気体供給管が接続されるとともに、同高圧気体供給管の上記頂壁への接続部開口から下方へやや離隔した位置において、上記気体室の内部に高圧気体流を受けるためのバッフルプレートが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の船体摩擦抵抗低減装置。
複数の上記気体室が、船幅方向に列をなして設けられており、航行中における上記気泡流の船幅方向での均一化を図るべく、船体の横揺れセンサで検出される船体横傾斜角に基づいて船体の横傾斜により喫水の浅くなる側の上記気体室への高圧気体の供給量を喫水の深くなる側の上記気体室への高圧気体の供給量よりも減少させるように上記バルブを制御する高圧気体供給制御系を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の船体摩擦抵抗低減装置。
上記高圧気体供給制御系が、上記船体の横傾斜の際に、喫水の最も浅くなる側の上記気体室への高圧気体供給を停止すべく、同気体室に対応する上記バルブを閉じるように設定されていることを特徴とする、請求項３に記載の船体摩擦抵抗低減装置。
航行中における上記船体の対水速度に応じて上記気体室からの気体噴出量を制御すべく、上記高圧気体供給制御系が船速計で検出された船速に基づき上記気体室へ供給される高圧気体供給量を上記バルブの開度により調整できるように設定されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の船体摩擦抵抗低減装置。
航行中における上記船体の対水速度に応じて上記気体室からの気体噴出量を制御すべく、船速計で検出された船速に基づき上記気体室へ供給される高圧気体供給量を上記高圧気体供給管に接続された上記高圧気体供給源の制御により調整するための制御系が設けられたことを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１つに記載の船体摩擦抵抗低減装置。
上記左右一対の気体保持板の相互間における船底下面に、船首部から船尾部へ向けて延在する中間気体保持板が突設されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の船体摩擦抵抗低減装置。