JP2008201185A

JP2008201185A - 自動車運搬船の船首構造

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Publication number: JP2008201185A
Application number: JP2007037328A
Authority: JP
Inventors: Shiro Kataoka; 史朗片岡
Original assignee: Shin Kurushima Dockyard Co Ltd
Current assignee: Shin Kurushima Dockyard Co Ltd
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-19
Also published as: JP4454644B2

Abstract

【課題】本願発明は、自動車運搬船の船首部に適用することができるピッチング運動の低減装置であって、建造時に帯状突起部等の溶接作業が不要であり、船首部が海面下に突入した場合には復原力が増大する自動車運搬船の船首構造を提供する。
【解決手段】自動車運搬船の船首垂線よりも船首側の満載喫水線の上方には船首船底部から浮力体が垂設され、該浮力体は船体に一体化されてその両舷方向の断面は緩やかなＶ字を描くように形成され、船舷側から見た該浮力体の下面の線は該船首垂線と該満載喫水線との交点の上方略１％Ｌｐｐを起点とし該満載喫水線との仰角が略３５°の斜め上方向に向けた略直線であって、船首先端部が形成する略垂直な船首先端線と結ばれる構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車運搬船の船首の構造に関し、とくに船舶のピッチング運動の低減装置に関するものである。

従来例の自動車運搬船の船首部の形状について、図７を基に説明する。なお、図７は、従来例の自動車運搬船の船首部の形状図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は正面線図である。

従来例の自動車運搬船２の船首部１０は、満載喫水線（Ｌ．Ｗ．Ｌ）下にバルバス・バウと呼ばれる球状船首２３を有し、満載喫水線上はいわゆる舳先であって、舳先の先端部である従来例に係る船首先端部１７は、船舶の垂線間長（Ｌｐｐ）を基準値として、船首垂線（Ｆ．Ｐ）から２％Ｌｐｐ〜２．５％Ｌｐｐ突き出している。この船首先端部１７は、船舷側から見て、略垂直線となっていて、当該垂直線は略係船甲板２１の上部まで延伸し、その下端と満載喫水線と船首垂線（Ｆ．Ｐ）の略交点が直線的に結ばれて従来例に係る船首船底１３の線が形成されていて、この船首船底１３の線は、やや斜め船首先端側に傾いた略垂直に近い直線となっている。そして、この船首船底１３の両舷方向の横断面はＶ字を描いている。

ところで、自動車運搬船は積荷の固縛の関係から、波浪中を航走した際の船体運動、とくに進行方向に上下するピッチング運動の振幅は小さい方が望ましいが、このようなピッチング運動を始めとする船体運動を低減するための配慮はなされていなかった。

一方で、「船首部において、満載喫水線よりも上方の船体外板面に、海水との相互作用で造波減衰力の増大をもたらす突起または溝部を適切に形成することにより、船体運動の低減を効率よく図れるようにした装置を提供する」ことを目的としたものが特開２００４−１３６７８０号公報に開示されている。
この装置の概要を図８に基づいて説明する。なお、図８は、特開２００４−１３６７８０号公報に開示の船体運動低減装置を備えた２つの実施例に係る船首部の側面図である。
船首部１０１において、満載喫水線１０２よりも上方の船体外板面１０１ａに、船首端から左右両舷側部に沿いながら後方へゆくにしたがい低下するように傾斜した帯状突起部１０３が、相互に間隔をあけて設けられていて、各帯状突起部１０３の船体外板面１０１ａからの突出高さは、後方へゆくにしたがい減少するように設定されている。その結果、波浪中を航行する際に帯状突起部１０３の海水との相互作用でもたらされる造波減衰力の増大により、船体運動の低減効果が得られるようになる、というものである。
特開２００４−１３６７８０号公報

しかしながら、特開２００４−１３６７８０号公報に開示の装置は、外板に突起物を付加して波を散逸させることにより、運動の低減を図ることとしているため、建造時に帯状突起部を溶接する作業が増加するだけでなく、帯状突起部に作用する局所的な圧力についても十分な検討を行う必要がある、という強度上の課題を有している。さらに、大きなうねりの波により帯状突起部が海面下に没したときには、造渦影響により、船体の進行方向に対する船体抵抗が増加するおそれがある。

そこで、本願発明は、自動車運搬船の船首部に適用することができるピッチング運動の低減装置であって、建造時に帯状突起部等の溶接作業が不要であり、船首部が海面下に突入した場合であっても、船体の進行方向に対する船体抵抗が増大するおそれのない自動車運搬船の船首構造を提供することを目的とする。

本願出願人は、「自動車運搬船の舳先の下に浮力体を垂設することによりピッチング運動が低減する」との仮説を立て、その仮説に基づいて、鋭意研究した結果、自動車運搬船の船首を所定の形状とすることにより船舶のピッチング運動が低減するとともに、航行中における船舶の抵抗増加を軽減し、燃料消費量を押えることができる、との知見を得た。本願発明は、この知見に基づくものである。

このため、本願請求項１に係る自動車運搬船の船首構造は、満載喫水線下に球状船首を有する自動車運搬船の船首垂線よりも船首側の該満載喫水線の上方には船首船底部から浮力体が垂設され、該浮力体は船体に一体化されてその両舷方向の断面は緩やかなＶ字を描くように形成され、船舷側から見た該浮力体の下面の線は該船首垂線と該満載喫水線との略交点を起点とする斜め上方向に向けた略直線であって、船首先端部が形成する略垂直な船首先端線と係船甲板よりも下方で結ばれる、ことを特徴としている。
なお、浮力体とは、当該浮力体が水中に没したときに、船体に上向きの復原力が働く概ね内部が空洞の船舶の付属物をいう。
また、本願請求項２に係る自動車運搬船の船首構造は、請求項１に記載の自動車運搬船の船首構造であり、船舷側から見た前記浮力体の下面の線は、前記船首垂線と前記満載喫水線との交点の上方略１％Ｌｐｐを起点とし該満載喫水線との仰角が略３５°の斜め上方向に向けた略直線であって、該船首垂線から２％Ｌｐｐ〜２．５％Ｌｐｐ突き出した前記船首先端部が形成する略垂直な船首先端線と係船甲板よりも下方で結ばれる、ことを特徴としている。

本願発明は上記の構成により、以下の効果を奏する。
（１）船首船底部に浮力体を垂設することにより、満載喫水線の船首部の容積が増加する。このため、波浪の波長(λ)が船舶の垂線間長（Ｌｐｐ）の１．２〜１．４倍（λ／Ｌ＝１．２〜１．４、Ｌ：Ｌｐｐ）となる同調点の近傍で、船体に比較的大きなピッチング運動が発生するときには、船首没水時に増加させた船首部の容積に相応する復原モーメントが作用することになる。そして、この復原モーメントは運動を抑制する方向に作用するため、結果として、ピッチング運動が小さくなり、さらにピッチング運動に起因する抵抗増加も低減される。なお、同調点は船速と関係していて、船速が遅くなるとλ／Ｌは１.０に近づき、船速が速くなるとλ／Ｌは大きくなる。
（２）水槽実験の結果、満載喫水線上の船首端部のみの船体形状変化により、平穏時の性能に影響を与えることなく、波浪時のピッチング運動を１０〜２０％低減することができるとともに、ピッチング運動が低減されることにより、このピッチング運動に起因する波浪中の抵抗増加もまた、同程度低減されることが判明した。
なお、水槽実験については、後述する。

以下、本願発明を実施するための最良の形態に係る実施例について、図１ないし図６に基づいて説明する。なお、図１は、実施例に係る自動車運搬船の船首構造図であり、図１(ａ)は船首部側面図、図１(ｂ)は船首部正面線図、図２は、実施例に係る自動車運搬船の船体運動と波面形状の関係図であり、図２（ａ）はヒーブ運動と波面形状の関係図、図２（ｂ）はピッチング運動と波面形状の関係図、図３は、実施例に係る自動車運搬船の船首部沈下時の船体運動と波面形状の関係図であり、図４は、実施例に係る自動車運搬船および従来例に係る自動車運搬船の復原モーメントの径時変化比較図であり、図５は、実施例に係る自動車運搬船および従来例に係る自動車運搬船の船体運動水槽試験結果を示す図であり、図５（ａ）は実施例に係る自動車運搬船の船体運動水槽試験結果を示す図、図５（ｂ）は従来例に係る自動車運搬船の船体運動水槽試験結果を示す図、図６は、実施例に係る自動車運搬船および従来例に係る自動車運搬船の波浪中の抵抗増加の水槽試験結果を示す図であり、図６（ａ）は実施例に係る自動車運搬船の波浪中の抵抗増加の水槽試験結果を示す図、図６（ｂ）は従来例に係る自動車運搬船の波浪中の抵抗増加の水槽試験結果を示す図である。

図１ないし図３において、符号１は実施例に係る船首構造を備える自動車運搬船、符号１０は船首部、符号１１は浮力体、符号１３は従来例に係る船首船底、符号１５は実施例に係る船首船底、符号１７は従来例に係る船首先端部、符号１９は実施例に係る船首先端部、符号２１は係船甲板、符号２３は球状船首、符号２５は波浪、である。また、Ｌ．Ｗ．Ｌは満載喫水線、Ｆ．Ｐは船首垂線、Ｃ．Ｌは船舶中心線、Ｇは船舶の重心、である。
なお、従来例の自動車運搬船について、図７および図８で説明した要素と同一の要素については、図１ないし図３においても同一の符号を付している。

図１ないし図３に示すように、自動車運搬船１の船首部１０は、従来例の自動車運搬船２と同様に、満載喫水線（Ｌ．Ｗ．Ｌ）下にバルバス・バウと呼ばれる球状船首２３を有している。船首側の先端部である船首先端部１９は、船舶の垂線間長（Ｌｐｐ）を基準値として、船首垂線（Ｆ．Ｐ）から２％Ｌｐｐ〜２．５％Ｌｐｐ突き出している。

この船首先端部１９は、船舷側から見て、略垂直線となっていて、当該垂直線は略係船甲板２１下部まで延伸している。そして、船首垂線（Ｆ．Ｐ）上にあって満載喫水線（Ｌ．Ｗ．Ｌ）と船首垂線（Ｆ．Ｐ）との交点の略１％Ｌｐｐ上方の点をＰ点としたときに、このＰ点と船首先端部１９が形成する船首先端線の下端が結ばれて船首船底１５の船首船底線が形成される。船首船底１５の船首船底線は略直線であって、満載喫水線（Ｌ．Ｗ．Ｌ）となす角が略３５°となっている。

すなわち、図１（ａ）に示すように、実線である実施例に係る船首船底１５の船首船底線は点線である従来例に係る船首船底１３の船首船底線よりも満載喫水線（Ｌ．Ｗ．Ｌ）となす角が小さくなるように構成されていて、主に、船首船底１５の船首船底線と従来例に係る船首船底１３の船首船底線とに挟まれた部分が、浮力体１１を構成している。換言すると、従来例に係る船首船底１３に浮力体１１が垂設された状態となっている。

この浮力体１１についてさらに説明すると、図１（ａ）の線分ｃにおける正面線が図１（ｂ）の線分ｃであるが、図１（ｂ）に点線で示した線が従来例に係る船首先端部１７の正面線を示していて、図１（ｂ）における線分ｃと点線で囲まれた部分が浮力体１１となっている。図１（ｂ）に示すように浮力体１１は船体に一体化されて、その両舷方向の断面は緩やかなＶ字を描くように形成されていて、外観上は船体と渾然一体となっている。

つぎに、自動車運搬船１における浮力体１１の効果について説明する。
船舶の進行方向に対する船体運動には、図２（ａ）に示すヒーブ運動と、図２（ｂ）に示すピッチング運動とがある。ヒーブ運動は船舶全体が略水平を保持しながら、上下に揺れる船体運動であり、ピッチング運動は縦方向に揺れる船体運動である。このヒーブ運動およびピッチング運動は、波浪の波長(λ)と船舶の垂線間長（Ｌｐｐ）との相関関係で決まり、波浪の波長(λ)と船舶の垂線間長（Ｌｐｐ）との同調点(λ／Ｌ≒１．４)では、波浪２５とヒーブ運動の位相差は０ｄｅｇ．となり、ピッチング運動の位相差は−１８０ｄｅｇ．〜−９０ｄｅｇ．となる。また、同調点では、ヒーブ運動およびピッチング運動とも運動振幅は最大となる。

ここで、ピッチング運動をしているときの自動車運搬船１のメカニズムについて、図３を基に説明する。なお、図３では、図の右側が船首側であり、図の左側が船尾側であって、自動車運搬船１は右方向に航行している。

自動車運搬船１には、常に自動車運搬船１の重心Ｇに自動車運搬船１自体の荷重であるＷが下向きに作用しているが、波浪２５の波長(λ)が自動車運搬船１の垂線間長（Ｌｐｐ）の略１．４倍となると、波浪２５の波頂部２５１が船尾部分に達したときには、波浪２５の次の波頂部２５２が未だ船首部分に達していないため、自動車運搬船１には波頂部２５１による船尾部分を上に押し上げる力が作用し、重心Ｇには右回りのモーメントＭ_Ｒが働いて、自動車運搬船１の船首部１０を押し下げる（以下「ステップ１」という。）。

押し下げられた船首部１０は波頂部２５２に没する（以下「ステップ２」という。）。
船首部１０が波頂部２５２に没すると、浮力体１１の大部分もまた波頂部２５２に没する（以下「ステップ３」という。）。ここで、自動車運搬船１と自動車運搬船２とを比較すると、図３において斜線を施した部分が自動車運搬船１にはあって自動車運搬船２にはない部分ということになる。このため、自動車運搬船１では、自動車運搬船２では存在しなかった図３における斜線を施した部分による浮力が上向きの力Ｆとなって作用し、重心Ｇには左回りのモーメントＭ_Ｌが働く（以下「ステップ４」という。）。この左回りのモーメントＭ_Ｌを復原モーメントＭ_Ｌということにする。

この復原モーメントＭ_ＬはモーメントＭ_Ｒを打ち消すように作用するため、重心Ｇに働くモーメント全体としては、自動車運搬船２の重心に働くモーメントよりも小さくなる。

復原モーメントＭ_Ｌの径時的変化を示したものが図４である。図４では、縦軸を復原モーメントＭ_Ｌの大きさ（自動車運搬船１の船首部１０を押し上げる方向に作用するときを「＋」としている。）とし、横軸を時間経過とし、自動車運搬船１の復原モーメントＭ_Ｌを実線で表し、自動車運搬船２の復原モーメントＭ_Ｌを点線で表している。図４に示すように、自動車運搬船２の復原モーメントＭ_Ｌに比べて自動車運搬船１の復原モーメントＭ_Ｌはマイナス側では同一であるものの、プラス側では大きくなっている。

波浪２５の波頂部２５１が船尾部分を通り過ぎると波頂部２５２が船首部分に達し、自動車運搬船１には波頂部２５２による浮力が作用して、重心Ｇを中心に左回りに回転し、船尾部を押し下げる（以下「ステップ５」という。）。

このステップ１ないしステップ５を繰り返すことにより、船体運動であるピッチング運動が繰り返しおこなわれるが、ステップ４により、自動車運搬船１には自動車運搬船２よりも大きな復原モーメントＭ_Ｌが作用して、結果としてピッチング運動が低減することになる。

つぎに、水槽実験およびその結果について説明する。
当該実験では、実施例に係る船首構造を備える自動車運搬船の模型（以下、水槽実験においても「自動車運搬船１」という。）と従来例に係る船首形状の自動車運搬船の模型（以下、水槽実験においても「自動車運搬船２」という。）とを比較しながら、ヒーブ運動の振幅およびピッチング運動の振幅を測定するとともに、波浪中における船体の受ける抵抗についても測定した。

まず、図５を基に、ヒーブ運動およびピッチング運動についての水槽試験結果を説明する。
図５（ａ）は自動車運搬船２の船体運動水槽試験結果を示す図であって、左図はヒーブ運動の水槽試験結果であり、右図はピッチング運動の水槽試験結果である。そして、左図の上段は縦軸をξ３／Ａ（ξ３：ヒーブ運動振幅、Ａ：入射波の波振幅）とし、横軸をλ／Ｌ（λ：波長、Ｌ：Ｌｐｐ（垂線間長））としていて、左図の下段はヒーブ運動の位相差を示している。また、右図の上段は縦軸をξ５／ｋ_０Ａ（ξ５：ピッチング運動振幅、ｋ_０：入射波の波数、Ａ：入射波の波振幅）とし、横軸をλ／Ｌとしていて、右図の下段はピッチング運動の位相差を示している。
一方、図５（ｂ）は自動車運搬船１の船体運動水槽試験結果を示す図であって、左図はヒーブ運動の水槽試験結果であり、右図はピッチング運動の水槽試験結果である。そして、左図の上段は縦軸をξ３／Ａとし、横軸をλ／Ｌとしていて、左図の下段はヒーブ運動の位相差を示している。また、右図の上段は縦軸をξ５／ｋ_０Ａとし、横軸をλ／Ｌとしていて、右図の下段はピッチング運動の位相差を示している。

図５（ａ）と図５（ｂ）を比較すると、ヒーブ運動では、自動車運搬船１と自動車運搬船２との有意な差は見当たらないが、ピッチング運動では、自動車運搬船２において、λ／Ｌ＝１．４近傍で現れた同調現象（図５（ａ）の矢印部分）が、自動車運搬船１においては、図５（ｂ）の矢印部分に示すように、明確に現れてはいない。また、全体的に、自動車運搬船１のピッチング運動振幅は自動車運搬船２のピッチング運動振幅よりも低くなっている。
この実験結果から、波浪時における自動車運搬船１のピッチング運動は、自動車運搬船２のピッチング運動を１０〜２０％低減していることになる。

つぎに、図６を基に、波浪中における船舶の抵抗増加についての水槽試験結果を説明する。
図６（ａ）は自動車運搬船２の波浪中における抵抗増加水槽試験結果を示す図であって、縦軸をＲ_ＡＷ／ρｇζ^２（Ｂ^２／Ｌ）（Ｒ_ＡＷ：波浪中抵抗増加量、ρ：密度、ｇ：重力加速度、ζ：入射波の波振幅、Ｂ：船腹、Ｌ：Ｌｐｐ）とし、横軸をλ／Ｌとしている。また、図６（ｂ）は自動車運搬船１の波浪中における抵抗増加水槽試験結果を示す図であって、縦軸をＲ_ＡＷ／ρｇζ^２（Ｂ^２／Ｌ）とし、横軸をλ／Ｌとしている。

図６（ａ）と図６（ｂ）を比較すると、自動車運搬船２においては、波浪中の抵抗増加は、波との相対運動が最大となるλ／Ｌ＝１．０近傍では、図６（ａ）では現れた抵抗増加（図６（ａ）の矢印部分）が、図６（ｂ）の矢印部分に示すように現れず、λ／Ｌ＝１．０をピーク値として、波浪中における抵抗増加が全体的に軽減している。すなわち、実施例に係る船首構造を備える自動車運搬船１では、λ／Ｌ＝０．９〜１．５の範囲で運動が減少しており、抵抗増加は、λ／Ｌ＝１．０近傍で顕著に現れており、したがって、フルード数が０．２４〜０．２５で航行する場合には、波浪時のピッチング運動が１０〜２０％低減するとともに、このピッチング運動の低減にともなって、波浪中における抵抗増加も同程度低減されることとなる。

図１は、実施例に係る自動車運搬船の船首構造図である。図２は、実施例に係る自動車運搬船の船体運動と波面形状の関係図であり、図２（ａ）はヒーブ運動と波面形状の関係図、図２（ｂ）はピッチング運動と波面形状の関係図である。図３は、実施例に係る自動車運搬船の船首部沈下時の船体運動と波面形状の関係図である。図４は、実施例に係る自動車運搬船および従来例に係る自動車運搬船の復原モーメントの径時変化比較図である。図５は、実施例に係る自動車運搬船および従来例に係る自動車運搬船の船体運動水槽試験結果を示す図であり、図５（ａ）は実施例に係る自動車運搬船の船体運動水槽試験結果を示す図、図５（ｂ）は従来例に係る自動車運搬船の船体運動水槽試験結果を示す図である。図６は、実施例に係る自動車運搬船および従来例に係る自動車運搬船の波浪中の抵抗増加の水槽試験結果を示す図であり、図６（ａ）は実施例に係る自動車運搬船の波浪中の抵抗増加の水槽試験結果を示す図、図６（ｂ）は従来例に係る自動車運搬船の波浪中の抵抗増加の水槽試験結果を示す図である。図７は、従来例の自動車運搬船の船首部の形状図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は正面線図である。図８は、特開２００４−１３６７８０号公報に開示の船体運動低減装置を備えた２つの実施例に係る船首部の側面図である。

符号の説明

１実施例に係る船首構造を備える自動車運搬船
１０船首部
１１浮力体
１５実施例に係る船首船底
１９実施例に係る船首先端部
２１係船甲板
２３球状船首

Claims

満載喫水線下に球状船首を有する自動車運搬船の船首垂線よりも船首側の該満載喫水線の上方には船首船底部から浮力体が垂設され、
該浮力体は船体に一体化されてその両舷方向の断面は緩やかなＶ字を描くように形成され、
船舷側から見た該浮力体の下面の線は該船首垂線と該満載喫水線との略交点を起点とする斜め上方向に向けた略直線であって、船首先端部が形成する略垂直な船首先端線と係船甲板よりも下方で結ばれる、ことを特徴とする自動車運搬船の船首構造。
船舷側から見た前記浮力体の下面の線は、前記船首垂線と前記満載喫水線との交点の上方略１％Ｌｐｐを起点とし該満載喫水線との仰角が略３５°の斜め上方向に向けた略直線であって、該船首垂線から２％Ｌｐｐ〜２．５％Ｌｐｐ突き出した前記船首先端部が形成する略垂直な船首先端線と係船甲板よりも下方で結ばれる、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車運搬船の船首構造。