JP2009280067A - 低燃費型輸送船 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水線上構造物先端部を略1/2〜1/4中空球状もしくは一部円筒状の船橋一体型の船首形状とし、これが船尾まで凹凸少なく続くようにしたので、空気抵抗を少なく出来た。更に船尾最上層甲板に回動調節可能な煙突内蔵型の垂直尾翼を設け前記回頭モーメントを気中で減殺するようにしたので、当て舵は殆ど必要がない程減少し、従って水中抵抗も減少し、省エネ効果に優れた低燃費型輸送船を提供出来る。
【選択図】図1
Description
[特許文献1、2]
特許文献1、2は共にSKYSAILと称される帆船の帆のようなパラシュート型風力利用補助装置であって、船首部を空力的に整形して空気抵抗を減殺する本発明1とも、更に当て舵によって生ずる水中抵抗を煙突内蔵の後部垂直尾翼によって斜行時に生ずる回頭モーメントを相殺ないし減殺して水中抵抗の減殺を図る本発明2とも、目的、構成、効果共に異なるものであり、本発明のほうが遥かに現実的で実施容易であり、風力の強弱に拘らずその効果が得られる点で明らかに発明思想が異なり、本発明は特許文献1,2の存在に拘らず進歩性を備えている。
[非特許文献1]
新愛徳丸は新しいタイプの帆船として開発された。これは甲板に数本の金属製マストを立て、これにやはり金属製のセールを吊るし、帆船の場合と同様に風力を利用するが、帆の操作は非人力でありコンピュータによって自動制御するものであるが、旧来の帆船よりも進歩はしていても、甲板状の自由面積が少なくなる事が避けられず、クレーン等の設置も困難であり、水線上構造物の大きいPCCやコンテナ船に応用する事は出来なかった。
船首前端上部において露出する部分球状頂部下端外径が略船巾以下である1箇以上の1/4〜1/2略中空球型でなる船首前端部を設け、該船首前端部に連続して船尾付近まで舷側に略平行に連なる外壁を備える、空気抵抗の少ない水線上構造物を有する事を特徴とする低燃費型輸送船(請求項1)、
水線上構造物の船巾方向断面が、両肩部が連続した凸状曲線断面である請求項1に記載の低燃費型輸送船(請求項2)、
船首前端上部が船橋であって、後続する水線上構造物に滑らかに連なる構造である請求項1ないし2に記載の低燃費型輸送船(請求項3)、
船橋前端下部構造が、透明なガラスおよび/もしくは合成樹脂でなる開閉可能な窓の他に水線に略平行に拡がる開口部を付設した、乗組員のウォッチングと揚錨係船用具の取扱操作に適した構造の前甲板機能を持った円筒状の船橋前端下部構造である請求項3に記載の低燃費型輸送船(請求項4)、
金属および/もしくは合成樹脂および/もしくは炭素繊維補強材等でなるリモートコントロールによって角度調節可能な垂直尾翼を後甲板上に備える請求項1ないし4に記載の低燃費型輸送船(請求項5)、
垂直尾翼が略中央部に煙突を内蔵し、更に風向きに対し角度調節可能な前縁フラップおよび/もしくは後縁フラップを備える後甲板上部に配置された垂直尾翼である請求項5に記載の低燃費型輸送船(請求項6)
および
垂直尾翼の各部角度調節が、予め蒐集されたデータに基づいて準備される学習能力のあ
るプログラムに従って自動制御されるコンピュータによるプログラム自動制御である請求項5ないし6に記載の低燃費型輸送船(請求項7)
が提供される。
(1)海上走行時空気抵抗を減らす事が出来る。
(2)従来風向きに対し、斜行する場合に発生する回頭モーメント(ヨーモーメント)を打ち消すために風向きより船首を進行方向に保つ目的で当て舵(水中)をしなければならなかったが、これを垂直尾翼で以て、空中で行えるので、従来船よりも水中抵抗を減殺出来る。しかも垂直尾翼に発生する揚力で船体の推進力を加勢することが出来る。
(3)離接岸、離接岸、錨吊り上げ、吊り下げ作業が容易化される。
(風洞実験)
次に本発明実施例である自動車運搬船が空気抵抗の軽減に効果があることを、先ず風洞実験結果から説明する。
模型は、次の3種類を準備した。
(1)本発明実施例:本発明の船首部に半球を適用した自動車運搬船の船体模型
(2)従来例:従来型の自動車運搬船の船体模型
(3)検出器の検定用直方体ブロック
本実験は、風速10m/sで行った。風による風圧力は、実験設備のフロア上に固定された三分力計(検出器)で計測された。風向きは、正面風向きを0°とし、+90°まで(左舷側からの風)と-90°まで(右舷からの風)を10°ごとに計測した。
尚、実験対象となる自動車運搬船の実際の主要寸法は次の通りである。
全長:139.9m
水線長さ:135.0m
垂線間長:131.0m
船幅:22.4m
深さ:29.6m
喫水:6.5m
風洞実験において得られた風圧力は、船体水線面の中央を原点とした船体固定座標系における風圧力としてまとめた。
CX:抵抗係数 CX=FX/(0.5pU2AF)
CY:抵抗係数 CY=FY/(0.5pU2AL)
CN:回頭モーメント CN=N/(0.5pU2AL・L)
ここで
FX:抵抗(kg)
FY:横力(kg)
N:回頭モーメント(kg-m)
p:空気密度(kg・S2/m4)
U:風速(m/s)
AF:正面投影面積(m2)
AL:側面投影面積(m2)
L:水線長さ(m)
本実験結果は次の通りである。
抵抗係数(CX)を図14に示す。従来例と本発明実施例とを比べると、全般的に本発明実施例の抵抗係数の方が低い。+/-30°の間で比較すると以下のようになり、本発明実施例では正面からの風ではCXは30%減少し、斜め20°〜30°からの風ではCXは50%以下となる。
α(°) CXの比(本発明船/従来船)
-30 0.456
-20 0.455
-10 0.506
0 0.714
10 0.525
20 0.377
30 0.366
ここで左右舷で比が異なるのは、切欠部24が右舷後部のみにあって、接岸時自動車出入のための船体開口部である切欠部24が右舷後部のみにあって、主として船尾端構造の形状が左右対称でないことによる。即ち右舷のみが擬似翼型効果を示している。
船首を球状にすることで、斜め正面からの風向きの場合、先端部を回る流れの剥離が減少し、また最上層の甲板の両サイドを空力整形したことにより気流の剥離が減少し、従来船に比べ本発明船は全般的に風圧力が減少している。
従来船においては、左舷70°から真横90°間での抵抗がほとんど零であり推力を得ていない。
回頭モーメント係数(CN)を図13に示す。0°から+/-50°付近まで本発明実施例の回頭モーメントが従来例に比して小さくなっており、これがために進路保持の為の当て舵量を小さくすることが可能であり、また舵に働く水の力(抵抗)を減ずることが可能となる訳である。
正面からの風の場合、船首端部から最上層甲板に回り込む空気の流れが、従来例(図5)と本発明実施例(図4)で差が見られる。本発明実施例は乱流は殆どなく、気流は
球面に沿ってスムーズに流れるが、従来例では角を通過したあと剥離を生じ、強い渦が生成される領域が広い。
斜め正面からの風を従来例と本発明実施例を比較すると、両船型の差は顕著であり、風上の舷から風下の舵に回りこむとき、従来例は風下側に大きな剥離域が形成され事が、本発明実施例ではこれがない。特に風向きが+/-30°の場合、両船型の剥離域の差は大きい。
また、発明船の垂直尾翼に角度調整可能な前縁フラップおよび後縁フラップを装備した場合の平面図を図11に示し、また垂直尾翼、前縁フラップ、後縁フラップの角度を調整した場合の風の流れの平面図を図12に示す。
この図によれば、前方斜めからの風により揚力が発生し、この揚力は推進力と船体回頭モーメントを減ずる横力に分けられる。この横力により当て舵角度を減少させ、当て舵による水中抵抗を減少させることが出来る。
この実施例によると、垂直尾翼に働く力を検出し、コンピュータにより垂直尾翼、前縁フラップおよび後縁フラップの角度を制御することにより、航海中最適な推進力ならびに横力を得ることが可能である。
11 船体
12 船首
13 船尾
14 最上層甲板
15 操舵室(船橋)
16 居住区
17 舷側
18 最上層甲板サイドにおけるラウンド部
19 在来型排風気
WL 喫水線
20 前甲板
21 錨
22 煙突
22A 垂直尾翼
22B 前縁フラップ
23 排気管
23C 後縁フラップ
24 船体切欠部(船荷車輌出入口)
25 バルバスバウ形状
26 揚力
27 横力
28 推進力
30 整流
31 乱流
β 船首方向と垂直尾翼の角度
Claims (7)
- 船首前端上部において露出する部分球状頂部下端外径が略船巾以下である1箇以上の1/4〜1/2略中空球型でなる船首前端部を設け、該船首前端部に連続して船尾付近まで舷側に略平行に連なる外壁を備える、空気抵抗の少ない水線上構造物を有する事を特徴とする低燃費型輸送船。
- 水線上構造物の船巾方向断面が、両肩部が連続した凸状曲線断面である請求項1に記載の低燃費型輸送船。
- 船首前端上部が船橋であって、後続する水線上構造物に滑らかに連なる構造である請求項1ないし2に記載の低燃費型輸送船。
- 船橋前端下部構造が、透明なガラスおよび/もしくは合成樹脂でなる開閉可能な窓の他に水線に略平行に拡がる開口部を付設した、乗組員のウォッチングと揚錨係船用具の取扱操作に適した構造の前甲板機能を持った円筒状の船橋前端下部構造である請求項3に記載の低燃費型輸送船。
- 金属および/もしくは合成樹脂および/もしくは炭素繊維補強材等でなるリモートコントロールによって角度調節可能な垂直尾翼を後甲板上に備える請求項1ないし4に記載の低燃費型輸送船。
- 垂直尾翼が略中央部に煙突を内蔵し、更に風向きに対し角度調節可能な前縁フラップおよび/もしくは後縁フラップを備える後甲板上部に配置された垂直尾翼である請求項5に記載の低燃費型輸送船。
- 垂直尾翼の各部角度調節が、予め蒐集されたデータに基づいて準備されるプログラムに従って自動制御されるコンピュータによるプログラム自動制御である請求項5ないし6に記載の低燃費型輸送船。
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