JP2010115971A - Monohull water jet propulsive ship - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3器以上のウォータージェット推進器を備えた単胴ウォータージェット推進船に関し、より詳細には、船底に設けた伴流促進部材に沿って発達した境界層内の流速が遅い流れを吸い込み口から吸引することにより、伴流利得による高い推進効率を得ることができる単胴ウォータージェット推進船に関する。 The present invention relates to a single-hull water jet propulsion ship equipped with three or more water jet propulsors, and more specifically, a flow having a slow flow velocity in a boundary layer developed along a wake promoting member provided at the bottom of the ship. The present invention relates to a single-body water jet propulsion ship that can obtain high propulsion efficiency due to wake gain by suction from a suction port.
ウォータージェット推進器を備えたウォータージェット推進船においては、ポンプを用いて船底から吸い込んだ水(又は海水)を、後方のノズルからジェット状に噴出して、その反力で推進力を得ている。 In a water jet propulsion ship equipped with a water jet propulsion device, water (or seawater) sucked from the bottom of the ship using a pump is jetted out from the nozzle at the rear to obtain propulsive force. .
図5に示すように、このウォータージェット推進器の推進力は、一般に、水の密度をρ、流量をQ、ノズルより吐出される流速の平均である出口流速をVj、吸い込み口に給される流速の平均であるモーメンタム流速をVmとすると、総推力(グロス推力)Tgは、Tg=ρ×Q×(Vj−Vm)で表せる。ここで、モーメンタム流速Vmは、有効伴流率(1−w)と船速Vsとの積であり、Vm=(1−w)×Vsで表される。従って、Tg=ρ×Q×〔Vj−(1−w)×Vs〕となるので、有効伴流率(1−w)が小さい程、総推力Tgが大きくなる。 As shown in FIG. 5, the propulsive force of this water jet thruster is generally supplied to the suction port by ρ as the density of water, Q as the flow rate, Vj as the average flow velocity discharged from the nozzle, and Vj. When the momentum flow velocity, which is the average of the flow velocities, is Vm, the total thrust (gross thrust) Tg can be expressed by Tg = ρ × Q × (Vj−Vm). Here, the momentum flow velocity Vm is a product of the effective wake ratio (1-w) and the ship speed Vs, and is represented by Vm = (1-w) × Vs. Therefore, since Tg = ρ × Q × [Vj− (1−w) × Vs], the smaller the effective wake ratio (1−w), the larger the total thrust Tg.
一方、ウォータージェット推進船の船底下面では、境界層が発生し、この境界層は流れに沿って発達する。この境界層内では流れが遅くなって、即ち、伴流wが大きくなって、有効伴流率(1−w)が小さくなるために、この境界層内の遅い流れを吸い込み口から吸引することで、伴流wによる効果、即ち、伴流利得による高推進効率を得ることができる。この伴流利得を活用するためには、吸い込み口の横方向に、吸い込み幅をカバーできるだけの船底スペースを確保して、この船底スペースにおいて発達した境界層内の流速の遅い流れを吸い込み口から吸引することが有利となる。 On the other hand, a boundary layer is generated on the bottom bottom surface of the water jet propulsion ship, and this boundary layer develops along the flow. In this boundary layer, the flow becomes slow, that is, the wake w becomes large and the effective wake rate (1-w) becomes small. Therefore, the slow flow in this boundary layer is sucked from the suction port. Thus, the effect of the wake w, that is, the high propulsion efficiency due to the wake gain can be obtained. In order to utilize this wake gain, a bottom space that can cover the suction width is secured in the lateral direction of the suction port, and the slow flow velocity in the boundary layer developed in this bottom space is sucked from the suction port. It is advantageous to do so.
船底を下から見上げた図6と、船底の吸い込み口の幅と吸い込み流れの範囲の関係を示す図7に示すように、このウォータージェット推進器の吸い込み口4で吸引する流れ(斜線部で示す)Fa〜Fgは、吸い込み口4の幅Biよりもより広い範囲Bfからの流れFa〜Fgを吸引している。低速から高速まで考慮すると、ウォータージェット推進器用の吸い込みの船体幅方向の範囲Bfに関しては、一般的には、吸い込み口4の幅Biの1.5〜2.0倍程度となっている。 As shown in FIG. 6 when the ship bottom is looked up from the bottom, and FIG. 7 showing the relationship between the width of the suction port on the bottom of the ship and the range of the suction flow, the flow sucked by the suction port 4 of this water jet thruster (shown by the hatched portion) ) Fa to Fg suck the flows Fa to Fg from the range Bf wider than the width Bi of the suction port 4. When considering from low speed to high speed, the range Bf of the suction width for the water jet propulsion unit in the hull width direction is generally about 1.5 to 2.0 times the width Bi of the suction port 4.
しかしながら、図8及び図9に示すような3器以上の単胴ウォータージェット推進船を考えた場合においては、船底の大部分を吸い込み口4c、4sが占めるようになるため、十分な吸い込みスペースを確保するのが困難となる。つまり、吸い込み口4c、4sの横に船底2に沿って発達した境界層を吸い込むのに十分な船底のスペース2c、2i、2sを確保することができないことになる。特に、最も船側側の吸い込み口4sは、ナックルラインやチャインライン等で形成される船側端2bに近く、この吸い込み口4sの船側側の横の部分2sにおいては、幅Bsが狭くなり、吸い込み口4sの前方以外の船底2で発達する境界層を吸い込むことができないという問題が生じる。
However, when considering three or more single-hull water jet propulsion boats as shown in FIGS. 8 and 9, the
このウォータージェット推進船の吸い込み口への水の吸い込みに関しては、インテーク(吸い込み口)の開口両側部に前後方向に平行にインテーク長さ以下の長さのサイドフェンスを取り付けて、インテークに流入する流れを規制して円滑な流れにすることで、インテーク部の圧力損失を低減して推進効率を向上させることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 With regard to the suction of water into the suction port of this water jet propulsion ship, a side fence with a length equal to or less than the intake length is attached to both sides of the opening of the intake (suction port) in parallel in the front-rear direction and flows into the intake. It has been proposed to improve the propulsion efficiency by reducing the pressure loss of the intake portion by regulating the flow to a smooth flow (see, for example, Patent Document 1).
また、ウォータージェット式双胴船において、高速航行時における空気の巻き込み吸引を防止する意図で、左右の船体の底部に形成されたジェット水吸入口の開口部両側部に、船首尾方向に沿ってフェンスを垂下したり、船底部の幅が取水口(開口部)の幅に略等しい場合に生じる圧力損失抵抗の増大を防止して、取水口への海水の取りこみを十分に行う意図で、取水口の両側にフィン部を水平方向に設けて海水を取水口に誘導したりすることが提案されている(例えば、特許文献2、3参照)。
Also, in the water jet catamaran, in order to prevent air entrainment and suction during high-speed sailing, along both sides of the opening of the jet water intake port formed at the bottom of the left and right hulls along the bow-stern direction Intake with the intention of sufficient intake of seawater into the intake by preventing the increase in pressure loss resistance that occurs when the fence is suspended or the width of the bottom of the ship is approximately equal to the width of the intake (opening) It has been proposed to provide fin portions on both sides of the mouth in the horizontal direction to guide seawater to the water inlet (see, for example,
しかしながら、これらの提案は、いずれも渦や巻き込み流れに伴う圧力損失に関するものであり、境界層内の流れを吸い込むことによる伴流利得を意図したものではない。
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、3器以上の単胴ウォータージェット推進船において、境界層内の遅い流れを十分に吸引できて伴流利得による高推進効率を得ることができる単胴ウォータージェット推進船を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and its object is to achieve high propulsion with wake gain by sufficiently sucking a slow flow in the boundary layer in three or more single-body water jet propulsion vessels. An object of the present invention is to provide a single-hull water jet propulsion ship capable of obtaining efficiency.
上記の目的を達成するための本発明の単胴ウォータージェット推進船は、3器以上のウォータージェット推進器を備え、これらのウォータージェット推進器用の最も船側側に配置された船側側吸い込み口と船側端との間隔が前記船側側吸い込み口の最大幅の0%〜40%となっている単胴ウォータージェット推進船において、前記船側側吸い込み口の船側側に、板状の伴流促進部材を設けると共に、この伴流促進部材の前端を前記船側側吸い込み口の前端よりも船体水線長の25%〜60%前方に配置して構成する。なお、ここで船側端とは、船底の端を構成するナックルライン又はチャインラインのことを言う。また、板状には、複数の板部材で構成する複板構造も含むこととする。また、この船体水線長(Lwl)とは船体が静止状態で水に浸っている水面部分の長さであり、喫水面で測定した船体の長さである。 In order to achieve the above object, a single-hull water jet propulsion ship according to the present invention includes three or more water jet propulsion units, and a ship side suction port and a ship side which are arranged on the most ship side for these water jet propulsion units. In a single-hull water jet propulsion ship whose distance from the end is 0% to 40% of the maximum width of the ship side suction port, a plate-like wake promoting member is provided on the ship side of the ship side suction port At the same time, the front end of the wake facilitating member is arranged 25% to 60% ahead of the hull water line length from the front end of the ship side suction port. Here, the ship side end means a knuckle line or a chain line constituting the end of the ship bottom. In addition, the plate shape includes a double plate structure composed of a plurality of plate members. Further, the hull waterline length (Lwl) is the length of the surface of the water surface where the hull is stationary and immersed in water, and is the length of the hull measured on the draft surface.
この構成によれば、吸い込み口(インレット)が吸引する流れの範囲に、十分な境界層を発達させるための板状の伴流促進部材を、船側側吸い込み口と船側端との間に設けているので、船側側吸い込み口の船側側の狭いスペースを補うスペースを、この伴流促進部材で確保でき、この伴流促進部材で発生及び発達する境界層内の遅い流れを、船側側吸い込み口で吸い込むことができるようになる。その結果、伴流利得による高推進効率を得ることができる。 According to this configuration, the plate-like wake promoting member for developing a sufficient boundary layer is provided between the ship side suction port and the ship side end in the range of the flow sucked by the suction port (inlet). Therefore, this wake facilitating member can secure a space to compensate for the narrow space on the ship side of the ship side suction port, and the slow flow in the boundary layer generated and developed by this wake facilitating member can be secured at the ship side suction port. You will be able to inhale. As a result, high propulsion efficiency due to wake gain can be obtained.
特に、吸い込み口の前端から伴流促進部材の前端までの長さを、船体水線長(Lwl)の25%以上とすることにより、境界層を十分に発達させることができる。また、吸い込み口の前端から伴流促進部材の前端までの長さを船体水線長(Lwl)の60%以下とすることにより、境界層の発達による効果よりも、抵抗増加による悪影響が大きくなることを回避できる。 In particular, the boundary layer can be sufficiently developed by setting the length from the front end of the suction port to the front end of the wake promoting member to be 25% or more of the hull water line length (Lwl). Further, by setting the length from the front end of the suction port to the front end of the wake promoting member to be 60% or less of the hull water line length (Lwl), the adverse effect due to the increase in resistance becomes larger than the effect due to the development of the boundary layer. You can avoid that.
上記の単胴ウォータージェット推進船において、前記伴流促進部材の後端を、前記船側側吸い込み口の少なくとも前後方向の中心より後方まで設けて構成する。この構成により、伴流促進部材で発達した境界層内の遅い流れを十分に吸い込み口に吸引することができる。 In the single trunk water jet propulsion ship described above, the rear end of the wake promoting member is configured to be provided at least from the center in the front-rear direction of the ship side suction port to the rear. With this configuration, a slow flow in the boundary layer developed by the wake promoting member can be sufficiently sucked into the suction port.
上記の単胴ウォータージェット推進船において、前記伴流促進部材の幅を、前記船側側吸い込み口の最大幅の25%〜80%として構成する。この構成によれば、船側側吸い込み口の船側側の船底部分と伴流促進部材による部分とにより、十分な船体横方向スペースを確保することができ、吸い込み口に流れ込む流れを境界層内の流速の遅い流れとすることができる。 In the single-body water jet propulsion ship described above, the width of the wake promoting member is configured to be 25% to 80% of the maximum width of the ship side suction port. According to this configuration, a sufficient space in the horizontal direction of the hull can be secured by the ship bottom side of the ship side suction port and the portion by the wake promoting member, and the flow flowing into the suction port Can be a slow flow of.
また、伴流促進部材の幅を、船側側吸い込み口の最大幅の25%より小さくするとスペースの確保が不十分となり、また、80%より大きくすると、伴流促進部材において吸い込み口に流れ込まない部分が生じ、伴流利得効果よりも抵抗増加による悪影響の方が大きくなる。なお、構造強度の面及び抵抗性能の面からは50%以下であることがより好ましい。 Further, if the width of the wake promoting member is made smaller than 25% of the maximum width of the ship side suction port, the space is insufficiently secured, and if it is larger than 80%, the portion of the wake promoting member that does not flow into the suction port. As a result, the adverse effect due to the resistance increase is greater than the wake gain effect. In view of structural strength and resistance performance, it is more preferably 50% or less.
上記の単胴ウォータージェット推進船において、前記伴流促進部材を、船体のナックル部分又はチャイン部分に設けて構成する。この構成によれば、境界層の発達のために船側側吸い込み口の船側側の船底部分を十分に使用することができ、伴流促進部材の幅を狭くすることができる。 In the above-described single-hull water jet propulsion ship, the wake promoting member is configured to be provided in a knuckle portion or a chine portion of a hull. According to this configuration, it is possible to sufficiently use the ship bottom side of the ship side suction port for the development of the boundary layer, and to narrow the width of the wake promoting member.
本発明の単胴ウォータージェット推進船によれば、3器以上のウォータージェット推進器を備え、これらのウォータージェット推進器用の最も船側側に配置された船側側吸い込み口と船側端との間隔が船側側吸い込み口の最大幅の0%〜40%となっている単胴ウォータージェット推進船において、船側側吸い込み口の船側側に、板状の伴流促進部材を設けると共に、この伴流促進部材の前端を船側側吸い込み口の前端よりも船体水線長の25%〜60%前方に配置して構成したので、この伴流促進部材で発生して発達した境界層内の流速の遅い流れを船側側吸い込み口で吸い込むことができるので、伴流利得による高い推進効率を得ることができる。 According to the single-hull water jet propulsion ship of the present invention, three or more water jet propulsion devices are provided, and the distance between the ship side suction port disposed on the most ship side for these water jet propulsion devices and the ship side end is the ship side. In a single-hull water jet propulsion ship that is 0% to 40% of the maximum width of the side suction port, a plate-like wake promoting member is provided on the ship side of the ship side suction port. Since the front end is configured to be 25% to 60% ahead of the hull water line length from the front end of the ship side suction port, the slow flow velocity in the boundary layer generated by this wake promoting member is Since suction can be performed at the side suction port, high propulsion efficiency due to wake gain can be obtained.
以下、図面を参照して本発明に係る単胴ウォータージェット推進船の実施の形態について説明する。図1〜図4に示すように、本発明の実施の形態である単胴「ウォータージェット推進船1、1Aは、船底部2と船側部3を有して構成され、更に、4器のウォータージェット推進器(図示しない)を備えて構成される。このウォータージェット推進器(図示しない)用の4つの吸い込み口(インレット)4c、4sが、船底部2に設けられる。
Embodiments of a single-body water jet propulsion ship according to the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1 to FIG. 4, a single trunk “water
図1〜図4に示すように、この吸い込み口4c、4sは、船体中心側に配置された中心側吸い込み口4cと、最も船側側に配置された船側側吸い込み口4sとで構成される。この中心側吸い込み口4c、4cの間には、中央側船底2cがあり、中心側吸い込み口4cと船側側吸い込み口4sとの間には、中間船底2iがある。また、船側側吸い込み口4sの船側側には、船側側船底2sがある。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
この船側側船底2sは、ウォータージェット推進器用の最も船側側に配置された船側側吸い込み口4sと船側端2bとの間に設けられ部分であり、その間隔Bsは、船側側吸い込み口4sの最大幅Biの0%〜40%となっている。なお、この船側端2bは船底2の端を構成するナックルライン又はチャインラインのことを言う。
The ship
本発明においては、この比較的狭く、船底スペースが十分に取れていない船側側船底2s部分に、板状の伴流促進部材5を設ける。この板状の伴流促進部材5には、複数の板部材で構成する複板構造も含む。
In the present invention, the plate-like
この伴流促進部材5の船長方向の配置に関しては、図1及び図3に示すように、伴流促進部材5の前端Paを船側側吸い込み口4sの前端Iaよりも、船体水線長Lwlの25%〜60%前方に配置して構成する。この船体水線長Lwlとは船体が静止状態で水に浸っている水面部分の長さであり、喫水面で測定した船体の長さである。また、この伴流促進部材5の後端Pbを、船側側吸い込み口4sの少なくとも前後方向の中心Icより後方まで設ける。
With respect to the arrangement of the
この船長方向に関して、この伴流促進部材5の前端Paから後方に離れた任意の位置xでの境界層厚さδは、船速をVs、動粘性係数をνとすると、δ=0.37×(ν/(Vs×x))1/5×xで計算される。
With respect to the ship length direction, the boundary layer thickness δ at an arbitrary position x distant from the front end Pa of the
一方、高速航海中においては、図7に示すように、およそ、吸い込み口4sの幅Biの40%程度の深さDf(=0.4×Bi)に分布する流れFa〜Fgを吸い込んでいることが実験などにより確認されている。一般的に船側側吸い込み口4s部分で、このような境界層厚さδを確保するためには、伴流促進部材5は、少なくとも船体水線長Lwlの25%以上の長さが必要となるので、伴流促進部材5の前端Paを船側側吸い込み口4sの前端Iaよりも船体水線長Lwlの25%以上前方に配置する。
On the other hand, during high-speed voyage, as shown in FIG. 7, the flows Fa to Fg distributed at a depth Df (= 0.4 × Bi) of about 40% of the width Bi of the
伴流促進部材5の船体幅方向の配置に関しては、図1及び図2の構成では、伴流促進部材5は、船側側吸い込み口4sと船側端2bとの間の部分に、船長方向に沿って設けられている。また、図3及び図4の構成では、伴流促進部材5は、船側端2b部分に船長方向に沿って設けられている。このように、伴流促進部材5を船側側又は船側端2bの部分に設けると、船の横揺れ抑制効果を奏することもできる。
With respect to the arrangement of the
伴流促進部材5の取り付け角度に関しては、図2及び図4に示すように、伴流促進部材5を、水平に対して5度〜50度、より好ましくは20度〜40度の角度αで先端側が下になるになるように傾斜させて設ける。この取り付け角度αを水平に対して5度〜50度、より好ましくは20度〜40度とすることにより、遅い流れをより吸い込み口4に導き易くなるという効果がある。
Regarding the attachment angle of the
船側側吸い込み口4sの吸い込み範囲に十分な境界層を発達させるための板状の伴流促進部材5を設けたので、この伴流促進部材5で発生して発達した境界層内の流速の遅い流れを船側側吸い込み口4sで吸い込むことができるようになるので、伴流利得による高い推進効率を得ることができる。
Since the plate-like
特に、船側側吸い込み口4sの前端Iaから伴流促進部材5の前端Paまでの長さLaを船体水線長Lwlの25%以上60%以下とすることにより、伴流促進部材5の長さは、境界層の発達に十分な長さとなる。また、後端Pbの位置を船側側吸い込み口4sの少なくとも前後方向の中心Icより後方とすることにより、境界層内の遅い流れを十分に吸い込むことができるようになる。
In particular, by setting the length La from the front end Ia of the ship
1、1A、1X 3器以上の単胴ウォータージェット推進船
2 船底部
2b 船側端
2s 船側側船底
3 船側部
4 吸い込み口
4s 船側側吸い込み口
5 伴流促進部材
Bs 船側側吸い込み口と船側端との間の間隔
Bi 船側側吸い込み口の最大幅
Ia 船側側吸い込み口の前端
Ic 船側側吸い込み口の前後方向の中心
Lwl 船体水線長
Pa 伴流促進部材の前端
Pb 伴流促進部材の後端
1, 1A,
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JP2008289076A JP2010115971A (en) | 2008-11-11 | 2008-11-11 | Monohull water jet propulsive ship |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10315741B2 (en) | 2014-10-03 | 2019-06-11 | National University Corporation Tokyo University Of Marine Science And Technology | Underwater propulsion apparatus and underwater exploration apparatus |
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2008
- 2008-11-11 JP JP2008289076A patent/JP2010115971A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
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US10315741B2 (en) | 2014-10-03 | 2019-06-11 | National University Corporation Tokyo University Of Marine Science And Technology | Underwater propulsion apparatus and underwater exploration apparatus |
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