JP2011121446A

JP2011121446A - 横帆を備えた船舶

Info

Publication number: JP2011121446A
Application number: JP2009279860A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kitashiro; 顕彦喜多代; Akihito Hirayama; 明仁平山; Kenichi Sano; 健一佐野; Akihiko Fujii; 昭彦藤井; Kyosuke Matsui; 亨介松井
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-23
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP5620091B2

Abstract

【課題】主機関及び主機関により駆動される推進装置を備えた船舶において、構造が著しく単純で、比較的軽量であり、しかも、高揚力を発生できる横帆により、自然エネルギーである風力を補助推進力として効率よく利用できて、燃料消費量を低減でき、省エネルギー化とＣＯ₂排出量の低減化を図ることができる横帆を備えた船舶を提供する。
【解決手段】横帆１０をマストで支持せずに、前記横帆１０の帆本体１１ａと該帆本体１１ａの左右縁部に設けた補強部１１ｂと前記帆本体１１ａの下端に設けた下側翼端板１２とで、前記横帆１０の形状を保つとともに、前記下側翼端板１２を支柱１４で支持し、該支柱１４を前記横帆１０を設ける部位に対して旋回可能に設けて構成したことを特徴とする横帆を備えた船舶。
【選択図】図２

Description

本発明は、主機関及び主機関により駆動される推進装置を備えると共に、推進補助として横帆を備えた船舶に関する。

主機関により駆動される推進装置による推力に加えて、帆による補助推力を利用して航走する船舶は、１９７０年代の石油ショックの時代では省エネルギー面から開発され、実船も建造されたが、石油価格の低下により、低迷した。

この時代の帆装置として、例えば、長方形の枠体に耐候性に富むシート状物を張ることにより形成された硬帆を用いて、中央部の固定帆と、この固定帆の両側に折り畳み自在に配置された可動帆とから構成され、且つ、船体に立設されたポストに旋回自在に設置された帆装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

これらの帆装置では、船体の前後方向に延びる中心線と交差する方向に張られる横帆を用いており、この帆はポスト（マスト）によって旋回可能に支持されている。これらの帆装置では、帆を回転可能に支持するポストが必要となる分だけ重量が増する。また、ポストごと帆を旋回させるためには大容量の旋回装置が必要になり、ポストは旋回させずに帆のみを旋回させる場合には、帆を旋回するための機構がポストに必要になる。そのため、帆装置の機構が複雑化すると共に重量が増加するという問題がある。

また、近年、世界的な関心を集めている地球環境保護に関する温室効果ガス削減に関連して、船舶の省エネルギー化によるＣＯ₂削減問題も重要視されるようになってきており、機関出力の低減によるＣＯ₂削減効果を得るために、帆によって自然エネルギーのひとつである風力を補助推進力として利用する帆を用いた船舶が注目を集めている。

例えば、旋回可能なメインマストの下部と上部のベースフレーム間に、回転可能な軟帆巻取り装置と、旋回可能な硬帆マストと、旋回可能なスラットマストを設け、軟帆巻取り装置に軟帆を展帆、縮帆自在に装着し、硬帆マストに硬帆を展帆、縮帆自在に装着し、スラットマストにスラットを展帆、縮帆自在に装着するようにした帆装商船が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

この帆装商船では、風力の利用効率を高めるために、スラットと硬帆と軟帆とから構成された三角形の高揚力複合帆を用いており、展帆時には、硬帆の前縁にスラットを配置し高揚力化を図り、矩形の硬帆の後縁から伸びる三角形の軟帆が帆の面積を稼ぐ構成となっている。硬帆は左右対称の翼断面形状で、スラットは左右の風に対応して回転する。また、軟帆は、船体の前後方向に延びる船体中心線に沿った方向に張られる縦帆として構成されている。

しかしながら、この帆装商船では、硬帆マストとスラットマストの旋回角度を別々に調整するために、個別に回転作動装置を設ける必要があり、更に、スラット、硬帆、軟帆のそれぞれの帆において展帆及び縮帆を行うために、展帆・縮帆機構がそれぞれに必要となり、帆装置の構造及び制御が複雑化し、重量が大きくなる上に、帆の保守及び維持費用が嵩むという問題がある。

実開昭６２−５４８９８号公報実開平０１−１４５８９９号公報特開２００５−２８０５３３号公報

本発明は、上述の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、主機関及び主機関により駆動される推進装置を備えた船舶において、構造が著しく単純で、比較的軽量であり、しかも、高揚力を発生できる横帆により、自然エネルギーである風力を補助推進力として効率よく利用できて、燃料消費量を低減でき、省エネルギー化とＣＯ₂排出量の低減化を図ることができる横帆を備えた船舶を提供することにある。

上記の目的を達成するための横帆を備えた船舶は、横帆をマストで支持せずに、前記横帆の帆本体と該帆本体の左右縁部に設けた補強部と前記帆本体の下端に設けた下側翼端板とで、前記横帆の形状を保つとともに、前記下側翼端板を支柱で支持し、該支柱を前記横帆を設ける部位に対して旋回可能に設けて構成される。

この横帆は、正面から見た形状は矩形又は台形等に形成され、帆の強度を保つ補強部は、両縁部の厚みを増したり、補強部材を取り付けたりして設けるもので、補強のみでなく、前縁剥離を抑制し、幅広い迎角で発生する揚力を高く保つ効果も発生する。この補強部と、下側翼端板、及び、必要に応じて上側翼端板とで帆の強度を保つ。また、この横帆の支持は横帆の下側翼端板を支柱で支持することで行い、横帆の設置部位に対しての旋回は、この支柱を旋回させる旋回機構を設ける。

この構成によれば、帆本体と補強部と下側翼端部で帆の形状を保ち、帆の支持を下側翼端板を支持する支柱で行うので、帆本体の形状を維持するためのブラケットと、このブラケットを支持し、帆を旋回させるためのポストが不要になる。そのため、帆の構造的強度を保つための構造及び帆を旋回させるための機構が単純となり、帆装置の製造及び組立の工程が短くて済むようになる。

上記の横帆を備えた船舶において、前記横帆を硬帆で形成すると、軟帆に比較して機構が簡略化し、帆を支持するための支持機構と帆の方向を風向きによって変えるための旋回機構と、必要に応じて展帆及び縮帆の機構を設けるだけで済み、帆装置の機構が単純化し、軽量化できる。

上記の横帆を備えた船舶において、前記帆本体の横断面形状を左右対称に形成すると共に、前記帆本体の両側縁部にスラットをそれぞれ設けて構成すると、左右対称の形状により、横帆の製造過程における加工が単純化し、工作性が向上する。また、スラットにより後縁剥離を抑制できるようになるので、スラット無しの場合では迎角２０ｄｅｇ付近で失速していたのを、迎角３０ｄｅｇ付近まで失速を遅らせることができ、最大揚力係数が大きくなる。なお、最大揚力係数を発揮している迎角の状態においては、下流側になるスラットは、帆本体の後側となる縁部の剥離領域内に入ってしまうので、最大揚力には大きな影響を与えない。このスラットは、矩形円弧翼等で形成し、更に、帆本体に対する取り付け角度を左右で同じ角度で固定して設置すると、スラットの可動機構不要となり、構成が単純化し軽量化できる。

更に、左右対称の風向に対して左右に同じ角度旋回したときに、同じ推進力が得られるようになるので、横帆の制御を単純化できる。この帆本体の横断面形状としては、左右対称の円弧、楕円弧、長円弧、多角形翼等が考えられる。

本発明の横帆を備えた船舶によれば、主機関及び主機関により駆動される推進装置を備えた船舶において、構造が著しく単純で、比較的軽量であり、しかも、高揚力を発生できる横帆により、自然エネルギーである風力を補助推進力として効率よく利用できて、燃料消費量を低減でき、省エネルギー化とＣＯ₂排出量の低減化を図ることができる。

本発明に係る実施の形態の横帆を備えた船舶の構成を示す図である。横帆の構成を示す斜視図である。横帆の構成を示す正面図である。横帆の構成を示す背面図である。横帆の構成を示す図３のＡ−Ａ部分の矢視図である。横帆のスラットの構成を示す図５の部分拡大図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態の横帆船舶について説明する。図１に示すように、この横帆を備えた船舶１は、主機関及び主機関により駆動される推進装置を備えると共に、補助推進として横帆１０を用いる船舶である。

図１〜図５に示すように、この横帆１０は、マスト（ポスト）を設けずに、横帆１０の帆本体１１ａの左右縁部に補強部１１ｂを設け、また、横帆１０の下端に下側翼端板１２を上端に上側翼端板１３を設けて、帆本体１１ａと補強部１１ｂと下側翼端板１２と、上側翼端板１３との強度により、横帆１０の形状を保持する。この補強部１１ｂは、帆本体１１ａの板厚を増やしたり、補強部材を取り付けたりして設けるもので、補強のみでなく、前縁剥離を抑制し、幅広い迎角で発生する揚力を高く保つ効果も発生する。また、下側翼端板１２と上側翼端板１３は、図５に示すように、帆本体１１ａを形成する翼の内側部分と翼の弦とで形成される外形を持つ板で形成する。

なお、上側翼端板１３が無くても横帆１０の形状を保つことができる場合には、上側翼端板１３による重量増加と、上側翼端板１３による揚力向上効果とを勘案した上で、上側翼端板１３を省略してもよい。

この横帆１０は硬帆で一体で形成する。そのため、軟帆に比べて機構が簡単となり、横帆１０を支持するための支持機構１２、１４と横帆１０の方向を風向きによって変えるための旋回機構（図示せず）と、必要に応じて展帆及び縮帆の機構を設けるだけで済むので、帆装置の機構が単純化し、軽量化できる。

図３及び図４に示すように、この横帆１０は、正面から見た形状は矩形に形成されるが、必ずしも、矩形に限定されず、横帆の強度保持、船体の横揺れ復原力（横帆の重心高さに関係）の確保、航行時の視界の確保等の観点から台形やその他の形状に形成してもよい。

この横帆１０の横断面形状は、図５に示すように、左右対称に形成することが好ましい。この左右対称の形状としては、左右対称の円弧、楕円弧、長円弧、多角形翼等が考えられる。この左右対称の構成により、動力補助としての十分な揚力を確保しつつ、横帆１０の製造過程における加工を単純化し、工作性を向上して、製造及び組立における工程が短縮化する。また、左右対称の風向に対して左右に同じ角度旋回したときに、同じ風力による推進力が得られるようになるので、横帆１０の制御を船体中心線に対して左右対称な風向きに関して同じ制御とすることができ、制御を単純化できる。

この横帆１０は、性能的には６０ｄｅｇ未満の迎角においては、できるだけ揚抗比が高く、且つ、失速が起きにくい形状が好ましい。従って、この横帆１０の帆本体１１ａのキャンバー（膨らみＢ／翼弦長Ｃ）は、揚力係数Ｃ_Lが高くなる１０％〜２０％の範囲とすることが好ましい。キャンバーを２０％以上にしても、揚力傾斜は大きくなるものの、失速迎角が小さくなり大きな揚力を得ることができず、また、実験では翼周りの流れが不安定になるという結果が得られている。なお、帆本体１１ａを円弧翼形状とする場合には、この円弧の半径Ｒは、キャンバーと必要面積（コード）が決まると自然に決まることになる。

また、この横帆１０の帆本体１１ａのアスペクト比（高さＨ／翼弦長Ｃ）は、横帆１０を回頭及び旋回等の操船にも利用する場合には、高い制御力を発揮できるように、２以上の高アスペクト比にして高揚力を発生させることが好ましく、一方、制御の容易性、風向きの変化への対応性を高くする場合には、高迎角域で穏やかな失速特性を持たせように、２以下の低アスペクト比にすることが好ましい。

更に、横帆１０の支持は、下側翼端板１２を支柱１４で支持することで行い、横帆１０の設置部位（図１では甲板２）に対しての旋回は、この支柱１４に図示しない旋回機構を設けて、横帆１０が甲板２に対して、予め設定した範囲内で旋回できるように構成される。つまり、甲板２上に回転可能な支柱１４を設置し横帆１０の下側翼端板１２を載置して固定して構成する。この支柱１４の旋回機構は周知の旋回機構を用いることができる。

また、横帆１０の帆本体１１ａの両側縁部のそれぞれに、スラット１５を設けて構成する。このスラット１５は、図５及び図６に示すように、矩形円弧翼等で形成し、左右縁部において、帆本体１１ａとの間に隙間Ｓを有して、左右で同じ取り付け角度βにして、スラット保持部材１６により下側翼端板１２と上側翼端板１３に固定して設置する。固定とした場合には、風向きによってスラット１５を開き変えるための可動機構が不要となり、帆装置の構造の単純化と軽量化を図ることができる。

このスラット１５は、高揚力装置として設けるものである、このスラット１５は、スロッテッドフラップ（間隙フラップ）と同様に、帆本体１１ａとスラット１５の間に隙間を設けることにより、帆本体１１ａの上面（凸面）側に下面（凹面）側の気流を流して剥離を遅らせる機能を持ち、後縁剥離を抑制する。そのため、スラット無しでは、風向に対する迎角が２０ｄｅｇ付近で失速していたのが、迎角が３０ｄｅｇ付近になるまで失速が遅れる。そのため、最大揚力を大きくすることができる。

このスラット１５は、最大揚力を発揮している迎角の状態においては、下流側となるスラット１５は、帆本体１１ａの後側となる縁部の剥離領域内に位置することになり、最大揚力には大きな影響を与えない。

このスラット１５と帆本体１１ａとの隙間Ｓは、揚力向上効果の面からは、帆本体１１ａの翼弦長Ｃの１％〜５％が好ましく、スラット端の帆本体１１ａからの突出量は翼弦長の１０％程度とするのが好ましい。スラット１５の翼弦長は、帆本体１１ａの翼弦長Ｃの１５％〜２０％とすることが揚力向上効果と重量増加の面から好ましい。即ち１５％より小さい場合には揚力向上効果が少なく、２０％より大きいと揚力向上効果の割りに重量が増加する。

このスラット１５の効果を見るために、スラットを備えた場合と備えない場合とで風洞実験を行った。この風洞実験の結果で両方の揚力Ｌと抗力Ｄを比較した結果、スラットを設けた方が、スラットを設けない方よりも揚力が、特定の抗力の範囲で大きくなることが分かった。

上記の船舶１によれば、帆本体１１ａと補強部１１ｂと下側翼端部１２で横帆１０の形状を保ち、横帆１０の支持を下側翼端板１２を支持する支柱１４で行うので、帆本体１１ａの形状を維持するためのブラケットと、このブラケットを支持し、帆を旋回させるためのポストが不要になる。そのため、横帆１０の構造的強度を保つための構造及び横帆１０を旋回させるための機構が単純となり、帆装置の製造及び組立の工程が短くて済むようになる。

従って、主機関及び主機関により駆動される推進装置を備えた船舶１において、構造が著しく単純で、比較的軽量であり、しかも、高揚力を発生できる横帆１０により、自然エネルギーである風力を補助推進力として効率よく利用できて、燃料消費量を低減でき、省エネルギー化とＣＯ₂排出量の低減化を図ることができる。

また、この横帆１０を用いる船舶１においては、展帆及び縮帆機構が不要で、旋回機構のみでよく、操作が容易であるので、基本的に無人で操作でき、帆走操作制御の完全自動化ができる。

本発明の船舶は、上記のように、推進用の主機関を備えた船舶の動力補助として、構造が非常にシンプルで、比較的軽量であり、しかも、高揚力を発生できる横帆により、風力を補助推進力として効率よく利用できて省エネルギー化を図ることができ、従来技術の船舶よりもＣＯ₂排出量を削減させることができるので、多くの船舶に利用することができる。

１船舶
２甲板
１０横帆
１１ａ帆本体
１１ｂ補強部
１２下側翼端板
１３上側翼端板
１４支柱
１５スラット
１６スラット保持部材
Ｂ帆の膨らみ
Ｂ／Ｃキャンバー
Ｃ翼弦長（帆本体の幅）
Ｃａ横帆の幅
Ｈ帆の高さ
Ｈ／Ｃアスペクト比
Ｓスラットの隙間

Claims

横帆をマストで支持せずに、前記横帆の帆本体と該帆本体の左右縁部に設けた補強部と前記帆本体の下端に設けた下側翼端板とで、前記横帆の形状を保つとともに、前記下側翼端板を支柱で支持し、該支柱を前記横帆を設ける部位に対して旋回可能に設けて構成したことを特徴とする横帆を備えた船舶。
前記横帆を硬帆で形成したことを特徴とする請求項１記載の横帆を備えた船舶。
前記帆本体の横断面形状を左右対称に形成すると共に、前記帆本体の両側縁部にスラットをそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の横帆を備えた船舶。