JP2015520073A - Method and apparatus for reducing hydrodynamic water resistance of ships - Google Patents

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Abstract

本発明は、船舶の水抵抗を低減する方法および装置に関する。特に本発明は、船舶の胴体(2)によって航行中に生起される船首波を低減するための方法に関する。この方法は、胴体の船首(4)の手前で気体/水混合が生成されることを特徴としており、気体は空気であるのが好ましい。本発明は、航行中に船舶の船首波を低減する装置も対象としており、この装置は、圧力下にある空気を放出する装置である。この圧縮された空気が、船舶の船首(4)の手前および周辺に適当な角度のもとで、適当な領域に放出される。The present invention relates to a method and apparatus for reducing water resistance of a ship. In particular, the present invention relates to a method for reducing a bow wave generated during navigation by a ship's trunk (2). This method is characterized in that a gas / water mixture is produced before the bow (4) of the fuselage, preferably the gas is air. The present invention is also directed to a device for reducing the bow wave of a ship during navigation, which device releases air under pressure. This compressed air is discharged into the appropriate area at an appropriate angle in front of and around the bow (4) of the ship.

Description

本発明は、船舶の水抵抗を低減する方法および装置に関する。特に本発明は、船舶の胴体によって航行中に生起される船首波を低減するための方法に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for reducing water resistance of a ship. In particular, the present invention relates to a method for reducing a bow wave generated during navigation by a ship's trunk.

船舶は、航行中に船首波と船尾波を生起することが知られている。これらの波は、速度の平方の上昇につれて2乗で増えていく全体的抵抗に主要な寄与を果たす。船舶の最高速度は、基本的に、胴体の長さと、船首波から船尾波までの間隔とに依存して決まる。船首波と船尾波が重なり合うと、船舶はその中に「捉えられ」、エンジン出力に関わりなく、それ以上高速になることはできない。   Ships are known to generate bow and stern waves during navigation. These waves make a major contribution to the overall resistance, which increases in square with increasing speed square. The maximum speed of the ship basically depends on the length of the fuselage and the distance from the bow wave to the stern wave. When the bow and stern waves overlap, the ship is “captured” in it and cannot be faster, regardless of engine power.

こうした流体力学的な抵抗を克服するということは、2つの主要な結果を生じる:第1に、強力かつそれに応じた高価なエンジンであり、第2に、これに伴って増えていく燃料消費量である。船舶の運転経費のほぼ半分を燃料が占めている。したがって、こうした流体力学的な抵抗を低減することが特に重要である。   Overcoming these hydrodynamic resistances has two main consequences: first, a powerful and correspondingly expensive engine, and second, the fuel consumption that increases with it. It is. Fuel accounts for almost half of the operating costs of ships. It is therefore particularly important to reduce such hydrodynamic resistance.

特殊な船体と船首形状によって、このことを実現しようと試みられている。その一例が周知の球状船首構造である。球状船首が所与のレベルについて、たとえば特定の積載状態において、最適化されることが知られている。   Attempts have been made to achieve this with a special hull and bow shape. One example is the well-known spherical bow structure. It is known that the spherical bow is optimized for a given level, for example in certain loading conditions.

しかし、この解決法は全面的に満足のいくものではない。球状船首は、特定の速度と特定の積載状態(たとえば満載時)のときにしか有効ではないからである。抵抗の低減化は、理想的な条件のもとでさえ、通常、往路と復路で計算して10%を超えることはない。球状船首が部分的に喫水線から突き出しているだけで、球状船首が抵抗を高めることさえある。   However, this solution is not entirely satisfactory. This is because the spherical bow is effective only at a specific speed and a specific loading state (for example, when full). The reduction in resistance usually does not exceed 10% calculated on the forward and return paths, even under ideal conditions. A spherical bow can even increase resistance just by protruding it partially from the waterline.

本発明の目的は、上に述べたような従来技術の制約を克服し、船舶の流体力学的な抵抗を低減するための効果的なシステムを提供することにある。特に本発明は、船首波と船尾波を低減し、それによって船舶の全体的抵抗を航行中に低減することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide an effective system for overcoming the limitations of the prior art as described above and reducing the hydrodynamic resistance of ships. In particular, the present invention aims to reduce bow and stern waves, thereby reducing the overall resistance of the vessel during navigation.

本発明の根底にある思想は、船首の手前の水に気体を添加することによって、好ましくは空気を混入することによって、航行中に発生する船首波と船尾波を低減することにある。   The idea underlying the present invention is to reduce the bow and stern waves generated during navigation by adding gas to the water in front of the bow, preferably by mixing air.

船首の手前で適当な間隔をおいて、かつ水表面に対して適当な深さで、混合が形成される。混合の位置は、浮力と速度とに依存して決まる。実際の大半の用途については、船首手前での混合形成と船首自体との間に0.1から30メートルの間隔があれば十分である。このことは、調節可能な可動の複数ノズルによって実現することができる。これらのノズルは、進行方向および水表面に対して規定された角度の範囲内で、船首の前方に空気噴射を出すために制御可能としてある。たとえばそれぞれのノズルは、進行方向における一定の角度の範囲内で、船舶の下面から水表面に対する規定された角度のもとで空気噴射を分散させる。   Mixing is formed at an appropriate distance in front of the bow and at an appropriate depth relative to the water surface. The position of mixing depends on buoyancy and speed. For most practical applications, a distance of 0.1 to 30 meters is sufficient between the mixing formation before the bow and the bow itself. This can be achieved by adjustable movable nozzles. These nozzles are controllable in order to emit air in front of the bow within a defined range of travel and angles with respect to the water surface. For example, each nozzle disperses the air jet under a defined angle from the lower surface of the ship to the water surface within a certain angle in the direction of travel.

本発明の1つの実施態様は、既存の球状船首の周りに後付で固定することができるスリーブを介して空気を注入することにある。調節可能な空気ノズルを備えるこのスリーブは、一方では進行方向へ、あるいはそれと同時に進行方向と反対方向へ、下側の胴体に沿って水中へと空気噴射を導入する。これにより、著しい更なる摩擦低減を生ずる。   One embodiment of the invention consists in injecting air through a sleeve that can be retrofitted around an existing spherical bow. This sleeve with an adjustable air nozzle introduces an air jet into the water along the lower fuselage, on the one hand in the direction of travel, or at the same time in the direction opposite to the direction of travel. This results in a significant further friction reduction.

装置によって気体が水中へ圧力により押し出されるのが好ましい。使用する気体は水よりも低い粘性を有しているのがよく、特に、実用的な理由により空気が使用される。   It is preferred that the apparatus pushes the gas into the water by pressure. The gas used should have a lower viscosity than water, especially air for practical reasons.

本発明により、船首に対する静圧が大幅に低減され、船壁での摩擦が低減されて、船首波と船尾波が緩和される。   By this invention, the static pressure with respect to a bow is reduced significantly, the friction in a ship wall is reduced, and a bow wave and a stern wave are relieved.

本発明に基づいて船首に取り付けられた旋回可能な装置を備える船舶を示す側面図である。1 is a side view of a ship with a swivel device attached to the bow according to the present invention. 図1の装置を備える船舶を示す別の概略側面図である。It is another schematic side view which shows a ship provided with the apparatus of FIG.

符号1は、胴体2と、水上領域10を有する喫水線3と、船首4とを備える船舶1を模式的に表現している。船尾5(この略図には図示せず)。付言しておくと、本発明はどのような大型船舶にも適用することができる。したがって、以下の記述における「船舶」という用語の使用は、あらゆる種類の船を代表させたものである。   Reference numeral 1 schematically represents a ship 1 including a fuselage 2, a waterline 3 having a floating region 10, and a bow 4. Stern 5 (not shown in this diagram). In addition, the present invention can be applied to any large vessel. Therefore, the use of the term “ship” in the following description is representative of all types of ships.

1つの好ましい実施形態では、空気噴射は進行方向と反対向きにも水中に注入され、すなわち、形成された気泡が船舶の船尾のすぐ手前にくるまで水中にとどまるようになっている。それにより、摩擦緩和効果が胴体の長さ全体で作用する。   In one preferred embodiment, the air jet is injected into the water in the opposite direction of travel, i.e., it remains in the water until the bubbles formed are just before the stern of the ship. Thereby, the friction relaxation effect acts on the entire length of the body.

リンク式に固定されており、それは、旋回アーム9が船舶の航行速度および/または積載量に依存して適切な潜水深さを得るためである。旋回アーム9の潜水深さの変更は、電子式に制御される。   It is fixed in the form of a link so that the swivel arm 9 obtains an appropriate diving depth depending on the navigation speed and / or load capacity of the ship. The change of the diving depth of the swivel arm 9 is controlled electronically.

図3aには、調整可能なノズルによって、進行方向Xにおける船首前方に選択可能な角度αのもとで、およびそれと同時に、進行方向と反対方向−Xにおける選択可能な角度δのもとで、空気が注入される様子が示されている。   In FIG. 3a, by means of an adjustable nozzle, under a selectable angle α in the forward direction in the direction of travel X and at the same time under a selectable angle δ in the direction −X opposite to the direction of travel, It shows how air is injected.

図3bには同一の様子が側面図で示されている。空気は調整可能なノズルにより、進行方向における船首前方に選択可能な角度βのもとで角度γ,γ’により定義される範囲内に、およびそれと同時に、進行方向と反対方向における選択可能な角度εのもとで注入される。   The same situation is shown in side view in FIG. The air can be selected by an adjustable nozzle within the range defined by the angles γ, γ 'under the angle β selectable forward in the direction of travel, and at the same time, the selectable angle in the direction opposite to the direction of travel Injected under ε.

実施形態が示されており、ここでは調節可能な空気供給装置が、1つまたは複数のスリーブもしくはベルトCによって船首に取り付けられている。磁気式の取付も同じく可能である。空気の注入部と船首との間の距離は、0.1から30メートルの間で変化する。図3bに見られるとおり、空気供給装置は球状船首に直接取り付けられていてよい。   An embodiment is shown, in which an adjustable air supply is attached to the bow by one or more sleeves or belts C. Magnetic mounting is also possible. The distance between the air inlet and the bow varies between 0.1 and 30 meters. As can be seen in FIG. 3b, the air supply device may be attached directly to the bulbous bow.

Claims (15)

粘性の低い気体と、船舶の進行方向に対して相対的に可変の角度で、かつ船舶の喫水線に対する可変の角度で注入される船首手前の水とからなる混合の生成によって船舶で船首波を低減する方法。   Reduces bow waves on ships by creating a mix of low-viscosity gas and water in front of the bow injected at a variable angle relative to the ship's direction of travel and at a variable angle with respect to the ship's waterline how to. 気体取込部の方向は船舶の進行方向に対して鋭角を有するとともに、船舶の喫水線に対して鋭角を有していることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the direction of the gas intake part has an acute angle with respect to the traveling direction of the ship and an acute angle with respect to the waterline of the ship. 気体送出の角度は可変であり、航行中に変更することができることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, characterized in that the angle of gas delivery is variable and can be changed during navigation. 混合は船首手前に適切な間隔をおきながら、かつ水面に関して適切な深さで生成されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, characterized in that the mixing is generated at an appropriate depth with respect to the water surface with an appropriate spacing in front of the bow. 水/気体の混合形成の間隔と深さは運転条件に依存して変わり、たとえば船舶の浮力および/または速度に依存して変わることを特徴とする、請求項2に記載の方法。   Method according to claim 2, characterized in that the interval and depth of the water / gas mixture formation varies depending on the operating conditions, for example depending on the buoyancy and / or speed of the ship. 船首手前の混合形成部と船首自体との間隔は0.1から30メートルである、請求項1から5のうちいずれか1項に記載の方法。   6. A method according to any one of claims 1 to 5, wherein the distance between the mixing formation in front of the bow and the bow itself is 0.1 to 30 meters. 混合は適当な圧力で気泡の流れによって生成されて船舶の船首手前で水中に送られる、請求項1から6のうちいずれか1項に記載の方法。   7. A method according to any one of the preceding claims, wherein the mixing is generated by a stream of bubbles at a suitable pressure and sent into the water before the bow of the ship. 気泡流はそれぞれ異なる大きさの泡を含んでいる、請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the bubble streams contain bubbles of different sizes. 前記気体は空気である、前記請求項のうちいずれか1項に記載の方法。   A method according to any one of the preceding claims, wherein the gas is air. 船首波を低減する器具において、圧力下にある気体、好ましくは空気が装置により船舶の進行方向に対して相対的に可変の角度で、かつ船舶の喫水線に対する可変の角度で、船舶の船首周辺の適切な範囲内に注入され、それにより実質的に気体と水からなる混合を生成することを特徴とする器具。   In a device for reducing the bow wave, the gas under pressure, preferably air, is moved by the device at a variable angle relative to the direction of travel of the ship and at a variable angle with respect to the waterline of the ship, around the bow of the ship. A device characterized in that it is injected within an appropriate range, thereby producing a mixture consisting essentially of gas and water. 気体放出は調整可能であるとともに気体送出の角度は可変であり、航行中に変更することができることを特徴とする、請求項10に記載の器具。   11. An instrument according to claim 10, characterized in that the gas discharge is adjustable and the angle of gas delivery is variable and can be changed during navigation. 気体を放出するための放出装置は、混合が船首手前に適切な間隔をおきながら、かつ適切な深さで生成されるように調整可能であることを特徴とする、請求項10に記載の器具。   11. A device according to claim 10, characterized in that the discharge device for releasing the gas is adjustable so that mixing is produced at a suitable depth with a proper spacing in front of the bow. . 運転条件に依存して、たとえば船舶の浮力および/または速度に依存して、前記放出装置を調整する制御部を有していることを特徴とする、請求項10に記載の器具。   11. Device according to claim 10, characterized in that it has a control for adjusting the discharge device depending on operating conditions, for example depending on the buoyancy and / or speed of the ship. 船首手前の混合形成部と船首自体との間隔は0.1から30メートルであることを特徴とする、請求項10から13のうちのいずれか1項に記載の器具。   14. A device according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the distance between the mixing formation in front of the bow and the bow itself is 0.1 to 30 meters. 混合は適切な圧力のコンプレッサからの気泡流によって生成されることを特徴とする、請求項10から14のうちのいずれか1項に記載の器具。   15. A device according to any one of claims 10 to 14, characterized in that the mixing is produced by a bubble stream from a compressor of suitable pressure.
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