JP2016502961A

JP2016502961A - 高速船

Info

Publication number: JP2016502961A
Application number: JP2015553085A
Authority: JP
Inventors: ヤン・アレクサンドル・クーニング
Original assignee: Technische Universiteit Delft
Current assignee: Technische Universiteit Delft
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2016-02-01
Also published as: BR112015016453A2; US9359048B2; AU2014206874A1; EP2945845B1; EP2945845A1; CN104981395B; SG11201504818PA; CN104981395A; WO2014111497A1; US20150336643A1; AU2014206874B2; CA2898346A1; EP2757032A1

Abstract

本発明は、船体と機械式の推進装置とが、フルード数が０．５より大きくなるように構成された船に関するものである。船尾において、船体は４０?より小さい船底勾配角をもつＶ字形の底面を備えた底部を有し、船体は実質的に鉛直な側部を有している。船体には、客室とトリムタンクとが設けられている。トリムタンクの容量は、水が充満されたトリムタンクの重さが空のトリムタンクを伴った船体の重量排水量の３０％より大きくなり、トリムタンクに水が充満されたときに船体中央部の浸漬幅が少なくとも１０％増加するように設定される。船底面（１５）は、トリムタンクに水が充満されたときに最大限に浸漬されるビルジキール（１３、２６）を有する。ビルジキールは、トリムタンクが空のときには少なくとも部分的に水面の上に出る。

Description

本発明は、本願の請求項１の前置き部（preamble）に記載されているような形態の船に関するものである。

このような形態の船は、客室内の乗客を、ある地点から外洋を隔てた目的地に輸送するために高速で航行するということはよく知られている（例えば、特許文献１参照）。このような船が航行する場合、乗客は海上での状況に必ずしも慣れているわけではないので、海上における船の挙動は重要な事項である。波を乗り越えて高速で航行しているときには、船底面に沿った水の流れが船のローリング運動を安定させる。

米国特許第３０８５５３５号明細書

船がその航行速度をゼロ付近まで低下させた後、及び／又は、目的地の近傍で停船状態となった後は、このような安定化効果はなくなり、船体のローリング運動及び／又はピッチング運動などといった、波によって惹起される船の運動が大きくなり、これらの運動は乗客の快適性を大幅に損なう。また、特別に安定化された移動用の渡り通路（transfer-gangway）を用いたとしても、船と目的地との間の乗客の移動は、これらの運動によって妨げられる。

本願請求項１に係る船によれば、これらの不具合は低減される。水が充満したトリムタンク（trim tank）を伴った請求項１に係る船は、より長い船梁（beam）と、より大きな慣性（inertia）とを有し、その結果ローリングの固有振動数（natural frequency）がより低くなる。これにより、船の目的地付近での低速移動時における乗客の快適性がより良好となる。航行時には、トリムタンクは空にされ、船は高速で波を乗り越えることができる。

また、トリムタンクに水が充満され、船の速度がほぼゼロとなり、又は停船しているときに、ビルジキールは到来波（incoming waves）に起因する船のローリング運動を低減する。高速の航行時においてトリムタンクが空の状態にあるときには、ビルジキールは、船の抵抗又は速度にほとんど影響を及ぼさず、船の滑走（planing）に寄与し、滑走時における船の安定性を高める。

請求項２には、本発明の１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、低速の航行時における船体の抵抗が低減され、また停船時におけるビルジキールの損傷が回避される。

請求項３には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、ビルジキールは、その効果を発揮するために、水面下の十分に深い部位に位置し、船体のローリング運動を強力に低減する。

請求項４には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、ビルジキールはローリング運動に強い影響を及ぼす。

請求項５には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、船の高速の航行時に、ビルジキールは、船底面（bottom surface）に沿って下向きに流れる波をそらす（deflecting）しぶき除去器（spray strip）として機能する。これは、船によって惹起されるしぶき（spray）を低減し、水上の船を安定させる。

請求項６には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、ビルジキールは、船体の全長のかなりの長さ（considerable length）にわたって有効に作用し、船のローリング運動を強力に低減する作用を生じさせる。

請求項７には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、ビルジキールは、船体の全長の大部分（major part of the length）にわたって有効に作用し、その結果ビルジキールは、船のローリング運動を低減する強力な作用を生じさせる。

請求項８には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、ビルジキールは、船体の最も広い部分（widest part of the hull）にわたって有効に作用し、これによりビルジキールは、船のローリング運動を低減する非常に強力な作用を生じさせる。

請求項９には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、トリムタンク内の流体の質量が、水中のより深い位置に浮いている船体の重心の高さを若干（slightly）高くする。これは、船体のローリング運動の固有振動数を低減し、トリムタンクに水が充満されたときの船の乗客の快適性を高める。

請求項１０には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、トリムタンクに水を充満することにより、ピッチング振動（pitching oscillation）に対する慣性モーメント（moment of inertia）を大きくする（増加させる）。これにより、
船体のピッチング運動に対する固有振動数が低下し、快適性が高められる。

請求項１１には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、トリムタンク内の水の質量が、重心の位置を高くし、傾心高さ（metacentric height）を低減する。ここで、傾心高さは、重心と、振動しているローリング運動及び／又はピッチング運動における傾心（metacentre）との間の距離を意味する。これは、さらに船体のローリング運動及び／又はピッチング運動の固有振動数を低減し、乗客の快適性を高める。

請求項１２には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、目的地への航海時における乗客の快適性が高められ、船酔いが回避される。

請求項１３には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、乗客は、航海時に水平になった状態で休息することができ、船酔いの危険性がより低減される。

請求項１４には、本発明のもう１つの実施態様に係る船が規定されている。この実施態様では、船酔いの危険性がさらに低減される。

以下では、添付の図面を参照しつつ、いくつかの典型的な実施形態を具体例として、本発明をさらに詳しく説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る高速で航行する船の斜視図である。図２は、図１に示す船の正面線図（body plan）である。図３は、図１に示す船の格納可能（後退可能）なビルジキール（retractable bilge keel）の詳細構造を示す図である。図４は、トリムタンクをある位置に配置したときの、図１に示す船の船体線図（lines plan）である。図５は、トリムタンクをある位置に配置したときの、図１に示す船の船体線図である。図６は、トリムタンクをある位置に配置したときの、図１に示す船の船体線図である。図７は、トリムタンクをある位置に配置したときの、図１に示す船の船体線図である。図８は、トリムタンクをある位置に配置したときの、図１に示す船の船体線図である。図９は、トリムタンクをある位置に配置したときの、図１に示す船の船体線図である。

図１は、船首３及び船尾５を有する船体４を備えた船１を示している。水線（waterline）の位置において、船体４は長さＬ（水線長）を有している。図示された実施形態では、水線長は７０メートルであり、おおむね船体４の全長と同一である。船体４の幅Ｗ（図示せず）は、おおむね１４メートルである。船１は、最高速度ｖ（ｍ／秒）、図示された実施形態ではおおむね３２ノットの速度を出すための機械式の推進装置（図示せず）を有している。図２に示すように、船体線図では、船体４は水上を滑走（planing）するように構成されている。そして、船体４は、０．５超（０．５より大きい）のフルード数、好ましくは０．６超のフルード数が得られるように構成されている。ここで、フルード数は、最高速度ｖを、水線長Ｌと重力定数ｇ（gravitational constant）の積の平方根で除算した値（ｖ／（ｇ×Ｌ）^1/2）である。少なくとも０．５、可能であれば少なくとも０．６のフルード数を採用することにより、本発明の他の実施形態に係る船の水線長をあらゆる値（任意の値）に設定することができる。

図１に示す船１は、乗客（乗船者）を客室（船室）７内に収容して輸送するように構成されている。この実施形態では、客室７は、最大７０人の乗客を収容するように構成されている。客室７は、乗客の船酔いを低減するように構成されている。これは、客室７が、船体中央部（amidships）、すなわち船１の重心の近傍に配置されているということを意味する。さらなる特徴は、客室７は、防音され（sound isolated）、最大限の快適性を与える空調システムを有し、良好に照明されているという点にある。図１に示すように、客室７は、多数の窓を有し、これにより乗客は水平線を鑑賞することができるようになっている。客室７内における水平線が十分には見えない部位には、水平線を表示する画像表示装置（visual displays）が設けられている。なお、他の実施形態においては、客室７を他の位置に配置することができ、また他の設備（facilities）を設けることができることは言うまでもない。

乗客の快適性を高めるとともに、乗客の船酔いを回避する能力を高めるための１つの重要な特徴は、機械的又は電気的に調節可能なランバーサポート（lumbar supports）を有する座席（seats）が甲板（deck）の上に取り付けられていることである。この恩恵を十分に受けられるように、座席の背もたれ（backrest）は、水平状態まで調節することができ、これにより乗客、好ましくはすべての乗客が海上での航海時に水平状態となってくつろぐことができる。限られた量の荷物（limited amount of cargo）を輸送するために、船１は荷物収容器２（cargo holds）を有し、また船体中央部に操舵室８が設けられている。船１は、この種の船において必要とされるすべての装置、例えば推進装置（propulsion）、操舵手段、燃料タンク、バラストタンク（ballast tank）、ナビゲーション装置（navigation equipment）などを備えていることは言うまでもない。

船尾５の近傍において船１の後部には、例えば波の運動の結果として生じる、静止している目的地に対する船１の相対移動に追従する（follow）自己安定式プラットフォーム（self stabilizing platform）を備えた渡り通路６（gangway）が設けられている。船搭載型の自己安定式プラットフォームは、すべての船の動き（vessel motion）を能動的に補償して（actively compensate）、水中の静止している目的地、例えば採掘装置（drill rig）や採油プラットフォームに、安全に沖合乗降をさせるようになっている。このような自己安定式プラットフォームを備えた渡り通路６は、例えば「アンペルマン（Ampelmann）」との商品名で販売されている。他の実施形態に係る船に取り付け及び取り外すために、他の型式の渡り通路を採用して、船１の異なる部位に取り付けてもよい。

船体４の構成においては、船１の後部、すなわち船尾５から前方に測定したときに船体４の長さの６０％から７０％までの部分は、実質的に平坦な船底面１５（substantially flat bottom surfaces）を有している。この船底面１５の断面はＶ字形であり、水平方向に対して４０°未満、可能であれば３０°未満の船底勾配角１７（deadrise angle）でもって上方に対称形で延びている。そして、水面の上では、船体４は実質的に鉛直な側部１０（substantially vertical sides）を有している。図２では、中心面２２（centre plane）を備えた船体４の正面線図（body plan）中にこれを表示している。ここで、正面線図の左側は船体中央部の後部における船体４の断面を示している。船体４の前部（foreship）において、船底面１５の船底勾配角１７は徐々に大きくなっている。図１に示す実施形態では、船首３は、水面に対して垂直であり、これにより船首３の近傍では、船底勾配角はほぼ９０°となっている。

船１には、２つ又はこれより多い区画室（compartments）を有するトリムタンク（trim tank）が設けられている（図４参照）。このトリムタンクは大きな容積を有している。トリムタンクの容積は、水が充満されたトリムタンクの重量（weight）が、空のトリムタンクを伴った船体４の排水重量（weight of displacement）の３０％超、好ましくは４０％超となるように設定される。これは、船体４の喫水（draught）が、水が充満されたトリムタンクによって、かなり大きくなる（増加する）ということを意味する。図２においては、これは、トリムタンクが空である船体４の第１の喫水に対応する第１の線１２と、トリムタンクに水が充満された船体４の第２の喫水に対応する第２の線１１とで示されている。船底面１５は、両船側部１０まで延びている。両船側部１０の幅（width）は、トリムタンクに水が充満されたときに船底面１５の浸漬幅（immersed width）が各側部１０で幅増加２０（added width）だけ増加して、喫水（draught）が第１の喫水（第１の線１２）から第２の喫水（第２の線１１）まで変化するように設定される。各船側部１０における幅増加２０は、船体中央部の船幅（width）又は船梁（beam）の少なくとも５％の長さ、好ましくは少なくとも７．５％の長さに設定される。船１の質量増加は、重心Ｇを新たな位置Ｇ’に変化させる。この新たな重心Ｇ’は、元の重心Ｇの上方に位置する。さらに、船の質量増加は慣性モーメント（moment of inertia）を変化させ、これによりローリングの固有振動数が小さくなる（低くなる）。

船体４は、船体後部において、第１の水面位置１２（water level）の高さのところで、船底面１５にこれと垂直に取り付けられたビルジキール１３（bilge keel）を有している。ビルジキール１３は、船底面１５から所定のビルジキール高さ１６（bilge keel height）だけ延びている。ここで、ビルジキール高さ１６は、水面位置１２における船梁又は船幅の４％を超える長さ又は０．５０ｍを超える長さのうちのいずれか短い方の長さに設定される。図示された実施形態では、ビルジキール１３は、船体４の各船側部１０において、水線長Ｌのおおむね６０％の長さにわたって延びているが、他の実施形態ではこれより短くてもよく、その最小限は水線長Ｌの３０％である。図示された実施形態では、ビルジキール１３は、該ビルジキール１３と船底面１５との間における所定の下向きの角度の範囲内に設けられたしぶき係止用放射状構造物１４（spray radius）を有している。かくして、ビルジキール１３は、トリムタンクが空の状態で第１の喫水（第１の線１２）で船１が航行しているときに、しぶき係止柵（spray rail）として機能する。

トリムタンクに水が充満され、船体４が第２の喫水（第２の線１１）の状態にあるときには、ビルジキール１３は、第２の喫水（第２の線１１）の下方で、ビルジキール深さ１８（bilge keel depth）まで延び、ビルジキール深さ１８は、浸漬された船幅又は船梁の４％超又は０．５ｍ超のうちのいずれか小さい方の長さとなるように設定される。このビルジキール深さ１８は、ビルジキール１３が、波間にある船１のローリングを低減することを確実にする。トリムタンクに水が充満された状態では、船底面１５は、第２の喫水（第２の線１１）の上方で空中露出船底面２１（free bottom surface）として延び、船側部１０は水面上の高さ１９のところから始まる。このように増加した空中露出船底面２１及び水面上の高さ１９は、浮心Ｂの位置を変化させる。浮心Ｂの位置の変化により、傾心（metacentre）の位置が変化し、これにより傾心高さはＧＭ又はＧＭ’となる。傾心高さＧＭ、ＧＭ’が変化すると、ローリングの振動数が変化するので、船１の仕様（design）を、船１が第２の喫水（第２の線１１）の状態にあるときに乗客の快適性を高めるような比較的低いローリング振動数に設定することができる。

図３は、位置調整駆動装置２５（positioning drive）を有する格納可能（後退可能）なビルジキール２６の詳細な断面を示している。トリムタンクが空であり、船体４が第１の喫水（第１の線１２）の状態にあるときに、位置調整駆動装置２５はビルジキール２６を後退させ、これにより小さいしぶき閉止突起（spray ridge）が船底面１５に残留する。これは、高速の航行時における流動抵抗を低減する。トリムタンクに水が充満され、船体４が第２の喫水（第２の線１１）の状態にあるときに、ビルジキール２６は船底面１５から延び、船１のローリング運動を低減する。異なる実施形態に係る船１においては、ビルジキールは、前記の種々の実施形態を組み合わせてなる異なる形態のものであってもよいのはもちろんである。

図４、図６及び図８においては、船１の船体線図中に、１つの区画室を備えたトリムタンクが示されている。図５、図７及び図９には、２つの区画室を備えたトリムタンクが示されている。トリムタンクがこれらの図に示されたものより多くの区画室を有していてもよいのはもちろんである。これらの図においてはトリムタンク（区画室）の位置のみが示されている。

図４は、重心Ｇの上方において甲板の高さ位置にトリムタンク３０が配置された船１の実施形態を示している。この船において、トリムタンク３０に水を充満させた場合、重心の位置が少し高くなり、ローリング方向における慣性モーメントが少し大きくなる（増加する）。

図５は、それぞれ左舷及び右舷において甲板の高さ位置にトリムタンク３１及びトリムタンク３２が配置された船１の実施形態を示している。この船において、両トリムタンク３１、３２に水を充満させた場合、重心の位置が少し高くなり、ローリング方向における慣性モーメントがかなり大きくなる（増加する）。

図６は、重心Ｇの高さ位置の近傍において水線の高さ位置にトリムタンク３３が配置された船１の実施形態を示している。この船において、トリムタンク３３に水を充満させた場合、重心の位置はほとんど変わらないが、ローリング方向における慣性モーメントが少し大きくなる（増加する）。

図７は、重心Ｇの上方において甲板の高さ位置にトリムタンク３４及びトリムタンク３５が配置された船１の実施形態を示している。ここで、トリムタンク３４は船尾５の近傍に配置され、トリムタンク３５は船首３の近傍に配置されている。この船において、トリムタンク３４、３５に水を充満させた場合、重心の位置が少し高くなり、ピッチング方向における慣性モーメントが大きくなる（増加する）。

図８は、重心Ｇの上方において甲板の高さ位置より高い位置にトリムタンク３６が配置された船１の実施形態を示している。この船において、トリムタンク３６に水を充満させた場合、重心の位置が高くなり、ローリング方向における慣性モーメントが大きくなる（増加する）。

図９は、重心Ｇの高さ位置において水線の高さ位置にトリムタンク３７及びトリムタンク３８が配置された船１の実施形態を示している。この船において、トリムタンク３７、３８に水を充満させた場合、重心の位置は変化せず、ローリング方向における慣性モーメントが若干変化し、ピッチング方向における慣性モーメントがかなり変化する。

本発明の実施場面では、トリムタンクへの水の導入及びトリムタンクからの水の排出は、実質的に同一の位置又は実質的に同一の領域で行うのが有利である。その結果、例えば微生物の拡散（spreading）が防止され、又は少なくとも低減される。

種々の実施形態に係るトリムタンク３０〜３８の位置は組み合わせることができ、船１の使用に際して想定される海の状況や波間における船１の挙動に応じて、これらの組み合わせの態様を変更することができる。

１船、２荷物収容器、３船首、４船体、５船尾、６渡り通路、７客室、８操舵室、１０船側部、１１第２の線、１２第１の線、１３ビルジキール、１５船底面、１７船底勾配角、１８ビルジキール深さ、１９水面上の高さ、２０幅増加、２１空中露出船底面、２２中心面、２５位置調整駆動装置、２６ビルジキール、３０〜３８トリムタンク、Ｌ水線長（船体長）、Ｇ重心、Ｍ浮心、Ｂ傾心。

Claims

水線長（Ｌ）を有する船体（４）と、最高速度（ｖ）を出すための機械式の推進装置とを備えている船であって、
前記船体及び前記推進装置は、
フルード数（ｖ／（ｇ×Ｌ）^１／２）が、０．５超、好ましくは０．６超であり、
前記船体が、船首（３）を含む船前部と、船尾（５）を含む船後部とを有し、
前記船後部において、前記船体が、Ｖ字形の船底面（１５）を備えた底部を有し、
前記船体の浸漬部分において、前記船体が、４０°未満、好ましくは３０°未満の船底勾配角（１７）でもって対称形で上向きに延び、
水面上において、前記船体が、実質的に鉛直な船側部（１０）を有し、
前記船体内に、客室（７）と、所定のトリムタンク容量をもつトリムタンク（３０〜３８）とが存在する、
ように構成され、
前記トリムタンク容量は、水が充満されたトリムタンクの重さが、トリムタンクが空である前記船体の重量排水量の３０％超、好ましくは４０％超となるように設定され、
前記船体は、前記トリムタンクに水を充満させたときに、水上で停止しているときの前記船体の船梁又は船体中央部の浸漬幅が、少なくとも１０％超、好ましくは１５％超となるように構成され、
前記船後部において、前記船底面（１５）はビルジキール（１３、２６）を有していて、
前記ビルジキールは、前記トリムタンクに水が充満されているときには完全に浸漬され、前記トリムタンクが空のときには少なくとも部分的に水面上に出るように配置されていることを特徴とする船。
前記ビルジキールが格納可能であることを特徴とする、請求項１に記載の船。
前記トリムタンクに水が充満されたときに、前記ビルジキール（１３、２６）は、浸漬幅又は船梁の４％超、又は０．５ｍ超のうちの小さい方の喫水（１８）まで延びることを特徴とする、請求項１又は２に記載の船。
前記ビルジキールは前記船底面に対して垂直に延び、ビルジキール高さ（１６）は、水面においてその船幅又は船梁の４％超、又は０．５０ｍ超のうちの小さい方の値であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の船。
前記ビルジキールと前記船底面との間の下向きの所定の角度内に、前記ビルジキール高さ（１６）の少なくとも５０％の高さの放射状構造物（１４）を有する湾曲した遷移領域が存在し、
前記ビルジキールは、前記トリムタンクが空の状態で前方に航行している船において、前記船底面及び前記ビルジキールが下向きのしぶきを生成するように配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の船。
前記ビルジキールは、前記船体の各船側部で、その全長の３０％超の長さにわたって延びていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の船。
前記ビルジキールは、前記船体の各船側部で、その全長のほぼ６０％の長さにわたって延びていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の船。
前記ビルジキールは、前記船後部、好ましくは前記船尾から前記船前部まで延びていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の船。
前記トリムタンクは、該船の船側部において、船体又は船体中央部の重心の上方で船体中央部に配置された１つ又は複数の区画室を備えていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の船。
前記トリムタンクが２つの区画室を有していて、一方の区画室は船首の近傍の船前部に配置され、他方の区画室は船尾の近傍に配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の船。
前記トリムタンクは、水面位置又はその近傍に配置され、又は主甲板の上方に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の船。
前記客室は前記船体の重心の近傍に配置され、
かつ、前記客室は防音され、及び／又は、空調システムを有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の船。
前記客室は、実質的に水平位置までリクライニングさせることができる背もたれを有する客席を備えていて、
前記客席は、すべての乗客に対して設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載の船。
前記客室は、画像表示装置及び／又は水平線鑑賞窓を備えていることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の船。