JP2018502015A

JP2018502015A - 空気用のキャビティを備えた船舶

Info

Publication number: JP2018502015A
Application number: JP2017555206A
Authority: JP
Inventors: バイステッド、スティグ
Original assignee: ステナレデリアクチエボラグ
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2036-01-07
Also published as: CN107428394A; KR102463807B1; WO2016114705A1; CN107428394B; SE539235C2; JP6808263B2; KR20170102894A; SE1550022A1

Abstract

本発明は、船舶の平坦な船底部に抵抗低減空隙（４）を有する船舶に関する。下部には水が満たされ、上部には空気が満たされる。本発明によれば、手段（５、６）は、船舶の前部から空隙の前部への水の流れの中をガイドするように配設されている。前記手段は、船底部から始まり、後方に及び／または傾斜面（６）によって延びる湾曲部（５）からなる。追加の前側の空気室（８）が湾曲部及び傾斜面の上方に配置され、更に空気発生手段（２７）が空気室（８）に空気を供給するように配設されている。この空気室（８）の下縁には空気ギャップ（７）が配設され、空気室（８）から傾斜面（６）の下の空間に空気流が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、平らな船底部に設けられた抵抗低減用の空隙であって、下部には水が満たされ、上部には空気が充填される、該空隙を有する船舶に関する。

すべての船舶構造における重要なパラメータの１つは、速度と出力の関係である。通常の商船の場合、摩擦抵抗、すなわち水中船体と水との間の摩擦は、船舶の全抵抗の概ね支配的な部分である。速度が高い場合、例えば高速船の場合のみ、波の抵抗が非常に重要になる。異なるタイプの表面構造を用いて及び異なるタイプの空気潤滑で、摩擦抵抗に影響を与える試みがなされている。しかし、これまでの従来の船舶について結果は悪いものであった。

摩擦抵抗を減少させる別の方法は、濡れ表面の面積を減少させることである。濡れ表面は、速度がゼロのときに周囲の水と接触する船体の一部である。これは、平らな船底の一部が、部分的に空気で満たされた空隙として構成されるという事実によって起こり得る。空隙の下部は水で満たされ、上部は空気で満たされる。以下、同じ上部は、空気室と称する。空気から水を分離する面を境界面と称する。船舶が前進するので、空気の一部は、下の水流によって持ち去られる。流出した空気は、新しい供給された空気で空気室に補給されなければならず、この補給は空気室の前縁及び上部で適宜行われる。水中船体及び空隙は、分離及び乱流を生じさせないために、よく適合された形状でなければならない。さもなければ分離、空隙内の乱流及び空気室内の波の発生により、減少した濡れ表面によって達成され得る抵抗の減少度が著しく小さくなる可能性がある。

船体及び空隙の適切な形状及び空隙の下縁付近に位置する空気／水位の境界面により、濡れ表面の減少に比例した抵抗の減少が得られる。そのような適切な船体形状は、特許文献１（国際公開第２０１０／０３３０５８号）に開示されている。

船舶が外洋を移動するとき、船舶の横方向のローリング運動、すなわち船舶の中心線の長手方向軸を中心とする往復回転運動や、ピッチ運動、すなわち船体の中央点の水平横軸周りの往復回転運動や、両運動の組み合わせが生じることがあり、それにより空気は空隙の横の最も高い位置にある側に流出する。ローリング運動時の空気流出は、長手方向に仕切られた隔壁を用いて空隙を分割することによって、ある程度まで減少させることができる。しかし、ピッチ方向の運動時の空気流出を減少させるために長手方向の仕切り壁を用いた縦方向の空隙の分割は、結果的に抵抗が増大した新たな乱流を生じさせるので、良い解決策ではない。上記の２つの運動の結果は、境界面が空隙の下端付近に保持されず、より高い位置で終わることを意味する。

空隙の既知の形状は、これまで、鋭い縁部の形態で空隙への入口を有する形状とされていた。上述したような何らかの理由で境界面が空隙の下端より少し上に位置すると、空隙入口の水圧と空気室の空気圧との圧力差が得られる。この圧力差は空気室での波の発生を引き起こす。この波の発生にはエネルギーを必要とし、抵抗の減少がかなり低減され、境界面が高い位置にあるとき完全に排除される。この結果として、今日の技術を用いた抵抗の減少は、境界面がボイドの下端付近に位置する場合、すなわち海の状態が非常におだやかで、船舶のキールが平らに近い場合にのみ得られる。

国際公開第２０１０／０３３０５８号米国特許第６５７５１０６号明細書

本発明の主な目的は、空隙入口の手段により、境界面が空気空隙の下端より高く位置していても空気室での波の発生を低減し、最も好ましくはそれを排除するように構成された船舶を提供することである。抵抗の減少は、異なるトリムでも、船舶が海の状態の影響である程度動いたとしても得ることができる。

前記目的は、本発明による船舶によって達成され、本発明の船舶は、
水流を前記船舶の前部から前記空洞の前部に向けるための手段が配設され、
前記手段は、前記船底部から、好適には水平レベルから始まり、前記船舶の後方に延びる湾曲部及び／または前記船舶の長手方向に後方かつ上方に傾斜し、前記空隙の天井に向かって延びている傾斜面からなり、
開口の形態の空気ギャップは、前記湾曲部または前記傾斜面に、またはそのなかに位置し、
前記空気ギャップから前記湾曲部または前記傾斜面の下の空間に空気流が生成されるように、前記空気ギャップに空気を供給するための複数の空気発生手段が配設されることを特徴とする。

尚、米国特許第６５７５１０６号明細書（特許文献２）に示されている構成の目的は、本発明によるものとは全く異なるものである。これに関して説明すると、この文献の開示内容では前部船体の湾曲部から形成される負圧を利用して、パッシブな空気室から空隙を介して空気を吸引しようとする。そして、この空気が、文献には説明のない何らかの方法で空気の遅れによって圧力が上昇されなければならない。この増加した圧力は、キャビティを空気で満たすはずである。従って、空気室を満たすために船舶の速度が利用されるべきという発想である。これは、永遠に機能しない永久運動機関のように思われ、その効果が疑わしい。しかし、本発明によれば、空気が押し込まれ、空気室内の波の発生を低減させる。

従って、本発明は、上述したように、空気が押し込まれ、空気室における波の発生を低減させるという効果に基づくものである。

本発明によれば、前記隙間への入り口である鋭い縁部が、船舶の長手方向に傾斜する概ね平坦な傾斜面並びに湾曲部によって置き換えられる。湾曲部及び傾斜面は、空隙への水の流れを制御する。湾曲部は、好適には、ベースラインの平坦な底部であり、好ましくは前部の球状部の端部を構成するものであり得る水平レベルから始まる。湾曲部及び傾斜面の端部は、主に水平面に対して同じ角度を有するべきである。この角度はまた、問題の速度で分離を生じる角度よりも小さい角度であるべきである。同様に、円弧状であり得る湾曲部は、分離を生じないように選択されるべきである。この解決手段は、特に非常に低速で、かつ境界面が高すぎる位置に配置されていないときに、空気チャンバ内の波の発生を少なくする。これらの条件を超えると、傾斜面に沿った水の流れが境界面に達するときに波が発生する危険性がある。屈曲面及び傾斜面は、代替的手段として、及び組み合わせとして選択することができる。

従って、前側に位置する追加の空気室は、湾曲部及び／または傾斜面の上方に形成され、上記空気発生手段は、上記空気ギャップの前側の空気室である。

追加の前側の空気室が空気で満たされると、その空気は前側の空気室の下端の横方向に向けられた空気ギャップを通って流出し、空気流は傾斜した平面の下に空気層を形成する。この装置はいくつかの重要な利点をもたらす。傾斜面の下の空気層は、湿った表面を更に減らす。更に、傾斜面の下の空気層は圧力差を均等にするので、境界面に達したときには、この効果は大きな波を形成することなく得られる。この解決手段は、より高速の場合、水位が高いために境界面がより高い位置に配置されるように強制される場合に適用することができ。また、コアンダ効果は、傾斜面の下の空気層の影響を受ける。この場合はまた、曲率半径がゼロになるまで曲率を大きくすることで、ギャップの前方に負圧を発生させることができる。このようにして、空気ギャップを通る空気流を増加させることができる。

本発明は、多くの好ましい実施形態を例としてあげて機能及び実施の形態について説明されており、添付の図面は全て船の中心線の垂直断面図である。

図１は、船体の船底部の船首部に適用された本発明による装置を有する船舶を概略的に示す断面図である。図１Ａは、船体の船底部の船首部に適用された本発明による装置を有する船舶を概略的に示す断面図である。図１Ｂは、船体の船底部の船首部に適用された本発明による装置を有する船舶を概略的に示す断面図である。図１Ｃは、船体の船底部の船首部に適用された本発明による装置を有する船舶を概略的に示す断面図である。図２は、追加の空気室を有する空隙の前部を拡大して示す断面図である。図３は、追加の空気室を有する空隙の前部を拡大して示す断面図である。図４は、図５及び図６とともに、代替的な空気供給手段の異なる実施例を示す断面図である。図５は、図４及び図５とともに、代替的な空気供給手段の異なる実施例を示す断面図である。図６は、図４及び図５とともに、代替的な空気供給手段の異なる実施例を示す断面図である。図７は、空隙及びダクトの断面図である。図８は、空隙及びダクトの断面図である。

図１は、本発明の第１の実施形態を示す。図は、本発明による装置を備えた船舶の中心線の垂直断面を示す。追加の前側の空気室８は、空気ダクト２６を介してファンまたはポンプ２７によって従来の方法によって空気で満たされる。空気は空気ギャップ７を通って流出し、空気流は、傾斜面６の下側を通り、船の下の空隙４内の空気室４０まで流れる。この空気室で圧力が上昇し、空気／水の境界面が、圧力のバランスが生じる水準、または空隙の端部に沿って空気が排出され、流出と空気の流入との間にバランスが生じるレベルまで下がる。船舶がほとんど動いておらず、キールがほぼ水平、すなわち、トリムが殆どない場合、そのバランス点はベースラインに非常に近い境界面で生じる。しかし、船舶が動いている場合、より高いレベルで空気流のバランスが生ずる。

図１Ａは、図１の代替的実施形態を示し、この実施形態では空気圧のバランスが空気の排出なしに境界面のより高いレベルで得られる。渦と波の生成を伴わない空気／水の境界面を得るためには、前部船体の形状が非常に重要である。前部船体は、できるだけ中心線に平行な流線で水流を与えなければならない。この流れは、それが上から下に流れるとき、そして例えば球状部２９の下側に達するとき、負圧を生成する。前記負圧は、水の流れが上記の湾曲部５に沿って上方に移動するときに更に増強される。これは、前側の空気室８内の比較的低い正の圧力でも、空気が空気ギャップ７を介して吸引／押し出しされることを意味する。空気は傾斜面６の下側に沿って流れる。境界面に達すると、空隙４の上方の空気室の圧力が増加する。従って、システムのバランスをとるために、傾斜面６の後側に開口９が開いており、空気は前側の空気室８に戻って流れる。従って、湾曲部５後の負圧に応じて、傾斜面６の周りに循環が生じる。空隙４の縁に沿って空気が漏れない場合、境界面のレベルは前側の空気室８内の空気圧のみによって決定され、追加の空気が空気ダクト２６を通して供給される必要はない。

図１Ｂは、図１Ａの代替的実施形態を示す。船体形状と湾曲部がその湾曲部の下で十分な負圧を生じさせていなくても、上記と同様の効果を得ることができる。傾斜面６の後端部は、空隙４の天井まで達して密閉されている。追加の前側の空気室８はファン２７またはポンプを用いる従来の方法によって空気ダクト２６を通して供給された空気で満たされる。空気は空気ギャップ７を通して流出し、空気は空隙４内の空気室まで傾斜面６の下側に沿って進む。圧力は、更にこの空気室を増大させることを目的としているが、空隙４には独自の空気導管ダクト５４が設けられており、ファン５３で追加の空気を吸い込むことができ、所望のレベルの境界面が得られる。船舶が空隙の縁部に沿って大量の漏洩空気を伴う大きな動きを受ける場合、この漏洩空気は、同じ空気導管ダクト５４を通る空気の注入によって補償され得る。

図１Ｃは、図１Ｂの代替的実施形態を示す。前側の空気室８には、横方向隔壁５０が導入されている。図１Ｂのファン５３を有する空気導管ダクト５４は、横方向隔壁５０の空間後部に移動され、図１Ｃにおいて、ファン５２を有するダクト５１として示されている。傾斜面６は、その後方側に開口９を有する。同じ機能及び利点は、図１Ｂに記載された代替実施形態と同様に得られる。このとき、ファン５２に空気を吸入させて前側の８の前部に直接送風することも可能である。その結果は、代替案１Ａと同様の機能となる。従って、前側の空気室８の前後はそれぞれ異なる圧力を有するべきである。前側は、傾斜面６の下での連続的な空気流を確実にするのに十分に高い圧力を有するべきである。しかし、後半部は、所望の境界面レベルに対応する圧力を有するべきである。

図２は、前側の空気室８の拡大図であり、傾斜面６及び傾斜面の後側にある開口９を有する。ファン２７は、空気ダクト２６を介して空気を空気室８に供給する。空気流１０は、空気室８から空気ギャップ７を通して流れ、傾斜面６の下側に従った空気層を形成する。

図３は前側の空気室８の一例の拡大図を示す。空隙４は空隙の天井１によって上方が制限され、空隙の下端、この例ではいわゆるベースライン２によって下方が制限される。湾曲部５は、例えば球状部の端部よりやや後方においてベースライン２上で水平方向に開始している。湾曲部５の後端５Ａは、傾斜面６と同じ水平面に対して主に同じ角度を有する。傾斜面６の前／下側の端部６Ａは、湾曲部の後端５Ａの前方及び若干上方に配置されている。このようにして、空気ギャップ７は空気流１０に傾斜面６の下側に沿った後進方向を与える。ステムから来る水流２３は、湾曲部５に沿って流れ、次に前記空気流１０によって傾斜面から分離される。水流２８の圧力が空気流１０の圧力に一致するとき、境界面３に大きな波振幅３０が形成されることなく、空隙内の大きな空気室に達する。

図４〜図８には、本発明の異なる改変実施形態が示されている。

図４には、湾曲部を有していない傾斜面６を通して空気ギャップ７が延び、ファン２７を備えた空気ダクト２６が設けられている形態が示されている。

図５は、ファン２７が設けられ、追加の前側の空気室が存在しない空気ダクト２６の端部に空気ギャップ７が直接形成される形態を示している。

図６には、傾斜面６の上端部に位置する開口９、並びに傾斜面６上に更に前方に位置する、空気室８からの空気のための出口スロットとしての空気ギャップ７を有する形態が示されている。

図７及び図８は、船舶の長さ方向の延長部を横切って延びるスロット状の空気ギャップ７に達する１つ以上の空気ダクト２６が接続した形態を示している。

本発明による前記装置の性質及び機能は、以上の記載及び図面に示された内容から理解され明白であろうが、本発明は当然のことながら、上記の及び添付の図面に示す実施形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲の請求項によって特定される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な構成要素または均等な技術的特徴を採用した、改変形態で実施することが可能である。

Claims

平らな船底部に抵抗低減空隙（４）を有する船舶であって、
前記空隙の下部が水で満たされ、上部が空気で満たされており、
水流（２３、２８）を前記船舶の前部から前記空隙の前部に向けるための手段（５、６）が配設され、
前記手段は、前記船底部から、好適には水平レベルから始まり、前記船舶の後方に延びる湾曲部（５）及び／または前記船舶の長手方向に後方かつ上方に傾斜し、前記空隙（４）の天井（１）に向かって延びている傾斜面（６）からなり、
開口の形態の空気ギャップ（７）は、前記湾曲部（５）または前記傾斜面（６）にまたはそのなかに位置し、
前記空気ギャップ（７）から前記湾曲部（５）または前記傾斜面（６）の下の空間に空気流が生成されるように、前記空気ギャップ（７）に空気を供給するための複数の空気発生手段（２７）が配設されることを特徴とする船舶。
請求項１に記載の船舶であって、
前側の空気室（８）が、前記湾曲部（５）及び／または前記傾斜面（６）の上方に配設され、
前記空気発生手段（２７）は、前記空気室（８）を介して前記空気ギャップ（７）に空気を送るように構成されていることを特徴とする船舶。
請求項２に記載の船舶であって、
前記傾斜面の後端と前記空隙の前記天井（１）との間に第２の空気ギャップ（９）が設けられることを特徴とする船舶。
請求項１または２に記載の船舶であって、
前記空隙の前記天井（１）には、前記空隙から空気を供給し、または前記空隙から空気を抜き取るための手段が設けられることを特徴とする船舶。
請求項３に記載の船舶であって、
前方空気室（８）が、前記空気発生手段（２７）の後方に設けられた横方向隔壁（５０）によって分割され、それによって形成された前方空気室の後方半分には、前記空気室から空気を供給するか、または空気を抜き取る手段（５１、５２）が設けられることを特徴とする船舶。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の船舶であって、
前記傾斜面（６）は、前記湾曲部（５）の連続部分を形成することを特徴とする船舶。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の船舶であって、
前記船舶の前側底部の前記湾曲部（５）は実質的に水平なレベルから延びていることを特徴とする船舶。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の船舶であって、
前記湾曲部（５）は、その後端（５Ａ）において前記傾斜面と実質的に等しい、水平面に対する傾斜角を有することを特徴とする船舶。
請求項１〜８のいずれか一項に記載の船舶であって、
前記空気ギャップ（７）は、横方向に配向され、前記傾斜面及び／または湾曲部の幅に概ね対応する延長部を有することを特徴とする船舶。
請求項１〜９のいずれか一項に記載の船舶であって、
前記傾斜面の前下端（６Ａ）は、前記湾曲部のより高い後端（５Ａ）の前方及び／または上方に配置され、それによって前記空気ギャップ（７）が前記傾斜面（６）の下側に沿って船尾側方向の空気流（１０）を提供するように設けられることを特徴とする船舶。