JP2019014294A - 船舶、及び操船方法 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶が風や波等の外乱を受けて斜航している際の針路保持に要する舵の当舵量を減少させ、斜航時における推進効率を向上させることができる船舶及び操船方法を提供する。【解決手段】船舶１の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップＭＳよりも船首２側の範囲に船舶１に対して旋回モーメントＦ．Ｍを発生させる少なくとも１基のフィン６を設ける。そして、船舶１が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、フィン６の船底外板３からの突出長さＬを、斜航により船舶１に生じる回頭モーメントＯ．Ｍを低減して、針路保持に要する舵５の当舵量を減少させる旋回モーメントＦ．Ｍを発生する突出長さＬに制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、船舶及び操船方法に関し、より詳細には、当該船舶が風や波等の外乱を受けて斜航している際の針路保持に要する舵の当舵量を減少させ、斜航時における推進効率を向上させることができる船舶及び操船方法に関する。

船舶１Ｘが斜め向かい風Ｗを受けて斜航している場合には、図５に示すように、船体が斜航によって生じる流体力によって船舶１Ｘには船首２を風上側へ振る方向に回頭モーメントＯ．Ｍが発生する。それ故、従来では針路保持のために、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを打ち消すように当舵（修正舵）をとりながら航行している。このように船舶１Ｘが風の影響によって斜航する場合には、正面からの向かい風に対して直航している場合に比して、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを相殺するために舵５の当舵量（舵角β）を大きくする必要がある。しかしながら、舵５の当舵量を大きくするほど当舵による舵５と船体の水中抵抗は増大し、船舶１Ｘの速力や推進効率が低下する不具合が生じる。

これに関連して、舵本体の下端に縦断面の中心線が後方へ斜め上方に傾斜した翼型断面を有する付加物を設けることにより、舵抵抗の減少を図るとともに、微小舵角の際の当舵抵抗も極力低減させる船舵が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この船舵では１〜５度程度の微小舵角の際の当舵抵抗の低減を図ることはできるが、舵角βが大きくなった場合には当舵による水中抵抗を低減させる効果は低い。そして、この船舵を採用した場合にも、船舶が斜め向かい風を受けて斜航する場合には当舵量を大きくする必要がある。それ故、船舶が風の影響によって斜航する場合に関しては、この船舵は推進効率の向上にはほとんど寄与しない。

特開２００９−１１９９３４号公報

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、船舶が風や波等の外乱を受けて斜航している際に、針路保持に要する舵の当舵量を減少させ、斜航時における推進効率を向上させることができる船舶及び操船方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明の船舶は、当該船舶の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップよりも船首側の範囲に当該船舶に対して旋回モーメントを発生させる少なくとも１基のフィンと、前記フィンの船底外板からの突出長さを変更するフィン突出量変更機構とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、ミッドシップよりも船首側の範囲に船舶に対して旋回モーメントを発生させる少なくとも１基のフィンを備えることにより、船舶が風や波等の外乱を受けて斜航している際に、斜航することによって船体に生じる回頭モーメントに対して、その回頭モーメントを低減する方向の旋回モーメントを発生させることが可能となる。また、フィンの船底外板からの突出長さを変更することで、この旋回モーメントの大きさを回頭モーメントの大きさに応じて調整することができ、舵の当舵量を的確に減少できる。これにより、針路保持に要する舵の当舵量を減少できるので、従来に比して当舵による舵と船体の水中抵抗を低減し、斜航時における推進効率を向上させることができる。

なお、フィンの設置箇所が船体の中央位置から船首側に離れるほど、フィンによって発生できるモーメントが大きくなる。それ故、フィンの設置箇所は、ミッドシップよりも船首側の範囲、好ましくは、船舶の全長Ｌｏａに対して船首端から後方へ（１／３）×Ｌｏａよりも船首側の範囲、より好ましくは船首端から後方へ（１／５）×Ｌｏａよりも船首側の範囲にするとよい。

上記の船舶において、当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる旋回モーメントを発生する前記フィンの突出長さを算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された突出長さになるように前記フィン突出量変更機構を制御するフィン制御手段とを備えた構成にすることもできる。

この構成にすると、算出手段とフィン制御手段により、フィンの突出長さを適切な長さに自動で制御することが可能となる。それ故、フィンの突出長さを人為的に操作する場合に比して、フィンによって発生させる旋回モーメントにより、斜航による回頭モーメントをより的確に低減できる。また、フィンの突出長さの制御を自動化できるので、操船作業を軽労化することができる。

上記の船舶において、前記フィンの固定角度を変更可能に構成するとともに、当該船舶の針路に対する風向きおよび水流の方向に基づいて、前記回頭モーメントを低減する方向の旋回モーメントを発生可能な前記固定角度に前記フィンを設定するフィン角度設定手段を備えた構成にすることもできる。

この構成にすると、フィンの固定角度を変更することで、１基のフィンで船舶に対して左右両方向に旋回モーメントを発生させることが可能となる。また、フィンの固定角度を変更することで、フィンによって発生させる旋回モーメントの大きさを変更させることも可能となる。さらに、フィン角度設定手段により、フィンの固定角度の制御を自動化できるので、操船作業を軽労化することができる。

上記の船舶において、例えば、前記フィンを当該船舶のセンターライン（船体中心線）上に１基備えた構成にすることもできる。

上記の船舶において、当該船舶に対して発生させる旋回モーメントの方向が異なる複数の前記フィンと、それぞれの前記フィンの船底外板からの突出長さを変更する前記フィン突出量変更機構とを備え、前記算出手段が、当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる旋回モーメントを発生する複数の前記フィンの突出長さをそれぞれ算出し、前記フィン制御手段が前記算出手段によって算出された前記フィンのそれぞれの前記突出長さになるように、前記フィン突出量変更機構を制御する構成にすることもできる。

この構成にすると、船舶に対して発生させる旋回モーメントの方向が異なる複数のフィンを選択的に使用することで、船舶に対して左右両方向に旋回モーメントを発生させることが容易に可能となる。そして、算出手段により複数のフィンのそれぞれの適切な突出長さをそれぞれ算出し、その算出されたそれぞれの突出長さになるように、フィン制御手段によってフィン突出量変更機構を制御することで、船底外板から突出させたフィンによって発生させる旋回モーメントにより回頭モーメントを効果的に低減することができる。

上記の船舶において、前記算出手段が、風向きと風速、及び／又は、波向きと波高、加えて、水流の方向と水流の速さ、及び、当該船舶の針路と船速に基づいて、前記フィンの突出長さを算出するように構成されていると、針路保持に要する舵の当舵量を減少させるのに適したフィンの突出長さを精度よく算出することが可能となる。

上記の船舶において、前記算出手段が、前記フィンが発生する旋回モーメントによる当舵量の減少によって生じる推進エネルギーの低下量よりも、前記フィンの抵抗による推進エネルギーの増加量が小さくなるように前記突出長さを算出するように構成されていると、フィンで発生させる旋回モーメントによって舵の当舵量を減少させることによる燃費性能を向上させる効果と、フィンによる抵抗に起因する推進性能の低下による燃費性能を低下させる影響とを比較することにより、燃費性能を向上させるのに有利なフィンの突出長さをより精度よく算出することが可能となる。

上記の目的を達成するための操船方法は、当該船舶の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップよりも船首側の範囲に当該船舶に対して旋回モーメントを発生させる少なくとも１基のフィンを設け、前記フィンの船底外板からの突出長さを、当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる旋回モーメントを発生する前記フィンの突出長さに制御することを特徴とする。

この方法によれば、ミッドシップよりも船首側の範囲に船舶に対して旋回モーメントを発生させる少なくとも１基のフィンを設けることにより、船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航することによって船体に生じる回頭モーメントに対して、その回頭モーメントを低減する方向の旋回モーメントを発生させることが可能となる。また、フィンの船底外板からの突出長さを変更することで、この旋回モーメントの大きさを回頭モーメントの大きさに応じて調整することができ、舵の当舵量を的確に減少できる。これにより、針路保持に要する舵の当舵量を減少できるので、従来に比して当舵による舵と船体の水中抵抗を低減し、斜航時における推進効率を向上させることができる。

本発明の船舶および操船方法によれば、ミッドシップよりも船首側に船舶に対して旋回モーメントを発生させる少なくとも１基のフィンを設けることで、船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航することによって船体に生じる回頭モーメントに対して、その回頭モーメントを低減する方向の旋回モーメントを発生させることが可能となる。また、フィンの船底外板からの突出長さを変更することで、この旋回モーメントの大きさを回頭モーメントの大きさに応じて調整することができ、舵の当舵量を的確に減少できる。これにより、針路保持に要する舵の当舵量を減少できるので、従来に比して当舵による舵と船体の水中抵抗を低減し、斜航時における推進効率を向上させることができる。

本発明に係る第１の実施の形態の船舶が風の外乱を受けて斜航している状況を平面視で模式的に示す説明図である。 図１の船舶を側面視で模式的に示す説明図である。 本発明に係る第２の実施の形態の船舶が風の外乱を受けて斜航している状況を平面視で模式的に示す説明図である。 図３の船舶を正面視で模式的に示す説明図である。 従来の船舶が風の外乱を受けて斜航している状況を平面視で模式的に示す説明図である。

以下、本発明に係る実施の形態の船舶を図面を参照しながら説明する。

図１および図２に例示する本発明に係る実施の形態の船舶１は、船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップＭＳよりも船首２側の範囲に、船舶１に対して旋回モーメントＦ．Ｍを発生させるフィン６と、このフィン６の船底外板３からの突出長さＬを変更するフィン突出量変更機構７とを備えている。この実施の形態では、船舶１のセンターライン（船体中心線）上に１基のフィン６が設けられている。

船舶１は、さらに、航行条件に応じて適切なフィン６の突出長さＬを算出する算出手段８と、この算出手段８によって算出された突出長さＬになるようにフィン突出量変更機構７を制御するフィン制御手段９とを備えている。船尾部には、推進装置４と、舵５と、舵５を制御する舵制御手段１３とを備えている。船舶１の甲板上には風向きと風速を測定する風向風速計１０が設置され、船底には水流の方向と水流の速さを測定する水流センサ１１が設置されている。

図１に示すように、船舶１が斜め向かい風Ｗを受けて斜航している場合には、船体が斜航することで船舶１には船首２を風上側へ振る方向に回頭モーメントＯ．Ｍが発生する。この図１では、北（Ｎ）から南に向かって風Ｗが吹いている状態で、船首方位Ｘをほぼを北東方向に向けて針路Ｃで航行している場合を示している。この場合には、斜航により船舶１には船首２を風上である北側に向ける左回り（上から見て反時計回り）の回頭モーメントＯ．Ｍが発生することになる。なお、図１では、船舶１に対する水流Ｔの方向を針路Ｃと同じ方向としているが、潮流や海流があるときには、必ずしも、水流Ｔの方向と針路Ｃとが同じ方向にならない場合もある。

このように、船舶１が風Ｗや波等の外乱を受けて斜航する場合には、針路Ｃを保持するために斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを打ち消すようなモーメントを発生させることが必要となる。船舶１では、この斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを減殺する旋回モーメントＦ．Ｍを船首２側に設けたフィン６によって発生させる。即ち、この図１の状態では、左回りの回頭モーメントＯ．Ｍを減殺するために、フィン６によって右回りのモーメントＦ．Ｍを発生させる。そして、フィン６によって旋回モーメントＦ．Ｍを発生させることで、針路保持に要する舵５の当舵によるモーメントＨ．Ｍを低減させる。これにより、針路保持に必要な当舵量（舵角度α）を低減させる。そして、舵５の当舵量を低減させることによって当舵による舵５と船体の水中抵抗を低減し、従来に比べて船舶１の斜航時における推進効率を向上させる。

この実施の形態のフィン６は、船体に対して上下方向に延在する翼型断面の板状部材と回転軸で構成されている。フィン６は回転軸を中心軸として水平方向に回動する構成となっており、回転軸を船体に対して回動させることで、船舶１のセンターラインに対するフィン６の固定角度θを任意の角度に設定できる構成になっている。

この実施の形態の船舶１には、斜め向かい風Ｗを受けて斜航している際に、船舶１の針路Ｃに対する風向きおよび水流Ｔの方向に基づいて、回頭モーメントＯ．Ｍを低減する方向の旋回モーメントＦ．Ｍを発生可能な固定角度θにフィン６を設定するフィン角度設定手段１２が設けられている。そして、フィン角度設定手段１２によってフィン６の固定角度θを変更することで、船舶１に対して発生させる旋回モーメントＦ．Ｍの方向と大きさを変更できる構成になっている。

この実施の形態では、船舶１に設けられた入力手段に船舶１の針路Ｃと船速を入力して設定すると、風向風速計１０による風向きの測定データと水流センサ１１による水流Ｔの向きの測定データに基づいて、フィン角度設定手段１２によってフィン６の固定角度θが自動的に設定される構成になっている。例えば、図１のように、船首方位Ｘに対する斜航が船舶１に左回りの回頭モーメントＯ．Ｍを発生させる条件の場合には、フィン角度設定手段１２によってフィン６は、船舶１に右回りの旋回モーメントＦ．Ｍを発生させる固定角度θに自動的に設定される。

フィン６のセンターラインに対する固定角度θは好ましくは、左右両舷側において５度以上２０度以下の範囲内で設定される。フィン６のセンターラインに対する固定角度θを５度以上とすることで、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを低減するのに十分な大きさの旋回モーメントＦ．Ｍを発生させることが可能となる。さらに、固定角度θを２０度以下とすることで、フィン６による抵抗が過大になることを防ぐことができる。

図２に示すように、この実施の形態では、フィン突出量変更機構７によってフィン６を船体に対して上下移動させることにより、フィン６を一定の固定角度θに設定した状態でフィン６の船底外板３からの突出長さＬを任意の長さに変更できる構成になっている。そして、フィン６の突出長さＬを変更することで、船舶１に対して発生させる旋回モーメントＦ．Ｍの大きさを変更できる構成になっている。また、フィン６は、上方に移動させることで船底外板３の内側に収納できる構成になっている。

なお、フィン６の形状や、フィン６の突出長さＬを変更する機構は、この構成に限定されず、他にも様々な構成にすることができる。例えば、フィン６を、複数の分割体がフィン６の長手方向に移動可能に接続されて構成されたテレスコピック構造とし、フィン６を伸縮させることによってフィン６の船底外板３からの突出長さＬを変更する構成にしてもよい。なお、前舵は連続的に舵角を変えることで旋回モーメントの大きさを変化させるが、このフィン６では角度を固定角度θにしてフィン６の突出長さＬを変更することで旋回モーメントの大きさを変化させる点が前舵とは大きく異なる。

フィン６は、設置箇所が船体の中央位置ＣＨから船首２側に離れるほど、発生できる旋回モーメントＦ．Ｍが大きくなる。それ故、フィン６の設置箇所は、ミッドシップＭＳよりも船首２側の範囲、好ましくは、船舶１の全長Ｌ_ＯＡに対して船首端から後方へ（１／３）×Ｌｏａよりも船首２側の範囲、より好ましくは船首端から後方へ（１／５）×Ｌｏａよりも船首２側の範囲にするとよい。フィン６を上述した範囲に設置することで、フィン６のサイズを小さくしつつ、大きな旋回モーメントＦ．Ｍを発生させることが可能になる。

算出手段８は、船舶１が斜め向かい風Ｗや波等の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって船舶１に生じる回頭モーメントＯ．Ｍを低減して、船舶１の針路保持に要する舵５の当舵量を減少させるフィン６の突出長さＬを算出する。具体的には、算出手段８は例えば、風向き、風速、水流Ｔの方向、水流Ｔの速さ、船舶１の針路Ｃおよび船速に基づいて、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを低減するのに効果的なフィン６の突出長さＬを算出する。

この実施の形態では、入力手段に入力された船舶１の針路Ｃと船速の設定値と、風向風速計１０による風向きおよび風速の測定データと、水流センサ１１による水流Ｔの方向および水流Ｔの速さの測定データとに基づいて、設定された針路Ｃと船速とを維持するために必要な舵５の当舵量を最小にするフィン６の突出長さＬが、算出手段８によって逐次算出される構成となっている。そして、この算出手段８の算出結果は逐次フィン制御手段９に入力され、フィン制御手段９は算出手段８の算出結果に基づいてフィン突出量変更機構７を逐次制御する構成となっている。

さらに、この実施の形態では、算出手段８によって、フィン６を算出された突出長さＬに設定した場合の針路Ｃを維持するために必要な舵５の当舵量も同時に算出され、その算出結果が逐次舵制御手段１３に入力されるようになっている。そして、舵制御手段１３は、算出手段８の算出結果に基づいて舵５を逐次制御する構成となっている。

即ち、この実施の形態では、入力手段に所望の針路Ｃと船速を入力すると、風向きと水流Ｔの方向に基づいてフィン角度設定手段１２によりフィン６の固定角度θが自動的に設定される。これにより、フィン６によって斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを低減する旋回モーメントＦ．Ｍを発生可能な状態となる。それとともに、算出手段８によって、風向き、風速、水流Ｔの方向、水流Ｔの速さ、船舶１の針路Ｃおよび船速に基づいて、舵５の当舵量を最小にするフィン６の突出長さＬと、その条件において必要な舵５の当舵量が逐次算出される。そして、算出手段８で算出された突出長さＬになるようにフィン制御手段９によってフィン突出量変更機構７が逐次自動で制御されるとともに、算出された当舵量になるように舵制御手段１３によって舵５が逐次自動で制御される。

船舶１の針路Ｃと船速の条件を変更する場合には、入力手段に新たな針路Ｃと船速を入力することで、算出手段８およびフィン角度設定手段１２は新たな針路Ｃと船速に基づいた算出結果を出す構成になっている。

なお、算出手段８によって行う具体的な算出プロセスや算出式についての説明は省略するが、算出手段８の算出プロセスや算出式は、予めコンピュータ等を用いて船舶１のスペック（要目や船型）に基づいた斜航時における流体数値計算シミュレーションを行ったり、水槽実験や風洞実験を行ったりすることで構築することができる。また、例えば、算出手段８に人工知能（ＡＩ）を塔載し、船舶１の航行データについて機械学習を行うことで算出プロセスの構築や改良を図っていくことも可能である。

このように、本発明では、ミッドシップＭＳよりも船首２側の範囲に船舶１に対して旋回モーメントＦ．Ｍを発生させるフィン６を備えることにより、船舶１が風Ｗや波等の外乱を受けて斜航している際に、斜航することによって船体に生じる回頭モーメントＯ．Ｍに対して、その回頭モーメントＯ．Ｍを低減する方向の旋回モーメントＦ．Ｍを発生させることが可能となる。さらに、フィン６の船底外板３からの突出長さＬを変更することで、フィン６によって発生させる旋回モーメントＦ．Ｍの大きさを回頭モーメントＯ．Ｍの大きさに応じて調整することができ、舵５の当舵量をより的確に減少できる。これにより、針路保持に要する舵５の当舵量を減少できるので、従来に比して当舵による舵５と船体の水中抵抗を低減し、斜航時における推進効率を向上させることができる。

この実施の形態のように、算出手段８とフィン制御手段９とを備えた構成にすると、フィン６の突出長さＬを適切な長さに自動で制御することが可能となる。それ故、フィン６の突出長さＬを人為的に操作する場合に比して、フィン６によって発生させる旋回モーメントＦ．Ｍにより、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍをより的確に低減できる。また、フィン６の突出長さＬの制御を自動化できるので、操船作業を軽労化することができる。

さらに、算出手段８を、風向きと風速、及び／又は、波向きと波高、加えて、水流Ｔの方向と水流Ｔの速さ、及び、船舶１の針路Ｃと船速に基づいて、フィン６の突出長さＬを算出するように構成すると、針路保持に要する舵５の当舵量を減少させるのに適したフィン６の突出長さＬを精度よく算出することが可能となる。

即ち、算出手段８は、例えば、風向きと風速、及び、水流Ｔの方向と水流Ｔの速さ、及び、船舶１の針路Ｃと船速に基づいて、或いは、波向きと波高、及び、水流Ｔの方向と水流Ｔの速さ、及び、船舶１の針路Ｃと船速に基づいて、或いは、風向きと風速、及び、波向きと波高、及び、水流Ｔの方向と水流Ｔの速さ、及び、船舶１の針路Ｃと船速に基づいて、フィン６の突出長さＬを算出するように構成するとよい。

また、フィン６の固定角度θを変更可能に構成するとともに、フィン角度設定手段１２を備えた構成にすると、フィン６の固定角度θを変更することで、船舶１に対して左右両方向に旋回モーメントＦ．Ｍを発生させることが可能になる。また、フィン６の固定角度θを変更することで、フィン６によって発生させる旋回モーメントＦ．Ｍの大きさを変更させることも可能となる。さらに、フィン角度設定手段１２により、フィン６の固定角度θの設定を自動化できるので、操船作業を軽労化することができる。

また、算出手段８により、フィン６を算出された突出長さＬに設定した場合に必要な舵５の当舵量も同時に算出され、その算出手段８の算出結果に基づいて舵制御手段１３により舵５を自動で制御する構成にすると、当舵操作を自動化できるので、針路保持に要する操船作業をより軽労化することができる。

図１に示すように、舵５は推進装置４の後方の流れの早い位置に配置されるのに対して、フィン６は舵５に比して流れの遅い位置に配置される。また、舵５の表面積はフィン６に比べて非常に大きい。それ故、フィン６による抵抗ＦＲは、舵５の当舵による水中抵抗と比較すると非常に小さい。それ故、先に示した実施の形態のように、算出手段８を舵５の当舵量を最小にするフィン６の突出長さＬを算出する構成にすることで、斜航時における推進効率を大幅に向上させることができる。舵５の当舵量を最小にするフィン６の突出長さＬを算出する構成では、フィン６の突出長さＬの条件のみを比較演算すればいいので、算出手段８の算出プロセスを比較的簡易な構成にできるというメリットもある。

しかしながら、影響は小さいものの、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを減殺する旋回モーメントＦ．Ｍをフィン６によって発生させる場合には、同時に船舶１の推進方向と反対の方向にフィン６による抵抗ＦＲが生じる。それ故、舵５の当舵量を最小にするフィン６の突出長さＬと、推進エネルギーを最小化するフィン６の突出長さＬとが一致しない場合がある。そこで、燃費性能を向上させるのに有利な突出長さＬをより精度よく算出するために、算出手段８を、フィン６が発生する旋回モーメントＦ．Ｍによる舵５の当舵量の減少によって生じる推進エネルギーの低下量よりも、フィン６の抵抗による推進エネルギーの増加量が小さくなるように突出長さＬを算出する構成にすることもできる。

ここでいう、推進エネルギーとは、設定された針路Ｃと船速とを維持するために要するエンジン出力（船速×制動馬力（ＢＨＰ））を意味している。即ち、推進エネルギーが増加するほど燃費性能が低下することを意味し、推進エネルギーが低下するほど燃費性能が向上することを意味している。

この構成にすると、算出手段８により、フィン６が発生する旋回モーメントＦ．Ｍによって舵５の当舵量を減少させることによる燃費性能を向上させる効果と、フィン６による抵抗ＦＲに起因する推進性能の低下による燃費性能を低下させる影響とを比較演算することにより、燃費性能を向上させるのに有利なフィン６の突出長さＬをより精度よく算出することが可能となる。

また、先の実施の形態では、入力手段に所望の針路Ｃと船速を入力すると、設定された針路Ｃと船速を維持するための適切なフィン６の突出長さＬおよび舵５の舵角αの組合せが算出される構成となっているが、例えば、算出手段８を、所望の針路Ｃを入力すると、測定された風向きと風速、及び／又は、波向きと波高、加えて、水流Ｔの方向と水流Ｔの速さの条件に基づいて、設定された針路Ｃを維持する場合における推進効率の高い船速、フィン６の突出長さＬおよび舵５の舵角αの組合せを算出するような構成にすることもできる。この構成にすると、航行条件に応じて船舶１の船速、フィン６の突出長さＬおよび舵５の舵角αを総合的に船舶１の燃費性能を向上させるのに有利な設定にすることが可能となるので、斜航時における船舶１の推進効率を向上させるには有利になる。

また、先に示した実施の形態では、フィン６の固定角度θを一定にした状態で、フィンの突出長さＬを制御する構成としているが、例えば、フィン６の固定角度θとフィン６の突出長さＬとを総合的に制御することによって旋回モーメントＦ．Ｍの大きさを制御する構成にすることもできる。

図３および図４に、本発明に係る第２の実施の形態の船舶１Ａを示す。先に示した第１の実施の形態では、１基のフィン６の固定角度θを変更することで、フィン６によって発生させる旋回モーメントＦ．Ｍの方向を変更する構成にしているが、この船舶１Ａでは、船舶１Ａに対して発生させる旋回モーメントＦ．Ｍの方向が異なる複数のフィン６（６ａ、６ｂ）を備えることで旋回モーメントＦ．Ｍの方向を変更可能とする。

図３に示すように、この船舶１Ａは、ミッドシップＭＳよりも船首２側の範囲に、船舶１Ａに対して発生させる旋回モーメントＦ．Ｍの方向が異なる第１のフィン６ａと第２のフィン６ｂとを備えている。右舷側に配置された第１のフィン６ａは、船舶１Ａに対して右回りの旋回モーメントＦ．Ｍを発生させる固定角度θ１に設定されており、左舷側に配置された第２のフィン６ｂは、船舶１Ａに対して左回りの旋回モーメントＦ．Ｍを発生させる固定角度θ２に設定されている。第１のフィン６ａおよび第２のフィン６ｂはそれぞれ一定の固定角度θ１、θ２で固定されている。

第１のフィン６ａおよび第２のフィン６ｂの船舶１Ａのセンターラインに対する固定角度θ１、θ２は、好ましくは、５度以上２０度以下の範囲に設定する。フィン６ａ、６ｂの固定角度θ１、θ２を５度以上とすることで、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを低減するのに十分な大きさの旋回モーメントＦ．Ｍを発生させることが可能となる。さらに、固定角度θ１、θ２を２０度以下とすることで、フィン６ａ、６ｂによる抵抗ＦＲが過大になることを防ぐことができる。

図４に示すように、第１のフィン６ａおよび第２のフィン６ｂには、それぞれフィン突出量変更機構７が設けられており、それぞれのフィン６ａ、６ｂを船体に対して上下移動させることにより、第１のフィン６ａおよび第２のフィン６ｂのそれぞれの船底外板３からの突出長さＬを任意の長さに変更できるようになっている。そして、第１のフィン６ａおよび第２のフィン６ｂのどちらかに対して突出長さＬを変更することで、船舶１Ａに対して発生させる旋回モーメントＦ．Ｍの方向と大きさを変更できる構成になっている。第１のフィン６ａおよび第２のフィン６ｂは上方に移動させることで船底外板３の内側に収納できる構成になっている。

この実施の形態の算出手段８は、船舶１Ａが風Ｗや波等の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって船舶１Ａに生じる回頭モーメントＯ．Ｍを低減して、針路保持に要する舵５の当舵量を減少させる第１のフィン６ａの突出長さＬと第２のフィン６ｂの突出長さＬとをそれぞれ算出する。そして、フィン制御手段９が算出手段８によって算出された第１のフィン６ａと第２のフィン６ｂのそれぞれの突出長さＬになるように、それぞれのフィン突出量変更機構７を制御する構成になっている。

この実施の形態のように、船舶１Ａに対して発生させる旋回モーメントＦ．Ｍの方向が異なる複数のフィン６ａ、６ｂを備えた構成にすると、複数のフィン６ａ、６ｂを選択的に使用することで、船舶１Ａに対して左右両方向に旋回モーメントＦ．Ｍを発生させることが容易に可能となる。例えば、図３および図４に示すように、船舶１Ａに対して右回りの旋回モーメントＦ．Ｍを発生させる第１のフィン６ａを船底外板３から突出させ、船舶１Ａに対して左回りの旋回モーメントＦ．Ｍを発生させる第２のフィン６ｂを船底外板３の内側に収納した状態にすることで、船舶１Ａに対して右回りの旋回モーメントＦ．Ｍを発生させることが可能になる。

さらに、算出手段８により複数のフィン６ａ、６ｂのそれぞれの適切な突出長さＬをそれぞれ算出し、その算出されたそれぞれの突出長さＬになるように、フィン制御手段９によってフィン突出量変更機構７を制御することで、船底外板３から突出させたフィン６ａまたは６ｂにより発生させる旋回モーメントＦ．Ｍによって、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを効果的に低減させることが可能となる。

なお、上記の実施の形態では、風Ｗによる外乱を受けている場合を例示しているが、波による外乱を受けている場合や風および波による外乱を受けている場合も同様である。例えば、外乱の方向（例えば波向き）がここでの風Ｗの方向に置き換わり、外乱の大きさ（例えば波高）が、ここでの風Ｗの風圧による力の大きさと置き換わるだけである。

また、上記では、１基のフィン６を備えた船舶１と２基のフィン６ａ、６ｂを備えた船舶１Ａを例示したが、例えば、船首２側に３基以上のフィン６を備えた構成にすることもできる。また、例えば、固定角度θが変更可能なフィン６を複数備えた構成にすることもできる。風向風速計１０や、水流センサ１１、算出手段８等を設置する位置も特に限定されず、適宜決定することができる。

１、１Ａ 船舶
１Ｘ 従来の船舶
２ 船首
３ 船底外板
４ 推進装置
５ 舵
６ フィン
６ａ 第１のフィン
６ｂ 第２のフィン
７ フィン突出量変更機構
８ 算出手段
９ フィン制御手段
１０ 風向風速計
１１ 水流センサ
１２ フィン角度設定手段
１３ 舵制御手段
Ｃ 針路
ＣＨ 船体の中央位置
ＭＳ ミッドシップ
Ｗ 風
Ｏ．Ｍ 斜航による回頭モーメント
Ｆ．Ｍ フィンが発生する旋回モーメント
Ｈ．Ｍ 当舵によるモーメント
ＦＲ フィンによる抵抗
Ｘ 船首方位
Ｔ 水流

Claims (8)

1. 当該船舶の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップよりも船首側の範囲に当該船舶に対して旋回モーメントを発生させる少なくとも１基のフィンと、前記フィンの船底外板からの突出長さを変更するフィン突出量変更機構とを備えていることを特徴とする船舶。
2. 当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる旋回モーメントを発生する前記フィンの突出長さを算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された突出長さになるように前記フィン突出量変更機構を制御するフィン制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の船舶。
3. 前記フィンの固定角度を変更可能に構成するとともに、当該船舶の針路に対する風向きおよび水流の方向に基づいて、前記回頭モーメントを低減する方向の旋回モーメントを発生可能な前記固定角度に前記フィンを設定するフィン角度設定手段を備えた請求項２に記載の船舶。
4. 前記フィンを当該船舶のセンターライン上に１基備えている請求項２または３に記載の船舶。
5. 当該船舶に対して発生させる旋回モーメントの方向が異なる複数の前記フィンと、それぞれの前記フィンの船底外板からの突出長さを変更する前記フィン突出量変更機構とを備え、前記算出手段が、当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる旋回モーメントを発生する複数の前記フィンの突出長さをそれぞれ算出し、前記フィン制御手段が前記算出手段によって算出された前記フィンのそれぞれの前記突出長さになるように、前記フィン突出量変更機構を制御する構成である請求項２または３に記載の船舶。
6. 前記算出手段が、風向きと風速、及び／又は、波向きと波高、加えて、水流の方向と水流の速さ、及び、当該船舶の針路と船速に基づいて、前記フィンの突出長さを算出するように構成されている請求項２〜５のいずれか１項に記載の船舶。
7. 前記算出手段が、前記フィンが発生する旋回モーメントによる舵の当舵量の減少によって生じる推進エネルギーの低下量よりも、前記フィンの抵抗による推進エネルギーの増加量が小さくなるように前記突出長さを算出するように構成されている請求項２〜６のいずれか１項に記載の船舶。
8. 当該船舶の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップよりも船首側の範囲に当該船舶に対して旋回モーメントを発生させる少なくとも１基のフィンを設け、前記フィンの船底外板からの突出長さを、当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる旋回モーメントを発生する前記フィンの突出長さに制御することを特徴とする操船方法。

Images