JP2022177987A

JP2022177987A - 砕氷船及び砕氷船の設計方法

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Publication number: JP2022177987A
Application number: JP2021084454A
Authority: JP
Inventors: 滋也水野; Shigeya Mizuno; 豊山内; Yutaka Yamauchi; 圭祐安齋; Keisuke Anzai; 聖始増田; Seiji Masuda
Original assignee: Japan Marine United Corp
Current assignee: Japan Marine United Corp
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2041-05-19
Also published as: CN117355459A; WO2022244477A1; JP7270674B2; KR20240008911A; EP4342780A1

Abstract

【課題】付加物を用いることなく、船尾部付近の船体外板形状により推進効率の低下を抑制することができる、砕氷船及び砕氷船の設計方法を提供する。【解決手段】第一実施形態に係る砕氷船１は、氷板を割りながら前進可能な砕氷船であって、船側部２と船底部３との境界線を構成するように形成されたチャイン４を備えている。チャイン４の始点Ｐ１は、プロペラ中心高さＬ０を基準として、プロペラ直径Ｄに対して０～５０％上方の範囲（第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２を含む範囲）内で任意に設定することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、砕氷船及び砕氷船の設計方法に関し、特に、船尾部付近の船体外板形状に特徴を有する砕氷船及び砕氷船の設計方法に関する。

砕氷船は、船首部で氷板を割りながら前進する船舶である。砕氷後の氷片は、船体の前進とともに水面下に沈み込み船体の舷側に並んで後方へ流れる。舷側に並んだ氷片は、通常の連続的な曲線による断面形状からなる船尾形状では、船尾部に向かうにしたがって内側に移動し、推進器に流れ込みやすい。氷片が推進器まで流れると、氷片がプロペラに衝突・粉砕されることによるトルク増加やスラスト低下が起こり、推進効率が低下する。

この氷片とプロペラとの干渉を抑制するために、特許文献１に記載された発明では、船底と舷側の交差部にチャインを形成し、船体中央部から船尾に向けて後方の部分でチャインの外側にビルジキールを配置している。

特許第２８３７９３０号

特許文献１に記載されたビルジキールのように、氷片の流れを変えるための付加物は有効な手段の一つである一方、付加物と氷片との干渉により推進抵抗が増加することとなる。また、氷片との接触により付加物が損傷しやすいという問題もある。また、付加物は、平水中（氷のない水域）の推進抵抗を増加させ、推進効率を低下させる原因となる。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、付加物を用いることなく、船尾部付近の船体外板形状により推進効率の低下を抑制することができる、砕氷船及び砕氷船の設計方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、氷板を割りながら前進可能な砕氷船であって、船側部と船底部との境界線を構成するように形成されたチャインを備え、前記チャインは、プロペラ中心高さを基準として、プロペラ直径に対して０～５０％上方の範囲に始点を有する、ことを特徴とする砕氷船が提供される。

前記チャインは、前記プロペラ中心高さを基準として、前記プロペラ直径に対して２５％上方から水面の範囲に終点を有していてもよい。

前記チャインは、前記プロペラ直径に対して０～２５％上方の範囲に始点を有し、前記プロペラ直径に対して５０％上方から水面の範囲に終点を有していてもよい。

前記チャインは、前記プロペラ直径に対して２５～５０％上方の範囲に始点を有し、前記プロペラ直径に対して５０％上方から水面の範囲に終点を有していてもよい。

前記チャインは、前記プロペラ直径に対して０～２５％上方の範囲に始点を有し、前記プロペラ直径に対して２５～５０％上方の範囲に終点を有していてもよい。

前記チャインは、前記プロペラ直径に対して２５～５０％上方の範囲に始点を有し、前記プロペラ直径に対して２５～５０％上方の範囲に終点を有していてもよい。

前記チャインは、長手方向に複数に分割されていてもよい。

また、本発明によれば、氷板を割りながら前進可能な砕氷船の設計方法であって、プロペラの位置を基準にして、船側部と船底部との境界線を構成するようにチャインを形成した、ことを特徴とする砕氷船の設計方法が提供される。

前記チャインの始点は、プロペラ中心高さを基準として、前記プロペラ直径に対して０～５０％上方の範囲に設定されていてもよい。

前記チャインの終点は、プロペラ中心高さを基準として、前記プロペラ直径に対して２５％上方から水面の範囲に設定されていてもよい。

上述した本発明に係る砕氷船によれば、推進器を構成するプロペラの位置を基準にして、船側部と船底部との境界線を構成するように、所定の範囲にチャインを形成したことにより、氷片の船底部への移動を規制することができ、付加物を用いることなく、船尾部付近の船体外板形状により推進効率の低下を抑制することができる。

本発明の第一実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。本発明の第一実施形態に係る砕氷船を示す横断面線図である。比較例の砕氷船を示す横断面線図である。氷片干渉影響度を示す図である。本発明の第二実施形態に係る砕氷船を示す横断面線図である。本発明の第三実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。本発明の第四実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。本発明の第五実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。本発明の第六実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。

以下、本発明の実施形態について図１～図９を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。図２は、本発明の第一実施形態に係る砕氷船を示す横断面線図である。

本発明の第一実施形態に係る砕氷船１は、例えば、図１及び図２に示したように、氷板を割りながら前進可能な砕氷船であって、船側部２と船底部３との境界線を構成するように形成されたチャイン４を備えている。また、本実施形態に係る砕氷船１は、船底部３に沿って配置されたビルジキール等の付加物を備えていない。なお、図１に一点鎖線で示した境界線Ｌｂは、説明の便宜上、船側部２と船底部３との境界をイメージしやすくするために記載した概念的なものである。

また、図１では、砕氷船１の船体の最大幅後端部Ｗよりも後方の船尾部のみを図示している。また、図２では、砕氷船１の左舷側のみを図示している。また、図２に示した横断面線図は、最大幅後端部Ｗからプロペラ位置Ｐに向かって一定の間隔で船体を鉛直方向に切断し、断面形状を重ねて表示して二次元化したものである。

船側部２は、船体の側面を構成する船側外板によって構成される部分である。例えば、図２に示したように、船側部２は、略鉛直面により構成される鉛直面部２１と、船底部３に向かって横幅が狭くなるように構成された傾斜面部２２と、を備えている。傾斜面部２２は、平面によって構成されていてもよいし、湾曲面を含んでいてもよい。

船底部３は、船体の下面を構成する船底外板によって構成される部分である。例えば、図２に示したように、船底部３は、略水平面により構成される水平面部３１と、船側部２に向かって深さが浅くなるように構成された勾配面部３２と、を備えている。勾配面部３２は、平面によって構成されていてもよいし、湾曲面を含んでいてもよい。

ところで、従来の砕氷船は、図２に一点鎖線で示したように、船側部と船底部とを繋ぐ湾曲部を構成するビルジ部Ｃを備えている。本実施形態に係るチャイン４は、従来のビルジ部Ｃに先端が尖った形状を有する尾根又は稜線を形成したものである。チャイン４は、例えば、船側部２の傾斜面部２２の延長部分と船底部３の勾配面部３２の延長部分とによって構成される。

一般に、船体の容積は定まっているため、チャイン４を形成して船体に凸部を形成した場合には、その分だけ別の部分に凹部を形成する必要がある。本実施形態では、船尾側の船底部３の勾配面部３２に凹部を形成している。

船体の長手方向に長いチャイン４を形成した場合、平水中の推進抵抗が増加するため、チャイン４を形成する範囲はできるだけ少ない方が好ましい。そこで、本実施形態に係る砕氷船１の設計方法では、プロペラ５の位置を基準にしてチャイン４を形成している。

砕氷船１は、船尾部に推進器を構成するプロペラ５を備えている。砕氷船１は、例えば、二軸又は三軸の多軸船であり、プロペラ５は、例えば、左舷又は右舷に配置されたウィングプロペラである。なお、図１において、プロペラ５以外の推進器に関する構成部品（プロペラシャフト、舵等）については図を省略してある。

図１に示したように、プロペラ５のプロペラ直径をＤとし、プロペラ５の回転中心Ｏから水平に引いた直線をプロペラ中心高さＬ０とする。プロペラ中心高さＬ０を基準として、プロペラ直径Ｄに対して２５％上方の位置に引いた直線をＬ２５とする。また、プロペラ中心高さＬ０を基準として、プロペラ直径Ｄに対して５０％上方の位置（すなわち、プロペラ５の頂点Ｔ）に引いた直線をＬ５０とする。

また、砕氷船１に対する水面Ｓの位置に引いた直線をＬｓとする。水面Ｓの位置は、砕氷船１の積荷、燃料、バラスト水等の重量によって軽喫水から満載喫水の範囲で変動する。直線Ｌ５０～Ｌｓの範囲は、プロペラ直径Ｄに対して５０％を超えているためプロペラ５よりも上方の位置を意味することとなる。

図２に示したように、プロペラ中心高さＬ０を含む水平面及び直線Ｌ２５を含む水平面によって形成される高さ方向の領域を第一領域Ａ１と定義し、直線Ｌ２５を含む水平面及び直線Ｌ５０を含む水平面によって形成される高さ方向の領域を第二領域Ａ２と定義し、直線Ｌ５０を含む水平面及び水面Ｓによって形成される高さ方向の領域を第三領域Ａ３と定義する。

チャイン４の船首側の端点を始点Ｐ１とし船尾側の端点を終点Ｐ２と定義すれば、図２に示したように、チャイン４の始点Ｐ１は第一領域Ａ１に設定され、チャイン４の終点Ｐ２は第三領域Ａ３に設定される。したがって、チャイン４は、第二領域Ａ２の全域に渡って形成される。また、チャイン４は、船体表面を流れる水流の流れる方向を考慮して、終点Ｐ２が始点Ｐ１よりも上方に設定される。

チャイン４を有しない従来の砕氷船では、氷片ＩＰは矢印で示したように船底部に沿って移動し、プロペラ５に流れ込むこととなる。

それに対して、本実施形態に係る砕氷船１では、氷片ＩＰが船底部３に回り込む場所に凸形状を有するチャイン４を設けたことにより、氷片ＩＰが船底部３に回り込むためには水の抵抗を受けながら船側部２から船底部３に向かって回転運動する必要があり、その分だけ大きな運動エネルギーが必要となる。

したがって、氷片ＩＰが船底部３に流れ込む移動を規制することができ、ビルジキール等の付加物を用いることなく、船尾部付近の船体外板形状により推進効率の低下を抑制することができる。また、本実施形態に係る砕氷船１では付加物を用いてないことから、付加物と氷片ＩＰとの干渉による推進抵抗の増加、氷片ＩＰとの接触による付加物の損傷等の問題の発生を防止することができる。

ここで、図３は、比較例の砕氷船を示す横断面線図である。図３に記載した比較例の砕氷船１′は、チャイン４′の始点Ｐ１′をプロペラ中心高さＬ０より下方に設定し、チャイン４′の終点Ｐ２′を第一領域Ａ１に設定したものである。すなわち、比較例は、図２に示した第一実施形態に係るチャイン４よりも深い位置にチャイン４′を形成したものである。なお、砕氷船１′は、第一実施形態に係る砕氷船１と同様に、船側部２′、船底部３′、プロペラ５′等を備えている。

かかる比較例の船型モデルと上述した第一実施形態の船型モデルを用いて氷片干渉影響度を計測した結果を図４に示す。図中、黒塗りした棒グラフは、チャイン４，４′を有しない従来の船体形状の試験結果を意味し、白塗りした棒グラフは、チャイン４，４′を有する船体形状を意味している。

氷片干渉影響度は、各船型モデルの推進性能を計測し、推進性能の改善率をもとに氷片干渉影響度を０～１００の範囲で数値化したものである。推進性能が改善した場合は氷片干渉影響度が低い数値となり、推進性能が改善しない場合は氷片干渉影響度が高い数値となる。

図４に示したように、図３に示した比較例では、チャイン４′の有無により氷片干渉影響度に大きな変化はなく、解析精度を考慮すれば略同等の氷片干渉影響度となった。

それに対して、図２に示した第一実施形態では、チャイン４を形成することにより、推進性能を改善することができ、氷片干渉影響度を１０％以上も低減することができた。

チャイン４を形成する範囲は、砕氷船１の船体形状によって異なるものであるが、上述した試験結果を踏まえれば、チャイン４は、プロペラ中心高さＬ０を基準として、プロペラ直径Ｄに対して０～５０％上方の範囲に始点Ｐ１を有することが好ましいと考えられる。また、チャイン４は、プロペラ中心高さＬ０を基準として、プロペラ直径Ｄに対して２５％上方から水面Ｓの範囲に終点Ｐ２を有することが好ましいと考えられる。

次に、本発明の他の実施形態に係る砕氷船１について、図５～図８を参照しつつ説明する。ここで、図５は、本発明の第二実施形態に係る砕氷船を示す横断面線図である。図６は、本発明の第三実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。図７は、本発明の第四実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。図８は、本発明の第五実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。図９は、本発明の第六実施形態に係る砕氷船を示す部分側面図である。なお、上述した第一実施形態に係る砕氷船１と同じ構成部品については同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図５に示した第二実施形態は、図２に示した第一実施形態と同様に、チャイン４の始点Ｐ１を第一領域Ａ１に設定し、チャイン４の終点Ｐ２を第三領域Ａ３に設定したものである。第二実施形態に係るチャイン４は、第一実施形態よりも船体の長手方向に長く形成されている。このように、チャイン４の始点Ｐ１は第一領域Ａ１内において任意の位置に設定することができ、チャイン４の終点Ｐ２は第三領域Ａ３内において任意の位置に設定することができる。

図６に示した第三実施形態は、チャイン４の始点Ｐ１を第二領域Ａ２に設定し、チャイン４の終点Ｐ２を第三領域Ａ３に設定したものである。このように、チャイン４の始点Ｐ１の位置を第一領域Ａ１の一つ上の第二領域Ａ２に設定した場合であっても、第一実施形態と同様に、氷片ＩＰが船底部３に流れ込む移動を規制することができ、船尾部付近の船体外板形状により推進効率の低下を抑制することができる。

図７に示した第四実施形態は、チャイン４の始点Ｐ１を第一領域Ａ１に設定し、チャイン４の終点Ｐ２を第二領域Ａ２に設定したものである。このように、チャイン４の終点Ｐ２の位置を第三領域Ａ３の一つ下の第二領域Ａ２に設定した場合であっても、第一実施形態と同様に、氷片ＩＰが船底部３に流れ込む移動を規制することができ、船尾部付近の船体外板形状により推進効率の低下を抑制することができる。

図８に示した第五実施形態は、チャイン４の始点Ｐ１を第二領域Ａ２に設定し、チャイン４の終点Ｐ２も同じ第二領域Ａ２に設定したものである。ただし、終点Ｐ２は始点Ｐ１よりも上方の位置に設定される。

このように、チャイン４の始点Ｐ１及び終点Ｐ２を同じ第二領域Ａ２に設定した場合であっても、第一実施形態と同様に、氷片ＩＰが船底部３に流れ込む移動を規制することができ、船尾部付近の船体外板形状により推進効率の低下を抑制することができる。

上述した第一実施形態～第五実施形態に係る砕氷船１によれば、チャイン４の始点Ｐ１は、プロペラ中心高さＬ０を基準として、プロペラ直径Ｄに対して０～５０％上方の範囲（第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２を含む範囲）内で任意に設定することができる。

また、チャイン４の終点Ｐ２は、プロペラ中心高さＬ０を基準として、プロペラ直径Ｄに対して２５％上方から水面Ｓの範囲（第二領域Ａ２及び第三領域Ａ３）内で任意に設定することができる。ただし、終点Ｐ２は始点Ｐ１よりも上方の位置に設定される。

また、上述した第一実施形態～第五実施形態に係る砕氷船１によれば、チャイン４は、少なくとも第二領域Ａ２にチャイン４の一部が含まれていることが好ましいものと考えられる。

図９に示した第六実施形態は、チャイン４を長手方向に二つに分割して配置したものである。このようにチャイン４を分割した場合であっても、始点Ｐ１はチャイン４全体の船首側の端点であり、終点Ｐ２はチャイン４全体の船尾側の端点である。なお、チャイン４は、長手方向に三つ以上の複数に分割してもよい。

なお、上述した第一実施形態～第六実施形態では、プロペラ５が二軸船又は三軸船のウィングプロペラである場合を想定して説明しているが、チャイン４を設定する際に基準とするプロペラ５は、単軸船のプロペラであってもよいし、四軸以上の多軸船のウィングプロペラであってもよいし、多軸船のセンタープロペラであってもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１砕氷船
２船側部
３船底部
４チャイン
５プロペラ
２１鉛直面部
２２傾斜面部
３１水平面部
３２勾配面部
Ａ１第一領域
Ａ２第二領域
Ａ３第三領域
Ｄプロペラ直径
Ｐ１始点
Ｐ２終点

Claims

氷板を割りながら前進可能な砕氷船であって、
船側部と船底部との境界線を構成するように形成されたチャインを備え、
前記チャインは、プロペラ中心高さを基準として、プロペラ直径に対して０～５０％上方の範囲に始点を有する、
ことを特徴とする砕氷船。
前記チャインは、前記プロペラ中心高さを基準として、前記プロペラ直径に対して２５％上方から水面の範囲に終点を有する、請求項１に記載の砕氷船。
前記チャインは、前記プロペラ直径に対して０～２５％上方の範囲に始点を有し、前記プロペラ直径に対して５０％上方から水面の範囲に終点を有する、請求項２に記載の砕氷船。
前記チャインは、前記プロペラ直径に対して２５～５０％上方の範囲に始点を有し、前記プロペラ直径に対して５０％上方から水面の範囲に終点を有する、請求項２に記載の砕氷船。
前記チャインは、前記プロペラ直径に対して０～２５％上方の範囲に始点を有し、前記プロペラ直径に対して２５～５０％上方の範囲に終点を有する、請求項２に記載の砕氷船。
前記チャインは、前記プロペラ直径に対して２５～５０％上方の範囲に始点を有し、前記プロペラ直径に対して２５～５０％上方の範囲に終点を有する、請求項２に記載の砕氷船。
前記チャインは、長手方向に複数に分割されている、請求項１に記載の砕氷船。
氷板を割りながら前進可能な砕氷船の設計方法であって、
プロペラの位置を基準にして、船側部と船底部との境界線を構成するようにチャインを形成した、
ことを特徴とする砕氷船の設計方法。
前記チャインの始点は、プロペラ中心高さを基準として、前記プロペラ直径に対して０～５０％上方の範囲に設定される、請求項８に記載の砕氷船の設計方法。
前記チャインの終点は、プロペラ中心高さを基準として、前記プロペラ直径に対して２５％上方から水面の範囲に設定される、請求項８に記載の砕氷船の設計方法。