JP2023067295A - 航走体及び航走体の粘性抵抗低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的船速が遅く粘性抵抗の割合が大きい船舶や潜水艦などの航走体において、航走体が移動する際に水に接する船体没水部が水から受ける摩擦抵抗や圧力抵抗などの粘性抵抗を小さくする。【解決手段】航走体１の船体没水部２の水線面形状、特に船尾側の水線面形状にＮＡＣＡ００２０等の対称翼の形状若しくは近似の形状を採用して、航走体１の船尾の水流を整流して渦流の発生を抑制し、これにより、船体没水部２の形状に起因する粘性抵抗を減少する。【選択図】図１

Description

本発明は、水に接する面を有する航走体及び航走体の粘性抵抗低減方法に関する。

水上を航行する船舶や水中を潜航する潜水船等の航走体においては、航走体が移動する際に水に接する面が水から粘性抵抗を受けるため、これに抗する推進力を発揮する必要がある。

一般に、水上を航行する船舶の抵抗を推定する際には、空気抵抗の他では、水による抵抗として、粘性抵抗と剰余抵抗の２つに分けて推定したり、無次元値のフルード数が関係する造波抵抗成分と、無次元値のレイノルズ数が関係する摩擦抵抗成分と、その他（形状抵抗、飛沫抵抗等）の３つに分けたりして推定している。

この粘性抵抗の内の摩擦抵抗成分は、大型タンカーなどでは、全抵抗の約８割を占めることもあるので、この摩擦抵抗を減少することは、船舶の推進機関の大きさを著しく低減でき、これにより、運航時の燃料を低減できる可能性を占めているとして、多くの摩擦抵抗低減方法が提案されてきている。

しかしながら、この摩擦抵抗の大きさの推定においては、船型模型を用いた水槽試験では、相似側のレイノルズ数（Ｒｎ＝ρＵＬ/μ＝「流体の密度」×「代表速度」×「代表長さ」/「粘性係数」＝「代表速度」×「代表長さ」/「動粘性係数」）を合わせるためには、実船のｎ分の一の寸法の船型模型の速度を、実船の速度のｎ倍にする必要があり、船型模型の速度が高速になり過ぎて難しいという問題がある。そのため、現状では、以下のような方法で粘性抵抗、特に摩擦抵抗の低減を図っている。

この船舶の摩擦抵抗を低減する方法としては、船底や船側に設けた空気吹出し口から空気を吹き出して船体の表面を気泡やマイクロバブルで覆うことで摩擦抵抗を減少する空気吹き出し方法（空気潤滑法、気体潤滑法とも言われる）と、船体表面を摩擦抵抗の小さい形状に変化させる方法と、船体表面の境界層を制御する方法、流体中にポリマーを添加する方法、水性の液体の摩擦抵抗を大きく低減させることのできる摩擦低減剤、摩擦低減剤を含有する塗料、および摩擦低減剤を用いた摩擦低減方法等がある。

この空気吹き出し方法では、例えば、船内の圧縮機で空気を圧縮して、５００ｋＰａ（好ましくは、７００ｋＰａ～１３００ｋＰａ）に加圧した圧縮空気を生成する。そして、この圧縮された空気を、船内の気体室から船首側の船側外板と船底に沿って設けられた複数の空気吹き出し口を経由して、その噴出量を均一化しながら船体外部の水中に吹出して、この空気で形成される気泡で船体を覆うことにより、船体の摩擦抵抗の低減を図っている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、この空気吹き出し方法においては、気泡を没水面の広い面に広げるために、船底において、船尾側に向けて喫水が深くなる傾斜面を、空気吹出し部より船尾側に設けたり、凹部を空気吹出し部より船尾側に設けたり、空気拡散を抑制するガイド部を、空気吹出し部より船幅方向の外側に設けたりして、船底に供給された気泡の散逸を防止する方法も提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。

この空気吹き出し方法の気泡供給に関しては、空気送出手段を用いずに船底部にバブル（気泡）を発生させて摩擦抵抗を低減する方法として、船首部に空気ダクト部と翼部とウォータージェット推進部を設けて、ウォータージェット推進部から翼部に向けて水を噴射することにより翼部の上側の圧力を低下させ、それにより、空気ダクト部から空気を吸引して船底部にバブルを発生させて、ブロワーやコンプレッサ等の空気送出手段を用いずに船底部にバブルを含む二相流を供給することで、摩擦抵抗を低減する船舶が提案されている（例えば、特許文献５参照）。

また、空気吹き出し方法において、平板翼を備えたマイクロバブル発生貫流ポンプを船首部水面下の船体側面外板部に設置し、並びに、船首部中空立杭の船体底面部にマイクロバブル発生貫流ポンプを設置して、マイクロバブルによる船体の側面と底面の摩擦低減と船首部に発生する造波抵抗の両方の低減を図る船体流体抵抗低減装置も提案されている（例えば、特許文献６参照）。

また、この空気吹き出し方法に適した防汚塗膜として、防汚塗膜表面と接触する気体との付着力が高まることで、気体を効率的に防汚塗膜表面に付着させて、気体潤滑による摩擦抵抗低減効果を高める防汚塗膜も提案されている（例えば、特許文献７参照）

しかしながら、この空気吹出し方法の場合は、均一に気泡を分散させて水中に放出することと、均等に船体を覆うことが難しいという問題がある。つまり、複数の空気吹き出し口から水中に吹き出された圧縮空気は、気泡となり、船底の平坦部を後方に流れると共に幅方向に拡散すると考えられるものの、船首側のみで放出した気泡を細かい気泡のままで船体をきれいに覆うのは難しいと考える。特に、波浪等によって船体動揺がある場合は、噴出された気泡が境界層の外部へ拡散してしまうと考えられる。

また、空気吹き出し方法では、機構が複雑になる上に、船底板が穴開き状態となるので構造的に弱くなる上に、水の流入と流出により、海洋生物が付着したり、錆が発生したり、空気吹出し口が閉塞したりするという問題がある。また、圧縮機で使用されるエネルギーが大きいという問題もある。

また、船体表面を摩擦抵抗の小さい形状に変化させる方法として、例えば、最大の深さが１ｍｍ～２５ｍｍで、滑走面の流れ方向における長さが１５ｍｍ～６０ｍｍ以上のくぼみを、船体表面に複数設けて、その複数のくぼみの各々の底面を、流動媒体の流れの上流側から下流側に行くにつれて継続的に広くなるように形成して、層流を乱して船体表面に対する水の付着力をかなり削減することで、１５ノットより低い速度や約４０ノット前後以上の高速時に、最も適した形状で、流動媒体との間の生じる抵抗を減少する構造体が提案されている（例えば、特許文献８参照）。

また、船体表面の境界層を制御する方法として、矩形体、斜端面を有する矩形体、底面の形が台形の四角柱、三角錐、又は半円錐の形状をした長尺状に配列された乱流発生装置を、船舶の船殻表面に設置して、この乱流発生装置により乱流を発生させて、境界層の厚さを減らし、分離点を後方へずらして、船尾の圧力を高めることにより、航行する際の抵抗力を減らす構造を有する船舶が提案されている（例えば、特許文献９参照）。

また、その他にも、流体剥離現象を防止するために、境界層の流体剥離を攪拌できる微細な円錐形突起を設けて、臨界レイノルズ数を引き下げる効果を持たせることにより、流体と移動体との境界部に発生する流体剥離抵抗を解消する方法も提案されている（例えば、特許文献１０参照）。

また、流体中にポリマーを添加する方法として、分子量が５０万以上のアルカリ可溶性樹脂を含有し、平均粒子径が１μｍ以下である水中摩擦抵抗低減用樹脂粒子を含有する船底塗料が提案されている（例えば、特許文献１１参照）。

また、摩擦低減剤、摩擦低減塗料等を用いる方法として、摩擦低減方法水性の液体の摩擦抵抗を大きく低減させることのできる、水溶性高分子化合物からなる摩擦低減剤、摩擦低減剤を含有する塗料、および摩擦低減剤を用いた摩擦低減方法が提案されている（例えば、特許文献１２参照）。

その一方で、船舶の推進方法としては、船尾に配置したスクリュープロペラで推進する方法とは別の方法として、船底から下方に離間して配置される旋回式推進器で推進する方法が発展してきている。この旋回式推進器は、アジマス推進器やポッド推進器などと呼ばれ、ダクト付きのポッド推進器や、舵板付きのポッド推進器や、プロペラの後方に舵とガイドベーンを設けたものが提案されている（例えば、特許文献１３～特許文献１５参照）。

また、この旋回式推進器の駆動方法にしても、Ｚドライブや傘歯歯車等の機械的動力伝達機構を用いるだけでなく、ポッド内に電動モータを設けたものや、可変容量型の油圧モータを設けたもの等が提案されている（例えば、特許文献１６～特許文献１９参照）。

しかしながら、この旋回式推進器は、船尾の伴流内に配置されており、ポッドの旋回に伴い、プロペラも船の進行方向から旋回角度を持つようになるため、プロペラに流入する水流が大きく変化し、推進力の低下やプロペラの振動が発生する。これに対しては、例えば、プロペラ面の回転中心を旋回中心としたり（例えば、特許文献２０参照）、ポッドに設けた舵板にフラップを設けて、これを制御したりしている（例えば、特許文献２１参照）。

特開２０１８－１２２７１７号公報 特開２０１８－１２２７１８号公報 特開２０１８－１５４１９８号公報 特開２０１８－１５４１９９号公報 特開２０１８－９０１７３号公報 特開２０１６－６４８１２号公報 特開２０１９－１９９６００号公報 特開２００８－１５７４６５号公報 特開２０１８－９０２４２号公報 特開２００６－２２９３７号公報 特開２０１４－１６２９１２号公報 特開２０１９－１７８３２９号公報 特開２０１０－９０５号公報 特開２０１０－２２１９７５号公報 特開２０１０－２２１９７６号公報 特開２０１２－６１９３７号公報 特開２０１２－６１９３９号公報 特表２０１７－５１８２２０号公報 特開２０１３－１１２０９１号公報 特開２０１１－３１８５８号公報 特開２０１２－１１１４２２号公報

上記のように、船体没水部に対する粘性抵抗低減方法に関して、従来技術の気泡による船舶の摩擦抵抗の低減方法は、実用化にはまだ技術的な進展が必要であると考えられているが、その一方で、推進システムにおいてはポッド推進器等の推進システムが発達してきており、新しい視点で対応することができるのではないかと考えられる。

つまり、従来のタンカー船やばら積み船やコンテナ船等の比較的大きな商船では、推進用機器として船尾にスクリュープロペラ推進器を配置し、また、このスクリュープロペラ推進器の後方に舵を配置している。そのため、機関室を船尾側に配置して、この機関室にスクリュープロペラ推進器を駆動するための主機関を設置している。それと共に、舵を回動させる舵取機を舵の上側の船内に配置している。そのため、船尾部分にある程度の容積を必要とし、船尾側の船体没水部の形状が肥えている形状になっており、また、船尾側の舵の上の部分に船体の船尾部分が張り出している。このような構成を維持しているため、船体形状には以下のような制約があった。

つまり、この水面下の船体没水部の形状を示す船型として、船首部分は造波抵抗を減少するためバルバス・バウ（球状船首）としたり、水線面形状（水平断面形状）で先端側が尖った形状にしたりした、複雑な形状となっている。また、この船首部分より後方の中間部分は、比較的工作し易い矩形断面にビルジ部を設けた平行部を有している。そして、船尾部は、主機関を収容できる機関室の容積を確保した比較的肥えた部分と、スクリュープロペラ推進器を装備する急激に痩せた形状の部分と、その後方で舵取機を備えた肥えた上方の部分とで構成されている。このような形状のために、以下のような問題があった。

船体没水部の船尾部分が肥えているため、航行時に船尾に伴流が生じ、それと共に多くの場合にビルジ渦が発生して、粘性抵抗が増加するという問題がある。この伴流による抵抗損失を回復するためにフィンやダクト等の様々な工夫がなされているが、この伴流による抵抗損失を全部回収することは困難である。

また、軽荷状態においては、スクリュープロペラの先端が水面上に露出しないように、バラスト水の積込みによる喫水の増加や、船尾側を船首側よりも沈下させる船尾トリムが必要となり、浸水面積が大きくなり摩擦抵抗が増加する上に、船体姿勢が粘性抵抗や造波抵抗の減少に不利な姿勢となり、軽荷状態での抵抗が増加するという問題がある。

また、船尾形状が船尾における伴流（ウエーク）の分布に大きな影響を及ぼす上に、この伴流の分布が複雑であり、この伴流とスクリュープロペラ推進器と舵との３者の間に複雑な干渉が生じている。そのため、目標の推進性能や操縦性性能（方向安定性能、旋回性能）を得るためのスクリュープロペラ推進器の設計や舵の設計が難しくなっている。その結果、研究、開発、設計等の多くの関係者の人的資源が投入されてきているという問題がある。

また、スクリュープロペラの逆回転時（後進力発揮時）の停止性能（制動距離が長い）や、後進時においては、この船尾における船尾形状に起因する水流とスクリュープロペラ推進器と舵の相互干渉のため、操縦性能の推定が非常に難しく、また、舵の効きが悪く、操船が難しいという問題がある。

また、スクリュープロペラ推進器の直上に船底があるため、伴流中の不均一な流れで、プロペラが回転することになる。そのため、プロペラ軸系のベアリング起振力による船体振動が発生し、また、プロペラの回転に伴う船底に加わる圧力変動により船底振動が発生するという問題がある。

また、スクリュープロペラ推進器の位置が固定されており、プロペラの回転に伴った上方に位置することになるスクリュープロペラの先端の水没深度が浅くなる。従って、スクリュープロペラの先端からキャビテーションが発生し易い。そのため、このキャビテーションにより、衝撃圧が生じて、スクリュープロペラ表面があばた状になったり、騒音や船底のエロージョン（浸食、壊食）や船尾変動圧力による船体振動や推力低下を発生したりするという問題がある。

また、船尾側に機関室が有り、この内部に設けられた主機関や補機などを管理するために、居住区や船橋が船尾側に特に機関室の直上に設けられることが多く、船尾から船首越しに船の航路を監視するための見通し線の確保が、大きな船では難しいという問題がある。

本発明は上記のことを鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、商船のうちでも大型タンカーや大型鉱石運搬船等の比較的船速が遅く（フルード数が小さく）、粘性抵抗の割合が大きい船舶や潜水艦などの航走体において、船体没水部の形状、特に船尾側の形状に翼形状を採用することで、粘性抵抗を小さくすることができる航走体及び航走体の粘性抵抗低減方法を提供することにある。さらには、推進装置の配置を従来技術の船尾配置から別の場所に配置することにより、プロペラの配置や船橋の配置等に起因する、上記の問題点を解決でき、船体没水部及び推進用機器を標準化及び規格化することにより、研究、開発、設計、製造の人的資源の集中化を図ることができる航走体及び航走体の粘性抵抗低減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航走体は、航走時に水面下の船体没水部を有する航走体であって、航走体の前後方向における前記船体没水部の浮心よりも後方を船体没水後半部としたときに、航走体の上下方向における前記船体没水部の７０％から１００％の第１上下範囲で、かつ、航走体の前後方向における前記船体没水後半部の７０％から１００％の第１前後範囲である範囲の水平断面で、前記船体没水後半部の水線面の外形線が、前記船体没水後半部の水線面の外形線に内接する対称翼型の外形線と、前記船体没水後半部の水線面の外形線に外接する対称翼型の外形線の間に入っているとともに、前記船体没水後半部において、前記内接する対称翼型の面積が、前記外接する対称翼型の面積の８０％以上１００％以下であるように構成されていることを特徴とする航走体である。

この「航走体」は水上航走体又は水中航走体であり、本発明の効果は、特に、水上航走体では、船舶の浮力による分類で「最も一般的な船体下部が水面下に沈むことで浮力を得る船である。航行時と停船時のいずれでも浮力を得る方法に変りはない。」という「排水量型船舶」において効果が大きく、特に商船で効果が大きい。また、水中航走体では、調査用の潜水艇、探査用の潜水艇、軍用の潜水艦等で効果が大きい。

また、「船体没水部」は、航走体が航走するときに没水している部分、言い換えれば、浸水表面を有する部分であり、水上航走体では、通常運航時で没水部の容積が略最大になる没水部のことを言い、商船や艦艇などの船舶では、満載喫水線より下の部分であり、半没の潜水艇ではその最大没水部分であり、全没の潜水艦などでは、艦橋、ブリッジ、セイル、司令塔などと呼ばれる船体から突出した部分を除いた船体となる。なお、「水線面」は船体の水平断面のことである。

また、「翼型の形状」は、一般的に認められている形状であるが、より具体的な「翼型の形状」としては、アメリカの研究による「ＮＡＣＡ翼型」、「ＮＡＳＡ翼型」、イギリスの研究による「ＲＡＦ翼型」、ドイツのゲッチンゲン大学の研究による「Ｇｏｔｔ翼型」や、円形からの写像をジュコフスキー変換して得られる「ジュコフスキーの翼型」等がある。しかし、本発明は、これらの翼型のみに限定する必要は無く、所謂「翼型」の範疇に入る形状であればよい。

また、「第１上下範囲」は「航走体の上下方向における船体没水部の７０％から１００％の範囲」と定義されるが、航走体の上下方向に連続的な範囲であってもよく、間欠的又は断続的であってその総和の範囲が船体没水部の７０％から１００％であればよい。また、「第１前後範囲」においても、「航走体の前後方向における船体没水後半部の７０％から１００％の範囲」と定義されるが、航走体の前後方向に連続的な範囲であってもよく、間欠的又は断続的であってその総和の範囲が船体没水後半部の７０％から１００％であればよい。なお、これらの「７０％」、「８０％」、「１００％」の数値は、その前後で、効果が著しく変化するような境界値となる数値、所謂、数値限定用の数値ではなく、権利範囲を明確に特定するための数値である。このことは、以下の記載でも同じである。また、以下で述べる「船体没水後半部の形状」に関する「内接する対称翼型」と、「船体没水部の形状」に関する「内接する対称翼型」とは、同一であっても相似であってもよく、また、別の「対称翼型」であってもよい。また、「船体没水後半部の形状」に関する「外接する対称翼型」と、「船体没水部の形状」に関する「外接する対称翼型」とは、同一であっても相似であってもよく、また、別の「対称翼型」であってもよい。

この構成によれば、本発明の航走体は、船体没水部の船体没水後半部の形状が対称翼の後半部の形状若しくはこれに近似した形状となる。これにより、航走体の直進時における船尾における流れが滑らかに合流するようになり、従来の船型の船尾で発生する伴流及びビルジ渦の発生を抑制することができ、粘性抵抗、特に圧力抵抗を減少することができる。

上記の航走体において、航走体の上下方向における前記船体没水部の７０％から１００％の第１上下範囲で、かつ、航走体の前後方向における航走体の全長の７０％から１００％の第２前後範囲である範囲の水平断面で、前記船体没水部の水線面の外形線が、前記船体没水部の水線面の前記外形線に内接する対称翼型の外形線と、前記船体没水部の水線面の外形線に外接する対称翼型の外形線の間に入っているとともに、前記内接する対称翼型の面積が、前記外接する対称翼型の面積の８０％以上１００％以下であるように構成されていることを特徴とする。

この「第１上下範囲」は上記と同じく「航走体の上下方向における船体没水部の７０％から１００％の範囲」と定義されるが、航走体の上下方向に連続的な範囲であってもよく、間欠的又は断続的であってその総和の範囲が船体没水部の７０％から１００％であればよい。また、「第２前後範囲」においても、「航走体の前後方向における航走体の全長の７０％から１００％の範囲」と定義されるが、航走体の前後方向に連続的な範囲であってもよく、間欠的又は断続的であってその総和の範囲が航走体の全長の７０％から１００％であればよい。

上記の構成の航走体によれば、船体没水部の全体の形状が対称翼の形状若しくはこれに近似した形状となる。これにより、船体没水部の抵抗が対称翼の抵抗又はそれに近い抵抗となるので、従来の船体形状の抵抗に比べて、粘性抵抗、特に圧力抵抗を減少することができる。なお、航走体が水上航走体の場合では、第１上下範囲の上端の位置は水面であるか、水面の近傍であるように構成されることが、船尾における造波抵抗を小さくするためにより好ましい。

なお、この航走体のレイノルズ数は、舵などのレイノルズ数に比べて２桁程大きくなり、所謂「高レイノルズ数領域」となり、大型航空機と同じレイノルズ数領域になる。そのため、航空機の空気とは圧縮性と非圧縮性との差異はあるが、航空機分野における翼に関する理論や実験データ等を参考にすることができるようになる。

上記の航走体において、前記内接する対称翼型の前記外形線と前記外接する対称翼型の前記外形線が、同一形状又は相似形状であるように構成されていることを特徴とすると、船体没水部の形状をより単純な形状にすることができる。

上記の航走体において、前記内接する対称翼型の外形線と前記外接する対称翼型の外形線が、航走体の上下方向における前記第１上下範囲で、同一形状又は相似形状であるように構成されていることを特徴とすると、この構成にすることにより、船体没水部の形状を比較的単純な形状にすることができ、船体外板の加工工程が複雑化するのを抑制できる。

なお、船体没水部の横断面形状においては、浮力及び内部容積の確保が容易なＵ字型船形や、浮力及び内部容積に比べての上甲板の面積の確保が容易なＶ字型船形などとすることができる。また、船体没水部の側面視での形状（プロファイル）においては、上下方向に変化が無くて製造し易い形状、下方が後方に後退して錨の収納と昇降が容易な形状、下方が前方に前進している形状等が考えられるが、中央が後方に後退している形状、中央が前方に前進している形状等も考えられる。この横断面形状および側面視の形状に関しては、それぞれの形状の得失のよって選択されるべきと考える。

上記の航走体において、航走時に航走用の推力を発生する推進用機器を前記船体没水部の側部又は底部に配置するとともに、前記推進用機器を用いて航走するように構成されていることを特徴とする。この推進用機器は、スクリュープロペラ推進器やウォータージェット推進器の噴射口などで構成できる。

この構成によれば、推進用機器を船体没水部の側部又は底部に配置することで、船尾に推進用機器を駆動するための主機関を配置する必要がなくなり、船尾形状を翼型形状又はその近似形状とすることができる。また、推進用機器の後進操作時に、推進用機器が船体没水部の影響を受けないので、大きな後進力を得られる上に、舵との干渉も無いので、後進時の操船も容易に行えるようになる。なお、従来の推進用機器の配置と区別する必要が生じた場合には、船体没水部の全長を基準長としたときに、船体没水部の先端から基準長の８０％の位置、好ましくは７５％の位置、より好ましくは７０％の位置より前方に配置とするものとする。

そして、さらに、推進用機器を船体没水部の側部又は底部から離間した位置に配置すると、船体が発生するビルジ渦とプロペラが発生するプロペラ後流と舵による流れの変化との相互関係がなくなり、それぞれの推進性能と舵性能を流体力学的に分離して単純化して分析及び設計できるようになる。

なお、「航走時に・・・配置して」という意味は「航走時でないときは、この位置に無くてもよい」という意味である。言い換えれば、航走しないときや出入港のとき等で自航しない場合には、推進用機器を、航走時とは別の場所に収納しておいてもよいということである。

そして、航走体の接岸時に邪魔にならないように、推進用機器を収納及び展開させる方式としては、垂直面内での回動で移動する転倒方式や、水平方向に移動する伸縮方式や、水平面内で旋回する旋回方式、上下移動する昇降方式等がある。これらの方式を用いて推進用機器を航走体の内部や甲板上に収納可能に構成することが好ましい。なお、従来の接岸方法に拘らずに航走体の船体を岸壁や桟橋から離間した状態のまま、上陸用通路を岸壁や桟橋と航走体の間に架橋する方法を採用してもよい。

この船体没水部の内部に主機関を配置して、この主機関の動力を、離間して配置したスクリュープロペラ推進器等の推進用機器に機械的に伝達する場合には、アジマススラスター等の旋回式推進装置で用いられている「Ｚドライブ機構（推進軸をＺ字型にして動力を機械的に伝達する機構）」を用いることができる。また、電気モータや流体圧モータを用いることで、航走体の前後方向に関しても主機関との距離を大きくとることができるようになる。

さらには、推進用機器として、水平方向に旋回できる旋回式推進装置（アジマススラスター、ポッド推進装置など）を用いることもできる。この場合に旋回式推進装置の旋回機能を操船に利用することもできる。しかし、この構成では、船体没水部の両舷にそれぞれ推進用機器を配置しているので、この旋回式推進装置の旋回機能を使用しなくても、左右の推進用機器で発生する推力を変化させることで、航走体の旋回モーメントを得ることができ、操船できる。従って、この旋回式推進装置の旋回機能を不要にして、旋回方向を固定して、ここで使用する推進用機器の構造を簡略化することもできる。

上記の航走体において、航走時の推力を発生する推進用機器を単数又は複数用いて回頭をするように構成されていることを特徴とする。なお、ここでいう「推進用機器」とはスクリュープロペラ推進器やウォータージェット推進器の噴射口等の直接に推力を発生する機器のことを言い、主機関や動力伝達システムを含まない。

この構成では、推進用機器で航走体の旋回モーメントを得るので、舵やフラップ等の旋回モーメントを発生させる装置が不要になったり、舵やフラップ等が発生する旋回モーメントを小さくしたりできる。そして、後縁フラップや舵を設けない構造とする場合には、船体没水部の船尾部の構造を著しく単純化できる。また、推進用機器を、舵やフラップ等の補助や故障時の予備として用いることができる。また、船型に関しては予め翼型を幾つか決めておいて、排水量に従って相似的に大きさを変更するだけとし、かつ、推進用機器を規格化して必要な推進力を得るためにはその基数で調整することにすると、それぞれの船舶や潜水艦等に対する個別の注文生産から量産生産への移行が可能となり、研究、開発、設計、製造等の設備や人的資源を集中化できるようになる。

この具体的な構成に関して、単数の推進用機器を用いる場合は、例えば、水平方向に旋回する旋回式推進器を装備して、この旋回式推進器の旋回によって航走体を回頭する。また、水流の噴射方向を変更できるウォータージェット推進器を用いる。

また、複数の推進用機器を用いる場合の例としては、船体没水部の側方にそれぞれ推進用機器を単数又は複数設けたり、船体没水部の底部に航走体の幅方向に複数の推進用機器を設けたりする。

この構成では、複数の推進用機器の一部又は全部を旋回させて航走体の回頭用の旋回モーメントを発生させてもよいが、これらの複数の推進用機器が発生する推力の大きさを個別に制御することで、全体として航走体の回頭用の旋回モーメントを発生させる方がより好ましい。この場合は、推進用機器自体を旋回させる必要がなく、推進用機器の構造及び動力伝達機構を著しく単純化できる。

なお、対称翼は、基本的に上下キャンバーが同じ翼型なので、揚力係数が低い代りに、風圧中心と空力中心が一致するという特徴を持っており、迎角が変わっても風圧中心が移動しない。そのため、操船用の制御が単純化する。

また、航走体の前後方向に関しての推進用機器の位置は、特に制限はないが、浮心より前、浮心の近傍、浮心より後方等が考えられるが、それぞれの得失に従って、主機関の位置や動力伝達機構等との関係と、発生できる航走体の旋回モーメントとの関係で推進用機器の位置を決めることになる。ただし、推進用機器の前後位置は、必ずしも同じ前後位置でなくてもよいが、両舷で同じ前後位置とする方が操縦性の面では扱い易くなるので、より好ましい。

上記の航走体において、航走体の前後方向Ｘに関して、前記船体没水部２の全長を基準長Ｌｂとし、前記船体没水部２の前端から前記基準長Ｌｂの１／４の距離の位置を基準位置Ｐｓとし、前記基準位置Ｐｓに対して前記基準長Ｌｂの１０％の長さの分だけ前方の位置を第１位置Ｐ１とし、前記基準位置Ｐｓに対して前記基準長Ｌｂの１０％の長さの分だけ後方の位置を第２位置Ｐ２として、前記推進用機器７の後端の位置を推進器位置Ｐｘとしたときに、前記推進器位置Ｐｘが前記第１位置Ｐ１と前記第２位置Ｐ２との間の第３前後範囲Ｒｘ３にあるように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、推進用機器の位置は「空力中心」の前後位置の近傍になり、「風圧中心」の近傍になると考えられるので、旋回運動するときの揚力の作用点の略両側に推進用機器が配置されることになるので、推進用機器の制御による航走体に発生する旋回モーメントの推定が比較的容易となり、操縦し易くなる。

あるいは、上記の航走体において、航走体の前後方向に関して、前記船体没水部の全長を基準長とし、前記船体没水部の浮心の位置を基準位置とし、前記基準位置に対して前記基準長の１０％の長さの分だけ前方の位置を第１位置とし、前記基準位置に対して前記基準長の１０％の長さの分だけ後方の位置を第２位置として、前記推進用機器の後端の位置を推進器位置としたときに、前記推進器位置が前記第１位置と前記第２位置との間の第３前後範囲にあるように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、船舶の重心の前後位置は浮心の前後位置の近傍になると考えられるので、旋回運動するときの重心（航走体の質量に見掛け質量を加えた質量での重心）の略両側に推進用機器が配置されることになるので、推進用機器の制御による航走体に発生する旋回モーメントの推定が比較的容易となり、操縦し易くなる。

あるいは、上記の航走体において、航走体の前後方向に関して、前記船体没水部の全長を基準長とし、前記船体没水部の最大幅の中心の位置を基準位置とし、前記基準位置に対して前記基準長の１０％の長さの分だけ前方の位置を第１位置とし、前記基準位置に対して前記基準長の１０％の長さの分だけ後方の位置を第２位置として、前記推進用機器の後端の位置を推進器位置としたときに、前記推進器位置が前記第１位置と前記第２位置との間の第３前後範囲にあるように構成されていることを特徴とする。

この構成では、推進用機器の配置の前後位置を船体没水部の最大幅の中心の近傍に配置することで、船体没水部によって生じる水流の推進用機器への影響が少なくなるとともに、推進用機器によって生じる水流の船体没水部の表面への影響が少なくなると考えられる。そのため、船体没水部と推進用機器の干渉が少なくなり、それぞれの性能評価が容易となり、設計が容易となる。また、主機関などが配置される機関室も、船体没水部の最大幅の部分に配置できるので、機関室と推進用機器を近くの配置できる。

この構成によれば、主機関と推進用機器の間は電力用ケーブルと制御信号用ケーブルを配線するだけ、または、流体圧配管等の流体圧制御システムを配管するだけでよいので、主機関の場所は比較的自由に選択できるようになる。従って、主機関と船橋と居住区を船体没水部の横幅が大きく、主機関の配置スペースの確保が容易ない船首側に配置することが可能となる。また、船首側に船橋を設けることができると、航走体特に水上航走体（船舶）における航行時の前方を監視するために必要な見通し線の確保が容易となる。

上記の航走体において、前記推進用機器が電気を駆動源とする電気推進システムを用いているか、あるいは前記推進用機器が流体圧を駆動源とする流体圧システムを用いているかのいずれか一方であるように構成されていることを特徴とする。

そして、電気推進システムの場合は、スクリュープロペラと直結したポッド内に電動機を設置して推進用機器を構成し、この電動機に、船内のディーゼルエンジンやガスタービンエンジン等の主機関で発電した電力を供給する構成とする。これにより、主機関、発電機などが配置される機関室と、推進用機器とを離間して配置できるようになるので、航走体における機器の配置上（レイアウト）の制約を少なくして、自由度を増すことができる。

また、流体圧システムでは、油圧や空圧を使用するが、油圧を用いる油圧システムでは、可変容量型の油圧モータをポッド内部に設けて、船内からの油圧ラインで油圧ポンプから送油される作動油によって油圧モータを駆動してプロペラを回転する。この場合には、可変容量型の油圧ポンプを用いることで、電動モータを使用した場合に必要とされる変速機や冷却システムを不要にして、配置上の自由度を増すことができる。空圧システムでは発生できる駆動力の大きさは劣るが、万一破損した場合であっても海洋汚染の危険性が小さくなる。

上記の航走体において、前記船体没水部の後端と、前記後端から前記船体没水部の全長の３分の１の分だけ前方の位置との間の部位に、航走体の幅方向に推力を発生する横力発生装置を配置して、前記横力発生装置を用いて回頭するように構成されている。この横力発生装置としては、サイドスラスターやアジマススラスターやウォータージェット推進器の噴射口等を用いることができる。この構成によれば、従来の船舶の船尾に配置された舵の代わりになり、この船舶を操船できるようになる。

上記の航走体において、前記船体没水部の底部の後方の部位に、船底から下方に突出する底部舵を、少なくとも航走時において配置して、前記底部舵を用いて回頭するように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、底部舵の後が右舷側に出るように回動すると、船首側が左舷側に回る旋回モーメントを発生することができ、底部舵の後が左舷側に出るように回動すると、船首側が右舷側に回る旋回モーメントを発生することができるので、従来の船舶の船尾に配置された舵の代わりになり、この船舶を操船できるようになる。

また、この底部舵は、船体没水部の後方に配置されず、船体没水部の底部から突出して配置されており、船体没水部の流れの影響が少なくなるので、舵性能の推定が容易となり、そのため、この底部舵の設計が容易となる。さらに、この底部舵は横揺に対する抵抗となる上に、舵を切ると横揺れモーメントも発生するので、横揺れ制御にも使用できる。また、舵を昇降可能に構成して、港湾などの浅海域において曳船などで曳航される場合には、底部から船体没水部の内部に収容してもよい。

上記の航走体において、前記船体没水部の後方の部位において、前記船体没水部の右舷側の側部から斜め上方に突出する斜め上方船尾舵と斜め下方に突出する斜め下方船尾舵の少なくとも一方を設けると共に、前記船体没水部の左舷側の側部から斜め上方に突出する斜め上方船尾舵と斜め下方に突出する斜め下方船尾舵の少なくとも一方を設けて、船尾舵システムを構成し、前記船尾舵システムを用いて回頭するように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、この船尾舵システムでは、斜め舵、Ｖ字形状舵、Ｘ字形状舵などの構成となるので、水平面における旋回モーメントだけでなく、垂直面におけるトリム方向のモーメントも発生できるようになり、横揺制御や、縦揺制御に必要なモーメントを発生できるようになる。

上記の航走体において、前記船体没水部の後部に後縁フラップを設けて、前記後縁フラップを用いて回頭するように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、後縁フラップを右舷側に出すと、船首側が左舷側に回る旋回モーメントを発生することができ、後縁フラップを左舷側に出すと、船首側が右舷側に回る旋回モーメントを発生することができるので、回頭できるようになる。

なお、操船のためには、後縁フラップを能動的に動かす必要があるが、直進時における抵抗減少に関しても有効ではないかと考える。この場合は、後縁フラップをその外側の流れや渦などの流体力によって受動的に動くようにしたり、後縁フラップに相当する船体の部位をプラススチックやゴムなどの弾性体で形成して可撓性を持たせて柔軟性に変形するようにしたりする。

これらにより、船尾端側における渦流の発生を抑制して、針路安定性を保持したり、粘性抵抗を低減したりすることができる可能性がある。この場合には、後縁フラップを上下方向に分割して個別に変形可能に構成すると、上下方向でその場の流れに応じた変形が容易なようになる。また、後縁フラップを操船時には能動的に動かすことがせき、直進時には受動的に動かせるようにすることも考えられる。

上記の航走体で、航走体の前後方向の中心位置よりも後方において、前記旋回力発生用フィンを、前記船体没水部の両舷側に前記船体没水部の側部から離間してそれぞれ設けるか、前記船体没水部の底部に航走体の幅方向に関して離間して複数設けるかのいずれか一方になるように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、航走体が斜行し始めたときに、この旋回力発生用フィンにより回頭を抑制する方向の旋回力を発生させることで、航走体の針路安定性を向上させることができる。

そして、この旋回力発生用フィンを船体没水部の空力中心より後方に配置する場合には、水平断面が翼形状でかつ航走体の前後方向に翼弦を持ち、翼形状の幅が航走体の上下方向又は斜め上下方向に延びるように構成すると、旋回力発生用フィンを固定翼で構成しても、航走体が回頭すると、旋回力発生用フィンの迎角の増加量は船体没水部の迎角の増加量と同じになり、同じ方向の揚力を発生し、航走体の回頭を抑制する方向の旋回モーメントを発生するので、針路安定性が向上するようになる。なお、旋回力発生用フィンの迎角（船体没水部の前後方向に対する翼弦の角度）を能動的に変更できるように構成したり、旋回力発生用フィンの後端に回動可能なフラップを設けたりすることで、容易に旋回力発生用フィンが発生する旋回モーメントをより大きくして、航走体の回動を抑制するように構成することができる。

一方、この旋回力発生用フィンを船体没水部の空力中心より前方やその近傍に配置する場合には、旋回力発生用フィンの迎角を船体没水部の前後方向に対して能動的に変更できるように構成したり、能動的に回動するフラップを設けたりして、航走体の回頭を抑制する方向の旋回モーメントを積極的に発生するように構成する必要がある。しかしながら、旋回力発生用フィンにおけるこれらの機構が故障した時には、針路不安定の方向に旋回力発生用フィンが旋回モーメントを発生することになるので、この前方配置はあまり好ましくない。

上記の船舶において、前記船体没水部の側部と前記推進用機器の間の支持部材を水平フィンとして構成するか、または、前記推進用機器の外側に水平フィンを設けて構成するか、または、前記船体没水部の側部の外側に水平フィンを設けて構成するかの少なくとも一つで、揚力を発生するとともに、この揚力の大きさを制御することにより横揺れ制御を行う。この揚力発生機構は、支持部材と水平部材にフラップを設けたり、支持部材と水平部材自体を水平翼として迎角を変更可能に構成したりすることで、容易に構成できる。この構成によれば、この揚力発生機構で発生する揚力を制御することによる横揺れ制御で航走体の横揺れを抑制できる。

そして、上記のような目的を達成するための本発明の航走体の粘性抵抗低減方法は、航走時に水面下の船体没水部）を有する航走体の粘性抵抗低減方法であって、航走体の前後方向における前記船体没水部の浮心よりも後方を船体没水後半部の形状に関して、航走体の上下方向における前記船体没水部の７０％から１００％の第１上下範囲で、かつ、航走体の前後方向における前記船体没水後半部の７０％から１００％の第１前後範囲である範囲の水平断面で、前記船体没水後半部の水線面の外形線が、前記水線面の外形線に内接する対称翼型の浮心よりも後方の後半部の外形線と、前記水線面の外形線に外接する対称翼型よりも後方の後半部の外形線の間に入っているとともに、前記船体没水後半部において、前記内接する対称翼型の後半部の面積が、前記外接する対称翼型の後半部の面積の８０％以上１００％以下であるように構成することで、航走体の粘性摩擦抵抗を減少することを特徴とする。

この航走体の粘性抵抗低減方法では、船体没水後半部の形状が対称翼の後半部の形状若しくはこれに近似した形状とすることにより、粘性抵抗を低減している。これにより、航走体の直進時における船尾における流れが滑らかに合流するようになり、従来の船型の船尾で発生する伴流及びビルジ渦の発生を抑制することができ、粘性抵抗、特に圧力抵抗を減少することができる。

上記の航走体の粘性抵抗低減方法において、航走体の上下方向における前記船体没水部の７０％から１００％の第１上下範囲で、かつ、航走体の前後方向における航走体の全長の７０％から１００％の第２前後範囲である範囲の水平断面で、前記船体没水部の水線面の外形線が、前記水線面の前記外形線に内接する対称翼型の外形線と、前記水線面の外形線に外接する対称翼型の外形線の間に入っているとともに、前記内接する対称翼型の面積が、前記外接する対称翼型の面積の８０％以上１００％以下であるように構成することで、航走体の粘性摩擦抵抗を減少することを特徴とする。

上記の航走体の粘性抵抗低減方法によれば、船体没水部の全体の形状が対称翼の形状若しくはこれに近似した形状となる。これにより、船体没水部の抵抗が翼型形状の抵抗又はそれに近い抵抗となるので、従来の船体形状の抵抗に比べて、粘性抵抗、特に圧力抵抗を減少することができる。

本発明の航走体及び航走体の粘性抵抗低減方法によれば、推進性能に関しての抵抗において粘性抵抗の割合が大きい航走体において、船体没水部に対称翼の形状を採用することで、船尾の水流を整流して渦流の発生を抑制することができ、これにより、船体没水部の形状に起因する粘性抵抗を小さくすることができる。

図１は本発明の第１の実施の形態の航走体である船舶の船体没水部の例で、船体没水前半部の水線面の形状がＳＲ２２１のＢ船型の前半部の形状で、船体没水後半部の水線面の形状がＮＡＣＡ００２０の翼型形状の後半部の形状をしている船舶を示す正面線図（Ｂｏｄｙ Ｐｌａｎ）である。 図２は図１の船舶の船体没水部の一つの水線面（図１で上下方向の位置ｚ）を示す水線面図（Ｗａｔｅｒ Ｌｉｎｅ）である。 図３は図１の船舶の船体没水部の側面図である。 図４は本発明の第２の実施の形態の航走体である船舶の船体没水部の例で、水線面の全体の形状がＮＡＣＡ００２０の翼型の形状をしている船舶を示す正面線図である。 図５は図４の船舶の船体没水部の一つの水線面（図４で上下方向の位置ｚ）を示す水線面図である。 図６は図４の船舶の船体没水部の側面図である。 図７は本発明の第３の実施の形態の航走体である潜水艦の船体没水部の例で、船体没水前半部の水線面の形状が楕円形の前半部の形状で、船体没水後半部の水線面の形状がＮＡＣＡ００２０の翼型形状の後半部の形状をしている潜水艦を示す正面線図である。 図８は図７の潜水艦の船体没水部の一つの水線面（図７で上下方向の位置ｚ）を示す水線面図である。 図９は図７の潜水艦の船体没水部の側面図である。 図１０は本発明の第４の実施の形態の航走体である潜水艦の船体没水部の例で、水線面の全体の形状がＮＡＣＡ００２０の翼型の形状をしている潜水艦を示す正面線図である。 図１１は図１０の潜水艦の船体没水部の一つの水線面（図１０で上下方向の位置ｚ）を示す水線面図である。 図１２は図１０の潜水艦の船体没水部の側面図である。 図１３は船体没水後半部の形状と内接する対称翼（ＮＡＣＡ００１５）の翼型の後半部の形状と外接する対称翼（ＮＡＣＡ００２０）の翼型の後半部の形状との関係を模式的に示す水線面図である。 図１４は船体没水部の形状と内接する対称翼（ＮＡＣＡ００１５）の翼型の形状と外接する対称翼（ＮＡＣＡ００２０）の翼型の形状との関係を模式的に示す水線面図である。 図１５は水上航走体の船体没水部の形状の横断面形状を例示する正面線図であって、（ａ）Ｕ字型船形、（ｂ）Ｖ字型船形、（ｃ）中間船形、及び、（ｄ）楕円形船形を例示する図である。 図１６は水中航走体の船体没水部の形状の横断面形状を例示する正面線図であって、（ａ）円形船形、（ｂ）横長楕円形船形、及び、（ｃ）縦長楕円形船形を例示する図である。 図１７は水上航走体の船体没水部の船首側の側面形状のプロフィルを例示する側面図であって、（ａ）平行翼船形、（ｂ）後退翼船形、（ｃ）前進翼船形、（ｄ）凹形状船形、及び、（ｅ）凸形状船形を例示する図である。 図１８は水上航走体の船体没水部の船尾側の側面形状のプロフィルを例示する側面図であって、（ａ）平行翼船形、（ｂ）後退翼船形、（ｃ）前進翼船形、（ｄ）凸形状船形、及び、（ｅ）凹形状船形を例示する図である。 図１９は推進用機器の第１の配置例を示す正面線図である。 図２０は図１９の推進用機器の配置を示す平面図である。 図２１は推進用機器の第２の配置例を示す正面線図である。 図２２は図２１の推進用機器の配置を示す底面図である。 図２３は推進用機器の第３の配置例を示す正面線図である。 図２４は図２３の推進用機器の配置を示す底面図である。 図２５は船尾舵システムを示す平面図である。 図２６はＸ字舵を示す背面図である。 図２７はＶ字舵（斜め上方舵）を示す背面図である。 図２８は逆Ｖ字舵（斜め下方舵）を示す背面図である。 図２９は斜め舵（斜め上方舵＋斜め下方舵）を示す背面図である。 図３０は回動方式の推進用機器の側部配置を説明するための横断面図である。 図３１は転倒方式の推進用機器の側部配置を説明するための横断面図で、（ａ）は凹部への移動、（ｂ）は上甲板の上への移動を示す図である。 図３２は伸縮方式の推進用機器の側部配置を説明するための横断面図である。 図３３は昇降方式の推進用機器の側部配置を説明するための横断面図である。 図３４は昇降方式の推進用機器の底部配置を説明するための横断面図である。 図３５は転倒方式の推進用機器の底部配置を説明するための横断面図である。 図３６は回動方式の推進用機器の底部配置を説明するための横断面図で、（ａ）は側部への移動、（ｂ）は上甲板の上への移動を示す図である。 図３７は横力発生装置の配置例を示す側面図である。 図３８は図３７の横力発生装置を示す平面断面図（図３８のＺ４－Ｚ４）である。 図３９は後縁フラップを示す側面図である。 図４０は図３９の後縁フラップを示す平面断面図である。 図４１は２種類の後縁フラップを示す平面断面図で、（ａ）は単純フラップの後縁フラップを示す図で、（ｂ）スプリットフラップの後縁フラップを示す図で、（ｃ）はスプリットフラップを両開きした状態を示す図である。 図４２は推進用機器による旋回方法を説明するための平面図で、（ａ）は推力差による旋回方法を、（ｂ）は単数基の推進用機器を旋回させる旋回方法を、（ｃ）は複数基の推進用機器を旋回させる旋回方法を説明するための図である。 図４３は推進用機器の前後方向の配置位置を説明するための底面図で、（ａ）は空力中心の近傍に、（ｂ）は浮心の近傍に、（ｃ）は最大幅の部位の近傍に配置する場合を説明するための図である。 図４４は航走体が回頭及び旋回する様子を説明するための平面図で、（ａ）は横力発生装置を、（ｂ）は底部舵を、（ｃ）は船尾舵システムを示す図である。 図４５は航走体が回頭及び旋回する様子を説明するための平面図で、（ａ）は単純フラップの後縁フラップを、（ｂ）はスプリットフラップの後縁フラップを示す図である。 図４６は対をなす底部舵の配置を例示する図であり、（ａ）は背面図で、（ｂ）は底面図である。 図４７は旋回力発生フィンの側部配置を例示する図であり、（ａ）は背面図で、（ｂ）は底面図である。 図４８は旋回力発生フィンの底部配置を例示する図であり、（ａ）は背面図で、（ｂ）は底面図である。 図４９は水平フィンの側部配置を例示する図であり、（ａ）は背面図で、（ｂ）は底面図である。 図５０はＳＲ２２１の大型タンカーに相当する船形の正面線図であり、（ａ）はＶ型フレームラインのＡ船型を、（ｂ）はＵ型フレームラインのＢ船型を、（ｃ）は中間的なフレームラインを持つＣ船型を示す図である。 図５１はＳＲ２２１の大型タンカーに相当する船形の水線面図であり、（ａ）はＡ船型を、（ｂ）はＢ船型を、（ｃ）はＣ船型を示す図である。 図５２は対称翼型の形状を例示する図であり、（ａ）はＮＡＣＡ００２０の翼型を、（ｂ）はＮＡＣＡ００１５の翼型を、（ｃ）はＮＡＣＡ００１２の翼型を、（ｄ）はＮＡＣＡ６５－０１０の翼型を示す図である。

〔イントロ及び図の概説〕以下、図面を参照して本発明に係る航走体及び航走体の粘性抵抗低減方法の実施の形態について説明する。本発明に係る第１及び第２の実施の形態の航走体は水上航走体であり、図１～図３に示す排水量型の船舶１ＡＡと図４～図６に示す船舶１ＡＢである。また、本発明に係る第３及び第４の実施の形態の航走体は水中航走体であり、図７～図９に示す潜水艦１ＢＡと図１０～図１２に示す潜水艦１ＢＢである。図１～３、図７～図９の航走体１ＡＡ、１ＢＡは船体没水部の船尾側半分が対称翼型形状であり、図４～６、図１０～図１２の航走体１ＡＢ、１ＢＢは船体没水部の全体が対称翼型形状である。また、図１３は、船体没水部の船尾側半分が対称翼型形状の近似形状の場合の水線面図の例示であり、図１４は、船体没水部の全体が対称翼型形状の近似形状の場合の水線面図の例示である。

また、図１５は水上航走体の横断面形状の例示であり、図１６は水中航走体の横断面形状の例示である。図１７と図１８は水上航走体の側面形状のプロファイルの例示である。また、図１９～図２４は推進用機器の配置の例示である。図２５～図２９は船尾舵システムを示す図である。また、図３０～図３６は、推進用機器の格納方式を例示する図である。図３７～図４５は航走体を旋回させるための機構に関する図面である。図４５～図４９は、航走体を針路保持させるための機構に関する図面である。図５０と図５１はＳＲ２２１の大型タンカーに相当する船形を例示する図であり、図５２は対称翼型の形状を例示する平面図である。

なお、図面は本発明を説明するための概略図であり、必ずしも正確な寸法の比率で示されているものでもなく、風圧中心、浮心などの位置も必ずしも正確な位置に示されているものでもない。なお、第１～第４の航走体１ＡＡ、１ＡＢ、１ＢＡ、１ＢＢに関しては、総称として「航走体１」を用いる。また符号「Ｌｃ」は船体中央断面を示す船体中央線であり、平面図と底面図、正面線図と背面図などでも同じ符号「Ｌｃ」を用いている。

〔本発明の意図：抵抗減少〕本発明では、航走時に水面下となる船体没水部において、特に船尾側の没水後半部において、多くの部分の水線面（水平断面形状）の形状を翼型の形状またはその近似形状で形成することで、船体没水部の周囲の流れ、特に船尾の水流を整流して円滑な流れにして、抵抗成分となるビルジ渦の発生と伴流の発生を抑制する。これにより、粘性抵抗、特に圧力抵抗を減少させる。また、船体没水部の全体を略翼型の形状（翼型形状に近似した形状）に形成することで、より船尾の水の流れを整流させて、船体没水部の抵抗を減少させる。

〔本発明の意図：操縦性能の向上〕また、船体没水部の後半部の翼型の形状により、従来技術のＶＬＣＣなどの大型タンカー等の船尾形状を肥大化した船型に比べて、船尾の流れの乱れが著しく小さくなると考えられるので、船の操縦性能における針路安定性（針路保持性能）を向上させる。この針路保持性能は、針路保持に関する性能であり、舵の操作を行うことなく風や波などの外乱が作用しても針路を安定に保つことができる性能である。

〔本発明の意図：航空力学の利用〕なお、この航走体のレイノルズ数は、舵などのレイノルズ数に比べて２桁程大きくなり、所謂高レイノルズ数領域となるため、大型航空機と同じレイノルズ数領域になるため、航空機の空気の圧縮流体とは異なるが、この航空機分野における翼を参考にすることができる。

〔本発明の問題点〕一方、問題点としては、船体没水後半部が細くなるので、従来技術の柱状係数の大きい船型に比べて、柱状係数が小さくなり、同じ没水容積を確保しようとすると船長が長く、船幅が広く、喫水が深くなる。しかしながら、本発明の翼形形状の船舶も含むことができるように船長や容積等に関する諸規則を変更することで、十分に対応できるものと考える。

〔本発明の対象〕そして、本発明が対象とする水上航走体では、粘性抵抗の低減特の船尾からの伴流による抵抗の減少を目的としており、造波抵抗の減少は考えていないので、大型タンカーや大型鉱石運搬船などの比較的低速で造波抵抗が小さく、粘性抵抗の大きい船舶が主な対象となる。また、水中航走体では粘性抵抗の低減の効果が大きいと思われる潜水艦や魚雷や自律型の潜水機器等が対象となるが、本発明はこれらに限定されず、航走時に水面下に船体没水部を有する航走体であれば、この航走体に適用できる。

〔従来技術の大型タンカー〕この大型タンカー船型の従来技術の船型の代表例として、日本の造船界のＳＲ２２１研究部会で採用された大型タンカー（ＶＬＣＣ）の船型を図５０に示す。この船型には、操縦性能の推定のための実験で使用されたＶ型フレームラインのＡ船型（ａ）とＵ型フレームラインのＢ船型（ｂ）と中間的なフレームラインを持つＣ船型（ｃ）とがある（「ＳＲ２２１操縦運動時の船体周囲流場に関する研究（要約）」：Ｊａｐａｎ Ｓｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＮＩＩ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ より引用）。

ちなみに、図５１は、ＳＲ２２１のＡ船型（ａ）とＢ船型（ｂ）とＣ船型（ｃ）の満載喫水（ｄ）の半分の喫水（ｄ/２）（Ｚ１）における水線面図（水平断面図：半幅平面図（Ｈａｌｆ－Ｂｒｅａｄｔｈ Ｐｌａｎ））である。なお、図５１は、上記の図５０を基にして新たに作成した図であり、外形線は線分で結んでいてフェアリングしていない。Ｌ/Ｂ＝５．５２、Ｂ／ｄ＝３．０で、Ｃｐａ＝０．７５６（Ａ船型）、０．７５０（Ｂ船型）、０．７５３（Ｃ船型）である。実船速力は１５ノット（７．７２[ｍ／ｓ]）相当とされている。実船の船長に関しては特に記載がないので、仮に、「代表長さ」を３００ｍとすると、海水１５℃でレイノルズ数「Ｒｎ＝７．７２×３００／（１．１８７×１０^－６）＝１．９５×１０^９となり、高レイノルズ数領域となる。

〔対称翼〕一方、「翼」については、概ねの定義では「流体との相互作用によって効率よく揚力を得られるような形状をした物体」と言われている。しかし、「翼型の形状」は、一般的に認められている形状であり、より具体的には、アメリカの研究による「ＮＡＣＡ翼型」、「ＮＡＳＡ翼型」、イギリスの研究による「ＲＡＦ翼型」、ドイツのゲッチンゲン大学の研究による「Ｇｏｔｔ翼型」や、円形からの写像をジュコフスキー変換して得られる「ジュコフスキーの翼型」等がある。なお、アメリカの研究による周知のＮＡＣＡ翼型の４桁、５桁、６桁の翼型シリーズの翼型を用いると、容易にその形状と実験結果等のデータを利用することができるようになる。しかしながら、本発明は、これらの名称が付いた翼型のみに限定する必要は無い。

さらに、「対称翼」は、中心線に関し上面と下面の形状が対称な翼型であり、中心線と翼弦が一致しキャンバーはゼロの翼型であるので、船体没水部の形状を比較的単純な形状にすることができる。従って、船体外板の加工工程が複雑化するのを抑制できる。この対称翼の形状を用いると船体が左右対称になり、船首の右舷側への回頭と船首の左舷側への回頭で旋回性能が同じになるで、操縦し易くなる。また、対称翼では迎え角がゼロのとき揚力係数はゼロであり、その上、迎え角がプラスまたはマイナスで増加しても風圧中心が前縁側に移動する量が少なく、重心と揚力のバランスが変化し難く、針路安定性が良いという特徴があるので、針路保持性能等の操縦性能に優れた形状になっている。

〔対称翼の例：ＮＡＣＡ翼〕この対称翼型の形状の例として、船舶用の舵の分野や、１０^４～１０^５程度の低レイノルズ数領域ではあるが、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）やＭＡＶ（Ｍｉｃｒｏ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）などの分野で比較的多くの研究がなされているＮＡＣＡの対称翼型の形状がある。図５２にＮＡＣＡ００２０、ＮＡＣＡ００１５、ＮＡＣＡ００１２、ＮＡＣＡ６５－０１０の対称翼型の形状を示す。Ｌ/Ｂは、それぞれ、「５」、「６．６」、「８．３」、「１０」となっている。また、ＮＡＣＡ００１８で、Ｌ／Ｂ＝５．５５となる。

このＮＡＣＡ翼型の４桁の翼型の形状では、ｘを前後位置（ｘ＝０が前端位置、ｘ＝１が後端位置）としてｙを翼の片幅として、「±ｙ＝（ｔ／２）×（０．２９６９０×（√ｘ）－０．１２６００×ｘ－０．３５１６０×（ｘ×ｘ）＋０．２８４３０×（ｘ×ｘ×ｘ）－０．１０１５０×（ｘ×ｘ×ｘ×ｘ））」で計算される。

〔対称翼：アスペクト比〕なお、航走体では一般に船体没水部の深さは通常の翼に比べて大きくないので、アスペクト比について考えると、例えば、ＮＡＣＡ００２０で、ｔ＝０．２０とすると、Ｌ／Ｂ＝１/０．２０＝５．０となる。ここで、Ｂ/ｄ＝３．０とし、水面効果を考えて２倍とすると、アスペクト比（２×翼幅／翼弦長）は、２ｄ／Ｌ＝０．１３３となる。また、Ｌ/Ｂ＝５．５２となる翼型の場合は、Ｌ/Ｂ＝１／２ｔより、ｔ＝０．０９１となり、Ｂ/ｄ＝３．０とすると、水面効果を考えて２倍としてアスペクト比（２×翼幅／翼弦長）は、２ｄ／Ｌ＝２／（５．５２×３）＝０．１２０となる。

従って、極端にアスペクト比が低い値の翼形状になる。なおＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ：計算流体力学）における３次元での数値計算で、アスペクト比が０．５の計算例が有り、これに比べると、アスペクト比がより小さくなるので、計算時の要素数が少なくて済むことから、レイノルズ数の話を別にすると、数値計算はより行い易くなると考えられる。

〔本発明に係る実施の形態の航走体〕本発明に係る実施の形態の航走体１ＡＡ、１ＡＢ、１ＢＡ、１ＢＢは、航走時に水面下の船体没水部２を有する航走体であり、船舶１ＡＡ、１ＢＢは水上航走体である排水量型の船舶の例示であり、潜水艦１ＢＡ、１ＢＢは、水中航走体の例示である。なお、これらは例示であり、本発明はこの例示の船種に限定されるものではない。また、以下で述べられる「７０％」、「８０％」、「９０％」、「９５％」、「１００％」等の数値は、その前後で、効果が著しく変化するような境界値となる数値、所謂、数値限定用の数値ではなく、権利範囲を明確に特定するための数値である。

〔航走体の具体的説明〕次に、より具体的に、第１～第４の実施の形態の航走体について説明する。図１～図３に示す第１の実施の形態の航走体１ＡＡは、大型タンカーを例示したものであり、船体没水前半部２ａは、ＳＲ２２１Ｓ船型のＡ船型（Ｕ字船型）の形状とし、船体没水後半部２ｂをＮＡＣＡ００２０の翼型形状としたものである。また、図４～図６に示す第２の実施の形態の航走体１ＡＢは、同じく大型タンカーを例示したものであり、船体没水部２をＮＡＣＡ００２０の翼型形状としたものである。

一方、図７～図９に示す第３の実施の形態の航走体１ＢＡは、潜水艦を例示したものであり、船体没水部２の船体没水前半部２ａは、楕円形の形状とし、船体没水後半部２ｂをＮＡＣＡ００２０の翼型形状としたものである。また、図１０～図１２に示す第４の実施の形態の航走体１ＢＢは、同じく潜水艦を例示したものであり、船体没水部２をＮＡＣＡ００２０の翼型形状としたものである。

〔船体没水部の後半部が対称翼型形状又はその近似形状〕なお、実際には、完全な翼型形状とすることが困難な場合もあるので、図１３に示すように、船体没水後半部２ｂが翼型形状の航走体１ＣＡに場合には、航走体の前後方向Ｘにおける船体没水部２の浮心Ｐｆよりも後方を船体没水後半部２ｂとしたときに、この船体没水後半部２ｂにおける翼型形状に関しては、翼型形状の範囲を少なくとも下記のような範囲としている。

この範囲は、航走体の上下方向Ｚにおける船体没水部２（図１、図３、図４、図５の喫水ｄ、図７、図９、図１０、図１２の船体没水部の高さＤ）の７０％から１００％、より好ましくは８０％から１００％の第１上下範囲Ｒｚで、かつ、航走体の前後方向Ｘにおける船体没水後半部２ｂの７０％から１００％、より好ましくは８０％から１００％の第１前後範囲Ｒｘ１となる範囲であり、この範囲を第１の特定範囲Ｒａとする。

この第１の特定範囲Ｒａは図１～図３におけるクロスハッチングの部分となる。この第１の特定範囲Ｒａは、航走体の上下方向Ｚに連続的な範囲であってもよく、間欠的又は断続的であってその総和の範囲が船体没水部２の７０％から１００％、より好ましくは８０％から１００％であればよく、また、航走体の前後方向Ｘに連続的な範囲であってもよく、間欠的又は断続的であってその総和の範囲が船体没水後半部２ｂの７０％から１００％、より好ましくは８０％から１００％であればよい。

そして、上記の第１の特定範囲Ｒａの範囲の水平断面で、船体没水後半部２ｂの水線面３（ｚ）の外形線Ｌｓ（ｚ）が、船体没水後半部２ｂの水線面３（ｚ）の外形線Ｌｓ（ｚ）に内接する対称翼型２０（ｚ）の外形線Ｌ１（ｚ）と、船体没水後半部２ｂの水線面３（ｚ）の外形線Ｌｓ（ｚ）に外接する対称翼型３０（ｚ）の外形線Ｌ２（ｚ）の間に入っていることとしている。なお、ここでは、内接する対称翼型をＮＡＣＡ００１５の翼型形状とし、外接する対称翼型を「ＮＡＣＡ００２０」の翼型形状としている。

さらに、内接する対称翼型２０（ｚ）と外接する対称翼型３０（ｚ）の関係においては、内接する対称翼型２０（ｚ）の面積Ｓ１（ｚ）が、外接する対称翼型３０（ｚ）の面積Ｓ２（ｚ）の８０％以上１００％以下、好ましくは、９０％以上１００％以下、より好ましくは、９５％以上１００％以下であるとしている。

〔船体没水部の全体が対称翼型形状及びその近似形状〕また、図１４に示すように、船体没水部２が翼型形状の航走体１ＣＢの場合には、この船体没水部２における翼型形状に関しては、翼型形状の範囲を少なくとも下記のような範囲としている。

この範囲は、航走体の上下方向Ｚにおける船体没水部２（図１、図３、図４、図５の喫水ｄ、図７、図９、図１０、図１２の船体没水部の高さＤ）の７０％から１００％、より好ましくは８０％から１００％の第１上下範囲Ｒｚで、かつ、航走体の前後方向Ｘにおける航走体の全長Ｌｂの７０％から１００％、より好ましくは８０％から１００％の第２前後範囲Ｒｘ２となる範囲であり、この範囲を第２の特定範囲Ｒｂとする。

この第２の特定範囲Ｒｂは図４～図６におけるクロスハッチングの部分となる。この第２の特定範囲Ｒｂは、航走体の上下方向Ｚに連続的な範囲であってもよく、間欠的又は断続的であってその総和の範囲が船体没水部２の７０％から１００％、より好ましくは８０％から１００％であればよく、また、航走体の前後方向Ｘに連続的な範囲であってもよく、間欠的又は断続的であってその総和の範囲が航走体の全長Ｌｂの７０％から１００％、より好ましくは８０％から１００％であればよい。

そして、上記の第１上下範囲Ｒｚかつ第２前後範囲Ｒｘ２の範囲の水平断面で、船体没水部２の水線面３（ｚ）の外形線Ｌｓ（ｚ）が、船体没水部２の水線面３（ｚ）の外形線Ｌｓ（ｚ）に内接する対称翼型２０（ｚ）の外形線Ｌ１（ｚ）と、船体没水部２の水線面３（ｚ）の外形線Ｌｓ（ｚ）に外接する対称翼型３０（ｚ）の外形線Ｌ２（ｚ）の間に入っていることとしている。なお、ここでは、内接する対称翼型をＮＡＣＡ００１５の翼型形状とし、外接する対称翼型をＮＡＣＡ００２０の翼型形状としている。

そして、内接する対称翼型２０（ｚ）と外接する対称翼型３０（ｚ）の関係においては、この船体没水部２において、内接する対称翼型２０（ｚ）の面積Ｓ１（ｚ）が、外接する対称翼型３０（ｚ）の面積Ｓ２（ｚ）の８０％以上１００％以下、好ましくは、９０％以上１００％以下、より好ましくは、９５％以上１００％以下であるとしている。

〔同一又は相似の対称翼型形状〕そして、上記の航走体１において、内接する対称翼型２０（ｚ）の外形線Ｌ１（ｚ）と外接する対称翼型３０（ｚ）の外形線Ｌ２（ｚ）が、同一形状又は相似形状であるように構成すると、船体没水部２の形状をより単純な形状にすることができる。

〔対称翼型の形状の上下方向の変化〕さらに、上記の航走体１において、内接する対称翼型２０（ｚ）の外形線Ｌ１（ｚ）と外接する対称翼型３０（ｚ）の外形線Ｌ２（ｚ）が、航走体の上下方向Ｚにおける第１上下範囲Ｒｚで、同一形状又は相似形状であるように構成されると、船体没水部２の形状を比較的単純な形状にすることができ、船体外板の加工工程が複雑化するのを抑制できる。

〔横断面の形状〕なお、船体没水部２の横断面形状においては、水上航走体１ＡＡ、１ＡＢにおいては、図１５に示すように、浮力及び内部容積の確保が容易な（ａ）Ｕ字型船形や、浮力及び内部容積に比べての上甲板の面積の確保が容易な（ｂ）Ｖ字型船形や、Ｕ字型船形とＶ字型船形の間の（ｃ）中間船形や、（ｄ）楕円形船形などを例示することができる。また、水中航走体１ＢＡ、１ＢＢにおいては、図１６に示すように、（ａ）円形船形、（ｂ）横長楕円形船形、（ｃ）縦長楕円形船形等を例示することができる。

〔ビルジ部の形状〕この断面形状では、水上航走体のみならず水中航走体にも言えることであるが、側部２ｅから底部２ｆに移行する部分で翼端渦が発生しないように、ビルジ部２ｇを比較的大きな円弧状曲線で形成したり、側部２ｅと底部２ｆを連続的な曲線形状で形成したりすることが好ましい。また、浸水表面積の減少が摩擦抵抗の減少に大きく貢献するので、円弧形状とすると同じ容積に対して表面積が最小になるので、この円弧形状に近い形状にすることが好ましい。

〔側面視の形状〕また、船体没水部２の側面視での形状（プロファイル：側面線図（Ｓｈｅｅ Ｐｌａｎ））船首の形状においては、図１７に示すように、上下方向に変化が無くて製造し易い（ａ）平行翼船形、下方が後方に後退して錨の収納と昇降が容易な（ｂ）後退翼船形、下方が前方に前進している（ｃ）前進翼船形等が考えられるが、中央が後方に後退している（ｄ）凹形状船形、中央が前方に前進している（ｅ）凸形状船形等も考えられる。

また、船体没水部２の側面視での船尾の形状においては、図１８に示すように、上下方向に変化が無くて製造し易い（ａ）平行翼船形、下方が後方に後退して錨の収納と昇降が容易な（ｂ）後退翼船形、下方が前方に前進している（ｃ）前進翼船形等が考えられるが、中央が後方に後退している（ｄ）凸形状船形、中央が前方に前進している（ｅ）凹形状船形等も考えられる。いずれにしても、船尾側は、従来のスクリュープロペラ推進器や舵の配置を考えなくてよい船形とすることができる。

〔形状の組み合わせ〕これらの横断面形状および側面視の形状に関しては、航走体に要求される性能や設備等に応じて、それぞれの形状による得失を考え併せて、それぞれの横断面形状および側面視の形状を選択又は組み合わせをしたり、それらを変形したりすることで、その用途に対してより適切な形状とするべきと考える。

〔対称翼型形状の性能〕以下、第２の実施の形態の船舶１ＡＢを基にして、本発明の対称翼型船形の航走体におけるより詳細な構成とそれに起因する性能に関して説明するが、第１、第３、第４の実施の形態の航走体１ＡＡ、１ＢＡ、１ＢＢのいずれにも適用可能である。つまり、以下の構成は、第１の実施の形態の船舶１ＡＡ、第３の実施の形態の潜水艦１ＢＡ、第４の実施の形態の潜水艦１ＢＢにも同様な構成が適用できるが、説明の簡略化のために図面及び説明を省いている。なお、各実施の形態で異なる場合はその都度、その差異を説明する。

〔粘性抵抗に関する性能〕先ず、最初に、粘性抵抗に関して説明する。ここで、従来技術での粘性抵抗の扱いについて説明すると、船舶の抵抗Ｒｔは、造波抵抗Ｒ_Ｗ、粘性圧力抵抗（形状抵抗）Ｒ_Ｋ、粘性摩擦抵抗Ｒ_Ｆの３つに分離して考えている。

〔粘性摩擦抵抗〕そして、実船の粘性摩擦抵抗Ｒ_Ｆは「相等平板」の摩擦抵抗Ｒ_Ｆに等しいとの考え方に基づいて、「ケー・イー・シェーンヘルの式「０．２４２／（√Ｃ_Ｆ）＝ｌｏｇ_１０（Ｒｎ×Ｃ_Ｆ）」による摩擦抵抗係数（式又は数値表）を使用して、実船のレイノルズ数「Ｒｎ＝Ｖ×Ｌ_ＷＬ／ν」（Ｖ：速度、Ｌ_ＷＬ：代表長さ、ν：動粘性係数）から摩擦抵抗係数「Ｃ_Ｆ＝Ｒ_Ｆ／（ρＳＶ^２／２）」（ρ：液体の密度、Ｓ:船の浸水表面積、Ｖ：船の速度）を算出している。

〔粘性圧力抵抗〕一方、粘性圧力抵抗Ｒ_Ｋは、形状影響係数ｋを用いて、「Ｒ_Ｋ＝Ｒ_Ｆ×ｋ」として求めている。この形状影響係数Ｋは、経験的に、方形係数Ｃｂ、Ｌｐｐ/Ｂ、Ｂ/ｄ等を基に形状影響係数Ｋを表示するように作成したチャートから、あるいは、模型船による水槽実験の結果等から経験的に推定して求めている。

〔粘性抵抗の例示〕なお、海水１５℃では、ν＝１．１８７×１０^－６［ｍ^２/ｓ］、ρ＝１０４．５１［ｋｇ・ｓ^２/ｍ^４］である。そのため、Ｌ_ＷＬ＝３００［ｍ］、Ｖ＝１５[ノット]＝７．７２[ｍ／ｓ]で、Ｒｎ＝１．９５×１０^９のとなるので、Ｃ_Ｆ＝１．４１×１０^３となる。また、形状影響係数Ｋは、肥大船では、０．２～０．４程度とのデータがある（笠原良和「肥大船の形状影響係数の簡易推定」日本造船学会論文集第１８６号、ｐ．１６９～ｐ．１７６）。

〔対称翼型船形の粘性抵抗〕これに対して、翼型形状の船舶とした場合には、基にした翼型の実験結果は、粘性圧力抵抗（形状抵抗）Ｒ_Ｋと粘性摩擦抵抗Ｒ_Ｆの和である抗力Ｆ_Ｄして表わされている。この対称翼の抗力に関するデータに関しては、アスペクト比が比較的大きい２次元的な翼型形状に対しては、空気中における風洞実験による抵抗測定がなされてはいるものの、低レイノルズ数領域のものが多い。そのため、現時点では、実船として使用可能なデータとしての極端にアスペクト比の小さい対称翼の抵抗係数Ｃ_Ｄに関しては、実験データは無いようであるが、今後風洞実験や水槽実験や数値シミュレーション計算等で推定可能と考える。

従って、現状では、抗力係数だけでなく、同じ浸水容積に対する浸水表面積が関係してくるので、抵抗性能の優劣に関しての数値的なデータは示せないが、二次元での対称翼型形状では、現状の低速の商船よりも後端からの流れが滑らかになり、伴流領域が減少すると考えられるので、対称翼型船舶の方が低速の商船よりも粘性抵抗は減少すると推定される。なお、艦艇においては、伴流領域が減少して、航跡が薄くなり、上空からの航跡の探知や業来のセンサによる伴流の探知が難しくなるので、有利となる。

〔バラスト状態における粘性抵抗減少効果〕なお、商船のバラスト状態においては、従来技術では、船尾に配置したプロペラを水没させるために、バラスト水を積み込んで船尾喫水をある程度大きく確保しつつ、船首側もある程度没水させている。そのため、バラスト状態においても浸水面積が比較的多くなり、粘性抵抗も満載状態に比べて大きく減少しない。

しかしながら、本発明の対称翼型形状の水上航走体では、下記するように、推進用機器や舵を船尾に配置しないので、横揺れの復原性能の調整以外ではバラスト水を積み込む必要がなく、船尾喫水の確保や船尾トリムも不要になる。そのため、バラスト状態においては浸水面積を従来技術の船舶よりも小さくできるので、粘性抵抗を減少できる。また、バラスト水の積込量を減少又は不要にできるので、バラスト水処理装置も小さく又は不要にすることができる。この積荷量に合わせて喫水を設定できる利点は、比較的低速で粘性抵抗の割合が大きく、かつ、積載重量が大きく、満載状態とバラスト状態で必要な没水容積（浮力）が大きく異なるタンカーや鉱石運搬船など商船ではより大きくなる。

〔従来技術との組み合わせ〕なお、本発明の対称翼型形状に加えて、従来技術で発展してきている空気吹き出し方法（空気潤滑法、気体潤滑法）、船体表面変形法、船体表面の境界層制御方法、ポリマー添加方法、摩擦低減剤を用いた摩擦低減方法等を併用することができるが、この本発明の対称翼型形状を用いたことにより、これらの従来の方法の欠点を克服できるというものではなく、並列的な関係にあると考える。

〔魚とクジラとその遊泳速度〕また、ここで考えている航走体１は、高レイノルズ数領域での航走となる。参考までに、魚の遊泳速度では、「うなぎ」で、体長０．１５～０．３０ｍで０．９～１．５ｍ／ｓのレイノルズ数Ｒｎ＝０．４×１０^６、「サケ」の最大遊泳速度（突進速度）で、体長０．５ｍで５ｍ／ｓのＲｎ＝２．１×１０^６程度であり、「カツオ」は体長０．９ｍで、１６．７ｍ／ｓ（Ｒｎ＝１．３×１０^７）、魚の中で最速と言われ、また、成長に伴い鱗を消失する「メカジキ」で、体長３．３９ｍで、２２．７ｍ／ｓのＲｎ＝５．５×１０^７となっている。また、クジラの中で最速といわれる「イワシクジラ」は体長１５ｍで、１８．１ｍ/ｓのＲｎ＝２．３×１０^８となっている。

これらから、大型タンカーのレイノルズ数の約２．０×１０^９と比べて、まだオーダーが１桁小さいが、これらの生物の体の表面の状態を考えると、レイノルズ数が高くなると、鱗などの表面形状による摩擦抵抗の減少の効果を発揮する範囲の外になる可能性が大きいのではないかと思われる。むしろ、船体表面における境界層制御の方が、低減効果がある可能性が高いのではないかと思われる。

〔本発明の第２の意図：配置の自由度の増加〕以上、対称翼型船形に関して説明してきたが、本発明では、さらに、対称翼型船形の採用に際して、スクリュープロペラ推進器等の推進用機器や舵等の操舵用機器の配置を従来技術の排水量型船舶の船尾部での配置から大きく変更することにより、スクリュープロペラ推進器等の推進用機器を船尾の伴流中に配置する構成を避けて、舵とスクリュープロペラ推進器と船底との干渉を排除するとともに、推進用機器及び主機関の配置（レイアウト）の自由度を増す構成とすることができる。また、同時に、推進用機器と舵を船尾部に配置する従来技術で問題となっている「推進性能や操縦性能などの諸問題」の解決と「設計及び製造」の簡略化を意図するものである。

〔推進性能〕次に、推進性能に関して説明する。ここでは、本発明の航走体１における推進用機器の配置について推進性能の面から説明する。なお、ここでいう「推進用機器」はスクリュープロペラ推進器やウォータージェット推進器の噴射口等の直接に推力を発生する機器のことを言い、主機関や動力伝達システムを含まない。この推進用機器７を用いて航走体１を前進及び操船するように構成する。

つまり、従来の船舶等の水上航走体１や魚雷や潜水艦などの水中航走体１では、一般的にスクリュープロペラ推進器等の推進用機器７を船尾に配置している。この航走体１においては、図１９～図２４に例示するように、推進用機器７を船体没水部２の側部２ｅや底部２ｆに配置することで、船尾側に推進用機器７を駆動するための主機関を配置する容積を確保する必要が無くなり、船尾形状を翼型形状又はその近似形状に維持することができる。また、船体没水部２が発生するビルジ渦と、推進用機器７の水流と、舵による流れの間の船尾における干渉が無くなる。

更に、推進用機器７は、推進力を発生する部分が、航走体１の計画速度で前方に直進しているときに、船体没水部２の伴流の領域（境界層領域）の外部になるように船体没水部２から離間して配置されることが好ましい。この伴流の領域とこの離間距離は、境界層の厚さに関係する大きさであり、実機計測又は水槽実験や数値シミュレーション等から容易に推定または決定することができる。

これにより、推進用機器７で生じる水流が船体没水部２の対称翼型の形状で得られる効果や性能に悪影響を及ぼさないようにすることができる。その結果、それぞれの推進用機器７の推進性能と舵性能と対称翼型形状による抵抗性能を流体力学的に分離して単純化して、評価、分析及び設計できるようになる。例えば、ポッド推進器を模型船に取り付けた状態で実施される自航試験を不要にすることができる。

また、従来の船型では、スクリュープロペラ推進器が船尾にあり、後進時にスクリュープロペラ推進器に流入する水流が舵や船体の影響を受けるため、後進時における操船が難しくなっていたが、上記の推進用機器７の配置によれば、推進用機器７の後進操作時に、推進用機器７が船体没水部２の影響を受けないので、大きな後進力を得られる上に、舵との干渉も無いので、後進時の推進用機器７による旋回モーメントの推定が容易となり、操船も容易に行えるようになる。

〔推進用機器の種類〕この推進用機器７として、より具体的には、スクリュープロペラ（固定ピッチプロペラ、可変ピッチプロペラ）、二重反転プロペラ、スパイラルプロペラ、コルトノズル、フォイトシュナイダープロペラ、旋回式推進器（ポッド推進器、アジマスプロペラ）、タンデム型の二重反転システム（船尾プロペラ＋ポッド推進装置）、リム駆動式スラスター、ウォータージェット推進器（ポンプジェット推進器、ハイドロジェット推進器）等を用いることができる。

そして、推進用機器７において、スクリュープロペラ推進器を用いる場合に二重反転プロペラを用いると、構造が複雑になるという問題があるが、推進用機器７のプロペラの回転により発生する回転流によるエネルギー損失を回収できる上に、プロペラの回転により発生する発生するモーメントが小さくなるので、推進用機器７の支持部材７ｂが構造的に楽になる。また、同様に、ウォータージェット推進器を用いても、推進用機器の推進方向の軸回りのモーメントを少なくすることができる。

〔推進用機器の数〕また、少ない数の推進用機器７の場合には、一基当たりの発生推力が大きくなり、装置及び支持部材７ｂが大きくなり、大きな推力を受ける部分の船体構造も頑丈にする必要が生じる、これに対して、推進用機器７を多数用いると、一基当たりの発生推力が小さくなり、既に実用化されている装置を使用できる上に、装置及び支持部材７ｂも小さくなり、推力を受ける部分の船体構造も少ない補強で済むようになる。

また、満載状態とバラスト状態では浸水面積が大きく変化し、必要な推力が大きく変化するが、全体の推力調整を推進用機器７の稼働数で調整でき、各推進用機器７のプロペラ効率の良い回転数で推力を発生できるなど、エネルギー効率を良くすることができる。また、推進用機器７の冗長性を確保でき、安全性を向上できる。

〔推進用機器の側部配置〕この推進用機器７の第一の配置例として、図１９及び図２０に示すように、航走体１（図では１ＡＢ）において、航走時に船体没水部２の側部２ｅに推進用機器７を配置する。特に、推進用機器７は、満載状態（満載喫水ＷＬ）で航走するときのみならず、バラスト状態（バラスト喫水ＷＬｂ）で航走するときも考えて配置したり、没水位置を変更できるようにしたりして、それぞれの状態で没水するように配置する。なお、ウォータージェット推進器を採用する場合には必ずしも、その噴射口は、水噴出のときに水圧を受けないように、水面上に配置してもよい。

なお、図１９及び図２０では、推進用機器７を各舷側に１基の配置としているが複数基の配置としてもよい。この複数基の配置としては、航走体の前後方向Ｘの位置を変えて配置してもよい。また、航走体の前後方向Ｘの位置とともに航走体の上下方向Ｚを変えて、前方の推進用機器７の水流が後方の推進用機器７に及ぼす影響を少なくするように配置してもよい。

また、図１９に点線で示す推進用機器７の配置のように、航走体の前後方向Ｘの位置は略同じで、航走体の上下方向Ｚに並列的に並べて配置してもよい。この配置の場合においては、バラスト状態で航走するときには、浸水面積が減少し、必要な推進力も減少するので、バラスト喫水ＷＬｂより上になる推進用機器７は使用せずに、バラスト喫水ＷＬｂより下にある推進用機器７だけで航走するように構成してもよい。

〔推進用機器の底部配置〕また、推進用機器７の第２の配置例として、図２１及び図２２に示すように、航走体１（図では１ＡＢ）において、航走時に船体没水部２の底部２ｆに配置する。なお、図２１及び図２２では、推進用機器７を各舷側に１基の並列配置としているがそれぞれの舷側側に複数基の配置としてもよい。この複数基の配置としては、航走体の前後方向Ｘの位置は略同じで、航走体の幅方向Ｙに並列的に並べて配置してもよく、航走体の前後方向Ｘの位置を変えて配置してもよい。また、航走体の前後方向Ｘの位置とともに航走体の幅方向Ｙを変えて、前方の推進用機器７の水流が後方の推進用機器７に及ぼす影響を少なくするように配置してもよい。なお、特に図示しないが、ビルジ部２ｇに推進用機器７を配置してもよい。

〔推進用機器の底部中央配置〕また、推進用機器７の第３の配置例として、図２３及び図２４に示すように、航走体１（図では１ＡＢ）において、航走時に船体没水部２の底部２ｆの中央線Ｌｃの上に配置する。なお、図２３及び図２４では、推進用機器７を中央線Ｌｃの上に１基の配置としているが航走体の前後方向Ｘにずらせて、複数基の配置としてもよい。プロペラを用いた推進用機器７を複数基の配置する場合は、前方の推進用機器７で発生する水流の回転流のエネルギーを回収できるように、後方の推進用機器７のプロペラの回転航行は、前方の推進用機器７のプロペラの回転方向と逆方向とすることが好ましい。

〔推進用機器の格納方式〕また、推進用機器７を船体没水部２の側部２ｅに配置する場合には、航走体１の接岸時に邪魔にならないように船体没水部２の内部や甲板上に格納することが好ましい。この格納方式としては、図３０に示すような、推進用機器７を船体没水部２の側面の一部に上から回動させて横に位置するような回動方式、図３１に示すような、推進用機器７の支持部材７ｂを折って側部２ｅの凹部２ｈまたは上甲板ｉの上に移動させる転倒方式、図３２に示すような、船体没水部２の側面の一部から推進用機器７を側方に伸縮する伸縮方式、図３３に示すような、上甲板２ｉより降りてくる昇降方式、その他の方法等様々な方式を用いることができる。

なお、航走体１が接岸する側が決まっている場合には、必ずしも、接岸しない側の推進用機器７は収納可能に構成しなくてもよい。また、接岸に際しては、必ずしも船体没水部２を接岸させる必要がなく、人員と物資の通路の確保ができれば良いので、通路を架橋することで対応するように、側部２ｅに設けた推進用機器７を格納せずに固定する固定方式としてもよい。この固定方式は、貨物船などの乗客の乗降がない商船、特に港に寄らず、沖合バースで荷役するタンカー等ではより好ましい方式である。

また、推進用機器７を船体没水部２の底部２ｆに配置する場合には、航走体１が港湾等の浅海を航走する際には邪魔にならないように、推進用機器７を船体没水部２の内部に格納するか、あるいは、側部２ｅに移動させることが好ましい。この格納方式としては、図３４に示すような、推進用機器７を船体没水部２の底部の内部に上昇させて格納する昇降方式、図３５に示すような、推進用機器７の支持部材７ｂを折って底部２ｆの凹部２ｈに格納する転倒方式、図３６に示すような、底部２ｆから転倒して側部２ｅに、更には、上甲板２ｉの上に移動するような回動方式等様々な方式を用いることができる。

また、推進用機器７を船体没水部２の側部２ｅ及び底部２ｆに配置する場合に、上記のように横断面内（Ｙ－Ｚ面内）で推進用機器７を移動させる構成を例示したが、縦断面内（Ｚ－Ｘ面内）で推進用機器７を移動させる構成としてもよく、水平面内（Ｘ－Ｙ面内）で推進用機器７を移動させる構成としてもよい。この格納方式としては、航空機の車輪の格納方式を参考にすることができる。

ただし、浅海域や港湾内や接岸時に船底と海底との間に余裕がある場合には、推進用機器７を底部２ｆに固定する固定方式を採用してもよい。なお、航走体１がタグボートの力を借りて移動する場合には、推進用機器７を完全に格納してもよいが、航走体１が自航する必要がある場合は、港湾内では一般に低速で航走するので、図３６に示すように側部２ｅに移動させるか、あるいは、出力の小さい自航用の推進用機器７を予め側部２ｅに別途備えておき、この推進用機器７を用いる等の構成にしてもよい。

〔推進性能面から見た推進用機器の配置〕推進性能の面においては、航走体の前後方向Ｘと航走体の幅方向Ｙに関する推進用機器７の配置に関しては、一つ目の考え方としては、推進用機器７同士の相互間での干渉と、推進用機器７と船体没水部２とが相互間の干渉がない配置にして、船体没水部２の推進抵抗と推進用機器７の推進性能を別々に評価できるようにするという「干渉回避」の考え方がある。また、二つ目の考え方としては、推進用機器７による水流を船体没水部２と積極的に干渉させて、船体没水部２の境界層制御を行い、全体としての推進性能を向上させるという「積極的干渉」の考え方がある。なお、操縦性能の面において、推進用機器７を用いて回頭する方法を採用する場合は、後述するように、推進用機器７の航走体の前後方向Ｘの位置は操船の制御面に影響を及ぼすことになる。

この一つ目の「干渉回避」の考え方で側部２ｅに配置する場合は、船体没水部２の最大幅Ｂｍの部位Ｒｂよりも前方またはこの部位Ｒｂに配置するときには、推進用機器７で発生する水流の影響が船体没水部２に及ばないようにするためには、正面（航走体の前後方向Ｘの前方）から見て推進用機器７が船体没水部２の最大幅Ｂｍよりも外側になるように配置する。この場合は推進用機器７の支持部材７ｂが長くなる。また、最大幅Ｂｍの部位Ｒｂよりも後方に配置するときには、僅かな離間距離で、推進用機器７で発生する水流の影響が船体没水部２に及ばないようにすることができるので、推進用機器７の支持部材７ｂが短くて済むようになる。

また、この「干渉回避」の考え方で底部２ｆやビルジ部２ｇに配置する場合は、船体没水部２の底部２ｆより、その推進用機器７の配置位置の境界層厚さや伴流域の外の領域に推進用機器７を底部２ｆ又はビルジ部２ｇから離間して配置する。また、後述する底部舵５や船尾舵システム６の領域に推進用機器７で発生する水流が流入しないように、正面から見て、底部舵５や船尾舵システム６の領域を避けて配置する。

そして、二つ目の「積極的干渉」の考え方で側部２ｅ又は底部２ｆ又はビルジ部２ｇに配置する場合は、船体没水部２の浸水表面における境界層制御を推進用機器７で派生する水流で行うことにより、船体没水部２の粘性抵抗をより減少できる可能性がある。特に、推進用機器７を従来技術の船尾配置から、側部２ｅ、底部２ｆ、ビルジ部２ｇに配置場所を移動するので、船体没水部２の比較的多くの場所おいて、推進用機器７を用いて水流を吸引したり、水流を当てたりすることができるようになる。この船体没水部２と推進用機器７の相互干渉の流れは複雑になると考えられるので、推進用機器７の配置場所の選定に関しては今後の研究が待たれる。

〔動力伝達システム〕この航走体１においては、主機関の動力を推進用機器７に機械的に伝達する場合は、スクリュープロペラと、アジマススラスターで用いられている「Ｚドライブ機構（推進軸をＺ字型にして動力を機械的に伝達する機構）を用いることができるが、推進用機器７が電気を駆動源とする電気推進システムを用いるか、あるいは推進用機器７が流体圧を駆動源とする流体圧システムを用いることが好ましい。

電気推進システムを採用する場合は、スクリュープロペラと直結したポッド内に電動機を設置して推進用機器を構成し、この電動機に、船内のディーゼルエンジンやガスタービンエンジン等の主機関で発電した電力を供給する構成とする。これにより、主機関と発電機などと、推進用機器とを離間した位置に配置できるようになるので、航走体１における機器の配置上（レイアウト）の制約を少なくして、自由度を増すことができる。なお、ポッド推進装置においては、現状では、１０ＭＷ、１２ＭＷ、２０ＭＷの出力のポッド推進器が既に実用化されており、砕氷船やクルーズ船に１基、２基、４基で搭載されている。

また、流体圧システムを採用する場合は、油圧や空圧を使用するが、油圧を用いる油圧システムでは、可変容量型の油圧モータをポッド内部に設けて、船内からの油圧ラインで油圧ポンプから送油される作動油によって油圧モータを駆動してプロペラを回転する。この場合には、可変容量型の油圧ポンプを用いることで、電動モータを使用した場合に必要とされる変速機や冷却システムを不要にして、配置上の自由度を増すことができる。空圧システムでは発生できる駆動力の大きさは劣るが、万一破損した場合であっても海洋汚染の危険性が小さくなる。

〔主機関の配置の自由度〕これらの構成によれば、主機関と推進用機器７の間は電力用ケーブルと制御信号用ケーブルを配線するだけ、または、流体圧配管等の流体圧制御システムを配管するだけでよいので、主機関の場所を比較的自由に選択できるようになる。

従って、主機関と船橋と居住区を、主機関の配置スペースの確保が容易な船首側や中央部の比較的幅の広い部位に配置することが可能となる。また、船首側に船橋を設けると、特に水上航走体（船舶）１における航行時の前方を監視するために必要な見通し線を容易に確保できるようになる。

〔操縦性能:旋回性能〕次に、航走体１の操縦性能について説明する。この操縦性能に関しては旋回性能と針路保持性能とがあるが、最初に航走体１の旋回性能について説明する。

なお、下記のいずれの旋回方法を用いた場合であっても、一旦、航走体１が回頭し始めると、航走体１の進行方向に対して斜行することになり、航走体１に流入してくる水流Ｗに対して航走体１は迎角αを持って航走するようになる。そのため、船体没水部２にその形状に起因する旋回モーメント（翼のピッチングモーメント）Ｍｔが発生する。この旋回モーメントＭｔと回頭用に発生させる旋回モーメントの両方により航走体１が回頭し、旋回することになる。この旋回については、「船体運動力学：元良誠三著：（社）日本船舶海洋学会：共立出版株式会社；（電子訂正版：電子訂正版製作発起人土岐直二）」に詳しい説明がある。

本発明では、航走体１の船体没水部２は対称翼の形状に一致または近似した形状をしており、航走体１の旋回モーメントに関しては、対称翼のピッチングモーメントに近い挙動を示すと考えられる。そのため、回頭時における航走体１に発生する横力と旋回モーメントを考えるときに、対称翼の「風圧中心（ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」と「空力中心（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｃｅｎｔｅｒ）」が重要になる。

この「風圧中心」は揚力の作用点であり、この点まわりのモーメントはゼロとなる。この「風圧中心」は翼型であれば一般に、迎角が小さければ翼弦の後方に、迎角が大きくなると翼弦の前方に移動する。また、「空力中心」は迎角が変化してもモーメントが変化しない点であり、翼弦の２５％の近傍にある。この「空力中心」まわりのモーメントは一定である。ただし、この「空力中心」まわりのモーメントはゼロというわけではない。

そして、対称翼では、上下キャンバーが同じ翼型なので、揚力係数が低い代りに、「風圧中心」と「空力中心」が一致するという特徴を持っており、また、迎角が変わっても「風圧中心」が翼弦方向に移動しない特徴を持っている。そして、対称翼では、「風圧中心」は、「空力中心」と一致し、この「空力中心」は、対称翼の前端から翼弦長さＬｃの２５％近傍にある。

一方、航走体１の重心Ｐｇは、航走体１のトリムを少なくするために、船体没水部２の浮心Ｐｆとほぼ同じ前後位置にするので、重心Ｐｇは船体没水部２の浮心Ｐｆの位置若しくはその近傍になり、航走体の前後方向Ｘに関して、全長Ｌｂの中心位置よりやや前方となる。そのため、通常は、浮心Ｐｆは空圧中心Ｐａより後方に位置することになる。

その結果、船体没水部２の後部翼端形状により、流れに対して航走体１が傾斜して迎角αが生じると、重心Ｐｇ（≒浮心Ｐｆ）より前方の風圧中心Ｐｐ（空力中心Ｐａ）に揚力Ｆが作用して、迎角αを増加する方向に旋回モーメントＭｔが発生する。つまり、航走体１は針路不安定となる。なお、航走体１の旋回（回頭）の中心は、厳密には、航走体１の質量や慣性モーメントに加えて船体没水部２の付加質量や付加慣性モーメントを考慮した見掛けの重心Ｐｇｍとなるが、この見掛けの重心Ｐｇｍの推定は難しいので、通常は航走体１の重心Ｐｇを旋回の中心として取り扱っている。

〔旋回方法の種類〕そして、第１及び第２の旋回方法は、航走時の推力を発生する推進用機器７を用いて航走体１を回頭及び旋回させる方法であり、第１の旋回方法は、推進用機器７を複数基使用して推力差により旋回させる方法であり、第２の旋回方法は、旋回式の推進用機器７を水平方向に旋回させて航走体１を旋回させる方法である。

また、第３の回頭方法は、サイドスラスター等の横力発生装置８を用いて回頭させる方法である。第４の回頭方法は、船体没水部２の底部２ｆから下側に突出する底部舵５を用いて回頭させる方法である。そして、第５の回頭方法は、船体没水部２の船尾側に設けた船尾舵システム６を用いて回頭させる方法であり、第６の回頭方法は、船体没水部２の後部に設けた後縁フラップ４を用いて回頭させる方法である。なお、これらの回頭方法は例示であり、これら以外の回頭方法を用いてもよく、これらの回頭方法の幾つかを組み合わせて用いてもよい。

〔推進用機器の推力差〕第１の旋回方法では、航走体の幅方向Ｙに並列して配置した推進用機器７の推力Ｆ７の差を利用して旋回モーメントＭｔを発生させる方法である。この方法では、これらの複数の推進用機器７が発生する推力の大きさを個別に制御するように構成して、全体として航走体１の旋回用の旋回モーメントを発生する。

この方法では、図１９～図２２に例示するように、航走体の幅方向Ｙに複数基の推進用機器７を配置している場合に、図４２（ａ）に示すように、この推進用機器７の左舷側の推力Ｆ７ｐと右舷側の推力Ｆ７ｓの大きさに差（ΔＴ＝Ｆ７ｓ－Ｆ７ｐ））を発生させることにより、旋回モーメントＭ７を発生させる。一旦、航走体１が回頭すると、迎角αを持つようになるので、船体没水部２に翼形状に起因する旋回モーメント（翼のピッチングモーメント）Ｍｔを発生する。この旋回モーメントＭｔと推進用機器７で発生する旋回モーメントＭ７の両方で航走体１を回頭及び旋回させる。この方法では、推進用機器７自体を旋回させる必要は無い。

この第１の旋回方法を採用する構成では、推進用機器７で航走体１の旋回モーメントＭ７を得るので、後述するような後縁フラップ４、底部舵５、船尾舵システム６等を設ける必要が無くなる。そのため、船体没水部２の船尾部の構造を著しく単純化できる。また、船尾舵システム６を使用して回頭する場合においても、推進用機器７を、舵やフラップ等の補助や故障時の予備として用いることができる。あるいは、推進用機器７を旋回するときに併用することにより、底部舵５、船尾舵システム６、後縁フラップ４等が発生する旋回モーメントを小さくすることができ、これらの装置とその駆動システムを小型化できる。

〔推進用機器の旋回〕第２の旋回方法は、推進力を水平方向に旋回可能な推進用機器７を旋回させることで、航走体１の旋回モーメントを発生させる方法である。この方法では、図２３に例示するように単数基の推進用機器７を配置している場合に、この航走時の推力を発生させる推進用機器７を水平方向に関して旋回可能に構成して、図４２（ｂ）に示すように、この推進用機器７を角度βに旋回させて推力Ｆ７の方向を変化させることにより、航走体１に対して旋回モーメントＭ７を発生させることで航走体１を回頭及び旋回させる。この場合に、推進用機器７の水平方向の回転角度は必ずしも３６０度にする必要は無く、航走体１の旋回に必要な角度だけ旋回する構成であれば良い。

なお、図１９及び図２２に例示するように、航走体の幅方向Ｙに複数基の推進用機器７を配置している場合においても、図４２（ｃ）に示すように、これらの推進用機器７を水平方向に旋回可能に構成して、角度βに旋回させることにより、推力Ｆ７ｐ、Ｆ７ｓの方向を変化させて、航走体１を回頭及び旋回させてもよい。

この推進用機器７として、水平方向に旋回できる「アジマススラスター」などの旋回式推進器を用いることができる。また、水流の噴射方向を変更できるウォータージェット推進器を用いることもできる。さらには、船底に「シュナイダープロペラ」を突設してもよい。この「シュナイダープロペラ」は、回転する円盤に垂直に取り付けられた羽根の角度を連続的に制御して、この各々の羽根が次々と揚力（＝推力）を発生させることで推進力の大きさと発生方向を任意に制御できる推進用機器である。この場合は、推進力の発生中心が船体没水体２の浮心に近い方が好ましい。

なお、推進用機器７を船体没水部２の側部２ｅに配置した場合には、配置位置にもよるが、旋回した推進用機器７で発生する水流が船体没水部２に流れ込む可能性がある。そのため、推進用機器７を側部２ｅに設けて旋回させるよりも、底部２ｆに設けた方がより、推進用機器７と船体没水部２との干渉が無くなるので、旋回性能を評価し易くなる。また、推進用機器７で発生する推力を効率よく、航走体１の旋回モーメントに利用することができる。

〔操船における推進用機器の前後位置〕上記の第１及び第２の旋回方法を採用する場合に関連して、推進用機器７の航走体の前後方向Ｘの位置について説明する。航走体１の操船に関係する前後位置としては、船体没水部２が迎角αで発生する揚力の作用点である「風圧中心」Ｐｐと旋回時の「見掛け重心」Ｐｇｍとが重要となる。従って、推進用機器７の配置としては、航走体１の旋回モーメントを発生させる揚力の作用点である「風圧中心」Ｐｐの近傍か、旋回中心となる「見掛け重心」Ｐｇｍの近傍に配置することが考えられる。また、主機関の近傍に配置する場合は、船体没水部２の最大幅Ｂｍの部位Ｐｂの近傍に配置することも考えられる。

先ず、第１の基準位置として、図４３（ａ）に示すように、航走体の前後方向Ｘに関して、船体没水部２の全長を基準長Ｌｂとし、この「風圧中心」Ｐｐの近傍に推進用機器７を配置する場合は、「空力中心」Ｐａが船体没水部２の形状によって決まるので、この「空力中心」Ｐａの位置に対応する船体没水部２の前端から基準長Ｌｂの１／４の距離の位置を基準位置Ｐｓとする。

また、第２の基準位置として、図４３（ｂ）に示すように、「見掛けの重心」Ｐｇｍや「重心」Ｐｇは航走体１の状態により変化するが、一方で「浮心」Ｐｆは船体没水部２の形状によって決まるので、この「浮心」Ｐｆの近傍に推進用機器７を配置する。この場合は、船体没水部２の「浮心」Ｐｆの位置を基準位置Ｐｓとする。

更に、第３の基準位置として、図４３（ｃ）に示すように、「最大幅」Ｂｍの部位Ｒｂの近傍に推進用機器７を配置する場合は、船体没水部２の最大幅Ｂｍの部位Ｒｂの中心Ｐｂｍの位置を基準位置Ｐｓとする。

そして、この基準位置Ｐｓに対して基準長Ｌｂの１０％の長さの分だけ前方の位置を第１位置Ｐ１とし、基準位置Ｐｓに対して基準長Ｌｂの１０％の長さの分だけ後方の位置を第２位置Ｐ２として、推進用機器７の後端の位置を推進器位置Ｐｘとしたときに、推進器位置Ｐｘが第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の第３前後範囲Ｒｘ３にあるように配置する。

そして、推進用機器７の航走体の前後方向Ｘの位置を揚力の作用点である空力中心Ｐａの近傍、即ち、「風圧中心」Ｐｐの近傍に配置すると、航走体１を旋回させる旋回モーメントの算出が容易となり、また、「浮心」Ｐｆの近傍、即ち、旋回時の旋回中心の近傍に配置すると、航走体１の旋回運動の推定が容易となり、航走体１の旋回に関しての制御が比較的簡単となる。また、船体没水部２の最大幅Ｂｍの近傍に推進用機器７を配置することにより、推進用機器７の推進システムや格納機構等を設け易くなる。なお、魚やイルカやクジラなどの前ヒレの位置を見ると、「風圧中心」Ｐｐの近傍に近い配置のように見受けられる。

〔推進用機器の幅方向の位置〕次に操縦性能の面から推進用機器７の航走体の幅方向Ｙに関する配置を考える。複数基の推進用機器７を配置する場合には、推進用機器７は船体中心線Ｌｃに対して線対称に配置する。奇数基の推進用機器７を配置する場合には、そのうちの一基を船体中心線Ｌｃに配置し、他に残りがあれば、この残りの複数基の推進用機器７を船体中心線Ｌｃに対して線対称に配置する。これらの配置により、操縦性能の面での評価が単純化し、操船の制御も単純化する。

なお、推進用機器７の航走体の幅方向Ｙに関しての配置は、船体中心線Ｌｃから離れている距離が大きい程、推進用機器７で発生する推力差や旋回式の推進用機器７で発生する推力の大きさが同じでも、旋回モーメントが大きくなる。これを考慮しながら、推進用機器７を配置できる場所と、推進用機器７の推進性能と、航走体１に要求される旋回モーメントの大きさ等を勘案して推進用機器７のそれぞれの配置場所を決めることになる。

〔横力発生装置〕第３の回頭方法は、従来技術の客船などと同じで、サイドスラスター等の横力発生装置８を用いて回頭する方法である。この方法では、図３７及び図３８に示すように、航走体の幅方向Ｙに操船用横力Ｆ８を発生する横力発生装置８を配置して、横力発生装置８を用いて回頭する。

この方法によれば、図４４（ａ）に示すように、重心Ｐｇより後方に横力発生装置８を設けた場合には、操作用横力Ｆ８が航走体１を右舷側（左舷側）に押し出すように、横力発生装置８を作動させると、船首側が左舷側（右舷側）に回る旋回モーメントＭｔを発生することができるので、航走体１が回頭及び旋回するようになる。

特に、船体没水部２の後端２ｄと、後端２ｄから船体没水部２の全長Ｌｂの３分の１の分だけ前方の位置Ｐｘ４との間の部位である第４前後範囲Ｒｘ４に、この横力発生装置８を配置すると、比較的小さな操船用横力Ｆ８で比較的大きな旋回モーメントＭｔを発生し易くなるので、より好ましい。

この横力発生装置８としては、サイドスラスターやアジマススラスターやウォータージェット推進器の噴射口等を用いることができる。この横力発生装置８が発生する操船用横力Ｆ８の方向は航走体の幅方向Ｙとするのが好ましいが、真横から航走体の前後方向Ｘにずれていてもよい。この構成によれば、従来の船舶の船尾に配置された舵の代わりになり、この航走体１を操船できるようになる。

〔底部舵〕第４の回頭方法は、底部舵５を用いて回頭する方法である。この方法では、図２３及び図２４に示すように、船体没水部２の底部２ｆの後方の部位に、底部２ｆから下方に突出する底部舵５を少なくとも航走時において配置して、底部舵５を用いて回頭する。この構成によれば、図４４（ｂ）に示すように、底部舵５の後が左舷側（右舷側）に回動して舵力（操船用横力）Ｆ５が航走体１を右舷側（左舷側）に押し出すように作用すると、船首側が左舷側（右舷側）に回る旋回モーメントＭｔを発生するので、航走体１が回頭するようになる。

また、この底部舵５は、船体没水部２の後方に配置されず、船体没水部２の底部２ｆから突出して配置されており、船体没水部２の流れの影響が少なくなるので、舵性能の推定が容易となる。そのため、この底部舵５の設計が容易となる。さらに、この底部舵５は横揺に対する抵抗となる上に、底部舵５を切ると横揺れモーメントも発生するので、横揺れ制御にも使用できる。また、底部舵５を昇降可能や横折れ可能や前折れ可能に構成して、港湾などの浅海域において曳船などで曳航される場合には、底部舵５を底部２ｆから船体没水部２の内部に収容する構成にすることが好ましい。この各の方法としては航空機の車輪の格納方法が参考となる。

〔船尾舵システム〕第５の回頭方法は、船体没水部２の船尾側に設けた船尾舵システム６を用いて回頭する方法である。この方法で用いる船尾舵システム６は、図２５及び図２９に示すように、船体没水部２の側部２ｅから斜め上方に突出する斜め上方船尾舵６ａと、斜め下方に突出する斜め下方船尾舵６ｂとの組み合わせで構成される。図２６は、２つの斜め上方船尾舵６ａと２つの斜め下方船尾舵６ｂを組み合わせたＸ字形状舵６Ａを示し、図２７は、２つの斜め上方船尾舵６ａを組み合わせたＶ字形状舵６Ｂを示し、図２８は、２つの斜め下方船尾舵６ｂを組み合わせた逆Ｖ字形状舵６Ｃを示し、図２９は、斜め上方船尾舵６ａと斜め下方船尾舵６ｂを組み合わせた斜め舵６Ｄを示す。

つまり、船体没水部２の後方の部位において、船体没水部２の右舷側の側部２ｅから斜め上方に突出する斜め上方船尾舵６ａと斜め下方に突出する斜め下方船尾舵６ｂの少なくとも一方を設けると共に、船体没水部２の左舷側の側部２ｅから斜め上方に突出する斜め上方船尾舵６ａと斜め下方に突出する斜め下方船尾舵６ｂの少なくとも一方を設けて、船尾舵システム６を構成し、船尾舵システム６を用いて回頭するように構成される。

この構成によれば、この船尾舵システム６では、Ｘ字形状舵６Ａ、Ｖ字形状舵６Ｂ、逆Ｖ字形状舵６Ｃ、斜め舵６Ｄなどの構成となるので、航走体の幅方向Ｙの操船用横力Ｆ６だけでなく、航走体の上下方向Ｚの上下力も発生できる。この操船用横力Ｆ６を用いて図４４（ｃ）に示すように、底部舵５と同様に、水平面内における旋回モーメントＭｔを発生して、航走体１を回頭することができる。なお、この船尾舵システム６では、上下力を発生できるので、この上下力を個別に制御しながら用いることで、横揺制御に必要な横揺れモーメントと縦揺制御に必要な縦揺れモーメントも発生できるようになる。

〔後縁フラップ〕第６の回頭方法は、後縁フラップ４を用いて回頭する方法である。この方法では、図３９及び図４０に示すように、船体没水部２の後端２ｄに後縁フラップ４を設けて、図４５（ａ）及び図４５（ｂ）に示すように、後縁フラップ４の作動で発生する船体没水部２の旋回モーメント（翼でのピッチングモーメント：頭下げの回転モーメント）Ｍｔを用いて回頭する。このとき、揚力（操船用横力）Ｆが発生するので、操船上では、この揚力Ｆを考慮に入れる必要がある。

この後縁フラップ４としては、構造を単純化でき、旋回モーメントＭｔを大きくするため、図４１（ａ）に示すような、翼形状の後端を単に動かす単純フラップ（プレーンフラップ）４Ａを採用することができる。または、図４１（ｂ）に示すような、旋回モーメントが比較的小さいが、後端の一方のみを動かすスプリットフラップ４Ｂを採用してもよい。この場合は、スプリットフラップの機能を発揮できるように、翼形状の後端を２つ割にして、それぞれのフラップ４ｂｐ、４ｂｓを独立して回動することでスプリットフラップの効果を発揮させる。

また、この構成を採用すると、航走体１の直進時における停船操作の一つとして、図４１（ｃ）に示すように、スプリットフラップ４Ｂの両方のフラップ４ｂｐ、４ｂｓを同時に左右の別方向に開いて航走体１に作用する抗力を大きくして停船させることができるようになる。また、単純フラップとしての機能を発揮させる場合は、両方のフラップ４ｂｐ、４ｂｓを同時に同じ方向に回動することで、単純フラップの効果を発揮させてもよい。この後縁フラップ４は、従来技術の舵取機を用いて左右に回動させることができ、この舵取機を操作することで、航走体１を旋回させることができる。

図４５（ａ）と図４５（ｂ）に示すように、この後縁フラップ４を右舷側（左舷側）に出すと、船首側が左舷側（右舷側）に回る旋回モーメントＭｔを発生させることができる。この旋回モーメントＭｔにより航走体１の回頭が可能となる。

より詳細には、対称翼における後縁フラップ４の操作においては、後縁フラップ４の後端を右舷側（左舷側）への曲げると、船体没水部２の全体の形状は左舷側（右舷側）に凸のキャンバーを持つ翼型形状となるので、船体没水部２の作用点（風圧中心）Ｐｐに左舷側（右舷側）方向に向かう揚力Ｆが発生する。この揚力Ｆにより、船体没水部２の先端２ｃを左舷側（右舷側）に曲げる旋回モーメントＭｔが発生し、航走体１は左舷側（右舷側）に回頭する。

なお、旋回ではなく推進抵抗に関してではあるが、後縁フラップ４を能動的又は受動的に動かすことで、航走体１の直進時における抵抗減少に寄与できる可能性があるのでではないかと考える。この場合は、後縁フラップ４をその外側の流れや渦などの発生状況を圧力センサ等で検出して、後縁フラップ４の駆動装置を用いて能動的に、又は、後縁フラップ４の周囲の流体力によって受動的に動くようにしたり、後縁フラップ４に相当する船体没水部２の部位をプラススチックやゴムなどの弾性体で形成して可撓性や柔軟性を持たせて後縁フラップ４の周囲の流体力によって変形するようにしたりする。

これらにより、船尾側における渦流の発生を抑制して、針路安定性を保持したり、粘性抵抗を低減したりすることができる可能性がある。この場合には、後縁フラップ４を航走体の上下方向Ｚに分割して個別に変形可能に構成すると、その場の流れに応じた変形が容易なようになる。また、後縁フラップ４を操船時には能動的に動かし、直進時には受動的に動かせるようにすることも考えられる。

〔操縦性能：保針性能〕次に、この航走体１の保針性能（方向安定性能）について考える。上記したように、航走体１は船体没水部２が対称翼型の形状に一致又は近似した形状をしている。この対称翼は、直進中に何らかの力を受けて針路が直進方向から逸れはじめると、対称翼に流入する流れに対して迎角が生じるようになり、この迎角を増加する方向に対称翼にピッチングモーメント（ここでは旋回モーメント）が発生する。その結果、この航走体１は針路不安定となる可能性が高い。

そのため、直進での航走中は航走体１の針路（船首の方向）の変化、即ち、ヨーイングの角度、角速度、角加速度などを検出して、航走体１に流入してくる水流に対して迎角αが生じた場合に、この迎角αを小さくする方向の逆旋回モーメントを発生させる必要がある。これは、上記の第１～第６の旋回方法において、それぞれの旋回方法で航走体１の旋回を弱める方向の逆旋回モーメントを発生させることで容易に達成できる。

〔横流れ〕なお、第１の旋回方法においては、推進用機器７の推力差で針路保持する場合には迎角αに起因する旋回モーメントを相殺するための推力差の発生では、迎角αに起因する揚力Ｆ以外には横力の発生が生じない。しかしながら、第２～第６の旋回方法においては、迎角αに起因する揚力Ｆに加えて操船用横力が発生する。この操船用横力は、旋回した推進用機器７の推力Ｆ７の幅方向成分、横力発生装置８で発生する横力Ｆ８、底部舵５が発生する舵力Ｆ５、船尾舵システム６が発生する舵力Ｆ６等である。

従って、いずれの回頭方法を採用する場合においても、航走体１の旋回時には横力（揚力＋操船用横力）が発生し航走体１の横流れが生じることになる。ただし、この横流れは、従来の船型の船舶において船尾舵を切る際にも生じていることである。

〔斜行〕次に、この横流れに関連して、対向船に対する避航に関して考えてみると、この避航では、比較的狭い水路におけるすれ違いなどでは、旋回よりも針路を平行移動する斜行する方がよい場合がある。また、衝突を避けられない場合には船腹よりも船首で衝突した方が沈没の可能性が低くなる。そのため、斜行を可能とすることにより、正面から進行してくる他船との衝突を回避するための操船や、衝突時の損傷を軽減するための操船における操船範囲が広がるので、より安全性を高めることができる

そこで、推進用機器７の推力差を用いる第１の旋回方法を採用している場合に、ある程度の迎角αを維持しつつ、船体没水部２が発生する旋回モーメントＭｔを推進用機器７の推力差で発生する逆旋回モーメントで相殺しつつ、前進用の推力と揚力Ｆの幅方向成分を発生させたままとすることで、航走体１を斜行させることが可能となる。

また、推進用機器７の旋回を利用する第２の旋回方法を採用している場合には、推進用機器７を真横に向けて横力だけを発生させても逆旋回モーメントが発生できるので、第１の旋回方法を用いる場合と同様に、迎角αをゼロに維持しつつ、あるいは、ある程度の迎角αを持たせつつ、揚力Ｆと推進用機器７のそれぞれの推力の方向と推力Ｆ７の大きさを適切な値に設定及び制御することで、容易に斜行できると考える。

また、横力発生装置８の操船用横力Ｆ８を利用する第３の旋回方法を採用している場合には、第１の回頭方法を用いる場合と同様に、ある程度の迎角αを持たせつつ、揚力Ｆと横力発生装置８の操船用横力Ｆ８の大きさを適切な値に設定及び制御することで、船体没水部２が発生する旋回モーメントＭｔを横力発生装置８の操船用横力Ｆ８で発生する逆旋回モーメントで相殺しつつ、斜行は可能と考えるが、斜行できる条件は狭いと考える。

なお、舵力を利用する第４及び第５の旋回方法を採用している場合は、底部舵５、船尾舵システム６を用いて、操作用横力Ｆ５、Ｆ６の大きさを調節して、第１の回頭方法を用いる場合と同様に、ある程度の迎角αを持たせつつ、操作用横力Ｆ５、Ｆ６の大きさを適切な値に設定及び制御することで、斜行が可能な場合もあると考える、しかし、操作用横力Ｆ５、Ｆ６の大きさに限界があるので制御が難しく、また、斜行できる条件は狭いと考える。

また、後縁フラップ４を利用する第６の旋回方法を採用している場合は後縁フラップ４の操作によって船体没水部２で発生する旋回モーメントを相殺するのは難しく、斜行には他の手段が必要となると考える。

そして、上記の斜行可能な旋回方法を採用した場合においては、航走体１の迎角α、揚力Ｆ、推進用機器７の各推力Ｆ７の大きさは、実験や実機計測等で、容易に推定でき、航走時に、針路の旋回角度、旋回角速度、旋回角加速度等を検出して、推進用機器７の各推力や操船用横力Ｆ５、Ｆ６、Ｆ８を制御することで達成できると考える。

〔針路保持性能〕次に、針路保持性能について説明する。上記のように対称翼型の形状の航走体１は針路不安定になるので、推進用機器７、底部舵５、船尾舵システム６、横力発生装置８、後縁フラップ４等の制御により針路を保持する必要がある。また、これらの装置が故障すると針路保持が難しくなる。そのため、この航走体１における針路保持性能を高めるための方法として、次のような対をなす底部舵５、旋回力発生用フィン９を設けることが考えられる。

〔対をなす底部舵〕第１の針路保持機構は、図４６に示すように、対をなす底部舵５、５を船体没水部２の後半側の底部２ｆに船体中心線Ｌｃに対して並列に配置して構成される。この場合、「特殊安定鰭」と同様に、推進抵抗を考えて迎角ゼロにしてもよいが、船体中心線Ｌｃに対して後方が外側に開く約３度の仰角をつけて配置してもよい。そして、航走体１の直進での航走時では底部舵５の操舵を行わず、底部舵５で発生する横力により自動的に針路保持して、航走体１の旋回時にこれらの底部舵５、５を操舵して航走体１を回頭及び旋回させる構成とする。

〔旋回力発生用フィン：・船尾側の側部配置フィン〕第２の針路保持機構は、図４７に示すように、航走体の前後方向Ｘの中心位置よりも後方において、旋回力発生用フィン９を、船体没水部２の両舷に船体没水部２の側部２ｅから離間してそれぞれ単数又は複数設けて構成される。図４７に示す例では、船体没水部２の船尾側の側部２ｅに水平に設けた支持部材９ｂで支持する旋回力発生用フィン９をそれぞれ単数配置して構成される。この構成では、船尾側から見ると船体中心線Ｌｃに対して左右対称で、旋回力発生用フィン９は航走体の上下方向Ｚ（鉛直方向）にＨ字形状に配置されているが、横力を発生できれば良いので船尾側から見て斜めに傾斜して設けてもよい。

〔旋回力発生用フィン：・船尾側の底部配置フィン〕第３の針路保持機構は、図４８に示すように、航走体の前後方向Ｘの中心位置よりも後方において、単数又は複数の旋回力発生用フィン９を、単数又は複数の旋回力発生用フィン９を、船体没水部２の底部２ｆに設ける構成である。

単数又は奇数の旋回力発生用フィン９を設ける場合には、そのうちの幾つか（奇数）を船体没水部２の底部２ｆの船体中央線Ｌｃに設け、残りの旋回力発生用フィン９が有れば、船体中心線Ｌｃに対して左右対称に設ける。図４８では、対を成す旋回力発生用フィン９を船体没水部２の船尾側の底部２ｆに垂直に突出させて設けて構成される例を示す。この構成においても、船尾側から見ると船体中心線Ｌｃに対して左右対称で、旋回力発生用フィン９は航走体の上下方向Ｚ（鉛直方向）に配置されているが、横力を発生できれば良いので船尾側から見て斜めに傾斜して設けてもよい。

〔特殊安定鰭〕なお、この第３の針路保持機構では、旋回力発生用フィン９を約３度の仰角をつけて船底に固定で配置すると、既に従来技術となっている「特殊安定鰭（ひれ）」と略同じ構成となる。この「特殊安定鰭」は、「艀（はしけ）」のように幅が広く浅くて不安定な船に有効な手段であり、一対の鰭を船体中心線Ｌｃに対して約３度の仰角をつけて船底に固定で装着した装置である。そして、船が少し斜航すると片方の鰭に対する仰角が大きくなって揚力を発生し、斜航を減ずる方向に船尾を振らせる装置である。

〔旋回力発生用フィンの構成〕そして、第２及び第３の針路保持機構では、旋回力発生用フィン９は船体没水部２に対して固定にして受動的に横力及び逆旋回モーメントを発生するように構成してもよく、あるいは、旋回力発生用フィン９を舵のように回動可能にしたり、フラップを付けて能動的に横力及び旋回モーメントを発生したりするように構成してもよい。旋回力発生用フィン９を能動的に回動できるように構成した場合は、航走体１を旋回させる旋回方法として使用できる。

〔旋回力発生用フィンによる針路保持効果〕これらの構成で、航走体１が直進状態で航走しているときに、何らかの原因で船体没水部２の船首が右舷側（左舷側）に振れて、船体没水部２に迎角αが発生したときに、旋回力発生用フィン９を固定配置した状態でも、この両方の旋回力発生用フィン９にも同じ迎角αが生じるので、右舷側（左舷側）の外側に向かう方向の揚力Ｆ９が発生する。この時、右舷側（左舷側）の旋回力発生用フィン９では水流がそのまま流入するが、左舷側（右舷側）の旋回力発生用フィン９では船体没水部２の影響を受ける可能性がある。そして、この揚力Ｆ９で発生する逆旋回モーメントにより船体没水部２の揚力成分による旋回モーメントを相殺する。しかしながら、この揚力Ｆ９は船体没水部２に作用する揚力Ｆと同じ方向となるため、航走体の幅方向Ｙの力は相殺できず、横流れは防止できない。

なお、この旋回力発生用フィン９による揚力Ｆ９で発生できる航走体１の逆旋回モーメントは、旋回力発生用フィン９と浮心Ｐｆとの距離が大きい程、即ち、航走体１の後端に近い程、また、航走体１の側部２ｅから離れるほど、大きくなる。航走体１の迎角αが小さいうちは旋回モーメントも小さいので、旋回力発生用フィン９をキャンバー付きの翼型で形成し、揚力Ｆ８と逆旋回モーメントを大きくすることで、この旋回力発生用フィン９の大きさも、ある程度の大きさに抑制できると考える。

〔耐候性能〕次に、この対称翼型の形状又はその近似形状の航走体１における横揺れと縦揺れ等の耐候性能に関して説明する。一般的に、水上航走体１ＡＡ、１ＡＢとしての船舶においては、風波の影響を受けるので、航路の海象条件によっては、横揺れ（ローリング）を減少させるための横揺れ対策と縦揺れ（ピッチング）を減少させるための縦揺れ対策とが必要になる。

〔横揺れ対策〕この横揺れ対策としては、従来技術と同様に、ビルジ部２ｇにビルジキールやフィンスタビラーザーを設けることが考えられるが、ここでは、第１の方法では、図１９及び図２０に示すような船体没水部２の側部２ｅと推進用機器７の間の支持部材７ｂを水平フィンとして構成する。また、第２の方法では、図４９に点線で示すように、推進用機器７の外側に水平フィン１０を設けて構成する。さらに、第３の方法では、図４９に示すように、船体没水部２の側部２ｅの外側に水平フィン１０を設けて構成する。これらの水平フィン１０により、揚力を発生するとともに、この揚力の大きさを個別に制御することにより横揺れ制御を行うように構成する。例えば、水平フィン１０の迎角を制御したり、フラップ付の水平フィン１０でそのフラップ１０ｆの角度を調整して制御したりする。これにより、船体没水部２の横揺れ方向のモーメントと反対方向のモーメントを発生させて、横揺れを減衰させるように制御する。

なお、そのほかの方法として、図４７に示すような垂直の旋回力発生用フィン９と、この旋回力発生用フィン９を支持する水平の支持部材９ｂをＨ字形状に備えている場合には、この支持部材９ｂに水平フィン１０の機能を付与してもよい。さらには、推進用機器７の支持部材７ｂが水平方向以外の斜め方向や鉛直方向に設けられていても横揺れ方向のモーメントを発生できるので、図１９～図２１に示すような推進用機器７の支持部材７ｂや図２３～図２４に示すような底部舵５や図２５～図２９に示すような船尾舵システム６に対して、水平フィン１０の機能を付与してもよい。

〔縦揺れ対策〕一方、縦揺れ対策に関して、航走体１が大きくなると一般に縦揺れが小さくなるので、特別な対策を通らなくてもよいが、横揺れ対策として設けた水平フィン１０等を用いて、横揺れ対策用の揚力の制御に加えてを縦揺れ対策用の揚力の制御を行えることで対応できる。

〔本発明の効果〕上記のように、本発明の船舶によれば、大型タンカーや大型鉱石運搬船等の比較的船速が遅く、フルード数が小さく、推進性能に関しての抵抗において粘性抵抗の割合が大きい船舶において、船体没水部に翼形状を採用することで、粘性抵抗を小さくすることができる。

１ 航走体
１Ａ 水上航走体（排水量型船舶）
１Ｂ 水中航走体（潜水艦）
２ 船体没水部
２ａ 船体没水前半部
２ｂ 船体没水後半部
２ｃ 船体没水部の先端
２ｄ 船体没水部の後端
２ｅ 船体没水部の側部
２ｆ 船体没水部の底部
２ｇ 船体没水部のビルジ部
３（ｚ） 水線面（水平断面）
４ 後縁フラップ
５ 底部舵
６ 船尾舵システム
６ａ 斜め上方船尾舵
６ｂ 斜め下方船尾舵
６ｆ 舵のフラップ
７ 推進用機器
８ 横力発生装置
９ 旋回力発生用フィン
１０ 水平フィン
２０（ｚ） 内接する対称翼型
３０（ｚ） 外接する対称翼型
Ｌ１（ｚ） 内接する対称翼型の外形線
Ｌ２（ｚ） 外接する対称翼型の外形線
Ｌｂ 基準長
Ｌｓ（ｚ） 水線面の外形線
ＬＷＬ 計画満載喫水線
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
Ｐａｃ 船体没水部の空力中心
Ｐｍ 船体没水部の中央位置
Ｐｆ 船体没水部の浮心
Ｐｓ 基準位置
Ｐｘ 推進器位置
Ｒｘ１ 第１前後範囲
Ｒｘ２ 第２前後範囲
Ｒｘ３ 第３前後範囲
Ｒｘ４ 第４前後範囲
Ｒｚ 第１上下範囲
Ｓ１ 内接する対称翼型の面積
Ｓ１ｂ 内接する対称翼型の後半部の面積
Ｓ２ 外接する対称翼型の面積
Ｓ２ｂ 外接する対称翼型の後半部の面積
Ｘ 航走体の前後方向
Ｙ 航走体の幅方向
Ｚ 航走体の上下方向

Claims (18)

1. 航走時に水面下の船体没水部（２）を有する航走体（１）であって、
   航走体の前後方向（Ｘ）における前記船体没水部（２）の浮心（Ｐｆ）よりも後方を船体没水後半部（２ｂ）としたときに、
   航走体の上下方向（Ｚ）における前記船体没水部（２）の７０％から１００％の第１上下範囲（Ｒｚ）で、かつ、航走体の前後方向（Ｘ）における前記船体没水後半部（２ｂ）の７０％から１００％の第１前後範囲（Ｒｘ１）である範囲の水平断面で、
   前記船体没水後半部（２ｂ）の水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））が、
   前記船体没水後半部（２ｂ）の水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））に内接する対称翼型（２０（ｚ））の外形線（Ｌ１（ｚ））と、前記船体没水後半部（２ｂ）の水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））に外接する対称翼型（３０（ｚ））の外形線（Ｌ２（ｚ））の間に入っているとともに、
   前記船体没水後半部（２ｂ）において、前記内接する対称翼型（２０（ｚ））の面積（Ｓ１（ｚ））が、前記外接する対称翼型（３０（ｚ））の面積（Ｓ２（ｚ））の８０％以上１００％以下であるように構成されていることを特徴とする航走体。
2. 航走体の上下方向（Ｚ）における前記船体没水部（２）の７０％から１００％の第１上下範囲（Ｒｚ）で、かつ、航走体の前後方向（Ｘ）における航走体の全長（Ｌｂ）の７０％から１００％の第２前後範囲（Ｒｘ２）である範囲の水平断面で、
   前記船体没水部（２）の水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））が、
   前記船体没水部（２）の水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））に内接する対称翼型（２０（ｚ））の外形線（Ｌ１（ｚ））と、前記船体没水部（２）の水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））に外接する対称翼型（３０（ｚ））の外形線（Ｌ２（ｚ））の間に入っているとともに、
   前記内接する対称翼型（２０（ｚ））の面積（Ｓ１（ｚ））が、前記外接する対称翼型（３０（ｚ））の面積（Ｓ２（ｚ））の８０％以上１００％以下であるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の航走体。
3. 前記内接する対称翼型（２０（ｚ））の外形線（Ｌ１（ｚ））と前記外接する対称翼型（３０（ｚ））の外形線（Ｌ２（ｚ））が、同一形状又は相似形状であるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の航走体。
4. 前記内接する対称翼型（２０（ｚ））の外形線（Ｌ１（ｚ））と前記外接する対称翼型（３０（ｚ））の外形線（Ｌ２（ｚ））が、航走体の上下方向（Ｚ）における前記第１上下範囲（Ｒｚ）で、同一形状又は相似形状であるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の航走体。
5. 航走時に航走用の推力を発生する推進用機器（７）を前記船体没水部（２）の側部（２ｅ）又は底部（２ｆ）に配置するとともに、前記推進用機器（７）を用いて航走するように構成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の航走体。
6. 航走時の推力を発生する推進用機器（７）を単数又は複数用いて回頭をするように構成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の航走体。
7. 航走体の前後方向（Ｘ）に関して、前記船体没水部（２）の全長を基準長（Ｌｂ）とし、前記船体没水部（２）の前端から前記基準長（Ｌｂ）の１／４の距離の位置を基準位置（Ｐｓ）とし、前記基準位置（Ｐｓ）に対して前記基準長（Ｌｂ）の１０％の長さの分だけ前方の位置を第１位置（Ｐ１）とし、前記基準位置（Ｐｓ）に対して前記基準長（Ｌｂ）の１０％の長さの分だけ後方の位置を第２位置（Ｐ２）として、
   前記推進用機器（７）の後端の位置を推進器位置（Ｐｘ）としたときに、前記推進器位置（Ｐｘ）が前記第１位置（Ｐ１）と前記第２位置（Ｐ２）との間の第３前後範囲（Ｒｘ３）にあるように構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の航走体。
8. 航走体の前後方向（Ｘ）に関して、前記船体没水部（２）の全長を基準長（Ｌｂ）とし、前記船体没水部（２）の浮心（Ｐｆ）の位置を基準位置（Ｐｓ）とし、前記基準位置（Ｐｓ）に対して前記基準長（Ｌｂ）の１０％の長さの分だけ前方の位置を第１位置（Ｐ１）とし、前記基準位置（Ｐｓ）に対して前記基準長（Ｌｂ）の１０％の長さの分だけ後方の位置を第２位置（Ｐ２）として、
   前記推進用機器（７）の後端の位置を推進器位置（Ｐｘ）としたときに、前記推進器位置（Ｐｘ）が前記第１位置（Ｐ１）と前記第２位置（Ｐ２）との間の第３前後範囲（Ｒｘ３）にあるように構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の航走体。
9. 航走体の前後方向（Ｘ）に関して、前記船体没水部（２）の全長を基準長（Ｌｂ）とし、前記船体没水部（２）の最大幅の中心（Ｐｂ）の位置を基準位置（Ｐｓ）とし、前記基準位置（Ｐｓ）に対して前記基準長（Ｌｂ）の１０％の長さの分だけ前方の位置を第１位置（Ｐ１）とし、前記基準位置（Ｐｓ）に対して前記基準長（Ｌｂ）の１０％の長さの分だけ後方の位置を第２位置（Ｐ２）として、
   前記推進用機器（７）の後端の位置を推進器位置（Ｐｘ）としたときに、前記推進器位置（Ｐｘ）が前記第１位置（Ｐ１）と前記第２位置（Ｐ２）との間の第３前後範囲（Ｒｘ３）にあるように構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の航走体。
10. 前記推進用機器（７）が電気を駆動源とする電気推進システムを用いているか、あるいは前記推進用機器（７）が流体圧を駆動源とする流体圧システムを用いているかのいずれか一方であるように構成されていることを特徴とする請求項５～９のいずれか１項に記載の航走体。
11. 前記船体没水部（２）の後端と、前記後端から前記船体没水部（２）の全長（Ｌｂ）の３分の１の分だけ前方の位置との間の部位に、航走体の左右方向に推力を発生する横力発生装置（１０）を配置して、前記横力発生装置（１０）を用いて回頭するように構成されていることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の航走体。
12. 前記船体没水部（２）の底部（２ｆ）の後方の部位に、前記底部（２ｆ）から下方に突出する底部舵（５）を少なくとも航走時において配置して、前記底部舵（５）を用いて回頭するように構成されていることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の航走体。
13. 前記船体没水部（２）の後方の部位において、前記船体没水部（２）の右舷側の側部（２ｅ）から斜め上方に突出する斜め上方船尾舵（６ａ）と斜め下方に突出する斜め下方船尾舵（６ｂ）の少なくとも一方を設けると共に、前記船体没水部（２）の左舷側の側部（２ｅ）から斜め上方に突出する斜め上方船尾舵（６ａ）と斜め下方に突出する斜め下方船尾舵（６ｂ）の少なくとも一方を設けて、船尾舵システム（６）を構成し、前記船尾舵システム（６）を用いて回頭するように構成されていることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の航走体。
14. 前記船体没水部（２）の後端（２ｄ）に後縁フラップ（４）を設けて、前記後縁フラップ（４）を用いて回頭するように構成されていることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の航走体。
15. 航走体の前後方向（Ｘ）の中心位置よりも後方において、旋回力発生用フィン（９）を、前記船体没水部（２）の両舷側に前記船体没水部（２）の側部（２ｅ）から離間してそれぞれ設けるか、前記船体没水部（２）の底部（２ｆ）に航走体の幅方向（Ｙ）に関して離間して複数設けるかのいずれか一方になるように構成されていることを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の航走体。
16. 前記船体没水部（２）の側部（２ｅ）と前記推進用機器（７）の間の支持部材（７ｂ）を水平フィンとして構成するか、または、前記推進用機器（７）の外側に水平フィン（１０）を設けて構成するか、または、前記船体没水部（２）の側部（２ｅ）の外側に水平フィン（１０）を設けて構成するかの少なくとも一つで、揚力を発生するとともに、この揚力の大きさを制御することにより横揺れ制御を行うように構成されていることを特徴とする請求項５～１０のいずれか１項に記載の航走体。
17. 航走時に水面下の船体没水部（２）を有する航走体（１）の粘性抵抗低減方法であって、航走体の前後方向（Ｘ）における前記船体没水部（２）の浮心（Ｐｆ）よりも後方を船体没水後半部（２ｂ）の形状に関して、
    航走体の上下方向（Ｚ）における前記船体没水部（２）の７０％から１００％の第１上下範囲（Ｒｚ）で、かつ、航走体の前後方向（Ｘ）における前記船体没水後半部（２ｂ）の７０％から１００％の第１前後範囲（Ｒｘ１）である範囲の水平断面で、
    前記船体没水後半部（２ｂ）の水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））が、
    前記水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））に内接する対称翼型（２０（ｚ））の浮心（Ｐｆ１）よりも後方の後半部の外形線（Ｌ１（ｚ））と、前記水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））に外接する対称翼型（３０（ｚ））の浮心（Ｐｆ２）よりも後方の後半部の外形線（Ｌ２（ｚ））の間に入っているとともに、
    前記船体没水後半部（２ｂ）において、前記内接する対称翼型（２０（ｚ））の後半部の面積（Ｓ１ｂ（ｚ））が、前記外接する対称翼型（３０（ｚ））の後半部の面積（Ｓ２ｂ（ｚ））の８０％以上１００％以下であるように構成することで、航走体の粘性摩擦抵抗を減少することを特徴とする航走体の粘性抵抗低減方法。
18. 航走体の上下方向（Ｚ）における前記船体没水部（２）の７０％から１００％の第１上下範囲（Ｒｚ）で、かつ、航走体の前後方向（Ｘ）における航走体の全長（Ｌｂ）の７０％から１００％の第２前後範囲（Ｒｘ２）である範囲の水平断面で、
    前記船体没水部（２）の水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））が、
    前記水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））に内接する対称翼型（２０（ｚ））の外形線（Ｌ１（ｚ））と、前記水線面（３（ｚ））の外形線（Ｌｓ（ｚ））に外接する対称翼型（３０（ｚ））の外形線（Ｌ２（ｚ））の間に入っているとともに、
    前記内接する対称翼型（２０（ｚ））の面積（Ｓ１（ｚ））が、前記外接する対称翼型（３０（ｚ））の面積（Ｓ２（ｚ））の８０％以上１００％以下であるように構成することで、航走体の粘性摩擦抵抗を減少することを特徴とする請求１７に記載の航走体の粘性抵抗低減方法。

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