JP2023152466A - 船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】帆走時における推進効率を向上できる船舶、及び制御装置を提供する。【解決手段】第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、船底から上方へ向かうに従って、水中での抵抗力が大きくなる。従って、主船体２が傾いた右側の第１の浮力体３Ａにおいて、上側の抵抗が大きい部分も水中に配置される。一方、左側の第２の浮力体３Ｂにおいて、上側の抵抗が大きい部分が水面から出る。これにより、図３（ｂ）に示すように、左側の第２の浮力体３Ｂによる抵抗力ＲＦ２は小さくなり、右側の第１の浮力体３Ａによる抵抗力ＲＦ１は大きくなる。このような抵抗力の差が、主船体２が右側へ傾くことによって生じる左側へ旋回する回頭モーメントＭＴを打ち消すことができる。従って、推進効率が低下する舵１５の操作によらずに回頭モーメントＭＴによる旋回に対処することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、船舶に関するものである。

近年、ＣＯ_２等のＧＨＧガスの削減のために、風力等の再生可能エネルギーを用いて推力を発生する船舶が知られている。例えば、特許文献１に記載された船舶は、プロペラによる推進器に加えて、船体上に、風力によって船体を推進させる風力推進部を備えている。

特開２０２０－４５０１８号公報

ここで、大型の船舶が風力推進部を用いる場合、船体に傾きが生じることによって、船体が旋回してしまうことがある。この場合、当該旋回に対して舵の操作（当て舵）を行うことで、当該旋回に対処していた。しかしながら、このような当て舵の抵抗によって帆走の推進効率が低下するという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、帆走時における推進効率を向上できる船舶、及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る船舶は、主船体と、船体に対して船幅方向の両側に設けられ、水中に配置されることで浮力を生じる第１の浮力体、及び第２の浮力体と、風力によって船体を推進させる風力推進部と、を備え、第１の浮力体、及び第２の浮力体は、上側へ向かうに従って、水中での抵抗力が大きくなる。

本発明に係る船舶は、主船体に対して船幅方向の両側に設けられ、水中に配置されることで浮力を生じる第１の浮力体、及び第２の浮力体を備える。これにより、帆走時の船全体の姿勢が安定する。また、帆走時に船全体が船幅方向の一方へ傾くと、一方側の浮力体は水中に配置される部分が増加し、他方側の浮力体は水中に配置される部分が減少する。ここで、第１の浮力体、及び第２の浮力体は、船底から上方へ向かうに従って、浮力体の水平断面積が大きくなるため、浮力体が深く沈む程水中での抵抗力が大きくなる。従って、船舶が傾いた一方側の浮力体において、上方の抵抗が大きい部分も水中に配置される。一方、他方側の浮力体において、上方の抵抗が大きい部分が水面から出る。これにより、船舶の船幅方向の両側において抵抗力に差が生じる。このような抵抗力の差が、船舶が傾くことによって生じる旋回のモーメントを打ち消すことができる。従って、推進効率が低下する舵の操作によらずに旋回に対処することができる。以上より、帆走時における推進効率を向上することができる。

第１の浮力体、及び第２の浮力体は、船力幅方向における内側面が、上側に向かうに従って船幅方向における内側へ向かって傾斜してよい。船舶が岸壁に接岸する際には、船幅方向における外側面は前後及び上下方向になるべく平行であることが好ましい。従って、第１の浮力体、及び第２の浮力体の内側面を傾斜させることで、上側へ向かうに従って、水中での抵抗力を大きくすることができる。

風力推進部は、ロータ帆を回転させることで船舶を推進させてよい。ロータ帆は、前方への推力を得るために船幅方向からの風を受ける必要があるため、船舶が傾き易い。そのため、上述の第１の浮力体、及び第２の浮力体によって旋回のモーメントを打ち消す効果がより顕著となる。

本発明によれば、帆走時における推進効率を向上できる船舶、及び制御装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る船舶の一例を示す概略図である。 （ａ）はロータ帆の原理について説明する図であり、（ｂ）は船舶の平面図である。 本実施形態の船舶の作用・効果を説明するための概略図である。 変形例に係る船舶を示す概略図である。 変形例に係る船舶を示す概略図である。 変形例に係る船舶の風力推進部を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、「前」「後」の語は船体の進行方向に対応するものであり、「左」「右」の語は船体を後側から前側を見たときを基準とした船幅方向に対応するものであり、「上」「下」の語は船体の上下方向に対応するものである。

図１は、本発明の実施形態に係る船舶の一例を示す概略図である。図１（ａ）は、船舶１を前側から見た図である。図１（ｂ）は、船舶１を右側から見た図である。図１（ｃ）は、船舶１を下側から見た図である。船舶１は、例えば、自動車運搬船、コンテナ船などの大型貨物船である。なお、船舶１は、大型貨物船に限定されず、客船、カーフェリーなどの様々な種類の船舶であってよい。図１に示すように、船舶１は、主船体２と、第１の浮力体３Ａ、第２の浮力体３Ｂと、風力推進部１０と、を備える。

主船体２は、前後方向に延びる。主船体２は、一部が水中に配置される下部構造２Ａと、下部構造２Ａ上に設けられた上部構造２Ｂと、を備える。下部構造２Ａは、船幅方向の両側に上下方向に略垂直に延びる側面２Ａａ，２Ａｂと、底部で水平方向に広がる底面２Ａｃと、を有する。下部構造２Ａは、底面２Ａｃ側の一部が水中に配置されて、上側の一部が水面ＷＦから出ている。

上部構造２Ｂは、下部構造２Ａの上端において、当該下部構造２Ａよりも船幅方向の外側にはみ出るように設けられる。上部構造２Ｂは、水平方向に広がる上面２Ｂａ及び下面２Ｂｂを有する。上部構造２Ｂは、水面ＷＦよりも上側に配置される部分である。図１（ｂ）（ｃ）に示すように、前後方向における下部構造２Ａと上部構造２Ｂの前後方向における長さは略等しいが、下部構造２Ａと上部構造２Ｂの前後方向の長さが異なっていてもよい。

図１（ａ）に示すように、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、主船体２に対して船幅方向の両側に設けられ、水中に配置されることで浮力を生じる部材である。第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、上部構造２Ｂの下面２Ｂｂのうち、下部構造２Ａよりも船幅方向の外側にはみ出る部分に設けられる。第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、上部構造２Ｂの下面２Ｂｂから下方へ向けて延びる。第１の浮力体３Ａは、下部構造２Ａに対して右側に配置される。第２の浮力体３Ｂは、下部構造２Ａに対して左側に配置される。図１（ｂ）（ｃ）に示すように、第１の浮力体３Ａ及び第２の浮力体３Ｂは、主船体２の前後方向において中央付近の一か所に設けられる。

第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、船底から上方へ向かうに従って水平断面積が大きくなるので、水中での抵抗力が大きくなる。抵抗力とは、船舶１が所定の方向へ推進しているときに、浮力体３Ａ，３Ｂに作用する水の抵抗力である。例えば、船舶１が前方へ推進しているとき、浮力体３Ａ，３Ｂには、後方へ向かう抵抗力ＲＦが作用する（図１（ｂ）参照）。第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、水中に配置されたときに発生する抵抗力が、下端付近では小さく、上側の位置ほど大きくなる。

図１（ａ）に示すように、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂに対して、所定の高さに水平面ＳＦを設定する。水平面ＳＦの断面積が大きい箇所ほど、水中に配置されたときに抵抗力が大きくなる。従って、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂにおける水平面ＳＦにおける断面積は、水平面ＳＦが下端側から上端側へ移動するほど大きくなる。

本実施形態では、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、前後方向から見て、下端側が先細りとなるような形状を有する。具体的に、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、船幅方向における内側面３ａが、上側に向かうに従って船幅方向における内側へ向かうように傾斜する。なお、第１の浮力体３Ａの内側面３ａは、下部構造２Ａの右側の側面２Ａａと船幅方向に離間した状態で対向するように配置される。

第２の浮力体３Ｂの内側面３ａは、下部構造２Ａの左側の側面２Ａｂと船幅方向に離間した状態で対向するように配置される。第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、船幅方向における外側面３ｂが、上側に向かうに従って船幅方向における内側へ向かうように傾斜する。水平面ＳＦにおける内側面３ａと外側面３ｂとの間の船幅方向における寸法は、水平面ＳＦが下端側から上端側へ向かうほど大きくなる。なお、図１（ｂ）に示すように、船幅方向から見たとき、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂの大きさは、上下方向において略一定であるが、下端側から上端側へ向かうほど大きくてもよい。

風力推進部１０は、風力によって主船体２を推進させる機構である。本実施形態では、風力推進部１０としてロータ式の風力推進機構が採用されている。風力推進部１０は、上部構造２Ｂの上面２Ｂａ上に前後方向に並ぶように複数（ここでは二個）設けられている。図２（ａ）に示すように、風力推進部１０は、上下方向に延びる円柱状のロータ帆３１と、ロータ帆３１を回転させる電動機３２と、を備える。

ロータ帆３１に対して横側から風ＷＤが吹き込むと、後側ではロータ帆３１の回転方向と風ＷＤの向きが互いに反対となり、前側ではロータ帆３１の回転方向と風ＷＤの向きが一致する。これによって、ロータ帆３１の前後で圧力差が発生することで、前側へ向かう推力ＰＦが発生する（マグナス効果）。図２（ｂ）に示すように、主船体２に対して横側から風ＷＤが吹くことで、各風力推進部１０の推力ＰＦにより、主船体２は前方へ進む。

次に、本実施形態に係る船舶１の作用・効果について説明する。

本発明に係る船舶は、主船体に対して船幅方向の両側に設けられ、水中に配置されることで浮力を生じる第１の浮力体、及び第２の浮力体を備える。これにより、帆走時の船舶１の姿勢が安定する。

ここで、図３に示すように、船舶１に向かって横側から風ＷＤが吹くと、風力推進部１０にて揚力が発生する。これらの揚力を合算した場合の中心を揚力中心ＣＥ（Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｅｆｆｏｒｔ）とする。図３（ｂ）に示すように、当該揚力中心ＣＥにて船舶１全体の推力ＰＦが発生する。ここで、揚力中心ＣＥの高さ位置は、主船体２よりも高い位置に設定される（図３（ａ）参照）。そのため、風ＷＤが強くなって主船体２及び風力推進部１０全体が水平方向に対して傾斜するように傾く。具体的に、左舷側で風を受けるので、主船体２が右舷側に対して浮くように傾く。そのため、揚力中心ＣＥが右側にずれ、主船体２の中央位置よりも右側にずれた位置にて船舶１全体の推力ＰＦが発生する（図３（ｂ）参照）。この場合、舵１５の操作を行っていないにも関わらず、主船体２を左側へ旋回させるような回頭モーメントＭＴが発生してしまう。このような回頭モーメントＭＴを打ち消して主船体２の旋回を回避するために舵１５を切った場合（図３（ｂ）の仮想線の舵１５参照）、舵１５による抵抗が増加してしまい、船舶１が減速してしまう。

これに対し、図３（ａ）に示すように、帆走時に主船体２が船幅方向の右側へ傾くと、右側の第１の浮力体３Ａは水中に配置される部分が増加し、左側の第２の浮力体３Ｂは水中に配置される部分が減少する。ここで、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、上方へ向かうに従って、水中での抵抗力が大きくなる。従って、主船体２が傾いた右側の第１の浮力体３Ａにおいて、上方の抵抗が大きい部分も水中に配置される。一方、左側の第２の浮力体３Ｂにおいて、上方の抵抗が大きい部分が水面から出る。

これにより、図３（ｂ）に示すように、左側の第２の浮力体３Ｂによる抵抗力ＲＦ２は小さくなり、右側の第１の浮力体３Ａによる抵抗力ＲＦ１は大きくなる。このように、主船体２の船幅方向の両側において抵抗力に差が生じる。右側の抵抗力ＲＦ１が左側の抵抗力ＲＦ２よりも大きいことにより、両者を合わせると左側への旋回を抑制するような抵抗力が発生することとなる。このような抵抗力の差が、主船体２が右側へ傾くことによって生じる左側へ旋回する回頭モーメントＭＴを打ち消すことができる。従って、推進効率が低下する舵１５の操作によらずに回頭モーメントＭＴによる旋回に対処することができる。以上より、帆走時における推進効率を向上することができる。

第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂは、船幅方向における内側面３ａが、上方に向かうに従って船幅方向における内側へ向かって傾斜してよい。船舶１が岸壁に接岸する際には、船幅方向における外側面３ｂは前後及び上下方向になるべく平行であることが好ましい。従って、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂの内側面３ａを傾斜させることで、上側へ向かうに従って、水中での抵抗力を大きくすることができる。本実施形態では、外側面３ｂも傾斜しているものの、内側面３ａが傾斜することで、外側面３ｂの傾斜量を抑制できる。

風力推進部１０は、ロータ帆３１を回転させることで主船体２を推進させてよい。ロータ帆３１は、前方への推力を得るために船幅方向からの風を受ける必要があるため、主船体２が傾き易い。そのため、上述の第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂによって旋回の回頭モーメントＭＴを打ち消す効果がより顕著となる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂの形状は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示すように、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂの外側面３ｂは、上下方向に平行に延びてもよい。一方、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂの内側面３ａは、上側に向かうに従って船幅方向における内側へ向かって傾斜してよい。図４（ａ）に示す構成では、外側面３ｂが上下方向に延びる平面であるため、岸壁に好適に接岸することができる。

第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂの個数は特に限定されない。例えば、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、前後方向に二対の第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂが設けられてもよい。また、第１の浮力体３Ａ、及び第２の浮力体３Ｂの個数は、三対以上であってもよい。なお、第１の浮力体３Ａと第２の浮力体３Ｂの個数は同じでなくともよいが、同じである方が主船体２は釣り合いを取りやすくなる。

図５に示すように、第１の浮力体３Ａと下部構造２Ａとの間、及び第２の浮力体３Ｂと下部構造２Ａとの間に翼部４０を設けてもよい。翼部４０は、第１の浮力体３Ａの下端部と下部構造２Ａの下端部とを連結する。また、翼部４０は、第２の浮力体３Ｂの下端部と下部構造２Ａの下端部とを連結する。この場合、翼部４０が水中で上方へ向かう揚力を発生する。これにより、翼部４０が、主船体２及び浮力体３Ａ，３Ｂの喫水を浅くすることができ、水中での抵抗を低減することができる。

風力推進部１０は、ロータ帆に限定されず、通常の帆や凧など、風力によって船舶１を推進させることができるものであれば特に限定されない。例えば、風力推進部１０として、図６（ａ）（ｂ）に示すような布帆を船舶の上甲板上に設置してもよく、図６（ｃ）に示すような鋼帆を船舶の上甲板上に設置してもよく、図６（ｄ）に示すような凧を船舶の上甲板上に設置してもよい。さらに、これらの帆や凧等は上甲板上に複数設置しても良い。

主船体２の構造も図１に示すものに限定されず、用途等に応じて適宜変更してよい。

１…船舶、２…主船体、３Ａ…第１の浮力体、３Ｂ…第２の浮力体、１０…風力推進部、３１…ロータ帆。

Claims (3)

1. 主船体と、
   前記主船体に対して船幅方向の両側に設けられ、水中に配置されることで浮力を生じる第１の浮力体、及び第２の浮力体と、
   風力によって前記主船体を推進させる風力推進部と、を備え、
   前記第１の浮力体、及び前記第２の浮力体は、船底から上方へ向かうに従って、水中での抵抗力が大きくなる、船舶。
2. 前記第１の浮力体、及び前記第２の浮力体は、前記船幅方向における内側面が、上側に向かうに従って前記船幅方向における内側へ向かうように傾斜する、請求項１に記載の船舶。
3. 前記風力推進部は、ロータ帆を回転させることで前記主船体を推進させる、請求項１又は２に記載の船舶。
   

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