JP2793364B2

JP2793364B2 - 船舶及び船舶動作方法

Info

Publication number: JP2793364B2
Application number: JP2511843A
Authority: JP
Inventors: ジヤイルズ，デビツド・ローレント
Original assignee: SOONIIKUROFUTO JAIRUZU ANDO CO Inc
Current assignee: SOONIIKUROFUTO JAIRUZU ANDO CO Inc
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: DK0497776T3; EP0497776B1; US5129343A; KR920703383A; DK0497776T4; US5080032A; ES2077074T5; FI109984B; DE69020357D1; ES2077074T3; GB2236717A; DE69020357T3; NO921429L; FI921601A0; DE69020357T2; JPH04504704A; EP0497776A1; EP0497776B2; AU6178790A; KR100255075B1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、単船体高速シーリフト（MFS）又は半浮上
性単胴船（SPMH）に関し、そしてさらに詳細には、水噴
射推進システムと組み合わされたその船体設計が、５、
000トンの船荷保持容量を有する約25、000〜30、000ト
ンの排水量の船舶に対して、荒海状態において最大40〜
50ノットの海洋通行速度を許容する高速船舶に関し、こ
の速度は、そのような大きさの船において、それらを非
実際的にする如く、安定性又は船荷容量の減損なしに、
今まで達成可能でなかった。

背景技術船舶が浮かぶ時、大船荷容量と内部収容設備、構造的
強度、安定性及び着実性を有し、かつ米国特許第145、3
47号によって示された如く推進力を経済的にするために
十分に小さな抵抗を有する船舶を設計かつ構築すること
が、長い間造船家の目標であった。

伝統的な水上船単胴体設計は、通常、速度、安定性と
続航性の相互関係に関する確立された設計原理と仮定か
ら開発された。所望の性能因子を達成するために犠牲が
為される。結果として、現在の実際の単胴水上船の改良
は、本質的に停滞される。

例えば、今日の排水形船体の主要な制限は、所与の大
きさ（排水量又は容積において）に対して、耐航性と安
定性が、最大実速度を増大させるために、より大きな長
さに“延ばされた”時、縮小されることである。

伝統的な船体設計は、本質的に、船長（フィート）の
平方根の約1.2倍の速度において発生する抗力上昇のた
めに、大形船が海を横断する速度を制限する。例えば、
中形の貨物船は、約20ノットの最高速度を有する。商業
上の積荷により高速を達成するために、船の長さと大き
さ（又は容積）を比例して増大させるか、あるいは同一
の大きさと容積を維持するために、安定性を犠牲にし
て、船幅を縮小しながら長さを増大させることが、必要
である。造船家は、航空技術における”音障壁を破る”
という課題と同じような価値を有する課題として、長さ
を増大させるか又は船幅を減少させることなしに、相当
に高速の船速度を達成する問題を長い間考察してきた。

長さの増大は、0.4のフルード数に対応する速度にお
いて発生する巨大な抗力上昇のために、（容積と安定性
の制限により実際の船荷運搬船ではない非常に狭い船体
の場合を除いて）高速度のために必要とされる。フルー
ド数は、関係0.298V/Lによって規定され、この場合Ｖ
は、ノットにおける船速度であり、そしてＬは、フィー
トにおける船の水線長である。より高速で進行するため
に、船は、より長く作製されなければならず、こうして
抗力上昇の開始を高速まで延ばす。しかし、長さが同一
容積に対して増大される時、船は、より狭くなり、安定
性は犠牲にされ、そしてより大きな応力にさらされ、構
造的な重量が過度にならないように、比例して軽量かつ
強力に（そしてより高価に）ならなければならない構造
を生む。さらに、所与の排水量に対して、長い船は、高
速を達成することができるが、固有縦振動数は低下さ
れ、そして続航性は、短長な小形船に比較して、公又は
荒海状態において劣化される。

高速で、すなわち、40〜50ノットの範囲において海洋
を通行し、かつその寸法と密度が、特に“時宜を要す
る”在庫と保管業務の世界的な受容の増大をかんがみ
て、航空貨物便と他の時間緊急便に対して受容されない
腐敗性の積荷、高費用資本財積荷の迅速かつ安全な海洋
通行のための商業的な必要条件のために、高安定性を有
する水上船に対する必要性が増大する。

今日、排水形船の最大実際速度は、約32〜35ノットで
ある。これは、それを長く、狭く、かつ軽くし、また高
価にすることにより、比較的小さな船において達成され
る。ある程度、0.4のフルード数を超える増大した長さ
を回避することが可能であるが、これは、最大120フィ
ート長及び200トンの船用の半浮上性船体と改良推進ユ
ニットを使用する小船舶設計において達成された。高速
海洋定期船の如く大形船において、大きな長さは、大き
なサイズと容積が同一速度において保持されることを許
容するが、フルード数（すなわち、１、100フィートの
水線長の航空母艦に対する38ノットは、0.34のフルード
数である）に関してより低い。反対側において、これら
の船の大形サイズは、かなり大きな量の推進力を必要と
する。キャビテーション問題による従来の推進機により
パワーを効率良く送出し、かつ非常に劣ったパワー／重
量比を設ける従来のディーゼル又は蒸気機械を使用する
際に主要な問題がある。

高速船を達成するための別の問題は、浮上性船体であ
る。この普及した設計は、非常に短い船体形式に制限さ
れ、すなわち、典型的に、100フィート及び100トンを超
えない。わずかに50フィート長のボートは、60ノットを
超える速度（又は2.53のフルード数）を達成することが
できる。これは、利用可能なパワーが、水の表面にボー
トを単に押し上げるために可能であり、この場合ボート
は、波上を走行し、こうして純粋な排水形ボートが同一
長の船体において約12ノットを超えて進行するのを阻止
する巨大な抗力上昇を除去する。しかし、例えば５〜25
ノットの中間速度において、ボートが“水平面に乗る”
前に、不相応に大量のパワーが必要とされる。50フィー
トのボートが、300フィートのフリゲートの長さに評価
されるならば、速度は、12〜60ノットの正確な範囲に評
価される。こうして評価されると、300フィート浮上性
フリゲートのために必要とされるパワーは、約50万馬力
である。さらに、この300フィート船における継続する
乗船は、ずっと小形の浮上性船の如く、低速すぎるため
に波上を滑水又は“飛しょう”することができない限
り、大形平たん船体表面が、連続的な高速において海洋
波にはねつけられるために、材料疲労を生ずる。

浮上性船体を使用する船舶がまた、水噴射推進により
生産された。しかし、サイズ、トン数と必要馬力の制限
のために、ある水線長又はトン数を超える船舶に対する
水噴射推進浮上性船体の使用は、本気で考察されなかっ
た。

前述のために、例えば、米国特許第３、225、729号に
おいて示された形式の浮上性船体は、大形高速船の設計
に対する解決を生まないことが結論される。しかし、第
13図に示された水線長に関する速度の範ちゅうが検査さ
れるならば、半浮上性船体は、高速シーリフト船のため
に魅力ある機会を提示するように見える。第13図は、小
形から非常に大形の半浮上性船体の連続のサイズを示
す。単胴船高速シーリフト（MFS）船体又は半浮上性単
胴船（SPMH）設計は、排水形船体に接近する水線長と、
浮上性船体に接近する最大速度を使用する可能性を提示
するために、小形半浮上性船において今日広く使用され
る船体形式である。

水力学リフトの概念を使用する船体設計は、小形船、
例えば、米国特許第４、649、581号において示された如
く従来の推進機駆動によって動力を与えられた200フィ
ート又は200トンよりも小さな船に関して公知である。
そのような船体の形状は、高圧力が、水力学リフトを設
けるために、特定形状を有する領域において船体の下に
誘導される如くである。MFS又はSPMH船は、船体の後方
部分における高圧力の存在を結果として、あるしきい速
度を超える水力学リフトを発生させる。そのような船体
は、以下に記載された第11図と第14図に示された如く、
水における船体の剰余抵抗を縮小する。このため、パワ
ー及び燃料必要条件が減少される。水力学リフトが、速
度の平方と共に増大するために、リフトする船体は、高
速を達成される。MFS船体又はSPMH形式を使用する作業
ボートが、現在、海又は世界の港の進入の多くにおいて
使用されている。この船体形式はまた、今まで、あるサ
イズの高速水先船、警察ランチ、救援ランチと高速救助
艇、通関ランチ、パトロール・ボート、及び16〜200フ
ィート（２〜約600トン）のサイズの範囲を取るモータ
ー・ヨットと高速釣り船に制限されると考えられた。そ
れらのサイズに対して、これらのボートは、浮上性ボー
トよりもずっと重量があり、かつ頑丈である。５〜25ノ
ットの速度範囲において、それらは、ずっと滑らかな乗
りごごちを有する。それらはまた、浮上性船体よりも、
3.0よりも低いフルード数におけるサイズに対してずっ
と小さなパワーしか使用せず、そしてそれらは、非常に
操縦性がある。しかし、この形式の船体の実際の使用は
200トンの船に制限されることが、一般に受け入れられ
た。

第11図は、MFS又はSPMHフリゲート（円データ点を有
する曲線Ａ）と、同一長さ／船幅比と3400トン排水量の
伝統的なフリゲート船体（三角形データ点を有する曲線
Ｂ）との間の軸馬力の比較を示す。約15〜約29ノット間
で、両船は、類似のパワーを必要とする。38〜60ノット
までで、MFS船は、最大効率の領域内で動作し、かつ水
力学リフトから益々利益を得る。この速度範囲は、排水
形船体の長さがフルード数を縮小するために実質的に増
大されないならば、あるいは船長対船幅比が実質的に増
大されないならば、伝統的な排水形船体に対する実用性
を大きくしのぐ。MFS又はSPMH設計における水力学リフ
トは、荒い力によって大きく水平面に上昇される浮上性
船体よりも、高速性能航海ボートにより類似する穏やか
なプロセスである。MFS又はSPMH船体は、十分に滑水せ
ず、これにより高速における波に対するスラミングの問
題を回避する。

さらに、現代の大形船は、伝統的に、ディーゼル・パ
ワーで駆動された推進機であった。しかし、推進機は、
本質的にサイズにおいて制限され、そしてまた、キャビ
テーション及び振動問題を提示する。一般に、現行技術
を適用すると、60、000馬力は、従来の固定ピッチ推進
機に対して、軸当たりのほぼ上限であることが認識され
る。さらに、高速に対して必要なパワーを生成するため
の大きさのディーゼル・エンジンは、重量、サイズ、費
用と燃料消費の点から非実際的である。

推進機駆動のキャビテーション及び振動問題を実質的
に縮小する水噴射推進システムは、米国特許第２、57
0、595号、第３、342、032号、第３、776、168号、第
３、911、846号、第３、995、575号、第４、004、542
号、第４、611、999号、第４、631、032号、第４、71
3、027号と第４、718、870号において示された如く公知
である。今日、それらは、特に高速において大形船を推
進するために有益であると認知されず、そして大排水形
船体の部分において一般に存在する抵圧力ではなく、浸
水した船体の後方部分における水入り口において高圧力
を必要とするために、一般に非効率であると考えられ
る。

発明の開示 2000トンを超える高速商用船と600トンを超える客船
に対して、以前の船体設計と推進システムにおいて遭遇
された問題と制限を克服することが、本発明の目的であ
る。

本発明の別の目的は、高資本及び動作費用を相殺する
ために、投資において大きな回転率を達成する2000トン
又は200フィートを超える貨物船又は車両フェリーの如
く、高速であるが大形の商用船の達成である。

本発明の別の目的は、現在の商用船と客船設計に対す
るよりも優れた開放海洋条件における耐航性の達成であ
る。

本発明のいっそうの目的は、横断時間を相当に縮小す
るために必要とされた高速性を達成するために、十分な
長さとサイズの船に積荷される船荷を増大させるため
に、航海のサービスの大きな頻度と、横断の各側におけ
る幾つかのポート間のインターポートの必要性の縮小で
ある。

本発明のさらに別の目的は、より柔軟な計画と大きな
稼働時間の確実性を許容する広幅な速度範囲の達成であ
る。

本発明のさらにいっそうの目的は、かじ又は推進機の
如く従来の水中の付属物ではなく、水噴射と組み込みト
リミング又は燃料移送システムを有するために、小さな
又は浅い港の進入と大きな操縦性を有する商用船の生産
を含む。

本発明は、特に、約600フィートの水線長（Ｌ）と、
約115フィートの全船幅（Ｂ）と、約25、000〜30、000
トンの全負荷排水量とを有する商用船において使用され
る。しかし、それは、一般に、600トンを超える客船と2
000トンと200フィートを超える商用船に適用可能であ
る。

かじ取の目的のために、最大20ノットの速度に対して
玄側水噴射を使用するシステムが使用される。さらに、
玄側水噴射は、逆転システムを組み込む。結果として、
本発明の概念を使用する船は、静止において操縦可能で
ある。

本発明は、固有の水力学リフトと低船長船幅（L/B）
比を有する公知の単胴船半浮上性設計を使用するが、高
圧力が船体をリフトするために生成される場合に、半浮
上性船体の船尾領域に対応すると認識された水噴射の入
り口において、最良の効率のために、高圧力を必要とす
るガス・タービン・パワーと水噴射推進による今まで公
知でない組み合わせを使用する。

半浮上性船体における水噴射推進システムの利点は、
30ノットを超える速度において、高推進効率における大
量のパワーを送出して、そしてさらに、船を非常に迅速
に停止まで減速する能力である。システムはまた、推進
機振動、雑音とキャビテーションの主要問題を大きく除
去する。総合されたMFS船体又はSPMHと水噴射システム
の主な利点は、船体と形状とリフト特性が、水噴射シス
テムの吸込及び推進効率のために理想的であるが、吸込
における加速流がまた、船体における抗力をさらに縮小
するために、高圧力と大きなリフトを生成することであ
る。

水噴射推進システムが、水入り口の近接において高圧
力の領域を有することが都合が良く、そして大きな平た
ん船尾肋板領域が噴射ユニットを設置するために必要と
されるために、MFS又はSPMH船体形式が、水噴射推進の
ために理想的に適する。ガス・タービン主エンジンと組
み合わされた、高効率推進システムが、大きな高速船の
ために必要とされた高パワー・レベルを満たすために設
けられる。

本発明のいっそうの利点は、固有の低船長対船幅比
が、大きな使用船荷空間と改良安定性を設けることであ
る。

本発明のさらに別の利点は、玄側水噴射の方向性推力
と、前方速度のない高操縦性パワーの適用により、推進
機によるよりも、大きな操縦性を生む水噴射推進によっ
て設けられる。

本発明の付加的な利点は、推進機駆動において固有な
サイズ、キャビテーション及び振動問題のない、実質的
なパワーの軸方向又は混合流を生成する船用ガス・ター
ビン・ユニットによって駆動された水噴射推進ユニット
又はポンプの使用である。

さらに、本発明のいっそうの利点は、新規の船体設計
と水噴射推進システムによる縮小された放射雑音及び伴
流特性にある。

本発明は、利用される商用造船所において単胴船構造
を経済的に生産するための能力によるいっそうの利点を
有する。

本発明のいっそうの利点は、ディーゼル動力推進機駆
動で利用可能であったよりも、低い比例する重量、容
積、費用と燃料消費率のために、大きなパワーを現在生
成するか、又は生成するために開発された船用ガス・タ
ービン・エンジンの使用である。

本発明のいっそうの利点は、商船における伝統的な抗
力上昇を回避する船体水中形状から生ずる。本発明の船
体形状により、船の船尾は、従来の船体の船尾が沈む又
は沈下し始める速度においてリフト（これによりトリム
の縮小）を始める。

本発明は、船用ガス・タービンのパワー及び重量効
率、水噴射の推進効率、及び伝統的な船体が沈下する速
度においてリフトする形状の船体の水力学的効率を組み
合わせる。本発明は、200フィート全長、28フィート船
幅及び15フィート・喫水を超える海事産業船舶のために
特定使用を見いだす。

高速半浮上性形式の船体は、動的力の作用によるリフ
トを経験し、そしてフルード数0.3〜1.0の範囲における
最大速度において動作する。この形式の船体は、直線の
入り口水線、ビルジの曲がりにおいて典型的に丸くされ
た後部船体、及び直線後方バトックライン又は船尾肋板
において鋭く終端するわずかな下方フックを有するバト
ックラインとを特徴とする。

現在考察された実施態様において、例えば、商船とし
て、本発明による船は、商品名LM5000の下でGeneral E
lectric社によって現在製造される形式の８つの従来の
船用ガス・タービンと、Riva Calzoni又はKaMeWaによ
って現在製造される一般形式の４つの水噴射とを使用す
る。水噴射推進システムは、船尾肋板において取り付け
られたポンプ羽根車を有し、水は、船尾肋板のすぐ前方
の船体底部における入り口を通って船尾の下から羽根車
に送られる。入り口は、水噴射システムの推進効率を増
大させるために、高圧力の領域において配置される。

実際に、入り口において又はその回りでポンプによっ
て生成された加速流は、船体の効率を増大させる付加的
な動的リフトを生成する。結果は、従来の推進機推進シ
ステムを有する船体に比較して全推進効率の改良であ
り、推進効率における最大の改良は、約30ノットの速度
において始まる。

操縦性は、２つの玄側水噴射により達成され、各玄側
噴射は、かじ取のための斜め推力を設けるために、水平
旋回するノズルを取り付けられる。偏向板は、停止及び
低速制御を設けるために、噴射推力を前方に向ける。か
じ取及び逆転機構は、船尾肋板の背後の噴射ユニットに
おいて位置付けられた油圧シリンダーによって動作され
る。

従って、水噴射推進を有するMFS船体又はSPMHを使用
する船は、約５、000トンの船荷を約45ノットにおいて
大西洋を約3.5日で、あるいは約11、000トンの船荷を約
35ノットにおいて4.5日において最大５つの海上状態に
おいて輸送し、10％の予備燃料容量を有する。

さらに、総合制御システムが、ガス・タービン燃料流
とパワー・タービン速度と、ガス・タービン加速と減速
を制御するために設けられ、ガス・タービン出力トルク
を監視かつ制御し、そして水噴射かじ取角、角度の変化
率、及び最適停止性能のための水噴射逆転機構を制御す
る。そのようなシステムは、入力として、船速度、軸速
度、及びガス・タービン・パワー出力（又はトルク）を
含むパラメータを使用することが熟慮される。

前述の制御システムは、約20ノットの船速度に対応す
る適用されたガス・タービン・パワーにおいて、全かじ
取角を許容する。それは、高パワーと船速度において自
動的に適用かじ取角を次第に縮小し、そしてさらに、約
20ノットの船速度に対応する適用ガス・タービン・パワ
ーにおいて水噴射推力偏向器の完全な逆転を許容する。
さらに、制御システムは、水噴射逆転偏向器移動と高パ
ワーにおける移動率を自動的に制限し、そして船の高速
度において最も有効であるようにガス・タービン・パワ
ーと速度を制御する。

要約すると、高度のMFS又はSPMH形式は、次の利点を
有する。

1.同一配分の従来の船体に比較して高船速度における低
い船体抵抗 2.大量の船荷を安定性の適切な保存により主甲板上の保
持させる高い固有安定性 3.高固有安定性は、燃料が消費される時、船舶がバラス
トを積まれる必要条件がない効果を有し、こうして移動
距離により最高速度の増大を設ける。

4.低L/B比率が、類似の排水量の従来の船舶と比較し
て、大きな使用内部容積を設ける。

5.障害安定性の大きな潜在的保存 6.（ａ）過度の船体強度問題を生じ、（ｂ）悪質な主観
的動作を有し、（ｃ）過度の船体スラミングと甲板の湿
りのない、悪天候条件において高速度で動作する能力 7.船体、水噴射及びガス・タービン特性の望ましい組み
合わせにより、２つ、３つ又は４つの水噴射において有
効かつ効率的に動作する能力 8.船尾肋板で４つの大きな水噴射を収容し、かつ吸込み
のために十分な底部領域を設ける能力 9.水噴射／ガス・タービン推進システムの総合が、後方
部分の船体形式によって最適化される。

10.40〜50ノットの速度範囲に対して、同様な排水量の
従来の船体形式よりも低い技術的危険 11.低速と高速の両速度における優れた操縦性とずっと
短い距離において停止する能力 12.すべての推進機械後部を備えた配置が、船荷装荷と
船荷処理及び収容を最大にする。

13.浅水において動作する如く他の使用又は水陸両用の
目的のために、すべての速度と排水量において重力の最
適縦中心を保証するために、設計において組み込まれた
燃料トリミング・システムを使用する能力 14.浅水操縦又は水陸両用動作における水中損傷の可能
性を縮小するかじ又は推進機と関連付属物の欠如図面の簡単な説明本発明のこれらと他の特徴、目的及び利点は、添付の
図面と関連した、発明を実施するための最良モードの次
の説明からより明らかになる。

第１図は、本発明による船の右舷側の側面図である。

第２図は、第１図に示された船の頂面図である。

第３図は、第１図に示された船の船首において見た前
面図である。

第４図は、半分は船首部分から、そして半分は船尾部
分から、第１図に示された船体の長さに沿った基点にお
ける異なる輪郭線を示す船体の輪郭図である。

第５図は、甲板の配置を示すための、第１図に示され
た船体の船体中央部分の断面図である。

第６図と第７図は、第１図に示された船内の水推進／
ガス・タービン・ユニットの配置を示すそれぞれ概略的
な側面図と頂面図である。

第8A図〜第8D図は、ガス・タービンと歯車箱の代替的
な実施態様を示す第７図に類似する概略的な平面図であ
る。

第９図は、排水量と速度の間の関係を示すグラフであ
る。

第10図は、以下に記載されたMFS又はSPMH船のための
船速度と送出馬力（DHP）の間の関係を示すグラフであ
る。

第11図は、本発明のフリゲート船と従来のフリゲート
船の間の軸馬力／速度特性の比較を示すグラフである。

第12図は、長さにおいて従来の船舶のトン／ノット当
たりの比パワーを本発明と比較するグラフである。

第13図は、0.40超〜1.0未満のフルード数の範囲（又
はV/L＝1.4〜3.0）において、半浮上性船体形式の使用
を示す、それぞれの水線長に関するボート、船及び海洋
船舶の速度分類の一般グラフである。

第14図は、本発明において使用されたMFS船体又はSPM
Hが、同一配分の従来の排水形船体と比較して増大した
速度において抗力の縮小を設ける様子を示す、船速度に
関する固有剰余抵抗のグラフである。

第15図は、第１〜３図において示された船において使
用された水噴射推進システムを示す概略図である。

第16図は、水噴射推進システムのための修正されたガ
ス・タービン／電気モーター駆動を示す、第６図に類似
する概略図である。

第17図は、船舶のトリムが、異なる船速度において吸
収された有効馬力（E.H.P.）を最小にするために、重力
の縦中心（L.C.G.）を、横座標において数字“0"によっ
て指定された船体中央（基点５）の前方及び後方に一定
フィート数を移動させることにより、最適化される様子
を示す、2870トンの排水量の90メートルの半浮上性船体
船の実大のモデル・タンク試験に基づいたグラフであ
る。

第18図は、最適化トリムが使用される場合に吸収され
たE.H.P.における削減を示す、上記で参照された2870ト
ン排水量の90メートルの半浮上性船体船の実大のモデル
・タンク試験に基づいたグラフである。

第19図は、本発明によるSPMHにおいてトリムを最適化
するための燃料移送システムの実施態様の概要図であ
る。

発明を実施するための最良モード今図面を参照し、そして特に第１図を参照すると、一
般に番号10によって指定された船が示され、例えば、40
〜50ノットの範囲における速度において大西洋横断運転
のために最大5000トンの高有効搭載量において、水力学
リフトを使用する半排水形又は半浮上性の丸いビルジの
低船長対船幅（L/B）船体形式を有する。L/B比は、約5.
0〜7.0であると考えられるが、それは、その特徴が重要
である場合のパナマ運河通行能力を許容するために、7.
0よりも幾らか上に増大される。

船10は、露天甲板12を有する半浮上性丸ビルジ形式と
して公知な船体11を有する。かじ取室上部構造13は、船
荷及び／又はヘリコプター着陸のための大きな前方甲板
を設けるために、船体中央部の後方に位置し、そして以
後に記載される如く、収容設備、居住空間と他の装置と
共に船のための制御を含む。上部構造13は、重力の縦中
心に悪影響を与えないように位置付けられる。商用船
は、200フィート及び2000トン排水量を超える貨物船の
形式において示されるが、本発明はまた、600トンを超
える客船に適用可能である。

船体11の縦輪郭が第１図に示され、一方、正面線図
が、第４図に示される。第１図に鎖線において示された
基部線14は、船体11の底部15が、船尾17の方に上昇し、
かつ船尾肋板30において横ばいになる様子を示す。

第４図は、右側が船の前方部分における構成を示し、
そして左側が後方部分における構成を示す、半浮上性船
体形式のプロフィルである。プロフィルは、船幅中心線
からのメートルにより、そしてまた、基準水線から水線
の倍数に関して、船体の断面を記載する。この形式の半
排水形又は半浮上性船体は、前方部分においてキール
と、後方部分において平たん底部を有する伝統的な排水
形船体形状を有することが、一般に公知である。小形船
舶において、第１図において仮線において示され、かつ
番号65によって指定された中心線垂直キール又はかかと
65が、取り付けられ、前方ビルジのほぼ最深点から船尾
肋板30の前方の船長の約1/4〜1/3の点まで延びている。
このキール又はかかとは、小形船において方向安定性と
横揺れ減衰を改良する。第14図に示された如く、従来の
排水形船体に関して抗力を縮小するために、後方部分の
下に水力学リフトをしきい速度において生成するのは、
この船体構成である。第４図において０−４の番号の付
いた輪郭線は、第１図において右から左に見た船首部分
16における船体形状の従来の形式を示すが、５−10の番
号の付いた輪郭線は、船尾部分17におけるビルジが、第
１図において右から左に見た時、平たん化される様子を
示す。この船体のサイズと形状の結果として、水力学リ
フトの開始を決定するための承認された方法は現在ない
が、そのようなリフトは、この船の場合において、22、
000トンの排水量における約26.5ノットのしきい速度に
おいて発生することが示唆された。

こうして丸ビルジ船体11は、“リフトする”船尾肋板
船尾17を有し、公知の如く、直線入り口水線、ビルジの
曲がりにおいて典型的に丸い船体後部と、直線の後方バ
トックライン又は船尾肋板において鋭く終端するわずか
な下方フックを有する後方バトックラインとを一般に特
徴とする船体形式から生ずる水力学的力によって生成さ
れる。この形式の船体は、浮上性船体ではない。それ
は、船尾の下の高圧力と縮小抗力の作用によって、船体
後部において水力学リフトを生成することにより、約0.
4〜約1.0のフルード数範囲における最大速度において動
作するように設計される。

船体11はまた、右舷側における船の中央のアクセス・
ランプ18と、船尾のロールオン／ロールオフ・ランプ19
を設けられ、その結果相互連結リフト（図示されていな
い）を有する、第５図に示された船体中央部における如
く、露天甲板12の下の３つの内部甲板21、22、23におい
て保管された船荷は、荷積みと荷降ろしのために同時に
アクセスされる。他のアクセス・ランプは、後方の右舷
側において設けられたランプ20の如く、戦略的に位置す
る。

短い船体設計のために、船体は、所与の排水量に対し
て長く細い船よりも、大きな容易さを有する必要な構造
的強度を達成する。半浮上性船体の形式において水力学
リフトを生成する形状は、非常に公知であり、そしてそ
の寸法は、有効搭載量、速度、利用可能なパワー及び推
進機構成の必要条件によって決定される。商用で利用さ
れる形式の３次元船体モデル化コンピュータ・プログラ
ムは、入力として前述の必要条件を有する基本MFS船体
又はSPMH形式を生成する。いったん基本船体パラメータ
が決定されたならば、排水量の推定が、例えば、標準船
体分解構造参照文献0900−Lp−039−9010からの重量コ
ーディングによる２けた分析を使用して、行われる。

さらに、短い船体は、高い固有振動数を生成し、以後
に記載される推進システムと組み合わされて、40〜50ノ
ット範囲における速度の達成を許容しながら、船を剛性
にし、かつ波によって生じた動的応力による障害が受け
にくくする。

200トンの次元において非常に高い推力を生成するた
めに存在する混合流、低圧力、及び高容積ポンプ技術を
使用する水噴射推進機が、本発明に構成する船において
組み込まれる。水噴射推進機は、必要な高パワーを獲得
するための大きさの従来の船用ガス・タービンによって
駆動される。現在使用のために熟慮された水噴射推進機
は、単一段設計であり、構造において複雑でなく、そし
て100、000HPを超える推進力において高効率と低い水中
雑音を生成する。

第６図と第７図は、水噴射／ガス・タービン推進シス
テムの一つの実施態様を概略的に示す。特に、４つの水
噴射推進機26、27、28、29（その一つが第15図において
示される）が、船尾肋板30において取り付けられ、それ
ぞれの入り口31が、高圧力の個々の船体設計に基づいて
決定された領域において、船尾肋板30のすぐ前方の船体
底部において配置される。高圧力下の水は、入り口31か
ら水噴射のポンプ32の羽根車に向けられる。海水の流れ
は、４つの水噴射26、27、28、29のポンプ32によって、
入り口31において又はその回りにおいて加速され、そし
て加速流は、抗力を減少させることにより船体効率を増
大させる付加的な上方動的リフトを生成する。

２つの最も外側の水噴射26、27は、操縦と前進推力の
ための玄側水噴射である。玄側水噴射26、27の各々は、
それぞれ、水平に旋回するノズル34、35を設けられ、操
縦のための斜め推力を設ける。偏向板（図示されていな
い）は、公知の方法において停止、低速制御と逆転を設
けるために、噴射推力を前方に向ける。かじ取及び逆転
機構は、船尾肋板の背後の噴射ユニットにおいて位置付
けられた油圧シリンダー（図示されていない）又は同等
物によって動作される。油圧シリンダーは、船において
他の場所に設けられた電力パックによって動力を供給さ
れる。水噴射推進とかじ取システムは、船舶を静止にお
いて操縦可能にし、かつ非常に急速に減速可能にする。

General Electric社のLM5000によって例示された形
式の船用ガス・タービンは、わずかに２つのタービンを
必要とし、各々は、従来の結合歯車設置により軸線当た
り80゜Fの環境温状況において51、440HPの定格である。

８つの対の従来の船用ガス・タービン36/37、38/39、
40/41、42/43は、結合歯車箱44、45、46、47とカルダン
軸48、49、50、51により、それぞれ水噴射推進ユニット
26、28、29、27に動力を供給する。４つの空気吸込（そ
れらの２つ52、53のみが第１図と第６図において示され
る）は、タービン36〜43のために設けられ、かつ主露天
甲板の垂直上に延び、かつ後方部分において設けられた
上部構造13における右舷とポートに横に開く。各ガス・
タービンのための８つの垂直排気煙突54、55、56、57、
58、59、60、61（第２図と第６図）がまた、かじ取室上
部構造13を通って延びており、そして排気ガスの再連行
を最小にするために、大気に上方に放出する。排気煙突
は、ステンレス鋼から構成され、そしてかじ取室の下の
上部構造13における空間を通って空気を送られる。

ガス・タービン配置は、種々の設計基準を達成するた
めに、幾つかの形式を取る。第７図に示されたものに類
似する第8A〜8D図における部分は、同一番号によって指
定されるが、プライムを付けられる。例えば、第8A図
は、一つの実施態様を示し、この場合小さな設置幅を獲
得するために、直列形ガス・タービンの４つの対のみで
ある。歯車箱は、直列形タービンの各対の中間に設けら
れる。この配置は、幾らか大きな設置長さと高度の組み
合わせ歯車箱と、各軸に対する推力保持重量を生ずる。
第8B図は、設置長さを縮小する実施態様であり、この場
合設置幅は、本質的であると考えられない。組み合わせ
歯車箱と軸当たりの推力保持重量はまた、最小かつ第8D
図の実施態様と王同じ量に縮小され、この場合設置幅
は、第8A図と第8C図の実施態様の間にある。第8C図の実
施態様は、き弱性を縮小するために、ガス・タービンを
２つの別個の室において有する。

第９図は、ノットにおける船速度とトンにおける排水
量の間の関係を示す。一定水噴射効率において、速度
は、排水量が降下する時増大する。しかし、第10図は、
直線関係が、ある速度においてあるパーセントの負推力
減少を仮定して、22、000トン排水量の船舶のための送
出馬力と船速度の間に35ノットを超える速度において存
在することを示す。例えば、41ノットの船速度を達成す
るために、必要な送出馬力は、本タンク試験により40
0、000程度である。

第12図は、30ノットにおいて、本発明による船が、長
さとサイズによる船舶の多様な他のクラスに対して、ト
ン／ノット当たりの馬力において測定された性能におい
て比較されることを示す。しかし、45ノットの速度にお
いて、本発明は、完全に単独のクラスにおける船舶を設
ける。

本発明によるSPMHはまた、速度と排水量による吸収E.
H.P.により、最小船体抵抗を獲得するために、最適トリ
ム又は重力の縦中心（L.C.G）において船を動作させる
燃料システムを組み込む。これは、燃料が燃焼され、そ
して結果的に速度が増大する時、LCGは、後方に移動す
る如く、燃料タンクの配置により達成されるか、あるい
は第19図において概略的に示された如く、排水量及び速
度入力を有する監視装置によって動作された燃料移送シ
ステムにより達成され、この場合燃料は、船の速度と排
水量によりLCGを調整するために、従来の構造の燃料移
送システムによって、船体中央部（基点５）の前方又は
後方にポンプで揚げられる。この燃料移送は、使用され
た軽量の留出油燃料のためにガス・タービン機械により
さらに容易に達成され、移送される前に燃料加熱のため
の必要性を縮小し、かつ標準動作中多様な速度条件に遭
遇する船舶において特に使用される。

記載されたSPMHに適用された如く、燃料移送システム
の利点は、第17図と第18図に示された如く、90メートル
と2870トンの従来の推進された小形の半浮上性船体船に
おける経験的規模のモデル・タンク試験結果からさらに
明確に理解される。

第17図は、何フィートかだけ船体中央部（第４図の基
点５）の前方と後方に重力の縦中心（L.C.G.）を移動さ
せることによるトリムの最適化が、ある程度において吸
収された有効馬力を縮小する様子を一般に示す。横座標
は、フィートにおいて測られ、そして船体中央は、横座
標において“0"である。船体中央部の前方に、ゼロ点の
左側にマイナス符号（例えば、−10フィート）によって
先行された数字により指定され、そして船体中央部の後
方に、ゼロ点の右側に正番号（例えば、10フィート）に
より先行された数字によって指定される。曲線Ａは、2
4.15ノットの速度において、最適トリムが、17.250のレ
ベルに吸収E.H.P.を最小化するために、船体中央から10
フィート前方の点にL.C.G.を移動させることにより獲得
されることを示す。曲線Ｂは、20.88ノットの速度にお
いて、最適トリムは、LCGが約13ノット前方にある時発
生することを示し、その結果E.H.P.は、約8750である。
曲線Ｃは、16.59ノットの速度において、最適トリム
は、L.C.G.が約17〜18フィート前方にある時発生するこ
とを示す。そして曲線ＤとＥは、11.69ノットと8.18ノ
ットのそれぞれの速度において、最適トリムが、L.C.G.
が船体中央の約20フィート前方にある時発生することを
示す。船舶の排水量が減少する時、例えば、実質的な量
の燃料が消費され、かつ速度が相応して増大する時、最
適トリムは、L.C.G.が、船尾が過度にリフトし、こうし
て、抵抗を増大させるために船首部分を水に押しやるの
を防止するために、船体中央の後方に移動される時発生
する。

第18図は、約5.2のL/B比を有する前述の形式の船舶に
より、最適トリムが、特に低速度において相当なE.H.P.
節約を生む様子を示す。文字Ｅによって指定された鎖線
曲線は、約7.5ノット〜約27.50ノットの速度範囲で、40
ノットの速度に対して最適である如く、船体中央部の後
方に13.62フィートの固定L.C.G.を有する船舶のために
必要なE.H.P.を示し、そして文字Ｆによって指定された
実線曲線は、トリムが、第17図に示された方法において
速度と排水量によりL.C.G.を前方と後方に移動させるこ
とにより最適化される時必要とされたL.C.G.を示す。例
えば、この形式の船舶に対する10ノットの速度で、E.H.
P.は、最適トリムを使用して約50％だけ縮小され、そし
て15ノットの速度において、必要パワーは、約37％だけ
縮小されることが見られる。類似の結果は、本発明によ
る船で達成され、この場合L/B比は、幾らか高いが、E.
H.P.削減パーセントは、第18図に示された結果ほど高く
はない。この関連において、固定L.C.G.を使用する1600
E.H.P.から最適トリムを使用する850E.H.P.への削減を
示す第18図における12.5ノットの速度は、本発明のSPMH
に対する20ノット速度に対応し、この速度は、商用目的
のために実際的かつ経済的な速度である。同様に、第18
図に示された結果は、同一の水線長とL/B比の船である
が、低い排水量を有するものほど高くはない。

船舶速度と排水量における変化によるトリムの最適化
はまた、水噴射管の最適浸水を保証する際に使用され、
適正なポンプ・プライミングのために船が静止して始動
される時、出口管の最大直径の点が水線に関するレベル
であることを必要とする。また、特に浅水の港を使用す
る時、トリム最適化のシステムの幾つかの動作上の利点
がある。

本発明による船体は、高い有効搭載量保持能力を設け
ながら、優れた続航性と安定性を有する船設計を達成す
るために、約５対１〜７対１の船長対船幅比を有する。
タンク試験は、この新しい船舶設計が、１よりも小さな
相関因子（１＋ｘ）を有することを示唆する。相関因子
は、通常、従来の船体（第14図における曲線ＡとＢを参
照）に対して１を超え、通常、1.06〜1.11の値が推奨さ
れる。これは、原寸船舶における実抵抗を近似するため
に、タンク抵抗結果に付加される。こうして、水力学リ
フトに結合された１よりも小さな相関因子は、第14図に
おける曲線ＣとＤによって示された如く、本発明による
45ノットにおける船舶において25％の抵抗減少を生ずる
と予期される。本発明の原理により構成された典型的な
船は、次の形式の特性を有する。

主要寸法全長 774′0" 水線長 679′0" 型船幅 116′5" 水線船幅 101′8" 船体中央深さ 71′6" 喫水（全負荷） 32′3" 排水量過負荷 29、526ロングトン全負荷 24、800ロングトン半燃料条件 22、000ロングトン到着条件 19、140ロングトン軽量船 13、000ロングトン速度半燃料条件において40〜50ノット耐久性耐久性は、10％の予備余裕を有する3500海里である。

収容設備総数20人の船取り扱い船員と30人の積荷取り扱い船員
すべての収容設備と作業領域は、空調を設けられる。

推進機械８つの船用ガス・タービンであり、各々は、80゜Fの
空気温度において約50、000HPの出力パワーを発生す
る。

４つの水噴射であり、２つがかじ取及び逆転歯車を有
する。

４つの組み合わせ速度削除歯車箱電力３つの主ディーゼル駆動交流発電機と１つの緊急用発電
機本発明は、示されかつ記載された詳細、特に上記の段
落において記載された特性に制限されず、本発明の原理
を逸脱することなしに変形と修正が可能なことが明らか
に理解される。例えば、第16図は、一つの実施態様を示
し、この場合一つ又は複数の発電機61を駆動するガス・
タービン60は、一次電力源として役立ち、そして第６図
に実施態様におけるよりも、船舶において高く保持され
る。一つ又は複数の発電機61を介してタービン60によっ
て生成された電力は、モーター62を回転させるために使
用され、歯車箱46、47有り又は無しに、第６図、第７図
と第15図に関して記載された水噴射に同一の水噴射2
6′、27′、28′、29′を駆動する。このため、示され
かつ記載された詳細に制限されることは意図されず、添
付の請求の範囲内にあるすべての変形と修正を包含する
ことが意図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B63B 1/04 B63B 1/16 B63H 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フルード数によって決定される最高速度に
おける水を横切る船体浮上性を有さないしきい速度にお
ける船尾部分の流体力学的上昇及び交差部において頂点
を有する角度を形成するように船尾肋板と交差する船体
の船尾部分における船体底部における高圧力領域を形成
する段差のない輪郭を有し、200フイートを越える全長
と、2,000トンを越える排水量と、約0.42乃至0.90の間
のフイード数とを有する船体と、上記高圧力領域内に配置された少なくとも１つの入口
と、該入口から推進のための水噴射に流れる水を排出する該
少なくとも１つの入口に連結された少なくとも１つの水
噴射と、該少なくとも１つの水噴射に連結されて、該少なくとも
１つの入口から該水噴射を介して水を推進して、船舶を
推進し、該水噴射の出口から水を排出するための動力源
とを具備し、該少なくとも１つの入口への及び該少なくとも１つの水
噴射からの加速が、船体の効率を上昇せしめ抗力を減少
せしめる高圧力領域における船体底部により生成された
リフテイングに加わる該少なくとも１つの入口における
流体力学的リフテイングを生成することを特徴とする船舶。
【請求項２】該動力源が、少なくとも１つの水噴射に機
能的に関連したガスタービンを具備する請求の範囲１に
記載の船舶。
【請求項３】該少なくとも１つの水噴射が、軸及び歯車
箱を介して１つまたは２以上の該ガスタービンに連結さ
れた羽根車を有する請求の範囲２に記載の船舶。
【請求項４】２つの玄側水噴射が、船舶のかじ取り及び
制御のために設けられており、２つの中央水噴射が、前
進推進のための設けられている請求の範囲１に記載の船
舶。
【請求項５】船体が、約5.0乃至7.0の間の全長対船幅比
を有する請求の範囲１記載の船舶。
【請求項６】船舶が40ノットを越える動作速度を有する
請求の範囲１に記載の船舶。
【請求項７】船体が750〜800フイートの全長を有する請
求の範囲１又は６記載の船舶。
【請求項８】該動力源が、少なくとも１つの水噴射に機
能的に関連したガスタービンを具備する請求の範囲１に
記載の船舶。
【請求項９】該少なくとも１つの水噴射が、軸及び歯車
箱を介して１つまたは２以上の該ガスタービンに連結さ
れた羽根車を有する請求の範囲２に記載の船舶。
【請求項１０】２つの玄側水噴射が、船舶のかじ取り及
び制御のために設けられており、２つの中央水噴射が、
前進推進のための設けられている請求の範囲１に記載の
船舶。
【請求項１１】船舶が、前方部分においてキールと、後
方部分において平坦な底部を有する半分浮上性丸ビルジ
の形式である請求の範囲１に記載の船舶。
【請求項１２】該動力源が、少なくとも１つの水噴射に
機能的に関連したガスタービンを具備する請求の範囲11
に記載の船舶。
【請求項１３】該少なくとも１つの水噴射が、軸及び歯
車箱を介して１つまたは２以上の該ガスタービンに連結
された羽根車を有する請求の範囲12に記載の船舶。
【請求項１４】該駆動源が、該少なくとも１つの水噴射
と機能的に関連した電気モータを具備する請求の範囲１
に記載の船舶。
【請求項１５】該ガスタービンが、該電気モータのため
の電気エネルギを生成する請求の範囲14に記載の船舶。
【請求項１６】船速度及び排水量の変化に従ってトリム
を最適にする手段が設けられている請求の範囲１に記載
の船舶。
【請求項１７】該トリム最適化手段が、燃料が燃焼さ
れ、船舶速度が増大するに従って、船舶の重心の縦中心
が後方に移動されるように配置された該動力源のための
燃料タンクを具備する請求の範囲16に記載の船舶。
【請求項１８】該トリム最適化手段が、船舶速度及び排
水量の変化に従って船舶中央部分の前方及び後方に燃料
をポンプ駆動する燃料移動システムを具備する請求の範
囲16に記載の船舶。
【請求項１９】非ステップ輪郭を有し、200フイートを
越える全長と、2,000トンを越える排水量と、約0.42乃
至0.90の間のフルード数と、約5.0乃至7.0の間の全長体
船幅比を有する船体の底部における高圧力領域によっ
て、しきい船速度において船舶の船尾部分を流体力学的
にリフトすることと、上記フルード数によって決定された最高速度において水
を横切る浮上性を有さない船体で高圧力領域において水
入口を有する水噴射システムによって流体力学的にリフ
トされた船体を推進することと、該船体の有効性を増大させ、抗力を減少させる船体の更
なるリフテイングを生成し、高圧力領域における圧力を
増大させるように該入口に水流を加速することと、ガスタービンによって該水噴射システムを駆動することを含むことを特徴とする船舶動作方法。
【請求項２０】該船舶の速度及び排水量の変化に従って
船体中央部の前後に縦方向の重心を移動させることによ
って、トリムを最適化することを含む請求の範囲19に記
載の方法。