JP3571023B2 - 船舶の船首形状 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、タンカーやバルクキャリアーと比べて、比較的速度の速い、即ち、フルード数Ｆｎ＝０．１８〜０．２３程度の中速船において船首造波抵抗の大幅低減を可能とした船首形状に関する。
【０００２】
ここで、フルード数Ｆｎ＝Ｖ／√（Ｌｗｌ・ｇ）である。
【０００３】
なお、本明細書に記載のＬｏａ等の定義を図８に示している。Ｌｏａは船の全長で、船体の最前端から最後端までの水平距離。Ｌｐｐは船の垂線間長で、船体の前部垂線ＦＰから後部垂線ＡＰまでの水平距離。前部垂線は計画満載喫水線と船首材前面との交点を通る鉛直線、後部垂線は舵柱のある船ではその後面、舵柱のない船での舵頭材の中心を通る鉛直線。Ｌｗｌは、計画満載喫水線と船体前端との交点から同喫水線と後端との交点までの水平距離である。
【０００４】
【従来の技術】
実海域を航行する船舶に働く抵抗には、波浪がない状態で船が水から受ける平水中抵抗と、波浪中を航行することによって平水中を航行する場合に比べて増加する波浪抵抗とがある。平水中抵抗には、摩擦抵抗と圧力抵抗と造波抵抗とがあるが、摩擦抵抗は、船体表面と水との摩擦によって船体に働く抵抗、圧力抵抗は、船体表面近くの水の流れが船尾近くで剥離し、この剥離域が負圧になり、船を後方に引く抵抗である。造波抵抗は、水面を航行する船舶が主に船首部分で波を造り、造波に要したエネルギが抵抗となって船体に働く抵抗（造波抵抗）である。造波した波が破砕する場合には、特に砕波抵抗と称し、造波抵抗に加え更に抵抗が増加する。
【０００５】
従来は、波浪抵抗の低減を図るための船首形状についての提案は少ない（例えば特開２０００−３３５４７８号公報）が、平水中の抵抗を低減する目的の船首形状についての提案は数多くなされている（例えば、特開昭５９−２６３８６号、特開昭５７−２６０７４号、特開昭５３−６４３９２号公報）。
【０００６】
これは、造船分野では船舶の性能を検証する目的で平水中の抵抗試験（模型船を使っての水槽試験）を行うのが簡便かつ一般的であり、これによって当該船型の性能を確認するのに十分だからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、資源の大量輸送を目的とする排水量型船舶の中で、箱型のホールドを有し、かつ、タンカーやバルクキャリアーと比べて、比較的速度の速い（フルード数Ｆｎ＝０．１８〜０．２３程度）中速船（例えばＬＰＧ船）では、輸送効率の観点より、船首前方まで箱型のホールドを配置すべきとの要請がある一方、港湾内の入港制限より、全長（Ｌｏａ）が制限されている場合が多いから、船首部の水線面角度（Ｗａｔｅｒ ｌｉｎｅ Ｅｎｔｒａｎｃｅ Ａｎｇｌｅ）αが大きくなる傾向にある。
【０００８】
このような大きな水線面角度αを持つ船舶が、中速域の速度で航走するとαが大きいために船首端の水面の盛り上がりが大きくなり、船首造波の波頂より波崩れを起こすことがある。
【０００９】
これらの現象を船舶の推進性能の観点から見ると、波崩れを伴った船首造波は大きな船首造波抵抗となり、多大な馬力増加と燃費の増加をまねく。そのため、タンカーやバルクキャリアーと比べて比較的速度の速い中速船の船首造波を減少させることは、船舶性能設計者にとって大きな課題となっている。
【００１０】
従来は、一般的にこれらの問題を解決するために、計画満載喫水線よりも下部をＦＰ（Ｆｏｒｅ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）より前方に全長の制限一杯まで伸ばしていわゆるバルバスバウを形成し、このバルブに必要なボリュームを与えることによって、ＦＰより生ずる主船体の造波とバルブより生ずる造波の位相の違いによる干渉効果により、造波抵抗の軽減を図ってきた。しかし、この造波干渉による方法はＦＰより生ずる造波が波崩れを伴った大きな造波現象の場合には、バルブより生ずる造波が相対的に小さいため、造波抵抗を低減させる効果は少ない。
【００１１】
また、上掲の公報のうち、特開昭５９−２６３８６号公報には、垂線間長（Ｌｐｐ）および全長（Ｌｏａ）を変えずに砕波抵抗を低減させる目的で、計画満載喫水線より上の船首プロファイルが該喫水線の直上で前方に急激に長く突出しているとともに、水平断面における幅が徐々に減少して船首先端部で尖鋭になっている発明が記載されている。しかし、かかる船型は、喫水線付近から急激に不連続な船首形状となっているため、中速域では却って船首付近の流れが乱され船体抵抗が増加するおそれがある。
【００１２】
本願発明の目的は、かかる点に着目し、箱型のホールドを有し、かつ、タンカーやバルクキャリアーと比べて、比較的速度の速い中速船の船首造波抵抗を低減することを目的として、これらの船舶に対する最適な船首形状を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明に係る船舶の船首形状は、箱型のホールドを有し、タンカーやバルクキャリアーよりも比較的速度の速いフルード数が０．１８〜０．２３の、全長が制限される排水量型の中速船において、その船首プロファイルを形成する船首最先端ラインをバルブボリュームを有する計画満載喫水線（ DLWL ： Designed Load Water Line ）下方部の船首端下端位置であるバルブ先端位置から上甲板まで略鉛直上方に延ばして（これを「アップライトステム（ Upright Stem ）形状」という）該船首最先端ラインを前部垂線と略一致させると共に船の全長の前端にも略一致させ、かつ、当該略鉛直範囲の水線面形状を先鋭にしたことを特徴とする。
【００１６】
これにより、箱型のホールドを有する中速船でもＦＰを全長の前端位置まで一杯にもってくるアップライトステム形状となし、船首先端部の水線面角度を尖鋭化したことから、船の全長制限をもクリアしつつ輸送効率の良い大きなホールドを確保し、設計速力における船首端の水面の盛り上がりを小さくし、更に船首波崩れをなくすことができ、大幅な造波抵抗及び砕波抵抗の減少作用を得ることができる。満載喫水線の下方から上方にかけての船首端部を尖鋭化したので、満載喫水の状態のみならずこれより浅い喫水のバラスト状態で航行するときにも造波抵抗及び砕波抵抗の低減作用が得られる。
【００１７】
更に、上記いずれかの船首プロファイルを有すると共に、少なくとも計画速力において水面の盛り上がりにより水に接する部分の水線面形状を、その水線面角度（Ｗａｔｅｒ ｌｉｎｅ Ｅｎｔｒａｎｃｅ Ａｎｇｌｅ）を船体中心線に対し１０度以下とし、かつ、水線面形状を先端まで延長した際の先端位置での仮想幅（両幅）を６００ｍｍ以下とした船舶の船首形状である。
【００１８】
これにより、水面の盛り上がりにより水に接する部分の水線面角度を小さくしてその船首先端部を尖鋭化したので、前述のように船首端における水切りが良くなって水面の盛り上がりが少なくなり造波抵抗及び砕波抵抗を大幅に減少させることができる。
【００１９】
上記構成において、フレームラインの形状を、少なくとも計画速力において、計画満載喫水線より下部の船体最大幅位置から水面の盛り上がりにより水に接する部分の水線面を含む高さまで連続的につながった形状とした場合には、船の船首先端から後方に向けて連続したフレームラインとなるため、造波抵抗及び砕波抵抗の減少作用が効果的に得られると共に、全体の船体抵抗も減少することができる。
【００２０】
以上のような船型を採用することにより、水槽試験によって、造波抵抗及び砕波抵抗を約５０％減少させることができ、馬力もそれにともない約１０％削減できることを確認した。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
本願発明が対象とする船舶は、箱型のホールドを有し、タンカーやバルクキャリアーよりも比較的速度の速い中速域を設計速度としている中速船（例えばＬＰＧ船）である。ここで、中速域とは、フルード数＝０．１８〜０．２３の速度範囲を示す。
【００２３】
図１は、本願発明が対象としている中速船の船体中心線における船首部側面の形状（以下「船首プロファイル」という）である。なお、点線は従来船型のプロファイルを本案との差異を明示する目的で描いている。図２は船首部の水線面形状、図３はＦＰにおける本願発明のフレームラインの形状を従来との比較において示してある。右半部の実線が本願発明のフレームラインを示し、左半部が従来型のフレームラインである。
（１）本願対象船の船首プロファイル
図１において実線で示す本願対象船の船首プロファイル１のうち、基本形状として重要なのは、計画満載喫水線（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｌｏａｄ Ｗａｔｅｒ Ｌｉｎｅ：ＤＬＷＬ）２付近から上方で、少なくとも計画速力おける水面の盛り上がりにより水に接する部分の水線面を含む高さｈまでの船首プロファイルである。この高さｈは、フルード数、水線面形状および主要目に関係しているが、大型船において計画満載喫水線２から３ｍ程度である。
【００２４】
本願発明に係る好ましい船首形状としては、その船首プロファイル１を形成する船首最先端ライン１ａを、計画満載喫水線２下方の船首端（Ｆｏｒｅ ｅｎｄ）３下端位置より上甲板４まで略鉛直上方に延ばして船首最先端ライン１ａの位置を前部垂線ＦＰと略一致させ、しかも、同時にこの位置が船の全長（Ｌｏａ：Ｌｅｎｇｔｈ ｏｖｅｒａｌｌ）の前端とも略一致するようにさせたものである。上記において「略鉛直上方に伸ばす」、「略一致」させるといっても、船首端下端から計画満載喫水線までの少々の傾斜、また、この喫水線から上甲板までの少々の傾斜は本願の技術思想を逸脱しないので含まれる。
【００２５】
これにより、中速船のＦＰを全長の前端位置まで一杯にもってくるアップライトステム形状の船首プロファイルを有する船型となり、船首先端部の水線面角度（Ｗａｔｅｒ ｌｉｎｅ Ｅｎｔｒａｎｃｅ Ａｎｇｌｅ）の尖鋭化を図りつつ、船の全長制限をもクリアした輸送効率の大きいホールドを確保することができる。
【００２６】
しかも、設計速力における船首端の水面の盛り上がりを小さくし、更に船首波崩れをなくすことができ、大幅な造波抵抗及び砕波抵抗の減少作用を得ることができる。また、満載喫水線の下方から上方にかけての船首端部を尖鋭化したので、満載喫水の状態のみならずこれより浅い喫水のバラスト状態で航行するときにも造波抵抗及び砕波抵抗の低減作用が得られる。（これに対して、従来型プロファイルにおいては、その下部では、船首端最先端位置から計画満載喫水線に近くになると船体側面形状が後退して、後退した位置がＦＰとなっている。つまり、従来型では船首部下部にはＦＰから更にバルバスバウが前方に突出した形状になっている。）
（２）本願対象船の船首部水線面（Ｗａｔｅｒ Ｌｉｎｅ）形状
図２に示す船首部の水平断面形状は、上記船首プロファイルを有しつつ、計画速力において水面の盛り上がりにより水に接する部分の水線面角度（船体中心線Ｃと船体サイドライン５とのなす角度）αを１０度以下とし、かつ水線面形状を先端まで延長した際の先端位置での仮想幅（両幅）Ｂを６００ｍｍ以下とした
水線面形状を有する。
【００２７】
これにより、水面の盛り上がりにより水に接する部分の船首部先端の水線面形状を尖鋭化して、船首部の流れの水切りを良くして造波抵抗及び砕波抵抗の大幅低減を可能とする。なお、かかる船首先端部の船体先鋭構造は、船側外板を船首部まで一体の構造として滑らかな曲線で全体として流線形に形成したものであって、付加物として後から船首部に付加的に形成するものではない。
（３）本願対象船のフレームライン（Ｆｒａｍｅ Ｌｉｎｅ）形状
図３に示すように、上記船首プロファイル及び上記水線面形状を有し、図１に示す従来型船舶のＦＰより船首端までのフレームラインの形状が、計画満載喫水線２より下部の最大幅位置６より、少なくとも計画速力において水面の盛り上がりにより水に接する部分の水線面を含む高さｈまで、連続的につながったものである。
【００２８】
かかる連続性は、計画満載喫水線よりも下部の船体中心線上の船首端下端位置から、計画速力において水面の盛り上がりにより水に接する水線面までにおいて従来型船舶のＦＰから船首プロファイルが最も船尾側にあるフレームラインまでについて適用する。
【００２９】
なお、図３のように、船首先端の下方の船体を仮想線のようなスムーズなフレームラインを呈するように形成できるが、実線の如く船首下部にバルブボリューム６ａをある程度確保したまま、ＦＰの位置を全長の制限一杯まで伸ばしたアップライトステム形状を採用することもできる。
【００３０】
図４は、本願発明による船首形状の水槽試験の際の波の状態を図示したものであり、図５はこれとの比較のため従来船型の水槽試験の際の波の状態を図示したものである。かかる水槽での比較試験によれば、本願船型では、船首先端から後方への波の盛り上がりが少なく、波崩れの状態も認められない。これに対し図５の従来船型では波の盛り上がりが大きく、後方に多く波崩れを起こしている状態がはっきりと確認された。
【００３１】
図６は水槽試験の結果を造波抵抗低減の観点から解析し線図にしたものである。図６は、縦軸に造波抵抗係数γｗ、横軸にフルード数Ｆｎをとって従来型と本発明との比較結果を示している。これによれば計画速力で中速船の船首造波抵抗を５０％低減できることが判った。また、図７はこれに伴う省エネ効果を、縦軸に推定馬力、横軸に船速をとって示した線図である。これによれば計画速力において所要馬力比で約１０％低減を達成できることが確認された。
【００３２】
【発明の効果】
この出願発明は、以上説明したような形態で実施され、次のような効果を奏する。
【００３３】
本願発明に係る船舶の船首形状を採用することにより、船の全長制限を満足した上で箱型ホールドを確保しつつ、設計速力における船首端の水面の盛り上がりを小さくし、更に船首波崩れをなくすことができ、その結果大幅な造波抵抗及び砕波抵抗の減少作用を得ることができる。 満載喫水線の下方付近からアップライトステムにしているので、満載喫水より浅いバラスト喫水でも同様な作用を得ることができる。
【００３４】
水槽試験結果によれば、中速船の船首造波抵抗を５０％低減を達成でき、所要馬力比で約１０％低減を達成できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明が対象としている中速船の船体中心線における船首部側面の形状（船首プロファイル）である。点線は従来船型のプロファイルを本案との差異を明示する目的で描いている。
【図２】船首部の水線面形状の図である。
【図３】ＦＰにおける本願発明のフレームラインの形状を従来との比較において示した図である。右半部の実線が本願発明のフレームラインを示し、左半部が従来型のフレームラインである。
【図４】本願発明による船首形状の水槽試験の際の波の状態図である。
【図５】従来船型の水槽試験の際の波の状態図である。
【図６】縦軸に造波抵抗係数γｗ、横軸にフルード数Ｆｎをとって従来型と本発明との比較結果を示した線図である。
【図７】縦軸に推定馬力、横軸に船速をとって示した線図である。
【図８】船の要目（Ｌｏａ等）の定義を示す図である。
【符号の説明】
１…本案の船首プロファイル
２…計画満載喫水線
３…船首端下端
４…上甲板
５…船体サイドライン
６…最大幅位置

Claims (3)

1. 箱型のホールドを有し、タンカーやバルクキャリアーよりも比較的速度の速いフルード数が０．１８〜０．２３の、全長が制限される排水量型の中速船において、
   その船首プロファイルを形成する船首最先端ラインをバルブボリュームを有する計画満載喫水線下方部の船首端下端位置であるバルブ先端位置から上甲板まで略鉛直上方に延ばして該船首最先端ラインを前部垂線と略一致させると共に船の全長の前端にも略一致させ、かつ、当該略鉛直範囲の水線面形状を先鋭にしたことを特徴とする船舶の船首形状。
2. 請求項１の船首プロファイルを有すると共に、少なくとも計画速力において水面の盛り上がりにより水に接する部分の水線面形状を、その水線面角度を船体中心線に対し１０度以下とし、かつ、水線面形状を先端まで延長した際の先端位置での仮想幅（両幅）を６００mm以下とした船舶の船首形状。
3. フレームラインの形状が、計画満載喫水線より下部の船体最大幅位置より、少なくとも計画速力において水面の盛り上がりにより水に接する部分の水線面を含む高さまで連続的につながった形状とした請求項１又は２に記載の船舶の船首形状。

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