JP3640428B2 - 船 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は船舶の船殻設計に関し、特に、本明細書において参照文献として挙げたラムドの欧州特許０１３４７６７Ｂ１に例示されているような種々の正弦曲線水線により構成された船殻に関する。以下、このような船殻を“ラム形状”船殻と呼ぶ。かかる船殻は、従来の船殻設計と比較して、船の進行が静水中であろうと波浪中であろうと、船の排水トン数、横安定性、航海航走特性などを改善し、船殻梁の応力を減少させることを可能にしている。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
前記のラムドの特許に説明されているように、長さ、幅、設計水線までの深さの主要寸法が与えられた場合、従来の船殻形状においては、水面下の船殻部分のフルネスを増加することにより積載重量トンを増大させ、従って全排水量を増加させ得る。高いメタセンタで表される従来形状の船殻の横安定性を改善するには、水線面における慣性モーメントを大きくするために船殻幅が増大されるが、場合によっては、水線面下の船殻の容積重心を上げてもよい。
しかし、横安定性と速度増加とに必要な本特性の変化（排水量と幅の増加）は、往々にして、従来の船の静水または荒波中における船の抵抗の許容出来ない程の増加を招来することになる。
【０００３】
横軸回りの船の角運動（ピッチング）、垂直運動（ヒービング）、加速度、静海における抵抗に比較した推進抵抗の増加量などで表される従来船殻形状の海面航行特性を改善するために、船のピッチング、ヒービングの固有振動数を変更し、本振動数が可能な限り、船が遭遇する波長の周波数と一致しないようにされてきた。
従来の船殻設計の場合、構造上の変更は、船の海洋航行特性、および極端なピッチング、ヒービンク運動を僅かに改善するに過ぎず、船が波内へ進入しようとする際に支配的な波の波長が船の水線面における長さにほぼ等しいと、推進に対する抵抗が非常に増加するであろう。
【０００４】
上記のような同期運動においては、従来の船は常に船の型式と速度とに依存して、速度を落とすかまたは波に対して針路を変更し、それにより、波周期が船のピッチング、ヒービングの固有周波数に一致しないように、波との遭遇周期を変化させていた。
初期のラムドの特許は、最適ではないと判明しているある関係式の使用を教示している。また、ラムドの特許に従い設計された船の性能を実質的に改善し、かかる船の使用についての問題を解決するための種々の修正が発見されている。
【０００５】
【本発明の目的および目的を達成するための手段】
本発明の実施例に従う船殻形状の海洋航行特性は、船のピッチング、ヒービング運動が、同じ速度で航行する従来の船および上述のラム形状の船殻の運動に比較して、減少するように、また、これら運動が抑制され、波長／船殻長さの比が２以上になるまでは船殻が大きい運動を示さず、同時に、推進抵抗が同じ程度に減少されるように、改善されている。また、本発明は、船殻の下方および船尾の後方において非常に円滑な、実質的な均質な、２次元流を実現し、乱流を少なく、かつ非常に静穏な航行とを実現することを可能にしている。さらに、本発明は、円滑な水流の利点をもたらす改良された推進装置の配置を提供している。
【０００６】
本発明の種々の実施例においては、中心面近くの船の基準線と、トランサム船尾から約０．２Ｌ（Ｌは船長）だけ離れた面上の他点まで延びる線との間に、約１４度以下の角度を形成する斜面を有するラム形状の船殻が提供されている。さらに、種々の実施例において、約０．１〜約０．３５のフルード数を有するラム形状の船殻を提供しており、船殻の両側のバルジが、船の底部近くに形成され、船首から船中央へわたって大きさにおいて比較的一定であり、船尾において約零へとテーパしている。さらに、本発明の実施例に従えば、２個のバルジが船首を越えて延び、ほぼ設計水線の下方にあり、設計水線面近傍まで延びる上方へ傾斜している部材へと合流している。
【０００７】
本発明のさらに他の実施例に従えば、ラム形状の船殻をもつ排水型式の船にして、四角になされた長手方向の近似的な正弦曲線状の水線と、船の後方部の底部に、基準面と船尾との間に形成された斜面とを有し、該斜面は基準面と角度をなし、約Ｌ／２の位置において基準面内に接するように延びており、前記斜面の角度は、基準線と、中心面に平行または一致する長手方向船セクションのトランサム船尾の下縁にある第１点と第１点と同じセクションにあり斜面の０．２Ｌの位置にある第２点とを結ぶ線とに関連している。特定の実施例に従えば、斜面の角度は約１２．５°である。さらに他の実施例に従えば、船のフルード数は約０．１〜約０．３である。
【０００８】
本発明のさらに他の実施例に従えば、ラム形状の船殻をもつ排水型式の船にして、四角になされた長手方向の近似的な正弦曲線状の水線と、船の後方部の底部に、基準面と船尾との間に形成された斜面にして、該斜面は基準面と角度をなし、約Ｌ／２の位置において基準面内へと切線的に延びている斜面と、船首からトランサム船尾の縁にわたり船殻の両側に配置されたバルジとを有する船が提供されている。より特定された実施例においては、該のバルジは船首からほぼＬ／２位置までほぼ同一大きさであり、ほぼＬ／２位置からトランサム船尾の縁にかけて大きさがほぼ零になるように減少している。さらにバルジは、船中央横断面（Ｌ／２）において長手中心線に対して最大法線距離を有し、該距離が設計水線における距離よりも約０．０３Ｂｍａｘ〜約０．０４Ｂｍａｘだけ大きくなっている。
【０００９】
本発明のさらに他の実施例に従えば、ラム形状の船殻をもつ排水型式の船にして、四角になされた長手方向の近似的な正弦曲線状の水線と、船の後方部の底部に、基準面と船尾との間に形成された斜面にして、該斜面は基準面と角度をなし、約Ｌ／２の点において基準面内へと切線的に延びている斜面と、船首垂直線とバルブの最上方部を通る横断面との間の中央の横断面において、高さよりも幅が大きく、平坦な上面を有し、最前方の領域がほぼ水線にまで上昇しているバルブ（ｂｕｌｂ）とを有する船が提供されている。より特定な実施例においては、船首垂直線から最上方部に対応する横断面まで計られたバルブの長さは約０．１Ｂｍａｘ〜約０．１２Ｂｍａｘであり、該長さの中点におけるバルブの断面が約１．７の幅／高さ比を有している。さらに、本実施例においては、トランサム船尾の側部にそれぞれ制御面が配置されている。例えば、一実施例においては制御面はフィンであり、該フィンは断面の長手方向１／３の範囲にわたり後端に制御可能なフラップを設けている。さらに特定な実施例においては、船のＬ／Ｂの比は１．４〜２の間、例えば１．８である。
【００１０】
本発明のさらに他の実施例においては、船は、船の前方部の最上方甲板の動力ステーションに配置された誘電電力プラントを有し、また、フィンの最後部領域まで延長され、水線上方に開放されたトランサム船尾を有して延長された船殻構造により支持された拡張された甲板区域を有している。
本発明のさらに他の実施例においては、ラム形状の船殻をもつ排水型式の船にして、四角になされた長手方向の近似的な正弦曲線状の水線と、船の後方部の底部に、基準面と船尾との間に形成された斜面にして、該斜面は基準面と角度をなし、約Ｌ／２の点において基準面内へと切線的に延びている斜面と、船殻の両側に、船首からトランサム船尾の縁にまで延び、ほぼ船首の位置において合流して、ほぼ設計水線まで上昇する平坦な上面を有する舌形状を形成しているバルジとを有している。
上記実施例は単に例として記載したに過ぎない。本発明は、上記実施例における特殊な特徴およびそれらの組み合わせにより限定されるものではなく、他の実施例に対しても順応できることは当業者には明らかであろう。
【００１１】
【実施例】
本発明の１実施例を示す図１には、船殻１０が示され、該船殻１０は、肥痩度を示す用語Ｌ／Ｖ^1/3 （Ｌ：夏期フリーボード（図２）までの深さＴに対応する設計水線（ｄｗｌ）における船殻の長さ、Ｖ：設計水線における船殻排水量）により表現される線の丸みが従来の船殻形状に比して、より丸くなっている。さらに本実施例においては、Ｌ／Ｖ^1/3 は３以上であるが、比推進抵抗は従来の船殻形状に比較して増加していない。同時に、本実施例では、船殻幅Ｂは、Ｌ／Ｂ比が約１〜２、好ましくは約１．４〜１．９になっている。好適な比率は約１．８であることが判明している。Ｂは設計水線（ｄｗｌ）における船殻の最大幅である。船殻１０のメタセンタ高さは、同じ長さの従来の船殻形状のそれの２倍以上である。
【００１２】
本発明の他の実施例においては、長手方向における排水量分布はほぼレイリー波状である。本実施例においてかかる波形は、船殻の前後端に極大点すなわち静止点１２、１４を有する、実質的に四角になされた、ほぼ調和正弦曲線状の水線（図２、ｄｗｌ，１，２，３）にして、これら水線の基準線（Ｏ_dwl ，Ｏ₁ ，Ｏ₂ ，Ｏ₃ ）が同時に、設計水線（ｄｗｌ）から始まり、該設計水線からの深さが次第に増加するに従い船の前進方向へ逐次変移されて短縮され、ほぼ斜めで、直線となり得る面（ｓ）を画定する該水線により実現されている。さらに本実施例においては、面（ｓ）は船殻１０の船尾の半分を成し、種々の推進装置の利用を可能にする。
【００１３】
かかる推進装置はラムドの欧州特許’７６７に開示されており、そこでは、プロペラ（ｆ）が、ほぼ斜めの面（ｓ）に実質的に平行に示されている。かかる設計は、面（ｓ）に平行な水流を得るという利点をもつ特殊な従来型でない船殻に利点を与えると信じられていた。しかし、本発明の実施例によると、プロペラ軸は図４に示すように、船の基準線に実質的に平行に装架されている。
本発明の他の実施例を示す図２、図３において、比Ｂ１／ｔ１は、設計水線（ｄｗｌ）より低い位置で船尾から約０．１５Ｌの距離において船殻１０を横切る横断面において定義され、ここで、（Ｂ１）は設計水線（ｄｗｌ）における幅、（ｔ１）は同じ水線から計った船殻の深さである。本実施例においては、比Ｂ１／ｔ１は約１５である。他の実施例においては、比Ｂ１／ｔ１はＬ／２の位置における断面に対する比よりも大きく、ここで幅（Ｂ₂ ）と深さ（ｔ₂ ）とは同じ方法で計測されている。
【００１４】
本発明のさらに他の実施例においては、さらに船殻比ｅ＝Ｃ_p ／Ｃ_dwl が定義されており、ここで船殻の柱形肥痩係数であるＣ_p は下記方程式により表される：
【数１】
Ｃ_p ＝Ｖ／（Ａ_L/2 ×Ｌ）
ここで、Ｃ_dwl ＝Ａ_dwl ／ＬＢ、Ｌは設計水線における長さ、ＡはＬ／２位置における水線に至るまでの横断面の面積、Ｖは設計水線までの排水量、Ａ_dwl は水線面面積、およびＢは水線における最大幅である。本実施例においては、船殻パラメータｅは約１またはそれ以上である。
本発明の他の実施例を示す図１を再度参照すると、設計水線面の面積重心（ＬＣＦ）は船中央の後方０．２Ｌに位置し、設計水線（ｄｗｌ）の深さにおける改良された船殻容積の重力（浮力）中心（ＬＣＢ）は面積重心の前方０．０７５Ｌに位置している。このことは、
【数２】
ＬＣＦ−ＬＣＢ＝０．０７５Ｌ
と表される。
【００１５】
他の実施例を示す図５においては、船殻１０は船尾ポストから前方約０．３Ｌの領域において形成されており、乱流制御付加物（例えば、固定または柔軟なフィン状装置（ｖ））を流線の方向に、船殻１０にほぼ垂直に装架され、船殻の底部と側部との間の遷移区域の近傍の位置に備えている。他の例においては、乱流制御付加物は、尖った四角形または波状の溝（ｘ）の形状の長手方向溝であり、該溝の深さは前進方向に向かって減少し、斜面（ｓ）の平坦部に終結し一致しており、深さ（ｄ）は通常約０．０２Ｂである。
図１において、船殻１０は、船首と船尾に極大点を有して設計水線（ｄｗｌ）まわりに近似的な調和正弦曲線水線をもって示されており、該水線はここで、面積重心（ＬＣＦ）はＬ／２位置の後方約０．２Ｌの位置にあり、設計水線の長さ／幅の比であるＬ／Ｂは約２である。
【００１６】
図２は本発明の一実施例の船殻の、設計水線（ｄｗｌ）下方の垂直断面図であり、基準線が実質的に四角になされていることが判る。この場合、傾斜したほぼ平坦な面（ｓ）に沿った近似的に調和正弦曲線状の水線（Ｏ_dwl ，Ｏ₁ ，Ｏ₂ ，Ｏ₃ ）が存在し、これら水線は船の前進方向に変位され、面（ｓ）はほぼＬ／２の位置において基準面（ｇ）と一致している。さらに、設計水線（ｄｗｌ）の深さにおける船殻１０の面積重心（ＬＣＦ）と浮力重心（ＬＣＢ）との間の距離は約０．０７５Ｌである。ある実施例における一般に平坦な面（ｓ）は、非常に大きい半径（例えば、最大幅の３〜５倍、特定の実施例では約４倍）をもつ曲面の形状を有している。
図３には、図２の船殻形状が、例えば船殻の船首端におけるＵ字形の枠をもつ水線ｄｗｌ，１，２，３，およびｇを有する平面投射図として示されている。他の実施例においては、他の既知の枠形状が使用されている。図３の実施例はまた、船尾から０．１５Ｌの位置、Ｌ／２の位置の断面における幅と深さとの比を示しており、各位置における幅と深さとはそれぞれＢ₁ ，Ｂ₂ ，ｔ₁ ，ｔ₂ の符号を付されている。
【００１７】
本発明のさらに他の実施例においては、図６を見るように、船尾から船首へと延びるバルジ１００が設けられている。かかる実施例においては、バルジ１００の長手方向中心線からの最大法線距離（ｄ６）は、中心線と、設計水線（ｄｗｌ）のＬ／２位置における船殻との間の距離（ｄ６２）よりも、最大幅の約０．０３〜０．０４倍だけ大きい。
本発明のさらに他の実施例を示す図７（Ａ）において、図７（Ｂ）に示すような、一般に涙滴形状断面（図７（Ｂ））を有し、制御面フラップ２０２を備えた安定フィン２００が設けられている。この場合、安定フィン２００のコード長さ（フラップ２０２を含む）はＬの約３％であり、制御面フラップ２０２のコード長さはＬの１％より小さい。一実施例においては、かかる安定フィン２００は実際的な限り船尾角部に近接して配置されている。一実施例においては、図７（Ａ）に示すように、安定フィン２００の後縁はトランサム船尾７００の面内にある。他の実施例では、図示されていない安定フィン２００の前縁がトランサム船尾７００の面内にある。特定の実施例においては、安定フィン２００は約２倍のコード長さ（制御面フラップ２０２を含む）を有している。
【００１８】
さらに他の実施例においては、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に見るように、バルブ８０が船殻の船首に、水線（ｄｗｌ）の実質的な下方に設けられている。この場合は、船首垂線とバルブ８０の最上方部を通る断面との間の中央の横断面において、バルブ８０の幅はバルブ８０の高さよりも大きい。かかるバルブ８０は、最上方領域８４がほぼ水線（ｄｗｌ）にまで上昇する平坦な上面８２を有している。
図９には、バルブ８０が、船首からトランサム船尾７００の縁まで延び、バルジ１００と、船殻の反対側の対応するバルジ（図示せず）と一体の部分として形成されている。この場合、バルジは船のほぼ船首材の領域において終結し、互いに合流し、平坦な上面８２を有する舌形状８０を形成している。
他の実施例が当業者により想起されようが、上記実施例は単なる例示にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に従い作られた船殻の頂部平面図。
【図２】図１の船殻の側面図。
【図３】図１の船殻の底部平面図。
【図４】図１の船殻の後部の側面図。
【図５】本発明の一実施例に従い作られた船殻の底部平面図。
【図６】図１の船殻のＬ／２位置における断面図。
【図７】（Ａ）は本発明の一実施例に従い作られた船殻の側面図。（Ｂ）は本発明の一実施例に従い設けられた要素の断面図。
【図８】（Ａ）は本発明の１実施例に従い作られた船殻の船首の側面図。（Ｂ）は図８（Ａ）の線Ａに沿う主断面図。
【図９】バルブが如何にバルジの一体部分として形成されているかを示す船殻の側面図。
【図１０】ディーゼル電力プラントと、これを搭載する甲板とを示す。
【図１１】拡張された甲板区域とこれを支持する延長された船殻とを示す。
【図１２】開放トランサム船尾を示す。
【符号の説明】
１０ 船殻
８０ バルブ
２００ 安定フィン
２０２ フラップ
７００ トランサム船尾
１００ バルジ

Claims (19)

1. 長手方向長さＬを備え、基準面と長手方向中心線と設計水線面とを画定しているラム形状型式の船殻と、トランサム船尾とを有する排水型船であって、該船の船殻が、
   ほぼ正弦曲線の水線と、
   設計水線面におけるトランサム船尾から約Ｌ／２の位置における基準面まで延びる表面にして、基準面と、トランサム船尾と設計水線面とが交差する線とトランサム船尾から約０．２Ｌの位置にある前記表面上の点とによって画定される斜面との間に角度が形成されている、前記表面とを有している船において、
   船殻のバルジが船殻の水接触部分に沿ってほぼ船首からほぼトランサム船尾まで配置されていることを特徴とする船。
2. 請求項１による船において、バルジはほぼ船首から約Ｌ／２の位置まで大きさが実質的に一定であり、約Ｌ／２の位置からトランサム船尾におけるほぼ零の位置まで連続して大きさが減少している船。
3. 請求項１による船において、長手方向中心線からバルジ上の点までの最も大きい鉛直距離が、中心線とＬ／２の位置における設計水線における船殻との間の距離よりも、約０．０３Ｂｍａｘと約０．０４Ｂｍａｘとの間の距離だけ大きい船。
4. 長手方向長さＬを備え、基準面と設計水線面を画定しているラム形状型式の船殻と、トランサム船尾とを有する排水型船であって、該船の船殻が、
   ほぼ正弦曲線の水線と、
   設計水線面におけるトランサム船尾から約Ｌ／２の位置における基準面まで延びる表面にして、基準面と、トランサム船尾と設計水線面とが交差する線とトランサム船尾から約０．２Ｌの位置における前記表面上の点とによって画定される斜面との間に角度が形成されている、前記表面とを有している船において、
   実質的に平坦な上面を有するバルブが設けられ、バルブ上面の一番先の上側区域がほぼ設計水線面まで立ち上げられていることを特徴とする船。
5. 請求項４による船において、バルブの横断面幅はバルブの横断面における断面高さよりも大きく、この横断面が、前方垂直面とバルブの最上方の点に対応する断面との間の中間に位置していることを特徴とする船。
6. 請求項５による船において、前方垂直面とバルブの最上方の点に対応する断面までのバルブの長さが、約０．１Ｂｍａｘ幅と約０．１２Ｂｍａｘ幅の間である船。
7. 請求項６による船において、前記長さの中央におけるバルブの断面が約１．７の幅／高さ比である船。
8. 長手方向長さＬを備え、基準面と設計水線面を画定しているラム形状型式の船殻と、トランサム船尾とを有する排水型船であって、該船の船殻が、
   ほぼ正弦曲線の水線と、
   設計水線面におけるトランサム船尾から約Ｌ／２の位置における基準面まで延びる表面にして、基準面と、トランサム船尾と設計水線面とが交差する線とトランサム船尾から約０．２Ｌの位置における前記表面上の点とによって画定される斜面との間に角度が形成されている、前記表面とを有している船において、
   船殻の水接触バルジが船首からトランサム船尾の縁部まで配置され、左右のバルジがほぼ船首において合わさって、平坦な上面を有する舌形状を形成しており、この上面の一番先の上側区域がほぼ設計水線まで立ち上げられていることを特徴とする船。
9. 請求項１，４又は８による船において、ほぼトランサム船尾の位置に少なくとも１つの安定フィンが配置されていて、船殻の船尾における乱流が減少されるようになっている船。
10. 請求項９による船において、安定フィンは制御面フラップを含む船。
11. 請求項１０による船において、安定フィンの第１コード長さが約０．０３Ｌで、制御面フラップの第２コード長さが約０．０１Ｌ以下である船。
12. 請求項９による船において、安定フィンはほぼ船尾の隅部に配置されている船。
13. 請求項９による船において、増設した甲板領域がほぼ安定フィンの最後方延長部まで延びている船。
14. 請求項１３による船において、増設した甲板領域は、延長した船殻構造によって設計水線面より上方に支持される船。
15. 請求項１，４又は８による船において、プロペラが設けられ、このプロペラ軸線が船の基準面にほぼ平行になるように配置されている船。
16. 請求項１，４又は８による船において、船の前方部に配置されたディーゼル電気動力プラントを有する船。
17. 請求項１６における船において、ディーゼル電気動力プラントは最上方甲板に配置されている船。
18. 請求項１，４又は８による船において、水線上の部分が開いたトランサム船尾を有する船。
19. 請求項１，４又は８による船において、約１．４と約２の間のＬ／Ｂ比を有する船。

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