JP3866278B2 - 縦揺れを安定化させた排水型船 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、高速排水型船であって、縦揺れ（ピッチング）の中心が船体の中央領域または中央領域の前方部に位置するように構成された高速排水型船の、縦揺れの安定化に関する。
【０００２】
従来の排水型航洋船では船体の縦揺れ中心は、船体の船主側ではなく船尾側に寄った位置にある。
【０００３】
縦揺れは、船が航行するときの船または船体の鉛直中心平面内の運動である。また、船が航行するときには、船は上下揺れ（ヒービング）も受ける。上下揺れは、船が波を上下に追従するときの鉛直方向の平行な変位である。
【０００４】
こうして、船の所定点に作用する鉛直方向の加速力が、部分的に上下揺れと縦揺れとにより決定される。すなわち、船の縦揺れの中心と前記所定点との間の長手方向の距離と、船の角加速度との積により決定される。
【０００５】
縦揺れ、すなわち、船の角加速度は、波の速度と方向に対する船の前進する速度に依存しており、波と船との相対速度は船の縦揺れの加速度に対して重要な役割を果たしている。
【０００６】
航洋船の鉛直運動、特に、鉛直方向の加速度は船酔いに寄与する最も大きな要因である。ところで、従来の双胴船は、縦揺れの中心が船尾側にかなり寄った位置にあると共に高速にて推進され、非常に強い鉛直方向の加速力を乗客に与えやすい。従って、双胴船は、また、積み荷に著しい鉛直方向の運動、詳細には鉛直方向の加速力を与えるという欠点を有している。
【０００７】
従来の排水型船では、水面より上方にある船体の高さと船体の縦揺れの傾向とが、アクティブ安定翼（active stabilizing fins）の補助により制御される。アクティブ安定翼は船の鉛直方向の加速度を検知するセンサの補助により制御される。こうした制御システムは、然しながら、以下の理由により不適当である。例えば、上記制御システムは非常に迅速に作動できなければならず、かつ、可動式の翼を具備している。可動式の翼は、それ自体の動作に対して鋭敏であり、かつ、相当の効果を奏しなければならいとするならば非常に大きな力を受ける。翼または翼の制御装置の誤作動により、船および乗客は非常に大きな危険に曝され、更に、上記の誤作動が高速航行中、例えば３５ノットの高速航行中に、或いは、荒天下において航行するときに発生するならば重大な結果となろう。
【０００８】
本発明の目的は、排水型の船体で、かつ、高い波、例えば５ｍ以上の波の海面を高速で推進できるように構成された船体を有する航洋船、好ましくは、複胴船、更に好ましくは、双胴船を提供することにある。この種の船体は、１２０ｍの長さと４０ｍの幅とを有することがある。
【０００９】
高速航洋船、例えば双胴船タイプの複胴船のための、細長く形成された排水型船体の一例によれば、船体前方部の水面下の部分には球状船首が形成され、かつ、相対的に狭い水線幅を有しており、船体の前方部が、いわゆるスオース船（SWATH-vessel）に類似する船体に形成されており、船体の船尾部分がより矩形に近い断面形状を有している。この点に関して、水線の下側の船体の断面積は、その長手方向に沿って従来の航洋船場合よりも小さな範囲まで変化しており、かつ、船体の断面積は、上述した２つの断面の間で連続的に変化している。
【００１０】
上述した船体の構造は、出願人により開発され、スエーデン特許公報第ＳＥ−Ａ−９１００２８８−１号に詳細に記載されており、本発明の適用に当たっての基礎としての船体形状の詳細な上方を得るために本明細書においてこれを引用する。
【００１１】
スエーデン特許公報第ＳＥ−Ａ−９１００２８８−１号から示唆される構造の船体は高速で航行可能であり、適宜にウォータージェット装置を搭載することが可能であり、かつ、重荷重に耐える構造を有しながら、縦揺れの中心が相対的にかなり前方、すなわち、船体の中央領域またはその前方部、例えば、船尾から測定して船体の全長の７５％の点に位置している。この船体形状による他の利点は上述の特許公報に記載されている。
【００１２】
本発明は請求項１に定義され、本発明の更なる改良は従属項に定義されている。
【００１３】
本発明の前提としての船体は、縦揺れ中心が船体の中央部または前方部に位置し、かつ、船体は高速で前進するように構成された排水型の船体である。このような構造の船体を基礎として、本発明による船は、縦揺れ中心よりも後方に配設されたフィンまたは翼を具備しており、フィンまたは翼は、請求項１に記載されているように、船体の船尾側の部分の鉛直方向の変位に対して大きな抵抗となるように実際の船体から延びている。フィンまたは翼は、相対的に短い長さを以て船体から突き出しており、大きな力を伝達しながら船体への取付部位へは相対的に小さな曲げ力が負荷されるようになっている。また、翼またはフィンは鋭利な外側縁部を有しており、該外側縁部により翼またはフィンと周知の水との間に大きな力が伝達される。
【００１４】
フィンは船の縦揺れ中心より船尾側で、かつ、前記中心から相対的に大きな平均距離を以て配設されているので、鉛直平面内で縦揺れ中心回りに縦揺れを抑制する大きなトルクが発生し、また、フィンの長さが相対的に長いので、フィンの取付部位への負荷は小さくとも、フィンは大きな負荷を伝達することができる。また、フィンは船の長手方向の流れに対する抵抗が小さくなる断面形状を有している。と言うのは、特に、フィンは、船体に隣接する流線および船体に沿う流線に追従するからである。
【００１５】
フィンまたは翼は縦揺れ中心の後方に配設されているので、フィンまたは翼は、固定されていても、船が縦揺れをして水中で運動する間、所望の復元モーメントを発生させる。更に、翼またはフィンは縦揺れモーメントに関して安定化させる関係にあり、これは非常に望ましい。
【００１６】
船体の上下運動の水平面への全投影面積は、以下の式にて定義されるＡの少なくとも５％となっている。
Ａ＝Ｗ／ｄ
ここで、
Ｗ：構造喫水（construction draft）の水面下の全容積
ｄ：構造喫水
である。更に好ましくは、投影面積はＡの１０％である。安定翼のアスペクト比ＡＲは以下の式で表され、好ましくは０．１より小さく、かつ、０．０１よりも大きく、更に好ましくは０．０２よりも大きい。
ＡＲ＝Ｓ／Ｃ
ここで、
Ｓ：流れの方向に対して横断方向に測定した個々の安定翼の水平面への投影スパン、すなわち実際の船体から安定翼の最も外側の縁部の平均値までの距離
Ｃ：流れの方向に測定した安定翼の表面の翼弦長さ
である。
【００１７】
本発明によれば、翼またはフィンは、該翼またはフィンの後端または船尾側の先端が船体の船尾側の先端と一致するように、船体または複数の船体の各々の周囲に対称に配設される。
【００１８】
安定翼は、水平面内で船体に進路安定化効果をもたらすために、水平面に対して０から６０°の角度をなすように設けることができる。
【００１９】
ところで、縦揺れの方程式は、
【数１】

但し、
Ｉ：慣性モーメント
Ｃ：減衰係数
Ｋ：復元モーメント
φ：縦揺れ角度
で表されるが、本発明の効果は以下の通りである。
【００２０】
船と積み荷の質量に加えて、慣性モーメントＩは、また、随伴して揺動する水（cooscillating water、以下、共動水と記載する）の質量を含んでいる。共動水の質量は、本発明による翼またはフィンにより著しく増加する。このことは、船の固有振動周期または共振振動周期が共動水の質量の増加と共に高くなることを意味している。これは非常に重要である。と言うのは、船の質量に共動水の質量が加わると、固有周期が、波と遭遇する周期よりも非常に長くなるからである。つまり、共動水の質量が加わった船は、接近する波または遭遇した波により船に与えられる運動に追いつくことができない。従って、最小の加速度にて安定した進路が得られる。
【００２１】
また、鉛直方向に移動する水が、安定翼の各々の鋭利で長い縁部の周囲を流れるように強制されるので減衰係数が増加する。減衰係数が増加することにより振幅が小さくなる。つまり船の加速度が低減される。
【００２２】
更に、フィンは船体の縦揺れ中心の後方に配設されるので、縦揺れする間にフィンは、復元運動を発生させる迎え角を有することになる。これにより、縦揺れの角度が小さくなる。
【００２３】
このように、本発明により上述の因子Ｉ、Ｃ、Ｋの全てが改善され、本発明を実施した場合、本発明を適用していない船体、すなわちスエーデン特許公報９１００２８８−１の好ましい実施例である船体と比較して５０％のオーダで、船体の船尾側の先端での鉛直方向の加速度が低減された。
【００２４】
本発明の好ましい実施例は、双胴船などの複胴船に適した細長い高速排水型船体であって、縦揺れの中心が船体の船首側半分に位置した船体の構造と、該船体に前記安定翼を配設することを含む。安定翼は、縦揺れ中心よりも後方に配設され、かつ、実際の船体から僅かに外方に突出すると共に長く形成され、既述のＡの少なくとも５％の投影面積を有している。更に、安定翼は水の鉛直方向の移動に対して抗力を発生させる鋭利な外側縁部を有している。
【００２５】
添付図面に示す実施例を参照して本発明をより詳細に説明するが、添付図面において、
図１は、縦揺れ中心が船首側に位置するように構成され、本発明による安定翼を具備する船体の略示正面線図である。
図２は、図１に示した船体の略示側面図である。
図３は、双胴船の各船体への安定翼の取付方法の１つの実施例である。
図４は、双胴船の各船体への安定翼の取付方法の他の実施例である。
図５は、本発明による単一の船体の略示平面図である。
【００２６】
図１に本発明による縦揺れを安定化させた船体の実施例の正面線図を略示する。図１は個々のフレームの１／２を示している。正面線図には、構造喫水ｄおよび水線ＷＬが、１２０ｍの長さを有する船体に対する絶対値で示されている。図１にはフレーム０、１、２、３、４、５が示されているが、船尾フレームがフレーム数０に、そして船首フレームがフレーム数５に相当する。
【００２７】
また、図１には、縦揺れ安定翼Ｆが図示されている。安定翼Ｆは船尾フレーム０からフレーム１とフレーム２との間の所定位置まで延設され、かつ、実際の船体から約１ｍの距離を以て突出しており、かつ、１０°の角度を形成する２つの平面により形成されている。安定翼の中線平面が水平面に対して形成する角度αは、任意に選定することができるが、図１の実施例では３５°である。安定翼が船体に対して操舵効果を奏するように、水平面に対して角度を付けてもよいが、安定翼の主要な機能は、水中において船体が鉛直方向に移動することを防止することである。
【００２８】
安定翼Ｆが、予想される最も大きな水中での鉛直方向の運動に対抗するように、安定翼Ｆは鋭利な外側縁部を有していることが図１から理解されよう。
【００２９】
また、安定翼Ｆは船尾に向かって上方に傾斜しており、最適化された船体形状に対して安定翼が所定の速度で作用するときに、安定翼Ｆの全体が船体に沿う流線と一致するように構成されている。上記の所定の速度は、問題となる種類の航洋船の場合３５ノットである。
【００３０】
図１、２において、船体ＳＫは縦揺れ中心ＰＣを有している。この縦揺れ中心ＰＣは前方部に位置しており、船体の船尾フレーム０から約３／４Ｌの距離にある。ここで、Ｌは船体の全長である。従って、縦揺れ中心ＰＣは概ねフレーム数３．７５の位置にある。
【００３１】
安定翼Ｆは固定されており、かつ、好ましくは、縦揺れ中心ＰＣ回りの縦揺れトルク（ピッチングトルク）に対して、安定翼が発生する船体の鉛直方向の運動に対する抗力に基づくカウンタトルクが最大となるように、縦揺れ中心ＰＣから可及的に後方に配置されている。従って、安定翼Ｆは、好ましくは、船尾フレーム０から前方に延びるように設けられ、かつ、好ましくは、船体ＳＫの船尾部分または船体ＳＫの船尾側半分の位置に配設されている。前記安定翼は、また、縦揺れ中心の後方に配置される。船体の安定翼は、水平面への全投影面積が、以下の式にて定義されるＡの少なくとも５％、好ましくは、少なくとも１０％となるように形成される。
Ａ＝Ｗ／ｄ
ここで、
Ｗ：構造喫水における水面下の全容積
ｄ：構造喫水
である。
安定翼のアスペクト比ＡＲは以下の式で表される。
ＡＲ＝Ｓ／Ｃ
ここで、
Ｓ：流れの方向に対して横断方向に測定した個々の安定翼の水平面への投影スパン、すなわち実際の船体から安定翼の最も外側の縁部の平均値までの距離
Ｃ：流れの方向に測定した安定翼の表面の翼弦長さ
である。
アスペクト比ＡＲは、好ましくは０．１より小さく、０．０１よりも大きい。更に好ましくは、アスペクト比ＡＲは０．０２よりも大きい。図１に示す実施例では、アスペクト比ＡＲは約０．０３である。
【００３２】
図１に示す実施例では安定翼の水平面への投影面積はＡの１８％である。スエーデン特許公報第９１００２８８−１号には、特定の船体構造の一例がより詳細に説明されている。この船体は、鉛直方向に作用する加速力、特に、船体前方部に作用する鉛直方向の加速力を著しく低減するように構成されている。本発明はこの船体構造に基づいているが、本発明では、安定翼が船体の船尾において鉛直方向に作用する加速力を著しく低減するように作用する。
【００３３】
図３に、双胴式の航洋船の後方から見た立面図を示す。図３の航洋船は、船体の各々に対称に配設された安定翼が設けられている。図４に示す船の構造は、安定翼が対称に配設されているが、各船体の一方の側部にのみ安定翼が設けられている。
【００３４】
図１において、安定翼Ｆの前端がＦ１．５にて指示されているが、これは、安定翼Ｆの前端が概ねフレーム１．５に配設されていることを意味している。同様に、安定翼Ｆの後端がＦ０にて指示されているが、これは上記後端が概ねフレーム０に配設されていることを意味している。
【００３５】
安定翼Ｆは、好ましくは、その全長に沿って実質的に一定の断面輪郭を有しているが、好ましくは、安定翼の前端および後端に沿う流れの抵抗が最小となるように、前端および後端に向かって薄くなるように形成される。このように翼を薄く形成することは、安定翼の幅および厚さ、若くは、幅または厚さにおいても実施される。安定翼Ｆは、また、安定翼が狭くなる領域に鋭利な外側縁部ＦＫを有している。図１、２に示された安定翼Ｆは、その長手方向に僅かに湾曲し、かつ、通常の航行において船体に沿う水の流線内に配設されてるように、船尾に向かって上方に僅かに傾斜している。図１に示す実施例では、安定翼Ｆの傾斜部は概ねフレーム１．５とフレーム１との間に設けられている。また、安定翼においてフレーム１とフレーム０との間に配設された部分は、実質的に水平となっており、これは、スエーデン特許公報第９１００２８８号と同様である。図示する安定翼Ｆは、船体の全長Ｌの１／３の長さを有しており、図１において記号ＢＬは、船体の基線、つまり、船体の水線と平行に延び、実際の船体の最も低い点を通過する線を示している。

Claims (10)

1. 縦揺れを安定化させた少なくとも１つの排水型船体を有する高速船において、
   前記船体は、縦揺れ中心（ＰＣ）が船体の中央領域に、または、船体の中央領域の前方部に位置するように形成されており、
   前記船体（ＳＫ）が、前記縦揺れ中心よりも後方に取り付けられた少なくとも１つの固定式の翼（Ｆ）を有しており、前記翼（Ｆ）が実際の船体（ＳＫ）から概ね水平に突出しており、
   前記翼は、船が航行する際に水の流線に沿うように延設され、かつ、上記船体を１以上有する船に取り付けられた前記翼の水平面への全投影面積が、Ｗ／ｄの少なくとも５％に等しい面積を有しており、ここで、Ｗは構造喫水における水面下の全容積であり、ｄは構造喫水であり、
   翼の各々のアスペクト比（ＡＲ）が、０．０１よりも大きく、かつ、０．１よりも小さくなっており、ここで、アスペクト比（ＡＲ）はＳ／Ｃに等しく、Ｓは流れの方向に対して横断方向に測定した表面の水平面への投影スパン、すなわち、実際の船体から翼の最も外側の平均値までの長さであり、Ｃは流れの方向に測定した表面の弦長であることを特徴とする船。
2. 前記全投影面積がＷ／ｄの少なくとも１０％に等しい面積を有することを特徴とする請求項１に記載の船。
3. アスペクト比（ＡＲ）が、０．０２よりも大きく、かつ、０．１よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の船。
4. 翼が船の船尾側半分に取り付けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の船。
5. 縦揺れ中心（ＰＣ）が船体の船尾から船体全長（Ｌ）の３／４の位置にあることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の船。
6. 前記船が少なくとも２つの翼を有しており、翼が船の船体に対称に配設されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の船。
7. 前記翼の各々の船尾側端部が、実質的に船の船尾側先端に配設されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の船。
8. 翼が水平面に対して０から６０°の角度を形成することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の船。
9. 翼が長く鋭利な外側の縁部を有しており、船が縦揺れするとき、水がこの縁部の周囲を概ね鉛直方向に流れることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の船。
10. 船の船体が細長く、かつ、高速にて推進されように構成されていることを特徴とし、船が、好ましくは、双胴船状に平行に配設された２つの船体を具備している請求項１から９の何れか１項に記載の船。

Images