JP4143975B2 - 船体の減揺装置 - Google Patents

Description

本発明は、船舶等の浮体に適用され、特に船体の横揺れを減少させることに有効な減揺装置に関する。

本発明は、船舶の減揺装置に関し、横波等による船体の横揺れに対して当該船舶の重心を自動的に傾斜側に変化させることによって、その動揺特性を変え、減揺効果を得るようにしたものである。なお、本発明でいう船舶には、横方向からの波浪の影響を受けやすい浮体（ポンツーン等）も含むものとする。

従来の横揺れ防止（減衰）方法としては、▲１▼船の喫水下湾曲部船外側（あるいはチャイン）に沿って板材を取りつけ、その抵抗で横揺れを減衰させるビルジキール方式、▲２▼船内の左右舷にタンクを設け、タンク内の液体の慣性により船の横揺れ周期との位相差を利用し横揺れを防止しようとする安定水槽方式、▲３▼船の喫水下外部の適当な位置に左右両舷に独立して迎角を変化させられる「ひれ」を設け、その抵抗または揚力を利用して横揺れを防止しようとする「安定ひれ」方式、▲４▼ジャイロスコープを利用して横揺れを防止しようとするジャイロスタビライザー方式等があるが、船内に設置する場合は船の排水量を増加させ、船外に設置する場合は造波抵抗および摩擦抵抗を増加させるため、いずれの場合も当該船の航走性能を劣化させる。

また、単純な構造の減揺装置の一例として造船設計便覧（関西造船協会編）に記載されているＦｏｅｒｓｔｅｒ開き式があげられるが、その構造は、船体の中央部両側面に減揺タンクを設け、該減揺タンクの下部を水中に開口させ、タンク上部に小径の空気孔を形成し、船体が横揺れする時に、傾斜側のタンク内の空気圧の上昇によって、平水面までタンク内の海水位を上昇させようという作用を制限し、これに対して反傾斜側のタンクはタンク内の空気圧が負圧となることによって海水の流出が制限され、このように減揺タンク内の海水の出入りを制限して左右の減揺タンク内の海水の高さが夫々平水面と異なることによって減揺作用を生じさせる減揺装置がある。
ただし、このような減揺装置の場合、船体の揺れに対して減揺タンク内への海水の出入りは時間的に緩慢になるために、船体の揺れが周期の比較的長い揺れとなる場合に有効に作用するという特徴を持っている。

さらに、船体中央部両側面に減揺タンクを設けた構成では、航行中も減揺タンク内には海水が入ったままに航行するようになるため、船体後端底部両側に一対の減揺タンクを設け、高速航走時に減揺タンクの後面下部が大気に露出する状態になると、減揺タンク内の海水をタンク後面下部に設けた排水口から船外に自然排出させて減揺タンク内を空にして航走できる構成の減揺装置も提案されている。このような構造を示す文献には、例えば、特開平６−４０３８０号がある。

しかしながら、小型漁船やプレジャーボート等のようにコストパフォーマンス、例えば価格当りの船の航行速度、価格当りの船体の大きさ、価格当りの船体における利用可能容積、価格当りの重量積載能力、価格当りの横揺れ特性などが要求される船舶にあっては、従来技術における対応では困難な場合が多く、さらに小型漁船やプレジャーボート等は喫水深さが浅く、比較的横揺れ周期が短い特性を持つ船舶が多い。

さらに、このように比較的横揺れ周期が短い船舶の場合、付近を通過する船舶に伴って発生する航跡波等の横波を受けると、船体は急激にかなり大きく揺れ、この揺れが落ち着くまでの間は、作業に支障を来すようなことがある。そこで、この種の船体の急激な揺れは、可及的速やかに減少させることが求められる。

上記の課題を解決するため、さらには船体の諸性能を犠牲にすることなく、かつ、構造的に単純で安価であって、効率的に停泊中または微速航行中の船舶の横揺れを減少させる装置を提供する。

課題の解決手段

【０００９】
【課題の解決手段】船体の横揺れに応じて海水（湖沼や河川にあっては真水、以下海水又は水と称する）が流入出する、すなわち横揺れの傾斜側への重心移動のための重量物として海水を利用する、船体後端部の左右両舷を一対として船体の船尾方向に全開口し、主として喫水線上の空間を利用した減揺タンクを、船体の構造として内装するか、又は、取り付け部材として外装することとした。

産業上の利用分野

本発明は、減揺タンクを用いた船舶に係り、比較的軽量で復元性が高く、横揺れ周期の短い船舶に適当である。

発明の詳細な説明

船体の横揺れは横メタセンタを中心とした剛体振り子の運動と考えられており、直立状態で浮かんでいる船体に横波等の外力を作用させると、静復元力（Ｗ・ＧＺ）を生じるので、横波等が通過することによって外力が消滅すると当該船体は横揺れをおこす。
水抵抗等の摩擦抵抗を無視するとＷ・ＧＺをＩ（Ｉは慣性モーメント）で除した角加速度でいつまでも横揺れを続け、この横揺れは自由横揺れと言われる。このような運動を示す文献には、例えば、船体工学概論（面田 信昭 著 株式会社成山堂書店発行）等がある。

本発明に利用する原理は「振り子は、その重心点が鉛直軸に対して等角度で振幅運動を行う」ことを基礎としており、振り子の振幅運動の過程で適切に重心を移動させることによって、振幅の角度を急速に減衰させようとするものである。

すなわち、船体が横揺れをおこした時、船体後端部の左右両舷に設けた減揺タンクの船体が傾斜した方の側に海水が流入することによって、船体の重心を傾斜した方に移動させることで、反転揺れのための復元力の位置エネルギーたる鉛直軸に対する横メタセンタと船体の重心を結んだ線の角度が減少するため反転揺れの角度が減衰し、揺れの繰り返しの都度、反転の揺れ角度を減衰させる作用を及ぼすことで急速に船体の横揺れが減衰してゆく。

図によってこの作用を説明すると、図１のａは後の実施例において示すように船側両舷にタンクＡ（１）・Ｂ（２）又はタンクＣ（３）・Ｄ（４）を装備した船体に右舷方向から横波が到来している状況を示したものである。なお、この説明に用いる図は船体の船尾から船首方向を透視した状態を表わしている。

以降の説明に用いる用語として「重心線」とは横メタセンタＭ（３８）とそれぞれ変化する船体の重心Ｇを結んだ線を示し、船体が直立状態にある時は、横メタセンタＭ（３８）を通る鉛直線（４０）と重なるＧ１（３９）を結んだ線（４１）を言うものとする。なお、説明を判りやすくするため横メタセンタＭ（３８）は鉛直線（４０）上の極端に高い位置に表示してある。またθとは、横メタセンタＭ（３８）で交叉する各重心線と鉛直線（４０）との角度を表わす。

図１のｂはタンクを装備していない場合の、当該船体の横揺れの挙動を示しており、横波のエネルギーは、鉛直線（４０）に対して重心線Ｇ１（４１）に角度θ１（４２）の傾斜を与え、積載物の移動等による重心の変化がなく、さらに横揺れ振幅への水抵抗がないとすれば、［００１１］で述べたように鉛直線（４０）を中心に角度θ１（４２）の等角度で振幅を繰り返す。

図１のｃは横波によってθ１（４２）の角度まで船体が傾斜していく過程でタンクＡ（１）又はタンクＣ（３）に水（４５）が流入した様子を示しており、更にθ１（４２）の角度まで傾斜した後、今度は復元力によって船体が右舷側に反転を開始しようとした時、左舷側に流入した水が重量として作用し、船体の重心も左舷側に移動することによって、その重心線は新たに与えられた重心Ｇ２（４３）を通過する重心線Ｇ２（４６）に変化し、反転のための位置エネルギーの角度がθ１（４２）からθ２（４４）に変化する様子を示している。

図２のａからｃは図１のｃでタンクＡ（１）またはタンクＣ（３）に流入した水（４５）が反転揺れ戻しの過程で流出し、船体が水平に戻りさらに右舷側へ傾斜を始め、タンクＢ（２）またはタンクＤ（４）へ水（４７）が流入し始めたプロセスを示している。
タンクＡ（１）またはタンクＣ（３）の水は、タンクＡ（１）またはタンクＣ（３）の開口面積の内、喫水面より上に露出した部分にタンクの奥行きを乗じた体積が流出するが、流出する水は船体の反転運動による遠心力によって左舷側船側外板（１４）側に寄せられながら、さらには水の粘性によって、水を入れたコップを横に倒した時の水の流出具合を見ても判るように、実際には相当遅れながら流出する。

また、水の粘性の影響はタンクの形状によって、より強く影響する。
すなわち、開口面積が広く奥行きが浅いタンクの場合水の粘性の影響はさほどないが、開口面積が狭く奥行きが深いタンクの場合ほど水の粘性の影響が強く働き流出速度は遅い。

図３のａは、図１のｃから反転が終了し静止した状態を示しており、比較のため反転を開始する時点の状態を破線で重ねたものである。
すなわち、タンクＡ（１）またはタンクＣ（３）への水の流入により新たな重心Ｇ２（４３）が与えられ、反転を開始するために与えられたθ２（４４）の位置エネルギーは、反転途中でタンクＡ（１）・タンクＣ（３）の水の流出によって除々に重心をＧ１（３９）に戻しながら反転を終わり静止するとき、反転角度はθ２（４４）より大きく、新たにＧ２′（４８）を通る重心線（４９）によって与えられる角度θ３（５０）の角度まで揺れ戻す。
すなわち、角度θ３（５０）はタンクが無かった時に与えられる鉛直線（４０）を中心とした振幅角度θ１（４２）より小さく、重心線Ｇ２（４６）によって与えられる鉛直線（４０）を中心とした振幅角度θ２（４４）より大きいという関係にある。

図３のｂは、反転が終了してタンクＢ（２）またはタンクＤ（４）に水が流入した結果、この時、当該船体の右舷側に重量が加算されたことによって、新たにＧ３（５１）を通る重心線Ｇ３（５２）が与えられた様子を示している。
したがって、反転のための位置エネルギーの角度はθ３（５０）からθ４（５３）へ減少変化する。

このようにして、船体の横揺れに起因する左右両舷のタンクへの水の自動的な流入および流出ならびにその水量の自動調節機能を果たすことによって、当該船体の重心を自動的に変化させ、横揺れの振幅角度を急速に減衰させることが可能となる。

図４は本発明における船体（５）の船体構造内部に内装した実施例を示している。
ａは船体（５）の平面における本発明の減揺タンクの設置位置を示し、船体（５）の船尾部の左右両舷側に一対のタンクＡ（１）およびタンクＢ（２）を配置する。
図４のｂは船体（５）の側面における減揺タンクの設置位置を示し、船体（５）の船尾部の喫水線と同一線上に床面を配置したタンクの設置状況を説明している。
図４のｃは船体（５）の後部からトランサム（７）方向をみたものである。
タンクＡ（１）は、左舷側船側外板（１４）を横側板と兼用し、船内側横側板（９）と頂板（８）および喫水線（６）と同一線上に配置した床板（１０）と前部側板（１６）とで囲われた水密空間を構成し、船尾側に向かい全開口している。
タンクＢ（２）は、右舷側船側外板（１５）を横側板と兼用し、船内側横側板（１２）と頂板（１１）および喫水線（６）と同一線上に配置した床板（１３）と前部側板（１７）とで囲われた水密空間を構成し、船尾側に向かい全開口している。なお、頂板（８）（１１）は船体（５）に打ち込んだ海水の排水のため等、船体（５）への影響がない限り小径の開穴は許容される。
図４のｄは船体（５）のタンクＡ（１）タンクＢ（２）周辺を斜視した図で、ａｂｃｄの各図共、減揺タンクおよび船体（５）への組込み構造、材質、強度や剛性確保のためのフレーム、ロンジ、フランジ等は省略してある。

図５は本発明における船体（５）に船体構造外部に外装した参考例を示しており、ａは船体（５）の平面における本発明の減揺タンクの設置位置を示し、船体（５）の船尾部の左右両舷側に船体（５）に一対のタンクＣ（３）およびタンクＤ（４）を強固に固着設置する。
図５のｂは船体（５）の側面における減揺タンクの設置位置を示し、船体（５）の船尾部の喫水線（６）と同一線上に床面を配置したタンクの設置状況を説明している。
図５のｃは船体（５）の後部からトランサム（７）方向をみたものである。
タンクＣ（３）は、左右の横側板（２１）と（１９）、頂板（１８）および床板（２０）と前部側板（２６）とで囲われた水密空間を構成し、船尾側に向かい全開口している。
タンクＤ（４）は、左右の横側板（２３）と（２５）、頂板（２２）および喫水線と同一線上に配置した床板（２４）と前部側板（２７）とで囲われた水密空間を構成し、船尾側に向かい全開口している。なお、前部側板（２６）（２７）はトランサム（７）で兼用可能であり、各板横側板（２１）（１９）（２３）（２５）頂板（１８）（２２）床板（２０）（２４）前部側板（２６）（２７）の接合は強度、減揺性能に影響がない限り多少の空隙は許容される。また、頂板（１８）（２２）は減揺性能に最も影響が少なく、小径の穴による網構造としても可である。
図５のｄは船体（５）のタンクＣ（３）タンクＤ（４）周辺を斜視した図で、ａｂｃｄの各図共減揺タンクの構造、材質、減揺タンクの固着方法、強度や剛性確保のためのフレーム、ロンジ、フランジ等は省略してある。

図６は本発明における船体（５）の船体構造内部に内装した参考例の一つであり、船尾喫水の浅い船体に適用できる。
すなわち、静止状態におけるタンク内の喫水線以下に滞留する水が、タンク全体の空間に占める割合が少なく、詳細説明における本発明の原理に大きく影響を及ぼすことがなく、減揺効果は充分に期待可能である。
ａは船体（５）の平面における本発明の減揺タンクの設置位置を示し、船体（５）の船尾部の左右両舷側に一対のタンクＡ（１）およびタンクＢ（２）を配置する。
図６のｂは船体（５）の後部からトランサム（７）方向をみたものである。
タンクＡ（１）は、左舷側船側外板（１４）を横側板と兼用し、船内側横側板（９）は船底外板（２８）に接合し、船底外板（２８）は床板（１０）の機能を兼ね、頂板（８）およびと前部側板（１６）とで囲われた水密空間を構成し、船尾側に向かい全開口している。
同様に、タンクＢ（２）は、 右舷側船側外板（１５）を横側板と兼用し、船内側横側板（１２）は船底外板（２９）に接合し、船底外板（２９）は床板（１３）の機能を兼ね、頂板（１１）およびと前部側板（１７）とで囲われた水密空間を構成し、船尾側に向かい全開口している。なお、頂板（８）（１１）は船体（５）に打ち込んだ海水の排水のため等、船体（５）への影響がない限り小径の開穴は許容される。
図６のｃは船体（５）のタンクＡ（１）タンクＢ（２）周辺を斜視した図で、ａｂｃの各図共、減揺タンクおよび船体（５）への組込み構造、材質、強度や剛性確保のためのフレーム、ロンジ、フランジ等は省略してある。

図７は本発明における船体（５）に船体構造外部に外装した参考例の一つを示しており、船尾喫水の浅い船体に適用できる。
すなわち、静止状態におけるタンク内の喫水線以下に滞留する水が、タンク全体の空間に占める割合が少なく、詳細説明における本発明の原理に大きく影響を及ぼすことがなく、減揺効果は充分に期待可能である。
ａは船体（５）の平面における本発明の減揺タンクの設置位置を示し、船体（５）の船尾部の左右両舷側に船体（５）に一対のタンクＣ（３）およびタンクＤ（４）を強固に固着設置する。
図７のｂは船体（５）の後部からトランサム（７）方向をみたものである。
タンクＣ（３）は、左右の横側板（２１）と（１９）、頂板（１８）および船底外板（２８）に沿った床板（２０）と前部側板（２６）とで囲われた水密空間を構成し、船尾側に向かい全開口している。
タンクＤ（４）は、左右の横側板（２３）と（２５）、頂板（２２）および船底外板（２９）に沿った床板（２４）と前部側板（２７）とで囲われた水密空間を構成し、船尾側に向かい全開口している。なお、前部側板（２６）（２７）はトランサム（７）で兼用可能であり、各板横側板（２１）（１９）（２３）（２５）頂板（１８）（２２）床板（２０）（２４）前部側板（２６）（２７）の接合は強度、減揺性能に影響がない限り多少の空隙は許容される。また、頂板（１８）（２２）は減揺性能に最も影響が少なく、小径の穴による網構造としても可である。
図７のｃは船体（５）のタンクＣ（３）タンクＤ（４）周辺を斜視した図で、ａｂｃの各図共減揺タンクの構造、材質、減揺タンクの固着方法、強度や剛性確保のためのフレーム、ロンジ、フランジ等は省略してある。

図８は、本発明による減揺効果を高める抵抗板（３０）の実施例で、ａはその概念を斜視した図で、ｂは船体（５）の後部からトランサム（７）方向をみたものである。
詳細説明で明らかなように、減揺効果を高めるためには左右の減揺タンクの水の流出は適度に遅いことが肝要であるが、物理的制約によりタンクの形状や寸法が制限される場合も考えられ、特にタンクの開口部から船首側に向かう距離、すなわちタンクの奥行きが短い場合、水の粘性の有効な利用が困難となる。
したがって、タンクの床板または船底外板が床板を兼ねている場合は船底外板に水の流出を遅延させるための抵抗板を（３０）設置すれば水の粘性を有効に利用することが可能となる。
抵抗板（３０）の形状、設置数は必要に応じて考慮するべきである。

また、図示は行わないが本発明におけるタンクの場合、タンク自体が筒型の形状であることから、当該船舶に搭載されている内燃機関の排気管の一部としても利用可能である。

本発明の作用の原理を説明する図面の１ 本発明の作用の原理を説明する図面の２ 本発明の作用の原理を説明する図面の３ 本発明の実施形態を示す例の１ 本発明の参考形態を示す例の１ 本発明の参考形態を示す例の２ 本発明の参考形態を示す例の３ 本発明の効果を高める実施形態の例の１

符号の説明

１ 内装式減揺タンクＡ（左舷側）
２ 内装式減揺タンクＢ（右舷側）
３ 外装式減揺タンクＣ（左舷側）
４ 外装式減揺タンクＤ（右舷側）
５ 船体
３０ 抵抗板

Claims (3)

1. 船舶の船尾方向に全開口し、かつ、喫水線上の空間に設けた減揺タンクを、左右両舷を一対として、船体の構造として内装することを特徴とする船舶の横揺れに対する減揺装置。
2. 減揺効果を向上せしむるための減揺タンク内に配置する抵抗板を設置することを特徴とする請求項１に記載の減揺装置。
3. 請求項１または請求項２記載の減揺装置を装備する船舶において、当該減揺装置を内燃機関の排気管の構成部材の一部として利用することを特徴とする船舶。

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