JP4262127B2 - パラメトリック横揺れ防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、船舶のパラメトリック横揺れを防止するためのパラメトリック横揺れ防止装置に関するものである。

近年、コンテナ船等において、搭載しているコンテナが多数流出したり損傷するという事故が多発しており、その原因の一つがパラメトリック横揺れと呼ばれる横揺れの発生であると考えられている（例えば、非特許文献１参照。）。

パラメトリック横揺れは、横揺れ運動方程式中のパラメータである復原力係数が時間とともの変化することにより引き起こされる横揺れであり、復原力係数が時間とともの変化する主な要因は、縦波中又は横波中において相対水位変化により水線面積２次モーメントが増減することである。

パラメトリック横揺れ自体は古くから知られていたが、近年、コンテナ船等において搭載量の増加を図るために行われている船型の変更に伴って、パラメトリック横揺れの発生の可能性が増え、それによって受ける影響も大きくなっている。

これに対して、従来、船舶の横揺れを軽減する装置として、左右一対のウイングタンクと、左右一対のウイングタンクの下部を連通させる連結水路と、左右一対のウイングタンクの上部を連通させる空気ダクトとを有する減揺水槽と、空気ダクトに設けられ、その開閉によって減揺水槽の作動及び非作動の切り替えを行うためのバルブとを備えた減揺水槽装置が知られている。この減揺水槽装置は、減揺水槽内の液体の移動によって生じるモーメントで、船体に作用する横揺れモーメントを相殺することにより、減揺効果を得ようとするものである（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−１３３１８２号公報 梅田 直哉、外１名、「第３−２章 パラメトリック横揺れ」、日本造船学会・試験水槽委員会シンポジュウム、平成１５年１２月、ｐ.２１７−２３６

しかし、貨物積載を優先する貨物船にとって、減揺水槽装置の設置場所の確保と減揺水槽装置内部に搭載する液体による搭載貨物量の減少という問題が発生するとともに、減揺水槽装置は、横波によって船体に作用する横揺れモーメントを相殺することで減揺効果が得られるように作動を制御されており、横波によって船体に作用する横揺れモーメント以外の要因も考慮する必要があるパラメトリック横揺れに対しては、パラメトリック横揺れの発生を回避するための制御が確立されておらず、現在ではその発生を回避することが不可能である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、船舶のパラメトリック横揺れを的確に防止することができるパラメトリック横揺れ防止装置を提供することを目的とするものである。

本発明においては、パラメトリック横揺れは、船体の縦揺れ周期と横揺れ周期の比が特定の値になった場合に発生するとの考えに基づいて、船体の縦揺れ周期と横揺れ周期の比が特定の値から外れるようにすれば、パラメトリック横揺れを的確に防止することができるという観点に立っている。

すなわち、本発明は、前記の課題を解決するために、以下の特徴を有する。

［１］船舶に設置した液体を積載可能なタンクと、船舶の横揺れ及び縦揺れを検知する動揺検知装置と、該動揺検知装置からの情報に基づいて、船舶の横揺れ周期と縦揺れ周期を求め、横揺れ周期と縦揺れ周期の比が予め設定してあるパラメトリック横揺れ発生条件と合致した場合、前記タンクから液体を船外に排出するか又は前記タンクに船外から液体を注入するように制御する制御装置とを備えていることを特徴とするパラメトリック横揺れ防止装置。

［２］船舶の上部と下部にそれぞれ設置した液体を積載可能な２個のタンクと、船舶の横揺れ及び縦揺れを検知する動揺検知装置と、該動揺検知装置からの情報に基づいて、船舶の横揺れ周期と縦揺れ周期を求め、横揺れ周期と縦揺れ周期の比が予め設定してあるパラメトリック横揺れ発生条件と合致した場合、前記タンクの内の一方のタンクから他方のタンクに向けて搭載している液体を移動させるように制御する制御装置とを備えていることを特徴とするパラメトリック横揺れ防止装置。

［３］船舶の横揺れ及び縦揺れを検知する動揺検知装置と、該動揺検知装置からの情報に基づいて、船舶の横揺れ周期と縦揺れ周期を求め、横揺れ周期と縦揺れ周期の比が予め設定してあるパラメトリック横揺れ発生条件と合致した場合、船舶の進路変更又は速度変更するように指示する制御装置とを備えていることを特徴とするパラメトリック横揺れ防止装置。

［４］予め設定してあるパラメトリック横揺れ発生条件は、縦揺れ周期の２倍が横揺れ周期の整数倍に近い数値であることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のパラメトリック横揺れ防止装置。

本発明においては、船体の縦揺れ周期と横揺れ周期の比が特定の値になった場合にパラメトリック横揺れが発生するとの考えに基づいて、船体の縦揺れ周期と横揺れ周期の比が特定の値から外れるように制御しているので、パラメトリック横揺れを的確に防止することができる。

パラメトリック横揺れは、船体の縦揺れ周期の２倍が横揺れ周期の整数倍に近い数値となった場合、すなわち、縦揺れ周期／横揺れ周期≒１／２、２／２、３／２、……となった場合に発生すると考えられる。

したがって、船体の縦揺れ周期と横揺れ周期の比が上記の値から外れるように制御すれば、パラメトリック横揺れを的確に防止することができる。

そこで、以下に述べる本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態においては、縦揺れ周期と横揺れ周期の比が上記の値になった場合に、船体の重心の位置を移動させることによって横揺れ周期を変化させ、縦揺れ周期と横揺れ周期の比が上記の値から外れるようにしている。

すなわち、船体の横揺れ周期はメタセンタと重心との距離ＧＭの平方根に反比例するので、船体の重心の位置を移動させることによって横揺れ周期が変化するからである。

また、本発明の第３の実施形態においては、縦揺れ周期と横揺れ周期の比が上記の値になった場合に、船の進路変更によって縦揺れ周期と横揺れ周期を変化させるか、あるいは船の速度変更によって縦揺れ周期を変化させるかすることで、縦揺れ周期と横揺れ周期の比が上記の値から外れるようにしている。

すなわち、船の進路を変更すれば、船体が受ける波の角度が変化するので、縦揺れ周期と横揺れ周期が変化し、船の速度を変更すれば、船と波との相対速度が変化するので、縦揺れ周期が変化するからである。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図１と図２を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るパラメトリック横揺れ防止装置の構成を示す説明図であり、図２は、その制御フローを示すフローチャートである。

図１において、１は船体であり、この実施形態に係るパラメトリック横揺れ防止装置は、船体１に設置されて液体を積載可能なタンク５と、タンク５から船外に向けた配管に設けられた排出用バルブ２と、海水を汲み上げるためのポンプ３と、ポンプ３とタンク５と間の配管に設けられた注入用バルブ４と、排出用バルブ２とポンプ３と注入用バルブ４の作動を制御する制御装置１０とを備えている。なお、ここでは、タンク５を上甲板上に設置しているが、タンク５は上甲板より上方に設置しても、上甲板より下方に設置してもよい。

制御装置１０は、中央制御装置１１と、横揺れ検知装置１２ａと縦揺れ検知装置１２ｂからなる動揺検知装置１２と、計測値や解析データ等を記憶する記憶装置１３と、操作画面や解析データを表示する表示装置１４と、排出用バルブ２とポンプ３と注入用バルブ４に制御信号を送る開閉制御装置１５と、必要に応じて警報を発する警報装置１６とを備えている。なお、ここでは、動揺検知装置１２を制御装置１０の内部に設置しているが、制御装置１０の外部に設置することでもよい。

そして、中央制御装置１１は、横揺れ検知装置１２ａと縦揺れ検知装置１２ｂから出力される時系列的な横揺れデータと縦揺れデータから横揺れ周期と縦揺れ周期等を算出する統計処理手段１１ａを有している。

次に、上記のように構成されたパラメトリック横揺れ防止装置を用いてパラメトリック横揺れを防止する方法を、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１では、中央制御装置１１に横揺れ検知装置１２ａからの横揺れデータが入力される。中央制御装置１１は、横揺れデータに基づいて船体の横揺れ周期を算出する。そして、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、中央制御装置１１に縦揺れ検知装置１２ｂからの縦揺れデータが入力される。中央制御装置１１は、縦揺れデータに基づいて船体の縦揺れ周期を算出する。そして、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、算出された横揺れ周期と縦揺れ周期の比が、予め設定したパラメトリック横揺れ発生条件（船体の縦揺れ周期の２倍が横揺れ周期の整数倍に近い数値となっている、すなわち、縦揺れ周期／横揺れ周期≒１／２、２／２、３／２、……）を満足しているか否かを判断する。より具体的には、例えば、（船体の縦揺れ周期の２倍）／（横揺れ周期）＝０．９Ｎ〜１．１Ｎ（ここで、Ｎ＝整数）となっているか否かを判断する。そして、満足している場合はステップＳ４に進み、満足していない場合はステップＳ１に戻る。

ステップＳ４では、現在、タンク５に液体（海水）が搭載されているか否かをチェックする。そして、タンク５に液体（海水）が搭載されている場合は、ステップＳ５に進み、タンク５に液体（海水）が搭載されていない場合は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ５では、中央制御装置１１が、開閉制御装置１５を経由して排出バルブ２を開放し、タンク５から液体（海水）を船外に排出する。そして、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ６では、中央制御装置１１が、開閉制御装置１５を経由してポンプ３を作動させるとともに注入用バルブ４を開放し、タンク５に液体（海水）を注入する。そして、ステップＳ１に戻る。

このようにして、タンク５内の液体（海水）を出し入れすることによって、船体１の重心の位置が移動するので、横揺れ周期が変化する。その結果、横揺れ周期と縦揺れ周期の比がパラメトリック横揺れ発生条件から外れるようになり、パラメトリック横揺れが的確に防止される。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を、図３と図４を用いて説明する。図３は、第２の実施形態に係るパラメトリック横揺れ防止装置の構成を示す説明図であり、図４は、その制御フローを示すフローチャートである。

図３において、２１は船体であり、この実施形態に係るパラメトリック横揺れ防止装置は、船体２１の上部に設置されて液体を積載可能な上部タンク２５ａと、船体２１の下部に設置されて液体を積載可能な下部タンク２５ｂと、上部タンク２５ａから下部タンク２５ｂに向けた配管に設けられた下降用バルブ２２と、下部タンク２５ｂから上部タンク２５ａに向けた配管に設けられたポンプ２３及び上昇用バルブ２４と、下降用バルブ２２とポンプ２３と上昇用バルブ２４の作動を制御する制御装置３０とを備えている。ここで、上部タンク２５ａと下部タンク２５ｂは上下を接して設置しているが、上部タンク２５ａと下部タンク２５ｂは上下位置を離して設置してもよい。

制御装置３０は、中央制御装置３１と、横揺れ検知装置３２ａと縦揺れ検知装置３２ｂからなる動揺検知装置３２と、計測値や解析データ等を記憶する記憶装置３３と、操作画面や解析データを表示する表示装置３４と、下降用バルブ３２とポンプ３３と上昇用バルブ３４に制御信号を送る開閉制御装置３５と、必要に応じて警報を発する警報装置３６とを備えている。なお、ここでは、動揺検知装置３２を制御装置３０の内部に設置しているが、制御装置３０の外部に設置することでもよい。

そして、中央制御装置３１は、横揺れ検知装置３２ａと縦揺れ検知装置３２ｂから出力される時系列的な横揺れデータと縦揺れデータから横揺れ周期と縦揺れ周期等を算出する統計処理手段３１ａを有している。

次に、上記のように構成されたパラメトリック横揺れ防止装置を用いてパラメトリック横揺れを防止する方法を、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１１では、中央制御装置３１に横揺れ検知装置３２ａからの横揺れデータが入力される。中央制御装置３１は、横揺れデータに基づいて船体の横揺れ周期を算出する。そして、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、中央制御装置３１に縦揺れ検知装置３２ｂからの縦揺れデータが入力される。中央制御装置３１は、縦揺れデータに基づいて船体の縦揺れ周期を算出する。そして、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、算出された横揺れ周期と縦揺れ周期の比が、予め設定したパラメトリック横揺れ発生条件（船体の縦揺れ周期の２倍が横揺れ周期の整数倍に近い数値となっている、すなわち、縦揺れ周期／横揺れ周期≒１／２、２／２、３／２、……）を満足しているか否かを判断する。より具体的には、例えば、（船体の縦揺れ周期の２倍）／（横揺れ周期）＝０．９Ｎ〜１．１Ｎ（ここで、Ｎ＝整数）となっているか否かを判断する。そして、満足している場合はステップＳ１４に進み、満足していない場合はステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１４では、現在、液体が搭載されているのは上部タンク２５ａであるか否かをチェックする。そして、液体が搭載されているのが上部タンク２５ａの場合は、ステップＳ１５に進み、液体が搭載されているのが上部タンク２５ａでない場合は、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５では、中央制御装置３１が、開閉制御装置３５を経由して下降バルブ２２を開放し、上部タンク２５ａから液体を下部タンク２５ｂに移動させる。そして、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ１６では、中央制御装置３１が、開閉制御装置３５を経由してポンプ２３を作動させるとともに上昇用バルブ２４を開放し、下部タンク２５ｂから液体を上部タンク２５ａに移動させる。そして、ステップＳ１１に戻る。

このようにして、上部タンク２５ａと下部タンク２５ｂの間で液体を移動させることによって、船体２１の重心の位置が移動するので、横揺れ周期が変化する。その結果、横揺れ周期と縦揺れ周期の比がパラメトリック横揺れ発生条件から外れるようになり、パラメトリック横揺れが的確に防止される。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を、図５と図６を用いて説明する。図５は、第３の実施形態に係るパラメトリック横揺れ防止装置の構成を示す説明図であり、図６は、その制御フローを示すフローチャートである。

図５において、５０がこの実施形態に係るパラメトリック横揺れ防止装置が備えている制御装置である。

制御装置５０は、中央制御装置５１と、横揺れ検知装置５２ａと縦揺れ検知装置５２ｂからなる動揺検知装置５２と、計測値や解析データ等を記憶する記憶装置５３と、操作画面や解析データを表示する表示装置５４と、必要に応じて警報を発する警報装置５６とを備えている。なお、ここでは、動揺検知装置５２を制御装置５０の内部に設置しているが、制御装置５０の外部に設置することでもよい。

そして、中央制御装置５１は、横揺れ検知装置５２ａと縦揺れ検知装置５２ｂから出力される時系列的な横揺れデータと縦揺れデータから横揺れ周期と縦揺れ周期等を算出する統計処理手段５１ａを有している。

次に、上記のように構成されたパラメトリック横揺れ防止装置を用いてパラメトリック横揺れを防止する方法を、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ２１では、中央制御装置５１に横揺れ検知装置５２ａからの横揺れデータが入力される。中央制御装置５１は、横揺れデータに基づいて船体の横揺れ周期を算出する。そして、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、中央制御装置５１に縦揺れ検知装置５２ｂからの縦揺れデータが入力される。中央制御装置５１は、縦揺れデータに基づいて船体の縦揺れ周期を算出する。そして、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、算出された横揺れ周期と縦揺れ周期の比が、予め設定したパラメトリック横揺れ発生条件（船体の縦揺れ周期の２倍が横揺れ周期の整数倍に近い数値となっている、すなわち、縦揺れ周期／横揺れ周期≒１／２、２／２、３／２、……）を満足しているか否かを判断する。より具体的には、例えば、（船体の縦揺れ周期の２倍）／（横揺れ周期）＝０．９Ｎ〜１．１Ｎ（ここで、Ｎ＝整数）となっているか否かを判断する。そして、満足している場合はステップＳ２４に進み、満足していない場合はステップＳ２１に戻る。

ステップＳ２４では、警報発生装置５６から操船装置（図示せず）又は操船者に対して、現在、パラメトリック横揺れ発生条件を満足しているので、船の進路変更又は速度変更等を行うようにとの警報・警告を発令する。そして、ステップＳ２１に戻る。

この警報・警告の発令によって、操船装置又は操船者が船の進路変更又は速度変更等を行うと、船体と波との相対位置関係が変化し、縦揺れ周期又は／及び横揺れ周期が変化する。その結果、横揺れ周期と縦揺れ周期の比がパラメトリック横揺れ発生条件から外れるようになり、パラメトリック横揺れが的確に防止される。

本発明の第１の実施形態を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態におけるフローチャートである。 本発明の第２の実施形態を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態におけるフローチャートである。 本発明の第３の実施形態を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態におけるフローチャートである。

符号の説明

１ 船体
２ 排出用バルブ
３ ボンプ
４ 注入用バルブ
５ タンク
１０ 制御装置
１１ 中央制御装置
１１ａ 統計処理手段
１２ 動揺検知装置
１２ａ 横揺れ検知装置
１２ｂ 縦揺れ検知装置
１３ 記憶装置
１４ 表示装置
１５ 開閉制御装置
１６ 警報装置
２１ 船体
２２ 下降用バルブ
２３ ボンプ
２４ 上昇用バルブ
２５ａ 上部タンク
２５ｂ 下部タンク
３０ 制御装置
３１ 中央制御装置
３１ａ 統計処理手段
３２ 動揺検知装置
３２ａ 横揺れ検知装置
３２ｂ 縦揺れ検知装置
３３ 記憶装置
３４ 表示装置
３５ 開閉制御装置
３６ 警報装置
５０ 制御装置
５１ 中央制御装置
５１ａ 統計処理手段
５２ 動揺検知装置
５２ａ 横揺れ検知装置
５２ｂ 縦揺れ検知装置
５３ 記憶装置
５４ 表示装置
５６ 警報装置

Claims (4)

1. 船舶に設置した液体を積載可能なタンクと、船舶の横揺れ及び縦揺れを検知する動揺検知装置と、該動揺検知装置からの情報に基づいて、船舶の横揺れ周期と縦揺れ周期を求め、横揺れ周期と縦揺れ周期の比が予め設定してあるパラメトリック横揺れ発生条件と合致した場合、前記タンクから液体を船外に排出するか又は前記タンクに船外から液体を注入するように制御する制御装置とを備えていることを特徴とするパラメトリック横揺れ防止装置。
2. 船舶の上部と下部にそれぞれ設置した液体を積載可能な２個のタンクと、船舶の横揺れ及び縦揺れを検知する動揺検知装置と、該動揺検知装置からの情報に基づいて、船舶の横揺れ周期と縦揺れ周期を求め、横揺れ周期と縦揺れ周期の比が予め設定してあるパラメトリック横揺れ発生条件と合致した場合、前記タンクの内の一方のタンクから他方のタンクに向けて搭載している液体を移動させるように制御する制御装置とを備えていることを特徴とするパラメトリック横揺れ防止装置。
3. 船舶の横揺れ及び縦揺れを検知する動揺検知装置と、該動揺検知装置からの情報に基づいて、船舶の横揺れ周期と縦揺れ周期を求め、横揺れ周期と縦揺れ周期の比が予め設定してあるパラメトリック横揺れ発生条件と合致した場合、船舶の進路変更又は速度変更するように指示する制御装置とを備えていることを特徴とするパラメトリック横揺れ防止装置。
4. 予め設定してあるパラメトリック横揺れ発生条件は、縦揺れ周期の２倍が横揺れ周期の整数倍に近い数値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパラメトリック横揺れ防止装置。

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