JP4278658B2

JP4278658B2 - 船尾水流誘導板

Info

Publication number: JP4278658B2
Application number: JP2006034155A
Authority: JP
Inventors: 知宏龍
Original assignee: Shin Kurushima Dockyard Co Ltd
Current assignee: Shin Kurushima Dockyard Co Ltd
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: JP2007210522A

Description

本発明は、航行時における船尾に生ずる波の粘性抵抗を低減する船尾水流誘導板に関するものである。

航行中の船舶は、水面と船体とによって粘性抵抗を受けることが知られている。この船舶が航行するときに、船尾に生ずる波の作用について、図５および図６を基に説明する。ここで、図５は、船舶の船尾部の側面図であり、図６は、船舶の船尾部の船底見上げ図である。

船舶の長さの単位である垂線間長（ＬＰＰ）は、後部垂線（ＡＰ）と前部垂線（ＦＰ）の距離を指すが、この垂線間長を１０等分して、後部垂線から順に番号をつけたものを縦座標（Ｏｒｄｉｎａｔｅ）といい、最初の区切りを１／１０ＬＰＰという。図５および図６は、この１／１０ＬＰＰのさらにその部分を表した図であり、図５における１／２の線は、１／１０ＬＰＰの１／２を示す線であり、１／４の線は、１／１０ＬＰＰの１／４を示す線である。すなわち、図５における１／４の線は、垂線間長の１／４０を示す線（以下、「１／４０ＬＰＰ」という。）である。

図５に示すように、実線で表す船舶１０の停船中における水線３２は、船舶１０の航行時においては、点線で表す水線３６のように、１／４０ＬＰＰの位置よりも船首側（図５の右側）では、水面は下に凸となり、１／４０ＬＰＰの位置よりも船尾側（図５の左側）では、水面は上に凸となるような正弦波に近いカーブを描く。すなわち、１／４０ＬＰＰ近傍の位置で水線３６の描くカーブはその向きが逆になる。したがって、水線３２と水線３６は略１／４０ＬＰＰの位置で一致する。このとき、船尾船底１２は、図６の点線で表される水線３６で囲まれたドットで陰影をつけた部分が水面下にあって、陰影をつけた部分の面積に水面の単位面積当たりの粘性力を乗じたものが水面と船体との粘性抵抗として船舶１０の航行に作用することになる。
なお、「水線」とは、船腹と水面の交差する線をいい、停船中における水線は直線（水平線）であり、航行中における水線とは、船舶が引起す波の表面が船腹に描く曲線をいう。

船尾に生ずる水の粘性抵抗を軽減させる発明として、特開２００３−２５２２８３号公報に開示のものがある。この特開２００３−２５２２８３号公報に開示された発明は、「設計製作が容易で、かつ、船体への取り付けも容易であり、更に、船尾整流フィン近傍の浸水面積を少なくし、推進性能の向上などが計れる船尾整流フィンを有する船舶を提供する」ことを目的として、「船尾部に設けられているプロペラより船首側の位置からラダー近傍までの船体表面に船尾整流フィンを設けた、前記船尾整流フィンの下面を、外下がりのほぼ円弧状に形成し、且つ、前記船尾整流フィンの上面を、ほぼ鉛直に形成する」ことにより、前記の目的を達成せんとしたものである。しかし、この技術は、プロペラに流入する流れ場を、できるだけ均一な流れ場にすることにより、船尾の水中に生ずる粘性抵抗が軽減することを前提としていて、航行中の船舶による波の粘性抵抗を対象とするものではない。

航行中の船舶による波が砕波を起こすときの砕波抵抗も、前述した水面と船体との粘性抵抗の一つであるが、この砕波抵抗の増加を低減することを目的とした発明が、特開２００１−２４７０７５号公報に開示されている。
この特開２００１−２４７０７５号公報に開示された発明は、「船舶が航行するとき発生するスプレー波の発生を防止する装置を得ることを目的と」していて、「船首から左右舷に沿って船体の前方部に、予測される船舶の航走中の喫水面付近にスプレー波防止フィンを設けた。船体外板に格納室を形成し、該格納室にスプレー波防止フィンを可動式に取付け、使用する時には水平に張り出して使用し、不使用時には格納室に格納するようにした。スプレー波防止フィンを分割体として張り出し、格納操作を簡便におこなえるように」することにより、その目的を達成したものである。
特開２００３−２５２２８３号公報特開２００１−２４７０７５号公報

しかしながら、特開２００１−２４７０７５号公報に開示された発明は、船首に発生するスプレー波の発生を防止することとしていて、このスプレー波は船首に生ずる特有の波であり、形状が異なることもあって船尾に生ずる波にはそのまま適用することができず、また張り出し形の防止フィンは、その構造も複雑である。

そこで、本発明は、船尾に生ずる波による船体と水面との粘性抵抗を低減させて船舶の推進効率の向上を計るとともに、装置も簡単でメンテナンスも不要な船尾水流誘導板を提供することを目的とする。

本願出願人は、バトックフローのきつい自動車運搬船や、コンテナ船等の痩せ型船における１／４０ＬＰＰ近傍では、停船中における水面と航行中における水面が略一致する、という知見を得た。本発明は、この知見に基づくものである。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る船尾水流誘導板は、バトックフローのきつい自動車運搬船や、コンテナ船等の痩せ型船において、垂線間長（ＬＰＰ）の船尾側略１／４０の位置における船尾船底と停船時における水線との交わる点（Ｐ_１）とし、水流誘導板を取り付けた船舶の航行時における水線より船尾端部（ＡＥ）の近傍で、前記船舶中心線に対する離間距離は、それぞれ平面視においてプロペラの直径（Ｄ）の略１／４位置にある点を（Ｐ _２）とし、前記Ｐ _１からＰ _２への左右両舷の船底線（Ｐ_１−Ｐ_２）に沿って、楔形の断面を有する一対の水流誘導板が該楔形の先鋭部を前記船舶中心線に向けて固着された、ことを特徴とする。
また、本願請求項２に係る船尾水流誘導板は、請求項１に記載の船尾水流誘導板であって、前記水流誘導板は、楔形断面の先鋭部の角度が略１５°であり、船底に固着される面の幅が船幅（Ｂ）の略１／３０〜１／４０である、ことを特徴としている。
そして、本願請求項３に係る船尾水流誘導板は、請求項１または請求項２に記載の船尾水流誘導板であって、前記点（Ｐ_１）は貨物を満載したときの停船時における水線との交点である、ことを特徴としている。

本願請求項１に係る発明によれば、点（Ｐ_１）と点（Ｐ_２）とを結んだ左右両舷の船底線（Ｐ_１−Ｐ_２）に沿って、楔形の断面を有する水流誘導板を固着している。要するに、船底線（Ｐ_１−Ｐ_２）に沿って楔形断面の帯板を船底に溶着するだけであるので、構成がきわめて簡単であって、メンテナンスフリーであり、新造船のみならず既存の船舶にも簡単に取り付けられる。

また、本願請求項２に係る発明によれば、点（Ｐ_２）の船舶中心線に対する離間距離を、それぞれ平面視においてプロペラの直径（Ｄ）の略１／４としている。すなわち、点（Ｐ_２）は船舶の進行方向に平行する船舶中心線（以下、「船舶中心線」という。）に対して対称の位置にあって、相互の離間距離は略１／２×Ｄである。この距離は水槽実験により定めたものであり、船尾波の低減効果が最も高くなる距離である。なお、実験の結果については後述する。

そして、本願請求項３に係る発明によれば、水流誘導板の楔形断面の先鋭部の角度を略１５°とし、船底に固着される面の幅を船幅（Ｂ）の略１／３０〜１／４０としている。この数値も水槽実験により定めたものである。

さらに、本願請求項４に係る発明によれば、点（Ｐ_１）を、貨物を満載したときの停船時における水線との交点であることとしている。本発明の船尾水流誘導板が最大の効果を奏するためには、船尾波の水線の位置と点（Ｐ_１）の位置が一致する必要があるが、船尾波の水線の位置は貨物の積載量により変化するため、貨物の満載時を基準として点（Ｐ_１）の位置を定め、常にその基準となるようにバラスト水を調整することとすれば、常に本発明の船尾水流誘導板は最大の効果を奏することとなる。

以下、本願発明を実施するための最良の形態に係る実施例について、図１ないし図４に基づいて説明する。なお、図１は、実施例に係る船尾水流誘導板を取付けた船尾部の側面図、図２は、実施例に係る船尾水流誘導板を取付けた船尾部の船底見上げ図、図３は、実施例に係る船尾水流誘導板を取付けた船舶の船尾正面図、図４は、実施例に係る船尾水流誘導板の水槽実験結果のフルード数−抵抗値グラフである。

図１ないし図３において、符号１０は船舶、符号１２は船尾船底、符号１４はプロペラ、符号１６は舵、符号２０は実施例に係る水流誘導板、符号２２は点（Ｐ_１）、符号２４は点（Ｐ_２）、符号２６は船舶中心線、符号３２は停船時における水線、符号３４は実施例に係る水流誘導板を取付けた船舶の航行時における水線、である。なお、図５および図６と同一の要素については、同一の符号を付している。また、図１、図２、図５および図６における「１／４」の線を「１／４ライン」、後部垂線（ＡＰ）を示す線を「ＡＰライン」、船尾端部（ＡＥ）を示す線を「ＡＥライン」、と呼ぶこととする。

船舶１０は、自動車運搬船やコンテナ船のように、船尾部がオーバーハングしたバトックフローを有する船舶であり、停船中は船尾船底１２の一部が水面上に位置している。

そして、船舶１０に具設される船尾水流誘導板は、船尾船底１２に溶着された一対の水流誘導板２０、２０から構成されている。
水流誘導板２０は、断面が楔形の鋼製の帯板であり、船尾船底１２上の点（Ｐ_１）２２と点（Ｐ_２）２４とを直線的に結んだ線に沿って、かつ、楔形の先鋭部を船舶中心線２６に向けて、船尾船底１２に密着して溶着されていて、一対の水流誘導板２０、２０は船舶中心線２６に対して対象の位置にある。そして、前述したように、この水流誘導板２０はその断面を楔形としているが、実施例における楔形は、先鋭部の角度を１５°、船尾船底１２に溶着される面を船幅（Ｂ）の１／３０〜１／４０とし、船尾船底１２に溶着される面の先鋭部の角に相対する角の角度を略９０°とした直角三角形状を呈している。

船尾船底１２上の点（Ｐ_１）２２は、船舶１０に貨物を満載したときの停船時における水線と略１／４０ＬＰＰの位置（１／４ライン）との交わる点であって、プロペラ１４の上部近傍に位置している。また、船尾船底１２上の点（Ｐ_２）２４は、ＡＰライン近傍の船舶中心線２６からプロペラの直径（Ｄ）の略１／４離れた距離に位置している。そして、一対の水流誘導板２０、２０は、平面視において、ＡＥラインに近づくにつれて相互の距離が狭まる「ハ」の字状を呈している。

つぎに、船舶１０に具設される船尾水流誘導板の作用について説明する。なお、ここでは、船尾水流誘導板が具設された船舶１０を、単に「船舶１０」といい、船尾水流誘導板が具設されていない船舶１０を、「従来の船舶１０」ということとする。

貨物を満載した船舶１０の停船中における水線３２は、従来の船舶１０の水線３２と一致する。しかし、船舶１０の航行時においては、１／４ラインの位置よりも船首側（図１の右側）における水線３４は、従来の船舶１０の水線３６と同様に下に凸となって一致するが、１／４ラインの位置よりも船尾側（ＡＥライン側）では、水線３４は、水流誘導板２０により水流誘導板２０の下面に一致することとなって、従来の船舶１０の水線３６よりも下に位置することになる。

このときの状態を船尾船底１２側から見上げたのが、図２である。図２においてドットで陰影を付した部分が船尾船底１２の水没面を示していることは、従来の船舶１０の説明に使用した図６と同様である。図２のドットで陰影を付した部分と図６のドットで陰影を付した部分を比較すれば分かるように、船首から１／４ラインまでは、同一であるが、１／４ラインからＡＥラインまでは、図２では一対の水流誘導板２０、２０内となっていて、明らかに図６とは相違し、ドットで陰影を付した部分の面積が縮小している。そして、この１／４ラインからＡＥラインまでの面積の差が、従来の船舶１０の粘性抵抗と船舶１０の粘性抵抗の差となって現れることになる。

したがって、船舶１０に具設される船尾水流誘導板が、効率的に水面と船体との粘性抵抗を軽減するためには、１／４ラインからＡＥラインまでにおけるドットによる陰影を付した部分の面積をなるべく狭くする必要があるが、そのためには、
（１）点（Ｐ_１）２２の位置が、常に水線３４に一致すること（以下、「第１要件」という。）、
（２）点（Ｐ_２）２４の位置が、できるだけ船舶中心線２６に近いこと（以下、「第２要件」という。）、
が必要となる。

水線３２は船舶１０の貨物の積載量によって、上下に変動する。それにつれて水線３６も上下に変動することになるが、点（Ｐ_１）２２は固定されているため、水線３６の上下変動に伴って点（Ｐ_１）２２が連動することはできない。そこで、本発明においては、第１要件を満たすために、貨物を満載した船舶１０の水線３２を基準として、点（Ｐ_１）２２を定めることとしている。したがって、貨物が満載ではない場合は、バラスト水をバラストタンク内に注入することにより、水線３２の位置が貨物を満載したときと同じになるように調整することとしている。

第２要件については、たとえば、点（Ｐ_２）２４の位置を船舶中心線２６に一致させた場合には、水線３４は水流誘導板２０から船外側に食み出してしまい、船尾に生ずる波を誘導するという水流誘導板２０本来の役割を果たすことができない。本出願人の鋭意研究の結果、点（Ｐ_２）２４の位置はプロペラの直径（Ｄ）に関係し、船舶中心線２６に対して略１／４×Ｄの距離とする、ことが最適であることが判明した。
したがって、点（Ｐ_１）２２は、船舶１０の大きさ、形状、重量等による固有の値であり、点（Ｐ_２）２４は、プロペラ１４の直径に依拠する固有の値となる。

つぎに、船舶１０に具設される船尾水流誘導板の効果について、図４を基に説明する。
図４では、Ｘ軸を船舶のフルード数（Ｆｎ）とし、Ｙ軸を船舶の受ける抵抗値（剰余抵抗：ｒＲ）としている。そして、図４における実線は、水流誘導板２０を取付けていない船舶、破線は、水流誘導板２０を取付けた船舶を示している。

図４において、実線および破線は、ともにフルード数の増加に伴って抵抗値が増大しているが、これは、船舶速度の増加に伴う造波抵抗の増大によるものである。ところが、実線に対して破線は、船舶の低速域（フルード数の小さな域）では、やや破線が下回っている程度であるが、船舶の中速域以上では、フルード数の大小にはほとんど関係なく破線が一定の巾でもって下回っている。これは水流誘導板２０による効果であると考えられ、この巾は中速度で航行する船舶では、全抵抗値の略２％に相当する。
したがって、水流誘導板２０の効果は、中速度船以上の船舶で有効に発揮されることになる。

図１は、実施例に係る船尾水流誘導板を取付けた船尾部の側面図である。図２は、実施例に係る船尾水流誘導板を取付けた船尾部の船底見上げ図である。図３は、実施例に係る船尾水流誘導板を取付けた船舶の船尾正面図である。図４は、実施例に係る船尾水流誘導板の水槽実験結果のフルード数−抵抗値グラフである。図５は、従来の船舶の船尾部の側面図である。図６は、従来の船舶の船尾部の船底見上げ図である。

符号の説明

１０船舶
１２船尾船底
１４プロペラ
２０実施例に係る水流誘導板
２２点（Ｐ_１）
２４点（Ｐ_２）
３２停船時における水線
３４実施例に係る水流誘導板を取付けた船舶の航行時における水線

Claims

バトックフローのきつい自動車運搬船や、コンテナ船等の痩せ型船において、垂線間長（ＬＰＰ）の船尾側略１／４０の位置における船尾船底と停船時における水線との交わる点（Ｐ_１）とし、水流誘導板を取り付けた船舶の航行時における水線より船尾端部（ＡＥ）の近傍で、前記船舶中心線に対する離間距離は、それぞれ平面視においてプロペラの直径（Ｄ）の略１／４位置にある点を（Ｐ _２）とし、前記Ｐ _１からＰ _２への左右両舷の船底線（Ｐ_１−Ｐ_２）に沿って、楔形の断面を有する一対の水流誘導板が該楔形の先鋭部を前記船舶中心線に向けて固着された、ことを特徴とする船尾水流誘導板。
前記水流誘導板は、楔形断面の先鋭部の角度が略１５°であり、船底に固着される面の幅が船幅（Ｂ）の略１／３０〜１／４０である、ことを特徴とする請求項１に記載の船尾水流誘導板。
前記点（Ｐ_１）は貨物を満載したときの停船時における水線との交点である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の船尾水流誘導板。