JP4565125B2

JP4565125B2 - 浮体構造物

Info

Publication number: JP4565125B2
Application number: JP2003362843A
Authority: JP
Inventors: 裕寺尾
Original assignee: Tokai University Educational Systems
Current assignee: Tokai University Educational Systems
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2023-10-23
Also published as: JP2005125910A

Description

本発明は、例えば、海洋などに浮かべられた浮体構造物に関するものである。

従来より、波のエネルギーを船体の推進力に変換する波浪推進船が提案されている（例えば、特許文献１）。この波浪推進船は、図３に示すように、船体１０の先端に、波力を推進力に変換する水中翼２０が設けられている。この水中翼２０は、図４に示すように、水中翼２０の上面と下面とに生じる流体速度の差によって揚力Ｆｌが発生する。この揚力Ｆｌの水平成分が波の進行方向Ｄｗと対向する推進力Ｆｔとなる。また、波力を受けて水中翼２０を揺動させることにより、さらに推進力Ｆｔを増やすことができる。従って、図３に示す波浪推進船は、向波状態で船速低下を引き起こさないばかりでなく、推進力Ｆｔを得て波浪中での速度の増加も可能となる。また、上述した水中翼は波浪中の船の揺れを減衰させ、波浪中の推進抵抗増加をくい止めるという効果もある。

ところで、上述した海洋などに浮かべられた浮体構造物は、波より波漂流力を受け、波と共に流されてしまう。このため、海上に定点係留する必要がある。従来から定点係留する方式としては、アンカーと係留索による方式か、ダイナミックポジショニングシステム（ＤＰＳ）を用いた方式が考えられている。しかしながら、アンカーと係留索による方式では、係留索に大きな力が働いてしまい、係留の信頼性が低い。また、水深が深い場所には適していないという問題がある。また、ＤＰＳを用いた方式では、浮体構造物の位置を検出し、定点からずれた分だけエネルギーを投入し、漂流を防止する必要があるため、コスト的に問題がある。

そこで、例えば、この浮体構造物に上述した水中翼を設けて、水中翼により波漂流力を打ち消す推進力を発生して、定点係留することが考えられる。しかしながら、単に浮体構造物に上述した水中翼を設けただけでは、波の進行方向によっては、波漂流力を打ち消す推進力が発生するどころか、波漂流力を増す方向に推進力が発生してしまう場合もあり、確実に定点係留することができなかった。
特開２００２−２２００８２号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、確実に定点係留を行うことができる浮体構造物を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、後縁部が前縁部よりも尖った翼形状に設けられた波力を推進力に変換する水中翼の機能を備えた浮体構造物であって、前記水中翼は、一対設けられ、前記一対の水中翼は、水平方向に互いに間隔を空けて並べて固定され、前記一対の水中翼の一方は、当該後縁部が前記一対の水中翼の他方に向けて配置され、前記一対の水中翼の他方は、当該後縁部が前記一対の水中翼の一方に向けて配置されていることを特徴とする浮体構造物に存する。

請求項１記載の発明によれば、この水中翼部分には、波力によって先端部から付根に向かう方向の推進力が発生する。従って、一対の水中翼を水平方向に並べて固定し、一対の水中翼の一方の後縁部を一対の水中翼の他方に向けて配置し、一対の水中翼の他方の後縁部を一対の水中翼の一方に向けて配置することにより、一方の水中翼から他方の水中翼に向かう波が発生すると、一方の水中翼には波漂流力を打ち消す方向の推進力が発生する。これに対して、他方の水中翼には波漂流力と同一方向の推進力が発生するが、波力のほとんどが波の進行方向上流側にある一方の水中翼によって吸収されてしまうため、他方の水中翼に到達する波力は小さく、発生する推進力も小さい。このため、波の進行方向上流側の水中翼による推進力発生性能が下流側の水中翼に比べて高くなるため、波が進行方向によらず、全体として波漂流力を打ち消す推進力を得ることができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の浮体構造物であって、前記一対の水中翼は、柔らかく変形する部材で構成されかつ互いに近づくのに従って徐々に上方に向かうように前記水平方向に対して傾斜したヒレを備えていることを特徴とする浮体構造物に存する。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の浮体構造物であって、前記水中翼は、前記ヒレの一端が固定された柱状の浮体をさらに備えていることを特徴とする浮体構造物に存する。

請求項３記載の発明によれば、水中翼が、ヒレの一端が固定された柱状の浮体をさらに備えている。以上のように、浮体とヒレとにより、全体として翼形状の水中翼と同様の性能を持たせることができる。しかも、水中翼とは別に浮体を設ける必要がない。また、浮体を翼形状にして水中翼とする場合に比べて、同一の構造部材重量を使用しても大きな浮力を取ることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の浮体構造物であって、前記水中翼は、前記波力の大きさに対する前記推進力の大きさを調整することができることを特徴とする浮体構造物に存する。

請求項４記載の発明によれば、水中翼は、波力の大きさに対する推進力の大きさを調整することができる。従って、波漂流力より推進力が大きくなって波に向かって推進してしまうことを防止することができる。

請求項１記載の発明によれば、波の進行方向上流側の水中翼による推進力発生性能が下流側の水中翼に比べて高くなるため、波の進行方向によらず、全体として波漂流力を打ち消す推進力を得ることができるので、確実に定点係留を行うことができる浮体構造物を得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、浮体とヒレとにより、全体として翼形状の水中翼と同様の性能を持たせることができる。しかも、水中翼とは別に浮体を設ける必要がない。また、浮体を翼形状にして水中翼とする場合に比べて、大きな浮力を取ることができるので、コストダウンを図った浮体構造物を得ることができる。

請求項３記載の発明によれば、波漂流力より推進力が大きくなって波に向かって推進してしまうことを防止することができるので、より一層確実に定点係留を行うことができる浮体構造物を得ることができる。

以下、本発明について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の浮体構造物の一実施の形態を示す斜示図である。同図に示すように、浮体構造物１００は、水面に浮かぶ略円柱状の一対の浮体１０１ａ、１０１ｂと、浮体１０１ａ、１０１ｂによって支持されるデッキ１０２と、デッキ１０２と浮体１０１との間に設けられたストラット１０３とを備えている。上記一対の浮体１０１ａ、１０１ｂには、各々円柱形状の長手方向に沿ってヒレ１０４ａ、１０４ｂが設けられておいる。この一対のヒレ１０４ａ及び１０４ｂは、その先端部Ｐが互いに対向するように配置されている。なお、上述したヒレ１０４ａ及び１０４ｂは、柔らかく変形する部材から構成され、波の力を受けて揺動するようになっている。

上述した構成の浮体構造物の動作について以下説明する。今、ヒレ１０４ａからヒレ１０４ｂに向かって波が進んでいるとする。波の進行方向Ｄｗ上流側にあるヒレ１０４ａは、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、波力によって上下方向に揺動する。図２（ａ）に示すようにヒレ１０４ａが上方に揺動した場合、一点鎖線で示す翼形状と同様の性能を持つことになり、ヒレ１０４ａには、揚力Ｆｌが発生する。

この水平成分が推進力Ｆｔ１となる。一方、図２（ｂ）に示すように、ヒレ１０４ａが下方に揺動した場合も、ヒレ１０４ａには揚力Ｆｌが生じる。この水平成分が推進力Ｆｔ１となる。また、ヒレ１０４ａが揺動して、水を先端部Ｐに向かって押すことによって波漂流力Ｆｗを打ち消す推進力Ｆｔ１が発生する。

一方、進行方向Ｄｗ下流側にあるヒレ１０４ｂには、波力によって、ヒレ１０４ａと同様に先端部Ｐから付け根に向かう推進力Ｆｔ２が発生する（図１参照）。これは波漂流力Ｆｗと同一方向の力である。しかしながら、波力のほとんどが進行方向Ｄｗ上流側にあるヒレ１０４ａによって吸収されてしまうため、下流側にあるヒレ１０４ｂに到達する波力は小さく、発生する推進力Ｆｔ２も小さい。このため、波の進行方向Ｄｗ上流側のヒレ１０４ａによる推進力発生性能がヒレ１０４ｂに比べて高くなり、全体としては波漂流力Ｆｗを打ち消す推進力を発生することができる。

また、波の進行方向が逆にヒレ１０４ｂからヒレ１０４ａになった場合は、ヒレ１０４ｂによる推進力発生性能がヒレ１０４ａに比べて高くなり、この場合も全体としては波漂流力Ｆｗを打ち消す推進力を発生することができる。従って、波の進行方向によらずに、確実に定点係留することができる。以上のことから明らかなように、浮体１０１ａ、ヒレ１０４ａ及び浮体１０１ｂ、ヒレ１０４ｂが各々請求項中の水中翼を構成している。

また、円柱状の浮体１０１ａ及び１０１ｂに、柔らかく変形する部材で形成したヒレ１０４ａ、１０４ｂを設けることにより、浮体１０１ａ、１０１ｂを翼形状にしなくても、翼形状と同様の性能を得ることができる。これにより、翼形状の浮体１０１ａ、１０１ｂを設けた場合に比べて大きな浮力を得ることができ、建造コストを押さえ、安価で信頼性の向上を図ることができる。また、水中翼として働く浮体１０１ａ、１０１ｂ及びヒレ１０４ａ、１０４ｂとは別に浮体を設ける必要もなく、この点でもコストダウンを図ることができる。

また、上述したヒレ１０４ａ及び１０４ｂは、波力の大きさに対する推進力Ｆｔ１、Ｆｔ２の大きさを調整することができる。調整できるようにすることにより、波漂流力Ｆｗに応じて推進力Ｆｔ１、Ｆｔ２を調整することができ、波漂流力Ｆｗを打ち消す推進力が大きくなりすぎて、浮体構造物１００が波に向かって推進してしまうことを防止することができる。また、推進力の大きさを調整する方法としては、例えば、ヒレ１０４ａ、１０４ｂの長さや横幅を自在に変えることができる構造にすることなどが考えられる。

なお、上述した実施例では、円柱状の浮体１０１ａ、１０１ｂに柔らかく変形する部材で形成したヒレ１０４ａ、１０４ｂを用いて翼性能を持たせていた。しかしながら、上述した従来と同様に翼形状で、かつ、剛性の高い一対の水中翼を設け、互いの先端部を対向するように配置することも考えられる。しかしながら、この場合、水中翼での浮力が大きく取れない。このため、水中翼を大きくしたり、別に浮体を設ける必要があり、建造コストが高くなってしまう。このため、上述した実施形態で示すように、円柱状の浮体１０１ａ、１０１ｂに柔らかく変形する部材で形成したヒレ１０４ａ、１０４ｂを用いた方がよい。

また、上述した実施形態では、浮体１０１ａ、１０１ｂとして、円柱状のものを用いていたが、柱状のものであればなんでもよく、例えば、角を丸くした四角柱状のものであってもよい。

本発明の浮体構造物の一実施の形態を示す斜示図である。水中翼として働く、浮体１０１ａとヒレ１０４ａとに作用する力を説明するための図である。従来の波浪推進船の一例を示す図である。図３に示す水中翼２０に働く力を説明するための図である。

符号の説明

１００浮体構造物
１０１ａ、１０１ｂ浮体（水中翼）
１０４ａ、１０４ｂヒレ（水中翼）

Claims

後縁部が前縁部よりも尖った翼形状に設けられた波力を推進力に変換する水中翼の機能を備えた浮体構造物であって、
前記水中翼は、一対設けられ、
前記一対の水中翼は、水平方向に互いに間隔を空けて並べて固定され、
前記一対の水中翼の一方は、当該後縁部が前記一対の水中翼の他方に向けて配置され、
前記一対の水中翼の他方は、当該後縁部が前記一対の水中翼の一方に向けて配置されている
ことを特徴とする浮体構造物。
請求項１記載の浮体構造物であって、
前記一対の水中翼は、柔らかく変形する部材で構成されかつ互いに近づくのに従って徐々に上方に向かうように前記水平方向に対して傾斜したヒレを備えている
ことを特徴とする浮体構造物。
請求項２記載の浮体構造物であって、
前記水中翼は、前記ヒレの一端が固定された柱状の浮体をさらに備えていることを特徴とする浮体構造物。
請求項１、２又は３記載の浮体構造物であって、
前記水中翼は、前記波力の大きさに対する前記推進力の大きさを調整することができることを特徴とする浮体構造物。