JP4850333B2 - 砕氷船及び船型改良法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くは砕氷船に関し、特に砕氷船の船型に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の砕氷船は砕氷能力が最優先に考えられているため、従来の砕氷船の船型の特徴としては、氷に乗り上げ易くするために、図２に示すように、船首が著しく前方へ傾斜している。図２において船首部と喫水線との交点をＦＰと称し、ＦＰから船尾方向に向かって船の長さを等分した位置をＳＳ９，ＳＳ８，ＳＳ７，ＳＳ６，ＳＳ５と称して表わす。ＳＳ５は船体中央である。
【０００３】
図３は船体の幅方向横断面の船型を半幅のフレームラインとして表わした図であり、ＦＰからＳＳ５の位置までのフレームラインを示している。破線で示したＡ断面はＳＳ８の位置、Ｂ断面はＳＳ９の位置のフレームラインを示している。砕氷船の船首は図３のＦＰからＳＳ９のフレームラインで示すようにＶ型船首船型をしており、氷を割り易くしている。さらに氷盤を割って作成した啓開航路を確保するために横幅が大きく、船長と船幅の比（船長／船幅）が小さい、すなわち排水量の割には船長が短い。また平水中を航行する船舶において造波抵抗を低減する効果のある球状船首は砕氷時に障害となるので装備していない。したがって、これらの要因が、砕氷船の平水中での造波抵抗を増大させ、通常船型の船舶に比べて同一馬力での航海速力が低下する。図４は砕氷船と一般商船（ＬＮＧ船、ばら積み船）との航海速力における抵抗成分を比較して示したもので、砕氷船の造波抵抗成分は全抵抗の約半分強を占めており、ＬＮＧ船やばら積み船に比べて大きな割合となっていることが判る。また、抵抗値としても、砕氷船の造波抵抗の大きさは一般商船に比べて大きいことが判明している。このような砕氷船について、造波抵抗が軽減できれば、全体としての抵抗は大幅に減少し、平水中の航海速力が向上することが期待される。
【０００４】
従来、船舶の造波抵抗を軽減する方法としては、設計時には最も簡単な方法として長さと幅の比（長さ／幅の値）を大きくするとか、船長、船幅などの要目が定まっている場合には、図５に示す排水量の船長方向分布を各断面における横切り面積を船体中央部の横切り面積で除して無次元化して表すＣP曲線（図６）を最適化するとか、図７に示す喫水線深さの水平方向断面形状において船幅を減らすとか、図８に示すフレームラインと垂直線とのなす角であるフレアー角をできるだけ０度に近づける（フレームラインを立たせ、垂直に近づける）等の様々な工夫がなされる。これまで、膨大な数の模型試験が実施され、或る船速での造波抵抗を極小とするＣP曲線の形状が明らかにされている。これらの工夫の根底に流れているのは、造波抵抗理論が教える、船の長手方向についてはＣP曲線を最適化すれば造波抵抗が極小になること、深さ方向については、水面に撹乱を起こす源を水面下深く沈めれば沈めるほど生ずる波は指数関数的に減少するから、喫水線以下の船の体積である排水量をなるべく下に集めると造波抵抗は小さくなるという理論に基づくものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示すような砕氷船の船型に、これらの手法をそのまま適用すると、船幅が小さくなって啓開航路が確保できないこと、船幅が小さくなると排水量が減って氷盤に衝突する場合の慣性力が小さくなり砕氷能力が低下すること、フレアー角が小さくなると砕氷抵抗が増大すること等の弊害が生じる。したがって、従来用いられている方法で造波抵抗を軽減できても、砕氷船としての能力が劣化してしまえば、本来の砕氷船として成り立たなくなる。そこで、本発明は、これらの課題を解決し、造波抵抗が少なく、なおかつ砕氷能力を確保できる船型を有する砕氷船そしてその改良法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的は、船幅が船底に向け連続して次第に狭くなっている砕氷船において、氷盤の厚さと船体の運動による氷盤への船体の乗り上げ高さとの和をdiceとし、平水中の航行時の喫水線から深さdiceまでの範囲のフレームライン上の最小フレアー角をβMINとし、ｄice以下船底までの中間部に形成されたフレームライン上の最小フレアー角をθMINとするとき、船体の船首先端から船体中央までの範囲または該範囲の一部分にわたり、βMIN＞θMINを満足するようにフレームラインが形成されていることにより達成される。氷盤の厚さと船体の運動による氷盤への船体の乗り上げ高さは砕氷船を設計する際に、砕氷航行条件として設定するものである。
【０００７】
かかる本発明によると、砕氷船の平水中の造波抵抗を軽減しかつ砕氷性能を確保できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面の図１にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
図１中には、図３で示したＡ断面（ＳＳ８）とＢ断面（ＳＳ９）における従来の典型的な砕氷船のフレームラインを破線で、本発明のフレームラインを実線で示している。本発明におけるＡ断面（ＳＳ８）のフレームラインについての特徴を述べる。
【００１０】
先ず、砕氷性能を確保するために、氷盤が接触する喫水線から深さｄiceの範囲は従来の砕氷船と同等の傾斜したフレームライン形状とする。
【００１１】
次に、喫水線深さの船幅ＢAを従来の砕氷船における値ＢOよりも小さく取る。これは造波抵抗の軽減に寄与する。船幅の縮少寸法は、図７に示されるように、船体の中央部及び船首先端部（ＦＰ）では０とし、その中間は造波理論による造波抵抗が極小になるように定める。すなわち、船幅の縮少寸法を最適化するには、喫水線深さの船幅曲線（横軸を船長方向、縦軸を各船長方向位置での船幅を船体中央部の船幅で除して無次元化したものとした曲）の形状を最適化したＣP曲線の形状と同一かもしくは近いものになるようにする。
【００１２】
造波抵抗を極小にする最適なＣP曲線はその一例が「丸尾孟；薄い船の理論による船型設計、日本造船学会、船型設計のための抵抗・推進理論シンポジウム、昭和５４年７月」に示されており、他にも造波抵抗の推定方法により最適化する手法がある。
【００１３】
このようにすると、船体中央部での船幅は、従来の砕氷船型とくらべて減少しないので、啓開航路幅を確保できる。その際、船幅の縮少寸法を過度に大きくとると甲板の面積が確保できなくなって船として成り立たなくなるので実用上問題が無いように縮少寸法を考慮する。
【００１４】
次に、図１の実線で示すように、従来の砕氷船のフレームラインにクロスするようなフレームラインを作成する。このとき、従来砕氷船にくらべて減少した面積Ｓ1＝従来砕氷船にくらべて増加した面積Ｓ2となるようにしておけば、喫水線下の船の横断面の面積は変わらず、排水量は従来の船体を変わらないので、船の排水量に影響を及ぼすことなく船型を形成することが可能となる。また、或る船長方向の断面で厳密に面積Ｓ1＝面積Ｓ2となっていなくても、他の断面でこれを相殺できていれば問題無い。
【００１５】
この手法をフレアー角を用いて述べると、喫水線から深さｄiceまでの最小フレアー角をβMINとして、喫水線から深さｄice以下船底までの範囲における最小フレアー角をθMINとするとき、砕氷船の船首先端から船体中央までの範囲または該範囲の一部分にわたり、βMIN＞θMINを満足するようにフレームラインを形成するということになる。
【００１６】
このようにフレームラインを形成することによって、喫水線付近に存在した面積Ｓ1に基づく排水量を水深が深い位置の面積Ｓ2に移動したことになり、水面に撹乱を起こす源が水面下深くなって、生ずる波は指数関数的に減少するので造波抵抗が減少する。
【００１７】
このような手法を他の断面のフレームラインにも施して船型を形成することによって、造波抵抗を低減しつつ砕氷性能を確保できる船型とすることが可能となる。
【００１８】
また本発明では船首から船体中央までの範囲のフレームラインを最適化することにより造波抵抗を低減することを可能としたが、船尾形状を最適化することにより、さらに造波抵抗を低減することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、以上のように、船幅が船底に向け連続して次第に狭くなっている砕氷船において、船体の船首先端から船体中央までの範囲または該範囲の一部にわたり、ｄice以下船底までの中間部にθMINを形成し、βMIN＞θMINを満足するようにフレームラインを形成することとしたので、造波抵抗が大きかった従来の砕氷船の船型を、低造波型の砕氷船型とすることが出来、砕氷能力を維持したまま平水中の航海速力を大幅に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の船型を示す図である。
【図２】砕氷船の船首を示す図である。
【図３】従来の砕氷船の船型を示す図である。
【図４】主な船舶抵抗成分の割合を示す図である。
【図５】船長方向の排水量分布を示す図である。
【図６】ＣP曲線の一例を示す図である。
【図７】喫水線深さの水平断面形状を示す図である。
【図８】フレアー角を示す図である。
【符号の説明】
ｄice 氷盤の厚さと船体の運動による乗り上げ高さの和
βMIN 喫水線から深さｄiceまでの範囲の最小フレアー角
θMIN ｄice以下船底までの範囲のフレームライン上の最小フレアー角

Claims (2)

  1. 船幅が船底に向け連続して次第に狭くなっている砕氷船において、氷盤の厚さと船体の運動による氷盤への船体の乗り上げ高さとの和をdiceとし、平水中の航行時の喫水線から深さdiceまでの範囲のフレームライン上の最小フレアー角をβMINとし、ｄice以下船底までの中間部に形成されたフレームライン上の最小フレアー角をθMINとするとき、船体の船首先端から船体中央までの範囲または該範囲の一部分にわたり、βMIN＞θMINを満足するようにフレームラインが形成されている船型を有していることを特徴とする砕氷船。
  2. 船幅が船底に向け連続して次第に狭くなっている砕氷船において、氷盤の厚さと船体の運動による氷盤への船体の乗り上げ高さとの和をdiceとし、平水中の航行時の喫水線から深さdiceまでの範囲のフレームライン上の最小フレアー角をβMINとし、ｄice以下船底までの中間部に形成されたフレームライン上の最小フレアー角をθMINとするとき、船体の船首先端から船体中央までの範囲または該範囲の一部分にわたり、βMIN＞θMINを満足するようにフレームラインを決定することを特徴とする砕氷船の船型改良法。
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