JP5001992B2

JP5001992B2 - 船体形状

Info

Publication number: JP5001992B2
Application number: JP2009247391A
Authority: JP
Inventors: 博康山本
Original assignee: 博康山本
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011093366A

Description

本発明は、船体形状に関するものである。

今日の造船は、滑走型の高速艇、最新鋭の水中翼船、超高速フェリー、豪華客船、大量積載の巨大船等と、常にその技術は展開され進歩している。（例えば、非特許文献１及び２参照）

船舶の速力は、エンジンの高出力によっても、これに伴う高速力が造波抵抗・粘性摩擦抵抗・粘性圧力抵抗等の抗力によって高速航走が制限され航行効率が低下して、燃費が極端に悪くなる。

高速力を制限する主な原因は、英国のウィリアム・フルード（William Froude,1810〜1879）が考案したフルード数によっても分析されているが、更に今日に於ける船舶の高速航行時に伴う強い水圧によって、船体と接水面が張り付く為に強い抗力が働くことは、ベルヌーイ（Daniel Bernoulli,1700〜1782)の定理によっても理解出来る。

全長３２フィート・２５０馬力の半滑走型船で晴朗日の海上実験によると、２５〜３０ノットの速力で、造波抵抗・粘性圧力抵抗・粘性摩擦抵抗によって、船体と接水面が張り付く抗力の為に操船が不安定になった。物体が水中を高速で移動すると、高水圧によって造波抵抗・粘性圧力抵抗・粘性摩擦抵抗の張り付く抗力が強まることが考えられた。

高速回転する船舶のスクリューにおいても流体現象として発生するキャビテーションの気泡は、破損の要因として知られているが、高速航行時の粘性圧力抵抗・粘性摩擦抵抗を削減する手段として、この原理を応用する事を視野に入れる必然性はある。

船体の超高速を実現する手段として、高水圧による粘性圧力抵抗・粘性摩擦抵抗の張り付きの抗力を削減する為の略鋸ノ目の形状と、船体を軽くする為の船体の胴体翼として略湾曲面を主翼と尾翼として形成し、略円錐片流れの突起を設け、渦作用による水流で船体の推進力を向上させる。

特開平１７−４１４３５号公報

「運輸省（当時）１９８９年」テクノスーパーライナー（A型・B型）「JR九州高速船」ジェットフォイル水中翼船ビートル

そこでこの発明は、船舶の高速航行には、大量の消費燃料に強く依存しているものが多く、その省力化は温暖化対策としても重要な課題となっていて、高速航続航行と燃費の省力に適応する新たな船体の創出として、略鋸ノ目状の区切りの形状を設け、その形状による流体現象と発生するキャビテーションの気泡によって、高速による粘性圧力抵抗と粘性摩擦抵抗の張り付きの抗力を剥離し、胴体翼として形成した略湾曲面に働く揚力作用の浮力で船体を軽くして航速力を促進し、船尾の略円錐状片流れ突起は安定渦作用で推進力が向上する事で、次世代の超高速胴体翼船体の実現を課題とする。

（請求項１記載の発明）
この発明の船体形状は、船体の喫水面下の両舷船腹部に、船首方向から船尾にかけて略鋸ノ目の区切りを連鎖状に設け、この連鎖状の区切りは複数列にも形成していて、両舷喫水面下の船腹部から船底までに前部には船体の胴体翼の主翼として後部には尾翼として略湾曲面を形成し、船尾部中央に船底から下方に向かって略円錐片流れの突起を設けているものである。

（請求項２記載の発明）
この発明の船体形状は、船体の喫水面下の両舷船腹部に、船首方向から略鋸ノ目の区切りを連鎖状に形成して船尾に達する形状は、その略鋸ノ目の一辺の長さは、縦が垂線間長の１％〜４％、横が垂線間長の２％〜１０％、厚みが垂線間長の０,５％〜３％として複数列にも形成しているものである。

（請求項３記載の発明）
この発明の船体形状は、船体の喫水面下に、船首方向から垂線間長の１０％〜４５％と船尾から垂線間長の５％〜４０％の間の、両舷船腹部から船底までに、船体に形成する胴体翼の主翼と尾翼として略湾曲面が設けられていて、それぞれの湾曲面は横幅が垂線間長の２５％まで、縦幅が垂線間長の８％まで深さはその縦幅の５０％の範囲で設けられているものとする。

（請求項４記載の発明）
この発明の船体形状は、船尾の船底中央部に垂線間長の５％〜３０％に、下方に向かって設けられている略円錐片流れの突起で、略円錐の高さは垂線間長の２％〜５％片流れの長さは８％〜１６％の範囲で設けられてるものとする。

以下に示す発明を実施するための最良の形態の欄に記載した内容から、高速時の船体が受ける高水圧による抗力が、加速による流体現象とキャビテーション気泡が混合することで水圧が低下して、船体と接水面の張り付く抗力が削減される。又、加速と共に胴体翼形状に働く揚力により船体を軽くし、船体の縦揺れ横揺れが抑制出来る事により、ビルジキールは不要になり負荷抵抗が解消され航速が促進する。又、船尾の突起は渦作用による水流で推進力が向上する。これらの作用で消費燃料の大幅な省力と高速航続性が向上出来る技術として、経済面と環境の温暖化対策にも寄与することが出来る。

この発明の実施形態の船体形状を有する船の側面図。この発明の実施形態の船体形状を有する船の底面図。この発明の実施形態の船体形状を有する船の船尾から見た図。この発明の実施形態の船体形状を有する船の略鋸ノ目状の形状を示す図。この発明の実施形態の船体形状を有する船の略湾曲面の形状を示す図。この発明の実施形態の船体形状を有する船の略鋸ノ目状の段差に掛かる水流の図。この発明の実施形態の船体形状を有する船の略湾曲面に掛かる水流の図。この発明の実施形態の船体形状を有する船の略円錐状片流れに掛かる水流の図。本案の船体側面図と、略鋸ノ目形状の区切りで張り付く抗力を削減し、略湾曲面に掛かる揚力の説明図。

この発明の実施形態の船体形状について以下に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る船（H１）の船体の側面図である。

図２は本発明の実施形態に係る船の船体底面を示したものである。

図３は本発明の実施形態に係る船の船尾から見た図である。

この船体において、図１の、符号１は船首、２は船尾、３Aと３Bは略鋸ノ目形状、４Aは主翼の略湾曲面、４Bは尾翼の略湾曲面、５は略円錐状片流れ突起、６は船底を示している。又、本発明の実施形態には直接関係がないので、船体の上部に設置されるキャビンや船尾にあるスクリュー、舵等は省略している。

本実施形態において、船首方向より船尾付近に向かっている３Aと３Bの略鋸ノ目状に設けている段差の区切りは、図４に示す形状で、図６に示すW１の水流は加速に伴う流体現象とKAのキャビテーション気泡によって、高水圧による粘性圧力抵抗・粘性摩擦抵抗の張り付きの抗力を剥離する。

本実施形態において、４Ａは喫水面下船首方向から垂線間長の１０％〜４５％の間に、４Ｂは船尾方向から垂線間長の５％〜４０％の間に、（図５）に示す形状の略湾曲面を設けていて、その略湾曲面の横幅は垂線間長の２５％までと縦幅は垂線間長の８％までとし深さは縦幅の５０％までの範囲で、図７に示す船首方向からの水流Ｗ１が加速に伴い双方に作用して、船体を上方向に押し上げる揚力となり、船体に形成する胴体翼の主翼と尾翼としての働きをして、安定した高速と航行効率が向上する。

本実施形態において、５は船尾中央部の船底に下方に向かって設けられている突起で、高さは垂線間長の２〜５％、片流れの長さは垂線間長の８〜１６％の範囲で、略円錐の片流れ形状となっていて、（図８）に示すＷ１が加速に伴い渦作用の水流で船体の推進力が向上する。

高速航行時の高水圧による船体と接水面の張り付きの抗力を剥離・削減する、胴体翼形状の船体システムとして、より一層の航行効率向上に活用出来る本発明は、船舶の高速技術として種々の船舶・水中翼船等に広範に適応可能であり、消費燃料の大幅な省力ができる。

H１本案の船
W１水流
KA 気泡渦
KB 気泡波
R１湾曲線
U１揚力
LA 喫水線
LB 垂線間長
１船首
２船尾
３A 上略鋸ノ目形状
３B 下略鋸ノ目形状
４A 主翼の略湾曲面
４B 尾翼の略湾曲面
５略円錐状片流れ突起
６船底

Claims

船体の喫水面下の両舷船腹部に、船首方向から船尾にかけて略鋸ノ目の区切りを連鎖状に設け、この連鎖状の区切りは複数列にも形成していて,両舷喫水面下の船腹部から船底までに前部には胴体翼の主翼として後部には尾翼として略湾曲面を形成し、船尾中央部に船底から下方に向かって略円錐片流れの突起を設けた船体形状。
船体の喫水面下の両舷船腹部に船首方向から略鋸ノ目の区切りを連鎖状に形成して船尾に達する形状は、その略鋸ノ目の一辺の長さは、縦が垂線間長の１％〜４％、横が垂線間長の２％〜１０％、厚みが垂線間長の０,５％〜３％として複数列にも形成しているのを特徴とする、請求項１記載の船体形状。
船体の喫水面下に、船首方向から垂線間長の１０％〜４５％と船尾方向から５％〜４０％の間の両舷船腹部に船底まで、船体に形成する胴体翼の主翼と尾翼として略湾曲面を設けていて、それぞれの湾曲面は、横幅が垂線間長の２５％と、縦幅が垂線間長の８％と深さは縦幅の５０％までの範囲とする事を特徴とする、請求項１記載の船体形状。
船尾の船底中央部に、船尾から垂線間長の５％〜３０％の間に、船底から下方に向かって設けられている略円錐片流れの突起は、略円錐の高さは垂線間長の２％〜５％、片流れの長さは垂線間長の８％〜１６％の範囲とする事を特徴とする請求項１記載の船体形状。