JP5042945B2 - 船首形状 - Google Patents

Description

本発明は、船体の船首部の形状である船首形状に関する。

通常、船体の船首部は、波浪がない状態にて船体が受ける抵抗である平水中抵抗を小さくするため、水線面形状（すなわち、船体の水平断面を鉛直方向から見たときの形状）の側縁が曲線状にされている。また、従来の船首形状として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この船首形状では、波浪中にて船体が受ける抵抗である波浪中抵抗の低減を図るため、水線面形状の側縁が、前方に尖るような曲線状にされている。
特開２０００−３３５４７８号公報

しかしながら、上述した船首形状のように、船首部の水線面形状を前方に尖るように構成しただけでは、場合によっては、波浪中における入射波の反射による抵抗（以下、単に「反射抵抗」という）を充分に低減することができず、波浪中抵抗を充分に低減することができないおそれがある。そのため、近年の船首形状においては、波浪中抵抗を一層低減できることが強く望まれている。

そこで、本発明は、波浪中抵抗を一層低減することが可能な船首形状を提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、船体における水線面形状の側縁の少なくとも一部を直線化すると、反射抵抗を充分に低減できるという知見を得た。そこで、船体の船首形状では、最大喫水線位置が波と最も接することに鑑み、最大喫水線位置の水線面形状の側縁の少なくとも一部が略直線状を呈している場合、波浪中抵抗を一層低減できるということを見出し、本発明に想到するに至った。

すなわち、本発明に係る船首形状は、船体の船首部の形状であって、最大喫水線位置の水線面形状における側縁の少なくとも一部は、略直線状を呈していることを特徴とする。

この本発明の船首形状では、最大喫水線位置の水線面形状の略直線状を呈する外縁によって、反射抵抗が充分に低減されることとなる。よって、波浪中抵抗を一層低減することが可能となる。

また、最大喫水線位置と船体の上端位置との間の水線面形状における側縁の少なくとも一部は、略直線状を呈していることが好ましい。船体の船首形状では、最大喫水線位置と船体の上端位置との間にて波が接しやすい。そのため、かかる間の水線面形状の側縁を直線化することにより、波浪中抵抗をより一層低減することが可能となる。

また、横断面形状において最大喫水線位置より上方の側縁は、上方が外側に拡がるような一様な傾斜角度で傾斜していることが好ましい。ここで、例えば、横断面形状の側縁がＳ字状となるように構成されていると（図９の側縁５３参照）、かかるＳ字状の側縁のために船体の製造が困難になる場合がある。これに対し、本発明のように、横断面形状において最大喫水線位置より上方の側縁を、上方が外側に拡がる一様な傾斜角度で傾斜させると（図９の側縁１７参照）、次の効果が奏される。すなわち、例えば、船体を複数の船体ブロックに分割して製造する場合において、最大喫水線位置を分割位置として船体ブロックを構成することによって、最大喫水線位置の上方に位置する船体ブロックの横断面形状がＳ字形状となるのを抑制でき、この船体ブロックひいては船体を容易に製造することが可能となる。従って、波浪中抵抗をより一層低減するという上記効果を、船体の製造を容易化しながら実現することができる。

また、船体は、方形係数が０．８以上の肥大船を構成することが好ましい。肥大船の船体では波浪中抵抗が大きく、方形係数が０．８以上の肥大船ともなると、波浪中抵抗が特に大きい。よって、船体が方形係数０．８以上の肥大船を構成する場合には、波浪中抵抗を一層低減できるという上記効果は顕著となる。

また、水線面形状における略直線状を呈する外縁は、水線面形状の前端と該前端より垂線間長の１０％後方位置との間に位置することが好ましい。この場合、船体の積載空間が狭くなってしてしまうのを好適に抑制しつつ、波浪中抵抗をより一層低減することが可能となる。

また、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、水線面形状における略直線状を呈する外縁の船長方向長さが、垂線間長の３％以上である構成が挙げられる。

本発明によれば、波浪中抵抗を一層低減することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、「前」「後」「左」「右」「上」「下」の語は、船体の船長（前後）方向、幅方向及び上下方向にそれぞれ対応したものである。

図１は本発明の一実施形態に係る船首形状を有する船舶を示す概略側面図である。図１に示すように、本実施形態の船舶１は、その方形係数Ｃｂが０．８以上のタンカー等の肥大船であり、船体１０を備えている。

なお、「方形係数Ｃｂ」とは、船体１０の形状が肥えているか否かを表すものであり、下式（１）で表すことができる。例えば、方形係数Ｃｂが大きければ大きい程、その船体１０の形状が肥えていることを意味する。
Ｃｂ＝∇／（Ｌｐｐ×Ｂ×ｄ） …（１）
但し、Ｃｂ ：方形係数
∇ ：排水容積（水面下に沈んでいる船体の容積）
Ｌｐｐ：垂線間長（length betweenperpendiculars）
Ｂ ：船幅
ｄ ：喫水

図２は、図１の船舶１の船首部１１を示す斜視図である。図中においては、形状を容易に把握できるよう便宜的にメッシュ化して示している。図２に示すように、船首部１１は、左右対称構造を呈し、曲面状の側壁１２を有している。ここで、本実施形態の船首部１１にあっては、その形状が以下のように構成されている。

図３は、船首部１１の最大（満載）喫水線位置２（図１参照）での水線面形状を示す図である。図中の横軸は船長方向長さを示し、縦軸は幅方向長さを示している。また、船長方向長さは垂線間長Ｌｐｐを基準とし、幅方向長さは船幅Ｂを基準として示している。なお、船首部１１が左右対称構造であることから、左舷の水線面形状のみを示し右舷の水線面形状を省略している。これら図中の基準及び省略は、図４〜８においても同様である。

図３に示すように、最大喫水線位置２での水線面形状１３Ａにおける側縁（つまり、側壁）１２Ａの少なくとも一部は、略直線状を呈している。具体的には、水線面形状１３Ａの側縁１２Ａは、水線面形状１３Ａの前端Ｆと該前端Ｆより垂線間長の１０％後方位置との間にて、垂線間長の３％以上の船長方向長さの直線部１５を有している。

また、本実施形態では、最大喫水線位置２と船体上端位置３との間においても、水線面形状１３の側縁１２の少なくとも一部は、略直線状を呈している。

図４，５は、最大喫水線位置２と船体上端位置３（図１参照）との間の水線面形状１３を示す図である。図中の各水線面形状１３Ｂ，１３Ｃの水線面の位置は、この順に高い位置となっている。図４，５に示すように、水線面形状１３Ｂ，１３Ｃの側縁１２Ｂ，１２Ｃの少なくとも一部は、略直線状を呈している。具体的には、水線面形状１３Ｂ，１３Ｃの側縁１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれは、上記水線面形状１３Ａと同様に、前端Ｆと該前端Ｆより垂線間長の１０％後方位置との間にて、垂線間長の３％以上の船長方向長さの直線部１５を有している。

図６（ａ），図７（ａ），図８（ａ）は、側縁１２Ａ〜１２Ｃにおける幅方向長さの船長方向長さに関する１次微分値を示す図である。これらの図に示すように、直線部１５では、側縁１２Ａ〜１２Ｃの傾きとしての１次微分値が略一定であり、直線部１５は略直線状となっていることがわかる。

図６（ｂ），図７（ｂ），図８（ｂ）は、側縁１２Ａ〜１２Ｃにおける幅方向長さの船長方向長さに関する２次微分値を示す図である。これらの図に示すように、直線部１５では、その２次微分値が０±０．０１となっている。つまり、本実施形態では、側縁１２であって幅方向長さの２次微分値が０±０．０１の範囲にあるものが、直線部１５とされる。

図９は、船首部の横断面（船長方向に直交する断面）形状を示す図である。図９に示すように、船首部１１の横断面形状１６は、最大喫水線位置２より上方の側縁１７が一様な傾斜角度で傾斜している。ここでの横断面形状１６は、最大喫水線位置２にて内側に窪む領域であるナックルＮｃを形成することで、最大喫水線位置２より上方の側縁１７が、上方が外側に拡がる傾斜角度で傾斜するようになっている。

以上、本実施形態によれば、最大喫水線位置２の水線面形状１３Ａにおける側縁１２Ａの少なくとも一部が略直線状を呈しているため、反射抵抗を充分に低減でき、波浪中抵抗を一層低減することが可能となる。これは、水線面形状１３の側縁１２を直線化すると反射抵抗を充分に低減でき、また、船体１０の船首形状においては最大喫水線位置２が波と最も接することから、最大喫水線位置２の水線面形状１３Ａの側縁１２Ａが略直線状を呈している場合、波浪中抵抗を一層低減できるためである。

また、本実施形態では、上述したように、最大喫水線位置２と船体上端位置３との間の水線面形状１３における側縁１２の少なくとも一部も、略直線状を呈している。つまり、直線部１５の適用範囲を、最大喫水線位置２より上方の水線面形状としている。船体１０の船首形状においては、最大喫水線位置２と船体上端位置３との間にて波が接しやすい（波があたる）ため、かかる間の側縁１２を直線化することにより、波浪中抵抗をより一層低減することが可能となる。

ところで、従来船体５０では、その船首部５１の横断面形状５２における側縁５３がＳ字状にされる場合がある。具体的には、図示されるように、横断面形状５２の側縁５３が、最大喫水線位置２から上方に行くに従って外側に拡がる傾斜角度で傾斜した後、内側に狭まる傾斜角度で傾斜される場合がある。このように側縁５３をＳ字形状とすると、例えば船体１０を複数の船体ブロックに分割して製造する際、１つの船体ブロックに拡がる傾斜角の側縁５３と狭まる傾斜角の側縁５３とが形成される場合が多くなる。よって、従来船体５０の製造が困難となり、さらに、高コスト化が懸念される。

この点、本実施形態では、上述したように、横断面形状１６において最大喫水線位置２より上方の側縁１７は、上方が外側に拡がるような一様な傾斜角度で傾斜している。よって、最大喫水線位置２を分割位置として船体ブロックを構成することにより、次の効果を奏する。すなわち、最大喫水線位置２よりも上方に位置する船体ブロックの横断面形状がＳ字形状となるのを抑制できる。よって、船体ブロックひいては船体１０を製造することが容易になり、低コスト化が実現される。従って、波浪中抵抗をより一層低減するという上記効果を、製造容易化及び低コスト化しながら実現することが可能となる。

ここで、肥大船の船体１０は、その肥えた形状のために波浪中抵抗が大きいのが一般的である。そして、方形係数Ｃｂが０．８以上の最大クラスの肥大船にもなると、波浪中抵抗が特に大きくなる。そのため、この波浪中抵抗が、船舶１の推進性能に対して多大な悪影響を及ぼすおそれがある。よって、船舶１の方形係数Ｃｂが０．８以上の肥大船である場合、波浪中抵抗を一層低減できるという本実施形態の上記効果は、極めて有効なものとなる。

また、本実施形態では、上述したように、直線部１５が、水線面形状１３の前端Ｆと該前端Ｆより垂線間長Ｌｐｐの１０％後方位置との間に位置している。この場合、船体１０の積載空間（例えば、オイルタンクやバラストタンクの容量等）が低減するのを好適に抑制しつつ波浪中抵抗をより一層低減することが可能となる。

なお、上記のように、本実施形態では、直線部１５の船長方向長さが、垂線間長Ｌｐｐの３％以上とされている。これは、直線部１５の船長方向長さが垂線間長Ｌｐｐの３％よりも小さいと、場合によっては、反射抵抗を充分に低減させ難くなることがあるためである。

図１０は、本実施形態の船体と従来船体とにおける波浪中抵抗の実測値を示す図である。図中の横軸は波浪波長を示し、縦軸は船体が受ける抵抗値を示している。また、図中において、実線は船体１０の値を示し、破線は従来船体５０の値を示している。なお、波浪波長は垂線間長Ｌｐｐを基準とし、抵抗値は従来船体１０の波浪波長０．５のときの値を基準としている。ここでの従来船体５０とは、船首部５１の水線面形状の外縁が直線部１５を有さないものを意図している。

図１０に示すように、本実施形態の船体１０と従来船体５０とを比較すると、船体１０の抵抗値が従来船体５０の抵抗値よりも低くなっているのがわかる。これにより、本実施形態によって波浪中抵抗が一層低減されるのを確認することができる。

さらに、波浪中抵抗は、波浪波長が短波長域（＜約１．５）のときに大きい値を示している。この点において、本実施形態によれば、かかる短波長域の波浪波長のときに、波浪中抵抗を特に低減できることがわかる。

図１１は、図１０中の一部を抜き出して示す図である。ここでは、短波長域の波浪波長として波浪波長が０．５のとき（図１４中の丸印）の抵抗値を示している。図１１に示すように、本実施形態の船体１０では、短波長域の波浪波長のとき、従来船体５０の抵抗値を基準として約１５％程度も波浪中抵抗が低減されることがわかる。よって、船体１０にあっては、従来船体５０に比べて極めて有利な効果が奏されるものといえる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、最大喫水線位置２の水線面形状１３Ａが側縁１２Ｂに直線部１５を有していれば、最大喫水線位置２と船体上端位置３との間の水線面形状１３が側縁１２に直線部１５を有していなくともよい。

また、上記実施形態では船舶１を肥大船としたが、本発明は、あらゆる船舶に適用することができる。なお、上記実施形態の「垂線間長Ｌｐｐの１０％」及び「垂線間長Ｌｐｐの３％」は、略１０％及び略３％をそれぞれ含むものであり、例えば寸法公差や製造上の誤差等によるばらつきを含むものである。

本発明の一実施形態に係る船首形状を有する船舶を示す概略側面図である。 図１の船舶の船首部を示す斜視図である。 図２のIII−III線に沿っての水線面形状を示す図である。 図２のIＶ−Ｖ線に沿っての水線面形状を示す図である。 図２のV−V線に沿っての水線面形状を示す図である。 図３の水線面形状の側縁の微分値を示す図である。 図４の水線面形状の側縁の微分値を示す図である。 図５の水線面形状の側縁の微分値を示す図である。 図２のIX−IX線に沿っての横断面形状を示す図である。 本実施形態の船体と従来船体との波浪中抵抗の実測値を示す図である。 図１０中の一部を抜き出して示す図である。

符号の説明

２…最大喫水線位置、３…船体上端位置（船体の上端位置）、１０…船体、１１…船首部、１２，１２Ａ〜１２Ｃ…水線面形状、１３，１３Ａ〜１３Ｃ…水線面形状の側縁
１６…横断面形状、１７…横断面形状の側縁、Ｃｂ…方形係数、Ｆ…水線面形状の前端、Ｌｐｐ…垂線間長。

Claims (3)

1. 船体の船首部の形状であって、
   最大喫水線位置の左舷及び右舷の水線面形状において、前端と該前端より垂線間長の１０％後方位置との間に位置する側縁の少なくとも一部は、垂線間長の３％以上の直線状を呈し、
   最大喫水線位置と前記船体の上端位置との間における左舷及び右舷の水線面形状において、前端と該前端より垂線間長の１０％後方位置との間に位置する側縁の少なくとも一部は、垂線間長の３％以上の直線状を呈し、
   最大喫水線位置と前記船体の上端位置との間における左舷及び右舷の該水線面形状の前端部は、前方に尖らずに船幅方向に沿うような曲線状を有することを特徴とする船首形状。
2. 横断面形状において最大喫水線位置より上方の側縁は、上方が外側に拡がるような一様な傾斜角度で傾斜していることを特徴とする請求項１記載の船首形状。
3. 前記船体は、方形係数が０．８以上の肥大船を構成することを特徴とする請求項１又は２記載の船首形状。

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