JP5154629B2

JP5154629B2 - 肥大船の船首形状

Info

Publication number: JP5154629B2
Application number: JP2010248518A
Authority: JP
Inventors: 史朗片岡; 英嗣岩下
Original assignee: Shin Kurushima Dockyard Co Ltd
Current assignee: Shin Kurushima Dockyard Co Ltd
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: JP2012096756A

Description

本発明は、肥大船の船首形状に関する。

従来、船舶の船首フレアー部は満載喫水線より上方に向かって略円錐状に広がった形状となっており、船首垂線（F.P.）付近においては上方で直線的に広がる断面形状となっていた。この種の航行中に水から受ける抵抗を低減することを目的とした肥大船の船首形状としては、例えば、特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献１）や特開２００７−１１８９５０号公報（特許文献２）に開示のものが知られている。

特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献１）に開示のものは、発明名称「肥大船」に係り、「航行中に水から受ける抵抗、特に波浪中抵抗増加を低減でき、しかも船首を工作し易い肥大船を提供すること」を目的として(同公報明細書段落番号０００７参照）、「船首での前方への波反射、波崩れ現象を緩和し、すなわち、波の反射する方向を制御し、波浪による反力を低減して、抵抗増加を低減するには船首部分を前方にできるだけ尖らせ、波を前に崩さずに横にかき分け」ることにより（同公報明細書段落番号０００９参照）、「船首での前方への波反射、波崩れ現象を緩和し、波浪中抵抗増加を低減でき・・・、また、・・最大喫水線付近での船首が大きな曲がりを有する形状となるのを防止でき、最大喫水線付近で船首の形状が大きな曲がりとなることがなく、船首の工作がし易くなる。」、また、「船首の先端を船体全体の制限寸法に合わせて、船首の傾斜状下面の前方向延長線と船首上面の前方向延長線の交差位置よりも後退させたので、例えば港湾入港時に全長の制限があっても対応することができる。」等の効果を奏するものである（同公報明細書段落番号００２９及び００３０参照）。

図１８は、特開２０００−３３５４７８号公報明細書に図２として添付される図面であり、同公報に開示の船首の側面図、特に、「ＦＰより前方で、最大喫水線上の船首１０２において、すべての水線面における、船体中心線上の点Ｅと、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬＯＡ）後方位置の垂直面Ｂ−Ｂとの交点Ｄを結んだ直線ａの、船体中心線から計った角度γ」を定義づけるための図面であり（同公報明細書段落番号００１５及び００１６参照）、図中（Ａ）は船首２の側面からみた形状を示し、図中（Ｂ）はＡ−Ａ線での船首２の片舷の水線面形状を示すものとされる。

図１８（Ａ）（Ｂ）において、符号１０１は、船舶、１０２は、船首、１０２ａは、船首１０２の傾斜状下面、１０２ｂは、船首上面、１０３は、船首バルブ、１０４は、対辺、１０５は、船首１０２の傾斜状下面１０２ａの前方向延長線、１０６は、船首上面１０２ｂの前方向延長線を示す。また、ＬＷＬは、最大喫水線、ＬＯＡは、船舶船体１０１の全長、ＦＰは、前記最大喫水線ＬＷＬと交わる船首先端位置（垂直線）、Ｐは、前記船首１０２の傾斜状下面１０２ａの前方向延長線１０５と船首上面１０２ｂの前方向延長線１０６の交差位置である。

また、特開２００７−１１８９５０号公報（特許文献２）に開示のものは、特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献１）に開示のものと同様の発明名称「肥大船」に係り、「満載時でも喫水が浅くなった状態においても、波浪中抵抗増加の低減効果が有効に発揮できる、波浪中の推進性能の優れた肥大船を提供すること」を目的として（同公報明細書段落番号０００８参照）、「浅い喫水の状態においても波浪中の抵抗増加を低減するために、最大喫水線と最小喫水線との間に尖り部分を設定する」ことにより（同公報明細書段落番号０００９参照）、「船首での前方への波反射、波崩れ現象を緩和し、波浪中抵抗増加を低減できる。また、船舶の積載量が少なく喫水が最大喫水線よりも浅い場合でも、水面付近の船首前端の尖り角が鋭角であるため、波浪中抵抗増加の低減効果が十分に発揮される」等の効果を奏するものである（同公報明細書段落番号００２６参照）。

図１９は、特開２００７−１１８９５０号公報明細書に図３として添付される図面であり、同公報に開示の一実施形態における肥大船の船首の側面図及び船首の水線面形状における前記γを定義づけるための図面であり（同公報明細書段落番号００３３参照）、図中（Ａ）は船首部付近の側面図であり、図中（Ｂ）はｇ−ｇ線での船体前縁の片舷の水線面形状を示すものとされる。

図１９（Ａ）（Ｂ）において、２０１は、船体、２０２は、船首部、２０２ａは、船首の傾斜状下面、２０２ｂは、船首部上端、２０２ｃは、船首上面、２０３は、船首バルブ部、２０３ｂは、船舶が航行可能な最小喫水線と船首部側面形状の交点、２０５は、船首の傾斜状下面２０２ａの前方向延長線、２０６は、船首上面２０２ｂの前方向延長線、また、破線の曲線ｉは、同公報に開示の一実施態様の肥大船の設計過程における仮の船首形状を示し、図中ＦＰ′は、設計過程における仮のＦｏｒｅＰｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒを示し、ｊは、これに対する一実施態様の肥大船の形状を示す曲線である。

これらの特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献１）や特開２００７−１１８９５０号公報（特許文献２）に開示の肥大船にあっては、何れも水線面を前方に延ばすことにより船首端部を尖らせて、水線面の船体中心線とのなす角度を小さくすることにより、入射波の反射方向を船の側方に変えて抵抗増加を減少させるものであり、波を出来るだけ崩さないようにしているに過ぎず、積極的に船首部で波を崩し、スプレーとして拡散させることにより反射波のエネルギーを減少させ、抵抗増加を減少させるものではない。

したがって、肥大船の波浪中抵抗増加を抑制するとの目的は同じであるが、船舶が実海域を航行する場合においては、波浪により抵抗を減殺することはできず、また、船首側に水線面を延ばすことが出来ない場合（Ｆ．Ｐ．より前方の突出量が少ない場合）には、抵抗増加の減少効果が期待できないという欠点があった。したがって、上記の従来の肥大船（Ｃｂ（方形係数）＞０．７５）にあっては、なお、その船首部での波の反射により短波長域で特に大きな抵抗増加が生じていたという欠点がある。

特開２０００−３３５４７８号公報特開２００７−１１８９５０号公報

本発明においては、上記の従来技術上の欠点に鑑み、肥大船において、その船首部に入射した波の船体への駆け上がりを抑え、波を散逸させることにより、反射波を制御し、抵抗増加を低減させる肥大船の船首形状を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願請求項１に係る発明は、肥大船（Ｃｂ(方形係数)＞０．７５）の船首形状において、船首垂線（Ｆ．Ｐ．）付近において、満載喫水線ＬＷＬより上方１．５％Ｌｐｐないし３％Ｌｐｐにおけるフレームラインの接線と船体中心線のなす各θ ₁ 、θ ₂ が２５ｄｅｇ．＜θ ₂ −θ ₁ ＜４５ｄｅｇ．とし、かつ、満載喫水線の上方１．５％Ｌｐｐないし３％Ｌｐｐの間にナックルラインを設け、フレームラインを上方に折り曲げて、満載喫水線ＬＷＬ上方の船首フレアー部の垂直断面形状をラッパ状に広がる形状としたことを特徴とする。
また、本願請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載の肥大船の船首形状において、前記ラッパ状に広がる形状は、船首フレアー角が、途中から一定の角度とはしないで、上方に行くに従って次第に大きくなるフレアー角を有する船首形状であることを特徴とする。

本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
（１）肥大船の船首形状において、満載喫水線より上方の船首垂線（Ｆ．Ｐ．）付近の断面形状をラッパー状に広がる形状とすることにより、入射した波は船体への駆け上がりが抑えられ、一部は飛沫として散逸される。
（２）その結果、従来の船首形状と比較して、反射波のエネルギーが減少し、それに伴う抵抗増加の低減という効果を有する。なお、平穏海象時の推進性能を大きく損なうことなく、実海域航行時の波浪中抵抗を最大３０％低減させることができるという効果を有する。
（３）また、満載喫水線より上方１．５％Ｌｐｐないし３％Ｌｐｐの間でフレームラインを折り曲げ、ナックルラインを設けたことにより、船首を駆け上がる波がナックルラインより上方で船体から効果的に離れて拡散され、同時に浸水面の拡大が抑制されるという効果を有する。
（４）さらに、上記形状にナックルラインを設けることにより不必要に船首上方のデッキエリアが広がることが無くなり、船殻重量の増加を抑えることができるという効果を有する。

図１は、本発明を実施する最適な形態で実施例１に係る肥大船の船首形状１の船首部側面図、図２は、同船首部正面図、図３は、同船首フレアー部形状の概略図、図４は、同フレアー部の船首部側面部、図５は、同フレアー部の船首部正面図図６の左図は、横軸に「λ／Ｌ」、縦軸に「抵抗増加」とした「波浪中抵抗増加の関係」を示すグラフ図、同右図は抵抗増加の発生関係を示す概念図、図７左図は、図６右図で示される波浪中を航走する船体１が進行方向の反対方向から入射波αが到来し、その結果反射波βが発生する状態における「短波長域の波浪中航走時の波面の関係」を示す船首垂直方向概念図、図７右図は、実細線で示す平行線１３の平行幅の振幅をもった入射波αが到来した状態図、図８は、本発明を実施する最適な形態である実施例２に係る肥大船の船首形状２０のフレアー部の船首部正面図、図９は、従来の肥大船の船首形状の船首部側面図、図１０は、同船首部正面図、図１１は、同船首フレアー部形状の概略図、図１２は、同フレアー部の船首部側面部、図１３は、同フレアー部の船首部正面図、図１４は、水槽試験において使用する船型のフレアー角定義の概念図、図１５（Ａ）（Ｂ）は、波長の異なる規則波(向い波)中を一定の船速で航走させた時の測定結果を横軸に波長、船長比（λ／Ｌ）、縦軸に抵抗増加係数（Ｒａｗ／ｐｇＡ^２（Ｂ^２／Ｌ））とした相関図、図１６（ａ）は、船番Ｍ０９０５７（原型）の対象船について、図１６（ｂ）は、船番Ｍ０９０６０（改１）の対象船について、図１６（ｃ）は、船番Ｍ０９０７６（改２）の対象船について、図１６（ｄ）は、船番Ｍ０９０７７（改３）の対象船について、それぞれ横軸に船長方向位置、縦軸に波振幅（入射波振幅で高次元化した値：η／Ａ）をとり、定常波形（平水中を航走した時に造波される波形）及び入射波の波形を除いた非定常波形のみについて、そのサイン成分、コサイン成分を測定したグラフ図、図１７は、フレアー角（Δθ）に対応する抵抗増加を関係を示すグラフ図図１８は、特開２０００−３３５４７８号公報明細書に図２として添付される図面であり、角度γを定義づけるための図、図１９は、特開２００７−１１８９５０号公報明細書に図３として添付される図面であり、肥大船の船首の側面図及び船首の水線面形状における前記γを定義づける図である。

本発明に係る肥大船の船首形状を実施するための形態としての一実施例を図面に基づき詳細に説明する。

図１〜図５は、本発明に係る肥大船の船首形状を実施するための一実施例である肥大船の船首形状の実施例１を示す図であり、そのうち、図１は、本実施例１に係る肥大船の船首形状１の船首部側面図であり、図２は、同船首部正面図、図３は、同船首フレアー部形状の概略図であり、図４は、同フレアー部の船首部側面部、図５は、同フレアー部の船首部正面図である。

図１〜図５において、１は、船体、２は、船首部、２ａは、船首フレアー部、３は、船首バルブ、一点鎖線５は、平水中航走時の波面（同後述）、点線６は、平水中航走時の波面に入射波の振幅を加えた波面、二点鎖線７は、波浪中航走時の実際の波面（点線６の波面に船体による排除効果（波の駆け上がり分）が加えられたもの）（後述）、８は、入射波の一部が崩れてスプレーとして船体から放出された飛沫、９は、スプレーの放出方向を示す線であり、ＬＷＬは、満水喫水線（最大喫水線）、Ｆ．Ｐ．は、最大喫水線ＬＷＬと交わる船首先端位置、Ｃ．Ｌ．は船体中心線、θ_１、θ_２は、いずれも定常走行による波面より情報のフレアー部の角度である。なお、波線４は、後述する従来の肥大船の船首形状との違いが明確となるように、従来の肥大船の船首形状を示すものである。

図１〜図５から明らかなように、本実施例１に係る肥大船の船首形状１は、肥大船（Ｃｂ（方形係数）＞０．７５）の船首部２の形状を前記満載喫水線ＬＷＬより上方における船首フレアー部を船首垂線（Ｆ．Ｐ．）付近の垂直断面形状をラッパー状に広がる形状としたものである。ここで、「ラッパ状に広がる形状」とは、従来船のフレアー角が途中から一定の角度となる船首形状に比し、フレアー角θが上方に行くに従って次第に大きくなる形状をいう。

具体的には、肥大船の船首形状が船首垂線Ｆ．Ｐ．において、満載喫水線ＬＷＬより上方１．５％Ｌｐｐ〜３％Ｌｐｐにおけるフレームラインの接線と船体中心線のなす各θ_１、θ_２が２５ｄｅｇ．＜θ_２−θ_１＜４５ｄｅｇ．となる形状を意味する（ただし、Ｌｐｐは、船体の全長）。

ここで、本実施例１に係る肥大船の船首形状１の理解を容易にするために、航走中の船体に働く抵抗について説明する。
そもそも航走中の船体に働く抵抗は、大きく分けて、（１）実海域航行時に船に働く抵抗（平水中抵抗＋外乱（波浪、風等）による抵抗増加）及び（２）平水中抵抗（摩擦抵抗＋圧力抵抗＋造波抵抗）がある。このうち、（１）実海域航行時に船に働く抵抗については、後に詳述するが、（２）平水中抵抗における「摩擦抵抗」とは、「船体と水との摩擦による抵抗」をいい、同「圧力抵抗」とは、「船の周りを水が流れる際に生じる流速変化（圧力変化）による抵抗」を、同「造波抵抗」とは、「船が航行する際に作る波による抵抗」をいう。

また、（１）実海域航行時に船に働く抵抗における「外乱（波浪、風等）による抵抗増加」とは、「波浪、風、当て舵等による抵抗増加」をいい、このうち、「波浪による抵抗増加」とは、「波浪によって船が運動することによる抵抗増加」と「波浪が船体に入射し船首部で反射する際に生じる抵抗増加」等である。ここで、「波浪によって船が運動することによる抵抗増加」は、「船体運動が大きくなるλ／Ｌ＞１で大きくなる」関係を有する抵抗増加であり、「波浪が船体に入射し船首部で反射する際に生じる抵抗増加」は、「肥大船の短波長域でλ／Ｌ <１で大きくなる」という関係を有する（λは、入射する波の波長、Ｌは、船長）。

これらの波浪中抵抗増加の関係を図示すれば、図６のとおりである。
図６の左図は、横軸に「λ／Ｌ」、縦軸に「抵抗増加」とした「波浪中抵抗増加の関係」を示すグラフ図であり、同右図は抵抗増加の配置関係を示す概念図である。図６において、１は、船体であり、αは、波浪等による入射波、βは、波浪等による入射波αが船体１の船首に当たり、発生する反射波を示し、図６右図においては、航走中の船体１に向かって、波浪等による入射波αが、船体１に対し、進行方向右斜め方向から入射波αが到来し、それが船体１の船首に当たり、反射波βが発生し、それが船体１の進行方向左斜め方向に出て行く状態を示す概念図である。

そして、この概念図における抵抗増加の関係を示したものが図６左図のグラフであり、図６左図中、一点鎖線１０は、船体１が波浪中を航走する際に船体運動により生じる抵抗増加を示すグラフであり、実線１１は、前記船体１の船首で発生する反射波βによる抵抗増加を示すグラフ、点線１２は、これらの抵抗増加が合計された抵抗増加を示すグラフである。

また、図７左図は、図６右図で示される波浪中を航走する船体１が進行方向の反対方向から入射波αが到来した時の、「短波長域の波浪中航走時の波面の関係」、すなわち、波の中を船が走ったときに、船首部で吃水線よりも高い位置まで波の影響を受けることを示す船首垂直方向概念図であり、図７右図は、実細線で示す平行線１３の平行幅の振幅をもった入射波αが到来した状態を示し、二点鎖線７は、当該入射波αの波面を示す。
図７左図に示されるように、波のない海面を航走する時の波面５（一点鎖線で示す）は、船首部での波面が実細平行線１４で示される幅の隆起量を有する波面となる。そして、この波面に、図７右図に示されるように、細線１３の振幅を持つ入射波α（波面を二点鎖線７で示す）が船首部に到来するとき（細線幅１３の振幅を持った波の中を航走する時）には、波面は船首が波の谷に来たときには波面６（点線で示す）となり、また、船首が波の山に来たときには波面７（一点鎖線で示す）となって表れることを示す。

図６左図に示されるように、波の反射による抵抗増加は、船の前方に向かって反射する成分が大きく寄与することとなる。そして、その結果、船首部の水線形状がＦｉｎｅな高速船に比べて、船首部の水線形状が丸い肥大船ではいっそう大きく影響を受けることとなる。

これを上述する従来の特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献１）や特開２００７−１１８９５０号公報（特許文献２）に開示のような船首の水線面を前方に延ばすことにより船首端部を尖らせて、水線面の船体中心線とのなす角度を小さくすることにより、入射波の反射方向を船の側方に変えて抵抗増加を減少させる肥大船について、本実施例１に係る肥大船の船首形状１に倣って、それぞれ、船首部側面図、船首部正面図、船首フレアー部形状、フレアー部の船首部側面図、胴フレアー部の船首部正面図を模式化して表示し比較すると次のようになる。

図９は、従来の肥大船の船首形状の船首部側面図であり、図１０は、同船首部正面図、図１１は、同船首フレアー部形状の概略図であり、図１２は、同フレアー部の船首部側面部、図１３は、同フレアー部の船首部正面図である。
図９〜図１３において、１０１、２０１は、船体、１０２、２０２は、船首部、１０２ａ、２０２ａは、船首フレアー部、１０３、２０３は、船首バルブ、一点鎖線５は、平水中航走時の波面、点線６は、波浪中航走時の入射波面、二点鎖線７は、波浪中航走時の反射波面、ＬＷＬは、満水喫水線（最大喫水線）、Ｆ．Ｐ．は、最大喫水線ＬＷＬと交わる船首先端位置、Ｃ．Ｌ．は船体中心線である。

図９〜図１３の模式図から明らかなように、従来の特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献１）や特開２００７−１１８９５０号公報（特許文献２）に開示のような船首の水線面を前方に延ばすことにより船首端部を尖らせて、水線面の船体中心線とのなす角度を小さくすることにより、入射波αの反射方向を船の側方に変えて抵抗増加を減少させるタイプの肥大船の船首形状では、船首近傍では定常航走による波面に入射波αが加わるため、静止時の満載喫水ＬＷＬより高い位置まで浸水することとなる。

さらに、船首部１０３、２０３に入射した波は船首１０２、２０２のフレアー部１０２ａ、２０２ａで船体１０１、２０１を駆け上がり、船首近傍では広い領域が浸水することになる。また、船体１０１、２０１を駆け上がった波はエネルギーを蓄えたまま、反射波βとして船体から放出されるため、その反力として船体１０１、２０１の抵抗が増加することとなる。

この点、本実施例１に係る肥大船の船首形状１では、定常航走による波面より上方のフレアー部２ａの角度変化（θ_２−θ_１）を大きくする（ラッパ状に広がった形状にする）ことにより、２船首部に入射した波αは船体１を伝って駆け上がることが出来ず、大きな波崩れが生じ、一部はスプレーとなって散逸されてしまう（波のエネルギーが保たれずに拡散する）。このため、入射波αによる船首近傍での浸水面の拡大が抑制されるとともに船体１から反射される波βのエネルギーも小さくなり、抵抗増加も減少することとなる。

上述した本実施例１に係る肥大船の船首形状１における抵抗増加の低減を水槽試験のより、フレアー角（角度変化）の異なる船型（４隻）について、抵抗増加低減の効果の確認を行った（水槽試験：日時（２００９年８〜９月）、場所（九州大学応用力学研究所深海機器実験水槽））。

まず、フレアー角θを図１４のように定義する。
図１４は、水槽試験において使用する船型のフレアー角定義の概念図である。
図１４に示すように、この水槽試験においては、各船型について、次のように定義する。
θ_１：満載喫水線より１．５％Ｌｐｐ上方における船体中央線とＦ．Ｐ．断面のフレームラインのなす角
θ_２：満載喫水線より３．０％Ｌｐｐ上方における船体中央線とＦ．Ｐ．断面のフレームラインのなす角。
１．５％Ｌｐｐ：船首部における定常航走波の隆起量。
３．０％Ｌｐｐ：船首部における定常航走波の隆起量＋波振幅Ａ＝１．５％Ｌｐｐ。
ただし、λ／Ｌ＝１にてＨ／λ＝１／３３として、比較的荒れた海象における波高を想定した（Ｈ：波高（＝２＊Ａ））。
上記のようにフレアー角を定義した上で、下記表１に示す異なるフレアー角を有する船型（４隻）について、規則波（一定の周波数成分の波）を対象船に入射し、当該対象船の規則波中の抵抗増加を測定した。

すなわち、船番Ｍ０９０５７の船型を原型とし、その改良型を船番Ｍ０９０６０（改１）、船番Ｍ０９０７６（改２）、船番Ｍ０９０７７（改３）として合計４隻の船型について、波長の異なる規則波を対象船の進行方向正面から入射し、当該対象船の規則波中の抵抗増加を測定した。
図１５（Ａ）（Ｂ）は、波長の異なる規則波（向かい波）中を一定の船速で航走させた時の測定結果を横軸に波長、船長比λ／Ｌ、縦軸に抵抗増加係数（Ｒａｗ／ｐｇＡ^２（Ｂ^２／Ｌ））とし、これらの相関をとったものである。

図１５（Ａ）（Ｂ）から明らかなように、対象船については、フレアー角をλ／Ｌ＜１の範囲で大きくすることにより抵抗増加が減少することが確認される。
次に、上記対象船４隻について、船体側方での波形を測定した。
図１６（ａ）は、船番Ｍ０９０５７（原型）の対象船について、図１６（ｂ）は、船番Ｍ０９０６０（改１）の対象船について、図１６（ｃ）は、船番Ｍ０９０７６（改２）の対象船について、図１６（ｄ）は、船番Ｍ０９０７７（改３）の対象船について、それぞれ横軸に船長方向位置、縦軸に波振幅（入射波振幅で無次元化した値：η／Ａ）をとり、定常波形（平水中を航走した時に造波される波形）及び入射波の波形を除いた非定常波形のみについて、そのサイン成分、コサイン成分を測定したグラフ図である。

図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）から明らかなように、非定常波形は、Ｆ．Ｐ．（Ｘ／（Ｌ／２）＝１）付近では（船はＸ／（Ｌ／２）＝−１〜１の範囲に配置されている）、波崩れが発生し、非定常波形に小さな振幅の波が発生していることが確認される。したがって、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）、図１６（ｄ）の船型ではフレアー形状の変更により船首部での入射波が散逸され、その結果として船体から放出される反射波の様子が原型の図１６（ａ）と異なることが知りうる。

次に、フレアー角（△θ）と抵抗増加（フェアリング値：図１５（Ｂ）の線上の値）の関係について検証した。
図１７は、フレアー角（Δθ）に対応する抵抗増加を関係を示すグラフ図であり、横軸にフレアー角（Δθ）、縦軸に抵抗増加（Ｒａｗ／ｐｇＡ^２（Ｂ^２／Ｌ））を取り、Λ／Ｌについて、それぞれ、λ／Ｌ＝０．３、λ／Ｌ＝０．５、λ／Ｌ＝０．７、λ／Ｌ＝０．９について抵抗増加を測定したものである。

図１７から明らかなように、△θ＝４０ｄｅｇ．で、抵抗増加（Ｒａｗ／ｐｇＡ^２（Ｂ^２／Ｌ））の減少量は最大で約３０％となっていることが知りうる。また、フレアー部の変更に伴う定常航走時の平水中抵抗の増加がａｂｔ．１．０％であり、比較的平穏な海象（波高２．０ｍ）では波浪中抵抗増加は平水中抵抗の１０％程度となることが知りうる。したがって、平水中抵抗の増加分と波浪中抵抗増加の減少分が相殺するためには１０％程度の波浪中抵抗増加の減少が必要となり、フレアー角の変化量（△θ）は２５ｄｅｇ．以上とする必要があることとなる。

すなわち、フレアー部形状を船首垂線Ｆ．Ｐ．において、満載喫水線ＬＷＬより上方１．５％Ｌｐｐ〜３％Ｌｐｐとすることで、水中航走時の抵抗が約１．０％増加することが水槽試験により確認でき、また、比較的平穏な海象（波高２．０ｍ）では波浪中抵抗増加は平水中抵抗の１０％程度となることが水槽試験により確認できる。したがって、これをさらに推しすすめると、平水中抵抗の増加分と波浪中抵抗増加の減少分を相殺させるためには１０％程度の波浪中抵抗増加の減少を要することとなり、これを図１７の結果と合わせ推論すれば、フレアー角の変化量（△θ）は２５ｄｅｇ．以上でなければならない。

また、フレームラインの接線と船体中心線のなす各θ_１、θ_２が２５ｄｅｇ．＜θ_２−θ_１＜４５ｄｅｇ．とすることは、同じく図１７の結果から、波浪中抵抗増加の減少効果は４０ｄｅｇ．＜θ２−θ１＜４５ｄｅｇ．で横ばいとなっている。これは、この範囲で最大効果が得られることを意味し、この結果、フレアー角の増加は、波浪による衝撃圧の増加を招き、船体強度上不利になる（強度対策のため船殻重量が増加する）ため、最大角度を４５°とした。

そして、このことは、上述の水槽試験から明らかなように、平水中を航走したとき、船首部での造波により喫水線より約１．５％Ｌｐｐの高さまで水面が上昇する（図４の線５）。このため、約１．５％Ｌｐｐの高さ以下で船体形状を変化させても波浪中抵抗増加への寄与は少ない（約１．５％Ｌｐｐの高さ以上で形状変化させないと波浪中抵抗増加は減少せず、逆に平水中抵抗の増加を招く可能性がある）。また、比較的荒れた状態での海洋波を考えると波高／波長＝１／３０程度である。λ／Ｌ＝１．０以下での効果を考えるのであれば最大波高は船長の３％程度（波振幅で１．５％Ｌｐｐ程度）となり前述の平水中での水面の隆起量と波振幅を合わせて範囲の上限を３．０％Ｌｐｐとしており、１．５％Ｌｐｐ〜３％Ｌｐｐの範囲が波の山が船体に到達した時、波面が変動する範囲として最適となる。

これらのことから従来の特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献１）や特開２００７−１１８９５０号公報（特許文献２）に開示の肥大船の船首形状と比較すれば、一見、波浪中抵抗増加を抑制するとの目的では同じように見えるが、従来の肥大船の船首形状は、水線面を前方に延ばすことにより船首端部を尖らせて、水線面の船体中心線とのなす角度を小さくすることにより、入射波の反射方向を船の側方に変えて抵抗増加を減少させるものであり、波を出来るだけ崩さないようにしているのに対し、上記実施例１、２に係る肥大船の船首形状は、フレアー角の変化を大きくすることにより、積極的に船首部で波を崩し、スプレーとして拡散させることにより反射波のエネルギーを減少させ、抵抗増加を減少させようとしている点で大きく異なる。したがって、上記実施例１、２に係る肥大船の船首形状は、水線面は元船型に比べて広がる方向となっており、水線面の船体中心線とのなす角度も大きくなる場合が多いといえる。

また、従来の特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献１）や特開２００７−１１８９５０号公報（特許文献２）に開示の肥大船の船首形状では船首側に水線面を延ばすことが出来ない場合（Ｆ．Ｐ．より前方の突出量が少ない場合）には、抵抗増加の減少の効果が期待できないのに対し、上記実施例１、２に係る肥大船の船首形状では、Ｆ．Ｐ．より前方の突出量が少ない場合でも、波浪中抵抗増加の減少効果がのぞめるということができる。

上述してきたように、実施例１に係る肥大船の船首形状１は、肥大船（Ｃｂ（方形係数）＞０．７５）の船首部２の形状を前記満載喫水線ＬＷＬより上方における船首フレアー部を船首垂線（Ｆ．Ｐ．）付近の断面形状をラッパー状に広がる形状、すなわち、従来船のフレアー角が途中から一定の角度となる船首形状に比し、フレアー角θが上方に行くに従って次第に大きくなる形状のものとし、具体的には、肥大船の船首形状が船首垂線Ｆ．Ｐ．において、満載喫水線ＬＷＬより上方１．５％Ｌｐｐ〜３％Ｌｐｐにおけるフレームラインの接線と船体中心線のなす各θ_１、θ_２が２５ｄｅｇ．＜θ_２−θ_１＜４５ｄｅｇ．となる形状としたが（Ｌｐｐは、船体の全長）、さらに、上記実施例１に係る肥大船の船首形状の満載喫水線の上方１．５％Ｌｐｐ〜３％Ｌｐｐの間でフレームラインを折り曲げ、ナックルラインを設けることによって、船首を駆け上がる波がナックルライン上方で船体から効果的に離れて拡散され、浸水面の拡大が抑制され、また、不必要に船首上方のデッキエリアが広がることがなくなり、船殻重量のアップも抑えることが出来ることを見いだした。

図８は、本発明を実施する最適な形態である実施例２に係る肥大船の船首形状２０のフレアー部の船首部正面図である。図８において、符号２０は、本実施例２に係る船首、２１は、ナックル高さ位置を示し、ＬＷＬは、ＬＷＬは、Ｃ．Ｌ．は、それぞれ図１〜図５に示したと同様の、満水喫水線（最大喫水線）、最大喫水線ＬＷＬと交わる船首先端位置、船体中心線を示す。

図８に示されるように、本実施例２に係る肥大船の船首形状においては、肥大船（Ｃｂ（方形係数）＞０．７５）の満載喫水線ＬＷＬより上方の船首フレアー部の船首垂線（Ｆ．Ｐ．）付近の船首部の断面形状を満載喫水線ＬＷＬより上方１．５％Ｌｐｐ及び３％Ｌｐｐにおけるフレームラインの接線と船体中心線のなす各θ_１、θ_２が２５ｄｅｇ．＜θ_２−θ_１＜４５ｄｅｇ．となる形状とし、さらに、満載喫水線より上方１．５％Ｌｐｐ及び３％Ｌｐｐの間でフレームラインを折り曲げ、ナックルラインを設けるようにしたものである。
このような船首形状の肥大船とすることにより、船首を駆け上がる波がナックルラインの上方で船体から効果的に離れて拡散され、浸水面の拡大が抑制され、さらには、不必要に船首上方のデッキエリアが広がることがなくなり、船殻重量のアップも抑えることができる。

本発明は、肥大船の船首形状に利用される。

１船体
２船首部
２ａフレアー部
３船首バルブ
４従来の肥大船の船首形状
５平水中航走時の波面
６波浪中航走時の入射波面
７波浪中航走時の反射波面
１０船体１が波浪中を航走する船体１の船体運動の抵抗増加
１１船体１の船首で発生する反射波βによる抵抗増加
１２合計された抵抗増加
１３入射波αの振幅
１４「船体の沈下量」が加わった「定常波の隆起量」
２０実施例２に係る船首形状
２１ナックルライン
α 入射波
β 反射波
γ 船体中心線から計った角度
θ フレアー角
１０１、２０１船体
１０２、２０２船首
１０２ａ、２０２ａフレアー部、傾斜状下面
１０２ｂ、２０２ｂ船首上面
１０３、２０３船首部
１０５船首１０２の傾斜状下面１０２ａの前方向延長線
１０６船首上面１０２ｂの前方向延長線
ＦＰ最大喫水線ＬＷＬと交わる船首先端位置
ＬＷＬ最大喫水線

Claims

肥大船（Ｃｂ(方形係数)＞０．７５）の船首形状において、船首垂線（Ｆ．Ｐ．）付近において、満載喫水線ＬＷＬより上方１．５％Ｌｐｐないし３％Ｌｐｐにおけるフレームラインの接線と船体中心線のなす各θ ₁ 、θ ₂ が２５ｄｅｇ．＜θ ₂ −θ ₁ ＜４５ｄｅｇ．とし、かつ、満載喫水線の上方１．５％Ｌｐｐないし３％Ｌｐｐの間にナックルラインを設け、フレームラインを上方に折り曲げて、満載喫水線ＬＷＬ上方の船首フレアー部の垂直断面形状をラッパ状に広がる形状としたことを特徴とする肥大船の船首形状。
前記ラッパ状に広がる形状は、船首フレアー角が、途中から一定の角度とはしないで、上方に行くに従って次第に大きくなるフレアー角を有する船首形状であることを特徴とする請求項１に記載の肥大船の船首形状。