JP5312977B2 - 楔形状のキャビティと長手方向にずれたキャビティと回転制御手段とを有しているエアキャビティ船並びにこのエアキャビティ船を建築する方法 - Google Patents

Description

本発明は、船首と、船尾と、船尾近くのプロペラとを備えた船体と、この船体の底部に形成され、長さ方向において互いに隣接し、各々が船の長さ方向に延びている２つの側壁並びに後壁並びに前壁によって囲まれ、前記後壁は後方にいくにつれて下向きに傾斜している壁部を有している、少なくとも２つの開口キャビティと、空気をキャビティに供給する空気取入れ手段とを具備しているエアキャビティ船と、エアキャビティ船を建築する方法とに関する。

このようなエアキャビティは、オイルタンカーのような大海を航海する船の船体の底部に、圧縮空気が中に案内される多数の下向きに開口したエアキャビティが設けられている、特許文献１によって公知である。これによって、船の水接触面が小さくされ、例えば水の抵抗などの、これの流体力学的な特性が改良される。エアキャビティ内には、船の流体力学的な能力に影響する波のパターンが発生される。

特許文献２には、複合チャンバを有しているエアクッションボート（a multiple chamber air cushion boat）の船体が開示されているが、ここでは、最後部のエアキャビティが、後方エアキャビティの長さ方向に形成され、隣接されている。最後部のエアキャビティの後壁は、傾斜している隔壁と、実質的に垂直な後方隔壁部とによって形成されている。これによって示されているのは、船の底部が、不適切な運搬船もしくはタンカー船のような水船（water vessel）の建築を可能にする繊維補強プラスチックのような軽量の材料で建築される必要がないことである。圧縮空気をキャビティに供給するための空気取入れ口は、キャビティの側壁に配置されている。これによって、比較的低速で航海する大きな船には適さない空気フローのパターンが与えられる。
ＵＳ−Ａ−Ｎｏ．３、５９５、１９１ ＵＳ−Ａ−Ｎｏ．３、７４２、８８８

かくして、本発明の目的は、安定した航海を可能にして水の抵抗を減じる波のパターンを発生させるようにエアキャビティが成形されている、エアキャビティ船を提供することである。特に、本発明の目的は、運搬船、コンテナ船もしくはタンカー船もしくは大きな客船、即ち、５０、０００トン以上、好ましくは、１００、０００トン以上の、圧力抵抗が減じられ、比較的低い空気圧並びに／もしくはキャビティを空気で満たすのに低い容量を必要とする、速度３０ノット以下の外航船のような、エアキャビティ船を提供することである。

本発明の更なる目的は、複数のキャビティを有し、比較的容易に形成され得るエアキャビティ船を提供することである。再び、本発明の目的は、複数のキャビティが既存の船の船体に設けられ得るエアキャビティ船を提供することである。

再び、本発明の目的は、回転動作を確立したエアキャビティ船を提供することである。

ここでは、本発明の第１の実施形態に係わるエアキャビティ船は、以下のように特徴付けられている。前壁と後壁との少なくとも１つが、船の底部に接続されている上横方向側面と、各側壁に接続されている長手方向の側面とを備えている第１のプレート形状の壁部を有している。下横方向側面は、船体底部から所定距離離れたところで配置され、側壁と、船体の底部、もしくは、隣接しているキャビティの壁部とに接続されている。第１及び第２の壁部は、楔形状の閉じられたスペースを囲んでいる。空気取入れ手段は、実質的に後壁の方向へとキャビティ中に空気を取入れるために、前壁の第２の壁部に開口部を有している。

キャビティの長手方向の前壁から空気を取入れることによって、安定した低乱気流空気フローを与え、摩擦抵抗を減じる。特別な実施形態では、前壁の第２の壁部は、船体底部に対して９０°未満の角度で延びている。

傾斜している前及び後壁の幾何学によって、波が、船の設計速度範囲でキャビティ内に適合され、波頭が、第２のプレート形状の壁部の上横方向エッジに、もしくは、これの近くに配置され、波の形状が、下方にそらされ、傾斜している後壁部に従う。これは、特に、１０００トン以上の容量を有している、９〜３０ノットで外洋を航行する貨物船か大きな客船にあてはまる。波の形状をキャビティ内に適当に適合させることによって、ショックなそのキャビティの封鎖が果たされ、大きな抵抗が減少され、同時に、空気の取入れも減じられて、この結果、電力を節減できる。更に、本発明のキャビティは、造船所でプレート形状の部品から比較的容易に建築され得、新しく建築された船に適合され得る。しかし、これはまた、側壁と横方向の壁とを既存の船体の底部に取着させることによって、既存の船に後付けするようにも使用され得る。

楔形状の後壁の長さは、キャビティの長さの１〜０．１倍、好ましくは０．５〜０．１倍の長さであってよい。

１つの実施形態では、２つのキャビティが、前後に配置されている。最後部キャビティの前壁が、滑らかな遷移部に沿ってキャビティの第１のプレート形状の壁部に取着している最前部のキャビティのプレート形状の第２の壁部によって形成されている。かくして、楔形状のキャビティの封鎖の最も低い部分に沿ったフローの分離が避けられる。

本発明のエアキャビティ船の他の実施形態では、少なくとも第１及び第２のキャビティが、横方向の並んで配置されている。第１のキャビティの前及び後壁は、第２のキャビティの前及び後壁から長さ方向において様々の位置に配置されている。

分かっていたことは、キャビティ内で、船の船体の外部の波のパターンに類似している波のパターンが発生されることである。キャビティ内の波のパターンは、純粋に横方向に向けられては折らず、斜めにされていることがわかった。横方向に並んで位置している幾つかのエアキャビティ間のずらされた配置を利用して、キャビティ内の波システム間の干渉が、船の抵抗が減じられるように得られる。エアキャビティを長手方向にずらすことによって、船の船体外部の波のパターンが、船の抵抗を更に減じるように、改良される。

本発明に係わるエアキャビティ船の更なる実施形態では、回転検出器を有している回転制御手段が設けられ、傾斜方向に船が傾斜された時は、１つのキャビティが持ち上げられ、他方のキャビティが傾斜され、回転検出器が、持ち上げられている前記キャビティへの空気の供給を増大させるための制御信号を発生させる、回転角度検出器と、長手方向の中心線の各側での個々に制御可能なキャビティへの空気の供給が行われる。

このように、公開中に船の動き（回転、ピッチ及び揺れ）を減じるための駆動緩衝システムが、提供される。特に、回転復元モーメントが、風力による固定された傾斜角度を補正するように発生され得、かくして、エアキャビティシステムの最適な機能を果たす。

本発明のエアキャビティ船の非制限的な実施形態が、例を挙げて、添付図面を参照しながら、詳しく説明される。

本発明に関わるエアキャビティとエア・デフレクターとを有しているタンカーか運搬船の側面図である。 図１の船の底面図である。 図２のIII−III線に沿ったエア・デフレクターの断面図を示す。 楔形の前壁と後壁とを有している２つの隣接したエアキャビティの斜視図である。 異なる実施形態のエアキャビティの概略側面図である。 異なる実施形態のエアキャビティの概略側面図である。 異なる実施形態のエアキャビティの概略側面図である。 異なる実施形態のエアキャビティの概略側面図である。 長手方向でオフセットされたエアキャビティを有している船の上面と底面とが組み合わせられた平面図である。 回転制御装置を有しているエアキャビティ船の概略的な横方向断面図である。 キャビティが二重船体構造体内に形成されている、エアキャビティ船である。

図１には、オイルタンカー、即ち運搬船１が示されている。このオイルタンカー即ち運搬船は、例えば５０、０００〜５００、０００トンの総トン数を有し得る。この船は、船体３の底部２に、多数のエアキャビティ４、５、６を有している。これらエアキャビティは、これらの下向きの面で開口している。コンプレッサー７により、圧縮空気が、一連のダクト１０を通してキャビティ４〜６中に取り入れられる。空気は、船１の長手方向に向けて、低乱気流空気フローのためのキャビテーション領域内へと、キャビティの前壁８、９の開口部から取り入れられる。各キャビティは、約０．５〜３０ｍの長さと、約０．５〜２０ｍの幅と、約０．３〜５ｍの深さとを有し得る。キャビティの高さは、これらキャビティが、最大トリム（trim）で、空気によって完全に満たされるような高さであり、一般に、キャビティ内の計算波高点の高さと一致している。キャビティの幅は、少なくとも３列のキャビティが船の長手方向に並んで延びているような幅である。船の設計速度ｖで低速航海する単一船体船のキャビティの長さＬｃは、Ｌｃ＝０．３４ｖ^２によって与えられ得る。

空気は、１．５〜４バールの圧力で供給され、船の対応する喫水でのキャビティ内の静水圧よりもわずかに大きい。空気の供給率は、各キャビティを、与えられた状況（速度、海の状態など）に応じて可能な限り乾いた状態に保つような率であり、供給された空気は、各キャビティ内で安定した状況に捕捉され、余分の空気が、各キャビティの後部から逃がされる。

船１は、船首１１に膨張部を有しており、水の抵抗を軽減する。船尾１２で、潜水している非通気プロペラ１３が、速度８乃至３０ノット、好ましくは１３乃至１７ノットでこの船を駆動させる。３つの互いに平行なエア・デフレクター１５、１６、１７が、キャビティ４〜６から逃がされる空気をデフレクターに対して平行にガイドするように、最後尾のエアキャビティ４とプロペラ１３との間の船尾１２の近くで、船体の外面に沿って後方に向かって斜めに、水平線に対して角度γで、底部２から水面１８に向けて延びている。これは、空気がプロペラの平面中に逃がされることを妨げ、プロペラ１３の空気レベルを例えば１０重量％よりも低く保つ。このように、プロペラに対して特別な設計上の改良が行われる必要が全くなく、このことは、エアキャビティ４〜６が既存の船に後付けされた場合の利点となっている。

図２に示され得るように、３列のエアキャビティ２１、２２が、船の底部で並んで延びている。これら外側キャビティ２１と内側キャビティ２２との横方向の隔壁２３、２４が、キャビティ内の波を最も適した形に方向付けるために、長手方向の中心線２５の方向において互いにずらされている。横方向の隔壁２３、２４は、楔形の断面を有していてよく、各キャビティの深さは、キャビティの前部と後部とで漸進的に変化している。

最後尾のキャビティ２１とプロペラ１３との間には、３つの楔形エア・デフレクター１５、１６、１７が、長手方向の中心線２５に対して例えば８０°〜１１０°の鋭角αで、船体１のほぼ水平な底部の境界線によって形成されている接線（tanging line）２６に向けて、延びている。図２には、船の片側のみのエア・デフレクターの下部２５と中間部２５’とが、示されているが、実際には、エア・デフレクターのレイアウトは、長手方向の中心線１８を中心に左右対称にされている。エア・デフレクター１５〜１７は、接線２６から、長手方向に対して角度βで延びている中間部２５’を有しながら、船体の両側面に沿って例えば水位１８まで延びている。角度βは、船の設計速度と、水中の気泡の上昇速度とによって決まる。エア・デフレクター１５〜１７の上部２５”は、図１に示され得るように、垂直線に対して角度γで延びている。角度α、β及びγは、設計速度やこの設計速度での空気が逃がされる角度など、船の設計によって決まり、横方向の加速なしで気泡を表面までガイドするように決められる。

図３に示され得るように、エア・デフレクター１５〜１７は、楔形の断面を有し、船体３の壁２９に溶接された傾斜ストリップ２７と横方向ストリップ２８とによって形成されている。各ストリップの幅Ｗは、０．３〜３ｍであってよい。また、船体の壁２９上の最後部の高さＨは、最後のキャビティから逃がされる平均的な量の空気によって決定され、０．１〜２ｍであってよい。また、これらデフレクター間の距離Ｄは、０．１〜１０ｍであってよく、船体の壁２９に対する角度δは、１０°〜９０°である。

エア・デフレクター１５〜１７の後端部３０には、低圧区域が形成され、この中に気泡が捕捉される。捕捉された空気が、プロペラ１３中への空気の侵入が妨げられるように、低圧区域内でデフレクターに沿って底部２から海面１８までガイドされる。

図４は、キャビティ４０の概略図を示している。船は、底部２が上に向いた状態で示されている。船の船首は、図４の右手側に配置されており、航海の方向は、矢印Ｔによって示されている。キャビティ４０は、プレート形状の側壁４１、４２と、楔形の前壁４４と、楔形の後壁４３とによって境界を示されている。前壁４４及び後壁４３の各々は、プレート形壁部（第１の壁部）４５を有している。この壁部４５は、これの下横方向側部４６によって船体３の底部２に接続されている。壁部４５は、傾斜されており、底部２から離れるように延びている。壁部４５の長手方向の側面４７、４８は、例えば溶接を行うことによって、側壁４１、４２に接続されている。前記第１の壁部４５は、上横方向エッジ４９に沿って、第２の壁部５０に接続されている。第２の壁部５０は、傾斜平面を有し、これの下エッジ５３によって底部２に接続されている。第１の壁部４５から第２の壁部５０への前記上横方向エッジ４９に沿った遷移と、壁部５０から底部２への前記下エッジ５３に沿った遷移とは、エッジ４９及び５３に沿ったフローの分離を妨げるために、漸進的にされていなくてはならない。楔形を成すように囲まれたボックス構造体が、第１及び第２の壁部４５、５０によって形成されている。空気サプライダクト１０は、楔形の第２の壁部５０のホール５５からキャビティ４０中に差し込まれ、壁４４によって囲まれたボックス形の構造体の内部に収容されている。

図５は、エアキャビティ４０の概略的な側面図を示している。波のパターンは、これはキャビティ４０内に位置されるものだが、波のピークが楔形の前壁４４の下横方向エッジ５３の近くに位置され、図５に点線で示されているように、壁部４５によって偏向されるようにされている。エアキャビティ４０、４０’のボックスのような前及び後壁４３、４４の楔形状は、最適なフローと、ショックのないキャビティの封鎖とが得られる、即ち、圧力抵抗現象が大きく減じられるような形状である。本発明に係わるキャビティの形状と空気取入れ位置５５では、これが低い空気取入れレベルで相当に抵抗を減じることから、比較的小さいエアフローがキャビティを空気で満たした状態に維持することが必要となる。

楔形の壁４４の長さＬ_ｗ１は、例えば、キャビティ４０の深さＨ（側壁４１、４２の高さ）が１ｍの場合、約１０ｍである。第２の壁部５０の長さＬ_ｗ２は、約７ｍであってよく、また、キャビティ４０の長さＬ_ｃは、約１０ｍである。キャビティ４０の幅Ｗ（図４を参照）は、約４ｍであってよい。

図６は、最前部の楔形の壁４４の湾曲された第２の壁部５０が、最後部の楔形の壁４３の傾斜壁部４５に取着している、１つの実施形態を示している。このようなキャビティの構造は、壁５０がこれの下エッジ５３に沿って底部２に取着していて、荒海などでの運転により適している図５に示されているキャビティとは対照的に、穏やかな海での運転に最も適している。

図７では、第２の壁部５０は、垂直に配置され、壁部４５は、底部２の近くと、エッジ４９との近くとに、ほぼ水平な方向性を有している。空気の供給ダクト１０のエア取入れ口５５は、概略的な矢印の方向へと空気を取り入れる。また、この取入れ口は、キャビティのキャビテーション領域内に配置されている。

図８の実施形態では、壁部４５が、図７の凹形状の壁部４５とは対照的な、凸形状を有している。意図される運転速度と水の状態（波があるかない、強い風か流れかが起こっているかいないか）とに従って、様々の設計が可能である。

図９は、上面図と底面図とを組み合わせて、船１を示している。この図から分かることは、２列のエアキャビティ６０、６０’、６１、６１’が、船の長手方向に並んで延びていることである。キャビティ６１、６１’の楔形の壁６２、６３、６４は、キャビティ６０、６０’の楔形の壁６５、６６及び６７以外のところで、長手方向の中心線２５に沿って様々の配置で配置されている。このように、キャビティ内の斜めの波のパターンによって、船の水の抵抗を減じることが容易にされる。

図１０は、回転制御手段８３を有している本発明の船１を示している。キャビティ７０、７１は、長手方向の中心線２５の各側に配置され、エアダクト７６、７７を介してコンプレッサ７８、７９に接続している。コンプレッサは、コンピュータ８０によって制御される。コンピュータは、インプットとして、角度検出器８１によって発生された検出信号を受信する。各キャビティ７０、７１中に導かれる空気の量を制御することによって、あらゆる運転状況で最適なパフォーマンスが得られるだけでなく、また、航路における船の動きのための緩衝システムが提供され、回転復元モーメントが発生され得る。

傾斜のない直立位置では、空気が、同様の方法で、キャビティ７０、７１の複数の側壁もしくはかかと部７２、７３、７４及び７５の間に捕捉される。ダクト７６、７７による空気の供給量は、コンピュータ８０により、速度、装填及び周囲の状況に基いて調節される。空気が逃げることによってキャビティ内の圧力が急に低下することを防ぐために、このような圧力の低下を検知するように、エアフローモニター８５、８６が、ダクト７６、７７内に組み込まれ得る。圧力の低下に対応して、各コンプレッサ７８、７９が、各キャビティ内に累加される急速加圧を与えるように強化され得る。

船が、例えば傾斜角φだけ傾いているとき、一方のキャビティ７１が、持ち上げられる。傾斜角が小さい場合、例えば５度であるとき、このキャビティ７１のキャビティの側壁７４、７５の夫々の傾斜角は、同じと予想される。角度検出器８１は、この傾斜角に応じて検出シグナルを発生させる。この検出信号に基づいてコンピュータ８０がコンプレッサ７９を駆動させ、前記一方のキャビティ７１内の圧力を増大させる。側壁７４の高さが、側壁７５の高さよりも大きくなるにつれて、船が傾いた時には、より大量の空気が内部キャビティ領域に供給される。キャビティ７１の容量が増大すると、船の浮力の中心が、船が傾斜されている側に移り（この図では右手側）、これによって、船を直立位置に戻す復元モーメントを生じる。コンピュータ８０は、対向方向の“オーバーシュート角度”を避けるために船がゼロ傾斜位置につく前に、キャビティ７１内の余分な空気を、例えばダクト７７から追い出すように、直立している間キャビティ７１への空気サプライを制御する。

回転角度検出器８１の代わりに、回転の加速を測定する第２のオーダー（order）検出器が、使用され得る。本発明の回転制御システムは、例えば、スタビライザーのフィンが使用されている時などに、船の抵抗を顕著に増大させることなく回転を安定させる。

エアキャビティシステムと回転制御システムとは、新しい船に組み込まれるか、置換えられる船体として、既存の船に適合され得る。

図１１は、内側船体１０２と外側船体１０３とを有している二重船体タンカー船１００を示している。外側船体は、エアキャビティ１０４、１０５を形成するように切断されている。隔壁１１２、１１３は、プレート形状の部分として、エアキャビティ１０４、１０５の底部を形成している内側船体１０２に溶接されている。外側船体１０３の一部分１０６が、隔壁１１３の壁部１０７を形成するために使用され得る。外側船体の一部分１０９が、切断されて、最前部のエアキャビティの一部分１０８を仕切るように、内側船体１０２に溶接され得る。エアキャビティを完成すると、コンプレッサ１１０が、空気供給のための、エアダクト１１５を介する各エアキャビティへの接続部である、二重船体船１００に取着され得る。本発明に係わる方法によって、二重船体船は、摩擦及び抵抗現象を減じ、そして、容易かつ費用効率が高い方法で推進力のためのエネルギー消費を節約するように、エアキャビティ船へと改造され得る。

１…エアキャビティ船、３…船体、４，５，６；４０，４０‘；６０，６０‘，６１，６１’…開口キャビティ、７，１０…空気取入れ手段、９…底部、１１…船首、１２…船尾、１３…プロペラ、４１，４２…側壁、４３…後壁、４４…前壁、４５…第１のプレート形状の壁部、４６…上側横方向側端、４７，４８…長手方向側端、５０…第２のプレート形状の壁部、５５…開口部、

Claims (9)

1. 船首（１１）と、船尾（１２）と、この船尾の近くのプロペラ（１３）とを備えている船体（３）と、
   この船体の底部（２）に形成され、船体の横方向に離間し、各々が船体の長手方向に延びている２つの側壁と、後壁と、前壁とによって囲まれている少なくとも２つの第１の開口キャビティ（６０、６１）を含む複数の開口キャビティと、
   空気を前記第１の開口キャビティの夫々に供給するための空気取入れ手段（７、１０）とを具備しているエアキャビティ船（１）において、
   前記第１の開口キャビティ（６０）の一方の前壁（６６）と後壁（６５）とは、前記第１の開口キャビティ（６１）の他方の前壁（６３）と後壁（６４）とは、船体の長手方向において異なる位置にあることを特徴とするエアキャビティ船
2. 前記複数の複数の開口キャビティは、前記長手方向に隣接し、各々が長手方向に延びている２つの側壁（４１，４２）と、後壁（４３）と、前壁（４４）とによって囲まれている更なる少なくとも２つの第２の開口キャビティ（４，５，６）を含み、
   前記後壁（４３）は、後方に向かって下方向に傾斜した壁部分を有し、
   空気を前記少なくとも２つの第２の開口キャビティ（４，５，６）の夫々に供給するための空気取入れ手段（７、１０）を更に具備し、
   前記後壁（４３）と、前壁（４４）との少なくとも一方は、第１のプレート形状の壁部（４５）を有し、この壁部（４５）は、船体の底部（９）に接続され、船体の横方向に延びている上側横方向側端（４６）と、前記２つの側壁（４１、４２）に夫々接続され、船体の長手方向に延びている２つの長手方向側端（４７、４８）とを有し、
   また、前記前壁（４４）は、第２のプレート形状の壁部（５０）を有し、この壁部（５０）は、船体の底部（９）から所定距離離れたところに位置し、船体の横方向に延びている下側方横方向側端（４９）と、前記側壁（４１、４２）に夫々接続された２つの長手方向側端とを有し、
   前記第１と第２のプレート形状の壁部（４５、５０）と前記２つの側壁（４１、４２）とにより、前記第２の開口キャビティ（４、５、６）の各々は、楔形状の閉じられたスペースとなっており、
   前記空気取入れ手段（７、１０）は、後壁（４３）の方向に向かってキャビティ中へと空気を取入れるために、前記前壁（４４）の第２のプレート形状の壁部（５０）に開口部（５５）を有している請求項１のエアキャビティ船。
3. 前記第２のプレート形状の壁部（５０）は、船体の底部（９）に対して９０°未満の角度で傾斜している、請求項２のエアキャビティ船。
4. 前記長手方向における第２のプレート形状の壁部（５０）の長さ（Lw_２）は、前記第２の開口キャビティの長さ（L_ｃ）の１〜０．１倍である、請求項３のエアキャビティ船。
5. 前記長手方向における第２のプレート形状の壁部（５０）の長さ（Lw _２ ）は、前記第２の開口キャビティの長さ（L _ｃ ）の０．５〜０．１倍である、請求項３のエアキャビティ船。
6. 前記長手方向における第２のプレート形状の壁部（５０）の長さ（Lw _２ ）は、前記第２の開口キャビティの長さ（L _ｃ ）の０．３〜０．２倍である、請求項３のエアキャビティ船。
7. 前記第２のプレート形状の壁部（５０）は、滑らかな遷移部（４９）を前記第１のプレート形状の壁部（４５）に取着させる傾斜面（５０）を有している、請求項２のエアキャビティ船。
8. 前記少なくとも２つの第１の開口キャビティ（６０、６１）は、船体の横方向に並んだ少なくとも３つの第１の開口キャビティ（６０、６１）を含み、１番目の第１の開口キャビティ（６０）の前壁並びに後壁（６５、６６）と、２番目の第１の開口のキャビティ（６１）の前壁並びに後壁（６３，６４）とは、船体の長手方向で異なる位置に配置されている、請求項１のエアキャビティ船。
9. 前記少なくとも２つの第１の開口キャビティ（６０、６１）は、前記船体の長手方向の中心軸の両側に設けられ、
   回転検出器を有している回転制御手段と、前記第１の開口キャビティの各々への個々に制御可能な空気の供給とによって特徴付けられ、横方向に船が傾斜された時は、一方の側の第１の開口キャビティが持ち上げられ、他方の側の第１の開口キャビティが傾斜され、前記回転検出器が、持ち上げられている前記第１の開口キャビティへの空気の供給を増大させるための制御信号を発生させる、請求項１のエアキャビティ船。

Images