JP5767365B2 - ステップ型船体と船外フィンとを有する船舶 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、２００９年６月１６日に出願された仮出願第６１／１８７６４４号に対する利益を主張し、先の出願の開示内容の全ては、本明細書において参照によって援用される。

（背景）
Ｏｅｒｎｅｂｌａｄへの特許文献１において上手に記述されているように、「人類が最初に船で水上に繰り出した時から、安定性を著しく犠牲にすることなく速度を上げる船体の設計を試みてきた」。船体における流体力学的抗力を低減し、従って高性能船舶の船体効率を向上する１つの手段は、ステップ型船体を提供することであり、船体の下部表面は、滑らかな表面でなく、むしろ横断するステップを含む。ステップ型船体は、水面上の性能特性を向上することによって船体の性能を向上するために使用され得、これによって船体のぬれ表面を低減する。ステップ型船体は長く公知であり、例えばＦａｕｂｅｒへの特許文献２、Ｂａｔｔｙへの特許文献３、およびＨｕｂｌｅｙへの特許文献４を含み、これらの文献のそれぞれは、参照によって本明細書に援用される。

Ｆａｕｂｅｒは、複数のステップ型部分（または「水上滑走部材」）を有する船体と、船体のステップ型部分に圧力下にある空気を送達するための内部通気ダクトシステムとを開示し、例えば、内部通気ダクトシステムに空気を強制的に送達するために、駆動ＩＣエンジンをポンプとして使用する。Ｈｕｂｌｅｙは、船体の船首の近くに流入開口と、船体のステップの表面において流出開口とを有する通気ダクトシステムを開示する。これらの強制空気システムは、ステップ型船体部分において真空を生成することを回避すること、および船体を水面から持ち上げ、ぬれ面積を低減することにおいて補助する。

しかし、内部ダクトシステムは、船体に組み込むことが比較的困難である。また、ステップ型船体が有する共通の問題は、旋回中に船が全体的に船体のステップを中心にスピンする傾向があり得、特に強制空気システムが船体の船尾部分を水面から持ち上げる傾向がある場合にあり得る。

米国特許第６，６６６，１６０号明細書 米国特許第１，１２１，００６号明細書 米国特許第１，８５８，０３０号明細書 米国特許第６，２５０，２４６号明細書

本概要は、発明を実施するための形態において以下にさらに記述されている概念の抜粋を簡易的な形式で紹介するために提供されている。本概要は、請求されている主題の主要特徴を識別することが意図されておらず、請求されている主題の範囲を決定することにおける補助として使用されることも意図されていない。

ステップ型船体を有する高性能滑走船舶が開示される。１対の船外フィンが船体側壁に固定されている。フィンは、外側に、下の水面方向に延びる。好ましくは、フィンは、少なくともステップ型船体部分の高さまで下方向に延びる。船外フィンは、それぞれチャネルを規定し、滑走動作中に、空気がチャネルにおいて圧迫され、この結果ステップ型船体部分の方向に少なくとも一部が強制されるように、チャネルが入ってくる空気に対して角度をもつように構成され、これによってぬれ表面積を低減する。水平動作において、船外フィンは、比較的水平であり、チャンネルを通った流れは、真空を生成する傾向があり、ステップ型船体部分が水面としっかり接触を維持することに有用である。

船舶の実施形態において、フィンは全体的にＬ字型であり、船体から外側に延びる第一のレッグと、第一のレッグから下方向に延びる第二のレッグとを有する。

船舶の実施形態において、１対の反対側に配置された船外ストレークがステップ型船体部分に取り付けられている。ストレークは、前部端の近くで先細りし、ステップ型船体部分への（からの）空気流を促進するためにポートまたは流路を提供し得る。

船舶の実施形態において、フィンの先行縁は、ステップ型船体部分の前部にあり、トランサムまで延びる（例えば、船体の長さの３０％から５０％に沿って延びる）。

船舶の実施形態において、第二のステップ型船体部分が提供され、第二のステップ型船体部分は、第一のステップ型船体部分から上方向にずれており、第二のステップ型船体部分の船外縁に沿って第二のストレークの対をさらに含み得る。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
Ｖ字型滑走船体であって、該Ｖ字型滑走船体は、前部船体部分と、該前部船体部分の後部端において規定された第一のステップとを有し、該ステップは、該前部船体部分からずれた第一のステップ型船体部分を画する、Ｖ字型滑走船体と、
該船体の左舷に固定された第一のラム空気フィンであって、該第一のラム空気フィンは、該第一のステップの前部に配置された先行縁を有し、該第一のラム空気フィンは、該第一のステップの上部から少なくとも該第一のステップ型船体部分に延びる、第一のラム空気フィンと、
該船体の右舷に固定された第二のラム空気フィンであって、該第二のラム空気フィンは、該ステップの前部に配置された先行縁を有し、該第二のラム空気フィンは、該第一のステップの上部から少なくとも該第一のステップ型船体部分まで延びる、第二のラム空気フィンと
を含み、該第一のラム空気フィンおよび該第二のラム空気フィンのそれぞれは、船外チャネルを規定し、さらに、船舶の滑走動作中に、該第一のラム空気フィンおよび該第二のラム空気フィンが、該チャネルに入ってくる空気が空気力学的に加圧されるように水平から傾斜される、高性能船舶。
（項目２）
前記第一のラム空気フィンおよび前記第二のラム空気フィンのそれぞれは、前記船体から外側に延びる第一のレッグと、該第一のレッグから下方向に延びる第二のレッグとを含む、項目１に記載の高性能船舶。
（項目３）
前記第一のステップ型船体部分に取り付けられた第一の対の反対側に配置された船外ストレークをさらに含む、項目１に記載の高性能船舶。
（項目４）
前記第一の対の船外ストレークは、前部端において先細りし、前記第一のステップ型船体部分へのポートが該ストレークと前記第一のステップとの間に規定される、項目３に記載の高性能船舶。
（項目５）
前記第一のラム空気フィンおよび前記第二のラム空気フィンは、前記船舶が平衡状態の水平構成にある場合、おおよそ水平であるように配向される、項目１に記載の高性能船舶。
（項目６）
前記第一のラム空気フィンおよび前記第二のラム空気フィンは、前記船舶の船尾端に沿って取り付けられている、項目１に記載の高性能船舶。
（項目７）
前記第一のラム空気フィンおよび前記第二のラム空気フィンは、前記船舶のトランサムまで延びる、項目６に記載の高性能船舶。
（項目８）
前記第一のラム空気フィンおよび前記第二のラム空気フィンは、前記船体の長さの３０％から５０％に沿って延びる、項目７に記載の高性能船舶。
（項目９）
前記第一のステップ型船体部分の後部端において規定される第二のステップをさらに含み、該第二のステップは、該第一のステップ型船体部分から上方向にずれている第二のステップ型船体部分を画する、項目１に記載の高性能船舶。
（項目１０）
前記第二のステップ型船体部分に取り付けられた第二の対の反対側に配置された船外ストレークをさらに含む、項目９に記載の高性能船舶。
（項目１１）
左舷側壁と右舷側壁とを有するアルミニウム製の船体であって、該船体は、前部船体部分と、該前部船体部分から上方向にずれている第一のステップ型船体部分とを含む、船体と、
左舷弓形フィンであって、該左舷弓形フィンは、該左舷側壁から外側に延び、少なくとも該第一のステップ型船体部分まで下方向に延びる、左舷弓形フィンと、
第二の弓形フィンであって、該第二の弓形フィンは、該右舷側壁から外側に延び、少なくとも該第一のステップ型船体部分まで下方向に延びる、第二の弓形フィンと
を含み、
該左舷弓形フィンは、該ステップ型船体部分に隣接する、該左舷側壁の一部分に沿って延びる下方向に開く細長いチャネルを規定し、該右舷弓形フィンは、該ステップ型船体部分に隣接する、該右舷側壁の一部分に沿って延びる下方向に開く細長いチャネルを規定し、
該左舷弓形フィンおよび該右舷弓形フィンは、船舶の滑走動作中に空気を圧迫するように構成され、該細長いチャネルに入ってくる空気は、該第一のステップ型船体部分の下に促される、船舶。
（項目１２）
前記左舷弓形フィンおよび前記右舷弓形フィンは、概ねＬ字型であり、前記船体から外側に延びる第一のレッグと、該第一のレッグから下方向に延びる第二のレッグとを含む、項目１１に記載の船舶。
（項目１３）
前記第一のステップ型船体部分の船外左舷縁に固定された第一のストレークと、該第一のステップ型船体部分の船外右舷縁に固定された第二のストレークとをさらに含む、項目１１に記載の船舶。
（項目１４）
前記第一のストレークおよび前記第二のストレークは、前部端において先細りし、圧迫された空気のための、前記第一のステップ型船体部分への流れポートを規定する、項目１３に記載の船舶。
（項目１５）
前記左舷弓形フィンおよび前記右舷弓形フィンは、前記船舶が平衡状態の水平構成にある場合におおよそ水平であるように角度をもたされている、項目１１に記載の船舶。
（項目１６）
前記左舷弓形フィンおよび前記右舷弓形フィンは、前記船舶の船尾端に沿って取り付けられている、項目１１に記載の船舶。
（項目１７）
前記左舷弓形フィンおよび前記右舷弓形フィンは、前記船舶のトランサムまで延びる、項目１６に記載の船舶。
（項目１８）
前記船舶は、前記左舷側壁および前記右舷側壁の上部周囲に沿って配置された発泡材スポンソンをさらに含む、項目１１に記載の船舶。
（項目１９）
前記船体は、前記第一のステップ型船体部分から上方向にずれている第二のステップ型船体部分をさらに含む、項目１１に記載の船舶。
（項目２０）
前記第二のステップ型船体部分の船外左舷縁に固定された第三のストレークと、該第二のステップ型船体部分の船外右舷縁に固定された第四のストレークとをさらに含む、項目１９に記載の船舶。

先の局面、および本発明の多くの付随する利点は、添付の図面への参照と共に以下の詳細な説明への参照によってさらに理解されると、その真価がさらに容易に認識されるようになる。

図１は、本発明に従った、性能フィンを有するステップ型船体を有する船舶の斜視図である。 図２は、図１において示される、船舶の船体の正面左下からの視点の斜視図である。 図３は、図２において示される、船体の背面左下からの視点の斜視図である。 図４は、図２において示される、船体の正面図である。 図５は、図２において示される、船体の左側面図である。 図６は、図２において示される、船体の背面図である。

本発明に従った、滑走速度で動作している高性能船舶９９が図１において示されている。船舶９９は、反対側に配置された左舷および右舷性能フィンを有する滑走船体１００を含み、左舷および右舷性能フィンは、本明細書においてラム空気フィン１２０と呼ばれ、船体１００の船尾部分に位置する。ラム空気フィン１２０は、船体１００のステップ型部分に沿って長手方向に延びている。本発明は当業者によって様々な船舶に適用され得るが、この例示的な実施形態は、概してＳＡＦＥ Ｂｏａｔｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｌ．Ｌ．Ｃ．（ｗｗｗ．ｓａｆｅｂｏａｔｓ．ｃｏｍ）によって製造されるＡｐｏｓｔｌｅ（登録商標）Ｓｅｒｉｅｓの高性能船舶に対応する。

本実施形態における船体１００は、主としてアルミニウムから形成され、例えば２９フィートから４２フィートの長さであり得る。他の船体寸法も企図される。オプション的な発泡材スポンソン９８が船体１００の上部周囲に配置され示されている。操縦者コントロールを有する制御コンソール９６がおおよそ船舶の中央部に配置され、複数の船外モータ９５（４つが図示されている）が推進力を提供する。他の長さ、構成材料、モータの数および種類などが本発明から逸脱することなく使用され得ることが当業者に明白である。

図２−６において、船舶９９のステップ型船体１００が示されている。図２は、概ね前面左下の視点からの船体１００の斜視図を示し、図３は、背面左下の視点からの斜視図を示す。船体１００は、中央竜骨１０１、第一のステップ１０２、および第二のステップ１０４を有する滑走Ｖ船体である。船体は、例えばセミＶ、モディファイドＶ、フルディープＶなどであり得る。この船体１００は２つのステップを含むが、本発明から逸脱することなく単一のステップまたは２つより多くのステップが代替に提供され得ることを当業者は認識する。

船体は、第一のステップ１０２の前部に位置する前部船体部分１０３を含む。第一のステップ１０２は、第一のステップ型船体部分１０６を画し、第二のステップ１０４は、第二のステップ型船体部分１０８を画する。本発明において必要とされないが、船体１００は、発泡材スポンソン９８（図１参照）を装着するための上部フランジ９０および下部フランジ９２を含み、発泡材スポンソン９８は、本発明者への米国特許第５，２８２，４３６号に開示されている発泡材安定型船舶のようなものであり、該開示は、その全体が参照によって本明細書に援用される。本発明の実施形態は発泡材安定型船舶９９に適用されているが、本発明はこのようなスポンソンを有さない船体に適切である。

第一のステップ型船体部分１０６は、反対側に（第一のステップ型船体部分１０６の左舷に一方、および右舷に他方）配置された船外ストレーク１１０を含む。同様に、第二のステップ型船体部分１０８は、反対側に（第二のステップ型船体部分１０８の左舷に一方、および右舷に他方）配置された第二の船外ストレーク１１２（１つが可視）を含む。本実施形態における船外ストレーク１１０および１１２は、船体チャイン１０９に位置するか、または船体チャインの一部分を規定する（例えば、側壁１１４がステップ型船体部分１０６または１０８と接する位置）。

本出願の好ましい実施形態において、第一の船外ストレーク１１０の前端または先行端１１１と、第二の船外ストレーク１１２の前端または先行端１１３とが先細りする。先細りする先行端１１１および１１３は、随意に、関連する第一のステップ１０２および第二のステップ１０４から離間され得る。先細りする先行端１１１および１１３は、流路を提供するポート、またはステップ１０２および１０４の近くで船体１００の下に空気が入るためのポートを規定する。

また、ここで船体１００の正面図を示す図４と、船体１００の左側面図を示す図５と、船体１００の背面図を示す図６とを参照する。反対側に配置され、外側に延びるラム空気フィン１２０は、概ねステップ型船体部分１０６および１０８に沿って、船体１００の左舷壁および右舷壁１１４に取り付けられる。ラム空気フィン１２０は、概ねＬ字型または弓形の細長い構造であり、側壁１１４から外側に延び、下方向に延びる。便利さのために、ラム空気フィン１２０は、下部フランジ９２に取り付けられ得るか、または下部フランジと一体的に形成され得る。例えば、ラム空気フィン１２０は、船舶９９に溶接され得る。図４において最も明瞭に示されるように、ラム空気フィン１２０は、船体側壁１１４と協働して、下方向に開くチャネル１３０を規定する。ラム空気フィン１２０は、好ましくは、ラム空気フィン１２０の遠位縁１２２が、少なくとも船外ストレーク１１０および１１２の下部縁によって規定される水平の高さまで下方向に延びるように寸法付けされる。本船体１００において、ラム空気フィン１２０は、わずかにストレーク１１０および１１２の高さを超えて下方向に延びる。

ラム空気フィン１２０のそれぞれの先行縁１２４（図５）は、好ましくは第一のステップ１０２の前部に位置し、随意に船体１００のおおよそトランサムまたは船尾端１１６まで延びる。例えば、ラム空気フィン１２０は、船体１００に沿って、船尾に近い方の３０％から５０％の長さに延び得る。

ここで船舶９９の機能、特にラム空気フィン１２０が記述される。船体１００が水上を前進しているときに、空気はラム空気フィン１２０によって規定されたチャネル１３０に入る。入ってくる空気の少なくとも一部が船体１００の下、特に第一のステップ型船体部分１０６および第二のステップ型船体部分１０８の下に誘導される。

滑走船体１００は、船舶９９が高速で操縦される場合に、例えば概ね直線走行する場合に、船舶の船首を水面から持ち上げるように構成されている。流体力が、水面から滑走船体１００の船首を持ち上げることによって水面に対する船体の角度を増大する（すなわち、船体１００が水平横走軸の周りをピボットするにつれ迎え角が増大する）。図１から認識されるように、船体１００に固定されているラム空気フィン１２０の走行方向に対する角度も増大する。増大された迎え角は、チャネル１３０に入る空気がラム空気フィン１２０の傾斜された表面によって下方向に向くことをもたらし、この結果チャネル１３０における空気圧が増大する。

チャネル１３０におけるより高い空気圧は、船外ストレーク１１０および１１２によって第一のステップ１０２および第二のステップ１０４において規定されたポートを通った空気流を増加させ、空気が第一のステップ型船体部分１０６および第二のステップ型船体部分１０８の下に強制的に送達される。ステップ型船体部分１０６および１０８の下への増加された空気流は、実質ぬれ表面積を低減し、これによって船体１００への流体力学的抗力を減少することを補助し、性能を向上する。その上、傾斜されたラム空気フィン１２０の動的空気力がラム空気フィン１２０において上方向の力を生成し、上方向の力は、船体１００が滑走モードにある場合に船体１００を水面から持ち上げ、ぬれ面積を低減することをさらに補助することが考えられる。

第一のストレーク１１０および第二のストレーク１１２の先行端１１１および１１３が先細りし、離間された理由がここで認識される。本実施形態において、先細りする第一のストレーク１１０および第二のストレーク１１２によって規定されたポートは、ラム空気フィン１２０によって圧迫された空気を、上述されたように、第一のステップ１０２および第二のステップ１０４の近くにおいて船体１００の下に優先的に誘導する手段を提供する。

滑走動作中の船体１００の性能を向上することに加えて、ラム空気フィン１２０はまた、旋回時の船舶９９の制御を向上させる。上記のように、先行技術のステップ型船体を有する船舶に共通の問題は、操縦者が船舶を旋回させるときに、一部の状況において、船体が、望ましくなく概ね船体ステップを中心にピボットする傾向がある。これは、船体のステップ型部分が水面と部分的にのみ接触していることによって、ステップが船体の船尾端またはトランサムであるかのように流体力学的に船体が反応することによってもたらされると考えられる。この望ましくない効果は、船舶がおおよそ水平の動作のために平衡状態にされた場合でさえ発生する。

しかし、本明細書において開示されている船体１００において、船体１００が旋回を開始するために水平になるように平衡状態にされるにつれ、船体の傾斜または迎え角が減少する。船体１００の傾斜角が減少するにつれ、ラム空気フィン１２０は、水平の配向に移行し、従って、局部空気流に傾斜表面を提供しない。チャネル１３０を介して流れる空気は圧迫されず、従ってステップ型船体部分１０６および１０８に空気が流れる傾向が低減されるか、またはなくなる。さらに、チャネル１３０（ここで水線の近くに配置されている）は、水平動作において水がチャネルを通って流れることを可能にする。ベルヌーイの定理により、チャネル１３０を通って流れる水は、船外ストレーク１１０および１１２によって規定されたポートにおいて真空を生成する。ベルヌーイの定理によって提供される真空アシストは、ステップ型船体部分１０６および１０８が水面としっかり接触していることを有益的に確実にし、船舶がステップ１０２および１０４のうちの１つを軸にピボットまたは旋回する任意の傾向を低減するか、またはなくす。従って、本明細書において開示されているラム空気フィン１２０は、滑走動作中に空気を船体のステップ型部分１０６および１０８に強制送達する非常に望ましい効果を有し、かつ、船舶９９が比較的に水平動作中に船体のステップ型部分１０６および１０８の下から空気を引き出す非常に望ましい効果を有する。

その上、船舶９９の旋回中に、船体が傾いて旋回に入る傾向は、ラム空気フィン１２０によって相殺される。特に旋回半径の内側に位置するラム空気フィン１２０は、水中に沈められることに対して流体力学的に抵抗する傾向がある。旋回半径の外側に位置するラム空気フィン１２０は、外側フィン１２０が水面から出るにつれ下方向への力を生成し得る。結果として船体１００は、比較的水面に対して水平を保つ。第一のステップ型船体部分１０６および第二のステップ型船体部分１０８は、従って、水面との接触を維持する傾向があり、船体は、比較的高い速度でさえ非常に安定的で予測可能な態様において旋回する。

例示的な実施形態が描写され記述されているが、本発明の精神および範囲から逸脱することなくこれらの実施形態において様々な変更がなされ得ることが認識される。

Claims (7)

1. 船舶であって、
   該船舶は、
   滑走船体であって、該滑走船体は、前部船体部分と、該前部船体部分の後部端において規定された第一のステップであって、該第一のステップは、該前部船体部分からずれた第一のステップ型船体部分を画する、第一のステップと、該船体を係合して左舷チャインを形成する左舷側壁と、該船体を係合して右舷チャインを形成する右舷側壁とを有する、滑走船体と、
   該左舷側壁に固定された左舷ラム空気フィンであって、該左舷ラム空気フィンは、該第一のステップの前部に配置された先行縁を有し、該左舷ラム空気フィンは、該第一のステップ型船体部分に沿って長手方向に延びている、左舷ラム空気フィンと、
   該右舷側壁に固定された右舷ラム空気フィンであって、該右舷ラム空気フィンは、該第一のステップの前部に配置された先行縁を有し、該第一のステップ型船体部分に沿っている、右舷ラム空気フィンと、
   該左舷チャインに位置する左舷船外ストレークおよび該右舷チャインに位置する右舷船外ストレークと
   を含み、
   該左舷および右舷船外ストレークの先行端は、先細りしており、該先細りしている先行端のそれぞれは、空気が該第一のステップの近くで該船体に対して出入りするための該船外ストレークと該第一のステップとの間の流路を規定し、
   第一および第二のラム空気フィンは、該ラム空気フィンが該側壁と協働して下方向に開くチャネルを規定するように、該左舷および右舷側壁から外側に、および、下側に延び、さらに、該船舶の滑走動作中に、該第一および第二のラム空気フィンは、該チャネルに入ってくる空気が空気力学的に加圧されるように水平から傾斜され、さらに、水平動作中に、該チャネルを通った流れは、該船外ストレークと該第一のステップとの間に規定される該流路において真空を生成する、船舶。
2. 前記左舷および右舷ラム空気フィンのそれぞれは、前記船体から外側に延びる第一のレッグと、該第一のレッグから下方向に延びる第二のレッグとを含む、請求項１に記載の船舶。
3. 前記左舷および右舷ラム空気フィンは、前記船舶が平衡状態の水平構成にある場合に該ラム空気フィンがおおよそ水平であるように配向される、請求項１に記載の船舶。
4. 前記左舷および右舷ラム空気フィンは、前記船舶の船尾端に沿って取り付けられている、請求項１に記載の船舶。
5. 前記左舷および右舷ラム空気フィンは、前記船舶のトランサムまで延びる、請求項４に記載の船舶。
6. 前記左舷および右舷ラム空気フィンは、前記船体の長さの３０％から５０％に沿って延びる、請求項５に記載の船舶。
7. 前記第一のステップ型船体部分から上方向にずれている、該第一のステップ型船体部分の後部端において規定された第二のステップ型船体部分を画する第二のステップをさらに含み、
   該第二のステップ型船体部分に取り付けられた第二の対の反対側に配置された船外ストレークをさらに含む、請求項１に記載の船舶。