JP6044930B2 - 空気潤滑用空気吹出装置及び船舶 - Google Patents
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Description
空気潤滑法に用いる空気吹出装置の代表的な配置を以下に説明する。図8から図12は発明者らが研究途上で検討した従来例を示す空気吹出装置の構成図である。
このように、従来は、より多くの吹出部を配置することにより、船底101のできるだけ広い領域を気泡で覆い、摩擦抵抗の低減を図っている。
船底の水の流れは、必ずしも船体中心線Yに平行ではなく、気泡が浮力を持っているため、気泡が船体中心線Yから離れる方向に流れる傾向がある。従って、船体中心線Yに近い船底部には気泡で覆われない箇所が生じることがある。
また、吹出部から遠ざかり船尾に近づくほど空気潤滑の効果は低下するが、100m程度後方でもある程度の効果が残っている。
特許文献2には、船底に多数の空気噴出口を備えた船舶が記載されている。特許文献2における空気噴出口の一部は、船体中心線に沿って設けている(例えば、図2、図4、図5)。
特許文献3には、船底で空気を噴出させるためのパイプを設けた船舶が記載され、パイプの先端部には、船尾方向に向けて空気を噴出する孔を設けている。
特許文献4には、複数の空気吹出口を船底に備えた船舶が記載され、一部の空気吹出口は船底のセンターラインに沿って複数配置している(特に図2)。
なお、特許文献2や特許文献3のように、船底を凹ませ又は船底に部材を設ける場合には、船舶のドック入りを困難とするという不都合を生じる。
図1は同実施形態による空気潤滑用空気吹出装置を装備した船舶の船底を示す底面図、図2は同船舶の要部断面図である。図中Xは水の流れ方向を、Yは船体中心線を、Zは船底1における空気泡の流れを示している。
複数個の空気吹出口10は、船底1の船体中心線Yに沿って、船体の前後方向に一列に配置している。
本実施形態のように、船体中心線Yに沿って、複数個の空気吹出口10を船体の前後方向に一列に配置することで、船体中心部Yから気泡を吹き出し、船底1の広い領域を気泡で覆うことで摩擦抵抗の低減を図ることができる。
本実施形態による空気潤滑用空気吹出装置では、前部から順に4つの空気吹出口10a、10b、10c、10dを配置しており、空気吹出口10a、10b間のピッチP1は、空気吹出口10b、10c間のピッチP2よりも小さく、空気吹出口10b、10c間のピッチP2は空気吹出口10c、10d間のピッチP3よりも小さくしたケースを図に示す。
船によって異なるが、このような傾向が強い場合には、船首側においては空気吹出口10間のピッチを小さくすることで気泡に覆われない領域の発生を少なくすることができる。また、船首から離れた位置で、水の流れが船体中心に対して平行に近い位置では、空気吹出口10間のピッチを大きくすることで、空気吹き出しに要する動力を低減することができる。
最後部の空気吹出口10dの位置を、船底1の中央L/2より前方、又は船底1の平底部の船尾端3から100メートルより前方としたことで、空気吹き出しに要する動力を低減してエネルギー効率を高めることができる。
図3に示す空気吹出口11a、11b、11c、11dは、図4に示すキール4の一側方に隣接するボックスに位置する船底外板5aに配置し、図3に示す空気吹出口12a、12b、12c、12dは、図4に示すキール4の他側方に隣接するボックスに位置する船底外板5bに配置している。なお、キール4に隣接するボックスだけでは、空気吹出口10の幅方向寸法を十分に確保できない場合には、キール4に隣接するボックスに更に隣接するボックスに位置する船底外板5にも空気吹出口10を設けてもよい。
従って、本実施形態のように、キール4の両側の船底外板5に一対の空気吹出口10を配置することで、船体中心部Yに気泡を導くことができ、船底1の広い領域を気泡で覆うことで摩擦抵抗の低減を図ることができるとともに、ドック入りの支障をきたすこともない。
本実施形態では、図1及び図2に示す実施形態の構成に加えて、空気吹出口10のうちの前部に配置する空気吹出口10bの両側に、補助空気吹出口20a、20bを更に備えたものである。
なお、本実施形態では、空気吹出口10bの両側に、補助空気吹出口20a、20bを設けたが、空気吹出口10bの両側ではなく、最前部の空気吹出口10aの両側に、補助空気吹出口20a、20bを設けてもよい。また、補助空気吹出口20a、20bを、最前部の空気吹出口10aと空気吹出口10bとの間で両側に設けてもよい。
図6において、縦軸は抵抗低減係数CDR、横軸は空気吹出口からの距離Xbである。
ここで抵抗低減係数CDRは、CDR=(−△D)/(1/2ρQaV)で定義される。ただし、(−△D)は空気吹き出しによる抵抗低減量、Qaは空気吹出量(m3/s)、Vは船速(m/s)、ρは水の密度である。
グラフ中の実線は、実験データから作成した近似式である。また、グラフ中の点線は、この近似式で推定した無限大長さの抵抗低減値である。グラフでは45m程度までの実験結果が示されているが、最近の実船計測結果により100mであっても、気泡による摩擦抵抗の低減効果があることが分かっている。
このことから、最後部の空気吹出口10dの位置は、船底1の平底部の船尾端3から100メートルより前方としても、気泡による摩擦抵抗の低減を図れ、空気吹き出しに要する動力を低減してエネルギー効率を高めることができる。
図7(a)から(d)に示す空気吹出口10は、図2及び図3で説明した一区画のキール、又はキールに隣接する一区画のボックスの船底外板5aの平面図である。
本発明による空気吹出口10は複数の開口を有している。
図7(a)は、空気吹出口10に丸穴31を複数開けたものである。丸穴31は千鳥状に5列に配置したものを図示しているが、千鳥状に代えて整列したものや、2列程度の配置であってもよい。
図7(b)は、空気吹出口10に楕円穴32を複数開けたものである。楕円穴32は、千鳥状に3列に配置したものを図示しているが、千鳥状に代えて整列したものや、2列程度の配置であってもよい。楕円穴32は長円も含み、楕円や長円には縦長・横長の両方を含む。
図7(c)は、空気吹出口10に格子33を設け、この格子33によって複数の方形孔34が形成される。
図7(d)は、空気吹出口10に鎧戸状の格子35を設けたもので、開口36がスリット状に形成される。開口36は縦長・横長両方を含む。
キール4又はボックスの船底外板5aに、図7(a)から(d)に示す空気吹出口10を設けることで、空気吹出口10は空気を船底1から下方に向かって吹き出す。
このように、空気を下方に向かって吹き出すことで、吹き出された空気が細かな気泡になりやすく、細かな気泡は、浮力が小さいために、船底1から離れずに船尾3に向かって流れやすく、気泡による摩擦抵抗の低減効果を高めることができる。
2 船首
3 船尾端
4 キール
5、5a、5b 船底外板(ボットム)
6 インナーボットム
7 船底縦骨材(ロンジ)
8 船底桁材(ガーダー)
10 空気吹出口
20a、20b 補助空気吹出口
31 丸穴
32 楕円穴
33、35 格子
X 水の流れ方向
Y 船体中心線
Z 空気泡の流れ
Claims (7)
- 船底が平底を成す船舶の前記船底に空気吹出口を複数個設け、前記空気吹出口から吹き出される空気によって船体の摩擦抵抗を低減する空気潤滑用空気吹出装置において、前記船底の船体中心線に沿って設けたキール又は前記キールの両側の船底外板に、3個以上又は3対以上の前記空気吹出口を前後方向に一列に配置し、かつ最後部の前記空気吹出口の位置を、前記船底の中央より前方、又は前記船底の平底部の船尾端から100メートルより前方とし、吹き出した前記空気によって覆われない前記船底の領域を少なくしたことを特徴とする空気潤滑用空気吹出装置。
- 前記空気吹出口は前記空気を前記船底から下方に向かって吹き出したことを特徴とする請求項1に記載の空気潤滑用空気吹出装置。
- 前記空気吹出口の数を5個以下又は5対以下としたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気潤滑用空気吹出装置。
- 前部に配置する前記空気吹出口間のピッチを、後部に配置する前記空気吹出口間のピッチよりも小さく設定したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の空気潤滑用空気吹出装置。
- 前記空気吹出口のうちの前部に配置する前記空気吹出口の両側に、補助空気吹出口を更に備えたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の空気潤滑用空気吹出装置。
- それぞれの前記空気吹出口が複数の開口を有したことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の空気潤滑用空気吹出装置。
- 請求項1から請求項6のいずれかに記載の空気潤滑用空気吹出装置を前記船底に備えたことを特徴とする船舶。
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