JP6144061B2 - 船舶 - Google Patents

Description

本発明は、船舶に関する。

一般に、船舶の上甲板上には、船橋や居住区などを含む上部構造物が設けられている（特許文献１参照）。上部構造物は、より広範囲において視界を確保するため、上甲板から上方に向けて突出している。加えて、仕様上の居室、公室、船橋、倉庫等を確保するために、比較的大きな容積を有する上部構造物となる。そのため、上部構造物は基本的には直方体形状を呈している。従って、上部構造物が風を受けて、上部構造物に大きな風圧抵抗が生じやすい。

特開平１１−０２９０９０号公報

そのため、本発明の目的は、上部構造物に生ずる風圧抵抗を減じて、船舶の燃費向上を図ることが可能な船舶を提供することにある。

本発明の一側面に係る船舶は、上甲板の上に設けられた上部構造物を備え、上部構造物は、第１の構造部と、第１の構造部よりも船尾側に隣接するように配置された第２の構造部とを有し、船幅方向における第２の構造部の両側部は、船幅方向における第１の構造部の両側部よりも外側に位置している。

本発明の一側面に係る船舶では、船幅方向における第２の構造部の両側部が、船幅方向における第１の構造部の両側部よりも外側に位置している。この場合、上部構造物の前面投影面積が大きくなるので、上部構造物が受ける風圧抵抗が大きくなるようにも思われる。しかしながら、本発明者らが鋭意研究したところ、上部構造物が上記のように構成されていると、むしろ風圧抵抗が小さくなることを見出だした。この理由は、以下のとおりであると考えられる。船首側から船尾側に向けて相対的に風が流れるに際し、上方から見て、まず第１の構造部が風を受ける。このとき、第１の構造部の船首側で且つ両舷側に位置する側部近傍において、流れの剥離が生じ、風が第１の構造部の両舷側に分かれて流れる。この剥離した流れは、上方から見たときに、船尾に向かうにつれて船幅方向に拡がりつつ船尾側（下流側）に流れる層流と、層流の内側を流れる渦流とを生ずる。ここで、本発明の一側面に係る船舶のように、船幅方向における第２の構造部の両側部が、船幅方向における第１の構造部の両側部よりも外側に位置していると、上記層流が上部構造物の外形に沿って円滑に流れやすくなる。そのため、上部構造物の空気抵抗係数（いわゆるＣｄ値）が小さくなる。このときの空気抵抗係数の改善の度合いは、前面投影面積の増加に比して極めて大きい。従って、前面投影面積と空気抵抗係数との乗算値に比例する風圧抵抗を減ずることができる。以上により、船舶の燃費向上が図られ、省エネルギーに大きく貢献することが可能となる。加えて、上部構造物が第１の構造部よりも幅広の第２の構造部を有することで、上部構造物の容積が大きくなるので、船幅方向における第１構造部の幅をさらに狭くすることや、船首側で且つ両舷側に位置する第１構造部の角部に対して面取りを施すことが可能となり、風圧抵抗をさらに減ずることができる。

船長方向における第１の構造部の長さをＸとし、船幅方向において、第１の構造部のうち右舷側に位置する側部から、第２の構造部のうち右舷側に位置する側部までの直線距離をＹｒとし、船幅方向において、第１の構造部のうち左舷側に位置する側部から、第２の構造部のうち左舷側に位置する側部までの直線距離をＹｌとしたときに、Ｙｒ≦０．５Ｘ、及び、Ｙｌ≦０．５Ｘを満たしてもよい。この場合、上記剥離点の下流側において生ずる層流と渦流との境界領域に、船幅方向における第２の構造部の両側部が位置しやすくなる。そのため、層流が上部構造物の外形に沿ってより円滑に流れやすくなり、空気抵抗係数がより小さくなる。その結果、風圧抵抗をより減ずることができる。

０．２Ｘ≦Ｙｒ≦０．３５Ｘ、及び、０．２Ｘ≦Ｙｌ≦０．３５Ｘを満たしてもよい。この場合、上記剥離点の下流側において生ずる層流と渦流との境界領域に、船幅方向における第２の構造部の両側部がさらに位置しやすくなる。そのため、層流が上部構造物の外形に沿ってさらに円滑に流れやすくなり、空気抵抗係数がより小さくなる。その結果、風圧抵抗をさらに減ずることができる。

上部構造物は、船幅方向における第１の構造部の両側方に隣接するように配置された第３の構造部をさらに有し、第３の構造部の高さは、第２の構造部の高さよりも低くてもよい。この場合、側方から見て、船尾に向かうにつれて高くなるように上部構造物が段状を呈するので、船首側から船尾側に向けて上部構造物の上方を流れる風が、上部構造物の外形に沿って円滑に流れやすくなる。そのため、上部構造物の空気抵抗係数がより小さくなる。その結果、風圧抵抗をより減ずることができる。

本発明によれば、上部構造物に生ずる風圧抵抗を減じて、船舶の燃費向上を図ることが可能な船舶を提供できる。

図１は、本実施形態に係る船舶のうち上部構造物を主として示す斜視図である。 図２は、上部構造物を示す上面図である。 図３は、風洞試験において用いた上部構造物の模型を示す斜視図である。 図４は、風洞試験において用いた上部構造物の模型を示す斜視図である。 図５は、風洞試験結果を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る船舶１は、図１及び図２に示されるように、上甲板２を有する船体３と、上甲板２上に設けられた上部構造物１０とを備える。

上部構造物１０は、居住区１２と、船橋１４と、ドジャー１６と、煙突部１８とを有する。居住区１２は、船員の居室等として用いられる構造物である。居住区１２は、第１の構造部１２ａと、一対の第２の構造部１２ｂと、一対の第３の構造部１２ｃを含む。

第１〜第３の構造部１２ａ〜１２ｃは、いずれも直方体形状を呈している。第１の構造部１２ａと一対の第２の構造部１２ｂとは、第１の構造部１２ａが船首側に位置し且つ第２の構造部１２ｂが船尾側に位置するように、船長方向（前後方向）に並んでいる。すなわち、第１の構造部１２ａと一対の第２の構造部１２ｂとは、船長方向において隣接している。一対の第３の構造部は、第１及び第２の構造部１２ａ，１２ｂの両舷側に位置するように、第１の構造部１２ａの船首側から第２の構造部１２ｂの船尾側にかけて船長方向に延びている。すなわち、第１及び第２の構造部１２ａ，１２ｂと第３の構造部１２ｃとは、船幅方向において隣接している。第１〜第３の構造部１２ａ〜１２ｃは、互いに一体的に構成されている。

第１の構造部１２ａは、船首側に向かう側面ｓ１と、両舷側に向かう一対の側面ｓ２と、側面ｓ１と側面ｓ２とを接続する一対の角部ｃ１とを含む。そのため、一対の角部ｃ１は、船首側で且つ両舷側に位置している。本実施形態において、角部ｃ１は略直角形状を呈している。なお、角部ｃ１は、平面状又は曲面状に面取りされていてもよい。

一対の第２の構造部１２ｂは、煙突部１８が間に位置するように、船幅方向に並んでいる。第２の構造部１２ｂの高さは、本実施形態において第１の構造部１２ａの高さと同程度に設定されている。第２の構造部１２ｂは、船幅方向において対向する一対の側面ｓ３を含む。これらの両側面ｓ３は、第１の構造物の両側面ｓ２よりも外側に位置している。従って、船長方向において、第１の構造部１２ａと第２の構造部１２ｂとの境界において、段差が形成されている。

本実施形態において、パラメータＸ、Ｙｒ及びＹｌをそれぞれ、
Ｘ：船長方向における第１の構造部１２ａの長さ
Ｙｒ：船幅方向において、第１の構造部１２ａのうち右舷側に位置する側面ｓ２から、第２の構造部１２ｂのうち右舷側に位置する側面ｓ３までの直線距離
Ｙｌ：船幅方向において、前記第１の構造部のうち左舷側に位置する側部から、前記第２の構造部のうち左舷側に位置する側部までの直線距離
としたときに、式（１）及び式（２）を満たしていると好ましく、式（３）及び式（４）を満たしているとより好ましい。
Ｙｒ≦０．５Ｘ ・・・ （１）
Ｙｌ≦０．５Ｘ ・・・ （２）
０．２Ｘ≦Ｙｒ≦０．３５Ｘ ・・・ （３）
０．２Ｘ≦Ｙｌ≦０．３５Ｘ ・・・ （４）
なお、長さＸは、船幅方向における第１の構造部の幅Ｙｏとの関係において、式（５）を満たしていてもよい。
Ｘ＜１．７１Ｙｏ ・・・ （５）

一対の第３の構造部１２ｃは、第１及び第２の構造部１２ａ，１２ｂが間に位置するように、船幅方向に並んでいる。第３の構造部１２ｃの高さは、本実施形態において、第１及び第２の構造部１２ａ，１２ｂの高さよりも低く設定されている。

船橋１４は、操船室を含んでおり、操船に際して前方を広く見渡せるよう第１の構造部１２ａの上部に位置している。ドジャー１６は、船橋１４の両舷側から側方に向けて延びており、支持柱１６ａを介して第３の構造部１２ｃに支持されている。ドジャー１６は、接岸時や離岸時の操船に際して、船舶１の両舷側を監視する目的で設けられている。

ところで、本実施形態に係る船舶１においては、船首側から船尾側に向けて相対的に風が流れるに際し、上方から見て、まず第１の構造部１２ａが風を受ける。このとき、第１の構造部１２ａの船首側で且つ両舷側に位置する角部ｃ１近傍において、流れの剥離が生じ、風が第１の構造部１２ａの両舷側に分かれて流れる。この剥離した流れは、上方から見たときに、船尾に向かうにつれて船幅方向に拡がりつつ船尾側（下流側）に流れる層流Ｆ１と、層流Ｆ１の内側を流れる渦流とを生ずる（図１参照）。

このとき、本実施形態に係る船舶１では、船幅方向における第２の構造部１２ｂの両側面ｓ３が、船幅方向における第１の構造部１２ａの両側面ｓ２よりも外側に位置しているので、層流Ｆ１が上部構造物１０の外形に沿って円滑に流れやすくなる。そのため、上部構造物１０の空気抵抗係数（いわゆるＣｄ値）が小さくなる。このときの空気抵抗係数の改善の度合いは、前面投影面積の増加に比して極めて大きい。従って、前面投影面積と空気抵抗係数との乗算値に比例する風圧抵抗を減ずることができる。以上により、船舶１の燃費向上が図られ、省エネルギーに大きく貢献することが可能となる。加えて、上部構造物１０が第１の構造部１２ａよりも幅広の第２の構造部１２ｂを有することで、上部構造物１０の容積が大きくなるので、船幅方向における第１構造部の幅Ｙｏをさらに狭くすることや、船首側で且つ両舷側に位置する第１構造部の角部ｃ１に対して面取りを施すことが可能となり、風圧抵抗をさらに減ずることができる。

本実施形態に係る船舶１においては、式（１）及び式（２）を満たしているか、好ましくは式（３）及び式（４）を満たしている。そのため、層流Ｆ１が上部構造物１０の外形に沿ってより円滑に流れやすくなり、空気抵抗係数がより小さくなる。その結果、風圧抵抗をより減ずることができる。

本実施形態に係る船舶１においては、上部構造物１０は、船幅方向における第１及び第２の構造部１２ａ，１２ｂの両舷側に隣接するように配置された第３の構造部１２ｃをさらに有し、第３の構造部１２ｃの高さが、第１及び第２の構造部１２ａ，１２ｂの高さよりも低くなっている。そのため、側方から見て、船尾に向かうにつれて高くなるように上部構造物１０が段状を呈するので、船首側から船尾側に向けて上部構造物１０の上方を流れる風Ｆ２（図１参照）が、上部構造物１０の外形に沿って円滑に流れやすくなる。そのため、上部構造物１０の空気抵抗係数がより小さくなる。その結果、風圧抵抗をより減ずることができる。

ここで、本実施形態に係る船舶１が備える上部構造物１０において風圧抵抗が減ずることを確認するための試験を行った。具体的には、上部構造物１０の模型Ａ〜Ｃを用意して風洞試験を行い、風圧抵抗を求めた。模型Ａは、図３に示されるように、居住区１２、船橋１４、ドジャー１６及び煙突部１８を備えていた。模型Ａの居住区１２は、第１の構造部１２ａと、当該第１の構造部１２ａ及び煙突部１８の両舷側に隣接配置された第３の構造部１２ｃとを有していた。模型Ｂの居住区１２は、図４に示されるように、第１〜第３の構造部１２ａ〜１２ｃとを有し、船幅方向における第２の構造部１２ｂの両側面が船幅方向における第１の構造部１２ａの両側面と同一面であり、一対の第３の構造部１２ｃが、第１及び第２の構造部１２ａ，１２ｂの両舷側において、第１の構造部１２ａの船首側から第２の構造部１２ｂの船尾側にかけて延びている以外は、模型Ａと同じであった。模型Ｃは、図１に示されるように、上記した本実施形態に係る船舶１の上部構造物１０に対応する形状を有していた。これらの模型Ａ〜Ｃにおいて、角部ｃ１が略直角形状であるものをタイプ１とし、角部ｃ１を平面状に面取りしたものをタイプ２として、計６つの模型を用いて試験を行った。

試験結果を図５に示す。図５においては、抵抗低減率を縦軸とし、この抵抗低減率の大小により試験結果を評価した。抵抗低減率は、タイプ１の模型Ａにおいて得られた風圧抵抗を基準として、対象の模型の風圧抵抗の割合を百分率で示したものである。従って、タイプ１の模型Ａの抵抗低減率は１００％であり、対象の模型の風圧抵抗がタイプ１の模型Ａの風圧抵抗よりも小さくなれば、抵抗低減率が１００％よりも小さくなる。すなわち、抵抗低減率が小さいほど、上部構造物１０に生ずる風圧抵抗が小さくなる。

図５に示されるように、同一のタイプで模型Ａ〜Ｃを比較した場合、模型Ｃの抵抗低減率が最も小さかった。従って、本実施形態に係る船舶１が備える上部構造物１０において風圧抵抗が小さくなり、本実施形態に係る船舶１の燃費が向上することが確認された。また、タイプ１の模型とタイプ２の模型とを比較した場合、角部ｃ１が面取りされたタイプ２のもう系の方が上部構造物１０において風圧抵抗が小さくなり、船舶１の燃費が向上することが確認された。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では第１〜第３の構造部１２ａ〜１２ｃが一体的に構成されていたが、これらが所定間隔を有するように分離されていてもよい。

上記実施形態では、第２の構造部１２ｂの高さが第１の構造部１２ａの高さと同程度であったが、第２の構造部１２ｂの高さが第１の構造部１２ａの高さよりも高くてもよい。第２の構造部１２ｂの高さが第１の構造部１２ａの高さよりも高い場合、側方から見て、船尾に向かうにつれて高くなるように第１及び第２の構造物１２ａ，１２ｂが段状を呈するので、船首側から船尾側に向けて上部構造物の上方を流れる風が、上部構造物の外形に沿ってより円滑に流れやすくなる。そのため、上部構造物の空気抵抗係数がより小さくなる。その結果、風圧抵抗をより一層減ずることができる。

１…船舶、１０…上部構造物、１２…居住区、１２ａ…第１の構造部、１２ｂ…第２の構造部、１２ｃ…第３の構造部。

Claims (4)

1. 上甲板の上に設けられた上部構造物を備え、
   前記上部構造物は、
   煙突部と、
   前記煙突部よりも船首側に位置する直方体形状の第１の構造部と、
   前記第１の構造部よりも船尾側に位置し且つ前記第１の構造部と船長方向に並んで隣接するように配置されると共に、前記煙突部が間に位置するように船幅方向に並ぶ、一対の直方体形状の第２の構造部とを有し、
   前記一対の第２の構造部のうち船幅方向において外方に向かう各外側面は、前記第１の構造部のうち船幅方向において外方に向かう各外側面よりも外側に位置している、船舶。
2. 船長方向における前記第１の構造部の長さをＸとし、
   船幅方向において、前記第１の構造部のうち右舷側に位置する前記外側面から、前記一対の第２の構造部のうち右舷側に位置する前記外側面までの直線距離をＹｒとし、
   船幅方向において、前記第１の構造部のうち左舷側に位置する前記外側面から、前記一対の第２の構造部のうち左舷側に位置する前記外側面までの直線距離をＹｌとしたときに、
   Ｙｒ≦０．５Ｘ、及び、Ｙｌ≦０．５Ｘを満たす、請求項１に記載の船舶。
3. ０．２Ｘ≦Ｙｒ≦０．３５Ｘ、及び、０．２Ｘ≦Ｙｌ≦０．３５Ｘを満たす、請求項２に記載の船舶。
4. 前記上部構造物は、船幅方向における前記第１の構造部の両側方に隣接するように配置された第３の構造部をさらに有し、
   前記第３の構造部の高さは、前記一対の第２の構造部の高さよりも低い、請求項１〜３のいずれか一項に記載の船舶。

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