JP6275872B2 - プロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶 - Google Patents

Description

本発明は、プロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶に係り、より詳細には、起振力の低減のための構造が改善されたプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶に関する。

船舶の後尾に設けられるプロペラが水中で回転すれば、水がプロペラの羽根表面に流れながら、プロペラの羽根表面の表面と裏面とに水圧差を発生させ、その水圧差によって推進力が発生する。このように発生する推進力によって船舶が海上で運航される。

一方、船舶の運航のためにプロペラが動作すれば、すなわち、プロペラが水中で回転すれば、回転体としてのプロペラによって水中に変動圧力が発生し、このように発生した変動圧力は、船体への起振力を増加させて、船体に振動（ノイズ含む）を発生させる要因として作用する。

特に、プロペラによって水中に空洞現象（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）が発生する場合には、起振力がさらに増加するために、船体の振動が激しく発生する。

これは、水中で圧力が低い所が生じれば、水に含まれているガスが水から抜け出して圧力が低い所に集まることによって、水中に気泡が発生し、このように発生した気泡が圧力の高い部分に至れば、急激に砕けることによって、水中に強い変動圧力を発生させるためである。

このような変動圧力による起振力の増加問題を解決するために、プロペラ羽根自体の形状やサイズを異ならせて設計するか、船舶後尾の形状を改善するか、ノイズと振動とを遮断させるための別途の補強材を重ね当てるか、船首から流入される水の流動（ｆｌｏｗ）をガイドするためのガイド装置を付着するか、プロペラのサイズを減らすかなどの多様な方法を適用するか、適用を試みているが、起振力の低減に実質的に大きな効果を得にくい。

このように、プロペラの動作時に起振力が増加して、船体に伝達されるノイズを含んだ振動問題は、例えば、クルーズ船のように遊覧を目的とする船舶や、軍艦のように静かな運航を前提とする船舶である場合において、至急に解決しなければならない事項である。

これにより、本出願人は、プロペラに隣接した船体の表面に一定量の気泡の形態であるエアレイヤ（ａｉｒ ｌａｙｅｒ）を形成させて、起振力を低減させるようにした多くの技術を大韓民国特許庁に出願したことがある。

ところが、前回の出願された技術を含めてエアレイヤを使おうとする従来技術のほとんどは、エアレイヤの形成のために、圧縮機を用いて持続的に空気を噴射しなければならないために、圧縮機を含めたその関連部品の設置、そして、運用によるエネルギー消耗などの負担が伴う問題点が提起されたので、それを解決するための研究開発が至急な実情である。

本発明が解決しようとする技術的課題は、プロペラの動作時に起振力が増加して、船体における振動の発生を阻止できるということはもとより、特に、圧縮機を含めたその関連部品の設置、そして、運用によるエネルギー消耗などの負担を根源的に防止することができるプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶を提供するところにある。

本発明の一側面によれば、プロペラが設けられる船体と、前記プロペラに隣接した前記船体に結合され、前記プロペラの回転時に発生する入射波と相殺干渉（Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）現象を起こすための反射波とを発生させる作業ガスが一側に収容される作業ガス収容メンブレンパッドと、を含む船舶が提供されうる。

前記作業ガス収容メンブレンパッドの材質は、音響インピーダンス（Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）が海水（ｗａｔｅｒ）と類似した材質であり得る。

前記作業ガス収容メンブレンパッドの材質は、ゴム（ｒｕｂｂｅｒ）であり、前記作業ガスは、空気（ａｉｒ）であり得る。

前記作業ガス収容メンブレンパッドは、前記船体に着脱自在に結合されるパッドボディーと、前記パッドボディーの一側に形成されて、前記作業ガスが密閉されて収容される作業ガス袋と、を含みうる。

前記作業ガス収容メンブレンパッドは、前記プロペラの上部側の前記船体の壁面に結合されうる。

前記作業ガス収容メンブレンパッドは、前記プロペラに隣接した前記船体の壁面の多数の所に結合されうる。

前記船体の壁面の多数の所に結合される前記作業ガス収容メンブレンパッドの作業ガスサイズは、互いに異なって設けられうる。

前記プロペラが、Ｎ個（Ｎは、自然数）の周波数帯域の振動成分を発生させるが、それを制御しなければならない場合、前記Ｎ個の前記作業ガス収容メンブレンパッドが、前記プロペラに隣接した前記船体の壁面に付着されて使われる。

前記作業ガス収容メンブレンパッドと連結され、前記プロペラの回転数（ＲＰＭ）の変化による加振周波数帯域の変化に対して可変制御できるように、前記作業ガス収容メンブレンパッド内に収容される前記作業ガスの体積を調節する作業ガス体積調節部をさらに含みうる。

前記作業ガス体積調節部は、前記作業ガスが貯蔵される作業ガスレシーバー（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）と、前記作業ガスレシーバーと前記作業ガス収容メンブレンパッドとを連結する作業ガスメインラインと、前記作業ガスメインライン上に設けられ、前記作業ガスメインライン上での前記作業ガスの流れを選択的に断続する第１弁（ｖａｌｖｅ）と、を含みうる。

前記作業ガス体積調節部は、前記作業ガスメインライン上に設けられ、前記作業ガスレシーバーを通じて供給される作業ガスに対して定圧を保持させる定圧器（ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）と、前記定圧器と前記第１弁との間の前記作業ガスメインライン上に設けられて、前記作業ガスの逆流を防止するチェック弁と、前記作業ガスメインラインに対して分岐される作業ガス分岐ラインに設けられ、前記作業ガス分岐ライン上での前記作業ガスの流れを選択的に断続する第２弁と、前記第１弁と前記作業ガス収容メンブレンパッドとの間の前記作業ガスメインライン上に設けられて、前記作業ガス収容メンブレンパッドに供給される作業ガスの圧力を測定する圧力ケージと、をさらに含みうる。

前記作業ガス体積調節部は、前記プロペラの回転数を感知するプロペラ回転数感知器と、前記プロペラ回転数感知器からの情報に基づいて、前記作業ガスレシーバー、前記第１弁及び前記第２弁の動作をコントロールするコントローラと、をさらに含みうる。

前記船体に結合されるボトムソケット（ｂｏｔｔｏｍ ｓｏｃｋｅｔ）と、前記ボトムソケットに着脱自在に結合されるボトムプラグ（ｂｏｔｔｏｍ ｐｌｕｇ）を含むボトムプラグモジュール（ｂｏｔｔｏｍ ｐｌｕｇ ｍｏｄｕｌｅ）と、をさらに含み、前記作業ガス収容メンブレンパッドは、前記ボトムプラグモジュールに着脱自在に結合されうる。

前記ボトムプラグは、前記ボトムソケットのソケット貫通部に結合されるプラグヘッドと、前記プラグヘッドに連結され、前記ボトムソケットを通じて前記船体の外壁に露出されるネジ式プラグシャフトと、を含み、前記作業ガス収容メンブレンパッドは、前記ボトムプラグのネジ式プラグシャフトに挿入される多数のパッドボディーホールを備えることができる。

前記船体の外側で前記ネジ式プラグシャフトに締結されて、前記作業ガス収容メンブレンパッドを固定させる固定ナットと、前記ネジ式プラグシャフトに挿入されるガスケットホールを備え、前記ネジ式プラグシャフトに密着されて、前記パッドボディーホールを密封する密封ガスケットと、前記ネジ式プラグシャフトに挿入されるプレートホールを備え、前記密封ガスケットと前記固定ナットとの間に配されて、前記作業ガス収容メンブレンパッドを補強する補強プレートと、をさらに含みうる。

本発明によれば、プロペラの動作時に起振力が増加して、船体における振動の発生を阻止できるということはもとより、特に、圧縮機を含めたその関連部品の設置、そして、運用によるエネルギー消耗などの負担を根源的に防止することができる。

本発明の第１実施形態によるプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶のプロペラ領域の構造図である。 図１のＡ領域の拡大図である。 プロペラと作業ガス収容メンブレンパッドとの間の配置図である。 図１のＡ領域に対する概略的な背面構造図であって、プロペラを図示していない状態の図面である。 水、ゴム及び空気のインピーダンスを測定した図表である。 入射波と反射波との原理を説明する図面である。 数式１を説明する作業ガス収容メンブレンパッドの図面である。 作業ガス収容メンブレンパッドをプロペラの直上方右舷領域に設置した状態の図面であって、多数の変動圧力測定地点を示す図面である。 プロペラの周波数を基準とした作業ガス収容メンブレンパッドの効率をグラフで示す図面である。 図８に対応する作業ガス収容メンブレンパッドに対する１５０Ｈｚ帯域の結果を要約して図示したグラフである。 低減対象周波数による最適等価空気体積間の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態による起振力低減型船舶の背面構造図であって、作業ガス収容メンブレンパッドを多様な位置に設置した状態の図面である。 本発明の第３実施形態によるプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶で作業ガス体積調節部の概略的な構成図である。 図１３の作業ガス体積調節部の制御ブロック図である。 本発明の第４実施形態によるプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶の要部拡大図である。 図１５のＢ領域の拡大構造図である。 図１６の分解図である。

本発明と本発明の動作上の利点、及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施形態を例示する添付図面及び添付図面に記載の内容を参照しなければならない。

以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳しく説明する。各図面に付された同じ参照符号は、同じ部材を表わす。

図１は、本発明の第１実施形態によるプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶のプロペラ領域の構造図であり、図２は、図１のＡ領域の拡大図であり、図３は、プロペラと作業ガス収容メンブレンパッドとの間の配置図であり、そして、図４は、図１のＡ領域に対する概略的な背面構造図であって、プロペラを図示していない状態の図面である。

これら図面を参照すれば、本実施形態によるプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶は、プロペラ１２０の動作時に起振力が増加して、船体における振動の発生を阻止できるということはもとより、特に、圧縮機を含めたその関連部品の設置、そして、運用によるエネルギー消耗などの負担を根源的に防止可能にしたものであって、船体１１０と、船体１１０に結合される作業ガス収容メンブレンパッド１３０と、を含む。

船体１１０の後尾には、船体１１０の推進のためのプロペラ１２０が設けられる。そして、プロペラ１２０の周辺には、船舶の進行方向を調整するラダー（ｒｕｄｄｅｒ）１２５が設けられうる。ラダー１２５は、一般ラダーでも、そうでなければ、バルブラダー（ｂｕｌｂ ｒｕｄｄｅｒ）でもあり得る。

参考までに、本実施形態で適用される船舶は、商船、軍艦、漁船、運搬船、ドリルシップ、クルーズ船、及び特殊作業船などを含めて浮遊式海上構造物などをいずれも含みうる。したがって、特定の船舶に、本実施形態の権利範囲が制限されるものではない。

一方、前述したように、プロペラ１２０が動作すれば、すなわち、プロペラ１２０が水中で回転すれば、回転体としてのプロペラ１２０によって水中に変動圧力が発生し、このように発生した変動圧力は、船体１１０への起振力を増加させて、船体に振動（ノイズを含む）を発生させる要因として作用する。

このように、船体１１０に伝達される振動は、例えば、クルーズ船のように遊覧を目的とする船舶や、軍艦のように静かな運航を前提とする船舶である場合には、大きな問題になるために、このような現象を予防させなければならない。

言い換えれば、プロペラ１２０の動作時に水中に発生した変動圧力によって起振力が増加して、船体１１０における振動の発生を阻止させなければならないが、このために、本実施形態では、作業ガス収容メンブレンパッド１３０を適用している。

詳しく後述するが、本実施形態の船舶に適用される作業ガス収容メンブレンパッド１３０は、既存の気泡の形態であるエアレイヤを形成させた構造とは全く異なる形態を有する。

すなわち、本実施形態で適用される作業ガス収容メンブレンパッド１３０は、空気を閉じ込めた形態のチューブ（ｔｕｂｅ）タイプの構造物に過ぎないために、エアレイヤ適用時に使われなければならなかった圧縮機を含めたその関連部品を設置するか、運用する必要がない。

したがって、圧縮機を含めたその関連部品の設置、そして、運用によるエネルギー消耗などの負担を根源的に防止することができる。

このような役割を担当する作業ガス収容メンブレンパッド１３０は、図１に示されたように、プロペラ１２０に隣接した船体１１０に結合され、プロペラ１２０の回転時に発生して、船体１１０に向ける入射波を相殺させるために反射波を発生させるが、一側に作業ガスが収容される形態を有する。

特に、作業ガス収容メンブレンパッド１３０は、プロペラ１２０の上部側の船体１１０の壁面に結合されうる。

実施形態として、図面には、作業ガス収容メンブレンパッド１３０がプロペラ１２０の直上方に付着されたものを図示した。

敷衍説明すれば、正面から後面を眺める時、図３のように、プロペラ１２０の回転方向が反時計回り方向である場合、プロペラ１２０の直上方ＳＴＢＤ領域センター基準０．５Ｒ内に作業ガス収容メンブレンパッド１３０が配置される。ここで、Ｒは、プロペラ１２０のセンターラインＣＬからプロペラ１２０の端部までの半径を意味する。

同様に、プロペラ１２０の回転方向が反時計回り方向である場合、プロペラ１２０の直上方ＰＯＲＴ領域センター基準０．５Ｒ内に作業ガス収容メンブレンパッド１３０が配されうるが、このような位置に作業ガス収容メンブレンパッド１３０が配されることによって、最適の効率を発生させうる。

一方、作業ガス収容メンブレンパッド１３０は、船体１１０に着脱自在に結合されるパッドボディー１３１と、パッドボディー１３１の一側に形成されて、作業ガスが密閉されて収容される作業ガス袋１３２と、を含む。

本実施形態で、作業ガス収容メンブレンパッド１３０の材質は、ゴムであり、作業ガスは、空気であり得る。

しかし、本実施形態の権利範囲が、これに制限されるものではない。すなわち、作業ガス収容メンブレンパッド１３０の材質が、ゴムと類似した材質であれば、それで十分であり、作業ガスも、液体だけではなければ、多様なガスに変更適用することができる。
一方、作業ガス収容メンブレンパッド１３０を形成するパッドボディー１３１は、ゴム材からなる平らな構造物であって、船体１１０に着脱自在に結合される部分として活用される。

パッドボディー１３１は、多くの多様な構造と方式とを通じて船体１１０に結合されうる。例えば、パッドボディー１３１は、ボルトとナットとの結合方式、嵌合方式、インサート金属プレートを内在させて溶接する溶接結合方式、ボトムプラグを用いた結合方式など多様な方式で船体１１０に結合されうる。そのうち、ボトムプラグを用いた結合方式については、下記の実施形態で説明する。

本実施形態の図面には、パッドボディー１３１が四角状になっているが、パッドボディー１３１の形状は、四角状を含めて円状、三角状など多様である。したがって、パッドボディー１３１の形状に、本実施形態の権利範囲が制限されるものではない。

作業ガス袋１３２は、パッドボディー１３１の内部に形成され、パッドボディー１３１の一側に脹れ上がった形状を有する。

本実施形態で、作業ガス袋１３２は、円状を有するが、作業ガス袋１３２の形状も、三角状、四角状など多様な多角状になりうるが、図面の形状に、本実施形態の権利範囲が制限されるものではない。

前述したように、作業ガス袋１３２内には、作業ガスとして空気が充填されうる。
作業ガス袋１３２内に充填される作業ガスは、作業ガス収容メンブレンパッド１３０の製造時に、一体に入っているように形成されたものであって、作業ガス袋１３２が切開されない限り作業ガス袋１３２内で漏れない。

以下、作業ガスが密閉されて収容される作業ガス収容メンブレンパッド１３０によって起振力が低減する原理について、図５ないし図１１を参照して詳しく説明する。

図５は、水、ゴム及び空気のインピーダンスを測定した図表であり、図６は、入射波と反射波との原理を説明する図面であり、図７は、数式１を説明する作業ガス収容メンブレンパッドの図面であり、図８は、作業ガス収容メンブレンパッドをプロペラの直上方右舷領域に設置した状態の図面であって、多数の変動圧力測定地点を示す図面であり、図９は、プロペラの周波数を基準とした作業ガス収容メンブレンパッドの効率をグラフで示す図面であり、図１０は、図８に対応する作業ガス収容メンブレンパッドに対する１５０Ｈｚ帯域の結果を要約して図示したグラフであり、そして、図１１は、低減対象周波数による最適等価空気体積間の関係を示すグラフである。

これら図面を参照するが、まず、図５を参照すれば、本実施形態の作業ガス収容メンブレンパッド１３０の材質であるゴムの音響インピーダンス（音響学的な抵抗を意味する）が、海水とは概略的に類似しているが、空気よりは無限に大きなことが分かる。

通常、特定の媒質内で音波が進行しながら、インピーダンスが他の媒質を合えば、透過現象と反射現象とが発生するが、海水とゴムとのインピーダンスが類似しているので、海水とゴムとの境界面では、反射なしに透過現象のみが発生する。

例えば、図６に示されたように、プロペラ１２０の動作時に発生する入射波は、そのまま作業ガス袋１３２の壁面であるゴム層を通過した後、作業ガス袋１３２内に充填された作業ガス、すなわち、空気によって入射波に比べて、逆位相に反射されて、すなわち、反射波に形成されて出る。その反射波が、入射波と相殺干渉現象を起こすことによって、プロペラ１２０の動作時に発生する入射波が相殺される。このような現象によって起振力が低減し、船体１１０における振動の発生を減少させうる。

これについて再び敷衍説明する。プロペラ１２０動作時に、キャビテーションによって発生する球面圧力波、すなわち、入射波は、全方位に伝播されうる。

この際、本実施形態のようにプロペラ１２０周辺の船体１１０の表面に空気が充填された作業ガス収容メンブレンパッド１３０を設置する場合、作業ガス収容メンブレンパッド１３０の作業ガス袋１３２に入射する入射波は、そのまま作業ガス袋１３２の壁面であるゴム層を通過するが、作業ガス袋１３２内に充填された作業ガス、すなわち、空気によって入射波に比べて、逆位相に反射されて、すなわち、反射波に形成されて出る。

このように、入射波が空気に衝突して逆位相に反射されて出る反射波に形成されれば、その反射波が作業ガス収容メンブレンパッド１３０側に入射される入射波と合って、入射波と相殺干渉現象を起こしうる。

結局、このような作用によって、作業ガス収容メンブレンパッド１３０の外側から船体１１０に伝達される変動圧力が減少し、このように変動圧力が減少すれば、起振力が低減する形態になるために、自然に船体１１０で発生する振動が減るようになる。

一方、このような低減性能は、下記の数式１のように、プロペラの特定の周波数帯域のみに制限される。

ここで、ｆは、プロペラの低減周波数帯域、ｃ_ａ（＝３４０ｍ／ｓ）とｃ_ｗ（＝１５００ｍ／ｓ）は、それぞれ空気及び海水音速ρ_ａ（＝１．０２ｋｇ／ｍ^３）、ρ_ｗ（＝１０２４ｋｇ／ｍ^３）は、空気及び海水の密度を意味し、ａとｂは、図１０のように作業ガス収容メンブレンパッド１３０ａ〜１３０ｃを等価化された球と見なす時、内径、外径を意味する。

このような事項の検証のために、模型試験を行った。すなわち、図８に示したように、ＳＴＢＤ領域側の船体１１０の壁面に１５０Ｈｚ周波数帯域で低減効果のある作業ガス収容メンブレンパッド１３０の１個を設計（または、付着）し、以後、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４位置で変動圧力を計測し、それだけではなく、船体１１０の船尾部の上側を支持する鋼板であるトランサム（ｔｒａｎｓｏｍ）領域で振動を計測した。

図９に示した計測の結果を見れば、水平軸（ｘ軸）は、周波数を意味し、垂直軸（ｙ軸）は、作業ガス収容メンブレンパッド１３０の付着前に比べて、付着後の増減量を示しているが、共振領域である１３５Ｈｚ近所では、作業ガス収容メンブレンパッド１３０の設置前に比べて、設置後の変動圧力及び振動が増加するが、設計周波数である１５０Ｈｚ帯域近所で顕著な減少効果が表われることを確認することができる。

図１０は、１５０Ｈｚ帯域の結果を要約して図示しているが、図１０を参照すれば、作業ガス収容メンブレンパッド１３０の外側に位置されたＰ２、Ｐ３、Ｐ４位置での変動圧力が平均７０％ぐらい減少し、結果的に、振動レベルも、７０％以上著しく減少したということを確認することができる。

図１１は、低減対象周波数による最適等価空気体積間の関係を示すグラフであって、それを参照すれば、例えば、目標周波数（Ｔａｒｇｅｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が６Ｈｚである場合、収容メンブレンパッド１３０の作業ガス袋１３２に対する最適の体積は、１５００Ｌ（Ｌｉｔｅｒ）程度であり得るが、このような体積条件を満足する限り作業ガス袋１３２の形状が円形でも、長方形でも関係はない。

前述したような構造と作用とを有する本実施形態によれば、プロペラ１２０の動作時に起振力が増加して、船体１１０における振動の発生を阻止できるということはもとより、特に、圧縮機を含めたその関連部品の設置、そして、運用によるエネルギー消耗などの負担などの障害要因を根源的に防止させうる。

このように、船体１１０における振動の発生を効率的に阻止することができるために、これにより、例えば、クルーズ船のように遊覧を目的とする船舶や、軍艦のように静かな運航を前提とする船舶である場合において、船舶に引き起こされるノイズを含む振動問題を適切に解決することができる。

特に、本実施形態のような構造は、従来のようにプロペラ１２０羽根自体の形状やサイズを異ならせて設計するか、船舶後尾の形状を改善するか、ノイズと振動とを遮断させるための別途の補強材を重ねて当てるか、船首から流入される水の流動をガイドするためのガイド装置を付着するか、プロペラ１２０のサイズを減らすかなどのさまざまな諸般のロス（ｌｏｓｓ）を減らして、ノイズと振動問題とを改善した方法とは技術的に差別化される。また、本技術は、起振力を遮蔽することによって、プロペラの設計において振動の拘束条件を除去することができる余裕を提供するために、むしろプロペラ１２０のサイズを大きく増加させることができるなど推進効率の向上に役に立つと期待される。

図１２は、本発明の第２実施形態による起振力低減型船舶の背面構造図であって、作業ガス収容メンブレンパッドを多様な位置に設置した状態の図面である。

その図面を参照するが、前述した数式１と図７とを共に参照すれば、低減周波数帯域ｆは、空気体積（半径、ａ）と反比例することが分かり、また作業ガス収容メンブレンパッド１３０ａ〜１３０ｃの１個当たり１個の周波数帯域のみに適用が可能であることが分かる。

しかし、実際、船舶を運行すると、制御しなければならない周波数帯域が２個以上である場合が多い。すなわち、船舶を運航するに当って、プロペラ１２０の回転速度（ｒｐｍ）による周波数帯域が１個ではなく、Ｎ個（Ｎは、自然数）以上の周波数帯域の振動成分を制御しなければならない場合がある。ここで、振動成分（あるいは、加振成分）は、プロペラ１２０の回転時に船体１１０に伝達されて、船体１１０を振動させるが、周波数ごとに振動成分のサイズは異なる。

この場合、作業ガス収容メンブレンパッド１３０ａ〜１３０ｃの１個のみを通じては、Ｎ個の互いに異なる周波数帯域を制御することができないので、適用される周波数帯域の個数（Ｎ）ほど作業ガス収容メンブレンパッド１３０ａ〜１３０ｃを付着させて使わなければならない。

言い換えれば、Ｎ個の周波数帯域を制御しなければならない場合、Ｎ個の作業ガス収容メンブレンパッド（図示せず）をプロペラ１２０に隣接した船体１１０の壁面に付着して使わなければならない。

例えば、図１２は、１３０Ｈｚ、１４０Ｈｚ、１５０Ｈｚのように３個の周波数帯域の制御のために、総３個の作業ガス収容メンブレンパッド１３０ａ〜１３０ｃが、プロペラ１２０に隣接した船体１１０の壁面の多数の所に結合されている状況を示す。

この際、船体１１０の壁面の多数の所に結合される作業ガス収容メンブレンパッド１３０ａ〜１３０ｃの作業ガスサイズ、言い換えれば、作業ガス袋１３２ａ〜１３２ｃのサイズは、互いに異なって設けられうる。

結果的に、作業ガス収容メンブレンパッド１３０ａ〜１３０ｃは、１個が設置されでも、多数個が設置されでも、相殺干渉原理によって船体１１０の起振力を著しく低減させることができる。

すなわち、本実施形態のように、多数の作業ガス収容メンブレンパッド１３０ａ〜１３０ｃが適用されても、プロペラ１２０の動作時に起振力が増加して、船体１１０における振動の発生を阻止できるということはもとより、特に、圧縮機を含めたその関連部品の設置、そして、運用によるエネルギー消耗などの負担などの障害要因を根源的に防止することができる。

図１３は、本発明の第３実施形態によるプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶で作業ガス体積調節部の概略的な構成図であり、図１４は、図１３の作業ガス体積調節部の制御ブロック図である。

これら図面を参照すれば、本実施形態によるプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶には、作業ガス収容メンブレンパッド３３０と連結され、作業ガス収容メンブレンパッド３３０内に収容される作業ガスの体積を調節する作業ガス体積調節部３５０がさらに設けられうる。

本実施形態の場合、作業ガス体積調節部３５０を用いて作業ガス収容メンブレンパッド３３０上の作業ガスの体積を調節することができるために、船体１１０（図１参照）に１個の作業ガス収容メンブレンパッド３３０が適用されても、プロペラ１２０（図１参照）の回転数の変化による加振周波数帯域の変化に対して可変制御することができる。すなわち、船舶の運航時に、プロペラ１２０の回転数が変化されても、該変化されたプロペラ１２０の回転数に対応する周波数帯域いずれもに対して振動低減の効果を提供することができる。容易に表現してプロペラ１２０の回転数が変化されても、船体１１０の振動を低減させることができる。

船体１１０の後尾には、船体１１０の推進のためのプロペラ１２０が設けられるが、本実施形態で、プロペラ１２０には、プロペラ回転数感知器３７０が連結されて、プロペラ１２０の回転数（ＲＰＭ）を感知する。

一方、前述した数式１と図７とを再び参照すれば、プロペラ１２０の低減周波数帯域ｆは、空気体積（半径、ａ）と反比例することが分かり、また作業ガス収容メンブレンパッド３３０の１個当たり１個の周波数帯域のみに適用が可能であることが分かる。

しかし、実際、船舶を運行すると、コントロールしなければならない周波数帯域が２個以上である場合が多い。

船舶を運航するに当って、プロペラ１２０の回転数（ＲＰＭ）は、継続的に変化されるしかないために、周波数帯域が１個ではなく、Ｎ個（Ｎは、自然数）の周波数帯域をコントロールしなければならない必要性が高い。

この場合、作業ガス収容メンブレンパッド３３０の１個のみを通じては、１個の特定の周波数帯域のみをコントロールするしかない。

したがって、Ｎ個の周波数帯域をコントロールするためには、前述した図１２のように適用される周波数帯域の個数（Ｎ）ほど作業ガス収容メンブレンパッド３３０を付着させて使うか、本実施形態のように作業ガス体積調節部３５０を用いて作業ガス収容メンブレンパッド３３０上の作業ガスの体積を調節すれば良い。

本実施形態のように作業ガス体積調節部３５０を適用する場合、１個の作業ガス収容メンブレンパッド３３０が適用されても、プロペラ１２０の回転数の変化による加振周波数帯域の変化に対して可変制御することができる。したがって、プロペラ１２０が如何なる回転数に回転しても、船体１１０に形成される振動を低減させることができる。

本実施形態の船舶に適用される作業ガス体積調節部３５０は、作業ガス収容メンブレンパッド３３０と連結され、プロペラ１２０の回転数の変化による加振周波数帯域の変化に対して可変制御できるように、作業ガス収容メンブレンパッド３３０の作業ガス袋３３２内に収容される作業ガスの体積を調節する役割を果たす。

このような作業ガス体積調節部３５０は、作業ガスレシーバー３５１、定圧器３５２、チェック弁３５３、第１及び第２弁３５４、３５５、圧力ケージ３５８、プロペラ回転数感知器３７０、そして、コントローラ３６０を含む。

作業ガスレシーバー３５１は、作業ガスが貯蔵され、コントローラ３６０のコントロールによって貯蔵された作業ガスを供給する役割を果たす。作業ガスレシーバー３５１は、図示していないコンプレッサーと連結されうる。

このような作業ガスレシーバー３５１と作業ガス収容メンブレンパッド３３０の作業ガス袋３３２は、作業ガスメインライン３５６に連結される。

作業ガスメインライン３５６の一側には、作業ガスメインライン３５６に交差する作業ガス分岐ライン３５７が連結される。

定圧器３５２は、作業ガスメインライン３５６上に設けられ、作業ガスレシーバー３５１を通じて供給される作業ガスに対して定圧を保持させる役割を果たす。

チェック弁３５３は、定圧器３５２と第１弁３５４との間の作業ガスメインライン３５６上に設けられて、作業ガスの逆流を防止する役割を果たす。

第１弁３５４は、作業ガスメインライン３５６上に設けられ、作業ガスメインライン３５６上での作業ガスの流れを選択的に断続する役割を果たす。

第２弁３５５は、作業ガスメインライン３５６に対して分岐される作業ガス分岐ライン３５７に設けられ、作業ガス分岐ライン３５７上での作業ガスの流れを選択的に断続する役割を果たす。

圧力ケージ３５８は、第１弁３５４と作業ガス収容メンブレンパッド３３０の作業ガス袋３３２との間の作業ガスメインライン３５６上に設けられて、作業ガス収容メンブレンパッド３３０の作業ガス袋３３２に供給される作業ガスの圧力を測定する役割を果たす。

プロペラ回転数感知器３７０は、プロペラ１２０の回転数（ＲＰＭ）を感知する役割を果たす。プロペラ回転数感知器３７０は、無線または有線であり得る。

そして、コントローラ３６０は、プロペラ回転数感知器３７０の情報に基づいて作業ガスレシーバー３５１、第１弁３５４及び第２弁３５５の動作をコントロールする。

前述した図９のグラフを参照すれば、振動低減の効果が表われる周波数が、作業ガス収容メンブレンパッド３３０の作業ガス袋３３２内に収容される作業ガスの体積増加によって１６０Ｈｚ、１５５Ｈｚ、１４５Ｈｚ帯域に移動していることが分かる。言い換えれば、作業ガス収容メンブレンパッド３３０の作業ガス袋３３２のサイズ（ｓｉｚｅ）が大きいほど、低減性能が表われる周波数が、低周波数帯域（または、それに対応するプロペラ１２０の回転数）に移動することが見られる。

したがって、本実施形態の場合、コントローラ３６０がプロペラ１２０の回転数によって、それに対応して作業ガス収容メンブレンパッド３３０の作業ガス袋３３２の体積を増加または減少させるように、作業ガスレシーバー３５１、第１弁３５４及び第２弁３５５の動作をコントロールしている。

このような役割を行うコントローラ３６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３６１、メモリ（ＭＥＭＯＲＹ）３６２、サポート回路（ＳＵＰＰＯＲＴ ＣＩＲＣＵＩＴ）３６３を含みうる。

中央処理装置３６１は、本実施形態でプロペラ回転数感知器３７０の情報に基づいて作業ガスレシーバー３５１、第１弁３５４及び第２弁３５５の動作をコントロールするために、産業的に適用可能な多様なコンピュータプロセッサの１つであり得る。

メモリ３６２は、中央処理装置３６１と連結される。メモリ３６２は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体としてローカルまたは遠隔地に設けられ、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＲＯＭ、フロッピーディスク、ハードディスクまたは任意のデジタル保存形態のように容易に利用可能な少なくとも１つ以上のメモリである。

サポート回路３６３は、中央処理装置３６１と結合されてプロセッサの典型的な動作を支援する。このようなサポート回路３６３は、キャッシュ、パワーサプライ、クロック回路、入力／出力回路、ザブシステムなどを含みうる。

本実施形態で、コントローラ３６０は、プロペラ回転数感知器３７０の情報に基づいて作業ガスレシーバー３５１、第１弁３５４及び第２弁３５５の動作をコントロールする。この際、コントローラ３６０がプロペラ回転数感知器３７０の情報に基づいて作業ガスレシーバー３５１、第１弁３５４及び第２弁３５５の動作をコントロールする一連のプロセスなどは、メモリ３６２に保存することができる。典型的には、ソフトウェアルーチンがメモリ３６２に保存することができる。ソフトウェアルーチンは、また他の中央処理装置（図示せず）によって保存または実行可能である。

本発明によるプロセスは、ソフトウェアルーチンによって実行されると説明したが、本発明のプロセスのうち少なくとも一部は、ハードウェアによって行われることも可能である。このように、本発明のプロセスは、コンピュータシステム上で行われるソフトウェアとして具現されるか、または集積回路のようなハードウェアとして具現されるか、またはソフトウェアとハードウェアとの組合わせによって具現可能である。

前述したように、本実施形態のように作業ガス体積調節部３５０を用いて作業ガス収容メンブレンパッド３３０上の作業ガスの体積を調節する場合、たとえ、１個の作業ガス収容メンブレンパッド３３０が適用されても、プロペラ１２０の回転数（ＲＰＭ）の変化による加振周波数帯域の変化に対して可変制御することができる。

図１５は、本発明の第４実施形態によるプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶の要部拡大図であり、図１６は、図１５のＢ領域の拡大構造図であり、図１７は、図１６の分解図である。

これら図面を参照すれば、本実施形態の場合、作業ガス収容メンブレンパッド４３０は、船体４１０のボトムプラグモジュール４５０に結合されうる。

ボトムプラグモジュール４５０は、船体４１０に設けられている構造物であるが、このようにボトムプラグモジュール４５０に作業ガス収容メンブレンパッド４３０を結合させれば、作業ガス収容メンブレンパッド４３０の結合のための別途の構造物や部品が不要であるという利点がある。

ボトムプラグモジュール４５０についての作業ガス収容メンブレンパッド４３０の結合構造を説明する前に、ボトムプラグモジュール４５０について先に説明する。
ボトムプラグモジュール４５０は、船体４１０の壁面の所々に装着される部品であって、船体４１０内に流入された水を排水させる栓の役割を行う。ボトムプラグモジュール４５０は、除去される部品ではない。

このようなボトムプラグモジュール４５０は、船体４１０に結合されるボトムソケット４６０と、ボトムソケット４６０に着脱自在に結合されるボトムプラグ４７０と、を含む。

ボトムソケット４６０が当該位置に結合されるために、船体４１０には、ボトムソケット４６０の結合のためのソケット結合部４１１が形成される。

ソケット結合部４１１の外壁には、第１傾斜面４１２と第１水平面４１３とが形成され、これに対応してボトムソケット４６０にも、第２傾斜面４６１と第２水平面４６２とが形成される。

このような構造によって、ボトムソケット４６０は、ソケット結合部４１１に結合されうる。この際、ボトムソケット４６０が、ソケット結合部４１１にネジ方式で組み立てられるか、それとも圧入されるものが容易には分離されないようにする面で有利である。

ボトムプラグ４７０は、ボトムソケット４６０に着脱自在に結合される構造物である。このようなボトムプラグ４７０は、ボトムソケット４６０のソケット貫通部４６３に結合されるプラグヘッド４７１と、プラグヘッド４７１に連結され、ボトムソケット４６０を通じて船体４１０の外壁に露出されるネジ式プラグシャフト４７２と、を含む。

プラグヘッド４７１とボトムソケット４６０には、ボルト（Ｂｏｌｔ）が締結されるように互いに連通される多数の第１及び第２通孔４７１ａ、１６０ａが形成される。

一方、このような構造で作業ガス収容メンブレンパッド４３０は、ボトムプラグ４７０のネジ式プラグシャフト４７２に着脱自在に結合されうる。

作業ガス収容メンブレンパッド４３０のパッドボディー４３１が、ネジ式プラグシャフト４７２に着脱自在に結合されるために、固定ナット４８１、密封ガスケット４８２、そして、補強プレート４８３などの構造物が要求される。

固定ナット４８１は、ネジ式プラグシャフト４７２に作業ガス収容メンブレンパッド４３０のパッドボディー４３１、密封ガスケット４８２、そして、補強プレート４８３が順に差し込まれた状態でこれらを固定させる役割を果たす。

すなわち、固定ナット４８１は、船体４１０の外側でネジ式プラグシャフト４７２に締結されて、作業ガス収容メンブレンパッド４３０のパッドボディー４３１、密封ガスケット４８２、そして、補強プレート４８３を固定させる役割を果たす。

固定ナット４８１は、任意に緩まない緩み止め機能を有するナットとして適用されることが望ましい。

密封ガスケット４８２は、ネジ式プラグシャフト４７２に挿入されるガスケットホール４５１ａを備え、ネジ式プラグシャフト４７２に密着されて、パッドボディーホール４３１ａを密封する役割を果たす。

密封ガスケット４８２は、少し弾性のあるゴム材で製作することができる。

補強プレート４８３は、ネジ式プラグシャフト４７２に挿入されるプレートホール４８３ａを備え、密封ガスケット４８２と固定ナット４８１との間に配されて、パッドボディー４３１を補強する役割を果たす。

前述したように、本実施形態の場合、ボトムプラグ４７０の構造上、ボトムプラグ４７０のネジ式プラグシャフト４７２が船体４１０の外壁にあらかじめ露出されている状態であるために、たとえ、船体４１０の床が水に浸った状態であるとしても、ネジ式プラグシャフト４７２にパッドボディー４３１、密封ガスケット４８２、そして、補強プレート４８３を順に差し込み、固定ナット４８１で仕上げれば良いために、作業が難しくない。

もし、作業ガス袋４３２が破れて作業ガス収容メンブレンパッド４３０を取り替えなければならない場合、前述した逆の順序に作業して破れた作業ガス収容メンブレンパッドを取り出し、再び新たな作業ガス収容メンブレンパッドを諸位置に挟み込めば良いために、作業が難しくはない。

前述したように、本実施形態のように船体４１０に既に適用されているボトムプラグモジュール４５０を活用して作業ガス収容メンブレンパッド４３０を船体４１０に設置する場合、作業ガス収容メンブレンパッド４２０の設置またはメンテナンスの作業を容易かつ便利に行うことができる。

このように、本発明は、記載の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を外れずに多様に修正及び変形できるということは、当業者に自明である。したがって、そのような修正例または変形例は、本発明の特許請求の範囲に属するものと言わなければならない。

本発明は、商船、軍艦、漁船、運搬船、ドリルシップ、クルーズ船及び特殊作業船などを含めて浮遊式海上構造物などをいずれも含む船舶に適用されて、船体における振動の発生を阻止させるのに用いられうる。

Claims (14)

1. プロペラが設けられる船体と、
   前記プロペラに隣接した前記船体に結合され、前記プロペラの回転時に発生する入射波と相殺干渉現象を起こすための反射波とを発生させる作業ガスが一側に収容される作業ガス収容メンブレンパッドと、
   を含み、
   前記船体に結合されるボトムソケットと、前記ボトムソケットに着脱自在に結合されるボトムプラグを含むボトムプラグモジュールと、をさらに含み、
   前記作業ガス収容メンブレンパッドは、前記ボトムプラグモジュールに着脱自在に結合されることを特徴とする船舶。
2. 前記作業ガス収容メンブレンパッドの材質は、音響インピーダンスが海水と類似した材質である請求項１に記載の船舶。
3. 前記作業ガス収容メンブレンパッドの材質は、ゴムであり、
   前記作業ガスは、空気である請求項１に記載の船舶。
4. 前記作業ガス収容メンブレンパッドは、
   前記船体に着脱自在に結合されるパッドボディーと、
   前記パッドボディーの一側に形成されて、前記作業ガスが密閉されて収容される作業ガス袋と、
   を含む請求項１に記載の船舶。
5. 前記作業ガス収容メンブレンパッドは、前記プロペラの上部側の前記船体の壁面に結合される請求項１に記載の船舶。
6. 前記作業ガス収容メンブレンパッドは、前記プロペラに隣接した前記船体の壁面の多数の所に結合される請求項１に記載の船舶。
7. 前記船体の壁面の多数の所に結合される前記作業ガス収容メンブレンパッドの作業ガスサイズは、互いに異なって設けられる請求項６に記載の船舶。
8. 前記プロペラが、Ｎ個（Ｎは、自然数）の周波数帯域の振動成分を発生させるが、それを制御しなければならない場合、前記Ｎ個の前記作業ガス収容メンブレンパッドが、前記プロペラに隣接した前記船体の壁面に付着されて使われる請求項６に記載の船舶。
9. 前記作業ガス収容メンブレンパッドと連結され、前記プロペラの回転数（ＲＰＭ）の変化による加振周波数帯域の変化に対して可変制御できるように、前記作業ガス収容メンブレンパッド内に収容される前記作業ガスの体積を調節する作業ガス体積調節部をさらに含む請求項１に記載のプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶。
10. 前記作業ガス体積調節部は、
    前記作業ガスが貯蔵される作業ガスレシーバーと、
    前記作業ガスレシーバーと前記作業ガス収容メンブレンパッドとを連結する作業ガスメインラインと、
    前記作業ガスメインライン上に設けられ、前記作業ガスメインライン上での前記作業ガスの流れを選択的に断続する第１弁と、
    を含む請求項９に記載のプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶。
11. 前記作業ガス体積調節部は、
    前記作業ガスメインライン上に設けられ、前記作業ガスレシーバーを通じて供給される作業ガスに対して定圧を保持させる定圧器と、
    前記定圧器と前記第１弁との間の前記作業ガスメインライン上に設けられて、前記作業ガスの逆流を防止するチェック弁と、
    前記作業ガスメインラインに対して分岐される作業ガス分岐ラインに設けられ、前記作業ガス分岐ライン上での前記作業ガスの流れを選択的に断続する第２弁と、
    前記第１弁と前記作業ガス収容メンブレンパッドとの間の前記作業ガスメインライン上に設けられて、前記作業ガス収容メンブレンパッドに供給される作業ガスの圧力を測定する圧力ケージと、
    をさらに含む請求項１０に記載のプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶。
12. 前記作業ガス体積調節部は、
    前記プロペラの回転数を感知するプロペラ回転数感知器と、
    前記プロペラ回転数感知器からの情報に基づいて、前記作業ガスレシーバー、前記第１弁及び前記第２弁の動作をコントロールするコントローラと、
    をさらに含む請求項１１に記載のプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶。
13. 前記ボトムプラグは、
    前記ボトムソケットのソケット貫通部に結合されるプラグヘッドと、
    前記プラグヘッドに連結され、前記ボトムソケットを通じて前記船体の外壁に露出されるネジ式プラグシャフトと、を含み、
    前記作業ガス収容メンブレンパッドは、前記ボトムプラグのネジ式プラグシャフトに挿入される多数のパッドボディーホールを備えることを特徴とする請求項１に記載のプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶。
14. 前記船体の外側で前記ネジ式プラグシャフトに締結されて、前記作業ガス収容メンブレンパッドを固定させる固定ナットと、
    前記ネジ式プラグシャフトに挿入されるガスケットホールを備え、前記ネジ式プラグシャフトに密着されて、前記パッドボディーホールを密封する密封ガスケットと、
    前記ネジ式プラグシャフトに挿入されるプレートホールを備え、前記密封ガスケットと前記固定ナットとの間に配されて、前記作業ガス収容メンブレンパッドを補強する補強プレートと、
    をさらに含む請求項１３に記載のプロペラキャビテーション誘起起振力低減型船舶。
    

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