JP6285834B2 - 船体突出部の振動抑制装置 - Google Patents

Description

本開示は、水上又は水中を航行する船舶において、例えば、舵、フィンスタビライザー等のような船体突出部の振動を抑制する振動抑制装置に関する。

海洋資源調査船や漁業調査船等の調査船は、エンジンの振動や推進器の回転等に起因した船体の振動によって水中に放射された雑音が調査用の音響機器に検知されるおそれがある。これによって、該音響機器の精度が低下するため、自ら発する水中放射雑音を低減する必要がある。例えば、地震探査船などは、自ら発する低周波の水中音レベルの上限値が国際機関によって設定されている。
船舶が発する水中放射雑音のうち低周波成分は、船体の振動がアジマス推進器、舵、フィンスタビライザー等の船体突出部に伝わり、該船体突出部が船体から伝わる振動（起振振動）と共振することで大きくなる。そのため、船体突出部の共振を回避することが重要である。

図９はこの関係を模式的に示している。前記起振振動の振動数（起振振動数）と船体突出部の固有振動数との比が１前後のＨの範囲にあるとき、船体突出部が共振し、水中放射雑音の低周波成分は増大する。しかし、起振振動数は、船舶の速度や航行モードで変化するため、共振を回避するのはそれほど容易ではない。

特許文献１には、船舶の推進器から推進軸に伝わる共振振動を検出するセンサと、この共振振動を弱めるための共振抑制振動を発生する振動発生器と、前記センサの検出信号を受信し、前記共振抑制振動の周波数と位相を制御するコントローラとを備え、前記共振抑制振動を推進軸の軸受を介して推進軸に伝え、推進器の共振を低減するようにした手段が開示されている。
特許文献２には、プロペラ翼の回転によって発生する水中放射雑音を低減する手段が開示されている。この手段は、船舶のプロペラ翼を囲むように配置されたコーン状のノズルの内壁に超音波発生器を設け、該超音波発生器から発生する超音波によってプロペラ翼の周囲に泡を発生させ、この泡によって水中放射雑音を低減するものである。

特表２００５−５１６２９９号公報 特開２００６−１６８６０５号公報

特許文献１に開示された手段は、船舶の推進器の共振を抑制するものであり、船体突出部の共振を回避するものではない。また、共振抑制振動を発生する振動発生器、及び共振抑制振動の周波数と位相を制御するコントローラ等を必要とし、装置構成が高コストとなりやすい問題がある。
また、特許文献２に開示された装置も、プロペラ翼の回転によって発生する水中放射雑音を低減するものであり、船体突出部の共振を抑制するものではない。また、超音波発生器や超音波発生器に電力を供給する超音波発生用電源装置等を必要とし、装置構成が高コストとなりやすい問題がある。

本発明の少なくとも一実施形態は、かかる従来技術の課題に鑑み、簡易かつ低コストな手段で、船体突出部の共振を抑制することで、船舶が発する水中放射雑音を低減することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る船体突出部の振動抑制装置は、水上船又は水中船の船体の突出部の振動を抑制するための振動抑制装置であって、前記突出部の内部に設けられた少なくとも一つのチャンバにおける流体の保有量、又は、前記突出部の前記船体からの突出長さの少なくとも一方を変化させ、前記突出部の固有振動数を調節するように構成された固有振動数調節部を備える。

船体突出部を一自由度系と近似すると、（式１）から、船体突出部の振動質量Ｍは船体突出部の構造質量ｍ_ｓと船体突出部内のチャンバに供給された流体の質量ｍ_ｆとから求めることができる。なお、（式１）は、流体質量ｍ_ｆの増減によらず船体突出部及び流体の全体としての重心位置が一定であると仮定して導かれた式である。流体質量ｍ_ｆの増減に伴って船体突出部及び流体の全体としての重心位置が変化する場合、厳密に振動質量Ｍを計算しようとすれば、（式１）の係数を重心位置に応じて変える必要がある。
また、船体突出部の振動剛性Ｋは、（式２）に示すように、船体突出部の突出長さＬから決定される。そして、振動質量Ｍと振動剛性Ｋとから、（式３）により船体突出部の固有振動数ｆを求めることができる。

Ｍ＝０．２３（ｍ_ｓ＋ｍ_ｆ） （式１）

ここで、Ｌは船体突出部の突出長さであり、Ｅはヤング率であり、I(ｘ)は断面ｘでの断面２次モーメントである。

船体突出部内のチャンバに流体（例えば、海水、潤滑油等）を供給する場合、船体突出部の振動質量Ｍが変化する。（式３）から、振動質量Ｍがｐ倍に変化するとき、固有振動数ｆはｐ^-0.5倍に変化する。即ち、振動質量Ｍが増加すれば、船体突出部の固有振動数ｆは減少する。
（式２）から、断面２次モーメントが長手方向で一定の場合（断面積が一定の場合）、船体突出部の突出長さＬがｑ倍に変化すると、固有振動数ｆはｑ^-1.5倍に変化する。即ち、突出長さＬが増加すれば、船体突出部の固有振動数ｆは減少する。
このように、船体突出部内のチャンバに供給される流体の質量又は船体突出部の突出長さを調節することで、船体突出部の固有振動数を調節できる。

前記構成（１）によれば、前記固有振動数調節部によって船体突出部の固有振動数を船体の起振振動数と共振しない振動数に調節できる。そのため、船舶の速度や航行モードが変化し、これによって船体の起振振動数が変化しても、これに応じて船体突出部の固有振動数を調節することで、船体突出部が船体と共振するのを抑制できるため、船舶が発する水中放射雑音を低減できる。
また、特許文献１のように、共振抑制振動を発生する振動発生器や、共振抑制振動の周波数と位相を制御するコントローラを備える場合と比べて、船体突出部に設けられたチャンバに流体を注入するか、又は船体突出部の突出長さを変えるという簡易かつ低コストな手段で、船体突出部の固有振動数を調節できる。

（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
前記少なくとも一つのチャンバには、前記流体が流通可能な少なくとも一本の流路が接続されており、
前記固有振動数調節部は、前記少なくとも一つのチャンバと前記少なくとも一本の流路との連通状態を切り替えるための少なくとも一つのバルブを含んでいる。
前記構成（２）によれば、前記少なくとも一つのチャンバに供給される前記流体の供給量を前記少なくとも一本の流路に設けられた前記少なくとも一つのバルブによって調節できる。これによって、簡易かつ低コストな手段で、前記少なくとも一つのチャンバに保有される前記流体の保有量を調節し、船体突出部の固有振動数を調節できる。

（３）幾つかの実施形態では、前記構成（２）において、
前記少なくとも一つのチャンバは、前記流体が流通可能な複数の前記流路がそれぞれ接続された複数のチャンバを含み、
前記固有振動数調節部は、前記複数のチャンバのうち前記流体を満たすチャンバの個数を変えることで、前記流体の保有量を変化させるように構成されている。
前記構成（３）によれば、前記流体が満たされる前記複数のチャンバの数を調節することで、船体突出部に保有される接続流体の保有量を調節できると共に、前記複数のチャンバに流体を満たし、チャンバ内に気液界面をなくすことで、供給された流体によるスロッシングを抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）のいずれかにおいて、
前記流体は、前記船体内の機械要素の潤滑に用いられる潤滑油、又は、海水である。
前記構成（４）によれば、前記流体として、船内で容易に入手可能な潤滑油、又は船外から汲み上げることができる海水を用いることで、前記流体を容易かつ低コストで確保できる。

（５）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（４）のいずれかにおいて、
前記突出部は、フィンスタビライザー又は舵である。
前記構成（５）によれば、船体に取り付けられたフィンスタビライザー又は舵の共振による水中放射雑音の発生を簡易かつ低コストな手段で抑制できる。

（６）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（５）のいずれかにおいて、
前記突出部は、前記突出部の突出方向に沿って伸縮自在であり、
前記固有振動数調節部は、前記突出部を伸縮させて、前記突出長さを変化させるように構成されている。
前記構成（６）によれば、船体突出部の突出長さを変化させるだけの簡易かつ低コストな手段で、船体突出部の固有振動数を調節できる。

（７）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（６）のいずれかにおいて、
前記少なくとも一つのチャンバは、前記突出部に設けられて、前記突出部の突出方向に沿って伸縮することで容積が可変である容積可変チャンバを含み、
前記固有振動数調節部は、前記容積可変チャンバに前記流体を注入して前記容積可変チャンバを前記突出方向に沿って拡張させることで、前記流体の保有量及び前記突出長さの両方を変化させるように構成されている。
前記構成（７）によれば、船体突出部内のチャンバに供給される前記流体の質量、及び船体突出部の突出長さの両方を調節して船体突出部の固有振動数を調節するため、船体突出部の固有振動数ｆの調節範囲を広くすることができる。

（８）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（７）のいずれかにおいて、
前記水上船又は前記水中船の航行モードを示す航行モード信号に基づいて、前記流体の保有量又は前記突出長さの少なくとも一方を変化させるように前記固有振動数調節部を制御するためのコントローラをさらに備えている。
前記構成（８）では、前記航行モード信号から船体突出部に伝わる起振振動の振動数を確認し、該起振振動数から外れるように船体突出部の固有振動数ｆを調節できる。そのため、船体突出部の共振を確実に抑制できる。

（９）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（７）のいずれかにおいて、
前記水上船又は前記水中船の動力機関によって生じる起振力の振動数を示す情報を取得するための起振力情報取得部と、
前記起振力情報取得部で取得された前記情報に基づいて、前記流体の保有量又は前記突出長さの少なくとも一方を変化させるように前記固有振動数調節部を制御するためのコントローラと、をさらに備えている。
前記構成（９）によれば、前記起振力情報取得部を備えることで、前記動力機関によって生じる起振振動の振動数を把握することができ、船体突出部の固有振動数ｆを起振振動数から確実に外れるように調節できる。よって、船体突出部の共振を確実に抑制できる。

（１０）幾つかの実施形態では、前記構成（９）において、
前記起振力の振動数を示す前記情報は、前記動力機関の出力、前記動力機関の回転シャフトの回転数、又は、前記突出部の外表面の振動数である。
前記構成（１０）によれば、例えばトルクセンサ、回転数センサ、加速度センサ等の公知のセンサを起振力情報取得部として用いて、船体の起振振動数を正確に把握できる。

（１１）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（１０）のいずれかにおいて、
前記突出部を有する前記船体と、
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の振動抑制装置と、を備えている。
前記構成（１１）によれば、前記振動抑制装置によって船体突出部の共振を抑制できるので、船体から発する水中放射雑音を低減できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、前記固有振動数調節部を備えることで、簡易かつ低コストな手段で、船体突出部の共振を抑制でき、これによって、船舶が発する水中放射雑音を低減することができる。

一実施形態に係る振動抑制装置の概略構成を示す正面視断面図である。 一実施形態に係る振動抑制装置の模式図である。 一実施形態に係る振動抑制装置の模式図であって、（Ａ）は先端の突出前を示し、（Ｂ）は先端の突出後を示す。 一実施形態に係る振動抑制装置の模式図であって、（Ａ）は先端の突出前を示し、（Ｂ）は先端の突出後を示す。 一実施形態に係る振動抑制装置の模式図である。 一実施形態に係る振動抑制装置の模式図であって、（Ａ）は船体部を示し、（Ｂ）は船体突出部及び固有振動数調節部を示している。 一実施形態に係るチャンバの模式図である。 一実施形態に係るチャンバの模式図である。 船体突出部の共振が起る振動数比（起振振動数／固有振動数）を示す線図の一例である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、実施形態に係る船体突出部の振動抑制装置の概略構成を示す図である。
図１に示す振動抑制装置２０は、船体１０の突出部（船体突出部１２）の振動を抑制するように構成される。
一実施形態では、船体突出部１２は、フィンスタビライザーである。フィンスタビライザーは、例えば、船底近くの両舷から突出した金属板であり、船体の揺れに対応して航行時の水流に対する角度を調節でき、この時生じる揚力によって船体の揺れを最小限に抑えるように働く。他の実施形態では、船体突出部１２は、船体１０に設けられたアジマス推進器又は舵である。

図１に示すように、振動抑制装置２０は、船体突出部１２の固有振動数を調節するための固有振動調節部２８を備える。
幾つかの実施形態では、船体突出部１２の内部には、少なくとも一つのチャンバ２２が設けられており、チャンバ２２内に流体Ｆが貯留可能になっている。そして、固有振動調節部２８は、チャンバ２２における流体Ｆの保有量、又は、船体突出部１２の突出長さＬの少なくとも一方を変化させることで、船体突出部１２の固有振動数を調節するように構成されている。

また、図１に示すように、振動抑制装置２０は、固有振動数調節部２８を制御するためのコントローラ３８を備えていてもよい。
コントローラ３８は、例えば、船の航行モードを示す航行モード信号や、船の動力機関によって生じる起振力の振動数を示す情報に基づき、固有振動数調節部２８を制御してもよい。なお、起振力の振動数を示す情報とは、例えば、動力機関の出力、動力機関の回転シャフトの回転数、船体突出部１２の外表面の振動数であってもよい。

以下、固有振動調節部２８及びコントローラ３８の詳細につき説明する。

図２は、一実施形態に係る振動抑制装置２０Ａを示す図である。
図２に示す例示的な実施形態では、船体突出部１２の内部には空間が形成され、該空間は仕切壁２４ａ〜２４ｄによって船体突出部１２の長手方向（船体１０の幅方向）に複数（図１では５個）のチャンバ２２ａ〜２２ｅが形成される。振動抑制装置２０Ａの固有振動調節部２８ａは、チャンバ２２ａ〜２２ｅに流体Ｆを供給し、各チャンバの流体保有量の増減によって船体突出部１２の固有振動数を調節可能に構成されている。

チャンバ２２ａ〜２２ｅには、それぞれ、船体１０の内部から各チャンバまで延びる流路２６ａ〜２６ｅが連通している。流路２６ａ〜２６ｅには夫々開閉弁３０ａ〜３０ｅが設けられている。
振動抑制装置２０Ａの固有振動数調節部２８ａは、開閉弁３０ａ〜３０ｅを含む流体給排部で構成されている。固有振動調節部２８ａとしての流体給排部は、開閉弁３０ａ〜３０ｅの開閉によって、船体１０の内部に流体Ｆをチャンバ２２ａ〜２２ｅに給排可能になっている。

前記流体給排部は、例えば、図示のように、流路２６ａ〜２６ｅが接続されたヘッダ３２と、ヘッダ３２に接続された流体給排管３４と、流体給排管３４に設けられた正逆回転可能な正逆可変ポンプ３６とを含んでいてもよい。
また、図２に示す例示的な実施形態では、振動抑制装置２０Ａは、開閉弁３０ａ〜３０ｅの開閉動作及び正逆可変ポンプ３６の動作など、固有振動数調節部２８ａを制御するコントローラ３８を備えている。

前記構成において、チャンバ２２ａ〜２２ｅに流体Ｆを供給することで、流体質量ｍ_ｆを増大させる。流体質量ｍ_ｆを増大させることで、（式１）から振動質量Ｍが増大し、振動質量Ｍが増大すると、（式３）から、船体突出部１２の固有振動数ｆが減少する。逆に、チャンバ２２ａ〜２２ｅから流体Ｆを排出することで流体質量ｍ_ｆを減少させれば、（式１）から振動質量Ｍが減少し、（式３）から、船体突出部１２の固有振動数ｆが増大する。こうして、固有振動調節部２８ａとしての流体給排部によって、各チャンバの流体保有量の増減によって船体突出部１２の固有振動数を調節することができる。
なお、振動質量Ｍは流体質量ｍ_ｆが船体突出部１２の先端に付加されるとき最も大きくなるので、流体Ｆをチャンバ２２ａ〜２２ｅに供給する場合、船体突出部１２の先端に位置するチャンバ２２ｅから船体突出部１２の根本に向かって順に供給してもよい。即ち、２２ｅ→２２ｄ→２２ｃ→２２ｂ→２２ａの順で流体Ｆを供給してもよい。これにより、流体質量ｍ_ｆの増減に対する固有振動数ｆの変化量が大きくなり（固有振動数ｆの感度が向上し）、固有振動数ｆの調節可能範囲を拡大することができる。

固有振動数ｆが変化することで、船体１０から船体突出部１２に伝わる起振振動の振動数と船体突出部１２の固有振動数ｆとをずらすことができ、これによって、船体突出部１２の共振を抑制できる。また、固有振動数調節部２８ａを設け、チャンバ５２への流体Ｆの保有量を調節するだけの簡易かつ低コストな手段でこれを達成できる。

また、幾つかの実施形態では、チャンバ２２ａ〜２２ｅへの流体Ｆの保有量を調節する際に、各チャンバ内で気液界面が形成されないように、チャンバを流体Ｆで満たすようにしてよい。この場合、固有振動数調節部２８ａは、チャンバ２２ａ〜２２ｅのうち流体Ｆで満たされるチャンバの個数を変えて、チャンバ２２ａ〜２２ｅへの流体Ｆの保有量を調節する。これによって、チャンバ２２ａ〜２２ｅに供給された流体Ｆによるスロッシング現象を抑制できる。

さらに、流体Ｆとして、主機推進機関又は補助機関等に用いられ、船内で容易に入手できる潤滑油、又は船外から汲み上げられる海水を用いれば、流体Ｆを容易かつ低コストで確保できる。

なお、各チャンバに流体Ｆを給排する流体給排部は、前記構成の流体給排部に限らず、別な構成の流体給排部とすることができる。
例えば、流体給排部は、各チャンバ２２ａ〜２２ｅに対し、ヘッダ３２からの流体Ｆを各チャンバ２２ａ〜２２ｅに供給するための流体供給管と、船体１０内に設けた流体貯留タンク（不図示）に向けて流体Ｆを各チャンバ２２ａ〜２２ｅから排出するための流体排出管と、を含んでいてもよい。

図３は、他の実施形態に係る振動抑制装置２０Ｂを示す図である。
図３に示す振動抑制装置２０Ｂの固有振動数調節部２８ｂは、突出方向に沿って伸縮自在に構成された船体突出部１２を伸縮させて、船体突出部１２の突出長さＬを変化させるように構成されている。

図３において、固有振動数調節部２８ｂは、船体突出部１２の先端部１２ａに、船体突出部１２の本体に対して船体突出部１２の長手方向へ摺動可能に配置された複数の摺動体４０及び４２と、船体突出部１２の本体に設けられたアクチュエータ４４と、摺動体４０に設けられたアクチュエータ４６とで構成されている。アクチュエータ４４のピストン４４ａは摺動体４０に接続され、アクチュエータ４６のピストン４６ａは摺動体４２に接続されている。
なお、アクチュエータ４４，４６は、電動シリンダ又は油圧シリンダであってもよい。
幾つかの実施形態では、アクチュエータ４４及び４６は、船体内部に設けられたコントローラ３８で制御される。

摺動体４０又は４２の摺動によって船体突出部１２の突出長さＬが例えばＬ’に変化するため、前述の（式２）から振動剛性Ｋが変化する。船体突出部１２の長手方向の断面形状が一定の場合、船体突出部１２の突出長さＬがｑ倍に変化すると、船体突出部１２の固有振動数ｆはｑ^-1.5倍に変化する。そのため、突出長さＬが増大すれば固有振動数ｆは減少し、突出長さＬが減少すれば固有振動数ｆは増大する

このように、固有振動数調節部２８ｂによって船体突出部１２の固有振動数ｆが変化することで、船体１０から伝わる起振振動の振動数と船体突出部１２の固有振動数ｆの間に差を持たせることができ、そのため、船体突出部１２の共振を抑制できる。
なお、図２に示す実施形態の構成と図３に示す実施形態の構成を組み合わせた構成の固有振動数調節部を採用することができる。

図４は、他の実施形態に係る振動抑制装置２０Ｃを示す図である。
図４に示す実施形態では、船体突出部１２の内部に設けられる少なくとも一つのチャンバ２２は、船体突出部１２の突出方向に沿って伸縮することで容積が可変である容積可変チャンバ５０を含んでいる。振動抑制装置２０Ｃの固有振動数調節部２８ｃは、前記容積可変チャンバ５０に流体Ｆを注入して前記容積可変チャンバ５０を突出方向に沿って拡張させることで、流体Ｆの保有量及び突出長さＬの両方を変化させるように構成される。

一実施形態では、前記容積可変チャンバ５０は、船体突出部１２の先端部１２ａに船体突出部１２の長手方向に伸縮可能な中空の袋状構造体５１によって構成される。袋状構造体５１は、例えば、ゴム製又は樹脂製とし、かつ蛇腹状に形成して伸縮可能に構成することができる。
また、幾つかの実施形態では、袋状構造体５１より船体突出部１２の根本側に、仕切壁５２ａ及び５４ａで仕切られた複数のチャンバ５２及び５４が容積可変チャンバ５０とは別に形成される。船体内部から流路５６、５８及び６０が導設され、これら流路は夫々袋状構造体５０及びチャンバ５６、５８に開口している。

固有振動数調節部２８ｃは、例えば、船体内部に前記流体給排部のような流体給排部（不図示）が設けられ、流路５６，５８及び６０に、例えば、潤滑油や海水のような流体Ｆが給排される。
前記流体給排部から袋状構造体５１に流体Ｆを給排することで、船体突出部１２の突出長さＬをＬ’に変化させ、かつ流体質量ｍ_ｆを変化できる。また、幾つかの実施形態では、袋状構造体５１への流体Ｆの給排に加えて、チャンバ５２又は５４に流体Ｆを給排することで、流体質量ｍ_ｆをより大きく変化できる。
このように、上述した実施形態によれば、流体質量ｍ_ｆ及び船体突出部の突出長さＬの両方を調節できるため、船体突出部１２の固有振動数の調節範囲を広範囲にすることができる。そのため、船体突出部１２の共振回避が容易になる。

図５は、他の実施形態に係る振動抑制装置２０Ｄを示す図である。
図５に示す実施形態では、水上船又は水中船の航行モードを示す航行モード信号に基づいて、前記流体の保有量又は船体突出部の突出長さの少なくとも一方を変化させるように固有振動数調節部２８ｄを制御するためのコントローラ３８をさらに備えている。

振動抑制装置２０Ｄでは、船舶の航行モードを示す航行モード信号Ｎｍがコントローラ３８に入力される。コントローラ３８では、入力された航行モード信号Ｎｍに対応して発生し船体突出部１２に伝わる起振振動数を回避するように、固有振動数調節部２８ｄを制御する。
図５に示す例示的な実施形態では、コントローラ３８は、例えば船体１０内の操縦室に設置された入力インターフェース６４から入力される航行モード信号Ｎｍを受領するための信号受領部１００と、航行モード信号Ｎｍに対応する起振振動数が記憶された記憶部１０２と、固有振動調節部２８ｄに送信される制御信号を生成するための制御信号生成部１０４とを備える。制御信号生成部１０４は、信号受領部１００から入力される航行モード信号Ｎｍに対応する起振振動数を記憶部１０２から読み出し、該起振振動数に対して船体突出部１２の固有振動数ｆが異なる値を取るように固有振動数調節部２８ｄを制御するための制御信号を出力する。

本実施形態では、船体突出部１２は、例えば、図３に示す実施形態と同様の袋状構造体５１及びチャンバ５２、５４と、流路５６、５８及び６０とを備えている。固有振動数調節部２８ｄは、開閉弁６２ａ、６２ｂ及び６２ｃを有すると共に、例えば、前記実施形態と同様の流体給排部（不図示）を備え、コントローラ３８で開閉弁６２ａ、６２ｂ及び６２ｃの開閉動作を制御することで、袋状構造体５１、チャンバ５２及び５４への流体Ｆの給排制御を行っている。

本実施形態では、コントローラ３８は、船体突出部１２の固有振動数ｆが、航行モード信号Ｎｍから算出した前記起振振動数から外れるように、袋状構造体５１又はチャンバ５２，５４に供給する流体Ｆの給排量が制御される。
これによって、船体突出部１２の共振を確実に抑制できる。

図６は、他の実施形態に係る振動抑制装置２０Ｅを示す図である。
図６に示す実施形態では、振動抑制装置２０Ｅは、水上船又は水中船の動力機関によって生じる起振力の振動数を示す情報を取得するための起振力情報取得部７４と、前記起振力情報取得部７４で取得された前記情報に基づいて、前記流体の保有量又は前記突出長さの少なくとも一方を変化させるように前記固有振動数調節部２８ｅを制御するためのコントローラ３８と、を備えている。
本実施形態に係る船体突出部１２は、例えば、図４又は図５に示す実施形態と同様の袋状構造体５１及びチャンバ５６、５８と、流路５６、５８及び６０とを備えている。振動抑制装置２０Ｅの固有振動数調節部２８ｅは、開閉弁６２ａ、６２ｂ及び６２ｃを有すると共に、例えば、前記実施形態と同様の流体給排部（不図示）を備えている。

図６において、前記動力機関として、船体１０の内部に推進器７２に動力を与えるための動力機関７０が設けられている。また、起振力情報取得部７４は、船体１０に生じる起振力の振動数を示す情報を取得するようになっている。起振力情報取得部７４で取得された前記情報はコントローラ３８に入力される。コントローラ３８は、前記情報に基づき、前記起振力の振動数を回避するように、固有振動数調節部２８ｄを制御する。固有振動数調節部２８ｅは、コントローラ３８による制御下で、流体Ｆの保有量又は船体突出部１２の突出長さＬの少なくとも一方を変化させる。
これによって、船体突出部１２の共振を確実に抑制できる。

図６に示す例示的な実施形態では、コントローラ３８は、起振力情報取得部７４から起振振動数を示す前記情報を受け取るための情報受領部１１０と、固有振動調節部２８ｅに送信される制御信号を生成するための制御信号生成部１１４と、を備える。制御信号生成部１１４は、情報受領部１１０から入力される前記情報に基づき、該起振振動数に対して船体突出部１２の固有振動数ｆが異なる値を取るように固有振動数調節部２８ｅを制御するための制御信号を出力する。この際、制御信号生成部１１４は、コントローラ３８に設けられた記憶部１１２から、情報受領部１１０から入力される前記情報に対応する起振振動数を読み出し、船体突出部１２の固有振動数ｆが該起振振動数を回避した値を取るような制御信号を生成してもよい。

前記情報は、例えば、動力機関７０の出力であり、推進軸７６の回転数であり、あるいは船体突出部１２の外表面に設けられた回転数である。
これらの情報を得るため、例えば、図６に示すように、動力機関７０のトルクを検出するトルクセンサ７８と、推進軸７６の回転数を検出する回転数センサ８０と、船体突出部１２の外表面の振動を検出する加速度センサ８２との少なくとも一つが起振力情報取得部７４として設けられていてもよい。
これにより、トルクセンサ７８、回転数センサ８０、加速度センサ８２等の公知のセンサを起振力情報取得部７４として用いることで、船体の起振振動数を正確に求めることができる。よって、船体突出部１２の固有振動数ｆを起振振動数から確実にずらすことができ、これによって、船体突出部１２の共振を確実に抑制できる。

図７及び図８は、夫々船体突出部１２の内部に形成されたチャンバ２２の別の構成例を示している。図７では、船体突出部１２の内部にジグザグ形状のチャンバ１２０が形成されている。また、図８では、船体突出部１２に内部に、船体突出部１２の長手方向に沿って複数の細長いチャンバが形成されている。
チャンバ１２０又は１２２に流体を給排することで、船体突出部１２の振動質量Ｍを変えることができる。

なお、上述した実施形態の構成を適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡易かつ低コストな手段で、船体突出部の共振を抑制することで、船舶が発する水中放射雑音を低減できる。

１０ 船体
１２ 船体突出部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ 振動抑制装置
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、５２，５４，１２０，１２２ チャンバ
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、５２ａ、５４ａ 仕切壁
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ，４６，５６，５８，６０ 流路
２８、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ 固有振動数調節部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ 開閉弁
３２ ヘッダ
３４ 流体給排路
３６ 正逆可変ポンプ
３８ コントローラ
４０，４２ 摺動体
４４，４６ アクチュエータ
４４ａ、４６ａ ピストン
５０ 容積可変チャンバ
５１ 袋状構造体
７０ 動力機関
７２ 推進器
７４ 起振力情報取得部
７６ 推進軸
７８ トルクセンサ
８０ 回転数センサ
８２ 加速度センサ
１００、１１０ 信号受領部
１０２，１１２ 記憶部
１０４，１１４ 制御信号生成部
Ｆ 流体
Ｌ、Ｌ’ 突出長さ
Ｎｍ 航行モード

Claims (11)

1. 水上船又は水中船の船体の突出部の振動を抑制するための振動抑制装置であって、
   前記突出部の内部に設けられた少なくとも一つのチャンバにおける流体の保有量、又は、前記突出部の前記船体からの突出長さの少なくとも一方を変化させ、前記突出部の固有振動数を調節するように構成された固有振動数調節部を備え、
   前記突出部は、フィンスタビライザー又は舵であり、
   前記突出部は、前記突出部の突出方向に沿って伸縮自在であり、
   前記固有振動数調節部は、前記突出部を伸縮させて、前記突出長さを変化させるように構成されたことを特徴とする船体突出部の振動抑制装置。
2. 前記少なくとも一つのチャンバには、前記流体が流通可能な少なくとも一本の流路が接続されており、
   前記固有振動数調節部は、前記少なくとも一つのチャンバと前記少なくとも一本の流路との連通状態を切り替えるための少なくとも一つのバルブを含むことを特徴とする請求項１記載の船体突出部の振動抑制装置。
3. 前記少なくとも一つのチャンバは、前記流体が流通可能な複数の前記流路がそれぞれ接続された複数のチャンバを含み、
   前記固有振動数調節部は、前記複数のチャンバのうち前記流体を満たすチャンバの個数を変えることで、前記流体の保有量を変化させるように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の船体突出部の振動抑制装置。
4. 前記流体は、前記船体内の機械要素の潤滑に用いられる潤滑油、又は、海水であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の船体突出部の振動抑制装置。
5. 前記固有振動数調整部は、
   前記突出部に設けられた第１アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータのピストンに接続された第１摺動体と、
   前記第１摺動体に設けられた第２アクチュエータと、
   前記第２アクチュエータのピストンに接続された第２摺動体と、を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の船体突出部の振動抑制装置。
6. 前記突出部の先端には、凹部が形成され、
   前記第１摺動体は、前記突出部の前記凹部に摺動可能に配置され、
   前記第１摺動体は、第１凹部を有し、
   前記第２摺動体は、前記第１摺動体の前記第１凹部に摺動可能に配置されることを特徴とする請求項５に記載の船体突出部の振動抑制装置。
7. 前記少なくとも一つのチャンバは、前記突出部に設けられて、前記突出部の突出方向に沿って伸縮することで容積が可変である容積可変チャンバを含み、
   前記固有振動数調節部は、前記容積可変チャンバに前記流体を注入して前記容積可変チャンバを前記突出方向に沿って拡張させることで、前記流体の保有量及び前記突出長さの両方を変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の船体突出部の振動抑制装置。
8. 前記水上船又は前記水中船の航行モードを示す航行モード信号に基づいて、前記流体の保有量又は前記突出長さの少なくとも一方を変化させるように前記固有振動数調節部を制御するためのコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の船体突出部の振動抑制装置。
9. 前記水上船又は前記水中船の動力機関によって生じる起振力の振動数を示す情報を取得するための起振力情報取得部と、
   前記起振力情報取得部で取得された前記情報に基づいて、前記流体の保有量又は前記突出長さの少なくとも一方を変化させるように前記固有振動数調節部を制御するためのコントローラと、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の船体突出部の振動抑制装置。
10. 前記起振力の振動数を示す前記情報は、前記動力機関の出力、前記動力機関の回転シャフトの回転数、又は、前記突出部の外表面の振動数であることを特徴とする請求項９に記載の船体突出部の振動抑制装置。
11. 前記突出部を有する前記船体と、
    請求項１乃至１０の何れか一項に記載の振動抑制装置と、を備えることを特徴とする船。

Images