JP6541575B2 - 水流偏向用流体力学的船首フィン配置を有する船 - Google Patents

Description

本発明は、流体力学の技術分野に関し、より詳細には、航行中に水流を管理するための流体力学的ダクトを船首に設けた船に関する。このダクトは、船首の両側にそれぞれ設けた二つの側壁からなり、この二つの側壁は、水平方向の、若しくは水平方向に対して所定の角度を付けた底壁部に接続されている。ダクトは、ダクト外部とは異なる様々な特性を有する水流空間を船首のダクト内部に規定することにより、造波抵抗及び摩擦抵抗を低減し、よって船の推進にかかる燃費を低減する。本発明は特に、機能的に相互依存する流体力学的ダクト並びに船首の形状及び寸法の設計の係る解決手段の提案に関し、様々なタイプの船の各特定の事例について、ダクト内部の水流をダクト外部の水流とは有利に異なるものとすることができるようにして、航行に対する抵抗を最適に低減し、よって燃費を低減するものである。

造船の分野において、エネルギー消費量の低減は、全世界的経済危機及び環境問題の増加から増々重要となっている。

船の推進に必要な燃料を決定付ける一つの重要な要因は、船が被る造波抵抗及び摩擦抵抗である。現在なされている試みは、船がこうむるこのような造波抵抗及び摩擦抵抗を低減しようとするものであり、船が越えなければならない高密度の水塊を分けての航行が改善されている。例として、船がこうむる造波抵抗、特に船首波の高さを低減するために、船体の船首部分には、これまでバルブ状つまりボール状形状が広く用いられている。

しかしながら、船の前面、つまり船の航行中に水と接触する船首の表面領域は広い面積を有し、推進抵抗が船の速度の二乗に正比例することを考慮すると、この抵抗を克服して、船の設計で意図されている定格速度で船を推進させるために必要な馬力も正比例的に増加する。

国際公開公報ＷＯ９２／２２４５６（ペトロマノラキス，エマニュエル）では、船首に設けられ、船の水位線の上下に所定の高さ延在するダクトを提案しており、船が前面全体ではなく、このダクトを通して水塊に衝突することにより、このダクトは船の航行中の造波抵抗の低減を実現している。このような造波抵抗及びエネルギー消費量を低減するダクトは、その後の特許出願で最適化され、ダクト内部の水流をダクト外部の水流からさらに異なるものとしている。

特に、国際公開公報ＷＯ２０１３／０１１３３２（ペトロマノラキス，エマニュエルら）には、船首に設けられる流体力学的ダクトが開示されており、このダクトは、水平壁部分及び二つの側壁部分を有し、ダクト内部を流れる水流はダクト外部の水流とは実質的に異なる特性を与えられるので、造波抵抗及び摩擦抵抗が低減され、よって船の推進に必要とされていた燃料が従来よりも低減される。ダクトは、水平壁部分への迎え角ゼロに相当する低圧の中心が、最初の船首波が発生する領域に位置するように、且つ側壁部分と水平壁部分との接続領域にある側壁部分の低圧の中心が水平壁部分の低圧の中心から前縁若しくはそのわずかに前方までの間の選択された位置にくるように、配置される。さらに従来技術の船首の構造設計パラメータにおける欠点及び欠陥を克服するために、ダクトの性能を最大限に利用することができる流体力学的ダクトが提案されている。特に、ダクトの水平壁部分及び側壁部分の製造パラメータについて選択的組合わせが提案されている。揚力係数Ｃ_Ｌ及び抗力係数Ｃ_Ｄを決定するダクトの壁部分の寸法に関するこのパラメータは、船の航行の特定の公称速度及び船首の寸法に対応して、ダクトの水平壁部分及び側壁部分のどちらにとっても比Ｃ_Ｌ／Ｃ_Ｄが最適となるように、且つダクトの側壁の揚力係数Ｃ_Ｌに対する水平壁の揚力係数Ｃ_Ｌの比が最適となるように、考慮されている。

しかしながら、上記で提案されているダクトのパラメータ設計は、流体力学的ダクトを装備した様々なタイプの船（ヨット、コンテナ船、ばら積み貨物船、小型快速船）のモデルで行われた試験によって確認された顕著な改善につながっているものの、このような異なるタイプの船で得られた結果の明らかな変動は、ダクトのパラメータ設計にさらなる検討が必要であることを明確に示していることがわかる。このような設計過程では、各特定の船首の形状及び寸法、さらには変動する船荷に関する様々なパラメータを考慮することが必要であり、よって船首の設計は、船首とダクトの組み合わせを最適な性能とすることにより、船の推進のために必要な馬力を低減し、よって燃費を低減するという最終的な結果を最適化するように行う必要がある。

例として、船首に対するダクトの位置付けは、巡航を経済的にすると共に、船首の上下動の加速を抑え、よって平均巡航速度を早くすることに必然的に寄与することになることがわかっているが、上記試験結果の変動の一つの理由として、提案されたダクトと船との協働が多岐にわたることが考えられる。ダクトから出る水流は船首及び／又はバルブ状船首の側面に衝突し、このような衝突により明らかに損失が生じ、ダクトの有益な効果を最小化してしまうことになる。

上記で行われた様々な試験においてダクトの性能の連続性に変動が生じたもう一つの理由は、喫水、つまり船の浸水深さを変化させて、ダクトの有効範囲を変化させる船の荷重条件の変化であり、この問題は特に、船が積荷を積んでいなかったり満載状態であったりという極端な条件下にある場合に喫水が大幅に変化するコンテナ船において顕著である。

船が通常速度で航行する限り、及びＦｎの同時変化によって低速へと減速する限りは、バルブ状船首の性能は十分であるが、本発明のダクトを提供することにより、設計上の公称速度（経済速度）よりも低速でも、いかなるＦｎ値等でも、十分な性能を保証することができることがわかった。

国際公開公報ＷＯ９２／２２４５６ ＷＯ２０１３／０１１３３２

従って、本発明の主な目的は、上述した従来技術の欠点及び欠陥を効率的に克服し、船首の形状及び寸法に関する機能的に独立したパラメータ、並びに変化する船荷条件との組み合わせにより、性能を最大限に利用することができる流体力学的ダクトの構造設計パラメータを提案することにある。

よって本発明の目的は、船首の中空で湾曲した側面の凹状の曲面に水流が衝突してそこに閉じ込められることを防ぐように、水位線が凹状ではなく直線状若しくは凸状であり、船の中心線に対して常に所定角度をなす流体力学的水流管理ダクトの設置が可能な、船首の機能的設計を提供することにある。このような水流の衝突及び閉じ込めは船の減速を生じる望ましくないものだからである。凹状ではなく直線的若しくは凸状の船首側面によって、ダクト出口における流れが円滑となり、この水流が船首壁及び／又はバルブ状船首に衝突することによる損失が最小限となる。

この目的に関し、本発明によれば、水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船であって、ダクトはいかなる状況下においても海面下に配置され、船首先端の両側に延在する水平壁部分と、水平壁部分の両端に接続され、船首の両側でそれぞれ上方に延在する一対の側壁とを備えるダクトであって、ダクト内の水流は、ダクト外部の水流とは異なるものとされている船において、
船首は、船の対称中心軸の両側でそれぞれ長手方向に延在する直線的側面壁若しくは凸状側面壁を備え、船首表面は垂直方向上方に若しくは垂直方向に対して所定角度の傾斜（フレア状）をもって延在し、
ダクトは、水平壁部分の上端位置と下端位置との間で垂直方向に移動可能であり、
側壁は、水位線を通る水平面が垂直方向に変化するいかなる位置をとっても、側壁の水平方向断面は船首の形状及び傾斜に沿って、側壁の各水平断面の後縁が、船首の側面壁から常に一定の等距離を維持するように形成されており、該距離は、水位線に対応する側壁の後縁から船首の側面壁に対して引いた垂直線によって規定されることを特徴とする、水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船が提供される。

特にバルブ状船首を有する船について、巡航性能を最大限とし、燃費を最小限とするために、バルブ状船首の有益な効果とダクトの有益な効果とが確実に協調する設計を提案する。バルブ状船首を有する船に特に適用する本発明の目的は、特に、バルブの上側が、満載喫水線から下方にあまり離れず近接して配置され、且つバルブのよどみ点が、本発明のダクト中を流れる水流中に配置されるように、バルブを位置決めすることにあり、この提案する設計は、ダクト中を流れる水流中において、上向きの造波ベクトル全てと下向きの造波ベクトルの一部に影響を与え、船の側面における水流の改善に寄与する。

本発明のこのような実施態様によれば、ダクトを船首に設けた船は、船首に取付けたバルブをさらに備え、
該バルブは、水位線若しくはその付近まで上方に延在し、バルブのよどみ点は前記ダクト中を流れる水流中に配置され、
船の対称軸の両側においてバルブの側壁は、船の長手方向に凹状ではなく直線状若しくは凸状であり、前記側壁はバルブの側面壁に対して平行な方向に、次いで船の船首の側面壁に対して平行に、形成されている。

本発明のさらなる目的は、船荷及び消耗品の消費に応じて船の喫水線条件が変化しても、ダクトの効果を最大限とする、船首に設ける上下方向可動式流体力学的水流管理ダクトを提案することにある。

本発明の別の目的は、好ましくは船首側面壁への水密当接を確実にして、ダクト中の水流特性を変化させずに維持するための手段を設けた、船首に設ける上記の上下方向可動式流体力学的水流管理ダクトを提案することにある。本発明の目的は、特に、船首を覆うプレート上にダクトを載置した実施態様を提案することにあり、このプレートは船の長手方向に延在し、ダクトの水平壁部分の全長の一部を覆って、ダクトの水平壁及び側壁と共に動くことにより、ダクトを確実に水密状態とする。

本発明のこのような実施態様によれば、ダクトの水平壁部分が、ダクトが垂直方向に移動する際に、水平壁部分を船首側面壁に対して水密当接させる手段をさらに備える。ダクトの水平壁部分を船首側面壁に対して水密当接させる手段は、側面壁を有する船首にそれぞれ対応する一対のプレートであってもよく、該プレートは、船の長手方向にダクトの長さの少なくとも一部を覆い、ダクトの水平壁部分と共に移動するように構成することができる。

船首の側面壁を覆う上記プレートが設けられていない場合の本発明のさらに別の目的は、例えば、空気や他の流体媒体を充填したチャンバ、又はゴムや他の材料で作製した固体状固定具等の適切な封止機構を使用することにより、ダクトの上下可動式水平壁部分が船首側面壁に水密当接するようにした、別の実施態様を提案することにある。このようなチャンバや固体状固定具若しくは他の形式の水密当接手段は、船首側面壁に対して押圧され、ダクトの水平壁部分の端部若しくはダクトの水平壁部分の適切な所定位置に取付けられ、流体圧的、空気圧的、機械的、若しくは電気的機構によって作動され、ダクトの上下方向可動式水平壁部分を船首側面に対して水密当接状態とする。水密当接のための同様な封止機構は、プレートを使用してダクトの水平系部分の両端で長手方向の一部を覆う場合にも使用することができ、このような封止機構は、水平壁部分内に設置され、プレートで覆われた長さを越えて延在する水平壁部分の長手方向の残りの部分を船首側面壁へ水密的に取付けるために使用される。

本発明のさらに別の目的は、シートメタルプレートつまりブレードを両端に設けた、船首における水流管理のための上記ダクトの水平壁部分を提案することにある。このシートメタルプレートつまりブレードはダクトの下方で延在し、船首に向かって収束する。水平壁部分の両端に設けたこのようなシートメタルプレートつまりブレードは、海の波によって船首が上下動する際にかかる応力を低減することに役立つ。

本発明の別の目的は、流体力学的ダクトの水平壁部分の性能を最大限に生かすために、船首に対するその別の配置を提案することにある

特に、本発明の目的は、水平壁部分の前縁を通る仮想線が船の対称軸の両側で角度（ａ）を成すと共に、水平壁部分の後縁を通る仮想線が船の対称軸、つまり中心線の両側で角度（ｂ）を成す、流体力学的ダクトを提案することにある。

本発明のさらに別の目的は、流体力学的ダクトの水平壁部分が、船の対称軸の両側において、水位線の水平面に対して平行、若しくは所定角度で上方若しくは下方に傾斜している実施態様を提案することにある。

本発明の別の目的は、ダクトの性能を最大限とするために、水平壁部分の上記位置と関連して、船首に対する流体力学的ダクトの側壁の適切な寸法を提案することにあり、特に水平部分が船首の形状、特にフレア状に広がる形状に沿って形成された側壁を有する流体力学的ダクトを提案することにある。この側壁の各水平方向断面の後縁は、船首の側面壁から一定の等距離に維持され、この距離は、特定の各水位線に対応する側壁の後縁から引いた垂線によって決定される。

本発明のさらなる目的は、娯楽用船（ヨット等）にとって特に重要であり、他のタイプの船においても重要な設計パラメータである審美的理由を主な理由として、船の美観を損なわないように、港で停泊している間は、本発明のダクトの側壁が船の水位線と略同じ高さに配置される条件を確実にすることであり、これを達成するために、この側壁の一部を同じ形状の翼部で覆う、若しくはこの側壁に適切な形状のプレート延長部を設けることを提案する。これにより、船が港を出て巡航する際に、上記翼部若しくはプレート延長部は垂直方向に沿ってスライドして移動可能であり、これにより、いかなる状況下でも側壁が水位線レベルから十分上方に配置され、ダクト内の水流が所望の異なる状態となる。

上記美観と同じ目的を達成する本発明のさらなる目的は、側壁及び／又は水平壁部分の一部若しくは全部が選択的に不可視化された本発明のダクトを提案することにあり、側壁及び／又は水平壁部分の隠された部分は、船内部へ格納され、また適切な駆動機構によって船から外方へ突出する。特に本発明の目的は、側壁の一部若しくは全部を、船首側面壁に沿って船内に格納し、操作状態にしなければならない場合には下方へ動いて、水平壁部分の水平方向に延びる格納可能部分の凹部若しくは凸部に、又は直接水平壁部分の凹部若しくは凸部に、「スナップ嵌合」するように構成した、流体力学的ダクトの設計を提案することにある。

この目的に関し、本発明の一実施態様によれば、ダクトを船首に設けた船は、さらに船首の各側面壁に沿ったスロットであって、ダクトの各側壁が該各スロット内に格納され該各スロットから外部へ突出するように構成されたスロットを備える。さらに、ダクトの各側壁が、水平壁部分に固定されている第一部分と、スロットを通して船体から出し入れされる第二部分とを有する構成とすることも可能であり、第一部分の自由端には凸部又は凹部が設けられ、第二部分の第一部分に対向する端部には、第一部分の凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部が設けられ、第二部分がスロットから突出した状態で第二部分の凹部又は凸部と第一部分の対応する凸部又は凹部とが接続するにより、各側壁（の第一部分と第二部分とが接続される。或いは、ダクトの各側壁の端部に凸部又は凹部が設けられ、これに対応する凹部又は凸部が水平壁部分の両端にそれぞれ設けられる構成とすることも可能であり、各側壁がスロットから突出した状態で、側壁の凸部又は凹部が水平壁部分の対応する凹部又は凸部にスナップ嵌合することにより、各側壁が水平壁部分（１）に接続される。

さらに本発明の一実施態様では、水平壁部分を船内に格納し外部へ突出させるためのスロットをさらに備える。

本発明のさらなる目的は、本発明のダクトの水平壁部分に平行且つその下方に延在する追加のブレード、つまり追加の水平壁部分を一つ以上設けることにある。この追加の水平壁部分は、ダクトの水平壁部分と同じ若しくは異なる翼部を有し、水平壁部分とその下方にある追加の水平壁部分との間の空隙は、側壁によって少なくとも部分的に覆われている。提案する一つ以上の追加の水平壁部分の目的は、本発明のダクトに入ってくる水流の速度を上げて、ダクト内部の水流の特性をダクト外部の水流からさらに多様化させることである。

本発明のさらなる目的は、水平壁部分の輪郭を補強すると共に、適切なシート積層体を水平壁部分のスロットに通すためのガイドとして機能する、ダクトの水平壁部分の凸部を設けた形状を提供することにある。このシート積層体は、ダクト内の水流特性を最適化するために、水流の垂直加速度べクトルをさらに制御することが必要な場合、及びダクトの水平壁部分の新たな寸法に対して揚力係数Ｃ_Ｌが適切に配置されることが求められる場合に、前縁から前方へ及び／又は後縁から後方へ延在する。このシート積層体の格納若しくは突出は、船内に設けた適切な機構によって行われる。

本発明で提案する設計パラメータ及びその組み合わせにより、ダクトを設ける船首の設計から機能的に独立した流体力学的ダクトの設計のための解決手段が提供される。これにより、水流からダクト内の水流の特性を最適化して、ダクト外部の水流と有利に異なるものとすることができ、よって航行中の造波抵抗及び摩擦抵抗を低減することができ、結果として馬力要求及び燃費を低減することができる。

添付図面を参照して、以下に本発明を当業者に十分に開示するが、これら図面は例示目的に過ぎず、本発明を限定するものではない。

図１ａは、本発明のダクト出口における水流を示す説明図であり、この水流は、船首の凹状側面に衝突することにより損失を被っている。 図１ｂ及び図１ｃは、本発明のダクト出口における水流を示す説明図であり、この水流は、その後、本発明の好ましい実施態様によって、それぞれ直線状及び湾曲した凸状形状の船首側面を通過して流れ、これによりダクト出口の水流は正常化・平滑化され、流動損失がなくなる。 図１ｂ及び図１ｃは、本発明のダクト出口における水流を示す説明図であり、この水流は、その後、本発明の好ましい実施態様によって、それぞれ直線状及び湾曲した凸状形状の船首側面を通過して流れ、これによりダクト出口の水流は正常化・平滑化され、流動損失がなくなる。 図２ａは、船首バルブを備える船首の説明的側面図である。 図２ｂは、バルブ及び本発明の流体力学的ダクトを設けた船首の説明的側面図である。 図３ａは、船首表面の半分を示す側面図である。 図３ｂは船首表面の半分を示す正面図である。 図３ｃは、バルブを備える船の側面図である。このバルブに、説明的斜視図に示す水流管理のための流体力学的ダクトが取り付けられ、このダクトは、様々な喫水（船の浸水）においてその有益な機能を最適化するために、垂直動自在に配置される。 図３ｄは、船首における水流管理のための流体力学的ダクトを示す。このダクトには、垂直方向に移動する余地が与えられており、その水平方向壁には、流体媒体を充填したチャンバ若しくは固体状弾性エレメントが設けられ、これによりダクトを船首側面に水密載置することができる。 図４ａ及び図４ｂは、水流管理のための流体力学的ダクトを設けた、バルブを備える船と従来の船首を有する船をそれぞれ示す。このダクトの両側には、シートメタルプレートつまりブレードが設けられており、このシートメタルプレートつまりブレードはダクトの下方に延在し、船首に向かって収束している。 図４ａ及び図４ｂは、水流管理のための流体力学的ダクトを設けた、バルブを備える船と従来の船首を有する船をそれぞれ示す。このダクトの両側には、シートメタルプレートつまりブレードが設けられており、このシートメタルプレートつまりブレードはダクトの下方に延在し、船首に向かって収束している。 図５は、ダクトの水平壁部分が、船の対称軸に対して垂直であり、或いは水平壁部分の前縁を通る仮想線が、船の対称軸の両側で角度（ａ）を成し、且つ水平壁部分の後縁を通る仮想線が、船の対称軸の両側で角度（ｂ）を成すように延在する、別の実施態様を示す。 図６ａは、流体力学的ダクトの水平壁部分が、船の対称軸の両側で、水位線の水平面に対して所定角度で上方に傾斜している、本発明の実施態様を示す。 図６ｂは、流体力学的ダクトの水平壁部分が、船の対称軸の両側で、水位線の水平面に対して所定角度で下方に傾斜している、本発明の別の実施態様を示す。 図７は、本発明の好ましい実施態様による流体力学的ダクト配置を示す。ダクトの側壁は、どの水位線に対しても、この側壁の後縁が、適用される水位線に対応する船の後縁から引いた垂線に沿って計った場合に一定の等距離に維持される位置に適切に設けられている。 図８ａは、本発明のダクトを設けた船の側面図であり、船が港に停泊している間は、側壁は、水位線付近の上下に来るように垂直方向にスライド可能である。 図８ｂは、カバー用翼部を設けた側壁の断面図である。 図８ｃは、湾曲した若しくは直線状のシート積層体を側壁内部に設けた本発明の実施態様を示す。このシート積層体は、船の航行中は外部に突出し、側壁上方で垂直に延在して、ダクト内の水流を確実に異なるものとする。 図９ａ及び図９ｂは、それぞれ従来の船首及びバルブを設けた船首の場合の前方船首を示す図である。本発明のダクトの側壁及び／又は水平壁の全長の一部若しくは全部は可動であり、船内の適切なスロット内に格納可能である。 図１０ａは、水平壁部分の下方に平行に延在する追加ブレードを設けた本発明のダクトの正面図である。 図１０ｂは、同じ配置を、水平壁部分と追加ブレードとの間の間隙が横方向ブレードによって覆われている状態で示す。 図１１は、スロットを有する突出肋材を水平壁部分に設けた本発明のダクトの実施態様を示す。このスロットを通してシート積層体を外部へ突出させることができ、船の垂直方向の変位を制御することができる。

本発明の例示的な好ましい実施態様を、添付図面を参照して以下に説明する。

図１ａは、対称軸１００の両側にある側面壁１０１によって船首が形成されている船に、本発明のダクトを使用した説明的例を示す。側面壁１０１が凹状なので、ベクトル（ｆ）で示すようにダクトを出て行く水流が、中空の船首の上記側面壁１０１に衝突するため、損失が生じ、ダクトの効果が低下する。ダクトからの出力流が内方に湾曲したバルブ側壁に衝突しても、同様の結果となる。この課題に対する解決手段を図１ｂ及び図１ｃに示す。図１ｂ及び図１ｃにおいて、船首にはそれぞれ直線的壁１０２若しくは凸状壁１０３が設けられており、本発明のダクトの側壁２の出口にベクトル（ｆ）で示す水流が、船首の直線状側面壁１０２（図１ｂ）若しくは凸状側面壁１０３（図１ｃ）に平行に、これに衝突することなく出て行くことが示されている。従って、本発明のダクトは、直線的側面壁１０２若しくは湾曲した側面壁１０３で形成される船首を有する船と有利に協働するが、凹状側面壁１０１とはしないことが明らかである。

船体の前方部分に設けたバルブは広く用いられており、特定の喫水（浸水）及び設計速度において、造波抵抗の低減、特に船首波の高さの低減に貢献することが証明されている。図２ａに説明的に示すように、直線状側面壁１０２若しくは凸状側面壁１０３を有する船首前面のバルブ１１０は、いかなる場合でも水位線２００の下に位置する。このバルブ１１０上によどみ点１１１を示す。このよどみ点１１１は、バルブに衝突する水流の速度が０である点である。

バルブと本発明の流体力学的ダクトとを設けた船を設計するために、バルブの効果と流体力学的ダクトの効果とが効率的に調整されることにより、巡航性能を最大限にすると共に燃費を最小限とする条件とすることを提案する。バルブ１１０を設けた船の船首に取付けた本発明のダクトを示す図２ｂに直接的に示すように、バルブは、その頂部が満載喫水線、つまり水位線２００から下方にあまり離れず付近に配置されるように、且つバルブのよどみ点１１１が、本発明のダクト中を流れる水流内に配置されるように位置決めされる。この本発明のダクトは、水平壁１及び側壁２、３を有し、この側壁２、３は、バルブ１１０の側面壁に平行な方向に、次いで船首の直線状側面壁１０２若しくは凸状側面壁１０３に平行に、形付けられる。この提案された設計により、ダクト中を通過する水流が、上向きの造波ベクトル全て並びに下向きの造波ベクトルの一部に影響を与え、よって船首側面壁に沿った流れが確実に改善される。

導入部分で述べたように、本発明のダクトの性能が変化する別の理由は、船の荷重条件が変化するためであり、これは船の浸水度を変化させ、よってダクトの有効範囲を変化させる。この問題は特に、船が積荷を積んでいなかったり、中程度積んでいたり、満載状態であったりという極端な条件下にある場合に浸水が大幅に変化するコンテナ船及び他のタイプの商船において顕著である。

上記の課題は、船荷が異なったり消耗品の消費量が異なったりすることにより船の喫水の条件が異なる場合であっても、流体力学的ダクトが最も有益な性能を発揮できるように、垂直方向に可動である流体力学的ダクトによって解決される。船首において水流を管理するように構成された流体力学的ダクトの動きは、ダクト内の水流の速度ベクトルが一定値に維持されるように、好ましくは船首側面壁に対してダクトを確実に水密載置する手段によって行われる。

特に、図３ａ〜図３ｄに示すように、船首表面が垂直方向上方に延在している、若しくは垂直方向に対して所定角度で傾斜して（広がって）いて、船の対称軸１００の両側で長手方向に延在する直線状側面壁１０２若しくは凸状側面壁１０３を備える、従来の典型的な船首若しくはバルブを有する船において、本発明のダクトは、水平壁部分１の上端位置（ａ）と下端位置（ｂ）との間で垂直方向に移動可能に配置される。

水平壁部分１の上記上端位置（ａ）と下端位置（ｂ）との間でダクトを垂直方向に移動させるに当たり、ダクトの水平壁１を船首側面壁に対して確実に水密当接させる手段を用いることができる。

本発明の好ましい第一実施態様によれば、水平壁１を船首側面壁に水密当接させる前記手段は、図３ｂに示すように、船首の両側面壁を覆うプレートを設けることである。図面において、傾斜していない若しくは垂直方向に対して所定角度だけ広がっている、船の長手方向に延在する直線状側面壁１０２及び凸状側面壁１０３を有する船首に対応して、このプレートはそれぞれ符号１０２’、１０３’で示されている。このプレート１０２’、１０３’は、船の長手方向にダクトの長さ全体若しくは一部を覆い、ダクトの水平壁部分１及び側壁２、３と共に移動し、喫水、つまり船の浸水条件の変化に対応するために、垂直方向の位置がどこであれ、船首側面壁に対してダクトを確実に水密に取付ける。

本発明の好ましい第二実施態様によれば、ダクトの水平壁１を船首側面壁に対して水密当接させる上記手段は、図３ｄに示すように、船首側面壁を覆う上記プレートを設ける代わりに、空気若しくは他の流体媒体を充填したチャンバを水平壁部分１に設けて、水平壁部分１が垂直方向に移動しても、その両端を船首側面壁に確実に水密に取付けることである。或いは、垂直方向に可動な流体力学的ダクトの水平壁部分１がどの垂直方向位置をとっても、船首側面壁に当接する状態とするために、水平壁部分１内部に取付けられ、流体圧的、空気圧的、機械的、若しくは電気的機構によって駆動される、他の種類の固体状固定具１５若しくは他の封止機構を、水平壁部分１の両端に設けてもよい。

ダクトを船首側面壁に水密に取付けるために上記第一実施態様のプレート１０２’、１０３’を使用し、このプレートが全長を覆わず、水平壁部分１の両端で長さの一部しか覆っていない場合は、水平壁部分１内に取付けた上記固体状固定具１５若しくは他の封止機構等の他の水密取付機構も使用して、プレート１０２’、１０３’で覆われた長さを超えて延在する水平壁部分１の長手方向の残りの部分を、船首側面壁へ水密取付してもよいことに留意する。

さらに、水平壁部分１を船首に水密取付する上記手段、つまり空気や他の流体媒体を充填したチャンバ、若しくは固体状固定部１５、若しくは他の機構は、船首側面壁に当接させるために水平壁部分１の両端に設ける代わりに、船首側面壁に設けて、水平壁部分１の両端に当接するように水平壁部分１に向けて延在させても良いことに留意する。このような機構も、流体圧的、空気圧的、機械的、若しくは電気的機構によって同様に駆動される。

以下に、従来の船首（図４ｂ）及びバルブを設けた船首（図４ａ）に取付けた本発明の流体力学的ダクトの説明的配置を示す。ダクトの水平壁部分１の両端には、シートメタルプレートつまりブレード１１ａ、１１ｂが設けられ、このシートメタルプレートつまりブレードは、ダクトの下方に延在し、船首に向かって収束している。水平壁部分１の両端に設けたこのシートメタルプレートつまりブレード１１ａ、１１ｂは、海の波によって船首が上下動する際に水平壁部分１に係る応力を低減することに役立ち、さらにはこのシートメタルプレートつまりブレード１１ａ、１１ｂは、ダクト内、つまり水平壁部分１及び側壁２、３によって規定される空間内の水流を最適化するのに役立つ区別された流れを提供する。

本発明はさらに、ダクトの性能を最適化するために、水平壁部分を別の配置としたダクトの、船首に対する適切な位置決めを提供しようとするものである。

よって、本発明の好ましい第一実施態様では、ダクトの水平壁部分１が船の対称軸に対して垂直に、つまり仮想線が船の対称軸１００に垂直な水平壁部分の前縁１ａを通り、且つ船の対称軸１００に垂直な水平壁部分の後縁１ｂを通るように延在するが、代わりに、図５に示すように、水平壁部分１が、長手方向に設けた同じ水平面に常に沿うが、水平壁部分の前縁１ａ’を通る仮想線が、船の対称軸の両側で角度（ａ）を成し、水平壁部分の後縁１ｂ’を通る仮想線が、船の対称軸の両側で角度（ｂ）を成し、角度（ａ）は角度（ｂ）に等しい若しくは角度（ｂ）と異なるように、船の対称軸１００の両側で角度を成すようにすることも可能である。

本発明の別の実施態様によれば、本発明の流体力学的ダクトの水平壁部分は、船の対称軸１００の両側において所定角度で傾斜している。特に、図６ａに示すように、本発明の一実施態様によれば、流体力学的ダクトの水平壁部分１”は、船の対称軸１００の両側において、水位線２００の水平面に対して角度（ｃ）で上方に傾斜しており、また図６ｂに示すように、本発明の別の一実施態様によれば、流体力学的ダクトの水平壁部分は、船の対称軸１００の両側において、水位線２００の水平面に対して角度（ｄ）で下方に傾斜している。

さらに、本発明のダクトの水平壁部分は、船の対称軸に対して、水平壁部分の前縁を通る仮想線が角度（ａ）で傾斜し、水平壁部分の後縁を通る仮想線が角度（ｂ）で傾斜して、船の対称軸１００の両側において図５に示す角度を成すように延在し、各角度（ａ）、（ｂ）は１０〜１７０°の範囲で可変であり、角度（ｂ）は角度（ａ）と等しくても異なっていてもよく、同時にダクトの水平壁部分は、船の対称軸の両側において、水位線２００の水平面に対して所定角度で上方に傾斜している（図６ａ）、若しくは所定角度で下方に傾斜して（図６ｂ）いてもよい。

本発明はさらに、ダクトの性能を最大限とするために、水平壁部分の上記位置と関連して、船首に対する流体力学的ダクトの側壁の適切な寸法をも意図するものである。特に、図７に示すように、本発明の流体力学的ダクトには、水位線２００を通る水平面が垂直方向に変化するいかなる位置をとっても、側壁２、３の水平方向断面が船首の形状、特にフレア状に広がる形状に沿うように形成された側壁部分２、３を設ける。この側壁の各水平部分の後縁は、船首の側面壁から一定の等距離に維持され、この距離は、各水位線に対応する側壁の後縁から船首の側面壁に対して引いた垂直線によって決定される。特に図７からわかるように、二つの異なる水位線レベル２００ａ、２００ｂについて、船首側面に垂直な線に沿って計った後縁（２ｂ、３ｂ）の対応する距離（ＡＡ’）、（ＢＢ’）は一定である、つまり二つの線分（ＡＡ’）、（ＢＢ’）は同じ長さである。

娯楽用船等（ヨット等）、美観が特に重要な設計パラメータである船に特に適用可能な本発明の別の好ましい実施態様によれば、本発明のダクトの側壁２、３は、船が港に停泊している間は、水位線付近の上下に配置されるように、垂直方向に可動とすることができる（図８ａ）。図８ｂに示す本発明の一実施態様によれば、この結果は、側壁２、３をそれぞれ覆うような適切な寸法及び形状を有する翼部２’、３’によって得られる。船が港に停泊している間は、本発明のダクトの側壁２、３が、水位線２００付近のその上下に配置されるように、この翼部２’、３’は垂直方向にスライドするように構成される。

図８ｃに示す本発明の別の好ましい実施態様によれば、側壁２、３の内部にはそれぞれ湾曲した若しくは直線状のシート積層体が設けられており、このシート積層体は、船の航行中には、外部へ突出して側壁の上方に延在し、ダクト内の水流を確実に区別する一方、船が港に停泊している間は内部に格納され、美的要求を満たす。

上記の美的要求を満たすための本発明のさらなる目的は、側壁部分及び／又は水平壁部分の一部若しくは全体を不可視化した本発明のダクトの設計を提案することにあり、側壁部分及び／又は水平壁部分の隠された部分若しくは全長は、船内に格納され、必要に応じて、水流管理のために船首の適切な位置に設けられた流体力学的ダクトを様々な高さとし、船を様々な喫水とするように、適切な機構によって駆動されて外部へ突出するように構成されている。

特に、ダクトの側壁部分及び／又は水平壁部分の全体若しくは一部が可動である従来の船首形状の船を正面図で示す図９ａに示すように、船首の各側面壁にはスロット１１２、１１３が設けられており、本発明のダクトの側壁２、３は、それぞれこのスロット１１２、１１３内に格納され、必要に応じてこのスロットから突出する。側壁２、３は、船の外部に突出するとそれぞれ延長部２２、２３を成し、延長部２２、２３は、操作位置に着くと略水位線２００の高さとなるように所望の形状となり、その下方に固定されているダクト側壁２、３に接続される。水平壁部分１を船内へ格納し、船外へ突出させるための同様のスロットも設けられているが、図９ａには示さない。

図９ｂは、ダクトの側壁部分及び／又は水平壁部分の全体若しくは一部が可動である、バルブ１１０を船首に設けた船の船首の正面図であり、側壁２、３はそれぞれ延長部２’、３’まで延在し、この延長部同士は追加の水平要素１０’で接続されている。延長部２’、３’及び追加の水平要素１０’は、側壁２、３及び水平壁部分１を有するダクトの下方で、バルブ１１０の表面に固定取付してもよく、好ましくはそれぞれ別個に若しくは全体として一緒に格納若しくは突出するようにしてもよい。水平壁１０’には、これをバルブ１１０の壁に水密に当接取付するための手段を設けても良いことがわかる。

従来型の船首の船若しくはバルブを設けた船首の船において、ダクトの側壁の船内へ格納される部分は、船の適切なスロットから突出する際に、水平壁部分に接続された側壁の固定載置部分に接触して、その後、船荷がない状態に相当する水位線と略同じ高さとなることも可能である。さらに、側壁２、３が船首側面壁において船内に完全に格納され、必要に応じて下降して水平壁部分１と接触するようにすることも可能であり、この場合水平壁部分１の両端には、下降してくる側壁２、３がスナップ嵌合する適切な凹部又は凸部が設けられる。

本発明の別の好ましい実施態様によれば、本発明のさらなる目的は、本発明のダクトの水平壁部分１の下方にこれに平行して、水平方向に延在する一つ以上の追加の水平壁部分を設けることにある。このような一つ以上の追加の水平壁部分は、ダクトの水平壁部分の翼部と同様な若しくは異なる翼部を有し、水平壁部分１とその下方にある一つ以上の追加の水平壁部分との間の間隙は、側壁で覆われていても覆われていなくてもよい。提案されたこの一つ以上の追加の水平壁部分の目的は、本発明のダクト内へ流入する水流の速度を高めて、ダクト内の水流の特性を周囲の水流とはより大きく異なるものとすることにある。上記実施態様の説明的例示を図１０ａ、図１０ｂに示す。特に図１０ａは、上方にある水平壁部分１と並行に延在する追加の水平壁部分１を設けた本発明のダクトの正面図を示し、図１０ｂは、同様の配置を、二つの水平壁部分１の間の間隙をダクトの側壁２、３と同じ若しくは異なる形状の側壁部分によって覆った状態で示す。

図１１は、水平壁部分１に突出リブ１６を設けた本発明のさらなる実施態様を示す。この突出リブ１６は、水平壁部分１を補強する共に、水流加速ベクトルをさらに制御し、水平壁部分の新たに採用された形状に揚力係数Ｃ_Ｌを適切に配置して、ダクト内の水流特性を最適化するために、水平壁部分１に設けたスロットを通ってシート積層体１７ａ、１７ｂが、水平壁部分１の翼部の前縁及び後縁から外方へ、必要に応じて突出する。このようなシート積層体１７ａ、１７ｂの格納・突出は、本発明の船内に設けた適切な機構によって行うことができる。

Claims (20)

1. 水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船であって、該ダクトはいかなる状況下においても海面下に配置され、船首先端の両側に延在する水平壁部分（１）と、該水平壁部分（１）の両端に接続され、船首の両側でそれぞれ上方に延在する一対の側壁（２、３）とを備えるダクトであって、前記ダクト内の水流は、ダクト外部の水流とは異なるものとされている船において、
   前記船首は、船の対称中心軸（１００）の両側でそれぞれ長手方向に延在する直線的側面壁（１０２）若しくは凸状側面壁（１０３）を備え、前記船首表面は垂直方向上方に若しくは垂直方向に対して所定角度の傾斜（フレア状）をもって延在し、
   前記ダクトは、水平壁部分（１）の上端位置（ａ）と下端位置（ｂ）との間で垂直方向に移動可能であり、
   前記側壁（２、３）は、水位線（２００）を通る水平面が垂直方向に変化するいかなる位置をとっても、側壁（２、３）の水平方向断面は船首の形状及び傾斜に沿って、側壁（２、３）の各水平断面の後縁が、船首の側面壁から常に一定の等距離を維持するように形成されており、該距離は、水位線に対応する側壁（２、３）の後縁から船首の側面壁に対して引いた垂直線によって規定されることを特徴とする、水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
2. 船首に取付けたバルブ（１１０）をさらに備え、
   該バルブ（１１０）は、水位線（２００）若しくはその付近まで上方に延在し、 バルブ（１１０）のよどみ点（１１１）は前記ダクト中を流れる水流中に配置され、
   船の対称軸（１００）の両側においてバルブ（１１０）の側壁は、船の長手方向に凹状ではなく直線状若しくは凸状であり、前記側壁（２、３）はバルブ（１１０）の側面壁に対して平行な方向に、次いで船の船首の側面壁（１０２、１０３）に対して平行に、形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
3. 前記ダクトの前記水平壁部分（１）が、ダクトが垂直方向に移動する際に、前記水平壁部分（１）を船首側面壁に対して水密当接させる手段をさらに備える、請求項１又は２に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
4. ダクトの前記水平壁部分（１）を船首側面壁に対して水密当接させる前記手段が、側面壁（１０２、１０３）を有する船首にそれぞれ対応する一対のプレート（１０２’、１０３’）であり、該プレート（１０２’、１０３’）は、船の長手方向にダクトの長さの少なくとも一部を覆い、ダクトの水平壁部分（１）と共に移動するように構成される、請求項３に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
5. ダクトの前記水平壁部分（１）を船首側面壁に対して水密当接させる前記手段が、流体媒体を充填したチャンバ又は固体状固定具（１５）であり、該チャンバ若しくは固体状固定具（１５）は、船首側面壁に当接させるために前記水平壁部分（１）内に取付けられるか、或いは水平壁部分（１）の両端に当接させるために船首側面壁に取付けられ、前記チャンバには流体媒体が充填され、前記固体状固定具は、流体的、空気的、機械的、若しくは電気的機構によって押圧されて当接状態とされ、水平壁部分（１）が垂直方向に移動する際に水平壁部分（１）の両端を船首の側面壁に水密当接させる、請求項３に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
6. ダクトの前記水平壁部分（１）を船首側面壁に対して水密当接させる前記手段が、側面壁（１０２、１０３）を有する船首にそれぞれ対応する一対のプレート（１０２’、１０３’）と、流体媒体を充填したチャンバであり、該プレート（１０２’、１０３’）は、船の長手方向にダクトの長さの一部を覆い、前記チャンバは、該プレート（１０２’、１０３’）で覆われていない船の長手方向のダクト長さの残りの部分に取付けられる、請求項４又は５に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
7. 流体力学的ダクトの前記水平壁部分（１）が、船の対称軸（１００）に対して、水平壁部分の前縁（１ａ）を通る仮想線が対称軸（１００）の両側でそれぞれ第一の角度（ａ）をなし、且つ水平壁部分の後縁（１ｂ）を通る仮想線が対称軸の両側でそれぞれ第二の角度（ｂ）をなす状態で、対称軸（１００）に対して垂直な水平面に配向されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
8. 流体力学的ダクトの前記水平壁部分（１）が、船の対称軸（１００）に対して、船の対称軸（１００）の両側で水位線（２００）の水平面に対して上方に第三の角度（ｃ）だけ傾斜して、若しくは船の中心線（１００）の両側で水位線（２００）の水平面に対して下方に第四の角度（ｄ）だけ傾斜して配向されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
9. 流体力学的ダクトの前記水平壁部分（１）が、船の対称軸（１００）に対して、水平壁部分の前縁（１ａ）を通る仮想線が対称軸（１００）の両側でそれぞれ第一の角度（ａ）をなし、且つ水平壁部分の後縁（１ｂ）を通る仮想線が対称軸の両側でそれぞれ第二の角度（ｂ）をなし、前記第一の角度（ａ）は前記第二の角度（ｂ）と等しい若しくは異なっており、且つ、前記水平壁部分（１）は船の対称軸（１００）の両側で水位線（２００）の水平面に対して上方に第三の角度（ｃ）だけ傾斜して、若しくは下方に第四の角度（ｄ）だけ傾斜して配向されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
10. ダクトの前記側壁（２、３）が、側壁（２、３）をそれぞれ覆うのに適切な寸法及び形状を有する翼部（２’、３’）をさらに備え、該翼部（２’、３’）は、船が港に停泊している間は側壁（２、３）が水位線（２００）付近の上下に、且つ船が航行している時は側壁（２、３）が水位線（２００）よりも十分上方に来るように、垂直方向にスライドするように構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
11. ダクトの側壁（２、３）が、シート積層体（２０’、３０’）を内部に備え、この積層体（２０’、３０’）は、船が航行している時は外部に突出し、側壁（２、３）の上方に垂直に延在してダクト内の水流を異なるものとし、船が港に停泊している間は内部に格納される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
12. さらに船首の各側面壁（１０２、１０３）に沿ったスロット（１１２、１１３）であって、ダクトの各側壁（２、３）が該各スロット（１１２，１１３）内に格納され該各スロットから外部へ突出するように構成されたスロット（１１２、１１３）を備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
13. ダクトの前記各側壁（２、３）が、前記水平壁部分（１）に固定されている第一部分と、前記スロット（１１２、１１３）を通して船体から出し入れされる第二部分とを有し、前記第一部分の自由端には凸部又は凹部が設けられ、該第二部分の第一部分に対向する端部には、前記第一部分の凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部が設けられ、前記第二部分がスロット（１１２、１１３）から突出した状態で該第二部分の凹部又は凸部と前記第一部分の対応する凸部又は凹部とが接続するにより、前記各側壁（２、３）の第一部分と第二部分とが接続される、請求項１２に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
14. ダクトの前記各側壁（２、３）の端部に凸部又は凹部が設けられ、これに対応する凹部又は凸部が前記水平壁部分（１）の両端にそれぞれ設けられ、前記各側壁（２、３）がスロット（１１２、１１３）から突出した状態で、該側壁（２、３）の前記凸部又は凹部が前記水平壁部分（１）の対応する前記凹部又は凸部にスナップ嵌合することにより、各側壁（２、３）が水平壁部分（１）に接続される、請求項１２に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
15. 前記水平壁部分（１）を船内に格納し外部へ突出させるためのスロットをさらに備える、請求項１２〜１４に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
16. 前記水平壁部分（１）の下方にこれに平行に水平に延在する一つ以上の追加の水平壁部分（１）をさらに備え、該追加の水平壁部分（１）は、翼部を有し、前記水平壁部分（１）とその下方の前記追加の水平壁部分との間の間隙は、前記側壁（２、３）によって少なくとも部分的に覆われている、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
17. ダクトの前記水平壁部分（１）は、船の長手方向に延在する突出リブ（１６）を備え、該突出リブ（１６）は、前記水平壁部分（１）を補強すると共に、水平壁部分（１）に設けたスロットを通って突出するシート積層体（１７ａ、１７ｂ）のためのガイドとして機能し、該シート積層体は、水流加速ベクトルをさらに制御し、水平壁部分の新たに採用された形状に揚力係数Ｃ_Ｌを適切に配置して、ダクト内の水流特性を最適化するために、水平壁部分（１）の翼部の前縁及び後縁から外部へ突出し、前記シート積層体（１７ａ、１７ｂ）の格納若しくは突出は、船内に設けた適切な機構によって行われる、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
18. ダクトの前記水平壁部分（１）及び／又は前記追加の水平壁部分（１）は、船の長手方向に延在する突出リブ（１６）を備え、該突出リブ（１６）は、前記水平壁部分（１）を補強すると共に、水平壁部分（１）に設けたスロットを通って突出するシート積層体（１７ａ、１７ｂ）のためのガイドとして機能し、該シート積層体は、水流加速ベクトルをさらに制御し、水平壁部分の新たに採用された形状に揚力係数Ｃ _Ｌ を適切に配置して、ダクト内の水流特性を最適化するために、水平壁部分（１）の翼部の前縁及び後縁から外部へ突出し、前記シート積層体（１７ａ、１７ｂ）の格納若しくは突出は、船内に設けた適切な機構によって行われる、請求項１６に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
19. ダクトの前記水平壁部分（１）は、両側にシートメタルプレート（１１ａ、１１ｂ）を備え、該シートメタルプレート（１１ａ、１１ｂ）は、前記水平壁部分（１）の下方に延在し、船首に向かって収束し、前記シートメタルプレート（１１ａ、１１ｂ）は、波によって船首が上下動する際に係る応力を低減し、ダクト内の水流を最適化する、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。
20. ダクトの前記水平壁部分（１）及び／又は前記追加の水平壁部分（１）は、両側にシートメタルプレート（１１ａ、１１ｂ）を備え、該シートメタルプレート（１１ａ、１１ｂ）は、前記水平壁部分（１）及び前記追加の水平壁部分（１）の下方に延在し、船首に向かって収束し、前記シートメタルプレート（１１ａ、１１ｂ）は、波によって船首が上下動する際に係る応力を低減し、ダクト内の水流を最適化する、請求項１６又は１８に記載の水流管理用流体力学的ダクトを船首に設けた船。

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