JP7316171B2 - 水中翼船のストラット、及び水中翼船 - Google Patents

Description

本開示は、水中翼船のストラット、及び水中翼船に関する。

水中翼船は、船体と船体の下方に配置される水中翼とを接続するストラットを備える。水中翼は水中翼船が航行するときに揚力を発生させており、特に、水中翼船が高速航行（翼走）するときには、揚力がストラットを介して船体に伝達され、船体の底部を水面より上方に持ち上げる。

翼走中、水中翼やストラットのような船体の下方に配置される下方構造物は水中や水面に位置しており、水中生物や水中浮遊物などの障害物と衝突する場合がある。この衝突によって生じた衝撃力は、ストラットを介して船体にまで伝達され、水中翼船が損傷してしまう。これに対して、例えば、特許文献１には、翼走中に水中翼やストラットに障害物が衝突すると、ストラットがストラットの船体側の一端を中心として水面に向かって近づくように回転する（ストラットがスイングする）ことで、衝突の衝撃力を吸収する技術が開示されている。

米国特許３９１０２１５号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、水中翼船の航行中に下方構造物に障害物が衝突すると、ストラットが水面に向かって近づくようにスイングするので、水中翼の迎角を減少させ、水中翼が発生させる揚力が０以下になることもある。この負の揚力はストラットを介して船体に伝達され、船体が水面に向かって引っ張られて水面に衝突し、水中翼船が大きく損傷する虞がある。

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、航行中に下方構造物（水中翼やストラット）に障害物が衝突したときに、水中翼船の損傷を抑制することができる水中翼船のストラット、及び水中翼船を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る水中翼船のストラットは、水中翼船の船体と前記船体の下方に配置される水中翼とを接続する水中翼船のストラットであって、前記船体に接続される第１ストラット本体部と、前記水中翼に固定される第２ストラット本体部と、前記第１ストラット本体部と前記第２ストラット本体部とを連結する継手部と、を備え、前記第１ストラット本体部は、前記継手部を挟んで前記水中翼とは反対側に位置し、前記継手部は、前記第１ストラット本体部及び前記第２ストラット本体部と比較して強度が低い。

本開示の水中翼船のストラット及び水中翼船によれば、航行中に水中翼やストラットに障害物が衝突して、水中翼が発生させる負の揚力によって船体が水面に向かって引っ張られても、継手部を優先的に破断させて、水中翼から船体への負の揚力の伝達を妨げ、船体が水面に向かって引っ張られて水面と衝突することによる水中翼船の損傷を抑制することができる。

本開示の第１実施形態に係る水中翼船の構成を概略的に示す構成図である。 本開示の第１実施形態に係る水中翼船のストラットの構成を概略的に示す構成図である。 本開示の第２実施形態に係る水中翼船のストラットの構成を概略的に示す構成図である。

以下、本開示の実施の形態による水中翼船のストラット及び水中翼船について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

＜第１実施形態＞
（構成）
図１を参照して、本開示の第１実施形態に係る水中翼船１の構成について説明する。図１に示すように、水中翼船１は、海や湖などを航行するものであって、船体２と、水中翼４と、船体２と水中翼４とを接続するストラット６と、を備える。

本開示では、水中翼船１が船尾から船首に向かって航行する航行方向を水中翼船１の前後方向前方とする。以下、水中翼船１の前後方向を単に「前後方向」と記載し、水中翼船１の上下方向を単に「上下方向」と記載し、水中翼船１の幅方向を単に「幅方向」と記載する。

水中翼４は、船体２の下方に配置され、水中翼船１が航行する際に、特に水中翼船１が高速航行（翼走）する際に、揚力を発生させる部材である。この水中翼４は水中翼船１の船尾側に位置しており、水中翼船１の航行中に船体２の船尾側の底部の一部を水面より上方に持ち上げる後部水中翼に相当する。

ストラット６は、船体２の船尾側の底部と水中翼４とを接続する棒状形状を有する部材である。ストラット６は上下方向に沿って延びており、上端を中心として水面に向かって近づくように回転可能である（ストラット６がスイングする）ように、上端が船体２の船尾側に接続されている。また、下端は水中翼４に固定されている。ストラット６の前端面には、海水や水を吸入するために開口された吸入口７が形成されている。

水中翼船１は、前部水中翼８と前部ストラット１０とをさらに備えてもよい。前部水中翼８は、水中翼４とは別に設けられる部材であって、船体２の下方に配置され、水中翼船１が航行する際に、特に水中翼船１が高速航行（翼走）する際に、揚力を発生させる部材である。また、前部水中翼８は、水中翼船１の船首側に位置しており、水中翼４より前方に位置している。

前部ストラット１０は、ストラット６とは別に設けられる部材であって、船体２の船首側の底部と前部水中翼８とを接続する棒状形状を有する部材である。前部ストラット１０はストラット６より前方を上下方向に沿って延びており、上端が船体２の船首側の底部に接続され、下端が前部水中翼８に固定されている。

また、水中翼船１は、水中翼船１を推進させるための装置である推進装置１１をさらに備えてもよい。この推進装置１１は、例えば、船体２の後端に配置されるウォータジェットポンプ１１Ａ（１１）であって、ガスタービンエンジンのような不図示の内燃機関によって駆動されるようになっている。ウォータジェットポンプ１１Ａが駆動すると、吸入口７から吸入された水や海水がウォータジェットポンプ１１Ａ内で加圧され、この加圧された水や海水は船体２の後方に向かって水中や海中に噴射される。

次に、図２を参照して、本開示の第１実施形態に係る水中翼船１のストラット６の構成について説明する。図２に示すように、ストラット６は、第１ストラット本体部１２と、第２ストラット本体部１４と、継手部１６と、を備える。

第１ストラット本体部１２は、ストラット６のうち船体２の船尾側の底部に接続される部分である。つまり、第１ストラット本体部１２にはストラット６の上端が含まれる。第１ストラット本体部１２の内部にはウォータージェットダクト１８が貫通されている。ウォータージェットダクト１８は、一端が吸入口７に接続され、他端がウォータジェットポンプ１１Ａに接続されており、水や海水が流通するものである。また、第１ストラット本体部１２は、例えば金属を加工して製造されてもよいが、後述する継手部１６によって第２ストラット本体部１４と連結可能に製造されるのであれば、プラスチックやセラミックスなど金属以外の材料で製造されてもよい。また、第１ストラット本体部１２は、継手部１６を挟んで水中翼４とは反対側に位置している。つまり、水中翼４は第１ストラット本体部１２に固定されていない。

第２ストラット本体部１４は、ストラット６のうち水中翼４に固定される部分である。つまり、第２ストラット本体部１４にはストラット６の下端が含まれる。第２ストラット本体部１４は、第１ストラット本体部１２と同じ材料で製造されてもよいし、異なる材料で製造されてもよい。

継手部１６は、ストラット６のうち第１ストラット本体部１２と第２ストラット本体部１４とを連結する部分である。継手部１６は、例えば、第１ストラット本体部１２と第２ストラット本体部１４とを溶接した際に形成される部分である。このような継手部１６は、溶接脚長を調整することで第１ストラット本体部１２及び第２ストラット本体部１４と比較して強度が低く、例えば、上下方向に引張されたときの引張強度が低くなるように構成される。

また、継手部１６は前後方向に沿って連続的に延びるように形成されてもよい。継手部１６のうち継手部１６の後側の他端に位置する後側端縁２０は、ストラット６の後端面の水中翼４側（下側）に位置してもよい。また、後側端縁２０は、継手部１６のうち継手部１６の前側の一端に位置する前側端縁２２より上方に位置してもよい。また、前側端縁２２はストラット６の下端に位置してもよいし、水中翼４の直前に位置してもよい。

ストラット６の上下方向の長さを上下方向距離Ｌ１とし、ストラット６の下端を上下方向距離Ｌ１に対する０％の位置とし、ストラット６の上端に向かうにつれて増加し、ストラット６の上端を上下方向距離Ｌ１に対する１００％の位置として定義した場合に、後側端縁２０の位置は上下方向距離Ｌ１に対する５０％以下の位置である。第１実施形態では、後側端縁２０の位置は上下方向距離Ｌ１に対する２０％以下の位置になっている。

（作用・効果）
本開示の第１実施形態に係る水中翼船１のストラット６の作用・効果について説明する。水中翼船１の航行中に、水中翼４やストラット６に水中生物や水中浮遊物などの障害物が衝突すると、ストラット６がスイングするなどして水中翼４の迎角が減少する。水中翼４の迎角が減少すると、水中翼４が発生させる揚力が０以下になり、船体２の船尾側の底部が水面に向かって引っ張られ、船体２の船尾側の底部が水面に衝突することがある。

しかしながら、第１実施形態によれば、ストラット６のうち、継手部１６は第１ストラット本体部１２及び第２ストラット本体部１４と比較して引張強度が低い。このため、水中翼４が発生させる負の揚力によってストラット６が下方に向かって引っ張られても、継手部１６を優先的に破断させ、水中翼４に固定される第２ストラット本体部１４をストラット６から離脱させることができる。このため、第２ストラット本体部１４（水中翼４）から第１ストラット本体部１２（船体２）への負の揚力の伝達を妨げることができる。よって、船体２の船尾側の底部が水面に向かって引っ張られることを抑制し、船体２の船尾側の底部が水面と衝突することによる水中翼船１の損傷を抑制することができる。

また、第１実施形態によれば、後側端縁２０はストラット６の後端面の水中翼４側に、且つ前側端縁２２より上方に位置している。前側端縁２２はストラット６の下端に、且つ水中翼４の直前に位置している。このため、継手部１６を水中翼４に接近させ、第２ストラット本体部１４の体積を第１ストラット本体部１２の体積より小さくすることが容易となる。よって、継手部１６の全部が破断したときにストラット６から離脱する第２ストラット本体部１４の量を減らすことができる。

また、第１実施形態によれば、ウォータージェットダクト１８は第１ストラット本体部１２の内部を貫通しているので、水中翼４やストラット６に障害物が衝突して、水中翼４が負の揚力を発生させても、上述したように継手部１６を優先的に破断させることによって第２ストラット本体部１４から第１ストラット本体部１２への負の揚力の伝達が妨げられる。つまり、ウォータージェットダクト１８への負の揚力の伝達も妨げられる。よって、水中翼４やストラット６に障害物が衝突した際に、ウォータージェットダクト１８が変形または破断してしまう可能性を低減することができる。

船体２は、船体２の後部が船体２の前部と比較して幅方向の寸法が大きくかつ底部が水平に近い構造になるように構成されることが多い。このため、水中翼船１が前後方向に並んで配置される２つの水中翼（水中翼４、前部水中翼８）を備える場合、船体２の船尾側の底部が水中翼４が発生させる負の揚力によって水面に向かって引っ張られることで水面に衝突する面積は、船体２の船首側の底部が前部水中翼８が発生させる負の揚力によって水面に向かって引っ張られることで水面に衝突する面積よりも大きくなる。このため、水中翼４やストラット６に障害物が衝突したときの方が、水中翼船１の損傷が大きくなりやすい。しかしながら、第１実施形態によれば、ストラット６は、水中翼４と船体２の船尾側の底部とを接続する部材であるので、水中翼４やストラット６に障害物が衝突した際に、上述したように継手部１６が破断して水中翼４から船体２の船尾側の底部への負の揚力の伝達を妨げる。このため、船体２の船尾側の底部が水面に向かって引っ張られることを抑制し、船体２の船尾側の底部が水面と衝突することによる水中翼船１の損傷を抑制することができる。

尚、第１実施形態では、後側の水中翼（水中翼４）と船体２とを接続するストラット６が、第１ストラット本体部１２、第２ストラット本体部１４、及び継手部１６を備える場合について説明したが、本開示はこの実施形態に限定されない。例えば、前部ストラット１０や前部水中翼８に障害物が衝突したときに、前部水中翼８を前部ストラット１０から離脱可能であるように前部ストラット１０の一部を破断させるため、前部ストラット１０が第１ストラット本体部、第２ストラット本体部、及び継手部を備えてもよい。

また、第１実施形態では、継手部１６を水中翼４に接近させるために、後側端縁２０は前側端縁２２より上方に位置し、前側端縁２２はストラット６の下端に位置していたが、本開示はこの実施形態に限定されない。例えば、継手部１６は、ストラット６に水中翼４が固定される固定部分の周囲に形成されてもよい。

＜第２実施形態＞
（構成）
図３を参照して、本開示の第２実施形態に係る水中翼船１のストラット６の構成について説明する。第２実施形態では、継手部１６に前側部２４及び後側部２６が含まれる点で第１実施形態とは異なる。第２実施形態において、第１実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図３に示すように、継手部１６は、前側部２４及び後側部２６をさらに含んでもよい。前側部２４は継手部１６のうち前側端縁２２を含む部分である。後側部２６は継手部１６のうち前側部２４より後方の部分であって、前側部２４の後端２５から後方に向かって連続的に延びている部分である。この後側部２６には後側端縁２０が含まれてもよい。また、前側部２４は、例えば、後側部２６より溶接脚長が小さくなるように調整されており、後側部２６と比較して強度が低い。

継手部１６の前後方向の長さを前後方向距離Ｌ２とし、前側端縁２２を前後方向距離Ｌ２に対する０％の位置とし、後側端縁２０に向かうにつれて増加し、後側端縁２０を前後方向距離Ｌ２に対する１００％の位置として定義した場合に、前側部２４の後端２５の位置は前後方向距離Ｌ２に対する２０％以上の位置であり、第２実施形態では、前側部２４の後端２５の位置は前後方向距離Ｌ２に対する５０％の位置にある。

（作用・効果）
第２実施形態の作用・効果について説明する。第２実施形態によれば、前側部２４は後側部２６と比較して強度が低いので、水中翼４に対して前方から障害物が衝突した際に、前側部２４を後側部２６より先に破断させて、この衝突によって生じた衝撃力を前側部２４で吸収することができる。このため、衝撃力によるストラット６の変位を抑制し、水中翼４の迎角の減少を抑制することができるので、水中翼４が負の揚力を発生することを防止したり、水中翼４が発生させる負の揚力の大きさを低減したりすることができる。

尚、前側部２４が後側部２６と比較して強度が低くなるのであれば、溶接脚長を調整する以外の方法を適用してもよく、例えば、第１ストラット本体部１２と第２ストラット本体部１４とを溶接する際に、前側部２４を形成するために添加する添加剤と後側部２６を形成するために添加する添加剤とが異なるものであってもよい。

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示に係る水中翼船のストラットは、水中翼船（１）の船体（２）と前記船体の下方に配置される水中翼（４）とを接続する水中翼船のストラット（６）であって、前記船体に接続される第１ストラット本体部（１２）と、前記水中翼に固定される第２ストラット本体部（１４）と、前記第１ストラット本体部と前記第２ストラット本体部とを連結する継手部（１６）と、を備え、前記第１ストラット本体部は、前記継手部を挟んで前記水中翼とは反対側に位置し、前記継手部は、前記第１ストラット本体部及び前記第２ストラット本体部と比較して強度が低い。

上記（１）に記載の構成によれば、ストラットは、船体に接続される第１ストラット本体部と水中翼に固定される第２ストラット本体部とに区切られており、継手部によって第１ストラット本体部と第２ストラット本体部とが連結されている。そして、第１ストラット本体部は継手部を挟んで水中翼は反対側に位置し、継手部は第１ストラット本体部及び第２ストラット本体部と比較して強度が低い。このため、水中翼船の航行中に、ストラットや水中翼に障害物が衝突し、水中翼が発生させる揚力が０以下になり、船体が水面に向かって引っ張られても、継手部を優先的に破断させ、第２ストラット本体部（水中翼）から第１ストラット本体部（船体）への負の揚力の伝達を妨げることができる。よって、船体が水面に向かって引っ張られることを抑制し、船体が水面と衝突することによる水中翼船の損傷を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、前記継手部のうち、前記継手部の前記水中翼船の前後方向の前側の一端に位置する前側端縁（２２）を含む前側部（２４）は、前記継手部のうち前記前側部より後方の後側部（２６）と比較して強度が低い。

上記（２）に記載の構成によれば、継手部の前側部は継手部の後側部と比較して強度が低いので、水中翼に対して前方から障害物が衝突した際に、継手部の前側部を継手部の後側より先に破断させて、この衝突によって生じた衝撃力を継手部の前側部で吸収することができる。このため、衝撃力によるストラットの変位を抑制し、水中翼の迎角の減少を抑制することができるので、水中翼が負の揚力を発生させることを防止したり、水中翼が発生させる負の揚力の大きさを低減したりすることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の構成において、前記継手部のうち、前記継手部の前記前後方向の後側の他端に位置する後側端縁（２０）は、前記前側端縁より上方に位置し、前記前側端縁は、前記ストラットの下端に位置する。

上記（３）に記載の構成によれば、継手部を水中翼に接近させ、第２ストラット本体部の体積を第１ストラット本体部の体積より小さくすることができるので、継手部の全部が破断したときにストラットから離脱する第２ストラット本体部の量を減らすことができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）の何れか１つに記載の構成において、前記第１ストラット本体部は、内部にウォータージェットダクト（１８）が貫通される。

上記（４）に記載の構成によれば、ウォータージェットダクトは第１ストラット本体部の内部を貫通するので、水中翼やストラットに障害物が衝突して、水中翼が負の揚力を発生させても、上記（１）で説明したように継手部を優先的に破断させることによって第２ストラット本体部から第１ストラット本体部への負の揚力の伝達が妨げられるので、ウォータージェットダクトへの負の揚力の伝達も妨げられる。よって、水中翼やストラットに障害物が衝突した際に、ウォータージェットダクトが変形してしまう可能性を低減することができる。

（５）本開示に係る水中翼船は、船体と、前記船体の下方に配置される水中翼と、前記船体と前記水中翼とを接続する上記（１）から（４）の何れか１つに記載の水中翼船のストラットと、を備える。

上記（５）に記載の構成によれば、船体が水面と衝突することによる水中翼船の損傷を抑制することができる水中翼船を提供することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の構成において、前記船体の下方に配置され、前記水中翼より前方に位置する前部水中翼（８）と、前記船体と前記前部水中翼とを接続し、前記ストラットより前方に位置する前部ストラット（１０）と、をさらに備える。

船体は、船体の後部が船体の前部と比較して幅方向の寸法が大きくなるように構成されることが多い。船体の幅方向の寸法が大きくなると、船体が水面に向かって引っ張られたときに水面と衝突する面積が大きくなり、水中翼船の損傷は大きくなりやすい。このため、水中翼船が水中翼と、水中翼より前方に位置する前部水中翼を備える場合、水中翼が発生させる負の揚力が船体に伝達することを妨げることが重要である。

上記（６）に記載の構成によれば、ストラットは前部ストラットより後方に位置し、水中翼は前部水中翼より後方に位置するので、上記（１）で記載したように、水中翼やストラットに障害物が衝突した際に、ストラットの継手部を破断させ、船体の後部が水面と衝突することによる水中翼船の損傷を抑制することができる。

１ 水中翼船
２ 船体
４ 水中翼
６ ストラット
７ 吸入口
８ 前部水中翼
１０ 前部ストラット
１１ 推進装置
１１Ａ ウォータジェットポンプ
１２ 第１ストラット本体部
１４ 第２ストラット本体部
１６ 継手部
１８ ウォータージェットダクト
２０ 後側端縁
２２ 前側端縁
２４ 前側部
２６ 後側部
Ｌ１ 上下方向距離
Ｌ２ 前後方向距離

Claims (6)

1. 水中翼船の船体と前記船体の下方に配置される水中翼とを接続する水中翼船のストラットであって、
   前記船体に接続される第１ストラット本体部と、
   前記水中翼に固定される第２ストラット本体部と、
   前記第１ストラット本体部と前記第２ストラット本体部とを連結する継手部と、を備え、
   前記第１ストラット本体部は、前記継手部を挟んで前記水中翼とは反対側に位置し、
   前記継手部は、前記第１ストラット本体部及び前記第２ストラット本体部と比較して強度が低く、
   前記第１ストラット本体部は、内部にウォータージェットダクトが貫通される、
   水中翼船のストラット。
2. 前記継手部のうち、前記継手部の前記水中翼船の前後方向の前側の一端に位置する前側端縁を含む前側部は、前記継手部のうち前記前側部より後方の後側部と比較して強度が低い請求項１に記載の水中翼船のストラット。
3. 前記継手部のうち、前記継手部の前記前後方向の後側の他端に位置する後側端縁は、前記前側端縁より上方に位置し、
   前記前側端縁は、前記ストラットの下端に位置する請求項２に記載の水中翼船のストラット。
4. 水中翼船の船体と前記船体の下方に配置される水中翼とを接続する水中翼船のストラットであって、
   前記船体に接続される第１ストラット本体部と、
   前記水中翼に固定される第２ストラット本体部と、
   前記第１ストラット本体部と前記第２ストラット本体部とを連結する継手部と、を備え、
   前記第１ストラット本体部は、前記継手部を挟んで前記水中翼とは反対側に位置し、
   前記継手部は、前記第１ストラット本体部及び前記第２ストラット本体部と比較して強度が低く、
   前記継手部のうち、前記継手部の前記水中翼船の前後方向の前側の一端に位置する前側端縁を含む前側部は、前記継手部のうち前記前側部より後方の後側部と比較して強度が低く、
   前記継手部のうち、前記継手部の前記前後方向の後側の他端に位置する後側端縁は、前記前側端縁より上方に位置し、
   前記前側端縁は、前記ストラットの下端に位置する、
   水中翼船のストラット。
5. 船体と、
   前記船体の下方に配置される水中翼と、
   前記船体と前記水中翼とを接続する請求項１から４の何れか一項に記載の水中翼船のストラットと、
   を備える水中翼船。
6. 前記船体の下方に配置され、前記水中翼より前方に位置する前部水中翼と、
   前記船体と前記前部水中翼とを接続し、前記ストラットより前方に位置する前部ストラットと、をさらに備える請求項５に記載の水中翼船。

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