JPH04504704A

JPH04504704A - 船舶及び船舶動作方法

Info

Publication number: JPH04504704A
Application number: JP2511843A
Authority: JP
Inventors: ジヤイルズ，デビツド・ローレント
Original assignee: ソーニイクロフト・ジヤイルズ・アンド・カンパニー・インコーポレーテツド
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1992-08-20
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: GB8922936D0; US5129343A; DE69020357D1; WO1991005695A1; KR920703383A; JP2793364B2; NO921429D0; EP0497776B1; EP0497776A4; FI921601A0; KR100255075B1; GB2236717A; FI921601A; DK0497776T3; FI109984B; NO921429L; ES2077074T5; DE69020357T2; ES2077074T3; US5080032A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】単船体高速シーリフト又は半浮上性単胴船技術分舒本発明は、単船体高速シーリフト（ＭＦＳ）又は半浮上性単胴船（ＳＰＭＨ）に関し、そしてさらに詳細には、水噴射推進システムと組み合わされｔ；その船体設計が、５．０００トンの船荷保持容量を有する約２５．０００〜３０．０００トンの排水量の船舶に対して、公又は荒海状態において最大４０〜５０ノツトの海洋通行速度を許容する高速船舶に関し、この速度は、そのような大きさの船において、それらを非実際的にする如く、安定性又は船荷容量の減損なしに、今まで達成可能でなかった。背景技術船舶が浮かぶ時、大船荷容量と内部収容設備、構造的強度、安定性及び着実性を有し、かつ米国特許第１４５．３４７号によって示された如く推進力を経済的にするために十分に小さな抵抗を有する船舶を設計かつ構築することが、長い間造船家の目標であった。伝統的な水上船単胴体設計は、通常、速度、安定性と続航性の相互関係に関する確立された設計原理と仮定から開発された。所望の性能因子を達成するために犠牲が為される。結果として、現在の実際の単胴水上膜の改良は、本質的に停滞される。例えば、今日の排水形船体の主要な制限は、所与の大きさく排水量又は容積において）に対して、耐航性と安定性が、最大実速度を増大させるために、より大きな長さに“延ばされた“時、縮小されることである。伝統的な船体設計は、本質的に、船長（フィート）の平方根の約１゜２倍の速度において発生する抗力上昇のために、大形船が海を横断する速度を制限する。例えば、中形の貨物船は、約２０ノツトの最高速度を有する。商業上の積荷により高速を達成するために、船の長さと大きさく又は容積）を比例して増大させるか、あるいは同一の大きさと容積を維持するために、安定性を犠牲にして、船幅を縮小しながら長さを増大させることが、必要である。造船家は、航空技術における”音障壁を破る”ことの等価として、長さを増大させるか又は船幅を減少させることなしに、相当に高速の船速度を達成する問題を長い間考察してきた。長さの増大は、０．４のフルード数に対応する速度において発生する巨大な抗力上昇のｔ；めに、（容積と安定性の制限により実際の船荷運搬船ではない非常に狭い船体の場合を除いて）高速度のために必要とされる。フルード数は、関係０．２９８　Ｖ／Ｌによって規定され、この場合Ｖは、ノントにおける船速度であり、そしてＬは、フィートにおける船の本線長である。より高速で進行するために、船は、より長く作製されなければならず、こうして抗力上昇の開始を高速まで延ばす。しかし、長さが同一容積に対して増大される時、船は、より狭くなり、安定性は犠牲にされ、そしてより大きな応力にさらされ、構造的な重量が過度にならないように、比例して軽量かつ強力に（そしてより高価に）ならなければならない構造を生む。さらに、所与の排水量に対して、長い船は、高速を達成することができるが、固有縦振動数は低下され、そして続航性は、短長な小形船に比較して、公又は荒海状態において劣化される。高速で、すなわち、４０〜５０ノツトの範囲において海洋を通行し、かつその寸法と密度が、特に”時宜を要する”在庫と保管業務の世界的な受容の増大をかんがみて、航空貨物匣と他の時間緊急便に対して受容されない腐敗性の積荷、高費用資本財積荷の迅速かつ安全な海洋通行のための商業的な必要条件のために、高安定性を有する水上船に対する必要性が増大する。今日、排水形船の最大実際速度は、約３２〜３５ノツトである。これは、それを長く、狭く、かつ軽くし、また高価にすることにより、比較的小さな船において達成される。ある程度、０．４のフルード数を超える増大した長さを回避することが可能であるが、これは、最大１２０フイート長及び２００トンの船用の半浮上性船体と改良推進ユニットを使用する小船舶設計において達成された。高速海洋定期船の如く大形船において、大きな長さは、大きなサイズと容積が同一速度において保持されることを許容するが、フルード数（すなわち、１％　１００フイートの本線長の航空母艦に対する３８ノツトは、０．３４のフルード数である）に関してより低い。反対側において、これらの船の大形サイズは、かなり大きな量の推進力を必要とする。キャビテーラ５ン問題による従来の推進機によりパワーを効率良く送出し、かつ非常に劣ったパワー／重量比を設ける従来のディーゼル又は蒸気機械を使用する際に主要な問題がある。高速船を達成するための別の問題は、浮上性船体である。この普及しｔユ設計は、非常に短い船体形式に制限され、すなわち、典塁的に、１００フイート及び１００トンを超えない。わずかに５０フイート長のポートは、６０ノツトを超える速度（又は２．５３のフルード数）を達成することができる。これは、利用可能なパワーが、水の表面にポートを単に押し上げるために可能であり、この場合ポートは、汲上を走行し、こうして純粋な排水形ポートが同一長の船体において約１２ノツトを超えて進行するのを阻止する巨大な抗力上昇を除去する。しかし、例えば５〜２５ノツトの中間速度において、ポートが”水平面に乗る”前に、不相応に大量のパワーが必要とされる。５０フイートのポートが、３００フイートのフリゲートの長さに評価されるならば、速度は、１２〜６０ノツトの正確な範囲に評価される。こうして評価されると、３００フイート浮上性フリゲートのために必要とされるパワーは、約５０万馬力である。さらに、この３００フイート船における継続する乗船は、ずっと小形の浮上性船の如く、低速すぎるために汲上を清水又は”飛しょう”することができない限り、大形平たん船体表面が、連続的な高速において海洋波にはねつけられるために、材料疲労を生ずる。浮上性船体を使用する船舶がまた、水噴射推進により生産された。しかし、サイズ、トン数と必要馬力の制限のために、ある本線長又はトン数を超える船舶に対する水噴射推進浮上性船体の使用は、本気で考察されなかった。前述のために、例えば、米国特許第３．２２５．７２９号において示された形式の浮上性船体は、大形高速船の設計に対する解決を生まないことが結論される。しかし、第１３図に示された本線長に関する速度の範ちゅうが検査されるならば、半浮上性船体は、高速シーリフト船のために魅力ある機会を提示するように見える。第１３図は、小形から非常に大形の半浮上性船体の連続のサイズを示す。単胴船高速シーリフト（ＭＦＳ）船体又は半浮上性単胴船（ＳＰＭＨ）設計は、排水層船体に接近する本線長と、浮上性船体に接近する最大速度を使用する可能性を提示するために、小形半浮上性船において今日広く使用される船体形式である。水力学リフトの概念を使用する船体設計は、小形船、例えば、米国特許第４．６４９．５８１号において示された如〈従来の推進機駆動によって動力を与えられた２００フイート又は２００トンよりも小さな船に関して公知である。そのような船体の形状は、高圧力が、水力学リフトを設けるために、特定形状を有する領域において船体の下に誘導される如くである。ＭＦＳ又はＳＰＭＨ船は、船体の後方部分における高圧力の存在の結果として、あるしきい速度を超える水力学リフトを発生させる。そのような船体は、以下に記載された第１１図と第１４図に示された如く、水における船体の剰余抵抗を縮小する。このため、パワー及び燃料必要条件が減少される。水力学リフトが、速度の平方と共に増大するために、す７トする船体は、高速を達成される。ＭＦＳ船体又はＳＰＭＨ形式を使用する作業ポートが、現在、海又は世界の港の進入の多くにおいて使用されている。この船体形式はまた、今まで、あるサイズの高速水先膜、警察ランチ、救援ランチと高速救助艇、通関ランチ、バトσ−ル・ポート、及び１６〜２００フイート（２〜約６００トン）のサイズの範囲を取るモーター・ヨツトと高速釣り船に制限されると考えられた。それらのサイズに対して、これらのポートは、浮上性ポートよりもずっと重量があり、かつ頑丈である。５〜２５ノツトの速度範囲において、それらは、ずっと滑らかな乗りごこちを有する。それらはまた、浮上性船体よりも、３．０よりも低いフルード数におけるサイズに対してずつと小さなパワーしか使用せず、そしてそれらは、非常に操縦性がある。しかし、この形式の船体の実際の使用は２００トンの船に制限されることが、一般に受け入れられた。第１１図は、ＭＦＳ又はＳＰＭＨフリゲート（円データ点を有する曲線Ａ）と、同一長さ／船幅比と３４００　）ン拌水量の伝統的な７リゲ一ト船体（三角形データ点を有する曲線Ｂ）との間の軸馬力の比較を示す。約１５〜約２９ノツト間で、商船は、類似のパワーを必要とする。３８〜６０ノツトまでで、ＭＦＳ船は、最大効率の領域内で動作し、かつ水力学リフトから益々利益を得る。この速度範囲は、排水形船体の長さがフルード数を縮小するために実質的に増大されないならば、あるいは船長対船幅比が実質的に増大されないならば、伝統的な排水形船体に対する実用性を大きくしのぐ。ＭＦＳ又はＳＰＭＨ設計における水力学リフトは、荒い力によって大きく水平面に上昇される浮上性船体よりも、高速性能航海ポートにより類似する穏やかなプロセスである。ＭＦＳ又はＳＰＭＨ船体は、十分に清水せず、これにより高速における波に対するスラミングの問題を回避する。さらに、現代の大形船は、伝統的に、ディーゼル・パワーで駆動された推進機であっｔ；。しかし、推進機は、本質的にサイズにおいて制限され、そしてまた、キャビテーション及び振動問題を提示する。一般に、現行技術を適用すると、６０．０００馬力は、従来の固定ピッチ推進機に対して、軸当たりのほぼ上限であることが認識される。さらに、高速に対して必要なパワーを生成するための大きさのディーゼル・エンジンは、重量、サイズ、費用と燃料消費の点から非実際的である。推進機駆動のキャビテーション及び振動問題を実質的に縮小する水噴射推進システムは、米国特許第２．５７０．５９５号、第３．３４２．０３２号、第３．７７６．１６８号、第３．９１１，８４６号、第３．９９５．５７５号、第４．００４．５４２号、第４．６１１，９９９号、第４．６３Ｌ　０３２号、第４．７１３．０２７号と第４．７１８．８７０号において示されｔ；如く公知である。今日、それらは、特に高速において大形船を推進するために有益であると認知されず、そして大排水形船体の部分において一般に存在する低圧力ではなく、浸水した船体の後方部分における水入り口において高圧力を必要とするために、一般に非効率であると考えられる。発明の開示２０００　）ンを超える高速商用船と６００トンを超える客船に対して、以前の船体設計と推進システムにおいて遭遇された問題と制限を克服することが、本発明の目的である。　゛本発明の別の目的は、高資本及び動作費用を相殺するために、投資において大きな回転率を達成する２０００　トン又は２００フイートを超える貨物船又は車両フェリーの如く、高速であるが大形の商用船の達成である。本発明の別の目的は、現在の商用船と客船設計に対するよりも優れた開放海洋条件における耐航性の達成である。本発明のいっそうの目的は、横断時間を相当に縮小するために必要とされた高速性を達成するために、十分な長さとサイズの船に積荷される船荷を増大させるために、船毎のサービスの大きな頻度と、横断の各側における幾つかのポート間のインターポートの必要性の縮小である。本発明のさらに別の目的は、より柔軟な計画と大きな稼働時間の確実性を許容する広幅な速度範囲の達成である。本発明のさらにいっそうの目的は、かじ又は推進機の如〈従来の水中の付属物ではなく、水噴射と組み込みトリミング又は燃料移送システムを有するために、小さな又は浅い港の進入と大きな操縦性を有する商用船の生産を含む。本発明は、特に、約６００フイートの本線長（Ｌ、）と、約１１５フイートの全船幅（Ｂ）と、約２５．０００〜３０．０００トンの全負荷排水量とを有する商用船において使用される。しかし、それは、一般に、６００トンを超える客船と２０００１−ンと２００フイートを超える商用船に適用可能である。かじ取の目的のために、最大２０ノツトの速度に対して玄側水噴射を使用するシステムが使用される。さらに、玄側水噴射は、逆転システムを組み込む。結果として、本発明の概念を使用する船は、静止において操縦可能である。本発明は、固有の水力学リフトと低船長対船幅（Ｌ／Ｂ）比を有する公知の単胴胎生浮上性設計を使用するが、高圧力が船体をリフトするために生成される場合に、半浮上性船体の船尾領域に対応すると認識された水噴射の入り口において、最良の効率のために、高圧力を必要とするガス・タービン・パワーと水噴射推進による今まで公知でない組み合わせを使用する。半浮上性船体におけろ水噴射推進システムの利点は、３０ノツトを超える速度において、高推進効率における大量のパワーを送出し、そしてさらに、船を非常に迅速に停止まで減速する能力である。システムはまた、推進機振動、雑音とキャビテーシヨンの主要問題を大きく除去する。総合されたＭＦＳ船体又はＳＰＭＨと水噴射システムの主な利点は、船体の形状とり７ト特性が、水噴射システムの吸込及び推進効率のために理想的であるが、吸込における加速流がまた、船体における抗力をさらに縮小するために、高圧力と大きなリフトを生成することである。水噴射推進システムが、水入り口の近接において高圧力の領域を有することが都合が良く、そして大きな平たん船尾助板領域が噴射ユニットを設置するｔ；めに必要とされるために、ＭＦＳ又はＳＰＭＨ船体形式が、゛　水噴射推進のために理想的に適する。ガス・タービン主エンジンと組み合わされた、高効率推進システムが、大きな高速船のために必要とされた高パワー・レベルを満たすために設けられる。本発明のいっそうの利点は、固有の低船長対船幅比が、大きな使用船荷空間と改良安定性を設けることである。本発明のさらに別の利点は、玄側水噴射の方向性推力と、前方速度のない高操縦性パワーの適用により、推進機によるよりも、大きな操縦性を生む水噴射推進によって設けられる。本発明の付加的な利点は、推進機駆動において固有なサイズ、キャビテーシヨン及び振動問題のない、実質的なパワーの軸方向又は混合流を生成する船用ガス・タービン・ユニットによって駆動された水噴射推進ユニット又はポンプの使用である。さらに、本発明のいっそうの利点は、新規の船体設計と水噴射推進システムによる縮小されｔ；放射雑音及び伴流特性にある。本発明は、利用される商用造船所において単胴船構造を経済的に生産するための能力によるいっそうの利点を有する。本発明のいっそうの利点は、ディーゼル動力推進機駆動で利用可能であったよりも、低い比例する重量、容積、費用と燃料消費率のために、大きなパワーを現在生成するか、又は生成するために開発された船用ガス・タービン・エンジンの使用である。本発明のいっそうの利点は、商船における伝統的な抗力上昇を回避する船体水中形状から生ずる。本発明の船体形状により、船の船尾は、従来の船体の船尾が沈む又は沈下し始める速度においてリフト（これによりトリムの縮小）を始める。本発明は、舶用ガス・タービンのパワー及び重量効率、水噴射の推進効率、及び伝統的な船体が沈下する速度においてリフトする形状の船体の水力学効率を組み合わせる。本発明は、２００フイート全長、２８フィート船幅及び１５フイート・喫水を超える海事産業船舶のために特定使用を見いだす。高速半浮上性形式の船体は、動的力の作用によるリフトを経験し、そしてフルード数０．３〜１．０の範囲における最大速度において動作する。この形式の船体は、直線の入り口木線、ビルジの曲がりにおいて典型的Ｉこ丸くされた後部船体、及び直線後方バトックライン又は船尾助板において鋭く終端するわずかな下方フックを有するバトックラインとを特徴とする。現在考察された実施態様において、例えば、慶船として、本発明による船は、商品名ＬＭ５０００の下でＧｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社によって現在製造される形式の８つの従来の舶用ガス・タービンと、Ｒｉｖａ　Ｃａ１ｚｏｎｉ又はＫ　ａ　Ｍ　ｅ　Ｗ　ａによって現在製造される一般形式の４つの水噴射とを使用する。水噴射推進システムは、船尾助板において取り付けられたポンプ羽根車を有し、水は、船尾助板のすぐ前方の船体底部における入り口を通って船尾の下から羽根車に送られる。入り口は、水噴射システムの推進効率を増大させるために、高圧力の領域において配置される。実際に、入り口において又はその回りでポンプによって生成された加速流は、船体の効率を増大させる付加的な動的リフトを生成する。結果は、従来の推進機推進システムを有する船体に比較して全推進効率の改良であり、推進効率における最大の改良は、約３０ノツトの速度において始まる。操縦性は、２つの玄側水噴射により達成され、各玄側噴射は、かじ取のための斜め推力を設けるために、水平旋回するノズルを取り付けられる。偏向板は、停止及び低速制御を設けるために、噴射推力を前方に向ける。かじ取及び逆転機構は、船尾助板の背後の噴射ユニットにおいて位置付けられｔ；油圧シリンダーによって動作される。従って、水噴射推進を有するＭＦＳ船体又はＳＰＭＨを使用する船は、約５．０００トンの船荷を約４５ノツトにおいて大西洋を約３．５日で、あるいは約１１，０００トンの船荷を約３５ノツトにおいて４．５日において最大５つの海上状態において輸送し、１０％の予備燃料容量を有する。さらに、総合制御システムが、ガス・タービン燃料流とパワー・タービン速度と、ガス・タービン加速と減速を制御するために設けられ、ガス・タービン出力トルクを監視かつ制御し、そして水噴射かじ取角、角度の変化率、及び最適停止性能のための水噴射逆転機構を制御する。そのようなシステムは、入力として、船速度、軸速度、及びガス・タービン・パワー出力（又はトルク）を含むパラメーターを使用することが熟慮される。前述の制御システムは、約２０ノツトの船速度に対応する適用されたガス・タービン・パワーにおいて、全かじ取角を許容する。それは、高パワーと船速度において自動的に適用かじ取角を次第に縮小し、そしてさらに、約２０ノントの船速度に対応する適用ガス・タービン・パワーにおいて水噴射推力偏向器の完全な逆転を許容する。さらに、制御システムは、水噴射逆転偏向器移動と高パワーにおける移動率を自動的に制限し、そして船の高速度において最も有効であるようにガス・タービン・パワーと速度を制御する。要約すると、高度のＭＦＳ又はＳＰＭＨ形式は、次の利点を有する。 ■、同一配分の従来の船体に比較して高鉛速度における低い船体抵抗２、大量の船荷を安定性の適切な保存により主甲板上の保持させる高い固有安定性３、高固有安定性は、燃料が消費される時、船舶がバラストを積まれる必要条件がない効果を有し、こうして移動距離により最高速度の増大を設ける。４、低し／Ｂ比率が、類似の排水量の従来の船舶と比較して、大きな使用内部容積を設ける。５、障害安定性の大きな潜在的保存６、（ａ）過度の船体強度問題を生じ、（ｂ）悪質な主観的動作を有し、（Ｃ）過度の船体スラミングと甲板の湿りのない、悪天候条件において高速度で動作する能力フ、船体、水噴射及びガス・タービン特性の望ましい組み合わせにより、２つ、３つ又は４つの水噴射において有効かつ効率的に動作する能力８、船尾助板で４つの大きな水噴射を収容し、かつ吸込のために十分な底部領域を設ける能力９、水噴射／ガス・タービン推進システムの総合が、後方部分の船体形式によって最適化される。１０．４０〜５０ノツトの速度範囲に対して、同様な排水量の従来の船体形式よりも低い技術的危険１１、低速と高速の両速度における優れた操縦性とずっと短い距離において停止する能力１２、すべての推進機械後部を備えた配置が、船荷装荷と船荷処理及び収容を最大にする。１３、浅水において動作する如く他の使用又は水陸両用の目的のために、すべての速度と排水量において重力の最適縦中心を保証するために、設計において組み込まれた燃料トリミング・システムを使用する能力１４、浅水操縦又は水陸両用動作における水中損傷の可能性を縮小するかじ又は推進機と関連付属物の欠如図面の簡単な説明本発明のこれらと他の特徴、目的及び利点は、添付の図面と関連した、発明を実施するための最良モードの次の説明からより明らかになる。第１図は、本発明による船の右舷側の側面図である。第２図は、第１図に示された船の頂面図である。第３図は、第１図に示された船の船首において見た前面図である。第４図は、半分は船首部分から、そして半分は船尾部分から、第１図に示されｔ；船体の長さに沿った基点における異なる輪郭線を示す船体の輪郭図である。　 ′ 第５図は、甲板の配置を示すための、第１図に示された船体の船体中央部分の断面図である。第６図と第７図は、第１図に示された船内の水噴射／ガス・タービン・ユニットの配置を示すそれぞれ概略的な側面図と頂面図である。第８Ａ図〜第８Ｄ図は、ガス・タービンと歯本箱の代替的な実施態様を示す第７図に類似する概略的な平面図である。第９図は、排水量と速度の間の関係を示すグラフである。第１Ｏ図は、以下に記載されたＭＦＳ又はＳＰＭＨ船のための船速度と送出馬力（ＤＨＰ）の間の関係を示すグラフである。第１１図は、本発明の７リゲート船と従来の７リゲート船の間の軸馬力／速度特性の比較を示すグラフである。第１２図は、長さにおいて従来の船舶のトン／ノット当たりの比パワーを本発明と比較するグラフである。第１３図は、０．４０超〜１．０未満のフルード数の範囲（又はＶ／Ｌ−１，４〜３．０）において、半浮上性船体形式の使用を示す、それぞれの本線長に関するポート、船及び海洋船舶の速度分類の一般グラフである。第１４図は、本発明において使用されｆ−ＭＦＳ船体又はＳＰＭＨが、同一配分の従来の排水形船体と比較して増大した速度において抗力の縮小を設ける様子を示す、船速度に関する固有剰余抵−抗のグラフである。第１５図は、第１〜３図において示された船において使用された水噴射推進システムを示す概略図である。第１６図は、水噴射推進システムのための修正されｔ；ガス・タービン／電気モーター駆動を示す、第６図に類似する概略図である。第１７図は、船舶のトリムが、異なる船速度において吸収された有効馬力（Ｅ、Ｈ，Ｐ、）を最小にするために、重力の縦中心（Ｌ、Ｃ，Ｇ、）を、横座標において数字″０“によって指定された船体中央（基点５）の前方及び後方に一定フイード数を移動させることにより、最適化される様子を示す、２８７０トンの排水量の９０メートルの半浮上性船体船の実大のモデル・タンク試験に基づいたグラフである。第１８図は、最適化トリムが使用される場合に吸収されたＥ、Ｈ，Ｐ。における削減を示す、上記で参照された２８７０トン排水量の９０メートルの半浮上性船体船の実大のモデル・タンク試験に基づいたグラフである。第１９図は、本発明によるＳＰＭＨにおいてトリムを最適化するための燃料移送システムの実施態様の概要図である。発明を実施するための最良モード今図面を参照し、そして特に第１図を参照すると、一般に番号１０によって指定された船が示され、例えば、４０〜５０ノツトの範囲における速度において大西洋横断運転のために最大５０００トンの高有効搭載量において、水力学リフトを使用する半排水形又は半浮上性の丸いビルジの低船長対船幅（Ｌ／Ｂ）船体形式を有する。Ｌ／Ｂ比は、約５．０〜７．０であると考えられるが、それは、その特徴が重要である場合のパナマ運河通行能力を許容するために、７．０よりも幾らか上に増大される。船ｌＯは、露天甲板１２を有する半浮上性丸ビルジ形式として公知な船体１１を有する。かじ教室上部構造１３は、船荷及び／又はヘリコプタ−着陸のための大きな前方甲板を設けるために、船体中央部の後方に位置し、そして以後に記載される如く、収容設備、居住空間と他の装置と共に船のｔ；めの制御を含む。上部構造１３は、重力の縦中心に悪影響を与えないように位置付けられる。商用船は、２００フイート及び２０００トン排水量を超える貨物船の形式において示されるが、本発明はまた、６００トンを超える客船に適用可能である。船体１１の縦輪郭が第１図に示され、一方、正面線図が、第４図に示される。第１図に鎖線において示された基部線１４は、船体１１の底部１５が、船尾１７の方に上昇し、かつ船尾助板３０において横ばいになる様子を示す。第４図は、右側が船の前方部分における構成を示し、そして左側が後方部分における構成を示す、半浮上性船体形式のプロフィルである。プロフィルは、船幅中心線からのメートルにより、そしてまた、基準水線から本線の倍数に関して、船体の断面を記載する。この形式の半排水形又は半浮上性船体は、前方部分においてキールと、後方部分において平たん底部を有する伝統的な排水形船体形状を有することが、一般に公知である。小形船舶において、第１図において仮線において示され、かつ番号６５によって指定された中心線垂直キール又はかかと６５が、取り付けられ、前方ビルジのほぼ最深点から船尾助板３０の前方の船長の約１／４〜ｌ／３の点まで延びている。このキール又はかかとは、小形船において方向安定性と横揺れ減衰を改良する。第１４図に示された如く、従来の排水形船体に関して抗力を縮小するために、後方部分の下に水力学リフトをしきい速度において生成するのは、この船体構成である。第４図において０−４の番号の付いた輪郭線は、第１図において右から左に見た船首部分１６における船体形状の従来の形式を示すが、５−１Ｏの番号の付いた輪郭線は、船尾部分１７におけるビルジが、第１図において右から左に見た時、平たん化される様子を示す。この船体のサイズと形状の結果として、水力学リフトの開始を決定するための承認された方法は現在ないが、そのようなリフトは、この船の場合において、２２．０００トンの排水量における約２６．５ノツトのしきい速度において発生することが示唆された。こうして丸ビルジ船体１１は、“リフトする”船尾助板船尾１７を有し、公知の如く、直線入り口木線、ビルジの曲がりにおいて典型的に丸い船体後部と、直線の後方バトックライン又は船尾助板において鋭く終端するわずかな下方フックを有する後方バトックラインとを一般に特徴とする船体形式から生ずる水力学的力によって生成される。この形式の船体は、浮上性船体ではない。それは、船尾の下の高圧力と縮小抗力の作用によって、船体後部において水力学リフトを生成することにより、約０．４〜約１．０のフルード数範囲における最大速度において動作するように設計される。船体１１はまた、右舷側における船の中央のアクセス・ランプ１８と、船尾のロールオン／ロールオフ・ランプ１９を設けられ、その結果相互部における如く、露天甲板１２の下の３つの内部甲板２１．２２．２３において保管された船荷は、荷積みと荷降ろしのために同時にアクセスされる。他のアクセス・ランプは、後方の右舷側において設けられたランプ２０の如く、戦略的に位置する。短い船体設計のために、船体は、所与の排水量に対して長く細い船よりも、大きな容易さを有する必要な構造的強度を達成する。半浮上性船体の形式において水力学リフトを生成する形状は、非常に公知であり、そしてその寸法は、有効搭載量、速度、利用可能なパワー及び推進機構成の必要条件によって決定される。商用で利用される形式の３次元船体モデル化コンピュータ・プログラムは、入力として前述の必要条件を有する基本ＭＦＳ船体又はＳＰＭＨ形式を生成する。いったん基本船体パラメータが決定されたならば、排水量の推定が、例えば、標準船体分解構造参照文献０９００−Ｌｐ−０３９−９０１０からの重量コーディングによる２けた分析を使用して、行われる。さらに、短い船体は、高い固有振動数を生成し、以後に記載される推進システムと組み合わされて、４０〜５０ノツト範囲における速度の達成を許容しながら、船を剛性にし、かつ波によって生じた動的応力による障害を受けにくくする。２００トンの次元において非常に高い推力を生成するために存在する混合流、低圧力、及び高容積ポンプ技術を使用する水噴射推進機が、本発明を構成する船において組み込まれる。水噴射推進機は、必要な高パワーを獲得するための大きさの従来の舶用ガス・タービンによって駆動される。現在使用のために熟慮された水噴射推進機は、単一段設計であり、構造において複雑でなく、そして１００．０ＯＯＨＰを超える推進力において高効率と低い水中雑音を生成する。第６図と第７図は、水噴射／ガス・タービン推進システムの一つの実施態様を概略的に示す。特に、４つの水噴射推進機２６．２７．２８．２９（その一つが＄１５図において示される）が、船尾助板３０において取り付けられ、それぞれの入り口３１が、高圧力の個々の船体設計に基づいて決定された領域において、船尾助板３０のすぐ前方の船体底部において配置される。高圧力下の水は、入り口３１から水噴射のポンプ３２の羽根車に向けられる。海水の流れは、４つの水噴射２６．２７．２８．２９のポンプ３２によって、入り口３１において又はその回りにおいて加速され、そして加速流は、抗力を減少させることにより船体効率を増大させる付加的な上方動的リフトを生成する。２つの最も外側の水噴射２６．２７は、操縦と前進推力のための玄側水噴射である。玄側水噴射２６．２７の各々は、それぞれ、水平に旋回するノズル３４．３５を設けられ、操縦のための斜め推力を設ける。偏向板（図示されていない）は、公知の方法において停止、低速制御と逆転を設けるために、噴射推力を前方に向ける。かじ取及び逆転機構は、船尾助板の背後の噴射ユニットにおいて位置付けられた油圧シリンダー（図示されていない）又は同等物によって動作される。油圧シリンダーは、船において他の場所に設けられた電力バックによって動力を供給される。水噴射推進とかじ取システムは、船舶を静止において操縦可能にし、かつ非常に急速に減速可能にする。Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のＬＭ５０００によって例示された形式の舶用ガス・タービンは、わずかに２つのタービンを必要とし、各々は、従来の結合歯車設置により軸線当たり８０°Ｆの環境温状況において５１．４４０ＨＰの定格である。８つの対の従来の船用ガス・タービン３６／３７．３８／３９．４０／４１．４２／４３は、結合歯車箱４４．４５．４６．４７とカルダン軸４８．４９．５０．５１により、それぞれ水噴射推進ユニット２６．２８．２９．２７に動力を供給する。４つの空気吸込（それらの２つ５２．５３のみが第１図と第６図において示される）は、タービン３６〜４３のために設けられ、かつ主露天甲板の垂直上に延び、かつ後方部分において設けられた上部構造１３における右舷とポートに横に開く。各ガス・タービンのための８つの垂直排気煙突５４．５５．５６．５７．５８．５９．６０．６１（第２図と第６図）がまた、かじ教室上部構造１３を通って延びており、そして排気ガスの再連行を最小にするために、大気に上方に放出する。排気煙突は、ステンレス鋼から構成され、モしてかじ取置の下の上部構造１３における空間を通って空気を送られる。ガス・タービン配置は、種々の設計基準を達成するために、幾つかの形式を取る。ｔａ７図に示されたものに類似する第８Ａ〜８Ｄ図における部分は、同一番号によって指定されるが、プライムを付けられる。例えば、第８Ａ図は、一つの実施態様を示し、この場合小さな設置幅を獲得スルために、直列形ガス・タービンの４つの対のみである。歯車箱は、直列形タービンの多対の中間に設けられる。この配置は、幾らか大きな設置長さと高度の組み合わせ歯車箱と、各軸に対する推力保持重量を生ずる。第８Ｂ図は、設置長さを縮小する実施態様であり、この場合設置幅は、本質的であると考えられない。組み合わせ歯車箱と軸当たりの推力保持重量はまた、最小かつ第８Ｄ図の実施態様と同じ量に縮小され、この場合設置幅は、第８Ａ図と第８Ｃ図の実施態様の間にある。第８Ｃ図の実施態様は、き弱性を縮小するために、ガス・タービンを２つの別個の室において有する。第９図は、ノントにおける船速度とトンにおける排水量の間の関係を示す。−走水噴射効率において、速度は、排水量が降下する時増大する。しかし、第１０図は、直線関係が、ある速度においであるパーセントの負推力減少を仮定して、２２．０００トン排水量の船舶のだめの送出馬力と船速度の間に３５ノツトを超える速度において存在することを示す。例えば、４１ノントの船速度を達成するために、必要な送出馬力は、本タンク試験により４００．０００程度である。第１２図は、３０ノツトにおいて、本発明による船が、長さとサイズによる船舶の多様な他のクラスに対して、トン／ノット当たりの馬力において測定された性能において比較されることを示す。しかし、４５ノツトの速度において、本発明は、完全に単独のクラスにおける船舶を設ける。本発明によるＳＰＭＨはまた、速度と排水量による吸収Ｅ、Ｈ，Ｐ。により、最小船体抵抗を獲得するために、最適トリム又は重力の縦中心（Ｌ、Ｃ，Ｇ、）において船を動作させる燃料システムを組み込む。これは、燃料が燃焼され、そして結果的に速度が増大する時、ＬＣＧは、後方に移動する如く、燃料タンクの配置により達成されるか、あるいは第１９図において概略的に示された如く、排水量及び速度入力を有する監視装置によって動作された燃料移送システムにより達成され、この場合燃料は、船の速度と排水量によりＬＣＧを調整するために、従来の構造の燃料移送システムによって、船体中央部（基点５）の前方又は後方にポンプで揚げられる。この燃料移送は、使用された軽量の留出油燃料のためにガス・タービン機械によりさらに容易に達成され、移送される前に燃料加熱のための必要性を縮小し、かつ標準動作中多様な速度条件に遭遇する船舶において特に使用される。記載されたＳＰＭＨに適用された如く、燃料移送システムの利点は、第１７図と第１８図に示された如く、９０メートルと２８７０　トンの従来の推進された小形の半浮上性船体船における経験的規模のモデル・タンク試験結果からさらに明確に理解される。第１７図は、何フィートかだけ船体中央部（第４図の基点５）の前方と後方に重力の縦中心（Ｌ、Ｃ，Ｇ、　）を移動させることによるトリムの最適化が、ある速度において吸収された有効馬力を縮小する様子を一般に示す。横座標は、フィートにおいて測られ、そして船体中央は、横座標において”０”である。船体中央部の前方に、ゼロ点の左側にマイナス符号（例えば、−１０フイート）によって先行された数字により指定され、そして船体中央部の後方に、ゼロ点の右側に正番号（例えば、１０フイート）により先行された数字によって指定される。曲線Ａは、２４．１５ノツトの速度において、最適トリムが、１７．２５０のレベルに吸収Ｅ、Ｈ，Ｐ、を最小化するために、船体中央から１０フイート前方の点にり、Ｃ，Ｇ、を移動させることにより獲得されることを示す。曲線Ｂは、２０．８８ノツトの速度において、最適トリムは、ＬＣＧが約１３ノツト前方にある時発生することを示し、その結果Ｅ、Ｈ，Ｐ。は、約８７５０である。曲線Ｃは、１６．５９ノツトの速度において、最適トリムは、Ｌ、Ｃ，Ｇ、が約１７〜１８フイート前方にある時発生することを示す。そして曲線りとＥは、１１．６９ノツトと８．１８ノツ゛トのそれぞれの速度において、最適トリムが、Ｌ、Ｃ，Ｇ、が船体中央の約２０フイート前方にある時発生することを示す。船舶の排水量が減少する時、例えば、実質的な量の燃料が消費され、かつ速度が相応して増大する時、最適トリムは、Ｌ、Ｃ，Ｇ、が、船尾が過度にリフトし、こうして、抵抗を増大させるために船首部分を水に押しやるのを防止するために、船体中央の後方に移動される時発生する。８１８図は、約５．２のＬ／Ｂ比を有する前述の形式の船舶により、最適トリムが、特に低速度において相当なＥ、Ｈ，Ｐ、節約を生む様子を示す。文字Ｅによって指定された鎖線曲線は、約７．５ノツト〜約２７．５０ノツトの速度範囲で、４０ノツトの速度に対して最適である如く、船体中央部の後方に１３．６２フイートの固定り、Ｃ，Ｇ、を有する船舶のために必要なＥ、Ｈ，Ｐ、を示し、そして文字Ｆによって指定された実線曲線は、トリムが、第１７図に示された方法において速度と排水量によりり、Ｃ，Ｇ、を前方と後方に移動させることにより最適化される時必要とされたり、Ｃ，Ｇ、を示す。例えば、この形式の船舶に対する１０ノツトの速度で、Ｅ、Ｈ，Ｐ、は、最適トリムを使用して約５０％だけ縮小され、そして１５ノツトの速度において、必要パワーは、約３７％だけ縮小されることが見られる。類似の結果は、本発明による船で達成され、この場合Ｌ／Ｂ比は、幾らか高いが、Ｅ、Ｈ，Ｐ、削減パーセントは、第１８図に示された結果はど高くはない。この関連において、固定り、Ｃ，Ｇ、を使用する１６００Ｅ、Ｈ，Ｐ、から最適トリムを使用する８５０Ｅ、Ｈ，Ｐ、への削減を示す第１８図における１２゜５ノツトの速度は、本発明のＳＰＭＨに対する２０ハツト速度に対応し、この速度は、商用目的のために実際的かつ経済的な速度である。同様に、第１８図に示されｔ；結果は、同一の本線長とＬ／Ｂ比の船であるが、低い排水量を有するものほど高くはない。船舶速度と排水量における変化によるトリムの最適化はまた、水噴射管の最適浸水を保証する際に使用され、適正なポンプ・プライミングのＩ；めに船が静止して始動される時、出口管の最大直径の点が水線に関するレベルであることを必要とする。また、特に浅水の港を使用する時、トリム最適化システムの幾つかの動作上の利点がある。本発明による船体は、高い有効搭載量保持能力を設けながら、優れた続航性と安定性を有する船設計を達成するために、約５対１〜７対１の船長対船幅比を有する。タンク試験は、この新しい船舶設計が、１よりも小さな相関因子（１＋Ｘ）を有することを示唆する。相関因子は、通常、従来の船体（第１４図における曲線ＡとＢを参照）に対して１を超え、通常、１．０６〜１．１１の値が推奨される。これは、原寸船舶における実抵抗を近似するために、タンク抵抗結果に付加される。こうして、水力学リフトに結合された１よりも小さな相関因子は、第１４図における曲線ＣとＤによって示された如く、本発明による４５ノツトにおける船舶において２５％の抵抗減少を生ずると予期される。本発明の原理により構成された典型的な船は、次の形式の特性を有する。主要寸法全長　７７４’　０” 本線長　６７９’　Ｏ’″ 型船幅　１１６’５“ 水線船幅　ｌＯビ　８” 船体中央深さ　７１′　６” 喫水（全負荷）　３２’３” 排水量過負荷　２９．５２６０ングトン全負荷　２４．８００ロングトン半燃料条件　２２．０００ロングトン到着条件　１９．１４０ロングトン軽量船　１３．０００ロングトン速度半燃料条件において４０〜５０ノツト耐久性耐久性は、１０％の予備余裕を有する３５００海里である。収容設備総数２０人の船取り扱い船員と３０人の積荷取り扱い船員すべての収容設備と作業領域は、空調を設けられる。推進機械８つの船用ガス・タービンであり、各々は、８０’Ｆの空気温度において約５０．０ＯＯＨＰの出力パワーを発生する。４つの水噴射であり、２つがかじ取及び逆転歯車を有する。４つの組み合わせ速度削減歯車箱電力３つの主ディーゼル駆動交流発電機と１つの緊急用発電機本発明は、示されかつ記載された詳細、特に上記の段落において記載された特性に制限されず、本発明の原理を逸脱することなしに変形と修正が可能なことが明らかに理解される。例えば、第１６図は、一つの実施態様を示し、この場合一つ又は複数の発電機６１を駆動するガス・タービン６０は、−次電力源として役立ち、そして第６図の実施態様におけるよりも、船舶において高く保持される。一つ又は複数の発電機６１を介してタービン６０によって生成されＩ；電力は、モーター６２を回転させるために使用され、歯車箱４６．４７有り又は無しに、第６図、第７図と第１５図に関して記載された水噴射に同一の水噴射２６′、２７′、２８’　、２９’ 　を駆動する。このため、示されかつ記載された詳細に制限されることは意図されず、添付の請求の範囲内にあるすべての変形と修正を包含することが意図される。ＦＩＧ、　８ＡＦＩＧ、　８Ｂ丈も度　（）・ソト）亙■「Ｔ− （アζ＼）榊ｑ喪乎未ＦＩＧ、／４ −２０　−１゜會ａイｆｐ　Ｉ′Ｐ犬８Ｐｂ”ｙ　ｌ＊８　へｃｑ　Ｌ　Ｃ，＠。ＦＩＧ、　／９度°イ（」国際調査報告ｌ″”””””’　”””’４”　”　ＰＣｒ／ＵＳ９０１０３６％

Claims

【特許請求の範囲】

１．プロフィルが船尾部分において船体底部における高圧力領域を生成し、かつしきい速度において船尾部分の水力学リフトを生成するように構成された船体と、高圧力領域における水の侵入のための入り口を有する水噴射を介して船舶を推進するための手段と、推進手段を駆動するための手段とを具備する船舶。
２．駆動手段が、水噴射に機能的に関連したガス・タービンを具備する請求の範囲１に記載の船舶。
３．水噴射が、羽根車を有し、それらの各々が、軸と歯車箱を通して一つ又は複数のガス・タービンと連結される請求の範囲２に記載の船箔。
４．船体が、約５．０〜７．０の全長対船幅比を有する請求の範囲１に記載の船舶。
５．駆動手段が、水噴射に機能的に関連したガス・タービンを具備する請求の範囲４に記載の船舶。
６．水噴射が、羽根車を有し、それらの各々が、軸と歯車箱を通して一つ又は複数のガス・タービンと連結される請求の範囲５に記載の船舶。
７．フルード数が、阻止抗力の上昇なしに、約０．４２〜０．９０である請求の範囲１に記載の船舶。
８．船体が、約５．０〜７．０の全長対船幅比を有する請求の範囲７に記載の船舶。
９．駆動手段が、水噴射に機能的に関連したガス・タービンを具備する請求の範囲８に記載の船舶。
１０．水噴射が、羽根車を有し、それらの各々が、軸と歯車箱を通して一つ又は複数のガス・タービンと連結される請求の範囲９に記載の船舶。
１１．２つの玄側水噴射が、船舶のかじ取と制御のために設けられ、そして２つの中央水噴射が、前進推力のために設けられる請求の範囲１に記載の船舶。
１２．船体が、７５０〜８００フィートの全長と、約５．０〜７．０の全長対船幅比を有する請求の範囲１に記載の船舶。
１３．船舶が、４０ノットを超える動作速度を有する請求の範囲１に記載の船舶。
１４．船体が、７５０〜８００フィートの全長と、約５．０〜７．０の全長対船幅比を有する請求の範囲１３に記載の船舶。
１５．駆動手段が、水噴射に機能的に関連したガス・タービンを具備する請求の範囲１４に記載の船舶。
１６．水噴射が、羽根車を有し、それらの各々が、軸と歯車箱を通して一つ又は複数のガス・タービンと連結される請求の範囲１５に記載の船箔。
１７．２つの玄側水噴射が、船箔のかじ取と制御のために設けられ、そして２つの中央水噴射が、前進推力のために設けられる請求の範囲１６に記載の船舶。
１８．フルード数が、阻止抗力の上昇なしに、約０．４２〜０．９０である請求の範囲１３に記載の船舶。
１９．船体が、前方部分においてキールと、後方部分において平たん底部を有する半浮上性丸ビルジの形式である請求の範囲１に記載の船箔。
２０．駆動手段が、水噴射に機能的に開運したガス・タービンを具備する請求の範囲１９に記載の船舶。
２１．水噴射が、羽根車を有し、それらの各々が、軸と歯車箱を通して一つ又は複数のガス・タービンと連結される請求の範囲２０に記載の船箔。
２２．船体が、約５．０〜７．０の全長対船幅比を有する請求の範囲２１に記載の船舶。
２３．フルード数が、阻止抗力の上昇なしに、０．４０を超える請求の範囲２２に記載の船舶。
２４．船体が、７５０〜８００フイートの全長と、約５．０〜７．０の全長対船幅比を有する請求の範囲２３に記載の船箔。
２５．船体が、２００フィートを超える長さを有する請求の範囲１に記載の船箔。
２６．駆動手段が、水噴射に機能的に関連したガス・タービンを具備する請求の範囲２５に記載の船箔。
２７．船体が、約５．０〜７．０の全長対船幅比を有する請求の範囲２６に記載の船箔。
２８．フルード数が、阻止抗力の上昇なしに、約０．４２〜０．９０である請求の範囲２７に記載の船舶。
２９．船箔が、６００トンを超える排水量を有する請求の範囲１に記載の船舶。
３０．船体が、２００フィートを超える長さを有する請求の範囲１に記載の船舶。
３１．駆動手段が、水噴射に機能的に関連したガス・タービンを具備する請求の範囲３０に記載の船舶。
３２．船体が、約５．０〜７．０の全長対船幅比を有する請求の範囲３１に記載の船箔。
３３．フルード数が、阻止抗力の上昇なしに、約０．４２〜０．９０である請求の範囲３２に記載の船舶。
３４．駆動手段が、水噴射に機能的に関連した電気モーターを具備する請求の範囲１に記載の船箔。
３５．ガス・タービンが、電気モーターのための電気エネルギーを生成するために設けられる請求の範囲３４に記載の船舶。
３６．手段が、船速度と排水量における変化によりトリムを最適化するために設けられる請求の範囲１に記載の船舶。
３７．トリム最適化手段が、燃料が燃焼され、かつ船速度が増大する時、船舶の重力の縦中心が後方に移動される如く、配置された駆動手段のための燃料タンクを具備する請求の範囲３６に記載の船舶。
３８．トリム最適化手段が、船速度と排水量における変化により、船体中央部の前方と後方に燃料をポンプで揚げるための燃料移送システムを具備する請求の範囲３６に記載の船舶。
３９．船体の底部における高圧力領域のために、しきい船速度において船体の船尾部分を水力学的にリフトする段階と、高圧力領域において水入り口を有する水噴射システムを介して水力学的にリフトされた船体を推進する段階と、領域において圧力を増大させ、かついっそうのリフトを生成するために、入り口に水流を加速化する段階と、ガス・タービンを介して水噴射システムを駆動する段階とを含む船箔動作方法。
４０．船速度と排水量における変化により船体中央部の前方と後方に船舶の重力の縦中心を移動させることにより、トリムを最適化する段階をさらに含む請求の範囲３９に記載の船舶動作方法。