JPH06179390A - 抵抗を減少させる船体の形状 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 船体周りの流れによる船体表面圧力分布変化
の均一化を図ることにより、船体抵抗の減少をもたらす
船体形状を提供する。 【構成】 船体長さ方向の排水量分布において、船体中
央部の排水量の一部を船首船底部（４）に移動し、船体
中央部の喫水深さよりも深くなるように船首船底部
（４）を垂下するとともに、船尾船底部（５）も垂下さ
せて船体中央部の喫水深さよりも深い喫水となるように
し、喫水線下方に一対又は二対以上のフイン（１１）を
取り付けたことを特徴とする船体形状である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船体造波抵抗係数曲線
が大きな山に当たる速力域で航走する船の抵抗を減少す
る船体の形状に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の船体抵抗減少方法としては、造波
抵抗理論を応用して造波抵抗が最小となる船体横断面積
曲線を計算によって求め、設計に利用する方法が広く行
われている。これによりかなりの造波抵抗減少の効果が
えられているが、フルード数が０．３以上の高速船では
未だ不十分である。造波抵抗理論計算は船長／船幅（Ｌ
／Ｂ）の数値が８以上の細長船（実用的でない研究船
型）の場合は比較的実現象に適合するが、Ｌ／Ｂ＝４．
５〜７の幅広、大甲板面積をもつ実用船型では、理論計
算値と水槽試験結果とがあまり適合しない。図９は船速
（フルード数）を横軸に、造波抵抗係数（ｒｗ）および
波形造波抵抗係数（ｒｗｐ）を縦軸にとり、両者の関係
を示す概念図である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の船体形状では、
船体全抵抗係数から摩擦抵抗成分、粘性形状影響抵抗成
分を減じた造波抵抗係数（ｒｗ）は、船体後続波形解析
からえられる波形造波抵抗係数（ｒｗｐ：造波抵抗理論
に対応する造波抵抗係数）の約２倍程度の大きな値であ
る。このことは幅広船の船体周りでは流れの撹乱が大き
く、それによる非線形造波増や、波崩れ抵抗等の複雑な
抵抗増加分が自由波の抵抗に加重され、本来の造波抵抗
（船体周りの流れは一様流であると仮定している線形造
波抵抗理論によって定義される造波抵抗）よりかなり大
きな抵抗を発生していることがわかる。これら実用船の
抵抗を減少するには、現在行われているような自由造波
の抵抗を減らすことだけでなく、あわせて船体周りの自
由表面の乱れを除去して、余分な圧力抵抗増加を除去す
るという設計コンセプトが必要である。図１０は、船の
長さ方向を横軸にとり、航走中の船体表面圧力の船体横
断面ガース方向平均値を縦軸に描いたもので、実線（１
６）は従来型船の分布形を示し、点線（１７）は本発明
の形状を使用した船の分布形である。図１０は、従来型
船の船首部および船尾端部には流速の低下により鋭い正
圧のピークが生じ、それによって船首部および船尾部水
位は盛り上がり、造波発生の源泉となり、船体中央船側
部の流速は、船体から遠く離れた一様流速よりも加速さ
れ、船体表面圧力は負圧となり、船体中央船側部水位は
凹入することを示している。これによって吸引力が作用
し船体は沈下し、船尾トリムが発生する。船首部および
船尾端部の正圧のピーク値はＬ／Ｂに相違があっても大
きくは変化しないが、船体中央船側部の負圧の谷はＬ／
Ｂが小さい幅広船ほど大きなものとなる。また高速にな
るほど、正負の圧力分布の差は大きくなる。フルード数
が０．３を超すと、船首部の正圧から発する造波（後方
へ伝播）の第一谷と、船体中央船側部の負圧の谷が重な
り、非線形な状態で造波が増大する。また、従来型船の
肋骨線は朝顔型に大きく傾斜しているが、この肋骨線傾
斜の過大さは、それでなくとも船体沈下、船尾トリムの
増加によって激しくなった船体周りの自由表面撹乱現象
をさらに激化させる。そして流れの船体反射抵抗、波崩
れ抵抗はさらに大きくなる。本発明は、船の長さ方向の
船体表面圧力分布の変化の度合を少なくして、船体周り
の流れの撹乱による抵抗増加を抑制し、抵抗を減少させ
る船体形状を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の船体形状は、なめらかな曲線を形成するセ
ンター・バトックライン（３）が船体最大横断面積をも
つ横断面（８）の位置において基線（２）より上方にあ
り、当該横断面（８）の位置より船首方向へ下降して船
首船底部（４）において基線より下方にあり、船首船底
部（４）の喫水深さが船体中央部の喫水深さより深くな
るよう船首船底部（４）を垂下し、双船尾の船体にあっ
ては当該船体の船尾側面船底線（双船尾以外の船体にあ
ってはセンター・バトックライン（３））が船尾方向へ
下降し、船尾船底部（５）において基線より下方にあ
り、船尾船底部（５）の喫水深さが船体中央部の喫水深
さより深くなるよう船尾船底部（５）を垂下してなり、
当該船体の喫水線（２）より下方に一対もしくは二対以
上のフィン（１１）を取り付けてなる船体形状とした。
ここで、基線とは船体中央横断面の位置におけるセンタ
ー・バトックラインを通る水平線をいい、センター・バ
トックラインとは船体中心面の船底曲線をいう。

【０００５】

【作用】上記構成の船体形状とすることにより、 （イ）船体最大横断面積をもつ横断面（８）付近の排水
量の一部が船首部へ移動し、排水量分布が変わるととも
に船首船底部（４）の喫水深さが深くなり、船首部船体
周りの流速が高められ、船首部船体表面圧力は負圧化さ
れ、従来型船の場合に生じる船首部の分岐正圧ピークを
相殺し、船首部水位の盛り上がりは抑制される。 （ロ）船体最大横断面積をもつ横断面（８）の位置にお
ける船底部の喫水深さが浅くなり、当該部付近の流速増
大を抑制し、従来型船の場合に生じる圧力分布の大きな
谷を縮小することとなり、船体中央船側部水位の凹入は
抑制される。 （ハ）船尾船底部（５）を垂下させることにより伴流が
増大する。 （ニ）喫水線下方に取り付けたフイン（１１）により、
船体表面圧力分布の変化によって生じる船体沈下、船体
縦傾斜等の姿勢変化を抑制することができる。

【０００６】

【実施例】本発明の船体形状について、二軸双船尾型船
を対象として模型水槽試験を実施した。模型は船体最大
横断面積を従来型船の８０％〜９０％の範囲に縮小し、
船尾から船の長さの４０％の位置に置き、船首部におけ
る断面積を従来型船の２倍〜３倍に拡張し、船首先端を
「いるかの口先」のように太く、その長さを船の長さの
５％〜６％の範囲まで突出させた。本発明の構成によれ
ば、船体中央部付近での排水量減少分を船首部へ移動さ
せ、船首船底部（４）を深い喫水とすることになるの
で、船首部正圧のピークが相殺され、波崩れが抑制され
る。また、船首部から船体中央部に至る範囲での、肋骨
線の傾斜度は自ずから緩和され、従来型船にみられるよ
うな肋骨線傾斜影響による無益な水面の乱れは鎮静化さ
れる。造波抵抗理論応用の横断面積係数曲線を用い、上
記条件を加味した船体形状とすることによって、波形造
波抵抗が少なく、本発明の目的とする非線形造波抵抗、
船体反射抵抗および波崩れ抵抗が減少することが模型水
槽試験の結果確かめられた。同一長さ、同一排水量をも
つ従来型船に比し、本発明の船体形状の造波抵抗係数
（ｒｗ）は、フルード数０．３８において４０％の低減
をみた。これは造波抵抗係数（ｒｗ）と波形造波抵抗係
数（ｒｗｐ）の差が減ったことになる。すなわち、船体
表面圧力分布が均一化され、船体周りの流れの撹乱が抑
制され、船体沈下が僅少化し、それにより抵抗が減少し
たことを示している。本発明の船体形状による波形が小
さいことは、模型水槽試験を通じて観測された。上記と
同様の船体形状特性をもつ一軸船およびシャフトブラケ
ット付き二軸船についても、同様の性能特性が認められ
る。

【０００７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の船体形状を
使用すれば、 （イ）船体周りの流れの撹乱、波崩れ、反射波が少な
い。 （ロ）造波抵抗係数（ｒｗ）と波形解析から求められた
波形造波抵抗係数（ｒｗｐ）の差は従来型船に比して極
めて少ない。 （ハ）従来型船に比し、フルード数０．３５〜０．３８
の間で、全抵抗が２０％〜２５％低く、同一速力、同一
排水量の場合、所要軸馬力において３０％〜３５％と大
幅に低減する。また、フルード数が０．３５以上で従来
型船と同一馬力で航走する場合、約１ノット船速が速く
なる。 （ニ）船尾船底部の喫水深さが従来型船より大きいの
で、大直径プロペラの装備が可能となり、また、伴流利
得が増え、推進効率が従来型船より向上する。 （ホ）喫水線下に取り付けたフインの揚力により、船体
沈下、船体姿勢変化を抑制し、抵抗減少を図ることがで
きる。 以上のように、本発明の船体形状を採用すれば、モーダ
ルシフトが望まれている海上輸送のニーズに応えること
ができ、産業に大きな経済効果を及ぼすことが期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の双船尾型二軸船の側面図である。

【図２】本発明の双船尾型二軸船を船底側よりみた斜視
図である。

【図３】本発明の双船尾型二軸船のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ
−Ｃ、Ｄ−Ｄ、各横断面の肋骨線形状を示すものであ
る。

【図４】本発明の一軸船の側面図である。

【図５】本発明の一軸船を船底側よりみた斜視図であ
る。

【図６】本発明の一軸船の横断面のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ
−Ｃ、Ｄ−Ｄ、各横断面の肋骨線形状を示すものであ
る。

【図７】従来の双船尾型二軸船の側面図である。

【図８】従来の一軸船の側面図である。

【図９】フルード数と船体造波抵抗係数（ｒｗ）の関係
を示す概念図である。

【図１０】船の長さ方向と船体表面圧力分布の関係を示
す概念図である。

【符号の説明】

１ 喫水線 ２ 基線 ３ センター・バトックライン ４ 船首船底部 ５ 船尾船底部 ６ 船体中央横断面の位置 ７ Ａ−Ａ断面 ８ Ｂ−Ｂ断面 ９ Ｃ−Ｃ断面 １０ Ｄ−Ｄ断面 １１ フイン １２ 従来型船の造波抵抗係数曲線（ｒｗ） １３ 発明船の造波抵抗係数曲線（ｒｗ） １４ 従来型船の波形造波抵抗係数曲線（ｒｗｐ） １５ 発明船の波形造波抵抗係数曲線（ｒｗｐ） １６ 従来型船の船体圧力分布曲線 １７ 発明船の船体圧力分布曲線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 なめらかな曲線を形成するセンター・バ
   トックライン（３）が船体最大横断面積をもつ横断面
   （８）の位置において基線（２）より上方にあり、当該
   横断面（８）の位置より船首方向へ下降して船首船底部
   （４）において基線より下方にあり、船首船底部（４）
   の喫水深さが船体中央部の喫水深さより深くなるよう船
   首船底部（４）を垂下し、双船尾の船体にあっては当該
   船体の船尾側面船底線（双船尾以外の船体にあってはセ
   ンター・バトックライン（３））が船尾方向へ下降し、
   船尾船底部（５）において基線より下方にあり、船尾船
   底部（５）の喫水深さが船体中央部の喫水深さより深く
   なるよう船尾船底部（５）を垂下してなることを特徴と
   する船体形状。
2. 【請求項２】 請求項１の船体形状において、当該船体
   の喫水線（２）より下方に一対もしくは二対以上のフィ
   ン（１１）を取り付けてなることを特徴とする船体形
   状。