JPH0692285A - 水中翼付き船舶 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 滑走型船の高速化に適した水中翼付き船舶を
比較的簡単な構造で実現する。 【構成】 船底２が前部船底２ａと後部船底２ｂの二つ
の部分に段差４によって区分されたいわゆるステップ船
型の船舶において、前部船底２ａの後端よりも深い位置
において船体１の中心線上に配置される水中翼５を後部
船底２の前方に設けた。 【効果】 船底の滑走面よりも揚抗比が大きい水中翼で
揚力が分担されるので全体の船体抵抗が低減され、しか
も安定性は船体によって十分に保たれることになり、滑
走型船の速度や安定性の向上が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、船底と船底に設けら
れた全水没式の水中翼とによって揚力を発生させて航走
する水中翼付き船舶に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】全水没式の水中翼を備えた船としては、
例えば特開昭６１−７１２９５号公報あるいは実開昭６
１−１６９７９３号公報等に記載されたものが公知であ
る。しかし、前者は深い位置にあるキールに水中翼が取
り付けられたものであり、船速が高くなると造波抵抗や
摩擦抵抗が共に増大するので滑走型船の高速化には適し
ていない構造である。また、後者は水中翼を船底に収納
できるようにしたものであって、格納用の穴に水流が入
り込んで抵抗が増加するので、やはり滑走型船の高速化
には適していない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
問題点に着目し、滑走型船の高速化に適した水中翼付き
船舶を比較的簡単な構造で実現することを課題としてな
されたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、この発明では、船底が深い位置にある前部船底と
浅い位置にある後部船底の二つの部分に段差によって区
分された形状の船舶において、前部船底の後端よりも深
い位置において船体中心線上に配置される水中翼を後部
船底の前方に設け、この水中翼によって船体重量の一部
を支える揚力を得るようにしている。水中翼の面積は適
切な大きさの揚力を発生させるために後述するような計
算によって求められる。

【０００５】また、上記のような水中翼付き船舶におい
て、船底の両舷を下方に突出させて双胴船状に２個の胴
部を形成している。また、水中翼を垂直方向の軸の回り
を回動できるように支持すると共に、水中翼の形状を下
半角と前進角の少なくともいずれかを持つ形状としてい
る。更に、水中翼をチルトアップして後部船底の前方に
形成される段差空所に格納できるようにしている。

【０００６】

【作用】航走中は前部船底と後部船底のそれぞれの後端
部分は水面に接して船体滑走面となり、水中翼は水中に
没して船体重量の一部を支える揚力を生ずる。水中翼は
通常の滑走面よりも揚抗比が大きいため全体の船体抵抗
が低減され、また、縦方向並びに横方向の安定性は船体
によって保たれる。水中翼の支持機構は段差の後方に設
けることができるので水流が妨げられることはなく、支
持機構によって抵抗が増加することはほとんどない。ま
た、空気による揚力も発生させるようにしたものでは、
滑走型船の高速化に一層有利である。更に、水中翼に下
半角や前進角を持たせて回動できるようにしたもので
は、水中翼自体で横方向復原モーメントを発生させるこ
とにより横安定性を保つことができる。また水中翼を段
差空所に格納できるようにしたものでは、水中翼やその
チルトアップ機構が障害物等から保護される。

【０００７】

【実施例１】次に図示の各実施例について説明する。図
１乃至図３はこの発明の基本的な構成の一実施例を示し
たものであり、１は船体、２は船底、３はプロペラであ
る。船底２には前後方向のほぼ中央付近に全幅にわたっ
て段差４が設けられており、段差４より前は前部船底２
ａ、段差４より後は前部船底２ａよりも上、すなわち浅
い位置にある後部船底２ｂ、の二つの部分に船底２が区
分され、船体２はいわゆるステップ船型となっている。
５は段差４の直後に設けられた水中翼であって、前部船
底２ａの後端２ｃよりも下、すなわち深い位置において
船体１の中心線上あるいはほぼ中心線上に配置されるよ
うに後部船底２ｂの前方に設けられた支柱６により支持
されている。この支柱６は図１２に例示したような機構
によって破線で示すように後方にチルトアップ可能であ
る。また支柱６はその垂直な軸の回りを一定の範囲で回
動できるようにすることも可能である。

【０００８】図３は水中翼５と支柱６の形状を例示した
ものであり、水中翼５は一般には図示のように翼５ａを
左右に水平に設けた形状で、その断面形状は揚力を生ず
るために翼形となっており、その上方には必要に応じて
空気の巻き込みを防止するために平板状の整流板７が設
けられる。支柱６の断面形状は図に斜線で示すように整
流板７より下では左右対称な翼形、上では後方で幅が広
がるくさび形としてあり、通常は船体１の中心線に平行
にしておき、また必要に応じて適宜回動することによっ
て、船体１の横方向の揺れや傾きを制御する安定板とし
ての作用を発揮する。また支柱６をチルトさせることに
より水中翼５が段差４内に格納され、例えば障害物との
接触を避けることができる。

【０００９】この実施例は上述のように構成されてお
り、高速で航走する時には前部船底２ａと後部船底２ｂ
の図１の(b)に斜線を入れて示した部分が水面に接し、
船底滑走面となって揚力を生ずる。また水中翼５は水中
に没して揚力を生じ、双方の揚力がバランスした状態で
航走が行われるのであり、復原力を持つ船体１によって
縦方向と横方向の安定性が保たれ、揚力を水中翼５と船
体１が分担して船体重量が支えられる。このように、安
定性を船体１が受け持つために高度な姿勢制御などは不
要であり、しかも揚抗比が大きい水中翼で揚力が分担さ
れるので、比較的簡単な構造によって滑走型船の高速化
ができるのである。なお、実施例では水中翼５で負担し
た残りの船体重量を船体１の滑走面で負担しているが、
この発明は船体滑走面以外で残りの船体重量を負担する
船、例えば排水量型船、エア・クッション艇などにも適
用可能である。

【００１０】

【実施例２】次に、所要の揚力を得るのに必要な水中翼
５の面積について述べる。船体の前後に水中翼を設けて
船体全体を浮上させる形式の従来の水中翼船において
は、翼面積を決める場合には、船の重心位置とその前後
の水中翼の位置関係から各水中翼で負担する船体重量の
割合が決まるので、それぞれの負担する重量分の揚力を
発生するように前後の水中翼の面積を求めればよい。し
かし、この発明では水中翼は１個であり、残りの重量は
船体で負担し、しかもその大部分は後部船底の後端部分
で負担するようになり、その滑走面の大きさによって揚
力中心の位置も移動するため、水中翼で負担する揚力を
簡単には決定できない。そのために、以下のような手順
で水中翼面積を求めるのである。

【００１１】水中翼の発生する揚力は次の(1)式で表さ
れる。 Ｌf＝ＣL×１／２・ρＡｖ²……(1) ここで Ｌf：水中翼の揚力 ＣL：揚力係数 ρ ：流体密度 ｖ ：速度 Ａ ：翼面積 (1)式を変形して翼面積Ａを導びくと Ａ＝Ｌf／(ＣL×１／２・ρｖ²)……(2) となる。(2)式において、ρは定数であり、ｖは船の最
大速度でこれも定数とみなされるから、ＬfとＣLを求め
れば翼面積Ａを算出できる。

【００１２】図４は船体に発生する揚力の位置関係の大
略を示したものであり、各符号の意味は図中に示す通り
である。前部船底の滑走面は小さいのでその揚力Ｌh´
を無視すると、本船が安定に航走するには次式を満足す
る必要がある。上下方向の力の釣り合いについては Ｌh＋Ｌf＝Ｗ……(3) 重心回りの力の釣り合いについては Ｌh×(ｇ−ｈ)＋Ｌf×(ｇ−ｆ)＝０……(4) (3)(4)式をＬf，Ｌhについて解くと Ｌf＝Ｗ×(ｇ−ｈ)／(ｆ−ｈ)……(5) Ｌh＝Ｗ×(ｆ−ｇ)／(ｆ−ｈ)……(6) となる。(3)〜(6)式において、ｇ，ｆ，Ｗは船の設計段
階で与えられる数値であり、よってＬf，Ｌhはｈの関数
となる。

【００１３】ｈとＬhの関係を図５に示す。破線は船体
の姿勢を変えずに喫水量を変えた場合の揚力中心に発生
する揚力、実線は(6)式の値である。安定な航走にはｈ
とＬhの関係が実線のようになって釣り合いのとれた状
態になる必要があり、従って、両線が交わる点、すなわ
ちｈ＝ｘの位置が最適位置ということになる。そこでｈ
＝ｘを(5)式に代入して、最適な翼揚力Ｌfoptは、 Ｌfopt＝Ｗ×(ｇ−ｘ)／(ｆ−ｘ)……(7) となる。

【００１４】図６は船の最大速度ｖにおける水中翼の迎
角と揚力係数ＣL及び抗力係数ＣDの関係を示したもので
あり、揚抗比ＣL／ＣDが最大となる迎角αの時の揚力係
数が最適揚力係数ＣLoptである。この図６は周知のよう
に翼の形状によって求められる一般的なものである。従
って、図６から得られたＣLoptと(7)式から得られたＬf
optを(2)式にそれぞれ代入することにより、次の(8)式
によって最適な翼面積Ａoptを求めることができるので
ある。 Ａopt＝Ｌfopt／(ＣLopt×１／２・ρｖ²)……(8)

【００１５】

【実施例３】次に、水中翼の前後位置の決定について述
べる。船体全体を浮上させる形式の従来の水中翼船にお
いては、全没型水中翼船の場合は水中翼のフラップを電
子制御して横安定性を保持しており、また水面貫通型水
中翼船の場合は横方向に張り出した水面貫通翼で復原性
を保持し、水中翼で横安定性を保持するようにしてい
る。しかし電子制御はコストが非常に高くなり、また水
面貫通翼は小型船には不向きである。この実施例では翼
を電子制御することなく、船底の滑走面で復原性を確保
して安定航走できるようにすると共に、なるべく抵抗が
小さくなるように水中翼の位置を選定しているのであ
る。

【００１６】図７は水中翼の前後位置と抵抗及び横安定
性の関係を示したものである。抵抗に関しては、図のよ
うに水中翼が船の重心位置に近くなるほど低くなってい
る。これは、水中翼が重心位置に近ければそれだけ船体
全体を持ち上げる形となり、水中翼への負担割合を増や
せるために翼の効果が大きくなって抵抗が減るためであ
る。また横安定性に関しては、水中翼が前に移動するほ
ど良好となっている。これは、水中翼が前にあるほど水
中翼の揚力による船体のトリムが大きくなり、後部船底
の着水面の横幅が広がって着水面の縦寸法に対する横幅
の割合が大きくなるためである。

【００１７】そこで、横安定性が必要値以上確保でき、
しかも重心位置からそれほど離れず抵抗が小さい範囲に
水中翼の位置を選定すればよいことになる。図のＢはこ
の望ましい範囲を示したものであり、これによって抵抗
と横安定性がバランスした良好な位置に水中翼を設ける
ことができるのである。なお、横安定性に対する要求は
ユーザーによって多少異なるので、以上の考え方に従い
ながら適切に対応すればよい。

【００１８】

【実施例４】図８及び図９は水中翼のほかに空気による
揚力も発生させるようにした実施例である。すなわち、
船体１は船底２の両舷を下方に突出させて双胴船状に２
個の胴部８をそれぞれ形成し、船底２と水面とで囲まれ
る空気通路９が形成されるようになっている。なお、こ
の実施例では各胴部８，８はそれぞれが左右対称のＶ字
状断面を持つ形状となっている。また、前部船底２ａは
中心のキール部８ａが後部船底２ｂよりも深い位置まで
下方に突出して半三胴型の形状となっており、段差４よ
り後の後部船底２ｂは平底となっている。

【００１９】航走時には船体１の先端から各胴部８，８
の間に入った空気が空気通路９に押し込まれ、押し上げ
る力が船体１に作用するのであるが、高速で航走中は舳
先が上がって後方になるほど空気通路９の断面積が小さ
くなるので圧力が高まり、空気による揚力は特に大きく
なる。従って、船体重量を水中翼５と船体１が分担する
という作用に更に空気による揚力が加わり、滑走型船の
高速化に一層有利に作用するのである。また、両舷の胴
部８，８により横方向の復原力が十分に確保されるた
め、水中翼の揚力分担を大きくすることができて抵抗低
減に有利となる。更に、障害物を避ける等の目的で水中
翼をチルトする場合に胴部８，８間の平底の後部船底２
ｂに格納できるので、水中翼やチルトアップ機構の保護
がより確実となる利点も得られる。なお、各胴部８，８
がそれぞれ左右対称であるため船体１が傾いて胴部８の
片側が水面から浮いたような場合でも方向安定性が良好
であり、急な旋回が生じたりせずに安定して航走するこ
とができる。

【００２０】

【実施例５】全没型水中翼船において、水中翼の支柱に
フラップを設け、あるいは支柱を回動させるようにし
て、旋回と横安定性の確保を行うものが例えば特開昭６
１−２０００８０号公報に提案されている。しかし、こ
の公報のものでは直進時に横安定性の確保のために支柱
を回動すると旋回運動も発生してしまう。また旋回しよ
うとすると旋回方向とは逆向きのローリングモーメント
が生ずるため、操縦性に難点があると考えられる。図１
０及び図１１は横安定性を保つための横方向復原モーメ
ントを水中翼自体にも発生させるようにして、上記の問
題を解決した実施例である。

【００２１】この実施例では図のように水中翼５に前進
角と下半角を持たせ、回動機構１０で支柱６を回動する
ようにしてあり、支柱６を回動することにより迎角が変
化する。すなわち、左右の翼のうち前方に回動した側で
は迎角が小さくなり、後方に回動した側では迎角が大き
くなるため、水中翼５に支柱６の回動に伴うものとは逆
の復原方向のモーメントが発生して支柱６によるモーメ
ントが打ち消されるのであり、翼にフラップを設けて横
方向復原モーメントを発生させるような複雑な機構を用
いないで横安定性を保つことができ、操縦性も向上され
る。なお、図では前進角と下半角の両方を持たせた例を
示しているが、場合によってはいずれか一方のみでもよ
い。上記の回動機構１０としては、従来から公知の制御
機構、例えばジャイロセンサで船体１の姿勢を検出して
油圧サーボシステムを作動させるような機構を適宜採用
することができる。

【００２２】図１２は上述の各実施例における水中翼５
のチルトアップ機構を例示したものである。すなわち、
支柱６は回動軸６ａの回りに回動可能に支持されてお
り、支柱６と後部船底２ｂとの間に設けたチルトアップ
機構２１で矢印Ａ方向に回動させ、後部船底２ｂの前方
に形成される段差空所２ｄに格納できるようになってい
る。この実施例ではチルトアップ機構２１には油圧シリ
ンダ２２が用いられており、２２ａ，２２ｂは回動ピ
ン、２３は油圧ホース、２４は油圧配管、２５は継手、
２６はポンプ、２７はモータ、２８は制御器を示してい
る。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明は、船底が深い位置にある前部船底と浅い位置にある
後部船底の二つの部分に区分されたいわゆるステップ船
型の船舶において、前部船底の後端よりも深い位置にお
いて船体中心線上に配置される水中翼を後部船底の前方
に設け、この水中翼によって船体重量の一部を支える揚
力を得るようにしたものである。従って、通常の滑走面
よりも揚抗比が大きい水中翼で揚力が分担されるので全
体の船体抵抗が低減され、しかも安定性は船体によって
十分に保たれることになり、高速化に適した水中翼付き
船舶を比較的簡単な構造で実現して滑走型船の速度や安
定性の向上が容易となる。

【００２４】また、船底の両舷を下方に突出させて双胴
船状にすることにより空気による揚力も得ることがで
き、滑走型船の高速化に効果がある。また、水中翼を垂
直方向の軸の回りを回動できるように支持すると共に、
水中翼の形状を下半角と前進角の少なくともいずれかを
持つ形状としたものでは、水中翼自体で横方向復原モー
メントを発生させることにより横安定性の向上に効果が
ある。更に、水中翼を段差空所に格納できるようにする
ことにより、水中翼やそのチルトアップ機構が障害物等
から保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の基本的な構成を示す側面図
及び底面図である。

【図２】同実施例の要部の背面図である。

【図３】同実施例の水中翼部分の側面図及び平面図であ
る。

【図４】水中翼面積算出のための説明図である。

【図５】水中翼面積算出のためのグラフである。

【図６】同じく水中翼面積算出のためのグラフである。

【図７】水中翼位置決定のための説明図である。

【図８】別の実施例の側面図及び底面図である。

【図９】同実施例の背面図である。

【図１０】他の実施例の側面図及び底面図である。

【図１１】同実施例の要部の背面図である。

【図１２】各実施例におけるチルトアップ機構の構成を
例示した図である。

【符号の説明】

１ 船体 ２ 船底 ２ａ 前部船底 ２ｂ 後部船底 ２ｄ 段差空所 ４ 段差 ５ 水中翼 ６ 支柱 ８ 胴部 ９ 空気通路 １０ 回動機構 ２１ チルトアップ機構

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 修司 大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマーディ ーゼル株式会社内 (72)発明者 仙田 嘉和 岡山県邑久郡牛窓町牛窓6449番地の１ ヤ ンマー造船株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船底が深い位置にある前部船底と浅い位
   置にある後部船底の二つの部分に段差によって区分され
   た形状の船舶において、前部船底の後端よりも深い位置
   において船体中心線上に配置される水中翼を後部船底の
   前方に設け、この水中翼によって船体重量の一部を支え
   る揚力を得るようにしたことを特徴とする水中翼付き船
   舶。
2. 【請求項２】 水中翼の揚力ＬfをＬf＝Ｗ×(ｇ−ｈ)／
   (ｆ−ｈ)で表し、後部船底の発生する揚力ＬhをＬh＝Ｗ
   ×(ｆ−ｇ)／(ｆ−ｈ)で表し、この式で求められるＬh
   の値が船体の姿勢を変えずに喫水量を変えた場合に後部
   船底で発生する揚力と等しくなるようにｈを求め、この
   ｈの値から求めたＬfを最適な水中翼の揚力とし、船の
   速度ｖにおいて揚力係数と抗力係数の比が最大となる迎
   角の時の揚力係数ＣLを最適な揚力係数とし、これらの
   最適水中翼揚力Ｌf及び最適揚力係数ＣLを翼面積Ａを求
   める式Ａ＝Ｌf／(ＣL×１／２・ρｖ²)に代入すること
   によって、使用する水中翼の面積を決定した請求項１記
   載の水中翼付き船舶。 但し Ｗ ：船体の重量 ｇ ：船尾から船体の重心までの距離 ｈ ：船尾から後部船底で発生する揚力中心までの距離 ｆ ：船尾から水中翼で発生する揚力中心までの距離 ρ ：流体密度 である。
3. 【請求項３】 船底の両舷を下方に突出させて双胴船状
   に２個の胴部を形成し、各胴部の下面よりも浅い位置に
   前部船底と後部船底を設けると共に後部船底を平面状と
   した請求項１記載の水中翼付き船舶。
4. 【請求項４】 水中翼を垂直方向の軸の回りを回動でき
   るように支持すると共に、水中翼を下半角と前進角の少
   なくともいずれかを持つ形状とした請求項１記載の水中
   翼付き船舶。
5. 【請求項５】 水中翼をチルトアップして後部船底の前
   方に形成される段差空所に格納できるようにした請求項
   １，２，３または４記載の水中翼付き船舶。