JPH0764305B2 - 定深度半潜水式の水面航行船舶 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、沿線近海は勿論のこと、外洋をも航行し得
る超々大型船を含む船舶の構造の技術分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この発明は、船体の上下方向、前傾斜、後傾斜
の運動を水面に対し、潜没状態のみならず、浮上状態に
おいても可能にする横舵を装備し、テアドロップタイプ
等の少なくとも２つの可潜航船体が水面下にてセットさ
れるようにし、該可潜航船体と水面の上部に設けられた
船舶本体とが水面にて水流抵抗の少ない形状に形成され
た水切体を該水切体の水線面積の慣性モーメントより算
出されるメタセントリックハイトの値を負の値を含む小
さな値にするように水線面積を小さくして、一体的に連
結され、航行方向を変換する縦舵とスクリュー等の推進
装置を、又、排水部を有している定深度半潜水式の水面
航行船舶に関する発明であり、特に、水切体について航
行中の波浪、風、或いは、航行中の旋回による遠心力等
によって船体浮力が変化する場合、その変化量が船舶の
水面下の少なくとも前後に設けられた横舵の浮揚能力や
沈降能力以下であるように舵の面積と配設距離間隔を有
する横舵の構造の構成と船体の復原する能力を有さない
水切体の構造の構成の効果により該横舵を制御して船体
に動揺を起さないように運航されている定深度半潜水式
の水面航行船舶に係る発明である。

〈従来の技術〉 周知の如く、人類を含む動物の活動エリアとしては、歴
史的に陸上、水中、空中の３つのエリアがあり、そのう
ち陸上は、本来的に陸上動物の走行等の活動の場所であ
り、空中は鳥の飛翔の場で、水中は魚類の浮泳の場で、
水中から陸上へ亘る、或いは、陸上から水中へ亘る活動
は両棲類が行い、又、鳥は空中、及び、地上の両者に亘
って活動し、一部の魚類の中には水中、及び、空中の両
者に亘って活動する場合があり、哺乳類として発達した
人類は水中と空中との間の水面に対して船という技術手
段を介して活動するようになってきた。

而して、人類にとってのかかる技術手段としての船は歴
史上、古代のおわん型の船から近代の巨大な船舶に至る
まで基本的態様としては外形について水流抵抗を少なく
する形状に形成されて水を排除し、排除した水の浮力に
よって水面上に浮上し、水面上に残された舷の高さによ
り、予備浮力を残存させて船が傾斜しても復原する能力
を保持するようにされ、推進装置としては櫂とか竿や風
力を利用し、近代ではプロペラ等の機械力によって前進
するようにされていたが、原理的には現代に至るまで本
質的な変化は無いものである。

そして、近世に至って出現した深海艇や潜水艦等の潜没
状態で水中を航行し得る船舶はそれまでの水面のみを航
行する船舶に対して革命的な技術開発であった。

さりながら、該種潜没状態で水中を航行し得る船舶にと
っては実効上長い潜没時間を必要とし、旧来用いられて
きた蓄電池等によるエネルギーは経時的に有限であり、
所謂シュノーケル装備等の潜水艦においても長時間の潜
没運航は時間的に有限であったものが、近時原子力利用
により経時的に無限な長期運転が可能にはなったもの
の、装備する原子炉やその周辺機器にとって危険な条件
下での稼動を行う制約があるために、取扱いが難しいと
いう難点があり、又、経済的にも見合わないという不利
点があった。

したがって、コマーシャルベースを無視することの出来
ない通常の商業船舶等にあっては、水面航行を行う態様
が結果的に長く用いられていた。

そして、当然のことながら、かかる水面航行船舶は、大
気中の酸素を必要とする推進機関が設けられており、そ
のため次のような問題があった。

〈発明が解決しようとする課題〉 即ち、水面を浮上して航行する船舶においては、縦揺れ
と横揺れは極めて不愉快な現象であり、該縦揺れ、横揺
れが船舶の復原力を保証するものとしてはわかっていて
も、乗員にとり精神的に、又、心理的に航行中は不安定
にかられるものであり、中型船や小型船では所謂スタビ
ライザー等を設けてこれに対処することが可能ではある
が、大型船ではこれらの手段を設けても効果が薄く、
又、船舶の安定性能を犠牲にし、復原性を故意に減少さ
せて操作を行うようにすることにより揺れを少なくする
ことも理論上は可能であっても、現実には極めて危険を
伴うものであり、この点前述潜没状態で水中を航行する
船舶に比し、本来的にマイナス点であることは勿論、理
屈のうえでは水面を航行する船舶を潜没状態にして航行
するようにすることが可能であるとしても、浮力を失っ
て、一旦、不測にして沈降を始めると、海底に鎮座する
までは沈降が続くという不具合がある。

そして、左右の横揺れについては浮力の中心を重心の中
心より上に在るようにすることによって安定を維持する
ことが出来るが、縦揺れについては船体が前後方向に半
回転する等という事態が生じかねず、これに対処するに
適宜の少量の水を前後方向に注排水したり移動させたり
することが考えられはするが、水の慣性によってこれを
即応的に行うことは技術的に極めて困難であり、又、可
能であってもコスト高になる不利点があった。

又、水面上での船体の動揺を避けるために水中翼を設け
ている構造の船舶もあるが、かかる船舶にあっては水面
が嵐等によって荒れるような場合には安定した航行が不
可能であり、特に、船舶が大型になる態様では大重量の
船体を浮上させる能力に欠ける等の欠点があった。

一方、近代の船舶においては基本的にさまざまな理由か
ら高速航行が要求され、したがって、高速になる程推進
抵抗が大きくなり、装備している大馬力の機関による発
生エネルギーはこの推進抵抗に大くを消費される不具合
がある。

この推進抵抗の内の大部分は水に対する抵抗である。

而して、当業者にとり周知の如く、当該水に対する抵抗
の中の１つは摩擦抵抗で、１つの造波抵抗であって、航
行速度が小さい状態では、造波抵抗が小さく、摩擦抵抗
が大部分であるが、航行速度が大になると、逆に造波抵
抗の方が加速度的に増えていくものであり、使用するエ
ネルギーの大部分は該造波抵抗に費されるのである。

〈発明の目的〉 この発明の目的は上述従来技術に基づく船舶の水面を航
行する利点と不利点、並びに潜没状態での航行の利点、
不利点、及び、両者の利点のみを相入れることが出来な
かった船舶の問題点を解決すべき技術的課題とし、合理
的、且つ、簡易な構造によって両者の利点のみを結合す
ることが出来るようにして輸送産業における洋上航行技
術利用分野に益する優れた定深度半潜水式の水面航行船
舶を提供せんとするものである。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの発
明の構成は、前述課題を解決するために、水面を航行す
る船舶の船舶本体を水面の吃水線の上方にあるようにし
水面下に可潜航船体を造波抵抗の少ない潜没状態にし、
水面下の少なくとも２つの可潜航船体が水切体を介して
水面上の船舶本体に連結されて横舵と縦舵と推進装置と
注排水部を有する半潜水式の水面航行船舶であって、上
記半潜水式の水面航行船舶が 船体の縦横の少くともい
ずれかの船体傾斜に際しての水切体の形成について該水
切体の水線の船体への傾斜中心線に対する該水切体の水
線面積の慣性モーメントの値より算出されるメタセンタ
ーの位置の船体重心点より高位にある距離であるメタセ
ントリックハイトの値をメタセンターの位置が船体重心
点より低位にあることを意味するメタセントリックハイ
トの負の値を含む極めて小さい値にするように水切体の
水線面積を小さくして 上記船体の傾斜によって生ずる
水切体の予備浮力の量に起因する船体浮心の船体傾斜方
向への移動量を小さくして船体傾斜等の船体浮心を通る
浮力の水線に対する作用線の船体重心点より高位にある
距離の値を該作用線の船体重心点より低位にあることを
意味する該距離の負の値を含む極めて小さい値にするよ
うに水切体の予備浮力を小さくして水切体の有する水線
面積と予備浮力のみで自ら復原の性能をもたない構造と
され、而して、船体の縦横の少くともいずれかの船体傾
斜に際して該水切体の浮力の変化量に起因する自ら復原
する性向をもたない船体傾斜力に対抗して船体を復原す
る能力をもつような舵の面積と配設距離間隔を有する横
舵を船体動揺に際して動揺制御に必要な抑制力を発揮す
るように制御して船体に動揺を起さないように運航さ
れ、一定の船の深度を維持して航行することが出来るよ
うにし、船舶本体上の広さを可及的に大きくして客室を
大にし、又、効率的に荷物を積載することが出来るよう
にし、しかも、、推進装置の機関を蒸気機関や内燃機関
のような酸素を使用し得る機関として大気中の酸素を十
分に消費出来るようにし、又、排気もスムーズに行なわ
れるようにし、水面航行船舶としての機能は一般在来の
船舶と全く同様にし、横舵による浮力調節によって全天
候下で安定した航行が行われるようにした技術的手段を
講じたものである。

〈実施例〉 次に、この発明の実施例を図面に基づいて説明すれば以
下の通りである。

第１、２図に示す基本的実施例において、１は可潜航船
体であって水面下に在り、当該実施例においては、その
形状が所謂テアドロップタイプに形成されており、その
前後部の両側下側には横舵５、５…が各々上下方向で前
傾斜、後傾斜の運動を自在にされており、コンピュータ
制御による適宜駆動装置によりリアルタイムで動作可能
にされている。

かかるコンピュータ制御はこの発明の出願時の技術レベ
ルで当業者にとって困難性がなく適宜に採用可能であ
る。

尚、当該実施例を含めて図中WL−１、WL−２は各々可潜
航船体１の浮上状態の水面と潜没状態の水面のレベルを
示しているが、図示の都合上、可潜航船体１に対して相
対的に示してある。

そして、第３、４図に示す実施例においては、船舶本体
２が水面より上方にあるようにして水面に対する水流抵
抗を可及的に小さくして形成された一対の水切体３、３
を介して可潜航船体１、１を一対一体的に下設してあ
る。

該水切体３、３についてはその水線面積と予備浮力は可
及的に小さくされ、該水線面積と予備浮力のみで船体の
縦横の少くともいずれか一方の傾斜に対して自ら復原可
能性をもたないような構造とされている。

即ち、該水切体３の水線の船体へ傾斜中心線に対する該
水切体３の水線面積の慣性モーメントの値よりメタセン
ターの位置の船体重心点より高位にある距離であるメタ
セントリックハイトの値をメタセンターの位置が船体重
心点より低位にあることを意味するメタセントリックハ
イトの負の値を含む極めて小さい値にするように水切体
３の水線面積を小さくしてある。

そして、設計変更的には第３図に示す様に、水切体３は
連結の強度を大きくする場合には点線で示す様に各々側
面図Ｖ型の水切体３′、３′として設けるようにするこ
とも可能である。

又、第４図に示す様に、船舶本体２の内部には水タンク
（海水タンク）等の注水部４が形成されている態様も採
用可能である。

而して、上述第３、４図に示す実施令について、その作
用を第７、８図により説明すると、まず、第７図に示す
様に、可潜航船体１がWL−２に示されるレベルの水面に
対し潜没して航行している状態において、縦波、即ち、
波浪Ｗ−１が相対近接すると、水切体３の前部に波によ
る浮力が発生し、当該浮力による増加分とされる浮力＋
Ｂに対抗して可潜航船体１の前部の横舵５′を前述した
如くコンピュータ制御を介してリアルタイム的に前方下
向き傾斜して下降力−Ｆを形成させ、それによって水切
体３の前部での水面WL−２に対する深度を変わらないよ
うにし、又、該水切体３の後部にて船舶の前進に伴い波
浪Ｗ−２が相対的に後方に来て船舶の前進に伴い、水切
体３の後部では波による浮力に減少が生じ、当該浮力に
よる低下分とされる浮力−Ｂに対抗して後側の横舵５″
の浮力を同様コンピュータ制御により同じくリアルタイ
ム的に＋Ｆだけ作用させ、これによって水切体３の後部
の水面WL−２に対する深度を変わらないように維持す
る。

即ち、上記船体の傾斜によって生ずる水切体３の予備浮
力の量に起因する船体浮心の船体傾斜方向への移動量を
小さくして船体傾斜時の船体浮心を通る浮力の水線に対
する作用線の船体重心点より高位にある距離の値を該作
用線の船体重心点より低位にあることを意味する該距離
の負の値を含む極めて小さい値にするように水切体３の
予備浮力を小さくして水切体３の有する水線面積と予備
浮力のみでは自ら復原の性能をもたない構造とされてお
り、而して、船体の縦横の少くともいずれかの船体傾斜
に際して該水切体３の浮力の変化量の少いことに起因す
る自ら復原する性能をもたない船体傾斜力に対抗して船
体を復原する能力をもつような舵の面積と配設距離間隔
を有する横舵の制御により船体に動揺を起さないように
運航される。

この場合の水切体３に印加される波浪による浮力の増加
減少分に対する横舵５′、５″の旋回制御については船
舶に搭載する適宜の波浪検知の装置とコンピュータ制御
により横舵５′、５′の旋回動を正確に波浪Ｗ−１、Ｗ
−２の近接にリヤルタイムで対応して上述の如く制御操
作することが出来、このことは単に波浪による船体浮力
の増減まに対処するばかりでなく、風力や船舶の旋回力
等の外力に対しても同様に制御することが出来る。

したがって、船舶の前後方向、即ち、縦方向の所謂ピッ
チング現象は全く消去され、水面WL−２に対する深度は
一定に保たれ、前後方向の水平度は安定状態にされて航
行される。

而して、第８図に示すローリング現象の対処について
は、当該第８図左側から、即ち、左舷Ｌ側に波が高まっ
て山が形成され、右舷Ｒ側には谷が形成されると、該左
舷Ｌ側に波による浮力＋Ｂ′が、又、右舷Ｒ側には低減
分の浮力−Ｂ′が発生し、更に、図示する様に、該右舷
Ｒ側から風Ｗが加わった場合、及び、船体が右旋回の場
合には、左舷Ｌ側の浮力＋Ｂ″が、又、右舷Ｒ側には浮
力−Ｂ″が印加されることになるが、左舷Ｌ側の横舵５
′を前述同様にコンピュータ制御を介し下向にし、浮
力＋Ｂ′、＋Ｂ″に相当する沈降力−Ｆ′、−Ｆ″を作
用させ、又、右舷Ｒの横舵５に対しては浮力−Ｂ′、
−Ｂ″に相当する浮力＋Ｆ′＋Ｆ″を形成するように同
様に作用させ、したがって、左右方向に於いても各可潜
航船体１、１は常に水面WL−２に対する設定深度を維持
し、そのため、ローリングすることなく、したがって、
船舶本体２は水平状態を保って安定した姿勢で航行する
ことが出来る。

次に、第５、６図に示す実施例は船舶本体２の後部であ
って水切体３、３の間に別設して懸垂体９を設けてその
下部に縦舵６を設けると共に推進装置としてのプロペラ
７が装備されている態様である。

又、第９、10図に示す実施例は貨物運搬用船舶の態様で
あり、船舶本体２の上部には所定の貨物８、８…が載置
され、上述実施例同様に左右一対の水切体３、３の各々
には一基づつの可潜航船体１が下設連結され、各々前後
部に注水部４、４が設けられ、更に前後部に横舵５′、
５″が設けられ、後部には推進装置としてのプロペラ７
が設けられると共に縦舵６が設けられている態様であ
り、又、第11図に示す実施例は船舶本体２の前後に各々
左右一対の水切体３、３が縦列状態で下延されてその下
端に各々一基の可潜航船体１、１が設けられ、したがっ
て、当該実施例にあっては合計４個の可潜航船体１、１
…が設けられ、各々横舵５′、５″を有し、又、後側の
可潜航船体１の後部には推進装置のプロペラ７、及び、
縦舵６が設けられているが、いずれも上述各実施例と作
用効果に何等変りはなく、前後方向の波浪、横方向の波
浪、風力、旋回力等の外力に対してはコンピュータのリ
アルタイムでの制御による各横舵の旋回動作用を介して
の傾動により増減する浮力に対する昇降力を印加するこ
とにより、船舶本体を常にその水面に対し一定高さに、
又、各可潜航船体は一定深度に保って船舶を常に水平状
態で航行させることが出来る効果が奏される。

尚、この発明の実施態様は上述各実施例に限るものでは
ないことは勿論であり、水切体３、及び、その下端に連
結される可潜航船体１については３つ以上設けることも
出来る等種々の態様が採用可能である。

そして、その対象とする船舶は外洋航行の大型船舶のみ
ならず、近海を航行する中小形船舶にも適用出来ること
も勿論のことである。

〈発明の効果〉 以上、この発明によれば、基本的に、外洋や近海を航行
する船舶において、波浪、風力、船舶の旋回等による外
力に対してその浮力が変化しても、その変化量は船舶の
水面下に設けた横舵の昇降力以下であるように水切体を
形成していることにより、即ち、船体傾斜に際しての水
切体の形成について、該水切体の水線の船体への傾斜中
心線に対する該水切体の水線面積の慣性モーメントの値
より算出されるメタセンターの位置の船体重心点より高
位にある距離であるメタセントリックハイトの値をメタ
センターの位置が船体重心点より低位にあることを意味
するメタセントリックハイトの負の値を含む極めて小さ
い値にするように水切体の水線面積を小さくして上記船
体の傾斜によって生ずる水切体の予備浮力の量に起因す
る船体浮心の船体傾斜方向への移動量を小さくして船体
傾斜時の船体浮心を通る浮力の水線に対する作用線の船
体重心点より高位にある距離の値を該作用線の船体重心
点より低位にあることを意味する該距離の負の値を含む
極めて小さい値にするように水切体の予備浮力を小さく
して水切体の有する水線面積と予備浮力のみでは自ら復
原の性能をもたない構造とされ、而して、船体の縦横の
少くともいずれかの船体傾斜に際して該水切体の浮力の
変化量の少いことに起因する自ら復原する性向をもたな
い船体傾斜力に対抗して船体を復原する能力をもつよう
な舵の面積と配設距離間隔を有する横舵を船体動揺に際
して動揺抑制に必要な抑制力を発揮するように制御して
船体に動揺を起さないように運航されるようにされてい
ることにより、上述の条件の範囲内では船舶は常に水平
に安定した状態で航行することが出来るという優れた効
果が奏されるものであり、したがって、ローリングは勿
論のこと、ピッチングも防止され、安定した状態で貨物
や乗客を搬送することが出来るという効果が奏され、
又、水切体に相対近接して昇降変化する波浪や水切体の
昇降を自動的に適宜のセンサーによって検出してコンピ
ュータによりリアルタイムで処理し、横舵を上向き、或
いは、下向に傾斜させて昇降力を付与することが出来る
ために、船体に対して波浪等による浮力の増減が作用し
ないうちにリアルタイムで昇降力を印加して常に船舶を
安定に水平状態にすることが出来るという優れた効果が
奏される。

又、横舵は水中に設けられていることにより、船舶が高
速走行すればするほど、大きな浮力、沈降力を付与する
ことが出来るために、外洋で海が荒れた場合であって
も、安定した航行を保証し得るという優れた効果が奏さ
れる。

そして、水切体を介して船舶本体を水面上方に設けるこ
とが出来るために、大気の酸素を用いる内燃機関、或い
は、蒸気機関等の推進力を自由に得ることが出来ること
になり、水面航行船舶の通常のメリットが充分生かすこ
とが可能であるという効果が奏される。

更に、船舶本体が水面の上方に設けることが出来るため
に、高速艦艇の如く、流線形の船体にしなくても済むこ
とにより、大きなスペースを確保することが出来、大量
の貨物、多数の乗客を搬送することが出来、そのうえ、
高速航行時の造波抵抗も少なくてエネルギー効率も向上
するという優れた効果が奏される。

そのため、商船等のコストメリットも大きくすることが
出来、経済的にも見合うという効果が奏される。

而して、船体傾斜に際しての水切体の形成について、該
水切体の水線の船体への傾斜中心線に対する該水切体の
水線面積の慣性モーメントの値より算出されるメタセン
ターの位置の船体重心点より高位にある距離であるメタ
セントリックハイトの値をメタセンターの位置が船体重
心点より低位にあることを意味するメタセントリックハ
イトの負の値を含む極めて小さい値にするように水切体
の水線面積を小さく出来る効果がある。

又、上記船体の傾斜によって生ずる水切体の予備浮力の
量に起因する船体浮心の船体傾斜方向への移動量を小さ
くして船体傾斜時の船体浮心を通る浮力の水線に対する
作用線の船体重心点より高位にある距離の値を該作用線
の船体重心点より低位にあることを意味する該距離の負
の値を含む極めて小さい値にするように水切体の予備浮
力を小さくして水切体の有する水線面積と予備浮力のみ
では自ら復原の性能をもたない構造とすることが出来、
したがって、船体の縦横の少くともいずれかの船体傾斜
に際して該水切体の浮力の変化量の少いことに起因する
自ら復原する性向をもたない船体傾斜力に対抗して船体
を復原する能力をもつような舵の面積と配設距離間隔を
有する横舵の制御により船体に動揺を起こさないように
運航される優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例の説明図であり、第１図は基本
実施例の側面図、第２図は同正面図、第３、４図は別の
実施例の正面図、第５図は他の実施例の側面図、第６図
は更に他の実施例の正面図、第７図は波浪と船舶の関係
姿勢の側面図、第８図は同正面図、第９図は別の実施例
の側面図、第10図は更に別の実施例の正面図、第11図は
更に他の実施例の側面図である。 １……可潜航船体、５、５′、５″……横舵、 ３……水切体、２……船舶本体、 ６……縦舵、７……推進装置、 ４……注排水部、Ｂ……浮力、 Ｆ……昇降力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水面下の少なくとも２つの可潜航船体が水
   切体を介して水面上の船舶本体に連結されて横舵と縦舵
   と推進装置と注排水部を有する半潜水式の水面航行船舶
   において、上記半潜水式の水面航行船舶が、船体傾斜に
   際しての水切体の形成について該水切体の水線面積の慣
   性モーメントの値より算出されるメタセントリックハイ
   トの値を負の値を含む極めて小さい値にするように水切
   体の水線面積を小さくして 上記船体の傾斜によって生
   ずる水切体の予備浮力の量に起因する船体浮心の船体傾
   斜方向への移動量を小さくして船体傾斜等の船体浮心を
   通る浮力の水線に対する作用線の船体重心点より高位に
   ある距離の値を負の値を含む極めて小さい値にするよう
   に水切体の予備浮力を小さくして水切体の有する水線面
   積と予備浮力のみでは自ら復原の性能をもたない構造と
   され、而して船体の縦横の少くともいずれかの船体傾斜
   に際して該水切体の浮力の変化量の少いことに起因する
   自ら復原する性向をもたない船体傾斜力に対抗して船体
   を復原する能力をもつような舵の面積と配設距離間隔を
   有する横舵の制御により船体に動揺を起こさないように
   運航されることを特徴とする定深度半潜水式の水面航行
   船舶。