JPH08244676A - 船体の摩擦抵抗低減方法及び船体の摩擦抵抗を低減した船舶 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型船舶に有効な船体の摩擦抵抗低減方法及
び摩擦抵抗を低減した船舶を提供する。 【構成】 船底２に開口部４を有する空気溜５を設け、
前記開口部４の前方に船底２から突出する突起物３を設
けるとともに、前記空気溜５に空気を連続的に供給する
空気供給手段を設ける。船舶の航行中に空気溜に連続的
に空気を送り込んで船体の船底に直径数μｍの微細気泡
Ａを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は船体の摩擦抵抗低減方法
及び摩擦抵抗を低減した船舶に関し、詳しくは、船体の
摩擦抵抗を軽減して船の高速化や経済性を向上させる方
法及びこの方法を用いた船舶に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の船舶において、航行中に船体に随
伴される水層の厚さは、船体の大きさや形状、速度にも
よるが、１０〜１００ｃｍにも及ぶと言われており、船
体の周りに、これだけの水を引き連れていくために相当
の動力を損失している。航行中の船体に水が随伴される
のは、水の粘性が大きく、船体の側面及び下側の水を剪
断力によって引きずり出すためと思われ、水による摩擦
抵抗を低減できれば、船体に随伴される水を少なくで
き、船の高速化や経済性の向上が図れる。

【０００３】従来、船体と水との摩擦抵抗を軽減するた
めの手段として、人工の有機化合物や分子量が百万以上
の直鎖構造の有機高分子化合物、例えばポリエチレンオ
キサイドの水溶液を船底等に流して水の摩擦抵抗を減ら
したり、小型高速船では船体の面積を少なくしたり、ハ
イドロフォイルのように接水面積を小さくしたり、ホバ
ークラフトのように水面上に浮き上がらせて接水面積を
減らしたりすることが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のポリエ
チレンオキサイド等の水溶液を船底等に流すものでは、
実験的にはともかく、経済的にはコストが嵩んで商業的
な成立が困難であるだけでなく、海洋汚染の原因ともな
る。さらに、船体の面積や接水面積を小さくしたり、船
体を水面上に浮き上がらせたりすることは、大型船舶に
は適用が困難であった。

【０００５】そこで本発明は、大型船舶に有効な船体の
摩擦抵抗低減策を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の船体の摩擦抵抗低減方法は、船体の船底に直
径数μｍの気泡を発生させることを特長としている。

【０００７】また、本発明の船体の摩擦抵抗を低減した
船舶は、船底に開口部を有する空気溜を設け、前記開口
部の前方に船底から突出する突起物を設けるとともに、
前記空気溜に空気を連続的に供給する空気供給手段を備
えたことを特徴とし、また、前記開口部が小孔状で、か
つ、該開口部の後方に、該開口部の後方外周部を取囲む
形状の突起物を設けたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明方法によれば、船底に微細気泡が形成さ
れるので、船体と水との摩擦抵抗が減少する。摩擦抵抗
の減少には任意の径の気泡を使用できるが、気泡の径が
大きいと気泡同士が凝縮してさらに大きくなり、船体に
エロージョン等の不都合を発生させるおそれがある。一
方、径が数μｍの微細気泡では、気泡同士が凝縮しにく
くなり、エロージョン等を発生させることがない。

【０００９】また、本発明の船舶によれば、船の進行に
伴って船底に形成した突起物の後方に水の渦流が形成さ
れ、この渦流が空気溜の開口部から空気を引き込み、開
口部の端部に衝突して空気を微細化し、船底に微細気泡
を形成する。さらに、開口部の後方にも突起物を設ける
と、開口部前方の突起物で発生した渦流が開口部から空
気を引き込みながら開口部後方の突起物に衝突すること
により、効率よく微細気泡を形成することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１乃至図４は本発明の第１実施例を示すもの
で、船舶１には、船底２から突出する突起物３と、該突
起物３の後方に開口部４を有する空気溜５と、該空気溜
５に空気を供給するための空気供給手段である空気圧縮
機６及び空気導入管７とが設けられている。

【００１１】上記突起物３は、船舶１の前方で船底２が
比較的平面となる部分に設けられるもので、紡錘状，角
型等、各種形状および大きさで形成することができる
が、できるだけ水の抵抗とならず、本発明の目的を達成
できる形状，大きさで形成することが好ましく、例え
ば、幅２０ｃｍ，長さ４０ｃｍ，最大高さ１０ｃｍの紡
錘状のものを船底２の幅方向に複数個並べて配置する。

【００１２】突起物３の後方に設けられる開口部４は、
船底鋼板８を垂直方向に貫通して形成されるもので、各
突起物３に対応する位置にそれぞれ形成することが好ま
しい。空気溜５は、前記開口部４の内部側を鋼板９で覆
って気密な袋状の構造としたもので、空気圧縮機６から
空気導入管７を介して供給される大気によって所定の圧
力に保持される。この空気溜５は、各開口部４毎に独立
して設けてもよいが、複数の開口部４に対応して設けて
もよく、一つの空気溜５で全ての開口部４を覆うように
してもよい。同様に、空気圧縮機６及び空気導入管７の
数も任意である。

【００１３】このような構造を有する船舶１がある程度
の速度で航行すると、突起物３の後方に渦流が発生し、
この渦流が開口部４から空気溜５内の空気を水中に引き
込みながら開口部４の後端縁４ａに衝突し、引き込んだ
空気を微細な気泡にする。そして、航行速度が上昇し
て、例えば１０ノット程度になると、開口部４の後端縁
４ａによる剪断力によって気泡がさらに微細化され、直
径数μｍ程度の微細気泡Ａとなる。なお、空気溜５に
は、航行速度が所定速度以上、例えば５ノット以上とな
ったときに空気圧縮機６から空気を送り込み、開口部４
から空気が徐々に溢れ出るようにすればよい。

【００１４】微細気泡Ａが発生した段階で更に空気溜５
に供給する空気量を増すと、多量の微細気泡Ａが船底２
に沿って後方に流れ、これらの微細気泡Ａが船底２の持
つ剪断力を吸収して弱め、航行中の船舶１が随伴する水
の量を軽減して船体の摩擦抵抗を低減させる。すなわ
ち、このような構造を採用して船体２の船底に直径数μ
ｍの気泡を発生させることにより、船体の摩擦抵抗を低
減させることができる。

【００１５】次に、船長２００ｍ，船幅３０ｍ，喫水深
さ１２ｍの船について、本発明の要素の実寸部分を含む
船底部の部分模型を作り、高速回流水槽内で実験した結
果を表１に示す。なお、船長２００ｍ，船幅３０ｍ，喫
水深さ１２ｍの船は、約５００００トンの貨物を積載で
きるが、通常の構造の船舶では船速２０ノットにおいて
約４９０００馬力の動力を必要とする。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１の値は、従来構造の船体模型の抵抗値
を１００％として表示したものである。この結果から、
５ノット以下の微速状態では、突起物３は摩擦抵抗とな
るが、１５ノットでは突起物３のみでも摩擦抵抗を低減
する効果が現れた。しかし、流速を上昇させると摩擦抵
抗は再び増加の傾向が見られた。また、開口部４から空
気を放出すると、１０ノット付近から開口部４の後方で
空気の微細化が始まり数％の効果が現れた。さらに速度
を上げていくと、２０ノットでは１０％以上の摩擦抵抗
低減が、２５ノットでは２０％に近い摩擦抵抗低減が得
られた。

【００１８】この結果から、実船での動力を推算する
と、船速２０ノットでは４９０００馬力を４２６００馬
力に、また船速２５ノットでは９５８００馬力を７７６
００馬力に、それぞれ軽減できることとなる。

【００１９】図５は、本発明の第２実施例を示すもの
で、突起物３１を断面長方形の帯状、例えば、高さ４ｃ
ｍ，長さ２０ｃｍ，幅２０ｍに形成して船舶１の幅方向
に設けたものである。この突起物３１の後方には、船底
２の幅方向に延びる溝状の開口部４１を形成するととも
に、この開口部４１を覆う箱型の空気溜５１を船底２の
幅方向に形成している。

【００２０】図６及び図７は、本発明の第３実施例を示
すもので、複数の紡錘型の突起物３２を船底２の幅方向
に一列に並べて設けるとともに、その後方に溝状の開口
部４２を形成した空気溜５２を設けたものである。

【００２１】図８及び図９は、本発明の第４実施例を示
すもので、船底２の幅方向に断面長方形の帯状の突起物
３３を設け、突起物３３の後方に複数の小孔状の開口部
４３を船底２の幅方向に一列に形成するとともに、空気
溜５３は、全ての開口部４３を覆うように船底２の幅方
向に延びる１つの気密な袋状に形成したものである。さ
らに、各開口部４３の後方には、開口部４３の後方外周
部を取囲む馬蹄形状の突起物３４が設けられている。

【００２２】このように、開口部４３の後方にも突起物
３４を設けることにより、前方の突起物３３で発生した
渦流を後方の突起物３４に確実に衝突させることができ
るので、船底に効率よく微細気泡Ａを形成することがで
きる。

【００２３】各実施例において、微細気泡の形成は、船
舶自らの航行による水流で空気溜から空気を引き出すよ
うにして行われるので、新たに必要とする動力は、水面
と船底との水圧差をカバーして空気を開口部から送り出
す動力のみでよく、航行に必要な動力の軽減効果に比べ
て極めて少ない動力で賄うことができる。また、気泡が
極めて微細なため、船体の後方、例えばプロペラや舵等
の部分でエロージョン等の不具合を起すこともなく、後
方の船底部の塗装面を痛めることもない。さらに、薬剤
を使用しないので経済的であり、海洋汚染の問題もな
い。

【００２４】なお、本発明は上述の各実施例に限らず、
突起物，開口部，空気溜等の形状や取付け位置は、船舶
の大きさや形によって適宜設定することができ、突起
物，開口部，空気溜を船底の進行方向に２段あるいはそ
れ以上設けることも可能で、空気圧縮機やそれに付随す
る空気導入管等も、これらの設置コストと経済的効果と
を勘案して適宜設定すればよい。また、本発明方法にお
いて、船体の船底に直径数μｍの気泡を発生させる手段
は、上記構成に限るものではなく、他の手法を採用する
ことも可能ではあるが、上記構成を採用することによ
り、最も経済的に微細気泡を発生させることができる。

【００２５】さらに、本発明は、パイプ輸送等の固定し
た管内の流速を上げることにも適用することが可能であ
る。管内を流れる流体においては、管の中心線上で最大
になる断面が放物線状の速度分布を持つことが知られて
いるが、管の内周面に沿って微細気泡を発生させること
により、流体と壁面との抵抗が低減して流速が上昇し、
全体の輸送能力を増大させることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のように、船体の船底に数
μｍの径の気泡を発生させるので、船体の摩擦抵抗を低
減することができ、船の高速化を図ることができるとと
もに、運行に係る動力を著しく軽減させ、経済性を大幅
に向上させることができる。

【００２７】また、船底に突起物を設けるとともに、該
突起物の後方に開口部を設け、さらに、この開口部の後
方を取囲む突起物を設けることにより、船舶自身の運動
を利用して微細気泡を発生させることができるので、経
済性に富み、海を汚染することもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例を示す船舶の一部切欠き
側面図である。

【図２】 同じく一部切欠き正面図である。

【図３】 同じく要部の断面側面図である。

【図４】 同じく要部の底面図である。

【図５】 本発明の第２実施例を示す要部の断面側面図
である。

【図６】 本発明の第３実施例を示す船舶の底面図であ
る。

【図７】 同じく要部の断面側面図である。

【図８】 本発明の第４実施例を示す船舶の底面図であ
る。

【図９】 同じく要部の断面側面図である。

【符号の説明】

１…船舶、２…船底、３，３１，３２，３３，３４…突
起物、４，４１，４２，４３…開口部、４ａ…後端縁、
５，５１，５２…空気溜、６…空気圧縮機、７…空気導
入管、８…船底鋼板、９…鋼板、Ａ…微細気泡

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船体の船底に直径数μｍの気泡を発生さ
   せることを特徴とする船体の摩擦抵抗低減方法。
2. 【請求項２】 船底に開口部を有する空気溜を設け、前
   記開口部の前方に船底から突出する突起物を設けるとと
   もに、前記空気溜に空気を連続的に供給する空気供給手
   段を備えたことを特徴とする船体の摩擦抵抗を低減した
   船舶。
3. 【請求項３】 前記開口部が小孔状で、かつ、該開口部
   の後方に、該開口部の後方外周部を取囲む形状の突起物
   を設けたことを特徴とする請求項２記載の船体の摩擦抵
   抗を低減した船舶。