JPH1016876A - 船舶の摩擦抵抗低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小さな吹き出し圧力で微小気泡を発生させて
浸水部表面に良好なボイドを形成させる。 【解決手段】 船体形状により求められる流線３ａの軌
跡に応じ、船首部２の浸水部の船側外板１ａに空気吹き
出し器８を組み付ける。空気吹き出し器８は、ブロワ５
より空気送給管７を経て送られた加圧空気６を、多数の
空気吹き出し口９から水中へ吹き出させて微小気泡１０
を発生させる。発生させた微小気泡１０の大部分を流線
３ａに乗せて船底や船尾の方向へ送り、ボイドを形成さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は航行時に船体表面に
作用する粘性摩擦抵抗を低減できるようにする船舶の摩
擦抵抗低減装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】船舶の航行時には、流体としての海水の
粘性のために船体の周りに海水による境界層が形成され
るが、この境界層の中では、海水の流速は船体表面が零
で船体表面から離れるに従い急激に大きく変化する傾向
にあり、船体の表面に海水の摩擦抵抗が作用し船体抵抗
の大きな要素の一つとなっている。

【０００３】そのため、近年、上記船体の表面に作用す
る摩擦抵抗を減少させて推進性能を向上させるための研
究が進められており、その対策の一つとして、船体表面
から微小気泡（マイクロバブル）を噴出させ、船体の浸
水部（没水部）表面の境界層内に微小気泡を吹き込んで
船体の浸水部表面を微小気泡で覆うことにより船体表面
に作用する摩擦抵抗を低減することを狙ったマイクロバ
ブル推進法の研究が進められている。

【０００４】マイクロバブル推進法を具現化するための
一つの方法として、空気ポンプ等の空気供給装置で発生
させた加圧空気を船底から水中へ吹き出させて、船底に
微小気泡による所要のボイドを形成させるようにするこ
とが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、加圧空気を
船底から水中に吹き出させて微小気泡を発生させる技術
では、船底部の静圧が大きいことから、加圧空気吹き出
し時のエネルギー消費が大きく、摩擦抵抗低減によるエ
ネルギー節約よりも、微小気泡発生のためのエネルギー
消費の方が大きくなってしまう問題があり、又、船体形
状はその船によって異なるため、微小気泡を船底から発
生させたとしても、微小気泡により摩擦抵抗低減に効果
のある高いボイド率が生じるか否かは研究課題である。

【０００６】そこで、本発明は、小さな吹き出し圧力で
微小気泡を発生させて浸水部表面に所要のボイド率を生
じさせるようにすることにより船体摩擦抵抗を低減させ
ることができような船舶の摩擦抵抗低減装置を提供し、
以て、マイクロバブル推進法の具現化に寄与することが
できるようにしようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、加圧空気供給装置より空気送給管を通し
て供給された加圧空気を多数の空気吹き出し口から水中
に吹き出させて微小気泡を発生させるようにしてある空
気吹き出し器を、船首部の船側外板の浸水部で且つ船体
形状に応じて求められた流線が船体表面に沿って流れる
領域に、発生した微小気泡の大部分を流線に乗せて流せ
るように船首側と船尾側の高さが異なる姿勢として組み
付けた構成とする。

【０００８】空気吹き出し器の空気吹き出し口の部分で
発生した微小気泡が流線に乗って送られることから、船
体の浸水部表面を微小気泡で覆うことができて浸水部の
ボイド率を向上させることができ、船体に作用する摩擦
抵抗を低減できるようになる。しかも、空気吹き出し器
は船側外板に組み付けてあることから、船底から加圧空
気を吹き出させる場合に比して加圧空気の吹き出し圧力
が小さくて済むことになる。

【０００９】又、空気吹き出し器への空気送給管の接続
位置を、空気吹き出し器の上下方向最下部とした構成と
すると、加圧空気を空気吹き出し器の長手方向に対し均
一な圧力で加圧空気を吹き出させることができる。

【００１０】更に、空気吹き出し器を長手方向に複数分
割し、該各分割空気吹き出し器毎に空気送給管を接続し
た構成とした場合は、加圧空気の吹き出し圧力を長手方
向でより均一化することができるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１２】図１（イ）（ロ）は本発明の実施の一形態
を示すもので、船体１の船首部２における浸水部で船体
表面に沿って集中的に流れる流線３ａが発生するような
船体形状を有する船舶への適用例について示す。

【００１３】すなわち、船体１の船首部２上に、電動機
４によって駆動されるブロワ５を加圧空気供給装置とし
て設置し、該ブロワ５にて発生させた加圧空気６を流量
調整弁１１付きの空気送給管７を通し多数の空気吹き出
し口９から水中に吹き出させることにより微小気泡１０
を発生させるようにしてある空気吹き出し器８を、船体
形状に応じて求められた上記集中的に流れる流線３ａの
軌跡に沿うように、船尾側が高くなるような傾斜姿勢と
して船側外板１ａに組み付け、発生させた微小気泡１０
の大部分が流線３ａに乗って流れることにより摩擦抵抗
低減に効果のある高いボイド率を生じさせるようにす
る。

【００１４】上記空気吹き出し器８は、図１（ロ）にそ
の一例の詳細を示す如く、船側外板１ａに多数の細孔状
の空気吹き出し口９を直接穿設し、且つ上記船側外板１
ａの内側に、各空気吹き出し口９を取り囲むようにシー
チェスト１２を取り付け、該シーチェスト１２の最下部
に空気送給管７を接続してなる構成としてある。

【００１５】本発明者等は、船体形状が与えられると、
船体周りにおいて流線に沿って流れる微小気泡の乱流拡
散を考慮した運動と任意位置でのボイド率分布を求める
計算式を確立した。この計算式では、乱流拡散の影響
は、等方性乱流の仮定の基で乱数を用いて、Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸（上向き）方向の流速を変動させ、微小気泡の
軌跡に乱れを与えることにより考慮した。すなわち、微
小気泡のランダムな運動をモンテカルロ法により直接的
にシミュレートした。微小気泡の運動が計算されると、
ボイド率は、ある時刻における検査領域内（セル内）に
存在する微小気泡の体積を検査領域（セル）の体積で除
することにより求めることができる。したがって、与え
られた船体形状を基に、摩擦抵抗低減に効果のある高い
ボイド率が生じるような船首部での流線の軌跡を求める
ことによって、上記加圧空気吹き出し器８の組み付け位
置を決定した。

【００１６】巡航速度での航行時に、ブロワ５を電動機
４で駆動して、加圧空気６を空気送給管７を通して空気
吹き出し器８内に導き、空気吹き出し口９から水中へ吹
き出させるようにすると、該空気吹き出し器８が集中的
に流れる流線３ａの軌跡に沿うように組み付けてあるの
で、発生した微小気泡１０の大部分は上記流線３ａに乗
って船底や船尾へ向けて流れることになる。このため、
船体１の浸水部表面を微小気泡１０で効果的に覆うこと
ができて、船体１の浸水部表面に微小気泡１０によるボ
イドが形成されることになり、このボイドの存在により
船体１の摩擦抵抗を低減することができる。因に、たと
えば、空気吹き出し器８を流線３ａの軌跡と交差するよ
うに配置すると、流線３ａに乗らない微小気泡１０が多
くなってしまう。

【００１７】上記において、微小気泡１０は、加圧空気
６が船側外板１ａに穿設された空気吹き出し口９を通過
する際のオリフィス作用によって発生するもので、空気
吹き出し口９と空気吹き出し口９に接する水との相対移
動により容易且つ確実に気泡化される。しかも、空気吹
き出し口９は船底よりも静圧の小さい船側外板１ａに穿
設してあることから、微小気泡１０を発生させる際の動
力が小さくて済む利点がある。更に、空気吹き出し器８
への空気送給管７の接続位置を、上下方向の最下部に設
定してあるため、長手方向各部の空気吹き出し口９から
加圧空気６を均一に吹き出させることができる。なお、
上記空気吹き出し口９の直径は、船体１の設計時におい
て、巡航速度での航行時に最適直径の微小気泡１０が発
生させられるように選定するものであるが、船体１の航
行速度の変更に伴って微小気泡１０の直径を変える必要
が生じた際には、流量調整弁１１の開度調整により加圧
空気６の供給流量を調整することによって対応すること
ができる。

【００１８】次に、図２は本発明の他の実施の形態を示
すもので、船体１の船首部２における浸水部で船体表面
に沿って分散して流れる流線３ｂが発生するような船体
形状を有する船舶への適用例について示す。

【００１９】すなわち、図１に示したと同様な構成とし
てある空気吹き出し器８を、船体形状に応じて求められ
た上記分散して流れる流線３ｂの軌跡と交差するよう
に、船首側が高くなるような傾斜姿勢として船側外板１
ａに組み付けたものである。

【００２０】図２に示すように構成すると、空気吹き出
し器８が分散する流線３ｂのほとんどをカバーできるた
め、発生させた微小気泡１０の大部分を流線３ｂに乗せ
て船底や船尾の方向へ送ることができ、船体１の浸水部
表面に微小気泡１０によるボイドを効率よく形成するこ
とができる。

【００２１】図３（イ）と（ロ）は図１と図２に対応す
る本発明の更に他の実施の形態を示すもので、上記各実
施の形態における空気吹き出し器８を、長手方向に複数
分割して分割空気吹き出し器８ａとし、各分割空気吹き
出し器８ａにそれぞれ空気送給管７を接続したものであ
る。

【００２２】図３（イ）（ロ）に示すようにすると、加
圧空気６の吹き出し圧力を長手方向でより均一化するこ
とができる。

【００２３】なお、上記実施の形態では、空気吹き出し
器８，８ａを斜めに配置するようにした場合を示した
が、船体形状による流線の軌跡に応じ、上下方向に配置
する場合もあること、又、上記実施の形態では、船側外
板１ａに空気吹き出し口９を直接穿設してその内側にシ
ーチェスト１２を一体に取り付けるようにした構造の空
気吹き出し器８，８ａについて示したが、たとえば、図
４（イ）に示す如く、多数の空気吹き出し口９を有する
多孔板１３をシーチェスト１２の前面に取り付けて、船
側外板１ａに設けた開口部１４に上記多孔板１３を水密
に嵌着させるようにしたり、あるいは、図４（ロ）に示
す如く、多孔板１３を前面に取り付けた枠体１５を船側
外板１ａの表面に固設するようにした構成としてもよい
こと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において
種々変更を加え得ることは勿論である。

【００２４】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の船舶の摩擦抵
抗低減装置によれば、次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 加圧空気供給装置より空気送給管を通して供給され
た加圧空気を多数の空気吹き出し口から水中に吹き出さ
せて微小気泡を発生させるようにしてある空気吹き出し
器を、船首部の船側外板の浸水部で且つ船体形状に応じ
て求められた流線が船体表面に沿って流れる領域に、発
生した微小気泡の大部分を流線に乗せて流せるように船
首側と船尾側の高さが異なる姿勢として組み付けた構成
としてあるので、加圧空気の吹き出し口を船底に設ける
場合に比して小さな動力で微小気泡を発生させることが
できると共に、発生させた微小気泡の大部分を流線に乗
せて船底や船尾の方向へ送ることができ、これにより、
船体の浸水部表面を微小気泡で覆って良好なボイドを形
成させることができて、船体に作用する摩擦抵抗を低減
することができ、船舶の推進性能を飛躍的に向上させる
ことができる。 (2) 空気吹き出し器への空気送給管の接続位置を、空気
吹き出し器の上下方向最下部とした構成とすることによ
り、空気吹き出し器から吹き出させる加圧空気の圧力を
長手方向で均一化することができる。 (3) 空気吹き出し器を長手方向に複数分割し、該各分割
空気吹き出し器毎に空気送給管を接続した構成とするこ
とによって、加圧空気の吹き出し圧力を長手方向でより
均一化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の船舶の摩擦抵抗低減装置の実施の一形
態を示すもので、（イ）は船首部の概略側面図、（ロ）
は空気吹き出し器の拡大切断平面図である。

【図２】本発明の他の実施の形態を示す概略側面図であ
る。

【図３】本発明の更に他の実施の形態を示すもので、
（イ）は図１（イ）に対応する概略側面図、（ロ）は図
２に対応する概略側面図である。

【図４】空気吹き出し器を示すもので、（イ）（ロ）は
いずれも異なる構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 船体 １ａ 船側外板 ２ 船首部 ３ａ，３ｂ 流線 ５ ブロワ（加圧空気供給装置） ６ 加圧空気 ７ 空気送給管 ８ 空気吹き出し器 ８ａ 分割空気吹き出し器 ９ 空気吹き出し口 １０ 微小気泡

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧空気供給装置より空気送給管を通し
   て供給された加圧空気を多数の空気吹き出し口から水中
   に吹き出させて微小気泡を発生させるようにしてある空
   気吹き出し器を、船首部の船側外板の浸水部で且つ船体
   形状に応じて求められた流線が船体表面に沿って流れる
   領域に、発生した微小気泡の大部分を流線に乗せて流せ
   るように船首側と船尾側の高さが異なる姿勢として組み
   付けた構成を有することを特徴とする船舶の摩擦抵抗低
   減装置。
2. 【請求項２】 空気吹き出し器への空気送給管の接続位
   置を、空気吹き出し器の上下方向最下部とした請求項１
   記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
3. 【請求項３】 空気吹き出し器を長手方向に複数分割
   し、該各分割空気吹き出し器毎に空気送給管を接続した
   請求項１又は２記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。