JPH11180381A - 摩擦抵抗低減船 - Google Patents

摩擦抵抗低減船

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JPH11180381A
JPH11180381A JP9364299A JP36429997A JPH11180381A JP H11180381 A JPH11180381 A JP H11180381A JP 9364299 A JP9364299 A JP 9364299A JP 36429997 A JP36429997 A JP 36429997A JP H11180381 A JPH11180381 A JP H11180381A
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JP
Japan
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ship
microbubbles
air
frictional resistance
bow
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JP9364299A
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Yoshiaki Takahashi
義明 高橋
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Original Assignee
IHI Corp
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

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  • Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 船側の境界層内に送り込まれる微小気泡の滞
留時間を長くして、摩擦抵抗低減効果を向上させる。 【解決手段】 船体１の船底２の船首尾方向に沿う複数
個所に、空気吹き出し器５ａ，５ｂ，５ｃを設ける。船
側３の船首から船尾に向かう流線領域に、空気吹き出し
器６ａ，６ｂ，６ｃを設ける。空気吹き出し器６ａ，６
ｂ，６ｃの空気吹き出し口の部分で発生させられる微小
気泡４Ｂの直径が、空気吹き出し器５ａ，５ｂ，５ｃの
空気吹き出し口の部分で発生させられる微小気泡４Ａの
直径よりも小さくする。

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
作用する摩擦抵抗を低減できるようにする摩擦抵抗低減
船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送り込んで
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、本発明者等は、加圧空気の吹き出し
位置を、船側では静圧の小さいところに定め且つ発生さ
せた微小気泡を船底や船側に沿わせて流すことを見出
し、上記空気吹き出し口の位置を静圧の小さい所要個所
に設定すべく、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
定量的に求めることができるので、このようにして求め
たボイド率の分布を基に、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を求めること
によって、上記加圧空気の吹き出し位置を決定すること
ができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、微小気泡
は、船底を這う分については、直径が大きい程浮力が働
いて船底に押し付けられるため、結果的に境界層の中の
平均ボイド率が上がることにより、摩擦抵抗低減効果が
得られるものであるが、船側を這う分については、船体
に寄る力は、せん断流の速度と微小気泡の速度との差に
よる揚力（Ｓａｆｆｍａｎ´ｓ Ｌｉｆｔ）しかなくて
小さいため、船体からすぐ離れてしまい、すなわち、境
界層は通常船首から船尾へ向けて厚く形成されるため、
境界層の厚い領域に合わせて多量の微小気泡を発生させ
ると、境界層の薄い領域では微小気泡が境界層から飛び
出す（拡散する）ことにより船体周りの流れに乱れを与
えてしまうことになり、摩擦抵抗低減効果が小さくなっ
てしまう。
【０００６】そこで、本発明は、船側の境界層内に送り
込まれた微小気泡の滞留時間を努めて延ばすことができ
るようにして、摩擦抵抗低減効果を向上させることがで
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、船底の船首尾方向に沿う複数個所に、加
圧空気を水中へ吹き出させることにより微小気泡を発生
させるようにしてある空気吹き出し口を設け、且つ流線
が船首から船尾へ向かう領域に位置する船側の船首尾方
向に沿う複数個所に、上記船底の空気吹き出し口の部分
で発生させる微小気泡よりも小さな直径の微小気泡を発
生させるようにしてある空気吹き出し口を設けた構成と
する。
【０００８】船側の空気吹き出し口の部分で発生した微
小気泡は、船底の空気吹き出し口の部分で発生させられ
る微小気泡よりも直径が小さい（たとえば、５００μ
ｍ）ので、境界層内での滞留時間を長くとることができ
て、平均ボイド率を上げることができ、摩擦抵抗を低減
できるようになる。
【０００９】又、船底の空気吹き出し口の部分で発生さ
せる微小気泡の直径を、船底表面に形成される境界層の
厚さに応じて、船首側から船尾側へ向かうにつれて大き
くなるように設定した構成とすることにより、摩擦抵抗
低減により効果のある高いボイド率が得られるようにな
る。
【００１０】
【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。
【００１１】図１（イ）（ロ）は本発明の実施の一形態
を示すもので、船体１における船底２の船首尾方向に沿
う複数個所（図では３個所）に、図示しない加圧空気送
給手段によって送られた加圧空気を空気吹き出し口を通
し水中へ吹き出させることにより微小気泡４Ａを発生さ
せるようにしてある空気吹き出し器５ａ，５ｂ，５ｃを
設け、且つ流線が船首から船尾へ向かう領域に位置する
船側３の船首尾方向に沿う複数個所（図では片舷３個
所）に、上記船底２の空気吹き出し器５ａ，５ｂ，５ｃ
の空気吹き出し口の部分で発生させられる微小気泡４Ａ
よりも小さな直径の微小気泡４Ｂを発生させるようにし
てある同様な空気吹き出し器６ａ，６ｂ，６ｃを設け、
船体１の外板部分から２種類の微小気泡４Ａ，４Ｂを発
生させられるようにする。
【００１２】又、船底２の空気吹き出し器５ａ，５ｂ，
５ｃの空気吹き出し口の部分で発生させる微小気泡４Ａ
の直径を、船底表面に形成される境界層の厚さに応じ
て、船首側から船尾側へ向かうにつれて大きくなるよう
に設定する。
【００１３】上記船側３の空気吹き出し器６ａ，６ｂ，
６ｃの空気吹き出し口の部分で発生させる微小気泡４Ｂ
の直径としては、たとえば、５００μｍとしてある。
【００１４】又、小さな直径の微小気泡４Ｂを発生させ
るための手段としては、たとえば、吹き出し空気量を調
整する（ＭＥＮＧの式による）ことによって行うように
したり、あるいは、ワイヤ方式や３次元翼型方式等を採
用する。
【００１５】上記ワイヤ方式は、図２（イ）（ロ）に示
す如く、船側３に設けたスリット状の空気吹き出し口７
の上流側位置に、船側外板から１〜２mm離れて位置する
ようにワイヤ８を張り、船体が航走するときにワイヤ８
との干渉によって乱流を生じさせ、空気吹き出し口７か
ら吹き出される加圧空気４に乱流の影響を作用させて、
加圧空気４を破砕することにより、微小気泡４Ｂ化する
ようにしたものである。
【００１６】一方、上記３次元翼型方式は、図３に示す
如く、船側３に流線形の凸輪郭形状とした層流凸部９を
設け、該層流凸部９の頂部９ａに小孔状の空気吹き出し
口１０を穿設し、該空気吹き出し口１０から吹き出させ
た加圧空気４を、船側３に沿って流れる主流速が層流凸
部９を通過するときの速度変化により微小気泡４Ｂ化す
るようにしたものである。
【００１７】船体１の巡航速度での航行時に、加圧空気
４を各空気吹き出し器に導いて、空気吹き出し口から吹
き出させると、船底２の空気吹き出し器５ａ，５ｂ，５
ｃの空気吹き出し口の部分で発生させられた微小気泡４
Ａは、船底２を這うように船尾側へ向かって流れ、一
方、船側３の空気吹き出し器６ａ，６ｂ，６ｃの空気吹
き出し口の部分で発生させられた微小気泡４Ｂは、流線
に乗って流れるため、前端側から発生させられる微小気
泡４Ｂは船底２に回り込むような流線に沿って流れ、後
端側に近いほど微小気泡４Ｂは船側に沿って流れること
になり、これにより、船体１の浸水部表面に微小気泡４
Ａ，４Ｂによるボイドが形成される。この際、船側２の
境界層内に送り込まれる微小気泡４Ｂは船底２の境界層
内に送り込まれる微小気泡４Ａよりも直径が小さいの
で、境界層内での微小気泡４Ｂの滞留時間を長くするこ
とができる。したがって、船側３の境界層中での平均ボ
イド率をこれまでのものよりも上げることができるの
で、摩擦抵抗を低減できるようになる。因に、上記境界
層のできるだけ厚い領域で、微小気泡４Ｂの直径を可能
な限り小さくするようにさせると、平均ボイド率を上げ
ることができて、定量的に表わせることが、本発明者等
の研究により明らかになっており、既に出願されている
（特願平８−１４４６４６号）。
【００１８】又、船底２の空気吹き出し口の部分で発生
させられる微小気泡４Ａの直径は、船底表面に形成され
る境界層の厚さに応じて、船首側から船尾側へ向かうに
つれて大きくなるようにしてあるため、摩擦抵抗低減に
より効果のある高いボイド率を得ることができる。
【００１９】上記において、船側３を這う微小気泡４Ｂ
は、船底２を這う微小気泡４Ａの場合と異なり、船体表
面に寄る力は揚力のみであることは前述したとおりであ
る。これまでの解析では、船側３を這う微小気泡４Ｂと
しては直径が５００μｍ前後のときに高いボイド率が得
られることが確認されている。因に、上記微小気泡４Ｂ
の直径を、たとえば、１００μｍと非常に小さくした場
合は、船側３に寄る力よりも乱れの方が大きくて拡散し
てしまうことも確認されている。
【００２０】又、上記の場合、微小気泡４Ｂは、直径を
小さくした分だけ空気吹き出し口を増やし、平均ボイド
率の低下を補うようにするものである。
【００２１】なお、空気吹き出し口は、図２（イ）
（ロ）に示したようなスリット状のものや図３に示した
ような小孔状のものに限らず、多孔板や多孔質板等のあ
らゆるものを採用できること、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。
【００２２】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の摩擦抵抗低減
船によれば、次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 船底の船首尾方向に沿う複数個所に、加圧空気を水
中へ吹き出させることにより微小気泡を発生させるよう
にしてある空気吹き出し口を設け、且つ流線が船首から
船尾へ向かう領域に位置する船側の船首尾方向に沿う複
数個所に、上記船底の空気吹き出し口の部分で発生させ
る微小気泡よりも小さな直径の微小気泡を発生させるよ
うにしてある空気吹き出し口を設けた構成としてあるの
で、船側の境界層内に送り込まれた微小気泡の境界層内
での滞留時間を長くすることができることにより、平均
ボイド率を上げることができ、摩擦抵抗低減効果を向上
することができる。 (2) 船底の空気吹き出し口の部分で発生させる微小気泡
の直径を、船底表面に形成される境界層の厚さに応じ
て、船首側から船尾側へ向かうにつれて大きくなるよう
に設定した構成とすることにより、摩擦抵抗低減により
効果のある高いボイド率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摩擦抵抗低減船の実施の一形態を示す
もので、（イ）は船体の概略側面図、（ロ）は（イ）の
底面図である。
【図２】直径の小さな微小気泡を発生させる手段の一例
を示すもので、（イ）はワイヤ方式を採用した船側の表
面図、（ロ）は（イ）の断面図である。
【図３】直径の小さな微小気泡を発生させる手段の他の
例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 船体 ２ 船底 ３ 船側 ４ 加圧空気 ４Ａ，４Ｂ 微小気泡 ７，１０ 空気吹き出し口

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 船底の船首尾方向に沿う複数個所に、加
    圧空気を水中へ吹き出させることにより微小気泡を発生
    させるようにしてある空気吹き出し口を設け、且つ流線
    が船首から船尾へ向かう領域に位置する船側の船首尾方
    向に沿う複数個所に、上記船底の空気吹き出し口の部分
    で発生させる微小気泡よりも小さな直径の微小気泡を発
    生させるようにしてある空気吹き出し口を設けた構成を
    有することを特徴とする摩擦抵抗低減船。
  2. 【請求項２】 船底の空気吹き出し口の部分で発生させ
    る微小気泡の直径を、船底表面に形成される境界層の厚
    さに応じて、船首側から船尾側へ向かうにつれて大きく
    なるように設定した請求項１記載の摩擦抵抗低減船。
JP9364299A 1997-08-22 1997-12-19 摩擦抵抗低減船 Pending JPH11180381A (ja)

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JP9364299A JPH11180381A (ja) 1997-12-19 1997-12-19 摩擦抵抗低減船
CA002244615A CA2244615A1 (en) 1997-08-22 1998-07-31 Friction-reducing ship with compressed air generation apparatus, friction reduction apparatus and gas jetting device
KR1019980033409A KR19990023663A (ko) 1997-08-22 1998-08-18 압축공기 발생장치를 갖는 마찰감소 선박,마찰감소 장치 및 기체분출 장치
FI981784A FI981784A (fi) 1997-08-22 1998-08-19 Kitkaa vähentävä laiva varustettuna paineilmaa synnyttävällä laitteella, kitkaa vähentävällä laitteella ja kaasua suihkuttavalla laitteella
NO983797A NO983797L (no) 1997-08-22 1998-08-19 Friksjonsreduserende skip med en anordning til generering av komprimert luft, friksjonsreduserende anordning og gass-strÕleanordning
EP98402084A EP0903287A3 (en) 1997-08-22 1998-08-20 Ship with reduced skin friction and gas jetting device for the same
BR9803759-5A BR9803759A (pt) 1997-08-22 1998-08-21 Navio com redução de atrito com aparelho de geração de ar comprimido,aparelho de redução de atrito e dispositivo de jateamento de gás.
CN98118625A CN1209405A (zh) 1997-08-22 1998-08-21 具有压缩空气产生设备、摩擦减小设备和气体喷射装置的减摩船

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6535360B1 (en) * 1999-06-02 2003-03-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Disk drive head suspension assembly with microactuator
JP2005178756A (ja) * 2003-12-16 2005-07-07 Roshdy G S Barsoum ハイブリッド船体
JP2013216324A (ja) * 2013-06-28 2013-10-24 National Maritime Research Institute 船舶の気泡保持装置

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