JPH11321787A - 船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で、減揺効果が広い範囲で得られ
るように、かつ船速低下をまねかないで横揺れを抑制で
きる船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置を提供する。 【解決手段】 船舶１０の甲板１３上にマスト１４を設
け、そのマスト１４に昇降動自在にウェイト２１を設
け、そのウェイト２１を上下する上下動装置２６を設
け、航走時にウェイトを上下させてローリングとピッチ
ングを抑えるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶海洋構造物の
横揺れを抑制する船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、船舶海洋構造物の動揺を抑制する
ものとして、(1) アンチローリングタンク、(2) フィン
スタビライザー、(3) ハイブリッド減揺装置がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、(1) ア
ンチローリングタンクは、減揺のための固有の振動数が
決まってしまい、減揺効果が固有周期に限定される、
(2) フィンスタビライザーでは、水中翼を利用するた
め、抵抗が発生し船側が低下する、(3) ハイブリッド減
揺装置では、機構が複雑になる等問題がある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、構造が簡単で、減揺効果が広い範囲で得られるよう
に、かつ船速低下をまねかないで横揺れを抑制できる船
舶海洋構造物の横揺れ抑制装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、船舶の甲板上にマストを設け、そ
のマストに昇降動自在にウェイトを設け、そのウェイト
を上下する上下動装置を設け、航走時にウェイトを上下
させてローリングとピッチングを抑えるようにした船舶
海洋構造物の横揺れ抑制装置である。

【０００６】請求項２の発明は、船舶の甲板上にマスト
を設け、そのマストにウイングセイルを水平旋回自在に
設け、上記ウェイトを上下する上下動装置を設けると共
に上記ウイングセイルの迎え角を調整するサーボ機構を
設け、航走時に上記ウェイトを上下動させると共にウイ
ングセイルの迎え角を制御して横揺れとピッチングを抑
えるようにした船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置であ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【０００８】図１において、１０は、海洋構造物として
の船舶で、推進器１１とラダー１２とを備え、海上Ｓを
高速航送するようになっている。

【０００９】この船舶１０の甲板１３上には、船舶１０
の略重心を通る位置にマスト１４が設けられ、そのマス
ト１４に、回転自在にウイングセイル１５が設けられ
る。

【００１０】ウイングセイル１５は、リンク機構１６を
介してサーボ機構１７に連結され、そのサーボ機構１７
により迎え角を自在に調整できるようになっている。

【００１１】図２に示すように、ウイングセイル１５
は、多数の流線型のリブ板１８を、上部から下部に掛け
て漸次長くなるように形成し、そのリブ板１８にマスト
１４を挿通する穴１９を形成し、このリブ板１８をマス
ト１４に上下に間隔を置いて回転自在に取り付けると共
にこれらリブ板１８の全体を覆うように帆布２０を貼り
付けて形成される。

【００１２】このウイングセイル１５は、マスト１４に
挿通された後、リンク機構１６とサーボ機構１７にて、
セイル角度が制御されるようになっている。

【００１３】また、マスト１４には、ウェイト２１が船
舶１０のローリング（横揺れ）に応じて上下動されるよ
うになっている。

【００１４】このウェイト２１は、図３（ａ）、図３
（ｂ）に示すように、マスト１４の上部に従動滑車２３
が設けられ、マスト１４の下部に駆動滑車２４が設けら
れ、その滑車２３，２４間に索２５が巻き掛けられると
共にその索２５にウェイト２１が取り付けられ、駆動滑
車２４がモータ等の上下動装置２６により正逆に回転さ
れてマスト１４内でウェイト２１が上下動されるように
なっている。

【００１５】さて、本発明は、船舶１０が、航走中に波
浪等の外乱でローリングやピッチングを起こす際に、マ
スト１４内のウェイト２１を上下動させて、慣性モーメ
ントを制御することにより船舶の動揺を抑え、同時に、
ウイングセイル１５の角度（迎え角）を操作して、その
ローリングを打ち消すモーメント力を作用させてローリ
ングを抑えるようにしたものである。

【００１６】先ず、船舶１０を剛体としたときの回転運
動方程式は、数１で表される。

【００１７】

【数１】

【００１８】慣性モーメントＩは、通常は定数として扱
う。このとき数１は、数２で表される。

【００１９】

【数２】

【００２０】しかし、Ｉを可変とすると、数３となる。

【００２１】

【数３】

【００２２】この数３中のＩドット（ｔ）を制御するこ
とにより、減衰力係数を増加させることができ、ウェイ
ト２１を上下動させることにより実現できる。

【００２３】このウェイト２１の上下動は、船舶１０が
停船中でも減揺効果が得られると共に広い周期で減揺効
果が得られ、ローリングとピッチングの２自由度の減揺
効果が得られる。

【００２４】また、ウイングセイル１５のセイル操作角
度δs を操作することで、ウイングセイル１５には、相
対風速で揚力Ｌが発生する。この揚力Ｌにより、船幅方
向には、モーメント力Ｍが発生し、このモーメントＭで
ローリングを抑えることができる。

【００２５】先ず、船舶１０には、図示していないが、
船体の状態（横流れ速度ｖ、横揺れ角速度ｐ、横揺れ角
φ、回頭角速度ｒ、回頭角ψ、舵角δ、セイル操作角δ
s 、ウェイト高さδw ）を検出する各種センサが設けら
れている。

【００２６】船体の減揺の制御ロジックは、ウイングセ
イルを用いて線形自乗最適レギュレータを用いて制御を
行う。

【００２７】この最適レギュレータに用いる線形運動方
程式は、数４のとおりである。

【００２８】

【数４】

【００２９】この数１の運動方程式から最適レギュレー
タの手法を用いて、数５で示される制御入力ｕを求め
る。

【００３０】

【数５】

【００３１】このゲインマトリックスＫを用いて、時々
刻々の状態量（状態ベクトル）から制御入力を計算し、
セイルの操作角度を制御する。

【００３２】このように、ウェイト２１の上下動とセイ
ル角度の制御を併せて行うことで、効果的な減揺制御が
行える。

【００３３】図４は、減揺制御を行うブロック図を示し
たものである。

【００３４】図において、３０は船体、３１は、ウェイ
ト２１とウイングセイル１４をそれぞれ操作する、上下
動装置２６と、リンク機構１６とサーボ機構１７からな
るアクチュエータ、３２は、船体の状態（横流れ速度
ｖ、横揺れ角速度ｐ、横揺れ角φ、回頭角速度ｒ、回頭
角ψ）を検出するセンサ、３３は、上記数１，２を演算
するための演算装置である。

【００３５】先ず、ロール角＝０となる指令と、センサ
３２からの船体の状態が加算器３４を介して演算装置３
３に入力されて、セイル角度の操作量３５がアクチュエ
ータ３１に入力され、それに基づいてウェイトとウイン
グセイルにより船体３０が操作されてロール角が「０」
になるように制御されるが、この際、船体３０には、波
浪等の外乱３６が加わるため、センサ３２は、この外乱
３６の加わった船体の状態を、横揺れ速度ｖ，横揺れ角
速度ｐ、横揺れ角φ、回頭角速度γ、回頭角ψの変化と
して検出し、これに基づいて演算装置３３が、ゲインマ
トリックスＫを用いて、時々刻々の状態量（状態ベクト
ル）から制御入力３５を計算し、外乱３６を加味した制
御量を決定して最適化を図るようになっている。

【００３６】次に、本発明の減揺制御の結果を図５，図
６により説明する。

【００３７】図５（ａ）は、慣性モーメントの経時変化
を示し、図５（ｂ）は、そのとき制御したウェイトの上
下位置の経時変化を示す。

【００３８】図５（ｃ）は、船体のロールの経時変化を
示し、図中点線ａは、制御なしのロール変化を、実線ｂ
は、ウェイトの上下位置を制御したときのロール変化を
示している。

【００３９】点線ｂに示すように、ウェイトを制御しな
いときは、ロール角が±１０度変化するが、ウェイトの
上下位置を制御することで±約５度に抑えることができ
た。

【００４０】また、図６（ａ）は、ウイングセイルの操
作角を０にして船舶を航走したときのロール角の経時変
化を示したもので、図６（ｂ）は、図６（ａ）のロール
角の経時変化に対してウイングセールを制御したときの
ロール角の経時変化を示し、図６（ｃ）は、そのときの
ウイングセイルの操作角の制御の経時変化を示してい
る。

【００４１】図６（ａ）に示すように、ウイングセイル
を操作しない場合は、±約１０度ロール角が不規則に変
化するが、この変化に対して図６（ｃ）に示すようにウ
イングセイル角度を制御することで、図６（ｂ）に示す
ようにロール角度の変化を±約３度の範囲に減揺するこ
とができた。

【００４２】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、船舶の航
走中に生じるローリングを、ウェイトの上下させること
により、さらにウイングセイルの角度も併せて操作する
ことでローリングを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。

【図２】図１のウイングセイルの詳細図である。

【図３】図１のウェイトを上下する機構の詳細を示す図
である。

【図４】本発明における減揺制御を示すブロック図であ
る。

【図５】本発明において、ウェイトの上下による減揺の
実験結果を示す図である。

【図６】本発明において、ウイングセイルによる減揺の
実験結果を示す図である。

【符号の説明】

１０ 船舶 １３ 甲板 １４ マスト １５ ウイングセイル １７ サーボ機構 ２１ ウェイト ２６ 上下動装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶の甲板上にマストを設け、そのマス
   トに昇降動自在にウェイトを設け、そのウェイトを上下
   する上下動装置を設け、航走時にウェイトを上下させて
   ローリングとピッチングを抑えるようにしたことを特徴
   とする船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置。
2. 【請求項２】 船舶の甲板上にマストを設け、そのマス
   トにウイングセイルを水平旋回自在に設け、上記ウェイ
   トを上下する上下動装置を設けると共に上記ウイングセ
   イルの迎え角を調整するサーボ機構を設け、航走時に上
   記ウェイトを上下動させると共にウイングセイルの迎え
   角を制御して横揺れとピッチングを抑えるようにしたこ
   とを特徴とする船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置。