JPWO2018123028A1 - 船首形状 - Google Patents

Abstract

左右方向において前方に開いた一対の傾斜面を有する窪み部１ａを少なくとも満載喫水線上に備える。

Description

本発明は、船首形状に関する。

海洋を航行する船舶においては、平水中の造波抵抗を低減し、推進性能を向上させるように、船首バルブが設けられている。例えば、特許文献１に示す船首バルブは、船首の喫水線下における突出形状により、船体が造る波を打ち消すことができる。

日本国特開２０１２−９６７５６号公報

近年では、船舶が排出する地球温暖化ガスの減少を目的として、設計船速を低く設定する傾向が見られる。設計船速の低い船舶においては、船首端の近い位置における喫水線上の形状が肥大化しており、船首部の横幅が広く、船首端部の表面形状が船体全長方向に垂直な略平面となるため、船首端に入射した入射波の船舶の進行方向に向けての反射が強まる傾向にある。これにより、船舶は、波浪中を航行する際の入射波の反射により、進行方向と反対方向へと向かう力、すなわち抵抗を受ける。これにより、船舶においては、推進性能の低下が発生する。

本発明は、上記の課題に鑑み、波浪中において、船首により発生する反射波を低減することにより推進性能を向上させることを目的としている。

本発明の態様に係る船首形状は、船幅方向かつ前方に開いた一対の傾斜面を有する窪み部を満載喫水線上に備える。

上記実施形態に係る船首形状において、上記窪み部は、船体中心線上に深さが最も深くなる最深点を有し、上記最深点の船底からの高さＨ_ｄｎｔが上記満載喫水線の高さｄ_ｍａｘに対して０．８ｄ_ｍａｘ≦Ｈ_ｄｎｔ≦１．５ｄ_ｍａｘの範囲であり上記傾斜面の船側側の端部から上記船体中心線までの幅Ｂ_ｄｎｔが最大幅Ｂに対して０．１Ｂ≦Ｂ_ｄｎｔの範囲である。

上記実施形態に係る船首形状において、上記窪み部の船体長さ方向における上記最深点の深さＬ_ｄｎｔは、全長Ｌに対して０．００５Ｌ≦Ｌ_ｄｎｔの範囲で形成されている。

本発明によれば、船体中心線上に窪み部を形成する傾斜面を有している。傾斜面により、本発明に係る船首形状を有する船舶の進行方向から入射した波を、船舶の進行方向から船側方向へと傾いた方向に反射することができる。これにより、本発明に係る船首形状を有する船舶は、反射波から受ける反力のうち、進行方向と反対方向へ向かう力の成分を低減することができる。したがって、本発明に係る船首形状は、波浪中において、推進性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る船首形状のＸ−Ｚ断面図である。 本発明の一実施形態に係る船首形状の船体中心線におけるＸ−Ｚ断面図である。 本発明の一実施形態に係る船首形状のＸ−Ｙ断面図である。 本発明に係る船首形状における窪み部の高さの変化による全抵抗係数の変化を示すグラフである。 本発明に係る船首形状における窪み部の深さの変化による抵抗増加係数の変化を示すグラフである 本発明に係る船首形状における窪み部の幅の変化による抵抗増加係数の変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る船首形状と、従来船首形状とにおける断面波浪中抵抗増加係数の比較を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る船首形状に対して入射する波の波長の変化による抵抗増加係数の変化を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明に係る船体形状の一実施形態について説明する。以下の説明においては、船体の全長方向をＸ方向とし、船体の幅方向をＹ方向とし、船体の高さ方向をＺ方向として説明する。図１は、本実施形態に係る船首形状１のＸ−Ｚ断面図である。図２Ａは、本実施形態に係る船首形状１の船体中心線におけるＸ−Ｚ断面図である。図２Ｂは、本実施形態に係る船首形状１のＸ−Ｙ断面図である。

本実施形態に係る船首形状１が適用される船舶Ｓは、全長Ｌ≧１８０ｍ、船体肥大度Ｃ_Ｂ≧０．７５、船首水線面積係数Ｃ_ＷＦ≧０．８５により定義される低速航行の船舶である。このような船舶Ｓにおいて従来適用されている従来船首形状Ｏは、図１及び図２Ｂに破線で示すように、船首端から船側にかけて一様かつ緩やかな曲面を有する。図１に示すように、従来船首形状Ｏの船首の外壁面は、船底に対して、略垂直となっている。

本実施形態に係る船首形状１は船体中心線に対して左右対称であり、満載喫水線におけるＸ−Ｙ断面において、船体中心線に対して対称な２か所の突出部が緩やかに進行方向へと突出した双頭状とされている。すなわち、船首形状１は、船体中心線を挟んで線対称に形成された傾斜面１ｂを有している。傾斜面１ｂは、図２Ｂに示すように、Ｚ方向の高さＨ_ｄｎｔ（図２Ａ参照）におけるＸ−Ｙ断面において、船体中心線上にＸ方向の深さが最深となるような位置Ｐ（最深点）を有するすり鉢状の窪み部１ａを形成している。図１に示すように、船首形状１は、船体中心線上のＸ−Ｚ断面において、甲板線から位置Ｐに至るまでは略垂直であり、位置Ｐから下方が傾斜し、進行方向へと突出した形状である。

傾斜面１ｂは、甲板線から位置Ｐまで形成されている。傾斜面１ｂは、船体中心線からの幅がＢ_ｄｎｔであり、窪み部１ａの深さＬ_ｄｎｔと幅Ｂ_ｄｎｔとにより、進行方向からの傾斜角度が決定される。傾斜面１ｂは、船長方向に沿う方向から入射する波を、船舶Ｓの進行方向から船側方向へと傾いた方向に反射する。

上述した窪み部１ａの形成条件を、図３〜５に基づいて説明する。
まず、位置Ｐの船底からの高さＨ_ｄｎｔを変化させて、波浪中全抵抗係数Ｃ_Ｔ，ＷＶのシミュレーションを行った。図３は、横軸をＨ_ｄｎｔ／ｄ_ｍａｘ、縦軸を波浪中全抵抗係数Ｃ_Ｔ，ＷＶとするグラフである。ｄ_ｍａｘとは、船底から満載喫水線までのＺ方向の高さを示している。波浪中全抵抗係数Ｃ_Ｔ，ＷＶは、波浪中を航行する際に船体に作用する抵抗の合計を示し、従来船首形状の全抵抗値で正規化した値を示している。図３に示すように、従来船首形状Ｏの船首部材に対して、本実施形態の船首形状１は、Ｈ_ｄｎｔ／ｄ_ｍａｘが０．８以上１．５以下の範囲において、従来船首形状Ｏの船首部材よりも波浪中全抵抗係数Ｃ_Ｔ，ＷＶが下回っている。すなわち、０．８ｄ_ｍａｘ≦Ｈ_ｄｎｔ≦１．５ｄ_ｍａｘの範囲において窪み部１ａを形成することにより、従来船首形状よりも波浪中での全抵抗を低減させることができる。

窪み部１ａの深さＬ_ｄｎｔを変化させて、抵抗増加係数Ｋ_ＡＷのシミュレーションを行った。図４は、横軸をＬ_ｄｎｔ／Ｌ、縦軸を抵抗増加係数Ｋ_ＡＷとするグラフである。Ｌとは、本実施形態の船首形状が適用された船体の全長を示す。抵抗増加係数Ｋ_ＡＷは、平水中における航行と比較したときに、規則波中における抵抗の増加度合を示している。図４に示すように、従来船首形状Ｏの船首部材において、抵抗増加係数Ｋ_ＡＷは１．２２７である。これに対して、本実施形態の船首形状１は、Ｌ_ｄｎｔ／Ｌが０．００５以上の場合について、抵抗増加係数Ｋ_ＡＷが減少している。

傾斜面１ｂの船側側の端部から船体中心線までの、傾斜面１ｂが形成されている幅Ｂ_ｄｎｔを変化させて、抵抗増加係数Ｋ_ＡＷのシミュレーションを行った。図５は、横軸を幅Ｂ_ｄｎｔ／Ｂ、縦軸を抵抗増加係数Ｋ_ＡＷとするグラフである。Ｂとは、本実施形態の船首形状が適用された船体の最大幅を示す。図５に示すように、従来船首形状Ｏの船首部材において、抵抗増加係数Ｋ_ＡＷは、１．２２７である。これに対して、本実施形態の船首形状１は、Ｂ_ｄｎｔ／Ｂが０．１０以上となる場合において、抵抗増加係数Ｋ_ＡＷが減少している。

以上より、波浪中全抵抗係数Ｃ_Ｔ，ＷＶ及び抵抗増加係数Ｋ_ＡＷを低減させるためには、窪み部１ａを０．８ｄ_ｍａｘ≦Ｈ_ｄｎｔ≦１．５ｄ_ｍａｘかつＢ_ｄｎｔ／Ｂ≧０．１０の範囲で形成することが望ましい。

このような本実施形態に係る船首形状１を有する船舶Ｓにおいては、船体進行方向から船首端に入射する入射波を、傾斜面１ｂが船側方向へと反射する。傾斜面１ｂよりも側方の船首表面は、従来と同様に入射波を船側方向へと反射する。このため、船首において、船舶Ｓ進行方向に向かう反射波が減少し、反射波から受ける船体後方へと向かう力が低減される。すなわち、本実施形態に係る船首形状１を有する船舶Ｓは、波浪中において抵抗を低減できる。

図６は、本実施形態に係る船首形状１と従来船首形状Ｏとにおける断面波浪中抵抗増加係数の比較を示すグラフである。図６のグラフは、船長に対するＹ方向とＺ方向とに平行な断面のＸ方向における位置を横軸とし、３次元的な船首圧力分布を、Ｙ方向とＺ方向とに平行な断面において積分した断面波浪中抵抗増加係数を縦軸としている。図６は、本実施形態の船舶Ｓが、波長／船長＝０．６となる向波が発生している水中におけるシミュレーション結果である。図６のグラフに示すように、本実施形態の船首形状１は、船首端に近づくにつれて、波浪中抵抗増加係数の従来船首形状Ｏの船首部材と差が大きくなっている。すなわち、本実施形態に係る船首形状は、波浪中の船首端における抵抗を低減することができる。

図７は、横軸を波長／船長、縦軸を波浪中抵抗増加係数としたグラフである。図７のグラフは、従来船首形状Ｏの船舶Ｓと比較して、本実施形態に係る船首形状１の船舶Ｓは、波浪中抵抗増加係数が最大２０％程度低減されることを示している。これにより、従来船首形状Ｏの船舶Ｓと比較して、実海域での平均的な波浪条件にて全推進出力を２％程度低減可能である。

このような本実施形態に係る船首形状１によれば、船首端において入射波を船側方向へと反射する傾斜面１ｂが形成されている。これにより、本実施形態に係る船首形状を有する船舶Ｓは、従来船首形状Ｏを有する場合と比較して、波浪中において発生する反射波による反力のうち、進行方向と反対の方向に向かう力の成分を低減することが可能である。したがって、本実施形態に係る船首形状１は、波浪中において、船首により発生する反射波を低減することにより推進性能を向上させることができる。

本発明は、船舶の船首形状に利用することができる。

Ｓ……船舶
１……船首形状
１ａ……窪み部
１ｂ……傾斜面

Claims (3)

1. 船幅方向かつ前方に開いた一対の傾斜面を有する窪み部を満載喫水線上に備えることを特徴とする船首形状。
2. 前記窪み部は、
   船体中心線上に深さが最も深くなる最深点を有し、
   前記最深点の船底からの高さＨ_ｄｎｔが前記満載喫水線の高さｄ_ｍａｘに対して０．８ｄ_ｍａｘ≦Ｈ_ｄｎｔ≦１．５ｄ_ｍａｘの範囲であり
   前記傾斜面の船側側の端部から前記船体中心線までの幅Ｂ_ｄｎｔが最大幅Ｂに対して０．１Ｂ≦Ｂ_ｄｎｔの範囲である
   ことを特徴とする請求項１記載の船首形状。
3. 前記窪み部の船体長さ方向における前記最深点の深さＬ_ｄｎｔは、全長Ｌに対して０．００５Ｌ≦Ｌ_ｄｎｔの範囲で形成されていることを特徴とする請求項２記載の船首形状。

Images