WO2020085287A1 - カヌー - Google Patents

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water
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stern
curve
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French (fr)
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望月　修
佳寛 窪田
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学校法人 東洋大学
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B34/00—Vessels specially adapted for water sports or leisure; Body-supporting devices specially adapted for water sports or leisure
    • B63B34/20—Canoes, kayaks or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B34/00—Vessels specially adapted for water sports or leisure; Body-supporting devices specially adapted for water sports or leisure
    • B63B34/20—Canoes, kayaks or the like
    • B63B34/21—Canoes, kayaks or the like characterised by constructional features

Definitions

  • This application relates to a canoe for slalom competitions.
  • Slalom competition canoe used for slalom competition is required to have a certain turning ability to pass through the gate, but straightness and speed for straight traveling without rocking to the left and right are increased. Acceleration performance for this is also required.
  • the present invention is proposed in view of the above-mentioned circumstances, and an object thereof is to provide a canoe for slalom competition, which has improved straight running performance and acceleration performance.
  • the canoe according to this application includes a ship bottom whose contour is formed in a wing shape in the direction from the bow to the stern.
  • the shape of the airfoil may be formed in at least one of the horizontal plane and the vertical plane parallel to the center line of the ship bottom.
  • the airfoil shape formed in the horizontal plane may have a symmetrical upper surface and lower surface, and may surround the hull.
  • the straight running performance and acceleration performance of a canoe for slalom competition can be improved.
  • FIG. 1 is a plan view of a canoe 1 of the present embodiment
  • FIG. 2 is a side view of the canoe 1
  • FIG. 3 is a front view of the canoe
  • FIG. 4 is a bottom view of the canoe 1
  • FIG. 2 is a sectional view of the canoe 1 taken along a vertical plane including the center line CC shown in the plan view of FIG.
  • a canoe 1 of the present embodiment has an elongated hull 2 extending from a forward bow 1a to a rear stern 1b along a center line CC, and an upper part of the hull 2 Is covered by deck 3.
  • the hull 2 includes a bottom ship bottom 2a and a side ship port 2b, and has a starboard-side and port-side symmetrical shape with respect to a vertical plane including the centerline CC.
  • the hull 2 and the deck 3 can be made of various materials such as fiber reinforced plastic (FRP), polyethylene and wood.
  • the deck 3 opens at approximately the center between the bow 1a and the stern 1b, and the hull 2 immediately below the opening is provided with a seat 8 and a footrest 9 for crews to form a cockpit 4.
  • a partition wall 11 may be provided on the bow 1a side and the stern 1b side of the cockpit 4 to partition the hollow inside of the canoe 1.
  • a combing 12 is a barb for attaching a spray skirt that prevents water from entering.
  • the contour of the bottom 2a of the canoe 1 is formed in a wing shape in the direction from the bow 1a to the stern 1b.
  • the contour of the ship bottom 2a in the horizontal plane and the contour of the ship bottom 2a in the vertical plane parallel to the center line CC are each formed in a wing shape.
  • the airfoil shape of the contour of the ship bottom 2a in the horizontal plane is an airfoil in which the contours of the upper surface and the lower surface are symmetrical.
  • the profile of the profile of the ship bottom 2a in the vertical plane is the profile of one of the upper surface and the lower surface of the profile.
  • -L1 a second horizontal line L2-L2 and a third horizontal line L3-L3 are shown.
  • the contour shape of the ship bottom 2a in the horizontal plane corresponding to the first horizontal line L1-L1, the second horizontal line L2-L2, and the third horizontal line L3-L3 is the first curve c1, It is shown by the second curve c2 and the third curve c3.
  • the wing shape may be formed on the ship bottom 2a below the waterline L0-L0, or may be formed on the ship bottom 2a below a predetermined depth from the waterline L0-L0. Further, the wing shape may be formed not only on the ship bottom 2a below the waterline L0-L0 but also on the shipboard 2b above the waterline L0-L0 up to a predetermined height.
  • FIG. 6 is a diagram showing the contour of the bottom 2a of the canoe 1 in the horizontal plane.
  • FIG. 6A shows a first curve c1 that is the shape of the contour of the ship bottom 2a in the horizontal plane including the first horizontal line L1-L1.
  • the second curve c2 that is the shape of the contour of the ship bottom 2a in the horizontal plane including the second horizontal line L2-L2 and the third horizontal line L3-L3.
  • a third curve c3 is shown.
  • the bottom 2a of the canoe 1 is in the horizontal plane. And has a wing-shaped contour.
  • the shape of the airfoil formed by the contour of the bottom 2a surrounds the bottom 2a so that the starboard and port sides are symmetrical with respect to the centerline CC of the hull 2, and the dimensions gradually decrease as the horizontal plane progresses from the waterline to the depth direction. Has become.
  • the wing shape of the contour of the ship bottom 2a in the horizontal plane is such that one edge 21 on the bow 1a side has a thin and acute angle shape and the other edge 22 on the stern 1b side has a round shape.
  • a wing shape assumes a slalom competition in which water flows from the stern 1b side to the bow 1a side, that is, the water often travels backward.
  • FIG. 7 is a diagram showing the flow of water around the bottom 2a of the canoe 1 in the horizontal plane.
  • the second curve c2 shown in FIG. 6B which is the shape of the contour of the ship bottom 2a in the horizontal plane including the second horizontal line L2-L2, is shown, but in the horizontal plane of other depths The same applies to the flow of water around the ship bottom 2a.
  • FIG. 7 (a) shows a case where water flows from the bow 1a to the stern 1b. This case corresponds to the case where the canoe 1 moves forward with respect to the water.
  • the water flows along the second curve c2 from one edge 21 to the other edge 22 of the airfoil as shown by the streamline. It flows along the ship bottom 2a without peeling.
  • the water flowing along the bottom 2a of the ship causes a drag D on the hull 2 in the direction from the bow 1a to the stern 1b.
  • FIG. 8 is a diagram showing the result of an analysis by CFD of the distribution of pressure in water when water flows from the bow 1a to the stern 1b shown in FIG. 7A.
  • FIG. 8A shows a pressure distribution on a vertical plane including the centerline CC of the hull 2 of the canoe 1
  • FIG. 8B shows a pressure distribution on a horizontal plane at a predetermined depth from the water surface. It is shown that the darker the gradation in the figure, the lower the pressure.
  • the outline of the hull 2 is shown at approximately the center of the drawing.
  • the pressure is high on the bow 1a and the stern 1b of the canoe 1, and the pressure is also high on the bottom 2a of the bow 1a and the stern 1b in the approximate center. Further, it can be seen that the pressure distribution is substantially symmetrical on the starboard and port sides.
  • the water when water flows from the bow 1a to the stern 1b, the water travels along the ship bottom 2a having a wing-shaped contour in the horizontal plane, and Is substantially symmetrical with respect to starboard and port.
  • the pressure is not biased to one of starboard or port and does not oscillate between starboard and port. Therefore, when water flows in the direction from the bow 1a of the canoe 1 to the stern 1b, that is, when the canoe 1 moves forward with respect to the water, the straight-ahead performance is ensured so that it can go straight ahead. There is.
  • FIG. 9 is a diagram showing a result of CFD analysis of pressure in water when water flows from the bow to the stern in a conventional canoe.
  • the ship bottom in the horizontal plane has, for example, an oval-shaped contour.
  • the distribution of pressure on a horizontal plane at a predetermined depth from the water surface is shown. As the gradation in the figure becomes thinner, the pressure becomes lower.
  • the pressure on the bow of the canoe, the pressure on the starboard side, and the port on the port side are low, and the pressures on the starboard and port sides are not symmetrical. Further, from the stern, it can be seen that low pressure portions are generated approximately alternately at the starboard side and the port side at substantially predetermined intervals. Therefore, in the conventional canoe, when the water flows from the bow of the canoe to the stern, that is, when the canoe moves forward with respect to the water, an imbalance of the pressures on the starboard and port sides may occur. As a result, the canoe oscillates between the starboard and the port side due to the fact that low pressure parts are generated almost alternately from the stern to the starboard side and the port side, and it was not possible to secure straight running performance.
  • FIG. 10 is a result of an experiment using a water tank about the flow of water around the bottom 2a of the canoe 1 of the present embodiment when water flows from the bow 1a to the stern 1b shown in FIG. 7A.
  • a model of the canoe 1 was installed in a water tank with the starboard side toward you so that the right side of the figure is the bow 1a and the left side of the figure is the stern 1b, and the specified direction is from the bow 1a to the stern 1b.
  • a water stream with a flow velocity was generated and the flow was visualized by the hydrogen bubble method. According to the photographs of the experimental results, it can be seen that water is flowing along the bottom 2a from the bow 1a of the canoe 1 to the stern 1b in the vertical plane.
  • Fig. 7 (b) shows a case where water flows from the stern 1b to the bow 1a.
  • This case corresponds to the case where the canoe 1 moves backward with respect to the water, and corresponds to a case where the canoe 1 is moving down the river at a speed slower than the flow velocity of the river or staying at a certain place.
  • the horizontal plane that includes the airfoil-shaped curve c2 that is the contour of the ship bottom 2a as shown by the streamline, water flows along the curve c2 from the other edge 22 of the airfoil-type to the one edge 21. The flow separates from the airfoil curve c2 near one edge 21.
  • FIG. 11 is a result of an experiment using a water tank about the flow of water around the bottom 2a of the canoe 1 of the present embodiment when water flows from the stern 1b to the bow 1a shown in FIG. 7B. Is a photograph showing.
  • a model with a reduced canoe 1 was installed in a water tank with the port on the near side so that the right side in the figure is the stern 1b and the left side in the figure is the bow 1a.
  • a water stream with a flow velocity was generated and the flow was visualized by the hydrogen bubble method.
  • the canoe 1 of the present embodiment when water flows from the stern 1b toward the bow 1a, the flow separates from the bottom 2a near the bow 1a, so that the hull 2 has the stern 1b to the bow 1a.
  • a large drag force D is generated in the direction toward. Therefore, when water flows in the direction from the stern 1b to the bow 1a, that is, when the canoe 1 is moving backward with respect to the water, the large drag force D on the hull 2 causes the direction from the stern 1b to the bow 1a. That is, the forward speed is extended and the acceleration performance can be secured.
  • This invention can be used to manufacture canoe for slalom competition.

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Abstract

カヌーの直進性能及び加速性能を向上させる。カヌー１は、船底２ａ及び船舷２ｂを含む船体２と、船体２を覆うデッキ３とを含み、船底２ａは、第１の曲線ｃ１、第２の曲線ｃ２及び第３の曲線ｃ３のように水平面内、及び船底２ａの中心線Ｃ－Ｃに平行な鉛直面内において翼型の形状の輪郭を有するように形成され、翼型の形状によって、カヌーが水に対して前方に進むときに直進性能が向上し、カヌーが水に対して後方に進むときに前方への加速性能が向上する。

Description

カヌー
　この出願は、スラロームの競技用のカヌーに関する。
　従来、カヌーを操舵して川の流れに沿ってゲートをくぐりながら上流から下流に向かって下りゴールに達するまでの時間を競うスラロームの競技が実施されている。スラロームの競技に使用されるスラロームの競技用のカヌーは、ゲートをくぐるために一定の旋回性能を有することが求められるが、左右に揺動することなく真っ直ぐに進むための直進性能や速度が伸びるための加速性能も求められている。
　しかしながら、従来のスラロームの競技用のカヌーでは、直進性能や加速性能が十分に得られないことがあった。
　この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであり、スラロームの競技用のカヌーであって、直進性能及び加速性能を向上させたカヌーを提供することを目的とする。
　上述の課題を解決するために、この出願に係るカヌーは、船首から船尾に向かう方向に輪郭が翼型の形状に形成された船底を含むものである。
　翼型の形状は、水平面内及び船底の中心線に平行な鉛直面内の少なくとも一方に形成されてもよい。水平面内に形成された翼型の形状は、上面と下面との輪郭が対称であって、船体を取り囲んでもよい。
　この発明によると、スラロームの競技用のカヌーの直進性能及び加速性能を向上させることができる。
本実施の形態のカヌーの平面図である。 本実施の形態のカヌーの側面図である。 本実施の形態のカヌーの正面図である。 本実施の形態のカヌーの底面図である。 本実施の形態のカヌーの断面図である。 本実施の形態のカヌーの船底の水平面内における輪郭を示す図である。 本実施の形態のカヌーの船底の周りの水平面内における水の流れを示す図である。 本実施の形態のカヌーによる水中の圧力の分布を示す図である。 従来のカヌーによる水中の圧力の分布を示す図である。 本実施の形態のカヌーの船首からの流れを示す写真である。 本実施の形態のカヌーの船尾からの流れを示す写真である。
　以下、本実施の形態のカヌーについて、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態のカヌーは、スラロームの競技用のカヌーを想定しているが、これに限らず一般のカヌーや船舶に適用することもできる。図１は本実施の形態のカヌー１の平面図であり、図２はカヌー１の側面図であり、図３はカヌーの正面図であり、図４はカヌー１の底面図であり、図５は図１の平面図に示した中心線Ｃ－Ｃを含む鉛直面で切断したカヌー１の断面図である。
　図１の平面図などを参照すると、本実施の形態のカヌー１は、中心線Ｃ－Ｃに沿って前方の船首１ａから後方の船尾１ｂに延びた細長い船体２を有し、船体２の上部はデッキ３によって覆われている。船体２は、底部の船底２ａと、側部の船舷２ｂを含み、中心線Ｃ－Ｃを含む鉛直面について右舷と左舷とが対称な形状を有している。船体２及びデッキ３は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、ポリエチレン、木材など様々な材料で作製することができる。
　デッキ３は、船首１ａと船尾１ｂとの略中央で開口し、開口の直下の船体２にクルーのためのシート８やフットレスト９が備えられてコックピット４が形成されている。コックピット４の船首１ａ側及び船尾１ｂ側には、カヌー１の中空の内部を区画する隔壁１１が設けられていてもよい。コックピット４を囲むデッキ３の開口の周縁には、水の進入を防ぐスプレースカートを取り付けるための返しであるコーミング１２が形成されている。
　本実施の形態のカヌー１は、船首１ａから船尾１ｂに向かう方向に、船底２ａの輪郭が翼型の形状に形成されている。本実施の形態では、水平面内における船底２ａの輪郭、及び中心線Ｃ－Ｃに平行な鉛直面内における船底２ａの輪郭が、それぞれ翼型の形状に形成されている。水平面内にある船底２ａの輪郭の翼型の形状は、上面及び下面の輪郭が対称な翼型である。鉛直面内にある船底２ａの輪郭の翼型の形状は、翼型の上面および下面の一方の輪郭である。
　図２の側面図、図３の正面図などを参照すると、船体２が水面に接する喫水線Ｌ０－Ｌ０と、水面から深さ方向に進む順に、それぞれ喫水線Ｌ０－Ｌ０と平行な第１の水平線Ｌ１－Ｌ１、第２の水平線Ｌ２－Ｌ２及び第の３の水平線Ｌ３－Ｌ３とが示されている。図４の底面図には、第１の水平線Ｌ１－Ｌ１、第２の水平線Ｌ２－Ｌ２及び第３の水平線Ｌ３－Ｌ３に相当する水平面内における船底２ａの輪郭の形状が第１の曲線ｃ１、第２の曲線ｃ２及び第３の曲線ｃ３によって示されている。
　翼型の形状は、喫水線Ｌ０－Ｌ０より下方の船底２ａに形成されてもよいし、喫水線Ｌ０－Ｌ０から所定深さより下方の船底２ａに形成されてもよい。また、翼型の形状は、喫水線Ｌ０－Ｌ０より下方の船底２ａだけではなく、喫水線Ｌ０－Ｌ０から上方の所定高さまでの船舷２ｂにまで形成されてもよい。
　図６は、カヌー１の船底２ａの水平面内における輪郭を示す図である。図６（ａ）には、第１の水平線Ｌ１－Ｌ１を含む水平面内における船底２ａの輪郭の形状である第１の曲線ｃ１が示されている。同様に、図６（ｂ）及び図６（ｃ）には、第２の水平線Ｌ２－Ｌ２及び第３の水平線Ｌ３－Ｌ３を含む水平面内における船底２ａの輪郭の形状である第２の曲線ｃ２及び第３の曲線ｃ３が示されている。
　カヌー１の船底２ａは、図６（ａ）の第１の曲線ｃ１、図６（ｂ）の第２の曲線ｃ２及び図６（ｃ）の第３の曲線ｃ３に示したように、水平面内で翼型の輪郭を有するように形成されている。船底２ａの輪郭が形成する翼型の形状は、船体２の中心線Ｃ－Ｃについて右舷及び左舷が対称になるように船底２ａを取り囲み、水平面が喫水線から深さ方向に進むにつれて次第に寸法が小さくなっている。
　本実施の形態において、水平面内における船底２ａの輪郭の翼型の形状は、船首１ａ側の一方の縁２１が薄く鋭角的な形状を有し、船尾１ｂ側の他方の縁２２が丸い形状を有している。このような翼型の形状は、船尾１ｂの側から船首１ａの側に水が流れる、すなわち、水に対して後方に進むことが多いスラロームの競技を想定したものである。
　図７は、水平面内におけるカヌー１の船底２ａの周りの水の流れを示す図である。ここでは、例として第２の水平線Ｌ２－Ｌ２を含む水平面内における船底２ａの輪郭の形状である図６（ｂ）に示した第２の曲線ｃ２を示すが、他の深さの水平面内における船底２ａの周りの水の流れも同様である。
　図７（ａ）は、船首１ａから船尾１ｂの方向に水が流れる場合を示している。この場合は、カヌー１が水に対して前方に進む場合に対応している。船底２ａの輪郭である第２の曲線ｃ２を含む水平面内において、流線に示すように、水は翼型の一方の縁２１から他方の縁２２の方向に、第２の曲線ｃ２に沿って剥離せずに船底２ａに沿って流れている。このように船底２ａに沿って流れる水によって、船体２には船首１ａから船尾１ｂに向かう方向に抗力Ｄが発生している。
　図８は、図７（ａ）に示した船首１ａから船尾１ｂの方向に水が流れる場合における水中の圧力の分布を数値流体力学（ＣＦＤ）により解析した結果を示す図である。図８（ａ）はカヌー１の船体２の中心線Ｃ－Ｃを含む鉛直面における圧力の分布を示し、図８（ｂ）は水面から所定深さの水平面における圧力の分布である。図中のグラデーションが濃くなるほど圧力が低くなることを示している。図中の略中央には、船体２の輪郭が示されている。
　解析の結果によると、カヌー１の船首１ａ及び船尾１ｂでそれぞれ圧力が高くなり、船首１ａと船尾１ｂの略中央の船底２ａでも圧力が高くなっていることが見られる。また、圧力の分布は右舷及び左舷について略対称であることが見られる。
　このように、本実施の形態のカヌー１においては、船首１ａから船尾１ｂの方向に水が流れる場合には、水は水平面内において翼型の形状の輪郭を有する船底２ａに沿って進み、圧力は右舷及び左舷について略対称である。圧力が右舷又は左舷の一方に偏ったり右舷と左舷との間で揺動したりすることがない。したがって、カヌー１の船首１ａから船尾１ｂの方向に水が流れる場合、すなわち、カヌー１が水に対して前方に進む場合には、真っすぐに前方に進むことができるような直進性能が確保されている。
　図９は、比較例として、従来のカヌーにおいて船首から船尾の方向に水が流れる場合における水中の圧力をＣＦＤにより解析した結果を示す図である。従来のカヌーにおいて、水平面内における船底は例えば卵型の形状の輪郭を有している。図中には、水面から所定深さの水平面における圧力の分布を示している。図中のグラデーションは、薄くなるほど圧力が低くなっている。
　解析の結果によると、カヌーの船首、右舷及び左舷の船舷でそれぞれ圧力が低くなり、右舷及び左舷の船舷における圧力は対称でないことが見られる。また、船尾からは、略所定間隔で圧力が低い部分が右舷と左舷とに略交互に発生することが見られる。このため、従来のカヌーにおいては、カヌーの船首から船尾の方向に水が流れる場合、すなわち、カヌーが水に対して前方に進む場合に、右舷及び左舷の船舷の圧力の不均衡が発生したり、船尾から右舷と左舷とに圧力の低い部分が略交互に発生したりすることにより、カヌーが右舷と左舷と間で揺動することがあり、直進性能を確保することができなかった。
　図１０は、図７（ａ）に示した船首１ａから船尾１ｂの方向に水が流れる場合における本実施の形態のカヌー１の船底２ａの周りの水の流れについて、水槽を用いて実験した結果を示す写真である。実験は、カヌー１を縮小した模型を図中右側が船首１ａとなり、図中左側が船尾１ｂとなるように右舷を手前側にして水槽に設置し、船首１ａから船尾１ｂに向う方向に所定の流速の水流を発生させ、水素気泡法により流れを可視化した。実験結果の写真によると、鉛直面内において水はカヌー１の船首１ａから船尾１ｂの方向に船底２ａに沿って流れていることが見られる。
　図７（ｂ）は、船尾１ｂから船首１ａの方向に水が流れる場合を示している。この場合は、カヌー１が水に対して後方に進む場合に対応し、例えばスラロームで川の流速より遅い速度で川を下っていたり、一定の場所にとどまっていたりする場合が該当する。船底２ａの輪郭である翼型の曲線ｃ２を含む水平面内において、流線に示すように、水は翼型の他方の縁２２から一方の縁２１の方向に、曲線ｃ２に沿って流れるが、流れは一方の縁２１の近くで翼型の曲線ｃ２から剥離している。船底２ａに沿って流れる水によって船体２には船尾１ｂから船首１ａに向かう方向に抗力Ｄが発生するが、流れが翼型の曲線ｃ２から剥離した部分は低圧になるため、流れが船底２ａの輪郭から剥離していない場合と比べると大きな抗力Ｄが発生する。
　図１１は、図７（ｂ）に示した船尾１ｂから船首１ａの方向に水が流れる場合における本実施の形態のカヌー１の船底２ａの周りの水の流れについて、水槽を用いて実験した結果を示す写真である。実験は、カヌー１を縮小した模型を図中右側が船尾１ｂとなり、図中左側が船首１ａとなるように左舷を手前側にして水槽に設置し、船尾１ｂから船首１ａに向かう方向に所定の流速の水流を発生させ、水素気泡法により流れを可視化した。
　実験結果の写真によると、鉛直面内において水はカヌー１の船尾１ｂから船首１ａの方向に船底２ａに沿って流れていることが見られるが、一方の縁２１がある船首１ａの近くで気泡が船底２ａの法線方向に不規則に運動していることが見られる。このことから、船首１ａの近くで流れが船底２ａから剥離していることが確認できる。
　このように、本実施の形態のカヌー１においては、船尾１ｂから船首１ａの方向に水が流れる場合、船首１ａの付近で船底２ａから流れが剥離するために船体２には船尾１ｂから船首１ａに向かう方向に大きな抗力Ｄが発生する。このため、船尾１ｂから船首１ａの方向に水が流れる場合、すなわち、カヌー１が水に対して後方に進んでいる場合には、船体２に対する大きな抗力Ｄによって、船尾１ｂから船首１ａに向かう方向、すなわち、前方への速度が延びるようになり加速性能を確保することができる。
　この発明は、スラロームの競技用のカヌーの製造に利用することができる。
　１　カヌー
　２　船体
　２ａ　船底
　２ｂ　船舷
　３　デッキ
　４　コックピット
　８　シート
　９　フットレスト
　１１　隔壁
　１２　コーミング

Claims (3)

  1. 　船首から船尾に向かう方向に輪郭が翼型の形状に形成された船底を含むカヌー。
  2. 　前記翼型の形状は、水平面内及び船体の中心線に平行な鉛直面内の少なくとも一方に形成された請求項１に記載のカヌー。
  3. 　水平面内に形成された前記翼型の形状は、上面と下面の輪郭が対称であって、船底を取り囲む請求項２に記載のカヌー。
     
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