JP2008247050A - 船舶の抵抗低減装置及び船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】トランサム型船尾を有する船舶において、船尾端の船底部に設けた水流加速フィンにより、船尾端における船尾波の整流により推進抵抗の向上を図ることができる船舶の抵抗低減装置及び船舶を提供する。
【解決手段】トランサム型船尾を有し、満載喫水線Ｗ．Ｌ．に対して船尾端が水没する船舶１において、船尾端の下方部位に船底面１ａとの間に隙間Ｓを有して水流加速フィン１０を設けると共に、該水流加速フィン１０の流入口の隙間Ｓ１を流出口の隙間Ｓ２よりも大きく形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トランサム型船尾を有する船舶に関し、より詳細には、船尾端の船底部に設けた水流加速フィンによる、船尾端における船尾波の整流により推進抵抗の向上を図ることができる船舶の抵抗低減装置及び船舶に関する。

船舶の多くにおいては、図３４〜図３６に示すように、船尾端に船体中心線（Ｃ．Ｌ．）に対して略垂直な平面を設けたトランサム型船尾を採用している。このトランサム型船尾の形状では、側面視でトランサムの鉛直面Ｓｔと、船尾のボデイラインとが交わる部分は満載喫水線の近傍で角部を形成している。この角部は船舶１Ｘが満載状態で停泊しているときには水没するが、航行時には後部水面がこの角部より下側になり、角部の下側の傾斜した船底部分で波きりしている。

しかしながら、近年、船舶の大型化に伴い、船尾形状が肥大化すると共に航行速度に対応するフルード数（船速の無次元化表示）も低下する傾向にあり、このトランサム型船尾の角部の下端が航行時に水没して、この船尾端の水没した角部で流れの剥離及び止水領域が生じ、推進抵抗が増加するという問題がある。

この船尾の肥大度を示すものとして、「笹島のＲ」や「ラン係数」とも呼ばれる船尾肥大度ｒがあり、船長Ｌ、船幅Ｂ、方形係数Ｃｂ、浮心位置Ｌｃｂによって、ｒ＝１／［Ｌ／Ｂ×｛（１−Ｃｂ）×１．３−０．０３１×Ｌｃｂ｝］で計算される。この船尾肥大度ｒと推進抵抗に関係する形状影響係数（Ｋ）との関係を図３７に示す。この図３７によれば、船尾肥大度ｒが増加するにつれて、形状影響係数（Ｋ）も増加している。

この抵抗増加の対策として、船舶の船尾後端部の下側に、船底面と所要の距離を隔てて船幅方向に船底面とほぼ平行に延びるように形成した平板状のフィンを配置し、かつ、該フィンを、船底面との間に形成される隙間が船首側から船尾側に向けて広くなるよう船底面のプロファイル線に対し所要の迎角で取り付けた構成を有する船舶の抵抗低減装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この船舶の抵抗低減装置では、船体の前進時に水流を船底と翼形と迎角を持つフィンとの隙間を通過させることにより、翼の原理を利用して加速して船尾の下端の水切り性能を改善し、造波抵抗等の抵抗の発生を抑制するとしている。

しかしながら、この船舶の抵抗低減装置では、フィンと船底面との間の隙間を船首側から船尾側に向けて広くなるようにしているため、翼の原理により加速した水流は連続の定理に従って減速されてしまうため、この隙間を流れる水流を十分に加速できないので、十分な水切り効果を奏することは難しいという問題がある。また、船尾端に死水域があるため、フィン前方が狭いと船舶の前進によって水が流入せずに、フィンと船底の間も水が淀んでしまい、抵抗になってしまう恐れがあるという問題もある。

また、船尾のトランサム部ないしスターンフレーム部の下端部の水流の剥離を抑制することにより、船体抵抗の軽減、騒音および振動の防止を目的として、船尾部分の船体の表面に対向する側の面が断面凸上であるとともに、全体形状が該表面に沿った翼状の整流フィンを、支持枠により船尾部分に取り付けた船舶の船体抵抗軽減装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、このフィンは、船尾後方に渦の原因となる、トランサム部の下端部表面からの水流の剥離を防止するという、消極的な船体抵抗軽減方法に留まっている。その上、アスペクト比が著しく小さく、翼性能として悪いため整流はされるが、フィン自体に大きな抵抗が働くという問題や、一番水流が淀む位置である船体中央部に支持棒が配置されているため整流効果が少なくなるという問題や、フィンの両端が自由端となっているため、翼端渦が発生し抵抗増加となり易く、また、支持強度不足やフィンに振動が生じ易いという問題がある。
特開２００５−５９７１５号公報 実開平５−３０９２号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、トランサム型船尾を有する船舶において、船尾端の船底部に設けた水流加速フィンにより、船尾端における船尾波の整流により推進抵抗の向上を図ることができる船舶の抵抗低減装置及び船舶を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の船舶の抵抗低減装置は、トランサム型船尾を有し、満載喫水線に対して船尾端が水没する船舶において、船尾端の下方部位に船底面との間に隙間を有して水流加速フィンを設けると共に、該水流加速フィンの流入口の隙間を流出口の隙間よりも大きく形成して構成される。この構成により、水流加速フィンと船底面の間に流入した水流は加速されるので、この加速された水流により、トランサム型の船尾端による船尾波の流れが整流され、水切り効果が促進され造波抵抗が低減する。また、水流加速フィンの取り付け角度によっては、水流に対して迎角を有して構成できる場合があり、この場合には、水流加速フィンが発生する揚力により、推進力を得ることができる。従って、推進性能が向上する。

また、上記の船舶の抵抗低減装置において、水流加速フィンを横断面が翼形の部材又は平板で形成する。この水流加速フィンを横断面が翼形の部材で形成すると、抵抗を減少できると共に、大きな揚力を得ることができるようになり、得られる推進力を大きくすることができる。また、平板で形成すると得られる推進力は翼形に比べて小さいが、製作が容易となる。

また、上記の船舶の抵抗低減装置において、船舶の左右方向に関する船体の中心面における、船底面と水流加速フィンの隙間を水流加速フィンの翼弦長の０．２倍以上１．０倍以下とすると、船体を地面と見立てると地面効果（グランドエフェクト）により揚力を得ることができ、抵抗増加に比べて推進性能の向上の効果を大きくすることができる。つまり、０．２倍より小さいと抵抗増加も大きくなり効果的な推進性能が得られず、１．０倍より大きいと船尾端の水流を整流する効果が小さくなり、また、水流加速フィン設置に伴う重量増加量が効果に比べて大きくなったりする。

上記の目的を達成するための本発明の船舶は、上記の船舶の抵抗低減装置を備えて構成される。また、この船舶が、船舶の船尾肥大度が０．６０以上０．８０以下である場合に大きな効果を奏することができる。この船尾肥大度ｒは、船尾の肥大度を示すものとして、「笹島のＲ」や「ラン係数」とも呼ばれるもので、船長Ｌ、船幅Ｂ、方形係数Ｃｂ、浮心位置Ｌｃｂによって、ｒ＝１／［Ｌ／Ｂ×｛（１−Ｃｂ）×１．３−０．０３１×Ｌｃｂ｝］で計算される。

更に、上記の船舶において、方形係数Ｃｂ（＝▽／（Ｌ×Ｂ×ｄ））が０．８４以上０．９０以下で、かつ、計画速度がフルード数換算で０．１２以上０．１８以下である場合には、これらの船型及び航走速度では、トランサムの下端の水没による抵抗増加量が大きいのでより効果が大きい。なお、ここで、▽は排水容積、Ｌは船長（垂線間長）、Ｂは型幅、ｄは型喫水である。

本発明の船舶の抵抗低減装置及び船舶によれば、トランサム型船尾を有した船舶において、船尾の船底面と入口を広くした水流加速フィンによって取水効果を利用して入った流れを途中で絞ることにより、流れる水流を加速することができ、この加速流により船尾波を整流して渦や死水域を減少させて水切り効果を発揮することにより、船尾波による造波抵抗を低減することができる。更に、水流加速フィンの設置角度によっては、上向きの揚力が発生し、水流加速フィンに発生する揚力の推進方向成分により推進力を発生する。

また、この船舶の抵抗低減装置は、水流加速フィンの装着のみで、船体形状を変更する必要が無いので、既に航行中の船舶にも装着可能であり、これを装着することにより、比較的容易に推進性能を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る船舶の抵抗低減装置及び船舶の実施の形態について説明する。この船舶１は、トランサム型船尾を有し、満載喫水線Ｗ．Ｌ．に対して船尾端が水没する船舶である。

図１〜図３に示すように、側面視で船尾のトランサムＳｔにおいて、船尾端の下方部位に船底面１ａとの間に隙間Ｓを有して水流加速フィン（船舶の抵抗低減装置）１０を設ける。この水流加速フィン１０は、図２に示すように、水流加速フィン１０の流入口の隙間Ｓ１を流出口の隙間Ｓ２よりも大きく形成する（Ｓ１＞Ｓ２）。即ち、水流加速フィン１０と船底面１ａとの間の角度αをプラス（α＞０）とする。なお、船底面１ａが直線形状で無い場合には、水流加速フィン１０の流入口と流出口に対向する部分、厳密には水流加速フィン１０の前端と後端における翼弦に対する２つ垂線と船底面１ａとの交点を求め、この２つの交点を結ぶ線分と翼弦とのなす角度を角度αとする。

また、船舶１の左右方向に関する船体の中心面における、船底面１ａと水流加速フィン１０の隙間Ｓを水流加速フィン１０の翼弦長の０．２倍以上１．０倍以下とすると、地面効果（グランドエフェクト）により大きな揚力を得ることができ、抵抗増加に比べて推進性能の向上の効果を大きくすることができる。つまり、０．２倍より小さいと抵抗増加も大きくなり効果的な推進性能が得られず、１．０倍より大きいと船尾端の水流を整流する効果が小さくなり、また、水流加速フィン１０の設置に伴う重量増加量が効果に比べて大きくなったりする。従って、この範囲に設定することにより、抵抗増加に比べて推進性能の向上の効果を大きくすることができる。

この構成により、水流加速フィン１０と船底面１ａの間に流入した水流が加速されるので、この加速された水流により、トランサム型の船尾端による船尾波の流れが整流され、水切り効果が促進される。そのため、船尾波の造波抵抗が低減する。

更に、船舶１によっては、図２に示すように、この水流加速フィン１０を水流に対して迎角βを持たせて設けることにより、水流加速フィン１０が発生する揚力の推進方向成分により、推進力を得ることができる。つまり、水流加速フィン１０には揚力と抗力が作用するが、迎角βによるが大きな揚力が発生し、揚力と抗力の合成力が船首方向側の成分を持てばこの成分が推進力となる。この場合には、地面効果（グランドエフェクト）が生じるので揚力を得ることができる。

この水流加速フィン１０はその横断面が翼形の部材で形成することが好ましく、これにより、水流加速フィンの抵抗を減少すると共に、推進力として利用できる揚力を大きくすることができる。この翼形状は対称翼の形状であってもよい。また、水流加速フィン１０を平板で形成すると、水流加速フィン１０の抵抗減少の効果は少ないが、工作が容易となる。なお、平板で形成する場合には、前方や後方の角を丸めたり、面取りしたりすることが好ましい。また、翼形状の代りに前方が厚く後方が薄い、厚みがテーパー状になっている板を使用してもよい。

この水流加速フィン１０は支持部材１１により支持されるが、この支持部材も抵抗を少なくしたり、あるいは、工作性を良くするために、その横断面を、流線型や翼形にすることが好ましい。この支持部材を翼形で形成すると揚力を発生することができるので、この支持部材１１でも推進力を得ることができる。この支持部材１１は翼の端部の渦流出を抑制するため、水流加速フィン１０の端部に設けることが好ましい。また、端部のみでは支持強度が保てない場合には、適宜、適当な間隔で支持部材１０を設ける。しかしながら、一番水流が淀む位置が船体中央部であるので、この船体中央部の部位を避けることが好ましい。

次に水流加速フィン１０の形状や配置についてより詳細に説明する。この水流加速フィン１０の平面視における形状としては、図４〜図１６に示すような形状が考えられるが、本発明は、必ずしも、この形状に限定されるものではなく、水流加速フィン１０を設ける船舶１の水流分布に対応した形状を用いるのがよい。なお、水流加速フィン１０を翼として見た時の縦横比（幅／翼弦長）を１０以上にすることが翼の効果から見て好ましい。

図４〜図８は、前後対称の水流加速フィンの形状を示す。図４は長方形、図５は曲線を前後に持つ形状、図６は中央が突出した６角形形状、図７は前後が曲線で側方が直線の形状、図８は楕円形状を示す。また、図９〜図１４は、中央側が前方又は後方に出ている形状で、図９は三角形状、図１０は５角形形状、図１１は６角形形状、図１２は段付きの８角形形状、図１３は楕円形状を含む蒲鉾型形状、図１４は中央部のみ楕円形状に突出した形状を示す。この中央部の翼弦長を大きくした水流加速フィン１０を用いると、水流は左右方向に関する船体中心で、淀みやすくなり、水流の速度が遅いので、水流加速効果がより必要な中央部分の翼弦長を大きくでき、水流加速効果をより適切なものにすることができる。

更に、図１５は全体がＶ字形状となっているものを、図１６は三日月型となっているものを示す。なお、図９〜図１６に示すような前後方向が非対称な形状の場合には、水流分布によって、図に示す上方を船首側とし、あるいは、上方を船尾側とする。つまり、図９〜図１６は必ずしも上方を船首方向として示す図ではない。

この水流加速フィン１０の配置としては、図１に示すように単独配置であってもよいが、船尾の水流分布によっては、複葉配置又は多葉配置とすることができ、この配置により単独配置よりも更に推進効果を得るようにしてもよい。この複葉配置の例として、図１７〜図２１を側面視による水流加速フィン１０ａ，１０ｂの配置を示す。なお、本発明は、必ずしも、この配置に限定されるものではなく、水流加速フィン１０を設ける船舶１の水流分布に対応した配置を用いるのがよい。

図１７は後方の水流加速フィン１０ａよりも前方の水流加速フィン１０ｂの船底面１ａに対する角度α（図１参照）が開いている場合、図１８は後方の水流加速フィン１０ａと前方の水流加速フィン１０ｂの船底面１ａに対する角度α（図１参照）が同じ場合を示す。また、図１９は後方の水流加速フィン１０ａの隙間が、前方の水流加速フィン１０ｂの隙間よりも大きい場合。、図２０は上方の水流加速フィン１０ａと下方の水流加速フィン１０ｂとが平面視で略重なる場合、図２１は後方の水流加速フィン１０ａの前方部分と前方の水流加速フィン１０ｂの後方部分とが平面視で重なる場合を示す。また、図２２は、水流加速フィン１０Ａにフラップ１０ｆを設けた場合を示す。このフラップ１０ｆにより水流をより極め細かく整流することができるようになる。

また、この水流加速フィン１０を船尾後方から見た配置の例を、図２３〜図３３に示す。図２３〜図２９は水流加速フィンの単独配置を示し、図３０〜図３３は複葉配置を示す。なお、本発明は、必ずしも、この配置に限定されるものではなく、水流加速フィン１０を設ける船舶１の水流分布に対応した配置を用いるのがよい。

図２３は左右方向に関して曲面形状の水流加速フィン１０を船底面１ａに等間隔（隙間が同じ）で沿わして配置したものを示し、図２４は図２３の構成において支持部材１１を増設したものを示す。この支持部材１１の方向は垂直方向が一般的であるが、傾斜していてもよい。図２５は船幅方向の一部に水流加速フィン１０を楕円形状に設けたものを示す。図２６及び図２７は水流加速フィン１０を一定の水深になるように即ち水平に設けたものを示す。図２６では水流加速フィン１０を船幅方向の全幅にわたって設け、図２７では水流加速フィン１０を船幅方向の一部に設けている。図２８と図２９は中折れタイプを示す。図２８は水流加速フィン１０を下側に凸のＶ字形状に設けたものを示し、図２９は水流加速フィン１０の左右の一部を傾斜させて設けたものを示す。

図３０〜図３３は、複葉（タンデム）の水流加速フィン１０ａ，１０ｂを上下２段配置したものを示す。図３０では水流加速フィン１０ａ，１０ｂを船幅方向の全幅にわたって設け、図３１では水流加速フィン１０ａ，１０ｂを船幅方向の一部に設けている。図３２は一方の水流加速フィン１０ａを船幅方向の一部に設け、他方の水流加速フィン１０ｂを船幅方向の全幅にわたって設けている。図３３は左右の一部を傾斜させて設けた水流加速フィン１０ａの下側に楕円形状の水流加速フィン１０ｂを設けている。なお、この場合の水流加速フィン１０ａと水流加速フィン１０ｂの断面形状及び平面視形状は、必ずしも同一又は相似である必要はなく、一方が同一又は相似で、他方が異なる形状であってもよい。

上記の構成の船舶１の抵抗減少装置である水流加速フィン１０，１０ａ，１０ｂによれば、トランサム型船尾を有した船舶１において、船尾の船底面１ａと水流加速フィン１０，１０ａ，１０ｂとの間で加速させた水流により船尾波を整流して水切り効果を発揮することができ、船尾波による造波抵抗を低減することができる。

更に、水流加速フィン１０，１０ａ，に揚力を発生させ、その揚力の推進方向成分により推進力を発生させることができるので、更に推進性能を向上させることができる。

また、この水流加速フィン１０，１０ａ，１０ｂを備えた船舶１によれば、船尾波による造波抵抗を低減し、更に、水流加速フィン１０，１０ａ，１０ｂにより推進力を発生させることができるので、高い推進性能を持つ船舶となる。

この効果は、特に、方形係数（Ｃｂ）が０．８４以上０．９０以下で、かつ、計画速度がフルード数（Ｆｎ）換算で０．１２以上０．１８以下であるような、タンカーやバルクキャリア等の低速肥大船の場合には、より効果が大きい。つまり、これらの船型及び航走速度では、トランサムの下端の水没による抵抗増加量が大きい。そのため、本発明はこれらの船舶に適用するのがより好ましい。

また、船尾肥大度ｒが０．６以上０．８以下の範囲でトランサム型船尾を有する船舶も、トランサムの下端の水没による抵抗増加量が大きいので、本発明はこれらの船舶に適用するのが好ましい。なお、この船尾肥大度ｒは、船尾の肥大度を示すものとして、「笹島のＲ」や「ラン係数」とも呼ばれるもので、船長Ｌ、船幅Ｂ、方形係数Ｃｂ、浮心位置Ｌｃｂによって、ｒ＝１／［Ｌ／Ｂ×｛（１−Ｃｂ）×１．３−０．０３１×Ｌｃｂ｝］で計算される。

なお、上記の実施の形態や図１〜図３３では、船尾端近傍の船底面１ａが側面視で直線形状の船舶１で説明したが、船尾端が丸みや面取りを持つ船舶であっても、その丸みや面取りが少なく、トランサム型船尾の角部の下端が航行時に水没して、この船尾端の水没した角部で流れの剥離及び死水領域が生じ、推進抵抗が増加するという問題がある場合には本発明を適用できる。

本発明の実施の形態の船舶の船体後部を示す部分側面図である。 図１の水流加速フィンを示すの部分拡大図である。 図１の水流加速フィンを示す、船舶の船体後部を後方から見た図である。 水流加速フィンの平面視形状の一例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 水流加速フィンの平面視形状の他の例を示す図である。 複数の水流加速フィンの配置の一例を示す部分側面図である。 複数の水流加速フィンの配置の他の例を示す部分側面図である。 複数の水流加速フィンの配置の他の例を示す部分側面図である。 複数の水流加速フィンの配置の他の例を示す部分側面図である。 複数の水流加速フィンの配置の他の例を示す部分側面図である。 フラップを備えたの水流加速フィンを示す部分側面図である。 水流加速フィンの配置の一例を示す船尾後方から見た図である。 水流加速フィンの配置の他の例を示す船尾後方から見た図である。 水流加速フィンの配置の他の例を示す船尾後方から見た図である。 水流加速フィンの配置の他の例を示す船尾後方から見た図である。 水流加速フィンの配置の他の例を示す船尾後方から見た図である。 水流加速フィンの配置の他の例を示す船尾後方から見た図である。 水流加速フィンの配置の他の例を示す船尾後方から見た図である。 複数の水流加速フィンの配置の一例を示す船尾後方から見た図である。 複数の水流加速フィンの配置の他の例を示す船尾後方から見た図である。 複数の水流加速フィンの配置の他の例を示す船尾後方から見た図である。 複数の水流加速フィンの配置の他の例を示す船尾後方から見た図である。 従来のトランサム型船尾を有する船舶の船体後部を示す正面形状図である。 図３４の船舶の船体後部を示す側面形状図である。 図３４の船舶の船体後部を示す平面形状図である。 船尾肥大度と形状影響係数との関係を示す図である。

符号の説明

１ 船舶
１ａ 船底面
１０，１０ａ，１０ｂ 水流加速フィン
１１ 支持部材
Ｓ 隙間
Ｓ１ 流入口の隙間
Ｓ２ 流出口の隙間
Ｓｔ トランサム面
Ｗ．Ｌ． 満載喫水線
α 水流加速フィンと船底面との間の角度
β 水流加速フィンの水流に対する迎角

Claims (6)

1. トランサム型船尾を有し、満載喫水線に対して船尾端が水没する船舶において、船尾端の下方部位に船底面との間に隙間を有して水流加速フィンを設けると共に、該水流加速フィンの流入口の隙間を流出口の隙間よりも大きく形成したことを特徴とする船舶の抵抗低減装置。
2. 前記水流加速フィンを横断面が翼形の部材又は平板で形成したことを特徴とする請求項１記載の船舶の抵抗低減装置。
3. 船舶の左右方向に関する船体の中心面における、前記水流加速フィンと船底面との間の隙間の大きさを前記水流加速フィンの翼弦長の０．２倍以上１．０倍以下とすることを特徴とする請求項１又は２記載の船舶の抵抗低減装置。
4. 請求項１、２又は３記載の船舶の抵抗低減装置を備えた船舶。
5. 当該船舶の船尾肥大度が０．６０以上０．８０以下であることを特徴とする請求項４記載の船舶。
6. 前記船舶は、方形係数が０．８４以上０．９０以下で、かつ、計画航行速度がフルード数換算で０．１２以上０．１８以下であることを特徴とする請求項４又は５記載の船舶。

Images