JP2023067297A - Thrust generation system of sailing body, sailing body, and drag reduction method of sailing body - Google Patents
Thrust generation system of sailing body, sailing body, and drag reduction method of sailing body Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023067297A JP2023067297A JP2021178393A JP2021178393A JP2023067297A JP 2023067297 A JP2023067297 A JP 2023067297A JP 2021178393 A JP2021178393 A JP 2021178393A JP 2021178393 A JP2021178393 A JP 2021178393A JP 2023067297 A JP2023067297 A JP 2023067297A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- hull
- injection
- bow
- inflow opening
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
本発明は、水に接する面を有する航走体に関し、より詳細には、航走体の推進力発生システム機構、航走体及び航走体の抵抗低減方法に関する。
BACKGROUND OF THE
水上を航行する排水量型の船舶や水中を潜航する潜水艦等の航走体においては、航走体が移動する際に水に接する面が水から流体抵抗を受けるため、これに抗する推進力を発揮する必要がある。 In cruising bodies such as displacement-type vessels that navigate on water and submarines that submerge underwater, the surfaces in contact with the water receive fluid resistance when the cruising body moves. need to perform.
一般的に、水上を航走する排水量型の航走体においては、航走時に水面下の船首部は、水流を掻き分ける部分となる。そのため、コンテナ船や艦艇等の高速航行の船舶では、水線面形状の先端は鋭角を持った形状で構成され、水や波を切り分けて進む形状に形成されている。また、造波抵抗を減少するため、船首バルブ、球状船首等を設けて、これらの構造物が発生する波を船体の船首部が発生する波に干渉させて、全体としての波の発生を小さくすることも行われている。 In general, in a displacement-type vehicle that sails on water, the bow part under the water surface during sailing serves as a part that pushes through water currents. Therefore, in high-speed vessels such as container ships and naval vessels, the tip of the waterplane shape is formed in a shape having an acute angle, and is formed in a shape that cuts through water and waves to advance. In addition, in order to reduce wave-making resistance, a bow bulb, a spherical bow, etc. are installed, and the waves generated by these structures interfere with the waves generated by the bow of the hull, reducing the generation of waves as a whole. is also being done.
一方、タンカー船やばら積み船や鉱石運搬船等の比較的低速(例えば、フルード数が0.15以下)で航行する船舶の場合には、高速航行の船舶に比べて造波抵抗成分の割合が少ないので、船舶の容積確保のために船首部の先端から短い距離で広い幅を確保できるように、水線面形状の先端は鈍角又は丸みを帯びた形状で構成されている。 On the other hand, in the case of vessels that sail at relatively low speeds (for example, the Froude number is 0.15 or less) such as tankers, bulk carriers, and ore carriers, the ratio of wave-making resistance components is smaller than that of ships that sail at high speeds. Therefore, in order to secure a wide width at a short distance from the tip of the bow in order to secure the volume of the ship, the tip of the water plane shape is configured with an obtuse angle or a rounded shape.
そして、これらの高速航行及び低速航行の船舶では、上甲板より上には、甲板関係の倉庫であるボースンズ・ストアが配置され、さらに、上甲板又は暴露甲板の上には係船用装置類が配置されている。船首部の水面より上の形状は、上甲板までの乾舷と上甲板より上のブルワーク(波除け板)が有り、切り立った形状をしている場合もあり、また、フレアと呼ばれる上に広がった形状をしている場合もある。この上甲板より上の形状は、通常航行時においては、水による抵抗には影響しないが、風圧抵抗の減少や荒天時の波の打ち込みの回避などを考慮した形状となっている。 On these high-speed and low-speed vessels, Boson's Store, which is a deck-related warehouse, is arranged above the upper deck, and mooring equipment is arranged on the upper deck or exposed deck. It is The shape of the bow above the water surface has a freeboard up to the upper deck and a bulwark (wave protection board) above the upper deck. It may also have an irregular shape. This shape above the upper deck does not affect water resistance during normal navigation, but it is a shape that takes into account the reduction of wind pressure resistance and the avoidance of waves in stormy weather.
また、上甲板より下の船首部においては、通常清水タンクとして用いられるフォア・ピーク・タンクが配置され、さらに、錨泊で使用する錨や錨鎖のためのチェイン・ロッカー、ホースパイプ、ベルマウス等が配置されている。そして、船首部の船内には水密構造の船首隔壁が設けられて、後方の貨物倉や客室部分などの区画と区切られている。これらの上甲板より下の船首部においては、フォア・ピーク・タンクと錨泊設備に対しては、ある程度の容積の確保は必要であるが、形状の制約は少なく、ある程度自由な形状を採用できる。そのため、船体没水部の船首部の形状は、航行時の船速に合わせて造波抵抗や圧力抵抗を減少するための形状で構成されている。 In addition, in the bow below the upper deck, the fore peak tank, which is usually used as a freshwater tank, is arranged, and furthermore, chain lockers, hose pipes, bell mouths, etc. for anchors and anchor chains used for anchoring are installed. are placed. A watertight collision bulkhead is installed in the bow to separate the cargo hold and passenger compartments in the rear. In the bow below the upper deck, it is necessary to secure a certain amount of volume for the fore peak tank and the anchoring equipment, but there are few restrictions on the shape, and the shape can be adopted to some extent. Therefore, the shape of the bow of the submerged portion of the hull is configured to reduce the wave-making resistance and pressure resistance according to the ship speed during navigation.
そして、水上を航行する船舶の抵抗を推定する際には、空気抵抗の他に、水による抵抗として、造波抵抗、粘性圧力抵抗、粘性摩擦抵抗の3つに分けて推定する場合がある。造波抵抗は無次元値のフルード数に関係し、粘性圧力抵抗と粘性摩擦抵抗は無次元値のレイノルズ数に関係する。 When estimating the resistance of a ship sailing on water, in addition to air resistance, water resistance may be estimated by dividing it into three categories: wave-making resistance, viscous pressure resistance, and viscous friction resistance. The wave-making drag is related to the dimensionless Froude number, and the viscous pressure drag and the viscous friction drag are related to the dimensionless Reynolds number.
この造波抵抗及び粘性圧力抵抗の大きさは、船首部の先端形状の影響が大きい。そのため、船首部に水の流入開口部を設けて、この流入開口部から吸いこんだ水を船首側の船底または船側に設けた排出口から排出する抵抗低減方法が多数提案されてきている。 The magnitude of this wave-making resistance and viscous pressure resistance is greatly influenced by the tip shape of the bow. Therefore, many proposals have been made for methods of reducing drag by providing a water inflow opening in the bow and discharging the water sucked in through this inflow opening from the bottom of the ship on the bow side or from the discharge port provided on the side of the ship.
この抵抗低減方法に関連して、例えば、高速船等の造波抵抗の減少を意図して、船首部に流入口を設けて、船首部付近の水をこの流入口から吸い込んで、この水を導水管により船首部より後方の船底部に設けた排水口に導く船舶が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In relation to this resistance reduction method, for example, with the intention of reducing the wave-making resistance of high-speed ships, etc., an inflow port is provided in the bow, and water near the bow is sucked through this inflow port, and this water is removed. A ship has been proposed in which a water conduit guides water to a drainage port provided in the bottom of the ship behind the bow (see, for example, Patent Document 1).
また、同様に、船舶の造波抵抗や前進摩擦の軽減を意図して、満載吃水線と軽荷吃水線を包含するラッパ形開口から縦方向中心断面に沿って船底部まで、貫通管を傾斜貫通させている開口式造波抵抗減衰船型が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Similarly, with the intention of reducing the ship's wave-making resistance and forward friction, the penetrating pipe is inclined from the trumpet-shaped opening that includes the full and light draft waterlines to the bottom of the ship along the longitudinal center section. A penetrating open wave-making resistance damping hull form has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記の単に船首部の流入開口部から吸引した水を船底の排出口に導く構成では、いずれも、水の排出方向は斜め後方に向いている。そのため、吸引した水の流れの方向は、船舶の前後方向から斜め後方に変化することになり、船舶の進行方向に関しては、吸引した水において、運動量の変化が生じる。そして、この運動量の変化で生じる反力が導水路を介して船体に作用する。この反力の船舶の進行方向の成分が船舶の抵抗になるので、圧力抵抗の低減効果は限定されたものとなる。 However, in any of the configurations described above, in which water sucked from the inflow opening at the bow is simply led to the discharge port at the bottom of the ship, the direction of water discharge is obliquely rearward. Therefore, the direction of flow of the sucked water changes from the longitudinal direction of the ship to the oblique rearward direction, and the momentum of the sucked water changes with respect to the traveling direction of the ship. A reaction force generated by this change in momentum acts on the hull via the water conduit. Since the component of this reaction force in the traveling direction of the ship becomes the resistance of the ship, the effect of reducing the pressure resistance is limited.
さらに、同じ船首部における水の処理方法ではあるが、船首部の流入開口部から吸引した水を、船首部が造波した波の谷部に排出して、この波と干渉させることにより、造波される波の大きさを減少させることを意図した造波抵抗低減方法が幾つか提案されている。 Furthermore, although it is a water treatment method in the same bow, water sucked from the inflow opening of the bow is discharged to the trough of the wave created by the bow and interfered with this wave. Several wave-making drag reduction methods have been proposed that are intended to reduce the amplitude of the waves that are ripped.
その一つとして、比較的肥大船型で高速の船舶の船首部の正面中央部又はその近くに水流入用開口を設けて、船首部付近の水をこの水流入用開口から吸い込んで、船首部の左右両肩部又はその近くに設けた水流出用開口から船首部の左右両肩部外方に流出させる船舶が提案されている(例えば、特許文献3参照)。なお、この船舶では船体内流路に積極的にポンプなどを介在させることも提案されている。 As one of them, a water inflow opening is provided at or near the front center of the bow of a relatively large hull and high speed vessel, and water near the bow is sucked through this water inflow opening, A ship has been proposed in which water flows outward from the left and right shoulders of the bow through openings provided at or near the left and right shoulders (see, for example, Patent Document 3). In this ship, it is also proposed to positively interpose a pump or the like in the hull passage.
また、船首の吃水部の造波抵抗を形成する流体をバイパスさせて造波抵抗を低減することを意図して、船首部の吃水近傍(砕波現象が生じる位置)に開口した吸入口から、水を導水路に設けたインペラで吸引して、この水を船側に設けた排水口(波の谷付近)から排出することで、波の隆起をおさえて第1の砕波を減少させるとともに船体に沿う波のプロファイルを単調減少とし、第2の砕波をおさえる造波抵抗低減装置が提案されている(例えば、特許文献4参照)。 In addition, with the intention of reducing the wave-making resistance by bypassing the fluid that forms the wave-making resistance in the bow's draft, water is supplied from an inlet opening near the bow's draft (the position where the wave breaking phenomenon occurs). is sucked in by the impeller provided in the water conduit, and this water is discharged from the drainage port (near the wave valley) provided on the side of the ship, suppressing the upheaval of the waves and reducing the first breaking wave, and along the hull A wave-making resistance reduction device has been proposed that suppresses the second wave breaking by making the wave profile monotonically decreasing (see, for example, Patent Document 4).
しかしながら、これらの造波抵抗低減方法に関しては、船首部で造波された波の谷部に排出水を供給しても、単に船側に近い、波の谷部の部位を排出水で満すだけであり、この排出水で干渉用の波を発生させる訳ではない。従って、船首部で発生するエネルギーの伝搬形態である波と排出水との干渉は発生しないと考えられるので、船首波の減少効果による造波抵抗の低減効果は得られないのではないかと考える。 However, with regard to these wave-making resistance reduction methods, even if the discharge water is supplied to the wave troughs formed at the bow, the troughs of the waves near the ship are simply filled with the discharge water. , and this discharge water does not generate interference waves. Therefore, it is thought that the wave, which is the mode of propagation of the energy generated at the bow, does not interfere with the discharge water, so it is thought that the effect of reducing the wave-making resistance due to the effect of reducing the bow wave cannot be obtained.
ただし、これらの造波抵抗低減方法では、船首部の流入開口部における水の流入又は吸引により、従来の船首部の形状とは別の新たな船型形状となるので、この新たな船形形状によっては、流入開口部を設ける前の船型よりも、造波抵抗及び砕波抵抗が減少する可能性はあると考えられる。 However, in these wave-making resistance reduction methods, the inflow or suction of water at the inflow opening of the bow results in a new hull shape different from the conventional bow shape. , there is a possibility that the wave-making resistance and wave-breaking resistance will decrease compared to the hull form before the inflow opening is provided.
更には、船首部の形状ではなく、船首バルジ(船首バルブ)の前面および/あるいは側面に設けた入口から、水を吸引して、船舶の縦方向に伸びて水路に設けた流量制御装置(ポンプ、バルブ、エゼクター)で流量を制御して、この水を船側および/あるいは船底に設けた排水口から排出することで、広範囲な喫水と速度域に対して船首バルジの造波効果を最適なものにして、船の抵抗を小さくする船首バルジが提案されている(例えば、特許文献5参照)。 Furthermore, instead of the shape of the bow, water is sucked from the inlet provided on the front and / or side of the bow bulge (bow valve), and the flow control device (pump) installed in the waterway extending in the longitudinal direction of the ship , valves, ejectors) to control the flow rate and discharge this water through drains provided on the side and/or bottom of the hull, optimizing the wave-making effect of the bow bulge over a wide range of drafts and velocities. A bow bulge that reduces the resistance of the ship has been proposed (see, for example, Patent Document 5).
この構成では、流入開口部は船首バルジの先端に限定されている。また、流量制御装置による流量調整は、船首部から吸引した水の流動の流出速度の制御により、船首バルジによって発生する波形を、船首波に合わせて自由に選択できるようにするために行われている。 In this configuration the inlet opening is limited to the tip of the bow bulge. In addition, the flow rate adjustment by the flow rate control device is performed in order to be able to freely select the waveform generated by the bow bulge according to the bow wave by controlling the outflow speed of the water flow sucked from the bow. there is
また、船首部の流入開口部からの水を使用して、船舶の前端の圧力抵抗の低減による船舶全体の抵抗低減と船舶の方向転換の補助を行う方法として、船首喫水線下の前端位置と両舷の船体外板とへ連通する三方向管を1台設けて、船首の真正面側から、舳先最先端の水流を三方向管に流入させて、三方向管に設けられたバルブ(又は整流案内装置)で水流を左右舷へ制御する、船舶の航行抵抗低減及び方向転換補助が可能な装置が提案されている(例えば、特許文献6参照)。 In addition, water from the inflow opening at the bow is used to reduce the pressure resistance at the forward end of the ship, thereby reducing the overall drag of the ship and assisting in turning the ship. A three-way pipe that communicates with the hull shell plate of the side is provided, and the water flow at the tip of the bow is made to flow into the three-way pipe from the front side of the bow, and the valve (or rectification guide) provided on the three-way pipe There has been proposed a device capable of reducing the navigational resistance of a ship and assisting in changing the direction of the ship by controlling the water flow to port and starboard (see, for example, Patent Document 6).
なお、上記の特許文献1から特許文献3の構成では、水の排出方向は斜め後方に向けて、船体又は船側の排出口から排出され、特許文献4の構成では、船側の排水口から船首波の谷部に排出されている。また、特許文献5では、水の排出方向は斜め後方に向いて、船側又は船底の出口から排出され、特許文献6の構成では、右側と左側の各流路より横方向に排出されている。そのため、上記したように、水の運動量の方向の変化で生じる反力が導水路を介して船体に作用して、船舶の抵抗になるので、圧力抵抗の低減効果は限定されたものとなる。つまり、これらの特許文献1から特許文献6の抵抗低減方法には、流入開口部から流入する水を利用して推進力を得るという技術的思想は見られない。
In the configurations of
一方、船首部から取り入れた水を船尾側で噴射することで推進力を得る構成が提案されている。例えば、船体の船首側に作用する抵抗を推進力に転換することを意図して、船首側で流入された水を船首部でスクリュープロペラにより高圧化して船体の下部に長手方向に沿って設置されたマニホールドで船尾側に導いて噴出管から噴出することにより、推力を得る船体の推進及び方向転換装置が提案されている(例えば、特許文献7参照)。 On the other hand, a configuration has been proposed in which propulsion is obtained by injecting water taken in from the bow at the stern. For example, with the intention of converting the resistance acting on the bow side of the hull into propulsive force, water that flows into the bow side is pressurized by a screw propeller at the bow and installed along the longitudinal direction at the bottom of the hull. A propulsion and direction change device for a hull that obtains thrust by guiding the fuel to the stern side of a manifold and ejecting it from an ejection pipe has been proposed (see, for example, Patent Document 7).
また、吸込流路を船首部に開口して船尾側のジェット流路から噴射することで、水の衝突による抵抗を低減しながら、より効率的に水を導入して推進効率の向上するウォータージェット推進器として、ジェット水路と吸込み流路を同一高さとすることで導水管の上下方向の変化を避けるウォータージェット推進器が提案されている(例えば、特許文献8参照)。 In addition, by opening the suction channel at the bow and jetting from the jet channel on the stern side, the water jet can introduce water more efficiently and improve propulsion efficiency while reducing water collision resistance. As a propeller, a water jet propulsor has been proposed in which the height of the jet water channel and the suction channel is the same to avoid vertical changes in the water conduit (see, for example, Patent Document 8).
さらに、船舶の航走時に船首部の推進抵抗が少なくなるように、船首部の喫水線の下部に開口する取水口(高さ調整可能)から、真空ポンプの吸引力により外部海水を吸い込んで、この海水を導水管で真空タンク室に導いた後、この真空ポンプ室の水中ポンプで加圧して船尾部の放出口から放出することで推力を得て推進するウォータージェット推進船が提案されている(例えば、特許文献9参照)。 Furthermore, in order to reduce the propulsion resistance of the bow when the ship is underway, external seawater is sucked in by the suction force of a vacuum pump from the water intake (height adjustable) that opens below the waterline of the bow. A water jet propulsion ship has been proposed in which seawater is guided to a vacuum tank chamber through a water conduit, pressurized by a submersible pump in the vacuum pump chamber, and discharged from an outlet at the stern to obtain thrust for propulsion ( For example, see Patent Document 9).
これらの特許文献7から特許文献9の船尾側で水を噴射することにより推進力を得る構成では、船首部から船尾までの導水管又はマニホールド等の導水路が必要となる。そのため、これらの長い導水路により船体の容積が増加する上に、これらの長い導水路による水路壁での摩擦抵抗が大きくなるという問題がある。
The configurations of
また、特許文献9の真空ポンプ利用の構成では、真空タンク室、真空ポンプが、ウォータージェット推進の装置に加えて必要になる。また、マニホールドの構成では、船首部の下に新たに流入開口部が設けられている形状となるので、元の船型に比べて船首部に作用する抵抗をどの程度減少できるか疑問である。 Further, in the configuration using a vacuum pump in Patent Document 9, a vacuum tank chamber and a vacuum pump are required in addition to the water jet propulsion device. Also, in the manifold configuration, the inflow opening is newly provided under the bow, so it is questionable how much the resistance acting on the bow can be reduced compared to the original hull form.
さらに、次のような船首部における特殊な構成も提案されている。この提案では、船首部が受けていた動圧抵抗量を大幅に低減させるために、船首部の前面よりの通過水流を妨げないように、進行方向に沿って放物線に沿った形状の管体の入口を行列状に前面に並べると共に、管体後端部は水中に開口される空気室を備えており、船体が航行する際に、管体に流入した水を空気圧により自然落下させて流入開口部から下の管体若しくは船体の船底からに外に流下させることで、抵抗低減を図っている(例えば、特許文献10参照)。 In addition, the following special configurations for the bow have also been proposed. In this proposal, in order to greatly reduce the amount of dynamic pressure resistance received by the bow, a tubular body with a shape along a parabola along the direction of travel is used so as not to block the passing water flow from the front of the bow. The inlets are arranged in a matrix on the front, and the rear end of the pipe is equipped with an air chamber that opens into the water. The resistance is reduced by flowing down from the lower tubular body or the bottom of the hull (see, for example, Patent Document 10).
この特許文献10の構成では、管体の没水位置の水頭圧に相当する空気圧により、流入してきた水を管壁に衝突させることなく、管体の外部に自然落下させるということで、管体内で水が管壁に衝突することがなく、水の抵抗を直接艦体の周囲壁が受けることはないとされている。
In the configuration of
しかしながら、この特許文献10の構成では、船舶の後方に向かって流入してくる水流の方向を船体の下方向に転換しているので、この方向転換に伴う作用力が発生するのではないかと考えられる。また、各管体の内部で空気圧により水の流入圧を抑えているということから、恐らくは、仮想扉が空気圧を介して水の流入圧を受けていると思われるので、船体の抵抗低減にはならないのではないかと考える。その上、この構成では、高さ1m程度の管体、圧縮空気の供給配管オーバーフローセンサ、満水センサ等を使用して、システムの構成が著しく複雑となっているので、実用化は難しいのではないかと考える。
However, in the configuration of
また、船首部の抵抗低減効果というよりも、船底部に気泡を供給して摩擦抵抗を低減させると共に船舶の推力を増加させることを意図して、船首側の船底に流入開口部を持つ水路を摩擦抵抗用の気泡やマイクロバブルの船底部への供給通路として使用し、コアンダ効果(粘性流体の噴流や流れが近くの壁に引き寄せられる効果)により流れを船底の船体表面に沿わせて流すことで船体と水の摩擦抵抗を低減する提案もある。 In addition, rather than reducing drag at the bow, a water channel with an inflow opening at the bottom of the bow was intended to supply air bubbles to the bottom of the ship to reduce frictional resistance and increase the thrust of the ship. It is used as a supply passage to the bottom of the ship for air bubbles and microbubbles for frictional resistance, and the flow is made to flow along the hull surface of the bottom of the ship by the Coanda effect (the effect that the jet or flow of viscous fluid is attracted to the nearby wall). There is also a proposal to reduce the frictional resistance between the hull and the water.
この摩擦抵抗低減方法に関しては、大型タンカー等では摩擦抵抗成分が全抵抗の8割を占めており、気泡混入により壁面摩擦応力は約30%程度低減するとの実験結果も発表されている(例えば、非特許文献1参照)。また、独立行政法人航海訓練所の長さ116mの練習船「青雲丸」の実船実験では、最大で5.5%の抵抗低減効果と正味2%の省エネ効果が得られたとされている(例えば、非特許文献2参照)。 Regarding this frictional resistance reduction method, the frictional resistance component accounts for 80% of the total resistance in large tankers, etc., and experimental results have been announced that the wall frictional stress is reduced by about 30% due to the inclusion of air bubbles (for example, See Non-Patent Document 1). In addition, in the actual ship test of the 116m-long training ship "Seiun Maru" of the Independent Administrative Agency Voyage Training Institute, it is said that a maximum of 5.5% resistance reduction effect and a net energy saving effect of 2% were obtained ( For example, see Non-Patent Document 2).
この摩擦抵抗低減方法の一例として、船首部の流入開口部から船底部の流入開口部に至る船体内部の流路を持つウォータジェット推進部で、流入開口部から吸込んだ水をインペラにより加圧して、流路に設けた翼部に向けて噴射して、翼部の上側の圧力を低下させることにより、ブロワー等の空気送出手段を用いることなく、水面より上の空気供給口から空気を吸引して船底部に供給する船舶が提案されている(例えば、特許文献11参照)。 As an example of this frictional resistance reduction method, a water jet propulsion unit with a flow path inside the hull from the inflow opening at the bow to the inflow opening at the bottom of the ship pressurizes the water sucked in from the inflow opening with an impeller. Air is sucked from the air supply port above the water surface without using air delivery means such as a blower by injecting air toward the wing provided in the flow path and reducing the pressure above the wing. A ship has been proposed in which fuel is supplied to the bottom of the ship (see, for example, Patent Document 11).
この特許文献11には、「空気送出手段を用いずに船底部にバブルを発生させて摩擦抵抗を低減することができるとともに、船舶の推力を増加させることができる。」との記載がある。しかしながら、この気泡による摩擦抵抗低減方法では、気泡を含んだ水を船体表面に流すために船底に排出する必要がある。また、船舶の推力を得ようとすると摩擦抵抗が増加する可能性が有ると考える。
This
つまり、摩擦抵抗は壁面の流速の2乗に比例するため、推進力を得るために水流を増速して排出すると、水の流速の増加により摩擦抵抗が急激に増加する。例えば、壁面摩擦応力を30%低減できたとしても、壁面に沿った水の流速が1.2倍となると、摩擦抵抗は、1.44倍となるので、摩擦抵抗の低減効果はキャンセル(0.7×1.44=1.0)されてしまう。なお、船体表面に排出されて船体表面に沿って流れる水は、外側の流れの速度に減速されていくので、必ずしも、摩擦抵抗が発生する面の全面で流速が増加する訳ではないが、少なくとも、水の排出口の近傍では速度が増加されることになる。 That is, since the frictional resistance is proportional to the square of the flow velocity on the wall surface, when the water flow is accelerated and discharged in order to obtain the driving force, the frictional resistance increases rapidly due to the increase in the water flow velocity. For example, even if the wall friction stress can be reduced by 30%, if the flow velocity of water along the wall surface increases by 1.2 times, the frictional resistance will increase by 1.44 times. .7×1.44=1.0). In addition, since the water discharged to the hull surface and flowing along the hull surface is decelerated to the speed of the flow on the outside, the flow speed does not necessarily increase on the entire surface where the frictional resistance is generated, but at least , the velocity will be increased in the vicinity of the water outlet.
また、「インペラにより増速された水流は、翼部の後方で、多数のバブルを含む二相流となる。換言すれば、本実施形態では、増速された水流の中にバブルを混入させる。これにより、推力に寄与する流体の体積が増大し、船舶の推力をより一層、増加させることができる。」との記載があるが、二相流における、バブルの質量は水の質量に比べて著しく小さくなると考えられるので、このバブル混入による推力の増加は少ないものと考える。従って、気泡混入用のシステムで推進力を得るのは得策ではないと考える。 In addition, "the water flow accelerated by the impeller becomes a two-phase flow containing a large number of bubbles behind the blades. In other words, in this embodiment, bubbles are mixed into the accelerated water flow As a result, the volume of the fluid contributing to the thrust increases, and the thrust of the ship can be further increased.” However, in a two-phase flow, the mass of bubbles is Therefore, it is considered that the increase in thrust due to the inclusion of bubbles is small. Therefore, we think that it is not a good idea to obtain driving force with a system for entraining air bubbles.
上記のように、従来技術の航走体においては、船体没水部の船首部に流入開口部を設けている構成であっても、流入開口部から流入した水で推進力を得ようとすると、幾つかの問題がある。その第1の問題は、水の噴射方向の問題である。つまり、船首部の流入開口部から流入した水の流れの方向を航走体の前進方向から下方や側方へ変化させているので、流入開口部の部位における抵抗は減少するものの、この水流の方向変化の際に生じる運動量の変化に基づく抵抗が発生する。また、水の噴射方向が航走体の進行方向に対して大きく傾斜していたり、航走体の横方向であったりするため、水の噴射による反力が航走体の推進力になり難い。 As described above, in the conventional cruising vehicle, even if the inflow opening is provided at the bow of the submerged portion of the hull, it is difficult to obtain propulsion force from the water flowing in from the inflow opening. , there are some problems. The first problem is the direction of water injection. In other words, since the direction of the flow of water that has flowed in from the inflow opening in the bow is changed from the forward direction of the craft to the downward or sideward direction, the resistance at the inflow opening is reduced, but the flow of water is reduced. Resistance is generated due to the change in momentum that occurs during a change of direction. In addition, since the direction of the jet of water is greatly inclined with respect to the direction of travel of the vehicle, or is in the lateral direction of the vehicle, the reaction force due to the jetting of water is unlikely to become the propulsion force of the vehicle. .
また、第2の問題は、船尾における噴射の問題である。つまり、船首部の流入開口部から流入した水を、船首部から船尾部に延びる長い水路を通過させているために、この水と導水路の壁面との接触面積が増えるので、この導水路における摩擦抵抗が大きくなり、航走体の推進抵抗が増える。その上、導水路の容積が船体内に必要になるので、その分、貨物容積等の船の内部容積が減少する。 A second problem is that of jetting at the stern. In other words, since the water that has flowed in from the inflow opening of the bow is passed through a long waterway extending from the bow to the stern, the contact area between this water and the wall surface of the waterway increases, so the waterway in this waterway The frictional resistance increases, and the propulsion resistance of the vehicle increases. In addition, since the volume of the waterway is required inside the hull, the internal volume of the ship, such as the cargo volume, is reduced accordingly.
そして、第3の問題は、水の噴射のための開口の部位の問題である。つまり、従来技術では、船底や船側の船体表面に排出用の開口を設けており、この開口から出た水は、コアンダ効果などにより、船体表面に沿って流れるので、推力を得ようとして水を増速して噴出すると、船体表面での流速が増加して摩擦抵抗が増加してしまう。 And the third problem is the location of the opening for the water injection. In other words, in the conventional technology, openings for discharge are provided in the bottom of the ship or the surface of the hull on the side of the ship, and the water discharged from these openings flows along the surface of the hull due to the Coanda effect or the like. If the jet is spouted at an accelerated speed, the flow velocity on the surface of the hull will increase and the frictional resistance will increase.
本発明は上記のことを鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、航走体の船首部のよどみ点近傍の圧力を解消すると共に、船体表面における摩擦抵抗を増加することなく、航走体の推進力の一部又は全部を得ることができて、航走体全体として抵抗低減効果を得ることができる、航走体の推進力発生システム、航走体及び航走体の抵抗低減方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to eliminate the pressure in the vicinity of the stagnation point of the bow of the hull and to prevent the frictional resistance on the surface of the hull from increasing. A propulsion generation system for a vehicle, a vehicle, and a reduction in resistance of the vehicle, which can obtain a part or all of the propulsive force of the vehicle and obtain a resistance reduction effect for the entire vehicle It is to provide a method.
〔本発明の意図〕本発明では、船首部に流入開口部を設けて、この流入開口部から導入した水を、船体没水部の船体前半部における舷側の外側又は船底の外側に船体表面から離間して設けた噴射部の噴射口から実質的に後方に噴射することで、推進力を発生する。 [Intent of the present invention] In the present invention, an inflow opening is provided in the bow, and water introduced from this inflow opening is directed to the outside of the hull side or the outside of the bottom of the hull front half of the immersed portion of the hull from the hull surface. A propulsive force is generated by injecting fuel substantially rearward from the injection port of the injection part provided at a distance.
〔船首部の抵抗減少、推進効率の向上〕これにより、船首部の抵抗、特に圧力抵抗を減少させる。また、従来技術の船尾配置のウォータージェット推進システムでは、船尾側の船底から水を吸い込んでいるが、本発明の推進力発生システムでは、水を船首部の流入開口部から流入させることで、吸込み損失が無くなるので、その分だけ推進効率が向上する。また、水を船体表面に沿って流さないようにしているので、噴射された水による船体表面の摩擦抵抗の増加を回避できる。 [Reduction of Bow Resistance and Improvement of Propulsion Efficiency] This reduces bow resistance, especially pressure resistance. In addition, in the water jet propulsion system of the prior art, which is arranged at the stern, water is sucked in from the bottom of the ship on the stern side. Since there is no loss, the propulsion efficiency is improved accordingly. Also, since water is prevented from flowing along the surface of the hull, it is possible to avoid an increase in frictional resistance on the surface of the hull due to jetted water.
〔船尾配置の推進力発生システムの縮小化又は不要化〕さらに、本発明の推進力発生システムで航走体の推進力の一部又は全部を発生することで、従来技術で使用している船尾配置のスクリュープロペラやウォータージェット推進等の推進力発生システムを縮小又は不要にすることができる。 [Reduced size or elimination of the propulsion force generating system installed at the stern] Furthermore, by generating a part or all of the propulsion force of the craft with the propulsion force generating system of the present invention, the stern system used in the prior art can be Propulsion generating systems such as on-board screw propellers and water jet propulsion can be reduced or eliminated.
〔船尾配置の操船システムの縮小化又は不要化〕また、本発明の推進力発生システムにおける、両舷側に配置した噴射部で得られる推進力の大きさの変更により、航走体の旋回モーメントを得る。つまり、船体没水部の船体前半部の両舷側で推進力を発生させて、両舷側の推進力の大きさを個別に制御することにより、旋回モーメントを発生する。従って、本発明の推進力発生システムを使用することで、従来技術で使用している船尾配置の舵やウォータージェット推進の噴射ノズルの旋回機能、言い換えれば、船尾側で発生する操船用舵力を、縮小又は不要にすることができる。なお、本発明の変形として、噴射部における水の主噴射方向を変化させることにより、旋回モーメントを発生させることも考えられる。 [Reduction or elimination of the need for a ship maneuvering system placed at the stern] In addition, in the propulsive force generation system of the present invention, by changing the magnitude of the propulsive force obtained from the injection units arranged on both sides, the turning moment of the ship can be reduced. obtain. In other words, a turning moment is generated by generating propulsion on both sides of the front half of the hull in the submerged portion and individually controlling the magnitude of the propulsion on both sides. Therefore, by using the propulsive force generating system of the present invention, the turning function of the rudder located at the stern and the injection nozzle of water jet propulsion used in the conventional technology, in other words, the steering force for steering generated on the stern side can be changed. , can be reduced or eliminated. As a modification of the present invention, it is conceivable to generate a turning moment by changing the main injection direction of water in the injection section.
〔水中航走体における操縦性能の向上〕さらに、水中航走体では、上下に配置した噴射部で得られる推進力の大きさの変更、又は、噴射部における主噴射方向の鉛直面内での変更により、水中航走体に対する上昇又は下降のためのモーメントを得ることができ、操縦性能を向上できる。この場合は、昇降舵の舵力を、縮小又は不要にすることができる。 [Improvement of Maneuverability in Underwater Vehicles] Furthermore, in underwater vehicles, it is possible to change the magnitude of the propulsive force obtained by the injection parts arranged above and below, or to adjust the By changing, it is possible to obtain a moment for ascent or descent with respect to the underwater vehicle, and improve maneuverability. In this case, the steering effort of the elevator can be reduced or eliminated.
〔船首部の形状の自由度の増加〕また、船体没水部の船首部に流入開口部を設けることにより、船首部の形状を従来技術の形状から、より圧力抵抗及び造波抵抗の少ない形状に、変化させることができるようになる。つまり、肥大船などの従来技術では船首部が比較的丸みを帯びた船型になるのに対して、本発明では船首部に流入開口部を設けることで、船首部の形状の自由度を増すことができる。 [Increased degree of freedom in shape of bow] In addition, by providing an inflow opening in the bow of the submerged part of the hull, the shape of the bow can be changed from the shape of the conventional technology to a shape with less pressure resistance and wave-making resistance. , can be changed. In other words, in the conventional technology such as a bloated ship, the bow has a relatively rounded hull shape, but in the present invention, by providing an inflow opening in the bow, the degree of freedom in the shape of the bow can be increased. can be done.
例えば、船首部の形状を、鋭角的な楔形状を両舷又は中央と両舷に持つ船型形状とすることができる。また、それと共に、船首部を幅広にしてその上の甲板面積を大きくすることができる。そして、船首側に推力発生システム0を配置することにより、主機関を船尾側の配置する必要が無くなる。従って、船橋及び居住区を船首側に配置することができるようになり、船橋からの見通し線の確保が容易となる。 For example, the shape of the bow can be a hull shape having sharp wedges on both sides or the center and both sides. At the same time, the bow can be widened to increase the deck area above it. By arranging the thrust generation system 0 on the bow side, it is no longer necessary to arrange the main engine on the stern side. Therefore, the bridge and the living quarters can be arranged on the bow side, making it easy to secure a line of sight from the bridge.
〔船尾側の船体形状の自由度の増加〕さらに、従来技術の船尾配置の推進力発生システム及び操船システムを縮小又は不要にすることができるので、船尾側の船体形状の自由度を増すことができ、例えば、対称翼形状等の流線型の形状を用いることにより、船尾側における流れの乱れや伴流を著しく小さくすることができるようになり、船尾部における抵抗を小さくすることができる。 [Increase in stern-side hull shape flexibility] Furthermore, since it is possible to reduce or eliminate the conventional propulsion force generation system and ship maneuvering system positioned at the stern, it is possible to increase the stern-side hull shape freedom. For example, by using a streamlined shape such as a symmetrical wing shape, turbulence and wakes in the flow on the stern side can be significantly reduced, and resistance at the stern portion can be reduced.
〔本発明の意図のまとめ〕上記をまとめると、船首部に流入開口部を設けて、この流入開口部から流入した水を噴射部から噴射することで推進力を得る。これにより、船尾配置の推進力発生システムや船尾配置の操船システムを縮小又は不要にすることができ、船首の形状及び船尾形状を従来技術の形状から、より圧力抵抗及び造波抵抗の少ない形状することができるようにして、航走体の抵抗を減少させる。 [Summary of the intention of the present invention] To summarize the above, propulsion is obtained by providing an inflow opening in the bow and injecting the water that has flowed in from this inflow opening from the injection section. As a result, it is possible to reduce or eliminate the need for a propulsion generation system located at the stern and a ship steering system located at the stern, and the shape of the bow and stern can be made to have less pressure resistance and wave-making resistance than conventional shapes. so as to reduce the resistance of the vehicle.
〔本発明と造波抵抗の低減との関係〕なお、本発明による造波抵抗の低減に関しては、船首部における流入開口部の配置が造波抵抗の低減効果に直接結びつくか否かのメカニズムに関しては考察していない。しかしながら、船首部に流入開口部を設けることで、従来技術の船首部の形状を変更できるので、従来技術の船首部に比べて、本発明の推進力発生システムを用いることで、多様な船首部形状及び船尾形状を採用することができるようになる。従って、これに伴い、造波抵抗も減少できる可能性が有るのではないかと考える。 [Relationship between the present invention and reduction of wave-making resistance] Regarding the reduction of wave-making resistance according to the present invention, regarding the mechanism of whether or not the arrangement of the inflow opening at the bow is directly linked to the effect of reducing wave-making resistance. has not considered. However, by providing an inflow opening in the bow, the shape of the bow of the prior art can be changed. Shapes and stern shapes can be adopted. Therefore, it is thought that there is a possibility that the wave-making resistance can be reduced accordingly.
上記のような目的を達成するための本発明の航走体の推進力発生システムは、航走時に水面下の船体没水部を有し、前記船体没水部の船首部に設けた流入開口部と、前記流入開口部の後方に配置した噴射部と、前記流入開口部と前記噴射部とを連結する導水路と、前記導水路に設けた加圧又は加速機構とを備えている航走体の推進力発生システムにおいて、少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには、前記噴射部の噴射口は、航走体の前後方向に関して船体前半部となる領域に船体表面から離間して配置され、更に、前記噴射部の主噴射方向は、前進方向に航走しているときに、航走体の前後方向に対して、船首方向を0度として、時計回りで、150度から210度の角度範囲内で、かつ、前記船体没水部から逸れた方向になるように構成されており、少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには、前記流入開口部から流入する水が前記導水路内で前記水加圧又は加速機構を用いて加圧又は加速されて、この加圧又は加速された水が前記噴射部から実質的に後方に向けて船体表面に沿って流れないように噴射されることにより、航走時に必要な推進力の一部又は全部を得られることを特徴とする航走体の推進力発生システムである。 A propulsion generating system for a hull according to the present invention for achieving the above objects has a hull submerged portion that is submerged under water during cruising, and an inflow opening provided at the bow of the hull submerged portion. an injection section arranged behind the inflow opening; a water conduit connecting the inflow opening and the injection section; and a pressurizing or accelerating mechanism provided in the water conduit. In the hull propulsion generation system, at least when the hull is sailing in a straight line at a planned cruising speed, the injection port of the injection part is positioned from the hull surface to a region that is the front half of the hull with respect to the longitudinal direction of the hull. Further, the main injection direction of the injection part is 150 degrees clockwise with respect to the longitudinal direction of the craft, with the bow direction being 0 degrees, when the craft is sailing forward. degree to 210 degrees and in a direction away from the submerged portion of the hull, at least when sailing straight ahead at planned sailing speed, the inflow opening is pressurized or accelerated in the conduit using the water pressurization or acceleration mechanism, and the pressurized or accelerated water is directed substantially rearward from the injection section to the hull surface. A propulsive force generating system for a cruising vehicle characterized by obtaining a part or all of the propulsive force required during cruising by injecting the fuel so as not to flow along the cruising path.
この「航走体」は水上航走体又は水中航走体であり、本発明の効果は、特に、水上航走体では、船舶の浮力による分類でという「排水量型船舶(最も一般的な船体下部が水面下に沈むことで浮力を得る船で、航行時と停船時のいずれでも浮力を得る方法に変りはない船。)」において効果が大きい。また、船舶の用途別では、特に商船で効果が大きい。また、水中航走体では、調査用の潜水艇、探査用の潜水艇、軍用の潜水艦等で効果が大きい。 This "vehicle" is a watercraft or an underwater vehicle, and the effect of the present invention is particularly apparent in the watercraft, which is classified according to the buoyancy of the ship as a "displacement type vessel" (the most common hull). It is a ship that gains buoyancy by sinking below the surface of the water, and the method of gaining buoyancy is the same regardless of whether the ship is sailing or stopped. In terms of ship usage, merchant ships are particularly effective. In addition, as for underwater vehicles, the effect is great for survey submarines, exploration submarines, military submarines, and the like.
また、「船体没水部」は、航走体が航走するときに没水している部分、言い換えれば、浸水表面を有する部分であり、水上航走体では、様々な運航状態で、没水部の容積が最大になる没水部のことを言い、商船や艦艇などの船舶では、満載喫水線または計画喫水線より下の船体部分であり、半没の潜水艇ではその最大没水部分であり、全没の潜水艦などでは、艦橋、ブリッジ、セイル、司令塔、潜舵などと呼ばれる船体から突出した部分を除いた船体部分となる。 In addition, the "submerged portion of the hull" is a portion that is submerged when the vehicle is sailing, in other words, a portion that has a submerged surface. Refers to the submerged part where the volume of the water part is the maximum.In ships such as merchant ships and warships, it is the part of the hull below the load line or the planned waterline.In the case of a semi-submersible submersible, it is the maximum submerged part. , In a completely submerged submarine, it is the hull part excluding the part protruding from the hull called the bridge, bridge, sail, conning tower, submarine, etc.
また、「少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには」という意味は「計画航走速度で直進方向に航走していないときは、除外してもよい。」という意味である。言い換えれば、航走しないときや出入港のとき等で自航しない場合には、噴射部及び噴射部の噴射口を、計画航走速度で直進方向に航走しているときとは、別の場所、例えば、甲板上や船側の格納部に配置しておいてもよいということである。 Also, the meaning of ``at least when the vessel is cruising straight ahead at the planned cruising speed'' means ``when it is not cruising straight at the planned cruising speed, it may be excluded.'' be. In other words, when the vessel is not cruising or when it is not self-propelled, such as when entering or leaving a port, the injection part and the injection port of the injection part are set in a different direction than when the vessel is cruising straight ahead at the planned cruising speed. This means that it may be placed in a location, for example on deck or in a ship's side stowage.
また、「船体前半部となる領域」は、航走体の前後方向に関して、船体没水部の中央よりも前方にある部位のことを言う。なお、この噴射部の開口の前後位置の範囲は、導水路の長さに直接関係し、摩擦抵抗の面だけを考えれば導水路は短い方が良いので、より好ましくは、船体没水部の先端と、この先端から船体没水部の全長の40%後方までの領域、更に、より好ましくは、船体没水部の先端と、この先端から船体没水部の全長の30%後方までの領域となる。 In addition, the "region that becomes the front half of the hull" refers to a portion that is ahead of the center of the submerged portion of the hull with respect to the longitudinal direction of the craft. In addition, the range of the front and rear positions of the opening of the injection part is directly related to the length of the water conduit, and considering only the friction resistance, the shorter the water conduit, the better. The tip and the region from this tip to 40% rearward of the total length of the submerged portion of the hull, more preferably, the tip of the submerged portion of the hull and the region from this tip to 30% rearward of the total length of the submerged portion of the hull. becomes.
そして、この「加圧又は加速機構」は流入開口部から噴射部までの間の水を加圧又は加速するための機構であり、これにより、噴射部における水の運動量を流入開口部における水の運動量よりも大きくする。本発明では、比較的多量の水を流入させることができるので、従来技術のウォータージェット推進のように少量の水を大きく加速する必要は無く、少しの加速で、船速よりも少し大きい流速で噴射することで、より効率良く推進力を得られると考える。 This "pressurization or acceleration mechanism" is a mechanism for pressurizing or accelerating the water between the inflow opening and the injection section, thereby changing the momentum of the water at the injection section to the water at the inflow opening. Make it bigger than the amount of exercise. In the present invention, a relatively large amount of water can be introduced, so there is no need to greatly accelerate a small amount of water as in prior art waterjet propulsion, but with a small amount of acceleration, at a flow velocity slightly greater than the ship's speed. I think that the propulsive force can be obtained more efficiently by injecting.
この「加圧又は加速機構」としては、ウォータージェット推進で用いているような「高圧ポンプ(軸流水ポンプ)」、「インペラと呼ばれるプロペラ」とよばれる装置を使用することができる。ただし、従来技術のウォータージェット推進では、水を船底から吸い込むのに対して、本発明では、水が船首部の流入開口部から流入してくる。そのため、この「加圧又は加速機構」では、水量が多い点、「加圧又は加速機構」の上流側の水流の速度が比較的大きい点、噴射部から噴射する際の流速は、船速よりも少し大きい程度でよい点等が、従来技術のウォータージェット推進と異なる。 As the "pressurizing or accelerating mechanism", a device called a "high-pressure pump (axial water pump)" or a "propeller called an impeller" used in water jet propulsion can be used. However, in prior art waterjet propulsion, water is drawn in through the bottom of the hull, whereas in the present invention water is drawn in through inlet openings in the bow. Therefore, in this "pressurization or acceleration mechanism", the amount of water is large, the speed of the water flow on the upstream side of the "pressure or acceleration mechanism" is relatively high, and the flow speed when jetting from the injection part is higher than the ship speed. It is different from the water jet propulsion of the prior art in that it may be a little larger.
また、この「加圧又は加速機構」としては、船首部の流入開口部から流入してくる水の流量が多くなる場合もあるので、導水路内にプロペラを配置する場合に、サイドスラスター、ポッド推進器等の動力伝達機構やプロペラが参考になると考えられる。この場合に、ポッド推進器で設けている旋回機構が不要になるので、より構造を単純化できる。なお、本発明では、導水路内の水を加圧又は加速できればよく、導水路の内径とプロペラの直径との関係は、必ずしも、ダクトプロペラのダクトの内径とプロペラの直径との関係、コルトノズルの内径とプロペラの直径との関係等のように、隙間の小さいもので有る必要はない。 In addition, as this "pressurization or acceleration mechanism", there are cases where the flow rate of water flowing in from the inflow opening at the bow is large, so when arranging a propeller in the water conduit, side thrusters, pods Power transmission mechanisms such as propellers and propellers are considered useful. In this case, the turning mechanism provided in the pod propulsion device becomes unnecessary, so that the structure can be further simplified. In the present invention, it is only necessary to pressurize or accelerate the water in the water conduit, and the relationship between the inner diameter of the water conduit and the diameter of the propeller is not necessarily the relationship between the inner diameter of the duct of the duct propeller and the diameter of the propeller. It is not necessary to have a small gap such as the relationship between the inner diameter of the propeller and the diameter of the propeller.
また、以下で用いる「実質的に後方」とは、航走体の前後方向に関する成分が航走体の幅方向の成分より大きい方向のことを言い、具体的には、水の主たる噴射方向(主噴射方向)が「航走体の前後方向に対して、船首方向を0度として、時計回りで、特定の角度の範囲の内側」にあることを言う。なお、この「特定の角度の範囲」とは、150度から210度で、より好ましくは、160度から200度で、さらに好ましくは、170度から190度である。 Further, the term "substantially rearward" used below refers to a direction in which the component related to the longitudinal direction of the vehicle is larger than the component in the width direction of the vehicle. The main injection direction) is "within the range of a specific angle in the clockwise direction with respect to the longitudinal direction of the craft, with the bow direction as 0 degrees". The "specific angle range" is 150 to 210 degrees, preferably 160 to 200 degrees, and still more preferably 170 to 190 degrees.
この構成によれば、本発明の航走体の推進力発生システムでは、航走体の正面から流入してくる水を、船尾まで導くことなく、航走体の船体前半部に設けた噴射部から実質的に後方に向けて噴射するので、正面から流入してくる水の持つ運動エネルギーを、比較的短い導水路で、推進力に効率よく変更することができる。 According to this configuration, in the propulsion generating system for the cruising vehicle of the present invention, the water inflowing from the front of the cruising vehicle is not led to the stern, and the injection section provided in the front half of the hull of the cruising vehicle. Since the water is jetted substantially backward from the front, the kinetic energy of the water flowing in from the front can be efficiently converted into propulsive force through a relatively short water conduit.
より詳細には、この構成では、航走体の前後方向に関して、後方に向かってくる水を、横方向や斜め横方向や下方向や斜め下方向ではなく、実質的に後方に向けて噴射するので、水の持つ運動量の航走体の前後方向の変化量が少なくなり、導水路を介して航走体に作用する抵抗が少なくなる。また、噴射方向が実質的に後方であるので、噴射による反力の方向が実質的に前進方向を向くので、推進方向の成分が大きくなり、推進効率が良くなる。 More specifically, in this configuration, the water coming toward the rear is jetted substantially rearward in the longitudinal direction of the vehicle, rather than laterally, obliquely laterally, downwardly, or obliquely downward. Therefore, the amount of change in the momentum of the water in the longitudinal direction of the cruising body is reduced, and the resistance acting on the cruising body via the water conduit is reduced. In addition, since the injection direction is substantially rearward, the direction of the reaction force due to injection is substantially in the forward direction, so the component in the propulsion direction increases, and the propulsion efficiency is improved.
また、噴射部を航走体の船体前半部に配置されているので、導水路の長さも、従来技術の船首から船尾まで延びる導水路に比べて、著しく短くなり、導水路における摩擦抵抗も小さくなる。また、導水路に必要な容積も著しく小さくて済む。 In addition, since the injection part is arranged in the front half of the hull of the cruising vehicle, the length of the water conduit is significantly shorter than that of the water conduit extending from the bow to the stern of the conventional technology, and the frictional resistance in the water conduit is also small. Become. Also, the volume required for the water conduit can be significantly reduced.
更に、噴射部の噴射口は、船体表面から離間して配置され、噴射部から噴射される水が、コアンダ効果などにより船体表面に沿って流れないように噴射されるので、船体表面における摩擦抵抗の増加を回避することができる。 Furthermore, the injection port of the injection part is arranged away from the hull surface, and the water injected from the injection part is injected so as not to flow along the hull surface due to the Coanda effect or the like, so that the frictional resistance on the hull surface increase can be avoided.
より詳細には、上記の構成によれば、前進方向に航走しているときには、噴射流の大部分が船体没水部に当たらなくなるので、船体没水部との干渉を避けることができ、船体没水部に対する噴射流の影響を著しく減少できる。その結果、船体没水部の抵抗の評価と、噴射流による推進力の評価を分離して、船体抵抗と推進力を個別に評価できるようになる。 More specifically, according to the above configuration, most of the jet flow does not hit the submerged portion of the hull when the ship is sailing forward, so that interference with the submerged portion of the hull can be avoided. The effect of jet flow on submerged parts of the hull can be significantly reduced. As a result, the evaluation of the resistance of the submerged part of the hull and the evaluation of the propulsive force due to the jet flow can be separated, and the hull resistance and the propulsive force can be evaluated individually.
そして、噴射部から噴射される水が、そのまま船体表面に沿って流れたり、一旦船体表面から離れた離間して流れた流れが、コアンダ効果(粘性流体の噴流や流れが近くの壁に引き寄せられる効果)によって船体表面に再付着して船体表面に沿って流れたりすると、この加速された水と船体表面との間の摩擦抵抗が増加するが、この本発明の構成では、噴射される水を船体表面から離すことにより、この摩擦抵抗の増加を回避することができる。 Then, the water jetted from the injection part flows along the hull surface as it is, or the flow once separated from the hull surface is caused by the Coanda effect (a jet or flow of viscous fluid is attracted to a nearby wall). Effect) reattaches to the hull surface and flows along the hull surface, the frictional resistance between this accelerated water and the hull surface increases. By separating from the hull surface, this increase in frictional resistance can be avoided.
なお、本発明の技術的思想とは異なる、マイクロバブルなどの気泡を混入した水と船体表面との間の摩擦抵抗を減少する技術の場合には、逆に混合水を船体表面に沿わせることが必須となる。よって、この噴射された水が船体表面に流れないようにする構成は、これらのマイクロバブルなどの気泡混入による摩擦抵抗低減のための機構との大きな差異となる。 In addition, in the case of a technique for reducing the frictional resistance between water mixed with air bubbles such as microbubbles and the hull surface, which is different from the technical idea of the present invention, the mixed water is made to flow along the hull surface. is required. Therefore, the structure that prevents the jetted water from flowing to the surface of the hull is a big difference from the mechanism for reducing the frictional resistance due to the inclusion of air bubbles such as microbubbles.
また、水の噴射速度は、従来技術のウォータージェット推進における水の噴射速度に比べて、水量が多い分、遅くてもよく、理論的には、多量の水量で僅かな流速の増加で噴射することがよいと言われているので、従来技術のウォータージェット推進との差を強調するためには、本発明の権利範囲として、この水の流速を直進航行時の船速の5%から40%増しとし、より好ましくは10%から30%増すとし、更に、より好ましくは15%から25%増しとする。 In addition, the jet speed of water may be slower than the jet speed of water in conventional water jet propulsion because the amount of water is large. Therefore, in order to emphasize the difference from the water jet propulsion of the prior art, the scope of the present invention is to reduce the water flow velocity from 5% to 40% of the ship speed when sailing straight. more preferably 10% to 30% more, even more preferably 15% to 25% more.
上記の航走体の推進力発生システムにおいて、少なくとも、航走時において、前記噴射部が、左舷側と右舷側のそれぞれに配置されていると共に、それぞれの前記噴射部から噴射される水の流量と流速の少なくとも一方を制御するように構成されている。 In the propulsion force generating system for the above-described watercraft, at least during navigation, the injection units are arranged on the port side and the starboard side, respectively, and the flow rate of water injected from each of the injection units and flow velocity.
この噴射部の配置により、左舷側と右舷側のそれぞれの推進力を制御することで操船用のモーメントを発生できるようになる。より詳細には、これらの左右の噴射部で発生する推進力を、それぞれの導水路の流入開口部における水の流入量の調整や加圧又は加速機構の制御により変化させることで、航走体の旋回モーメントを得ることができる。従って、本発明の航走体の推進力発生システムを操船用として利用できる。 By arranging this injection part, it becomes possible to generate a moment for ship maneuvering by controlling the propulsion force on the port side and the starboard side respectively. More specifically, the propulsive forces generated by these left and right injection parts are adjusted by adjusting the amount of water inflow at the inflow openings of the respective water conduits, and by controlling the pressurization or acceleration mechanism. of turning moment can be obtained. Therefore, the propulsive force generating system for the cruising vehicle of the present invention can be used for maneuvering ships.
そして、この構成では、従来技術の船尾配置のウォータージェット推進のように、操船のために、噴射部を左右に動かして、水の噴射方向を変更する必要が無い。そのため、噴射部の構造を著しく単純化できる。また、気泡混入による摩擦抵抗低減技術では、水の排出口を船底に設けることで、気泡の船体表面の付着を維持する必要があるが、この噴射部の舷側配置の構成は、気泡混入による摩擦抵抗低減のための船底開口の構成との大きな差異となる。 Further, in this configuration, unlike the water jet propulsion in the stern arrangement of the prior art, there is no need to move the injection unit left and right to change the water injection direction for maneuvering the ship. Therefore, the structure of the injection section can be significantly simplified. In addition, in the frictional resistance reduction technology using air bubbles, it is necessary to maintain the adherence of air bubbles to the hull surface by providing a water discharge port at the bottom of the ship. It is a big difference from the structure of the bottom opening for resistance reduction.
この噴射部の両舷配置に関連して、次のような構成が考えられる。一つの構成は、上記の航走体の推進力発生システムにおいて、前記流入開口部を航走体の幅方向に関する船体中心線を含んで配置し、前記流入開口部から流入する水を左舷側と右舷側のそれぞれの前記噴射部から噴射する構成である。 The following configuration is conceivable in relation to the arrangement of the injection sections on both sides. In one configuration, in the above-described propulsion force generating system for a cruising vehicle, the inflow opening is arranged to include the centerline of the hull in the width direction of the cruising vehicle, and the water flowing in from the inflow opening is directed to the port side. It is configured to inject from each of the injection sections on the starboard side.
この構成は、船首側の幅が比較的狭い航走体に適した構成であり、流入開口部から流入した水を航走体の内部の導水路で左舷側と右舷側に分離するので、分岐点までの導水路の壁面積が小さくなり、導水路の摩擦抵抗を小さくすることができる。その一方で、左右舷の加圧又は加速機構を個別に制御して、推進力の調整を行う際には、左右舷の導水路に分岐される水の流量が相互間で干渉するので、加圧又は加速機構の制御による左右舷の推進力の調整が難しくなる。 This configuration is suitable for a hull with a relatively narrow width on the bow side. The wall area of the water conduit to the point is reduced, and the frictional resistance of the water conduit can be reduced. On the other hand, when the port and starboard pressurization or acceleration mechanisms are individually controlled to adjust the propulsion force, the flow rate of the water diverging into the waterways on the port and starboard interferes with each other. It becomes difficult to adjust the port and starboard propulsion by controlling the pressure or acceleration mechanism.
もう一つの構成は、上記の航走体の推進力発生システムにおいて、前記流入開口部を航走体の幅方向に関する船体中心線に対して線対称に単数又は複数設けて、左舷側の前記流入開口部から流入する水を左舷側の前記噴射部から噴射し、右舷側の前記流入開口部から流入する水を右舷側の前記噴射部から噴射する構成である。 Another configuration is the propulsion force generating system for the cruising vessel described above, in which one or a plurality of the inflow openings are provided line-symmetrically with respect to the hull centerline in the width direction of the cruising vessel, and the inflow openings on the port side are provided. Water flowing in from an opening is jetted from the injection section on the port side, and water flowing in from the inflow opening on the starboard side is jetted from the injection section on the starboard side.
この構成は、船首側の幅が比較的広い航走体に適した構成であり、左右舷の流入開口部から流入した水を、分離したまま航走体の内部の導水路で左右舷の噴射部に導くので、左右舷の導水路の水の流量の相互間での干渉が無くなる。そのため、加圧又は加速機構の制御による左右舷の推進力の調整が容易となる。その一方で、導水路の壁面積が大きくなり、導水路の摩擦抵抗が大きくなる。 This configuration is suitable for a hull with a relatively wide width on the bow side. Since it is guided to the part, there is no interference between the water flow rates of the waterways on the port and starboard sides. Therefore, it becomes easy to adjust the propulsive force on the port and starboard sides by controlling the pressure or acceleration mechanism. On the other hand, the wall area of the water conduit increases and the frictional resistance of the water conduit increases.
そして、上記の航走体の推進力発生システムにおいて、前記流入開口部が航走体の上下方向に複数分離して設けられ、流入開口部毎に、前記導水路と前記水圧上昇機器と前記噴射部が設けられて構成されると共に、航走時における前記船首部の水没状態に応じて、前記流入開口部のそれぞれに対応する前記水圧上昇機器を個別に稼動及び制御を行う制御装置が備えられて構成されている。 In the above-described propulsion force generating system for a cruising vehicle, a plurality of the inflow openings are provided separately in the vertical direction of the cruising vehicle, and each inflow opening is provided with the water conduit, the water pressure increasing device, and the injection and a control device that individually operates and controls the water pressure increasing devices corresponding to the inflow openings according to the submerged state of the bow during sailing. configured as follows.
この構成によれば、満載状態と軽荷状態、高速航走状態と低速航走状態など、航走時における船首部の水没状態が異なる場合に、それぞれの船首部の水没状態に応じて、加圧又は加速機構を選択的に稼働及び制御するので、加圧又は加速機構を効率の良い状態で使用でき、推進効率を向上できる。 According to this configuration, when the submerged state of the bow is different during cruising, such as a fully loaded state and a lightly loaded state, a high speed cruising state and a low speed cruising state, etc., the load can be increased according to the respective submerged state of the bow. Since the pressure or acceleration mechanism is selectively operated and controlled, the pressure or acceleration mechanism can be used efficiently, and the propulsion efficiency can be improved.
より詳細には、航走体の上下方向に配置した導水路の加圧又は加速機構を個別に制御可能に構成して、加圧又は加速機構を選択的に使用することで、船首部の喫水が深く、水が流入する流入開口部が多いときには、水が流入して水没している加圧又は加速機構の稼働で推進力を発生し、船首部の喫水が浅く、水が流入している流入開口部と水が流入していない流入開口部が混在するときには、没水していない加圧又は加速機構を稼働せずに、没水している加圧又は加速機構のみを稼働することで、効率よく加圧又は加速機構を使用して、推進力を効率よく発生することができるようになる。 More specifically, the pressurization or acceleration mechanisms of the water conduits arranged in the vertical direction of the craft are configured to be individually controllable, and by selectively using the pressurization or acceleration mechanisms, the draft of the bow section can be controlled. When the hull is deep and there are many inflow openings into which water flows, propulsion is generated by the operation of the pressurization or acceleration mechanism that is submerged in water, and the draft at the bow is shallow and water is inflowing. When an inflow opening and an inflow opening into which water does not flow are mixed, by operating only the submerged pressurization or acceleration mechanism without operating the non-submerged pressurization or acceleration mechanism. , it becomes possible to efficiently generate propulsive force by using a pressurizing or accelerating mechanism efficiently.
そして、上記の目的を達成するための航走体は、上記の航走体の推進力発生システムを備えられて構成されていることを特徴とする。この構成により、上記の航走体の推進力発生システムと同様の効果を発揮できる。 A cruising vehicle for achieving the above object is characterized in that it is equipped with the propulsion force generating system for the cruising vehicle. With this configuration, it is possible to exhibit the same effect as the propulsion force generating system for the above-described vehicle.
そして、上記の航走体において、前記船体没水部の幅は前記領域に最大幅を持つ幅広部を有して構成され、かつ、前記領域よりも後方の部位では、前記幅広部の前記最大幅よりも狭い幅になるように構成され、前記噴射部の噴射口が、前記幅広部又は前記幅広部よりも後方に設けられている。 In the cruising vehicle described above, the width of the submerged portion of the hull is configured to have a wide portion having the maximum width in the region, and the wide portion has the widest width at a portion behind the region. The width is narrower than the wide width, and the injection port of the injection portion is provided at the wide portion or at the rear of the wide portion.
この構成によれば、噴射口をこの幅広部又は幅広部の後方に設けることにより、容易に、噴射された水が船体表面に沿って流れるのを防止できるようになる。また、上記の航走体の推進力発生システムとこのシステムを駆動する主機関を船体前半部に配置する際に、この幅広部に配置することができるようになると共に、船尾配置する推進システム及びこの船尾の推進システムを駆動する機関が不要又は縮小することができるようになるので、船尾形状を造波抵抗を含めて抵抗が少ない形状にすることができるようになる。 According to this configuration, by providing the injection port at the wide portion or at the rear of the wide portion, it is possible to easily prevent the injected water from flowing along the surface of the hull. In addition, when the propulsive force generating system of the above-mentioned cruising vehicle and the main engine for driving this system are arranged in the front half of the hull, they can be arranged in this wide part, and the propulsion system and the propulsion system to be arranged in the stern Since the engine for driving the stern propulsion system can be eliminated or reduced in size, the stern shape can be made into a shape with less resistance including wave-making resistance.
また、上記の航走体において、前記船体没水部が船体表面に凹部を有して構成されると共に、前記凹部は、少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには、前記噴射部から噴射される水が船体表面に沿って流れないように形成されている Further, in the above-mentioned cruising vehicle, the submerged portion of the hull is configured to have a concave portion on the surface of the hull, and the concave portion is at least when the hull is cruising straight ahead at the planned cruising speed. It is formed so that the water jetted from the jet part does not flow along the hull surface.
この構成によれば、船体没水部に凹部を設けて、噴射部から噴射される水が船体表面に沿って流れないようにするので、船体没水部の形状を大きく変更することなく、また、船体没水部の内部容積を大きく減少することなく、容易に、噴射された水が船体表面に沿って流れるのを回避できる。 According to this configuration, the recess is provided in the submerged portion of the hull so that the water jetted from the injection portion does not flow along the surface of the hull. , the jetted water can be easily prevented from flowing along the surface of the hull without significantly reducing the internal volume of the submerged portion of the hull.
また、上記の航走体において、前記船体没水部は、航走体の上下方向に関して、満載喫水線または計画喫水線より下側において、深さ方向の少なくとも50%の範囲において、連続的又は断続的に水線面形状が対称翼形状で形成されている。 Further, in the above-mentioned watercraft, the submerged portion of the watercraft is continuous or intermittent in a range of at least 50% in the depth direction below the full load line or the planned waterline in the vertical direction of the watercraft. , the waterplane shape is formed in a symmetrical blade shape.
この構成によれば、船体没水部の大半を対称翼形状で形成するので、船尾側における伴流を少なくすることができると共に、船尾流れを整流でき、船尾造波による抵抗を含めて抵抗を減少することができる。 According to this configuration, most of the submerged portion of the hull is formed with a symmetrical wing shape, so that the wake on the stern side can be reduced, the stern flow can be rectified, and resistance including resistance due to stern wave making can be reduced. can be reduced.
そして、上記の目的を達成するための航走体の抵抗低減方法は、航走時に水面下の船体没水部を有する航走体の抵抗低減方法であって、船首部に流入開口部を設けて、少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときに、前記流入開口部)から流入してくる水を、前記流入開口部に連結する導水路に設けた水圧上昇機器により加圧又は加速して、この加圧又は加速された水を、前記導水路に連結し、かつ、航走体の前後方向に関して船体前半部となる領域にあり、かつ、船体表面から離間して配置されている噴射部の噴射口から、航走体の前後方向に対して、時計回りで、150度から210度の角度範囲内の方向に向けて、船体表面に沿って流れないように噴射することにより、航走時に必要な推進力の一部又は全部を得ることを特徴とする航走体の抵抗低減方法である。 A method for reducing the resistance of a cruising vessel for achieving the above object is a method for reducing the resistance of a cruising vessel having a submerged portion of the hull that is under water during cruising, and is provided with an inflow opening at the bow. At least, when the ship is sailing straight ahead at the planned sailing speed, the water flowing in from the inflow opening) is increased by the water pressure increasing device provided in the water conduit connected to the inflow opening. pressurized or accelerated to connect the pressurized or accelerated water to the water conduit, located in a region that becomes the front half of the hull in the longitudinal direction of the cruising vehicle, and spaced apart from the surface of the hull; From the injection port of the injection part attached to the hull, inject in a direction within an angle range of 150 degrees to 210 degrees clockwise with respect to the longitudinal direction of the hull so as not to flow along the hull surface. This is a resistance reduction method for a cruising object characterized by obtaining a part or all of the propulsive force necessary for cruising.
この航走体の抵抗低減方法により、船首部の先端のよどみ点が発生し易い部位、又はこの部位の近傍の静圧と動圧が高い部位に流入開口部を設けて、水を流入させることにより、流入開口部が無い場合にこの部位に作用していた圧力抵抗を減少させると共に、流入してくる水を加圧して、噴射部から実質的に後方に噴射して、流入してくる水が抵抗力を発生するのを抑制しながら、航走体の推進力を得るので、流入開口部の部位に作用していた抵抗力を効率よく推進力に変換でき、航走体の抵抗を低減できる。 By this method of reducing the resistance of the ship, an inflow opening is provided at the tip of the bow where a stagnation point is likely to occur, or at a location near this location where static and dynamic pressures are high to allow water to flow in. As a result, the pressure resistance acting on this part when there is no inflow opening is reduced, and the inflowing water is pressurized and jetted substantially backward from the injection part, and the inflowing water Since the propulsive force of the ship is obtained while suppressing the generation of resistance, the resistance acting on the inflow opening can be efficiently converted into propulsive force, reducing the resistance of the ship. can.
なお、本発明では、よどみ点における圧力抵抗を減少しつつ、航走体の推進力を得ることを目的としているため、水を船首部で前方に開口された流入開口部から流入させて、比較的大量の水を、必ずしも高速でなく、船速よりも少し速い流速で噴射する。また、導水路に流入する水の量は、従来技術のウォータージェット推進の場合は、加圧又は加速機構で比較的自由に調整できるが、本発明の航走体の推進力発生システムでは、航走時における水の流入量は流入開口部の大きさと船速で決まってしまう。 In the present invention, since the object of the present invention is to obtain the propulsive force of the craft while reducing the pressure resistance at the stagnation point, the water is allowed to flow in from the inflow opening opened forward at the bow, and the comparison is made. It shoots a large amount of water, not necessarily at a high velocity, but at a velocity slightly higher than the ship's speed. In the case of conventional water jet propulsion, the amount of water flowing into the water conduit can be relatively freely adjusted by the pressurization or acceleration mechanism. The amount of water inflow during running is determined by the size of the inflow opening and the speed of the ship.
しかしながら、この流入開口部からの水の流入量を制限することで、航走体の抵抗増加とすることができる。そのため、加圧又は加速機構の作動状態を変更することで、船速度低下用の抵抗を発生させることができ、この抵抗の大きさも制御できる。また、加圧又は加速機構で水を噴射部から流入開口部ヘと逆流させることで、後進用の推進力を得ることもできる。 However, by limiting the amount of water inflow from this inflow opening, it is possible to increase the resistance of the vehicle. Therefore, by changing the operating state of the pressurization or acceleration mechanism, it is possible to generate resistance for reducing the boat speed, and the magnitude of this resistance can also be controlled. In addition, reverse propulsion can be obtained by causing the water to flow back from the injection section to the inflow opening using a pressurization or acceleration mechanism.
その上、左右舷の噴射部に至る導水路の加圧又は加速機構の作動状態を制御することにより、推進力を増加したり、抵抗を増加したり、逆方向(前方)への推進力を発生したりすることができるようになるので、この航走体の推進力発生システムを停止、後進、旋回等の操船システムの一部または全部として利用することができるようになる。 In addition, by controlling the pressurization of the waterway leading to the injection part on the starboard side or the operating state of the acceleration mechanism, the propulsive force can be increased, the resistance can be increased, and the propulsive force in the opposite direction (forward) can be increased. Therefore, the propulsion force generating system for the cruising vehicle can be used as part or all of a ship maneuvering system for stopping, moving backward, turning, and the like.
〔本発明の問題点〕、〔船首部の形状の研究開発が必要〕一方、問題点としては、従来の船首部に流入開口部を設けるアイデアでは、従来技術の船首部の形状に流入開口部を設けるだけで、流入開口部を設けた船首部の船型に関しては提案が殆んど無い。また、このような新船型に関しての研究及び設計の例が少ない。従って、本発明の実用化に際しては、従来技術の船型の船首部に本発明の推進力発生システムを設ける所からスタートすることになり、次の段階で流入開口部を有する船首形状を研究及び開発することになると考える。そのため、最適な形状を得るまでに手間暇がかかると思われる。なお、船尾側に関しては伴流が少なく抵抗の少ない形状を用いればよいと考える。 [Problem of the present invention], [Research and development of the shape of the bow is necessary] However, there are almost no proposals regarding the hull form of the bow with an inflow opening. In addition, there are few examples of research and design regarding such new hull forms. Therefore, when the present invention is put into practical use, the propulsive force generation system of the present invention is to be installed in the bow of the conventional hull form. I think I will. Therefore, it seems that it takes time and effort to obtain the optimum shape. For the stern side, we think that a shape with less wake and less resistance should be used.
〔船首部用ウォータージェット推進装置の開発〕また、その他の問題点としては、従来技術のウォータージェット推進装置では、船尾側の船底に設けた流入開口部から水を吸い込むに対して、本発明では、水が流入開口部から流入してくるという点と、従来技術では、適用範囲が高速船であるのに対して、本発明では低速船も対象となる点が異なるので、新たな視点からのウォータージェット推進装置の研究開発が必要と考える。 [Development of water jet propulsion device for bow] Another problem is that in the water jet propulsion device of the prior art, water is sucked in from the inflow opening provided in the bottom of the ship on the stern side. , water flows in from the inflow opening, and while the conventional technology is applicable to high-speed ships, the present invention is also applicable to low-speed ships. Research and development of water jet propulsion equipment is necessary.
本発明の航走体の推進力発生システム、航走体及び航走体の抵抗低減方法によれば、航走体の船首部のよどみ点近傍の圧力を解消すると共に、船体表面における摩擦抵抗を増加することなく、航走体の推進力の一部又は全部を得ることができて、航走体全体として抵抗低減効果を得ることができる。 According to the propulsion force generating system for a marine vessel, the marine vessel, and the method for reducing the resistance of a marine vessel according to the present invention, the pressure in the vicinity of the stagnation point of the bow of the marine vessel is eliminated, and the frictional resistance on the hull surface is reduced. A part or all of the propulsive force of the cruising vehicle can be obtained without increasing the propulsion force, and the resistance reduction effect of the entire cruising vehicle can be obtained.
〔イントロ及び図の概説〕以下、図面を参照して本発明に係る推進力発生システム、航走体及び航走体の抵抗低減方法の実施の形態について説明する。本発明に係る第1の実施の形態の航走体は水上航走体1Aであり、排水量型の船舶等である。また、第2の実施の形態の航走体は水中航走体1Bであり、全没型の潜水艦等である。
[Intro and Overview of the Figures] Hereinafter, embodiments of a propulsion generation system, a vehicle, and a method of reducing vehicle resistance according to the present invention will be described with reference to the drawings. The cruising body of the first embodiment according to the present invention is a
また、本発明の「航走体の推進力発生システム(以下、略して「推進力発生システム」とする)」10としては、噴射部12の噴射口12bが船体表面から離間して配置されているシステムと、噴射口12bの後方に船体没水部2の船体表面が無いシステム、例えば、噴射口12bよりも後方の船体表面に凹部2dや段差部2eがあるシステムとがある。
Further, as a "propulsion generating system for a cruising vehicle (hereinafter, abbreviated as a "propulsion generating system")" 10 of the present invention, the
そして、図1~図14は、流入開口部11と噴射部12の配置を示す正面図である。より詳細には、図1~図10は、航走体1が水上航走体1Aで噴射部12の噴射口12bが船体表面から離間して配置されている状態を示し、また、図11~図14は、航走体1が水中航走体1Bで噴射部12が船体表面から離間して配置されている状態を示す。
1 to 14 are front views showing the arrangement of the
また、図15~図23は、流入開口部11と噴射部12を接続する導水路13を示す側面図である。より詳細には、図15~図19は、航走体1が水上航走体1Aで噴射部12が船体表面から離間して配置されている状態を示し、また、図20~図23は、航走体1が水中航走体1Bで、噴射部12が船体表面から離間して配置されている状態を示す。
15 to 23 are side views showing the
また、図24~図29は、導水路13を示す船首部2aの内部を示す平面図である。また、図30~図34は、導水路13を示す平面図である。そして、図35は、配管21a、21b、21cと弁機構23a、23bで構成した噴射部22a、22b、22cの構成を示す図である。図36~図39は、船体表面と噴射部12の状態を示す図である。図40~図43は、船体没水部の船型形状と噴射口12bとの位置関係を示す図である。図44は、流路断面の変更機構を設けた導水路を示す図である。また、図45~図47は旋回モーメントMaの発生を説明するための図である。
24 to 29 are plan views showing the interior of the
なお、ここで示す図面は本発明を説明するための概略図であり、必ずしも正確な寸法の比率で示されているものでもなく、必ずしも正確な位置を示しているものでもない。なお、第1及び第2の実施の形態の航走体(水上航走体)1A、航走体(水中航走体)1Bに関しては、総称として「航走体1」を用いる。また符号「Lc」は船体中央断面を示す船体中央線であり、平面図と底面図、正面線図と背面図などでも同じ符号「Lc」を用いている。
It should be noted that the drawings shown here are schematic diagrams for explaining the present invention, and are not necessarily shown in exact dimensional proportions, nor do they necessarily show exact positions. Note that the cruising body (surface cruising body) 1A and cruising body (underwater cruising body) 1B of the first and second embodiments are collectively referred to as "cruising
〔用語の定義〕以下の説明に先立って、ここで用いる各用語の定義をしておく。まず、座標系として、航走体1に固定した直交座標系として右手系のX-Y-Z座標系を採用し、X方向を「航走体の前後方向(以下、略して「前後方向」と言う)」とし、Y方向を「航走体の幅方向(以下、略して「幅方向」と言う)」とし、Z方向を「航走体の上下方向(以下、略して「上下方向」と言う)」とする。なお、ここでは方向を明確にするための補助として座標系を用いているので、座標系の原点は特に固定して論じる必要はないが、操船に関しての説明では、説明を簡略化するために座標系の原点を航走体1の重心位置とする。
[Definition of Terms] Prior to the following explanation, each term used here will be defined. First, as a coordinate system, a right-handed XYZ coordinate system is adopted as an orthogonal coordinate system fixed to the
次に、「前後範囲」、「船首部」、「船体前半部」、「噴射部の主噴射方向」を定義しておく。「前後範囲」に関して、航走体1の船体没水部2の全長Lbを「基準長(Lb)」としたときに、図24~図29に示すように、船体没水部2の先端2aaから基準長Lbの20%後方の位置S2までを「第2前後範囲(Rf2)」と言う。また、航走体1の船体没水部2の先端2aaから基準長Lbの30%後方の位置S3までを「第3前後範囲(Rf3)」と言う。なお、同様に、船体没水部2の先端2aaから基準長Lbの40%後方の位置S4までの「第4前後範囲(Rf4)」と言い、船体没水部2の先端2aaから基準長Lbの50%後方の位置S5までの「第5前後範囲(Rf5)」と言う。
Next, the "front and rear range", the "bow", the "front half of the hull", and the "main injection direction of the injection section" are defined. With respect to the "front and rear range", when the total length Lb of the submerged
そして、ここでは、「船首部(2a)」は「第2前後範囲(Rf2)」と同じ範囲とし、また、「船体前半部(2b)」は、「第5前後範囲(Rf5)」と同じ範囲とする。また、「噴射部の主噴射方向(以下、略して「主噴射方向」と言う)」とは、噴射部12が周囲(船体没水部、その他の水流等)の影響を排除した単独の状態で、噴射部12から離れた位置での噴射方向に垂直な断面における噴射量分布の中心を噴射部12からの距離の変化に応じて追跡した軌跡の方向を言う。
Here, the "bow (2a)" is the same range as the "second longitudinal range (Rf2)", and the "front half of the hull (2b)" is the same as the "fifth longitudinal range (Rf5)". Range. In addition, the "main injection direction of the injection part (hereinafter, abbreviated as "main injection direction")" means that the
また、「実質的に後方」とは、前後方向Xに関する成分が幅方向Yの成分より大きい方向のことを言い、具体的には、図19、及び、図30~図32に示すように、水Wの主たる噴射方向(主噴射方向)が「前後方向Xに対して、船首方向を0度として、時計回りで、特定の角度の範囲Rαi(i=1,2,3)の内側」にあることを言う。 Further, "substantially rearward" refers to a direction in which the component related to the longitudinal direction X is larger than the component related to the width direction Y. Specifically, as shown in FIGS. 19 and 30 to 32, The main injection direction (main injection direction) of the water W is "inside a specific angular range Rαi (i = 1, 2, 3) clockwise with respect to the longitudinal direction X, with the bow direction as 0 degrees". say something
この角度範囲Rαiとしては、150度から210度の角度範囲Rα1、より好ましくは、160度以上200度以下の角度範囲Rα2、さらにより好ましくは、170度以上190度以下の角度範囲Rα3となる。この角度範囲Rαi内に噴射部12の主噴射方向を向ける。なお、噴射部12を旋回可能に構成して、水Wの噴射を水上航走体1Aの旋回、水中航走体1Bの旋回、上昇、下降等に用いる場合には、航走体1が前進方向に航走しているときに、前記の角度範囲Rαi内に噴射方向を向けることができるように構成する。
The angle range Rαi is an angle range Rα1 of 150 degrees to 210 degrees, more preferably an angle range Rα2 of 160 degrees or more and 200 degrees or less, and even more preferably an angle range Rα3 of 170 degrees or more and 190 degrees or less. The main injection direction of the
〔本発明の対象〕そして、本発明が対象とする水上航走体1Aに関しては、本発明では船首部2aのよどみ点(流れが物体に衝突し、速度がゼロとなる点)の近傍の圧力抵抗を低減することを目的としているので、大型タンカーや大型鉱石運搬船などの比較的低速で圧力抵抗の大きい船舶が主な対象となる。また、水中航走体1Bでは船首部2aの圧力抵抗の低減の効果が大きいと思われる潜水艦や魚雷や自律型の潜水機器等が対象となる。
[Object of the present invention] With respect to the
しかしながら、本発明はこれらに限定されず、比較的高速のコンテナ船等でも造波抵抗を低減できる可能性もあるので、これらの高速船でもよく、また、半没型の艦艇や観光船等でもよい。本発明は、航走時に水面下に船体没水部2を有する航走体1であれば、この航走体1に適用できる。
However, the present invention is not limited to these, and there is a possibility that the wave-making resistance can be reduced even in relatively high-speed container ships, etc., so these high-speed ships may also be used. good. The present invention can be applied to any cruising
〔本発明に係る実施の形態の航走体〕本発明に係る実施の形態の航走体1A、1Bは、航走時に水面下の船体没水部2を有する航走体1であり、以下で説明する本発明の推進力発生システム10を備えている。そして、第1の実施の形態の船舶1Aは水上航走体である排水量型の船舶の例示であり、第2の実施の形態の潜水艦1Bは、水中航走体の例示である。なお、これらは例示であり、本発明はこれらの例示の船種に限定されるものではない。
[Voyage body according to the embodiment of the present invention] The
〔本発明に係る実施の形態の推進力発生システム〕そして、本発明の第1の実施の形態の推進力発生システム10は、水上航走体1Aに適用する場合の推進力発生システム10の構成であり、第2の実施の形態の推進力発生システム10は、水中航走体1Bに適用する場合の推進力発生システム10の構成である。
[Propulsion Generating System of the Embodiment According to the Present Invention] The
〔推進力発生システム〕最初に、本発明の実施の形態の推進力発生システム10について説明する。この推進力発生システム10は、航走体1の船体没水部2の船首部2aに設けた流入開口部11(11p、11sを含む)と、流入開口部11の後方に配置した噴射部12(12p、12s、12c、12cp、12csを含む)と、流入開口部11と噴射部12とを連結する導水路13と、導水路13(内部導水路13a、外部導水路13bを含む)に設けた加圧又は加速機構14とを備えて構成されている。また、少なくとも、航走体1が計画航走速度Vsで直進方向に航走しているときには、噴射部12の噴射口12bは、前後方向Xに関して船体前半部2bとなる領域Rf5に船体表面から離間して配置され、更に、噴射部12の主噴射方向は、前進方向に航走しているときに、前後方向Xに対して、実質的に後方になるように構成されている。
[Propulsion Generating System] First, a
〔流入開口部〕そして、流入開口部11は、船首部2aに向かってくる水Wを導水路13に導入するためのものである。この流入開口部11は、航走体1の直進航走時に、流入開口部11が設けられていないと仮定したときに、流入開口部11の部位に作用する動圧に基づく圧力抵抗を、流入開口部11を設けることにより除去するためのものである。従って、流入開口部11の配置について、以下に幾つかの例を示すが、本発明では、流入開口部11に関する、位置(配置)、形状、大きさ等の各諸元は、ここでの図面における例示の範囲に留まらず、航走体1に作用する圧力抵抗を減少できるものであればよい。
[Inflow opening] The
そして、流入開口部11の位置に関しては、動圧の大きい部位を幅広く含む部位、言い換えれば、流入開口部11が設けられていないと仮定したときのよどみ点が発生する部位又はその近傍に設ける。また、この流入開口部11の形状は、できるだけ、水Wの流入抵抗が小さい形状にする。なお、流入開口部11の形状は通常は正面から見た場合に、構造解析の容易性と製作の容易性を考えて、四角形や円形や楕円形等の形状を採用するが、これらの形状に限定されることなく、それぞれの船首部2aの形状や船首部2aに配置する装備品(例えば、ソナー、魚雷発射口)等に合わせて、適切な形状を採用する。
As for the position of the
そして、流入開口部11の位置と水面WLとの関係に関しては、加圧又は加速機構14の種類にもよるが、ポンプ14を採用する場合には、一般的に空気を吸い込むと、効率が低下したり、故障の原因となったりするので、空気を吸い込まないようにする必要がある。そのため、流入開口部11は空気を吸い込まないように航走体の没水部分に設けたり、あるいは、航走時には全没している状態となる流入開口部11を使用したりする。特に、水上航走体1Aでは、航走状態によって船首部2aの没水状態が大きく変化する場合がある。また、航走時の船速だけでなく、流入開口部11の有無及び水Wの吸引の有無(加圧又は加速機構14の稼働状態)により、船首部2aにおける没水状態が変化するので、空気吸込みに関しては特に注意が必要である。
Regarding the relationship between the position of the
〔流入開口部の前後方向配置〕また、前後方向Xに関する流入開口部11の配置では、通常は、前進航走時においては、よどみ点は、従来の船型では、船首部2aの先端2aaに近い部位に発生するので、流入開口部11はあまり後方に設けても効果が少なくなる。そのため、流入開口部11は船首部2aの先端2aaに近い部位、及び、船首部2a、言い換えれば第2前後範囲Rf2の部位に設ける。
[Fore-and-aft Arrangement of Inflow Openings] In the arrangement of the
しかしながら、例外として、図5~図8、図14、図23、図29、及び、図32に示すように、従来技術の船首部2aの形状から離れて、船首部2aに流入開口部11を設けることを前提として、船体中心線Lc上に船首中央部2acを設けて、流入開口部11を船体中心線Lcから離間して両方の舷側側に設ける場合は、流入開口部11の配置範囲(ここでいう船首部2a)を第2前後範囲Rf2から第3前後範囲Rf3まで広げてもよい。
As an exception, however, as shown in FIGS. On the premise that it is provided, when the bow center part 2ac is provided on the hull center line Lc and the
〔流入開口部の幅方向配置〕また、幅方向Yに関する流入開口部11の配置では、第1の実施の形態では、図1~図4、図9、及び、図10に示すように、第2の実施の形態では、図11~図13に示すように、航走体1A、1Bの正面から見て、船首部2aの船体中央線Lcを含んで配置する。
[Width Direction Arrangement of Inflow Openings] In addition, regarding the arrangement of the
この第1の構成では、流入開口部11を幅方向Yに関して、船体中心線Lcを含んで配置し、流入開口部11から流入する水Wを、左舷側と右舷側のそれぞれの噴射部12p、12sから噴射するように構成する。この第1の構成は、船首側の幅が比較的狭い航走体1に適した構成であり、流入開口部11から流入した水Wを航走体1の内部の導水路13で左舷側と右舷側に分離する。なお、図9の例示では、水Wは分岐されずに船底2bbで船体中心線Lcを含んで配置される船底噴射部12cから噴射されるが、以下では、分岐される例で説明を続ける。
In this first configuration, the
そして、この第1の構成の場合においては、流入開口部11の開口面から導水路13の分岐部13cまでの間に、中央分離壁15を設けない場合と、設ける場合とが有る。中央分離壁15を設けない場合では、流入開口部11から流入する水Wは、導水路13の分岐部13cで分岐されて、各舷側側の導水路13に流入する。そのため、流入開口部11から導水路13の分岐点までの間では、中央分離壁15の分だけ導水路13の壁面積が少なくなるので、導水路13の摩擦抵抗をその分小さくすることができる。
In the case of the first configuration, the
そして、中央分離壁15を設ける場合には、特に図示しないが、航走体1Aの正面から見て、図1~図4、及び、図9~図13の構成(中央分離壁15を設けていない構成)において、流入開口部11に中央分離壁15を追加して配置する。流入開口部11は、この中央分離壁15により、左右の流入開口部11p、11sに分離され、船首部2aの船体中央線Lcに接して、船体中央線Lcの両側に配置される。この中央分離壁15を設ける場合では、流入開口部11から流入する水Wは、流入開口部11から中央分離壁15により混合することなく分岐されて、各舷側側の導水路13に流入する。
1 to 4 and 9 to 13 when the
また、図5~図8、及び、図14に例示するように、流入開口部11p、11sが左右に分離して配置される第2の構成では、流入開口部11p、11sは、航走体1Aの正面から見て、船体中央線Lcから離間して、船体中央線Lcの両側に配置される。この第2の構成では、流入開口部11を幅方向Yに関する船体中心線Lcに対して線対称に単数又は複数設けて、左舷側の流入開口部11pから流入する水Wを左舷側の噴射部12pから噴射し、右舷側の流入開口部11sから流入する水Wを右舷側の噴射部12sから噴射する。
In addition, as illustrated in FIGS. 5 to 8 and FIG. 14, in the second configuration in which the
この第2の構成は、船首側の幅が比較的広い航走体1に適した構成であり、左右舷の流入開口部11p、11sから流入した水Wを、分離したまま航走体1の内部の導水路13で左右舷の噴射部12p、12sに導くので、左右舷の導水路13の水流の相互間での干渉が無くなる。そのため、加圧又は加速機構14の制御による左右舷の推進力の調整が容易となる。
This second configuration is suitable for the cruising
〔流入開口部の上下方向配置〕航走体の上下方向Zに関する流入開口部11(11p、11s、11c)の配置に関しては、航走体1の正面から見て、図1、図2、及び、図9~図11に示すように、流入開口部11は単一の開口で形成される。また、図3、図7、図12、及び、図13に示すように、流入開口部11は上下方向Zに連続して設けられた複数の開口で形成される。さらには、図4、図8、及び、図14に示すように、流入開口部11は上下方向Zに分離して設けられた複数の開口で形成される。
[Arrangement of inflow openings in vertical direction] Regarding the arrangement of the inflow openings 11 (11p, 11s, 11c) in the vertical direction Z of the cruising vehicle, see FIGS. , 9-11, the
また、図5~図8に示すように、流入開口部11p、11sは各舷側に分離している開口で形成されるが、それぞれの片舷側でみると、図5、図6に示すように、流入開口部11p、11sはそれぞれ単一の開口で形成される。また、図7に示すように、流入開口部11p、11sは上下方向Zに連続して設けられた複数の開口で形成される。そして、図8に示すように、流入開口部11p、11sは上下方向Zに分離して設けられた複数の開口で形成される。また、図14に示すように、流入開口部11c、11p、11sは、三角形に配置された3つの開口で形成される。
As shown in FIGS. 5 to 8, the
まとめると、流入開口部11の配置としては、幅方向Yに関しては、単独の流入開口部11、連続した複数の流入開口部11、分離した複数の流入開口部11とそれらの組み合わせ、上下方向Zに関しては、単独の流入開口部11、連続した複数の流入開口部11、分離した複数の流入開口部11とそれらの組み合わせが考えられる。そして、この幅方向Yに関する配置と上下方向Zに関する配置の組み合わせを採用することになる。なお、前後方向Xに関しては、通常単段の流入開口部11とするが、船首部2aの形状によっては、複数段の流入開口部としてもよい。また、上下の流入開口部11の前後位置は、同じ位置としてもよいが、互いの前後位置をずらして配置してもよい。
In summary, the arrangement of the
〔保護用格子〕この流入開口部11には、水W以外の漂流物や生物などの異物が導水路13に入らないように、保護用格子11aを設ける。この保護用格子11aは、水Wの通過抵抗が小さい形状にすると共に、異物が保護用格子11aの外側に沿って流れ易い形状に形成する。この保護用格子11aの形状や枠の間隔は、航行領域における異物の種類や量と加圧又は加速機構14の構造等を考慮して設定する。また、なお、導水路13の内部に、異物を分離するための機構や抜気するための機構を設けてもよい。
[Protective Grate] A
〔噴射部〕次に、噴射部12(12cp、12cs、12p、12s)について説明する。この噴射部12は、導水路13の後端に設けられている、水Wを噴射するための装置であり、噴射ノズル12aと噴射口12bで構成されている。この噴射部12から加圧又は加速機構14で加圧又は加速された水Wを空中または水中に噴射する。
[Injector] Next, the injector 12 (12cp, 12cs, 12p, 12s) will be described. The
〔噴射部の数〕さらに、この噴射部12は、各舷側において、導水路13と1対1対応で形成してもよく、幾つかの導水路13を合流させて導水路13より少ない数又は単独の噴射部12としたり、逆に、導水路13より多い数の噴射部12としたりしてもよい。
[Number of Injection Portions] Further, the
〔噴射部の噴射口の離間配置〕噴射部12の噴射口12bに関しては、この噴射口12bは、少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには、前後方向Xに関して船体前半部2bとなる領域Rf5に船体表面から離間して配置される。この船体表面から離間している部分として外部導水路13bを設ける。なお、この外部導水路13bが噴射ノズル12aを兼ねるように構成してもよい。この船体表面と噴射口12bとの離間距離Sは、下記の噴射流の干渉を回避できる距離であり、水槽や風洞における模型実験やCFD(数値流体力学、計算流体力学)等の数値計算により、求めることができる。
[Spaced Arrangement of Injection Ports of Injection Portion] Regarding the
〔噴射部の主噴射方向〕この噴射部12の主噴射方向は、前進方向に航走しているときの航走体1の推進力を得るために、航走体1に関して、「実質的に後方」とする。そして、この水Wの噴射により、航走体1の推進力の一部又は全部を得る。さらに、この噴射部12の主噴射方向は、少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには、水Wが噴射部12から船体表面に沿って流れないように噴射されるように構成される。
[Main Injection Direction of Injection Portion] The main injection direction of the
〔噴射流の干渉回避〕この噴射口12bの船体表面からの離間配置と主噴射方向に関する噴射部12の配置により、噴射される水Wと船体没水部2との干渉を避ける構成とする。この構成により、噴射部12の噴射口12bから実質的に後方に向けて噴射される水Wが、コアンダ効果などによって船体表面に沿って流れて、船体表面における水Wの流速が増加することに起因する摩擦抵抗の増加を回避する。また、この構成によれば、噴射部12の噴射口12bから噴射部12で発生する推進力と船体没水部2の抵抗を分離して考えることができるようになる。
[Avoidance of Interference of Injection Flows] Interference between the injected water W and the submerged
〔噴射口の前後位置〕
そして、前後方向Xに関する噴射部12の噴射口12bの位置は、主に、船体前半部2bの形状に関係する。この噴射口12bの位置は、噴射口12bから噴射される水Wと船体没水部2との干渉を避けるために、船体没水部2の最大幅Bmaxを持つ幅広部(例えば、船体の「平行部」と呼ばれる部位)Rb、又は、この幅広部Rbの最前の部位、又は、この最前の部位の近傍に離間距離Sを保って配置するのが好ましい。
[Fore-and-aft position of injection port]
The position of the
〔噴射口の上下位置〕そして、上下方向Zに関する噴射部12の噴射口12bの位置は、空中に配置する場合と、水中に配置する場合とがある。なお、噴射口12bを、空中と水中の境に、即ち、水面WLを切る位置に配置してもよく、また、複数の噴射口12bを空中と水中にそれぞれ配置してもよい。
[Vertical Position of Injection Port] The position of the
そして、噴射口12bを空中に配置する場合は、従来技術の多くのウォータージェット推進と同様、図1及び図5に示すように、噴射口12bの位置が水面上になるように構成する。この構成では、噴射口12bから出る水Wが水圧の影響を受けることがない。しかしながら、水面WLに落下する水Wによる騒音と水流の乱れが発生する。
When the
また、噴射口12bを水中に配置する場合は、舷側2baに設ける場合と、船底2bbに設ける場合がある。このときには、噴射口12bは水深による水圧の影響を受けるが、水面WLに落下する水Wによる騒音は発生しなくなる。従って、空中騒音や水中騒音の発生を嫌う客船や艦艇などでは水面WLよりも下に噴射口12bを設けることが好ましい。
Moreover, when arranging the
噴射部12を舷側2baに設ける場合では、航走時において、噴射部12を水面WLより下に配置する。この場合に、図2、図6、及び、図11に示すように、各舷側にそれぞれ単独の噴射部12をそれぞれ設けてもよく、図3、図7、及び、図12に示すように、各舷側にそれぞれ複数の噴射部12を上下方向に連続して設けてもよく、図4、図8、及び、図13に示すように、各舷側にそれぞれ複数の噴射部12を上下方向に離間して設けてもよい。
In the case where the
なお、各舷側にそれぞれ複数の噴射部12を設ける場合には、前後方向Xの位置は略同じでもよく、前後方向Xの位置を変えて配置してもよい。この場合は、前後方向Xの位置とともに上下方向Zの位置を変えて、前方の噴射口12bからの噴射流が後方の噴射口12bに及ぼす影響を少なくするように配置することが好ましい。
When a plurality of
また、噴射部12を船体没水部2の船底2bbに配置する場合では、図9、及び図14に示すように、航走体1において、航走時に船体没水部2の船底2bbの船体中央線Lcの上に配置する。また、噴射部12を前後方向Xにずらせて複数基の船体中央線Lcの上の配置としてもよい。
9 and 14, when the
また、この複数基の配置として、図10に示すように、幅方向Yに並列的に並べて配置してもよい。この場合に、前後方向Xの位置は略同じでもよく、前後方向Xの位置を変えて配置してもよい。この場合には、前後方向Xの位置とともに幅方向Yの位置を変えて、前方の噴射口12bからの噴射流が後方の噴射口12bに及ぼす影響を少なくするように配置することが好ましい。なお、特に図示しないが、ビルジ部に噴射口12bを配置してもよい。
Also, as the arrangement of the plurality of units, they may be arranged side by side in the width direction Y as shown in FIG. 10 . In this case, the positions in the front-rear direction X may be substantially the same, or the positions in the front-rear direction X may be changed. In this case, it is preferable to change the position in the width direction Y as well as the position in the longitudinal direction X so as to reduce the influence of the jet flow from the
〔噴射部の構成〕この推進力発生システム10では、航走体1における操船用の旋回モーメントは、左右舷の噴射部12からの水Wの噴射量と噴射速度の変化により得ることができるため、必ずしも、航走体1に対して旋回モーメントを得るために、噴射ノズル12aに対して、水平方向における旋回機能(デフレクタ機構:水流偏向機構)を設ける必要ない。ただし、より強い旋回モーメントを得るために、デフレクタ機構を設けて構成してもよい。また、航走体1の後進力を得るために、噴射ノズル12aに、リバースバスケット等のリバーサ機構を設ける構成としてもよい。
[Construction of Injection Portion] In this propulsive
なお、ステアリングノズル等のデフレクタ機構を設けて、噴射部12の噴射ノズル12aを旋回可能に構成して、水Wの噴射による推進力を航走体1の旋回にも用いる場合には、前進方向に航走しているときに、噴射部12の噴射方向を、実質的後方に、言い換えれば、所定の角度範囲Rα1(又はRα2又はRα3)の内部の方向に向けることができるように構成する。
In addition, when a deflector mechanism such as a steering nozzle is provided to configure the
また、リバーサ機構やデフレクタ機構の代わりに、構成を単純化するために、図35に示すように、噴射部12の構成を配管21(21a、21b、21c)と弁機構23(23a、23b)を組み合わせて構成してもよい。つまり、後方向きの第1噴射部22aを有する第1配管21aと前方向きの第2噴射部22bを有する第2配管21bを設けて、第1弁機構23aにより水Wの噴出先を第1配管21a又は、第2配管21bに切り換え可能に構成してもよい。更には、必要に応じて、操船機能を高めるために横力も発生できるように、舷側に対して外側向きの第3噴射部22cを有する第3配管21cと第2弁機構23bを設けて水Wの噴出方向を三方向に切替できるように構成してもよい。
In addition, instead of the reverser mechanism and the deflector mechanism, as shown in FIG. 35, in order to simplify the construction, the
なお、これらの配管21は、船体前半部2bの外部に露出させてもよいが、船体前半部2bの内部に収納して、第2配管21bと第3配管21cの出口側の開口部となる第2噴射部22bと第3噴射部22cを船体前半部2bの船体表面から突出させて設ける構成にしてもよい。なお、航走体1の前進時に抵抗とならないように、第2噴射部22b等には、使用時のみに開口する扉24bを設けることが好ましい。
Although these pipes 21 may be exposed to the outside of the
〔噴射部の格納〕また、噴射部12を船体没水部2の船体表面から離間させて配置しているので、航走体1の接岸時に邪魔にならないように、噴射部12を船体没水部2の内部や甲板上に格納することが好ましい。この格納方式としては、噴射部12を船体没水部2の側面の一部に上から回動させて横に位置するような回動方式、噴射部12の支持部材16を折って船体没水部2の凹部または上甲板の上に移動させる転倒方式、船体没水部2の側面の一部から噴射部12を側方に伸縮する伸縮方式、上甲板より降ろす昇降方式、その他の方法等様々な方式を用いることができる。
[Storage of the injection part] In addition, since the
なお、航走体1が接岸する側が決まっている場合には、必ずしも、接岸しない側の噴射部12は収納可能に構成しなくてもよい。また、接岸に際しては、必ずしも船体没水部2を接岸させる必要がなく、人員と物資の通路の確保ができれば良いので、通路を架橋することで対応するように、舷側2baに設けた噴射部12を格納せずに固定したままとする固定方式としてもよい。この固定方式は、貨物船などの乗客の乗降がない商船、特に港に寄らず、沖合バースで荷役するタンカー等で採用することができる。
In addition, when the side where the cruising
また、噴射部12を船体没水部2の船底2bbに配置する場合には、航走体1が港湾等の浅海を航走する際には邪魔にならないように、噴射部12を船体没水部2の内部に格納するか、あるいは、舷側2baに移動させることが好ましい。この格納方式としては、噴射部12を船体没水部2の船底2bbの内部に上昇させて格納する昇降方式、噴射部12の支持部材16を折って船底2bbの凹部に格納する転倒方式、船底2bbから転倒して舷側2baに、更には、上甲板の上に移動するような回動方式等様々な方式を用いることができる。
In addition, when the
また、噴射部12を船体没水部2の舷側2ba及び船底2bbに配置する場合に、上記のように横断面内(Y-Z面内)で噴射部12を移動させる構成としてもよく、縦断面内(Z-X面内)で噴射部12を移動させる構成としてもよく、水平面内(X-Y面内)で噴射部12を移動させる構成としてもよい。ただし、浅海域や港湾内や接岸時に船底と海底との間に余裕がある場合には、噴射部12を船底2bbに固定する固定方式を採用してもよい。
Further, when the
〔導水路と加圧又は加速機構と流量調整装置〕次に、導水路13と加圧又は加速機構14と流量調整装置について説明する。なお、加圧又は加速機構14の例として、この実施の形態では、インペラを有するポンプ14を採用している。このポンプ14は、流入開口部11と噴射部12を接続する導水路13に設けられ、船首部2aの流入開口部11から流入してくる水Wを加圧して、噴射部12に導く。なお、導水路13に分岐路が有る場合には、必要に応じて、各分岐路の間における水量を調整したり、導水路13を閉鎖したりするために、導水路13に流量調整弁や開閉弁等の流量調整装置(図示しない)を設ける。また、導水路13の入口となる流入開口部11に流入開口部11を閉鎖できる扉(図示しない)を設けてもよい。この扉は閉鎖量を調整できるように構成することがより好ましい。
[Water Conduit, Pressurizing or Accelerating Mechanism, and Flow Control Device] Next, the
〔導水路〕この導水路13と流入開口部11の数の関係に関しては、基本的には、船体中心線Lcを含む流入開口部11の場合には、一つの流入開口部11に対して、左右舷に分岐されたそれぞれの舷側2baで1つの導水路13を対応させる。一方、左右舷に分かれた流入開口部11p、11sに対しては、それぞれの流入開口部11に対して、1対1の導水路13を対応させる。しかしながら、ポンプ14の容量や故障等に対する冗長性や噴射部12の配置等のことを考えて、一つの流入開口部11に対して複数の導水路13を対応させてもよい。
[Conduit] Regarding the relationship between the numbers of the
この導水路13と噴射部12の数の関係に関しては、基本的には、一つの導水路13に対して、1つの噴射部12を対応させるが、噴射部12の噴射流で生じる推進力を操船に使用する場合は、その操船操作に便利なように噴射部12を配置すると共に、これらの噴射部12に導水路13を必要に応じて分岐して接続する。
Regarding the relationship between the numbers of the
導水路13の配置は、流入開口部11の配置と噴射部12の配置とポンプ14の駆動源の配置等の制約を受けることになる。そのため、上下2段の流入開口部11からの水Wを上下1段の1対の導水路13に導いたり、それぞれの流入開口部11に対応する上下2段の1対の導水路13に個別に導いたりする場合もある。また、ポンプ14の容量等の関係やポンプ14の冗長性確保の面から、上下1段の流入開口部11から導入した水Wを複数のポンプ14に導くために、導水路13の途中を分岐して、複数の噴射部12に導いたり、導水路13の途中を分岐して、ポンプ14をさせた後、合流させて単数の噴射部12に導いたりする場合も考えられる。
The arrangement of the
そして、この推進力発生システム10では、噴射部12が船体前半部2bの船体表面から離間して、船体没水部2の外部に設けている関係で、導水路13は、船体内部に設けられる内部導水路13aと船体外部に設けられる外部導水路13bとで構成される。この外部導水路13bは必要に応じて支持部材16で支持される。
In the propulsive
そして、外部導水路13bは、図1及び図5等に示すように、噴射部12が水面WLの上(空中)に配置される場合は空気抵抗を受け、図2及び図6等に示すように、噴射部12が水面WLの下(水中)に配置される場合は水による抵抗を受けることになる。そのため、外部導水路13bの外形はそれぞれ水又は空気に対する流体抵抗が少ない形状、例えば、翼型形状などの流線型形状に形成される。
Then, as shown in FIGS. 1 and 5, the
さらに、流入開口部11からポンプ14までの導水路13に関しても、船の種類、例えば、艦艇等によっては、流入開口部11及び導水路13の万一の閉塞を考慮して、非常時の水Wの吸引用の非常時用導水路(図示しない)を舷側2baや船底2bbに設けておくことも考えられる。
Furthermore, with regard to the
この導水路13の形状は、できるだけ少ないエネルギー損失で、流入開口部11から流入する水Wを円滑にポンプ14に導くと共に、ポンプ14から吐出される水Wを噴射部12に導いて、噴射部12から噴出することが望まれる。そのため、流入開口部11から流入する水Wの量Winと、その流速Vinと、噴射部12から噴射する水Wの量Woutとその流速Voutに対して、ポンプ14の前後における導水路13の断面積や形状が設定される。
The shape of the
なお、通常は流入量Winと噴射量Woutは同じであるが、流入開口部11以外から流入する水や噴射部12以外へ排出する水があってもよく、その場合は、流入量Winと噴射量Woutは異なることになる。また、流入開口部11から空気を吸い込む可能性が有る場合には、導水路13の途中に抜気機構を設けてポンプ14に空気が入り込まないようにする。さらに、流入開口部11から保護用格子11aをすり抜けて吸い込んだ異物を排除するための異物排除機構を導水路13の途中に設けて、ポンプ14を保護することが望ましい。
Although the inflow amount Win and the injection amount Wout are usually the same, there may be water that flows in from other than the
〔導水路の形状若しくは配置の例示〕次に代表的な導水路13の形状若しくは配置について説明しておく。一つ目は、図30及び図31に示すように、3つの導水路13からなり、第1導水路13は流入開口部11に接続すると共に、前後方向Xに平行に設けられ、第2導水路13は第1導水路13に接続すると共に、前後方向Xに対して斜め後方に設けられ、第3導水路13は第2導水路13に接続して、噴射部12に接続すると共に、前後方向Xに平行に設けられる。ここでは、上下方向Zから見て、第1導水路13と第2導水路13とがなす角度は第2導水路13と第3導水路13とがなす角度と同じ角度で、鈍角(π―γ)となる。
[Exemplification of Shape and Arrangement of Water Conduit] Next, the typical shape and arrangement of the
二つ目は、図32に示すように、3つの導水路13からなり、第1導水路13は流入開口部11に接続すると共に、前後方向Xに平行に設けられ、第2導水路13は第1導水路13に接続すると共に、前後方向Xに対して斜め前方に設けられ、第3導水路13は第2導水路13に接続して、噴射部12に接続すると共に、前後方向Xに平行に設けられる。ここでは、上下方向Zから見て、第1導水路13と第2導水路13とがなす角度は第2導水路13と第3導水路13とがなす角度と同じ角度で、鋭角(π―γ)となる。
The second, as shown in FIG. 32, consists of three
上記の他にも、全体の導水路13を構成する要素としての導水路13を直線状に形成せずに、必要に応じて曲線状に形成してもよく、この要素としての導水路13の数も3つにする必要はなく、1つでも、2つでも、3つより多くしてもよい。
In addition to the above, the
〔中央分離壁〕次に、中央分離壁15について説明する。幅方向Yに関する流入開口部11の配置では、図30に示す導水路13では、中央分離壁15が無く、流入開口部11から流入した水Wは、導水路13の分岐部13cで左右舷の導水路13に分岐して流れる。一方、図31に示す導水路13では、航走体1Aの正面から見て、流入開口部11と導水路13の分岐部13cとの間に中央分離壁15を有して構成される。この中央分離壁15により、左右舷に設けられた流入開口部11p、11sから流入した水Wは、中央分離壁15で分岐された状態で左右舷の導水路13に個別に流れる。言い換えれば、右舷側と左舷側において、それぞれの流入開口部11p、11sから流入する水Wは、混合することなく、左右舷の導水路13経由で噴出口12p、12sから噴射される。
[Central Separation Wall] Next, the
この中央分離壁15がある構成では、航走体1の正面から見て、流入開口部11は船首部2aの船体中央線Lcに接して、船体中央線Lcの両側に配置される。この中央分離壁15は、構造的な強度を保つ構造部材としての役割も期待できる。なお、流体力学的には、航走体1Aの直進時には、図30及び図31に示すように、中央分離壁15の有無にかかわらず、流入開口部11から流入してくる水Wは左右舷で同じとなる。そのため、中央分離壁15の摩擦抵抗が増加する。
In the configuration with the
そして、図30及び図33に示すように、中央分離壁15が無い場合には、航走体1Aが右舷側に斜行若しくは旋回すると、船首部2aに流入する水Wの量は、正面側の舷側(図33では、左舷側)の導水路13pに流入する水Wの量が、背面側(右舷側)の導水路13sに流入する水Wの量よりも少なくなるので、正面側の噴射部12pから噴射する水Wの量が減少し、背面側の噴射部12sから噴射する水Wの量が増加するので、正面側の推進力Tpが背面側の推進力Tsより小さくなり、旋回方向とは逆方向の旋回モーメントMtが発生する。そのため、針路保持には有利となる。
As shown in FIGS. 30 and 33, in the absence of the
一方、図31及び図34に示すように、中央分離壁15が有る場合には、航走体1Aが右舷側に斜行若しくは旋回すると、船首部2aに流入する水Wの量は、正面側の舷側(図34では、左舷側)の流入開口部11pから流入する水Wの量が、背面側(右舷側)の流入開口部11sよりも多くなるので、正面側の噴射部12pから噴射する水Wの量が多くなり、背面側の噴射部12sから噴射する水Wの量が減少するので、正面側の推進力Tpが背面側の推進力Tsより大きくなり、旋回方向の旋回モーメントMtが増加する。そのため、旋回には有利となる。
On the other hand, as shown in FIGS. 31 and 34, when there is a
しかしながら、噴射部12から噴射される水Wの流速及び噴射部12で発生する推進力Tp、Tsは、導水路13に流入する水Wの量だけでは決まらず、導水路13を通過する水Wの量と加圧又は加速機構14による昇圧の程度も関係するので、実用的には、旋回角(または方位角)θ、旋回角速度、旋回角加速度等を検出しながら、ポンプ14を制御することで、針路保持又は旋回のそれぞれで要求される旋回モーメントMtを調整することになる。
However, the flow velocity of the water W injected from the
〔導水路における抵抗と推進力〕次に導水路13における抵抗に関して考える。図30及び図31に示すような導水路13は、流入開口部11から航走体の前後方向Xに延びる第1導水路13と、斜め後方に延びる第2導水路13と、前後方向Xに延びて噴射部12に達する第3導水路13とから構成される。この導水路13では、流入開口部11から流入してくる水Wが、その後方の船体中心線Lcに対して左右方向に傾斜した第2導水路13の後方側の水路壁で反射し、その反射した水Wが第2導水路13の前方側の水路壁で再反射し、これらの反射を繰り返しながら、第2導水路13に沿って流れることになる。
[Resistance and Propulsive Force in Water Conduit] Next, the resistance in the
そして、この第1の反射では、水流の方向の変化に伴い反力F1が発生し、その反力F1の前後方向(X)の成分F1xが航走体1に対する抵抗となる。一方、第2の反射では、水流の方向の変化に伴い反力F2が発生し、その反力F2の前後方向(X)の成分F2xが航走体1に対する推進力となる。また、噴射部12への第3導水路13に入る部位における水Wの流れの方向の変化で発生する反力F3の前後方向Xの成分F3xが航走体1に対する推進力となる。これらのことを考えると、水Wが第2導水路13内で複数回の反射した後、言い換えれば、第2導水路13の前方側の水路壁で反射した後の位置で、水Wをポンプ14で加圧するのが好ましい。
In this first reflection, a reaction force F1 is generated as the direction of the water flow changes, and the longitudinal (X) component F1x of the reaction force F1 acts as a resistance to the
また、図19及び図32に示すZ字形状の導水路13は、流入開口部11から前後方向Xに延びる第1導水路13と、斜め前方に延びる第2導水路13と、前後方向Xに延びて噴射部12に達する第3導水路13とから構成される。この導水路13では、流入開口部11から流入してくる水Wが第1導水路13と第2導水路13の連結部の第1の傾斜した水路壁で反射し、その反射した水Wが更に第2導水路13と第3導水路13の連結部の第2の傾斜した水路壁で再反射して、第3導水路13を通り噴射部12に流れる。
The Z-shaped
この第1の反射では、水流の方向の変化に伴い反力F1が発生し、その反力F1の前後方向(X)の成分F1xが航走体1に対する抵抗となる。一方、第2の反射では、水流の方向の変化に伴い反力F2が発生し、その反力F2の前後方向Xの成分F2xが航走体1に対する推進力となる。従って、反力F2の成分F2xを大きくするためには、第2導水路13又は第3導水路13で水Wの運動量を増加するのが好ましい。そのため、ポンプ14は、配置が可能な場合には、第2導水路13又は第3導水路13に配置する。
In this first reflection, a reaction force F1 is generated as the direction of the water flow changes, and the longitudinal (X) component F1x of the reaction force F1 acts as resistance to the
つまり、導水路13では、吸い込んだ水Wを後方側の水路壁に反射させつつ後方に移動し、更に前方側の水路壁に反射させつつ後方に移動して、噴射部12より外部に噴射する。この後方側の水路壁での反射では、水流の方向転換が生じる際に抵抗となる方向の反力(壁に垂直な力)が作用するが、前方側の水路壁での水流の反射では、水流の方向転換が生じる際に推力となる方向の反力(壁に垂直な力)が作用する。これらの反力による抵抗と推力の関係では、後方側の水路壁の反射後で、前方側の水路壁の反射前に加速するのが望ましい。従って、前方から流入してくる水Wを後方に噴射する場合では、導水路13における水流の方向の変化に基づく運動量の変化に伴うエネルギー損失は小さくできると考える。
That is, in the
〔導水路における摩擦損失〕一方、導水路13における水路壁の抵抗はエネルギー損失となる。導水路13における抵抗の減少方法の第1の方法としては、流入開口部11と噴射部12の間の導水路13の長さを短くすることが有効な対策となる。
[Friction loss in the water conduit] On the other hand, the resistance of the water conduit wall in the
また、導水路13における抵抗の減少方法の第2の方法としては、導水路13の形状を抵抗の少ない形状とすることが有効な対策となる。ただし、流入開口部11の位置は船首部2aの形状で略決まり、噴射部12の位置も、船体前半部2bの形状や操船性能と密接に関係するので、これらの位置関係と、導水路13の壁面における水流の反射による抗力と推進力との関係とを勘案しながら決めることになる。
As a second method of reducing the resistance in the
そして、導水路13における抵抗の減少方法の第3の方法としては、導水路13の中央部に近い水Wの流速を大きくすることで、導水路13の水路壁に近い水Wの流速を小さくする。つまり、流入開口部11から流入する水Wの流量が多いので、流入開口部11から流入した水Wの一部のみを分岐して分岐した水Wを分岐導水路内で加圧又は加速して、主導水路の加圧又は加速していない水Wに混入することで、噴射部12から噴射される水全体を加圧又は加速する。これにより、導水路13の壁面における摩擦抵抗を減少する。
As a third method of reducing the resistance in the
例えば、流入開口部11から流入した水Wの一部のみを分岐通路でポンプ14にて加速し、この加速した水Wを導水路13の中央部に配置した分岐通路の出口から噴出することで、導水路13の水Wの全体を加速する。あるいは、導水路13の中央部に配置したプロペラの直径を導水路13の内径よりも小さく形成して、導水路13の中央部側に近い領域の水Wのみを加速する。これらの構成により、加圧又は加速機構14で加圧又は加速した水Wは導水路13の中央部側では流速が大きく、壁面側では流速が小さくなる。なお、噴射部12に近づくほど、水Wの粘性のため水Wの流速は均一化されるが、噴射部12に至るまでの途中では、壁面近傍の流速は全体の均一流速よりも小さくなっているので、全体として摩擦低減効果を得ることができる。
For example, by accelerating only a part of the water W flowing in from the
そして、導水路13における抵抗の減少方法の第4の方法としては、導水路13の水路壁を加熱することで、水路壁に接する水Wの温度を上昇させて、水Wの粘性抵抗を低減する。これにより、導水路13の壁面における摩擦抵抗を減少する。例えば、海水の動粘性係数ν(cm2/s)は、15℃から30℃で、約0.0119から約0.0085となり、約30%減となる。なお、導水路13の壁面の加熱のムラにより、水蒸気や気泡が発生してポンプ14に入る可能性のある場合には、ポンプ14よりも後方の導水路13の水路壁を加熱する。この水路壁の加熱するために主機の排熱を利用することが考えられる。
As a fourth method of reducing the resistance in the
また、導水路13における抵抗の減少方法の第5の方法としては、ポンプ14より後方で、導水路13の壁面から導水路13内に水蒸気を壁面に沿わせて流すことで、導水路13の壁面における摩擦抵抗を減少することが考えられる。この場合は、ポンプ14の後方において、水Wの流速が増している部分に水蒸気供給孔を設けることで、水蒸気を導水路13の中を流れる水流で吸い込んで、水Wに水蒸気を混入する。
As a fifth method of reducing the resistance in the
〔加圧又は加速機構〕次に「加圧又は加速機構」14について説明する。この「加圧又は加速機構」14は流入開口部11から噴射部12までの間の水Wを加圧又は加速するための機構である。これにより、噴射口12bにおける水Wの運動量を流入開口部11における水Wの運動量よりも大きくする。この「加圧又は加速機構」14としては、ウォータージェット推進で用いているような「高圧ポンプ(軸流水ポンプ)」、「インペラと呼ばれるプロペラ」とよばれる装置を使用することができる。また、ポッド推進器の動力伝達機構やプロペラを使用することもできる。
[Pressure or Acceleration Mechanism] Next, the "pressure or acceleration mechanism" 14 will be described. This “pressurizing or accelerating mechanism” 14 is a mechanism for pressurizing or accelerating the water W between the
〔ウォータージェット推進〕ただし、従来技術のウォータージェット推進では、水を船底から吸い込むのに対して、本発明では、水Wが船首部2aの流入開口部11から流入してくる。そのため、この「加圧又は加速機構」14では、水量が多い点、「加圧又は加速機構」14の上流側の水流の速度が比較的大きい点、噴射口12b部から噴射する際の流速は、船速よりも少し大きい程度でよい点等が、従来技術のウォータージェット推進と異なる。
[Water Jet Propulsion] However, in the conventional water jet propulsion, water is drawn in from the bottom of the ship, but in the present invention, the water W flows in from the
従来技術のウォータージェット推進のポンプ(「ウォータージェットポンプ」、「インペラ」、「高圧ポンプ」と呼ばれている、)の機構、又は、これに類似した機構を利用する場合には、水頭圧の高い船尾側の船底から吸い込んだ水を、船尾後方において、水頭圧が流入開口部11よりも低い位置に配置された噴射ノズル12a、あるいは、空中にある噴射ノズル12aに、圧送して噴射することで、推進力を得る。
When utilizing prior art waterjet propulsion pumps (called "waterjet pumps", "impellers", "high pressure pumps") or similar mechanisms, the head pressure Water sucked from the bottom of the high stern side of the stern is pressure-fed and injected to the
このウォータージェット推進のポンプは、基本的には水ポンプのターボ形ポンプで構成され、このターボ形ポンプには、軸流ポンプ、斜流ポンプ(斜流ポンプ、渦巻き斜流ポンプ)、遠心ポンプ(渦巻ポンプ、デイフューザーポンプ)が有る。そして、主機関からの動力をインペラ(プロペラ)に伝達する主軸(インペラ駆動軸)、インペラ、案内羽根などを備えて構成される。この案内羽根により、インペラに流入する水の流れを整流してインペラに流入させたり、水にインペラで与えられた旋回流をインペラの軸方向に整流したりする。 This water jet propulsion pump is basically composed of a turbo type water pump, and this turbo type pump includes axial flow pumps, mixed flow pumps (mixed flow pumps, spiral mixed flow pumps), centrifugal pumps ( centrifugal pump, diffuser pump). It is composed of a main shaft (impeller drive shaft) for transmitting power from the main engine to the impeller (propeller), an impeller, guide vanes, and the like. The guide vanes rectify the flow of water flowing into the impeller and allow the water to flow into the impeller, and rectify the swirl flow given to the water by the impeller in the axial direction of the impeller.
そして、本発明の加圧又は加速機構として使用するポンプ14では、従来の船底から水を吸引する方式と異なり、流入開口部11で前方から流入してくる水Wを噴射部12で後方に噴射するため、水頭圧の差が比較的少ない状態で、比較的速い流速の水Wを加圧(又は加速)する。そのため、インペラの形状(ピッチ)や回転速度をこの推進力発生システム10の仕様に適合させる必要がある。
In the
なお、「加圧又は加速機構」14としては、サイドスラスター若しくはポッド推進器の動力伝達機構やプロペラを使用して、導水路13内にサイドスラスター若しくはポッド推進機構のプロペラを配置する場合には、ポッド推進器に設けられている旋回機構が不要になるので、より構造を単純化できる。なお、本発明では、導水路13内の水Wを加圧又は加速できればよく、導水路13の内径とサイドスラスター若しくはポッド推進機構のプロペラの直径との関係は、必ずしも、ダクトプロペラのダクトの内径とプロペラの直径との関係、コルトノズルの内径とプロペラの直径との関係等のように、隙間の小さいもので有る必要はない。
As the "pressurization or acceleration mechanism" 14, when using the power transmission mechanism or propeller of the side thruster or pod propulsion device and arranging the propeller of the side thruster or pod propulsion device in the
また、航走体1の停止時から航行速度までの広範囲で推力を得る必要がある場合には、ポンプ14のインペラ、又は、サイドスラスター若しくはポッド推進機構のプロペラを、固定ピッチプロペラ(FPP)で構成し、回転数制御としてもよいが、可変ピッチプロペラ(CPP)とすることが好ましい。この可変ピッチプロペラの採用により、旋回や針路保持などの操船操作で推進力のより微妙な制御を行えるようになる。
In addition, when it is necessary to obtain thrust in a wide range from the time when the
また、航行速度と加圧又は加速機構の特性に合わせて、流入開口部11からの水Wの流入量を調整する必要がある場合には、流入開口部11に設けた流量調整用の扉(図示しない)を開閉したり、導水路13に設けた弁機構(図示しない)等で調整したりする。また、加圧又は加速機構14を少ない基数で構成する場合には、加圧又は加速機構14の一基当たりの発生推力が大きくなる。これに対して、加圧又は加速機構14を多数基用いると、加圧又は加速機構14の一基当たりの発生推力が小さくなり、既に実用化されている装置を使用できるようになる。
In addition, when it is necessary to adjust the inflow amount of the water W from the
〔流入開口部と噴射口の上下関係〕次に、上下方向Zに関しての流入開口部11と噴射口12bの位置関係について考えてみる。流入開口部11の位置が噴射口12bの位置よりも高い場合には、流入時の水頭圧が噴射時の水頭圧より低くなる。そのため、水Wは高い所から低い所に流れるので、水Wの位置エネルギーを利用できるが、その一方で、噴射口12bの水深の影響で噴射時の水頭圧が高くなるので、排出用の圧力が高まることになる。従って、ポンプ14では吸込み用のエネルギーは小さくて済むが、排出用のエネルギーが大きくなる。
[Vertical relationship between inlet opening and injection port] Next, the positional relationship in the vertical direction Z between the
一方、流入開口部11の位置が噴射口12bの位置よりも低い場合には、流入時の水頭圧が噴射時の水頭圧より高くなる。その一方で、噴射口12bの水深の影響で噴射口12bの噴射時の水頭圧が低くなるので、排出用の圧力が低くなることになる。しかしながら、水Wは低い所から高い所に流れるので、水Wの位置エネルギーを増加させる必要が生じる。従って、加圧又は加速機構14では吸込み用のエネルギーは大きくなるが、排出用のエネルギーが小さくなる。
On the other hand, when the position of the
上記のように考えると、流入開口部11の位置と噴射口12bの位置の高さが異なる場合には、加圧又は加速機構14で水Wに対する吸込み用のエネルギー又は排出用のエネルギーを発生させる必要が生じるので、そのエネルギーを発生するための機械的損失などのエネルギー損失分だけ、損をすることになる。そのため、流入開口部11の位置と噴射口12bの位置の高さは同じ高さに設けるのが好ましいと考える。
Considering the above, when the position of the
〔導水路の選択使用〕また、上記の推進力発生システム10において、図4、図8、及び、図18に示すように、流入開口部11を上下方向Zに複数分離して設け、流入開口部11毎に、導水路13と加圧又は加速機構14と噴射部12を設けて構成し、航走時における船首部2aの水没状態に応じて、流入開口部11のそれぞれに対応する加圧又は加速機構14を個別に稼動及び制御を行う制御装置を備えて構成する。
[Selective Use of Water Channel] In the propulsive
この構成によれば、満載状態WL1と軽荷状態WL2、高速航走状態と低速航走状態など、航走時における船首部2aの水没状態が異なる場合に、それぞれの船首部2aの水没状態に応じて、加圧又は加速機構14を選択的に稼働及び制御することができるので、加圧又は加速機構14を効率の良い状態で使用でき、推進効率を向上できる。
According to this configuration, when the submerged state of the
より詳細には、上下方向Zに配置した導水路13の加圧又は加速機構14を個別に制御可能に構成して、加圧又は加速機構14を選択的に使用することで、船首部2aの喫水が深く、水Wが流入する流入開口部11が多いときには、水Wが流入して水没している加圧又は加速機構14の稼働で推進力を発生し、船首部2aの喫水が浅く、水Wが流入している流入開口部11と水Wが流入していない流入開口部11が混在するときには、没水していない加圧又は加速機構14を稼働せずに、没水している加圧又は加速機構14のみを稼働することで、効率よく加圧又は加速機構14を使用して、推進力を効率よく発生することができる。
More specifically, the pressurizing or accelerating
また、特に図示しないが、加圧又は加速機構14を設けない導水路、言い換えれば、流入開口部から流入する水を排出口に導くだけの排水路を追加して設けて、本発明の推進力発生システム10と共存させてもよい。さらには、導水路13を流入開口部11側の導水路13から分岐する分岐導水路と同じく流入開口部11側の導水路13から分岐する分岐排水路とを設けて、流入開口部11から流入した水Wを、加圧又は加速する水Wとそのまま排出する水Wとに分けて、流入した水Wの一部のみを分岐導水路内で加圧又は加速して噴射部12から噴出し、その他の水Wはそのまま分岐排水路経由で排出口から排出する構成としてもよい。
In addition, although not shown in particular, a water conduit not provided with the pressurizing or accelerating
〔噴射部と船体表面との関係〕図28、図29、図32、図36~図39に示すように、噴射部12の噴射口12bは、船体没水部2の船体前半部2bの船体表面から離間距離Sの分だけ離れて配置される。これにより、噴射口12bから噴射された水Wがコアンダ効果等により船体表面に沿って流れて、船体表面の摩擦抵抗が増加するのを回避している。
[Relationship between injection section and hull surface] As shown in FIGS. It is placed at a distance S from the surface. This prevents the water W injected from the
基本的には、噴射口12bは図28、図29、図32、図36に示すように、内部導水路13aに連結されている外部導水路13bが船体前半部2bの船体表面から外側に導かれて、この外部導水路13bの先端側に噴射部12が設けられることにより、噴射口12bは船体前半部2bの船体表面から離間した状態に配置される。
Basically, as shown in FIGS. 28, 29, 32, and 36, the
しかしながら、噴射部12を船体表面から大きく離間して配置すると、接岸などの作業時に邪魔になったり、他船との接触し易くなったりするので、これらを回避するために、図37~図39に示すように、体没水部2を船体表面に凹部2dを有して構成すると共に、この凹部2dは、少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには、噴射部12から噴射される水Wが船体表面に沿って流れないように形成する構成としてもよい。
However, if the
なお、図37では、凹部2dは噴射部12の前方の船体表面から徐々にまた滑らかに窪んでいく形状となっている。一方、図38と図39では、凹部2dは噴射部12の近傍で船体表面から段差部2eを有して形成されている。また、図38では、この段差部2eから噴射部12が突出して設けられているが、図39では、段差部2eの前方の船体表面の内側に噴射部12が配置され、噴射口12bが段差部2eに開口するように噴射部12が設けられている。なお、図面では凹部2dの周囲を角部で形成しているが、丸み付けを行って、凹部2dの近傍における流れの大きな乱れや渦の発生を防止することが好ましい。
In addition, in FIG. 37, the
〔航走体の推進力の前方配置〕この推進力発生システム10で航走体1の推進力の一部のみを得る場合では、その他の推進力を発生するためのシステム、例えば、従来技術の船尾配置のスクリュープロペラ、ウォータージェット推進等が必要になる。一方、この推進力発生システム10で航走体1の推進力の全部を得る場合では、従来技術の船尾配置のスクリュープロペラ、ウォータージェット推進等が不要になる。
[Arrangement of propulsive force in the front of the cruising vehicle] When only a part of the propulsive force of the cruising
そして、従来技術の船舶等の水上航走体や魚雷や潜水艦などの水中航走体では、一般的にスクリュープロペラ推進器等の推進用機器を船尾に配置している。一方、本発明の推進力発生システム10を船体前半部2bに配置することで、船尾側に配置した推進用機器で発生する推進力を減少又は不要にして、この推進用機器を駆動するための機関を配置する容積を減少又は不要にできる。
In conventional watercraft such as ships and underwater vehicles such as torpedoes and submarines, propulsion equipment such as a screw propeller propeller is generally arranged at the stern. On the other hand, by arranging the propulsive
〔船尾形状の自由度の増加〕その結果、船尾形状を従来の形状から船尾形状の自由度を増加することができる。言い換えれば、船尾形状を流線型形状や翼型形状やそれらの近似形状に変化させることができ、船体没水部2が発生するビルジ渦と、船尾配置の推進用機器で発生する水流と、舵による流れの間の船尾における相互干渉を減少又は無くした形状にすることができる。その結果、船尾における圧力抵抗や造波抵抗を減少できる。 [Increased degree of freedom in stern shape] As a result, the degree of freedom in stern shape can be increased from the conventional shape. In other words, the stern shape can be changed to a streamline shape, an airfoil shape, or an approximation thereof. It can be shaped to reduce or eliminate cross-coupling at the stern during flow. As a result, pressure resistance and wave-making resistance at the stern can be reduced.
なお、船尾配置のプロペラ推進力の補助として、同じく船尾配置のウォータージェット推進を備えた高速船が、従来技術(例えば、実開昭58-119500号公報、特開平9-142384号公報、特開2015-217796号公報を参照)において提案されているが、本発明の船首部のよどみ点の圧力抵抗の低減と推進力の発生を同時に行う、船首部におけるウォータージェット推進の技術的思想が異なるものである。 In addition, as an aid to the propulsion force of the stern-arranged propeller, a high-speed ship equipped with a stern-arranged water jet propulsion has been proposed in the prior art (for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 58-119500, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-142384, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-142384, 2015-217796), but the technical idea of water jet propulsion at the bow is different, which simultaneously reduces pressure resistance at the stagnation point of the bow and generates propulsion force. is.
〔航走体〕そして、本発明の実施の形態の航走体1(水上航走体1A、水中航走体1B)は、これらの推進力発生システム10を備えて構成される。この構成により、航走体1は、航走体の推進力発生システム10と同様の効果を発揮できる。
[Vehicle] The vehicular vehicle 1 (
この航走体1において、更に、図40及び図41に示すように、船体没水部2を船体前半部2b(領域Rf5)に最大幅Bmaxを持つ幅広部Rbを有すると共に、幅広部Rbよりも後方の部位では、最大幅Bmax以下の幅になるように構成する。そして、図40に示すように、噴射部12の噴射口12bを幅広部Rbの部位に設ける。または、図41に示すように、噴射部12の噴射口12bを幅広部Rbよりも後方の部位Rcに設ける。なお、この幅広部Rbよりも後方の部位Rcは、噴射口12bが前半部2b(領域Rf5)に配置されることから、幅広部Rbの部位の後端から船体没水部2の前後方向Xの中心Pmまでの範囲となる。
40 and 41, the submerged
あるいは、航走体1において、図42に示すように、少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには、噴射口12bから噴射される水Wが船体没水部2の船体表面に沿って流れないように、噴射口12bの後方において、凹部2dを有するように船体没水部2を構成する。
Alternatively, as shown in FIG. 42, at least when the cruising
これらの構成により、噴射口12bから噴射される水Wを船体表面に沿うことなく、前後方向Xに近い方向に噴射することができ、水Wの噴射による反力をより効率よく推進力として利用できるようになる。
With these configurations, the water W jetted from the
また、上記の航走体の推進力発生システム10と航走体1の形状との組み合わせに関しては、図43に示すように、船体没水部2を、上下方向Zに関して、満載喫水線または計画喫水線より下側において、深さ方向の少なくとも50%の範囲において、連続的又は断続的に水線面形状を対称翼形状で形成する。これにより、航走体1の推進力の全部又は一部を船体前半部2bに設けた推進力発生システム10により、船首における圧力抵抗を低減できると共に、船尾の対称翼形状により船尾における流れを円滑にして、圧力抵抗と造波抵抗を低減できるので、航走体1の抵抗を大きく低減できる。なお、図43では、翼型形状として、「NACA0020」の翼型形状を用いている。
Further, regarding the combination of the propulsion
〔航走体の推進力〕次に、航走体1の推進力について説明する。航走体1の噴射部12から噴射する水Wの反力で発生する推進力は、噴射口12bから噴射される水Wの量と流速、言い換えれば、運動量に関係する。従って、推進力を増加するためには、噴射部12の噴射口12bから噴射する水Wを増量または増速する必要があり、この場合は、加圧又は加速機構14で水Wを流入開口部11から吸引することになる。
[Propulsion Force of Vessel] Next, the propulsion force of the
そして、噴射される水Wの流量又は流速を制御して推進力を制御するためには、加圧又は加速機構14による流量調整だけでなく、図44に示すように、流入開口部11、噴射部12または導水路13に開閉扉17A(図44(a))や弁機構17B(図44(b))等の流路断面の変更機構を設けて、流路の断面積を変更することによって、水Wの流量または流速の調整を行う。
In addition, in order to control the flow rate or flow velocity of the jetted water W to control the propulsive force, not only the flow rate adjustment by the pressurization or
一方、推進力を減少するためには、噴射部12の噴射口12bから噴射する水Wを減量または減速する必要があり、この場合は、加圧又は加速機構14や流路断面の変更機構で水Wの吸引量を減少することになる。なお、噴射ノズル12aが旋回機能や後進機能を有している場合で、一時的に航走体1の推進力を減少する場合には、噴射ノズル12aの旋回機能を用いて、主噴射方向を前後方向Xから逸らすことにより、前後方向Xの推進力を減少させることができる。
On the other hand, in order to reduce the propulsive force, it is necessary to reduce or decelerate the amount of water W injected from the
また、推進力が不要なときには、加圧又は加速機構14のインペラ又はプロペラを空回りさせて、推進力は発生しないようにすると共に、抵抗を少なくする。さらに、航走体1の航走を停止する場合には、加圧又は加速機構14のインペラ又はプロペラを回転しないように固定状態にして抵抗を発生させる。また、後進用の推進力を発生させる場合では、加圧又は加速機構14のインペラ又はプロペラを逆転させて、水没している噴射口12bから水Wを吸い込んで、流入開口部11から噴射すること後進用の推力を得ることができる。なお、噴射部12がリバース機構を備えている場合には、このリバース機構により、後進力を発生させて後進させる。
Further, when the propulsive force is not required, the impeller or propeller of the pressurizing or accelerating
〔航走体の操船:旋回〕次に、航走体の旋回方法について説明する。航走体1に旋回モーメントを発生させる方法としては、噴射部12で発生する推進力の大きさを左舷側と右舷側とで異ならせることにより、航走体1を旋回させる旋回モーメントを発生させる第1の旋回方法と、噴射部12における主噴射方向を変化させて推進力の方向を変化させることにより、航走体1を旋回させる旋回モーメントを発生させる第2の旋回方法と、第1の旋回方法と第2の旋回方法とが混在する第3の旋回方法がある。
[Maneuvering of Vehicle: Turning] Next, a method of turning the vehicle will be described. As a method for generating a turning moment in the cruising
第1の旋回方法では、図45に示すように、左舷側の噴射部12p(右舷側の噴射部12s)で発生する推進力Tp(Ts)の大きさを右舷側の噴射部12s(左舷側の噴射部12p)で発生する推進力Ts(Tp)よりも小さくする。これにより、旋回中心Pc周りの旋回モーメントMaを発生させる。この旋回モーメントMaにより、船体没水部2が角度θだけ、進路から逸れる。
In the first turning method, as shown in FIG. 45, the magnitude of the propulsive force Tp (Ts) generated at the port-
第2の旋回方法では、図46に示すように、両舷に配置されている噴射部12p、12sの主噴射方向を角度βだけ右舷側に変更し、推進力Tp、Tsの方向を変化させる。これにより、「Tp×sin(β)+Ts×sin(β)」の横力(幅方向Yの力)を発生させる。これにより、旋回中心Pc周りの旋回モーメントMaを発生させる。この旋回モーメントMaにより、船体没水部2が角度θだけ、進路から逸れる。この第2の旋回方法は、特に噴射部12cp、12csが船底2bbに配置されている場合に、主噴射方向を旋回させても、水Wの噴射流れと船体没水部2との干渉が少なく、横力の見積もりが容易であるので、より適している。
In the second turning method, as shown in FIG. 46, the main injection directions of the
第3の旋回方法では、図47に示すように、噴射部12p、12sを舷側2baに配置した場合に用いられる。この第3の旋回方法では、水Wの噴射流れと船体没水部2との干渉を少なくするために、左舷側の噴射部12p(または右舷側の噴射部12s)の主噴射方向はそのままにして、右舷側の噴射部12s(左舷側の噴射部12p)の主噴射方向だけを角度βだけ右舷側(左舷側)に変更し、推進力Ts(Tp)の方向を変化させる。これにより、「Ts×sin(β)」(「Tp×sin(β)」)の横力(幅方向Yの力)を発生させ、旋回中心Pc周りの旋回モーメントMaを発生させる。
The third turning method is used when the
このときに、主噴射方向が前後方向Xを向いたままの左舷側の噴射部12p(右舷側の噴射部12s)で発生する推進力Tp(Ts)の大きさと、主噴射方向が変更された右舷側の噴射部12s(左舷側の噴射部12p)で発生する推進力Ts(Tp)の大きさが、同じままであると、前後方向Xの推進力の差が生じ、逆方向のモーメントが発生するので、第1の旋回方法と同様に、左舷側の噴射部12p(右舷側の噴射部12s)で発生する推進力Tp(Ts)の大きさを右舷側の噴射部12s(左舷側の噴射部12p)で発生する推進力Ts(Tp)よりも小さくする。これらにより、この両方の旋回モーメントの和となる旋回モーメントMaが生じ、船体没水部2が角度θだけ、進路から逸れる。
At this time, the magnitude of the propulsive force Tp (Ts) generated at the port
なお、この旋回性能に関しては、噴射部12の幅方向Yに関しての配置は、船体中心線Lc、より厳密には、旋回中心Ppから離れている距離が大きい程、旋回モーメントMaが大きくなる。これを考慮しながら、噴射部12を配置できる場所と、噴射部12で発生可能な推進力の大きさと、航走体1に要求される旋回モーメントMaの大きさ等を勘案して、噴射部12のそれぞれの配置場所を決めることになる。
As for the turning performance, the turning moment Ma increases as the distance from the hull centerline Lc, or more precisely, the turning center Pp, increases with respect to the width direction Y of the
そして、いずれの場合も、船体没水部2が角度θだけ進路から逸れると、船体没水部2に流体力が作用し、作用力Fが圧力中心Ppに発生し、この作用力Fにより船体没水部2自体で旋回モーメントMbが発生するので、この旋回モーメントMbが旋回モーメントMaに加わった旋回モーメントMtで航走体1が旋回することになる。
In either case, when the submerged
そして、上記の旋回方法で発生する旋回モーメントMaなどは、実験や実機計測等で、航走体1の迎角θ、揚力F、噴射部12における各推進力の大きさ等の関係を推定できる。そして、実船での旋回時では、針路の旋回角度θ、旋回角速度、旋回角加速度等を検出しながら、各推進力を制御することで、航走体1を旋回できる。なお、従来技術の船尾配置の推進用機器や舵、又は、船首部や船尾部に配置したサイドスラスター等を備えている場合には、これらの従来技術の旋回用システムと本発明の推進力発生システム10とにおいて、片方のみを使用してもよく、両方を併用してもよい。
For the turning moment Ma generated by the above-described turning method, it is possible to estimate the relationship between the angle of attack θ of the
〔針路保持方法〕この旋回方法に対して、航走体の前進時における針路保持方法に関しては、航走体1の針路(船首の方向)の変化、即ち、ヨーイングの角度θ、角速度、角加速度などを検出して、航走体1に流入してくる水流に対して迎角θが生じた場合に、この迎角θを小さくする方向の旋回モーメントを発生させる必要がある。これは、上記の第1~第3の旋回方法を用いて、航走体1の旋回を弱める方向の旋回モーメントを発生させることで容易に達成できる。
[Course Keeping Method] In contrast to this turning method, regarding the course keeping method when the craft moves forward, changes in the course (bow direction) of the
〔航走体の抵抗低減方法〕次に、本発明に係る実施の形態の航走体の抵抗低減方法について説明する。この航走体の抵抗低減方法は、上記の航走体の推進力発生システム10を用いる航走体の抵抗低減方法である。
[Method for Reducing Resistance of Vehicle] Next, a method for reducing resistance of a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described. This method of reducing the resistance of a vehicle is a method of reducing the resistance of a vehicle using the propulsion
または、この航走体の抵抗低減方法は、航走時に水面下の船体没水部2を有する航走体の抵抗低減方法であって、船首部2aに流入開口部11を設けて、少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときに、流入開口部11から流入してくる水Wを、流入開口部11に連結する導水路13に設けた加圧又は加速機構14により加圧して、この加圧又は加速された水Wを、導水路13に連結し、かつ、航走体の前後方向Xに関して船体前半部2bとなる領域にあり、かつ、船体表面から離間して配置されている噴射部12の噴射口12bから、航走体の前後方向Xに対して、実質的に後方(例えば、時計回りで、150度から210度の角度範囲Rα1内の方向)に向けて、船体表面に沿って流れないように噴射することにより、航走時に必要な推進力の一部又は全部を得ることを特徴とする方法である。
Alternatively, this method for reducing the resistance of a cruising vessel is a method for reducing the resistance of a cruising vessel having a submerged
これらの航走体の抵抗低減方法により、船首部2aの先端2aaのよどみ点が発生し易い部位、又はこの部位の近傍の静圧と動圧が高い部位に流入開口部11を設けて、水Wを流入させることにより、この圧力抵抗を減少させると共に、流入してくる水Wを加圧して、噴射部12から実質的に後方に噴射して、流入してくる水Wが抵抗となるのを抑制しつつ、噴射した水Wによる船体表面の摩擦抵抗の増加を抑制しながら、航走体1の推進力を得るので、流入開口部11の部位に作用していた抵抗力を効率よく推進力に変換でき、航走体1の抵抗を低減できる。
By these methods of reducing the resistance of the cruising vehicle, the
〔計算例〕ここで、よどみ点に作用する動圧Pdと、流入開口部11からの水Wの流入量について、肥大タンカー船と高速コンテナ船で考える。ここでは肥大タンカー船として、マラッカマックスと呼ばれる載荷重量トンが30万トンで、船長333m、幅60m、満載吃水20.5m、航行速度15.5ノット(約8.0[m/s])、主機関出力27,020kWのVLCCタンカーを例にして考える。また、高速コンテナ船としては、23,000TEU型と呼ばれる載荷重量トン22.5万トンで、船長400m、幅61.5m、満載吃水16.4m、航行速度23.5ノット(約12.1[m/s])、主機関出力60,000kWの超大型コンテナ船を例にして考える。なお、流入開口部11における静圧(水頭圧)に関しては、ポンプ14の揚程との関係が有り、静圧が高いとポンプ14の必要揚程が大きくなる、そのため、抵抗低減効果が有ってもポンプ14で必要とするエネルギーの増加がある。しかし、ここでは、静圧に関しては検討しない。
[Calculation example] Here, the dynamic pressure Pd acting on the stagnation point and the inflow amount of water W from the
〔計算例:肥大タンカー船〕肥大タンカー船の航行時の船速は、15.5ノット(約8.0[m/s])程度とされる。従って、動圧Pdは「Pd=0.5×ρ×Vs×Vs」であるので、「Pd=0.5×104.5〔kg・s2/m4〕×8.0[m/s]×8.0[m/s]=3344.〔kg/m2〕≒32800.〔Pa=N/m2〕≒33kPaとなり、水頭(静水)に換算すると約3.3m程度となる。つまり、単位面積当たり、約3.3tの荷重となる。 [Example of Calculation: Oversized Tanker Ship] The speed of the oversized tanker ship during navigation is about 15.5 knots (approximately 8.0 [m/s]). Therefore, since the dynamic pressure Pd is "Pd=0.5×ρ×Vs×Vs", "Pd=0.5×104.5 [kg·s 2 /m 4 ]×8.0 [m/s ]×8.0 [m/s]=3344.[kg/m 2 ]≈32800.[Pa=N/m 2 ]≈33 kPa, which is about 3.3 m when converted to water head (static water). , a load of about 3.3 t per unit area.
肥大タンカー船の船首部側での流入開口部の大きさを正面から見た投影面積(60〔m〕×20.5〔m〕)の20%とし、更に流入開口部の部位に作用する平均圧力は動圧の50%と仮定すると、流入開口部の面積は246〔m2〕となり、航走時の動圧による抵抗は4,031kN(約408〔t〕)の抵抗となる。一方、流入水量は、1,968〔m3/s〕≒118,000〔m3/min〕となる。 The size of the inflow opening on the bow side of the enlarged tanker ship is assumed to be 20% of the projected area (60 [m] x 20.5 [m]) viewed from the front, and the average acting on the part of the inflow opening Assuming that the pressure is 50% of the dynamic pressure, the area of the inflow opening is 246 [m 2 ], and the resistance due to the dynamic pressure during cruising is 4,031 kN (about 408 [t]). On the other hand, the inflow water volume is 1,968 [m 3 /s]≈118,000 [m 3 /min].
〔計算例:高速コンテナ船〕一方、高速コンテナ船の航行時の船速は、23.5ノット(約12.1[m/s])程度とされる。従って、動圧Pdは「Pd=0.5×ρ×Vs×Vs」であるので、「Pd=0.5×104.5〔kg・s2/m4〕×12.1[m/s]×12.1[m/s]=7650.〔kg/m2〕≒7500.〔Pa=N/m2〕≒75kPaとなり、水頭に換算すると約7.7m程度となる。つまり、単位面積当たり、約7.7tの荷重となる。 [Calculation example: high-speed container ship] On the other hand, the speed of a high-speed container ship during navigation is about 23.5 knots (approximately 12.1 [m/s]). Therefore, since the dynamic pressure Pd is "Pd=0.5×ρ×Vs×Vs", "Pd=0.5×104.5 [kg·s 2 /m 4 ]×12.1 [m/s ]×12.1 [m/s]=7650.[kg/m 2 ]≈7500.[Pa=N/m 2 ]≈75 kPa, which is about 7.7 m when converted to water head. It hits and becomes a load of about 7.7t.
高速コンテナ船の船首部側での流入開口部の大きさを船首部が比較的細いと思われるので正面から見た投影面積(61.5〔m〕×16.4〔m〕)の10%とし、更に平均圧力は動圧の50%とすると、流入開口部の面積は101〔m2〕となり、航走時の動圧による抵抗は3788.kN(約389〔t〕)の抵抗となる。一方、流入水量は、1222〔m3/s〕≒73,326〔m3/min〕となる。 The size of the inflow opening on the bow side of a high-speed container ship is 10% of the projected area (61.5 [m] x 16.4 [m]) seen from the front because the bow is considered to be relatively thin. Further, if the average pressure is 50% of the dynamic pressure, the area of the inflow opening is 101 [m 2 ], and the resistance due to the dynamic pressure during cruising is 3788. The resistance is kN (about 389 [t]). On the other hand, the inflow water volume is 1222 [m 3 /s]≈73,326 [m 3 /min].
上記の計算例から、船首部のよどみ点の圧力の動圧分は33〔kPa〕~75〔kPa〕で、約3〔t/m2〕~8〔t/m2〕の抵抗となる。一方、単位面積(m2)当りの流入量は、船速に比例した、8〔m3/s〕~12〔m3/s〕(480〔m3/min〕~720〔m3/min〕)となる。 From the above calculation example, the dynamic pressure component of the pressure at the stagnation point of the bow is 33 [kPa] to 75 [kPa], and the resistance is about 3 [t/m 2 ] to 8 [t/m 2 ]. On the other hand, the inflow per unit area (m 2 ) is proportional to the ship speed, 8 [m 3 /s] to 12 [m 3 /s] (480 [m 3 /min] to 720 [m 3 /min ]).
一方、今までに建造された船舶におけるウォータージェット推進船では、5,650kW/基、6,500kW/基、7,000kW/基、7,800kW/基の出力の機器がある。また、現状におけるサイドスラスターでは、2,550kWのものもあり、さらに、ポッド推進器では、クルーズ船などで使用される大型のものでは20,000kW/基を超えるものもある。本発明のこれらのウォータージェット推進船の推進装置やポッド推進器は、いずれも船尾配置であり、高速船や大型船に使用されているが、本発明の航走体の推進力発生システムの実用化に際しての、流入開口部の大きさや噴射部の規模と、船尾配置の従来技術の推進装置との推進力の負担割を考える上での目安にはなるものと考える。 On the other hand, among water jet propulsion ships constructed so far, there are devices with outputs of 5,650 kW/unit, 6,500 kW/unit, 7,000 kW/unit, and 7,800 kW/unit. Some of the current side thrusters are 2,550 kW, and some of the large pod propulsors used in cruise ships exceed 20,000 kW/unit. The propulsion device and pod propulsion device for these water jet propulsion ships of the present invention are all arranged at the stern and are used in high-speed ships and large ships. It can be used as a guideline when considering the size of the inflow opening, the scale of the injection part, and the propulsive force sharing with the conventional propulsion device installed at the stern.
従って、実用化のためは、大容量の加圧又は加速機構(ポンプ)14が必要となるが、この問題は、入手可能な容量の加圧又は加速機構を複数基用いることで解決できる。また、この航走体の推進力発生システム10の有効性に関しては、このシステムで得られる抵抗低減効果と推進力の大きさに加えて、船首部の形状を新たな船型形状にして得られる造波抵抗の減少を考慮に入れる必要があると考える。
Therefore, for practical use, a large capacity pressurizing or accelerating mechanism (pump) 14 is required, but this problem can be solved by using a plurality of available capacity pressurizing or accelerating mechanisms. Regarding the effectiveness of the propulsion
〔本発明の効果〕上記のように、本発明の航走体の推進力発生システム10、航走体1及び航走体の抵抗低減方法によれば、航走体1の船首部2aに設けた流入開口部11から流入する水Wを加圧して、航走体1の船体前半部2bに設けた噴射部12から実質的に後方に向けて噴射して、航走体1の推進力の一部又は全部を得ることで、航走体1の船首部2aにおける圧力抵抗を減少することができる。
[Effects of the Present Invention] As described above, according to the propulsive
1 航走体
1A 水上航走体(排水量型船舶)
1B 水中航走体(潜水艦)
2 船体没水部
2a 船首部(第2範囲Rf2)
2aa 船首部の先端
2ac 船首中央部
2b 船体前半部(第5範囲Rf5)
2d 凹部
2e 段差部
10 推進力発生システム
11 流入開口部
11a 保護用格子
11b 船底側流入開口部
11p 左舷側流入開口部
11s 右舷側流入開口部
12 噴射部
12a 噴射ノズル
12b 噴射口
12c 船底噴射部
12cp 左舷側船底噴射部
12cs 右舷側船底噴射部
12p 左舷側の噴射部
12s 右舷側の噴射部
13 導水路
13a 内部導水路
13b 外部導水路
13c 分岐部
14 加圧又は加速機構(ポンプ又はプロペラ)
15 中央分離壁
16 支持部材
17A 開閉扉(流路断面の変更機構)
17B 弁機構(流路断面の変更機構)
21a 第1配管
21b 第2配管
21c 第3配管
22a 第1噴射部
22b 第2噴射部
22c 第3噴射部
23a 第1弁機構
23b 第2弁機構
24b 扉
F1、F2、F3 反力
Fx1、Fx2、Fx3 反力の航走体の前後方向成分
Lb 基準長(船体没水部の全長)
Lc 船体中央線
Pc 航走体の旋回中心
Pm 船体没水部の中央位置
Pp 船体没水部の圧力中心
Sa 船体没水部の先端から基準長Lbの2.5%後方の位置
Sb 船体没水部の先端から基準長Lbの5.0%後方の位置
Sc 船体没水部の先端から基準長Lbの7.5%後方の位置
S1 船体没水部の先端から基準長Lbの10%後方の位置
S2 船体没水部の先端から基準長Lbの20%後方の位置
S3 船体没水部の先端から基準長Lbの30%後方の位置
S4 船体没水部の先端から基準長Lbの40%後方の位置
S5 船体没水部の先端から基準長Lbの50%後方の位置
T 推進力
Tp 左舷側の推進力
Ts 右舷側の推進力
W 水(流入水、噴射水)
WL 水面(航走時喫水線)
WL1 満載喫水線(計画満載喫水線)
WL2 軽荷吃水線(計画軽荷喫水線)
X 前後方向(航走体の前後方向)
Y 幅方向(航走体の幅方向)
Z 上下方向(航走体の上下方向)
1
1B Underwater vehicle (submarine)
2 Hull submerged
2aa Tip of bow 2ac Center of
2d
15
17B valve mechanism (mechanism for changing flow path cross section)
21a
Lc Center line of hull Pc Rotation center of hull Pm Center position of submerged hull Pp Pressure center of submerged hull Sa Position 2.5% rearward of reference length Lb from tip of submerged hull Sb Submerged hull Position Sc 5.0% rearward of the reference length Lb from the tip of the submerged portion Position S1 7.5% rearward of the reference length Lb from the tip of the submerged portion of the
WL Water surface (Draft line when underway)
WL1 Load Line (Planned Load Line)
WL2 light cargo draft line (planned light cargo draft line)
X longitudinal direction (longitudinal direction of the vehicle)
Y width direction (width direction of the craft)
Z vertical direction (vertical direction of the vehicle)
Claims (8)
少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには、
前記噴射部(12)の噴射口(12b)は、航走体の前後方向(X)に関して船体前半部(2b)となる領域(Rf5)に船体表面から離間して配置され、
更に、前記噴射部(12)の主噴射方向は、前進方向に航走しているときに、航走体の前後方向(X)に対して、船首方向を0度として、時計回りで、150度から210度の角度範囲(Rα1)内で、かつ、前記船体没水部(2)から逸れた方向になるように構成されており、
少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときには、
前記流入開口部(11)から流入する水(W)が前記導水路(13)内で前記水加圧又は加速機構(14)を用いて加圧又は加速されて、この加圧又は加速された水(W)が前記噴射部(12)から実質的に後方に向けて船体表面に沿って流れないように噴射されることにより、航走時に必要な推進力の一部又は全部を得られることを特徴とする航走体の推進力発生システム。 A hull submerged portion (2) that is under water during cruising, an inflow opening (11) provided in a bow (2a) of the hull submerged portion (2), and an inflow opening (11). an injection part (12) arranged at the rear, a water conduit (13) connecting the inflow opening (11) and the injection part (12), and a pressure or acceleration mechanism provided in the water conduit (13). In a vehicle propulsion generation system (10) comprising (14),
At least, when cruising straight ahead at the planned cruising speed,
The injection port (12b) of the injection part (12) is arranged in a region (Rf5) that becomes the front half (2b) of the hull in the longitudinal direction (X) of the cruising vehicle, and is spaced apart from the surface of the hull,
Further, the main injection direction of the injection part (12) is 150 degrees clockwise with respect to the longitudinal direction (X) of the craft, with the bow direction being 0 degrees, when the ship is sailing in the forward direction. is within an angle range (Rα1) of 210 degrees from 100 degrees and is configured to be in a direction away from the hull submerged portion (2),
At least, when cruising straight ahead at the planned cruising speed,
The water (W) flowing in from the inflow opening (11) is pressurized or accelerated in the water conduit (13) using the water pressurization or acceleration mechanism (14), and the pressurization or acceleration is Water (W) is jetted substantially rearward from the jet part (12) so as not to flow along the surface of the hull, so that a part or all of the propulsive force necessary for cruising can be obtained. A propulsion generation system for a vehicle characterized by:
航走時における前記船首部(2a)の水没状態に応じて、前記流入開口部(11、11cp、11cs,11p、11s)のそれぞれに対応する前記水圧上昇機器(4)を個別に稼動及び制御を行う制御装置が備えられて構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の航走体の推進力発生システム。 A plurality of the inflow openings (11, 11cp, 11cs, 11p, 11s) are provided separately in the vertical direction (Z) of the vehicle, and each inflow opening (11, 11cp, 11cs, 11p, 11s) The water conduit (13), the water pressure increasing device (4) and the injection part (12, 12cp, 12cs, 12p, 12s) are provided,
According to the submerged state of the bow (2a) during cruising, the water pressure increasing devices (4) corresponding to the inflow openings (11, 11cp, 11cs, 11p, 11s) are individually operated and controlled. 3. The propulsion force generating system for a vehicle according to claim 1, further comprising a controller for performing
船首部(2a)に流入開口部(11)を設けて、
少なくとも、計画航走速度で直進方向に航走しているときに、前記流入開口部(11)から流入してくる水(W)を、前記流入開口部(11)に連結する導水路(13)に設けた加圧又は加速機構(14)により加圧又は加速して、この加圧又は加速された水(W)を、前記導水路(13)に連結し、かつ、航走体の前後方向(X)に関して船体前半部(2b)となる領域にあり、かつ、船体表面から離間して配置されている噴射部(12)の噴射口(12b)から、航走体の前後方向(X)に対して、時計回りで、150度から210度の角度範囲(Rα1)内の方向に向けて、船体表面に沿って流れないように噴射することにより、航走時に必要な推進力の一部又は全部を得ることを特徴とする航走体の抵抗低減方法。 A method for reducing resistance of a cruising body (1) having a submerged portion (2) of the hull under water during cruising, comprising:
Provided with an inflow opening (11) in the bow (2a),
At least, a water conduit (13) that connects the water (W) flowing in from the inflow opening (11) to the inflow opening (11) when sailing straight ahead at the planned sailing speed. ) is pressurized or accelerated by a pressurizing or accelerating mechanism (14) provided in the vehicle, and the pressurized or accelerated water (W) is connected to the water conduit (13), and From the injection port (12b) of the injection unit (12) located in the region that becomes the front half of the hull (2b) with respect to the direction (X) and spaced apart from the surface of the hull, the forward and backward direction (X ) in a clockwise direction within an angle range (Rα1) of 150 degrees to 210 degrees so as not to flow along the surface of the hull. A method for reducing the resistance of a vehicle, characterized by obtaining a part or the whole.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021178393A JP2023067297A (en) | 2021-10-30 | 2021-10-30 | Thrust generation system of sailing body, sailing body, and drag reduction method of sailing body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021178393A JP2023067297A (en) | 2021-10-30 | 2021-10-30 | Thrust generation system of sailing body, sailing body, and drag reduction method of sailing body |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023067297A true JP2023067297A (en) | 2023-05-16 |
Family
ID=86325708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021178393A Pending JP2023067297A (en) | 2021-10-30 | 2021-10-30 | Thrust generation system of sailing body, sailing body, and drag reduction method of sailing body |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023067297A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116853410A (en) * | 2023-08-09 | 2023-10-10 | 中国船舶科学研究中心 | Synergistic drag reduction method for reducing resistance of underwater vehicle |
-
2021
- 2021-10-30 JP JP2021178393A patent/JP2023067297A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116853410A (en) * | 2023-08-09 | 2023-10-10 | 中国船舶科学研究中心 | Synergistic drag reduction method for reducing resistance of underwater vehicle |
CN116853410B (en) * | 2023-08-09 | 2024-05-14 | 中国船舶科学研究中心 | Synergistic drag reduction method for reducing resistance of underwater vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100255075B1 (en) | Fast sea lift ship and transforting method | |
US6554660B2 (en) | Propulsion system for yachts, trawlers and the like | |
US20080029014A1 (en) | Monohull fast ship or semi-planing monohull with a drag reduction method | |
CN113291444A (en) | Novel reverse sailing structure device of water sailing body | |
US5231946A (en) | Monohull fast sealift or semi-planing monohull ship | |
KR20190079552A (en) | Minimal bow wave system | |
US6647909B1 (en) | Waveless hull | |
JP2007210537A (en) | Water jet propulsion ship | |
US4979917A (en) | Marine propulsion device with gaseous boundry layer for a thrust jet flow stream exhibiting stealth and ice lubrication properties | |
JP2023067297A (en) | Thrust generation system of sailing body, sailing body, and drag reduction method of sailing body | |
CN85104618B (en) | Hydraulic ship propelling device with suction inlet | |
US5545063A (en) | Chambered anti-Coanda jet marine propulsion device with gaseous boundary layer for a thrust jet flow stream exhibiting staged controlled boundary layer separation properties, vessel trim adjustment, and movable thrust vector application points(s) | |
Van Terwisga et al. | Steerable propulsion units: hydrodynamic issues and design consequences | |
EP2906462B1 (en) | Boat | |
RU2527244C1 (en) | Aft end of two-shaft vessel | |
JP2023067295A (en) | Sailing body and viscous drag reduction method of sailing body | |
JP6198232B1 (en) | Hull shape and propulsion device | |
JP2011162064A (en) | Ship | |
KR20180096833A (en) | The Ship has Air-Jet Propulsion System And The Composition Method | |
JP2023067298A (en) | Wave making resistance reduction system for ship, ship and wave making resistance reduction method for ship | |
JP2007313938A (en) | Vessel | |
US20020127925A1 (en) | Augmented thrust waterjet propulsor | |
US7144282B1 (en) | Contoured rudder maneuvering of waterjet propelled sea craft | |
JPH06503290A (en) | monohull high speed boat | |
JP2023082737A (en) | Tow wave reduction system for vessel, vessel, tow wave reduction method for vessel, and wave making resistance reduction method for vessel |