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JPH10175587A - 船舶の摩擦抵抗低減装置 - Google Patents

船舶の摩擦抵抗低減装置

Info

Publication number
JPH10175587A
JPH10175587A JP8353926A JP35392696A JPH10175587A JP H10175587 A JPH10175587 A JP H10175587A JP 8353926 A JP8353926 A JP 8353926A JP 35392696 A JP35392696 A JP 35392696A JP H10175587 A JPH10175587 A JP H10175587A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
ship
opening
boundary layer
frictional resistance
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
Application number
JP8353926A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiaki Takahashi
義明 高橋
Ryuta Ono
龍太 小野
Yuki Yoshida
有希 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP8353926A priority Critical patent/JPH10175587A/ja
Publication of JPH10175587A publication Critical patent/JPH10175587A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Landscapes

  • Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より多くの微小気泡を境界層内に送り込み、
船体の摩擦抵抗を低減させる。 【解決手段】 船体1の船首部2の流線4の領域に、船
首尾方向に延びる開口部5を設ける。開口部5に、小径
の空気吹き出し口6を所要ピッチで多数穿設した多孔板
7を取り付け、多孔板7の内側にシーチェスト8を一体
に取り付けて空気吹き出し器9を構成する。空気吹き出
し器9の空気吹き出し口6は、流線4に沿う方向へ斜め
に穿設し、その角度を、境界層16の厚さに応じて設定
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は航行時に船体表面に
作用する摩擦抵抗を低減させるために船体表面を微小気
泡で覆うようにさせる船舶の摩擦抵抗低減装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】船舶の航行時には、流体としての海水の
粘性のために船体の周りに海水による境界層が形成され
るが、この境界層の中では、海水の流速は船体表面が零
で船体表面から離れるに従い急激に大きく変化する傾向
にあり、船体の表面に海水の摩擦抵抗が作用し船体抵抗
の大きな要素の一つとなっている。
【0003】そのため、近年、上記船体の表面に作用す
る摩擦抵抗を減少させて推進性能を向上させるための研
究が進められており、その対策の一つとして、船体表面
から微小気泡(マイクロバブル)を噴出させ、船体の浸
水部(没水部)表面の境界層内に微小気泡を送り込んで
船体の浸水部表面を微小気泡で覆うことにより船体表面
に作用する摩擦抵抗を低減することを狙ったマイクロバ
ブル推進法の研究が進められている。
【0004】マイクロバブル推進法を具現化するための
一つの方法として、空気ポンプ等の空気供給装置で発生
させた加圧空気を船底から水中へ吹き出させて、船底に
微小気泡による所要のボイドを形成させるようにするこ
とが考えられる。
【0005】しかしながら、加圧空気を船底から水中に
吹き出させて微小気泡を発生させる技術では、船底部の
静圧が大きいことから、加圧空気吹き出し時のエネルギ
ー消費が大きく、摩擦抵抗低減によるエネルギー節約よ
りも、微小気泡発生のためのエネルギー消費の方が大き
くなってしまうので、実用化を図る上で難点がある。
【0006】そこで、本発明者等は、加圧空気の吹き出
し位置を、静圧の小さいところに定め且つ発生させた微
小気泡を船底や船側に沿わせて流すことができれば、マ
イクロバブル推進法を実用化できることを見出し、上記
空気吹き出し口の位置を静圧の小さい所要個所に設定す
べく、船体形状が与えられると、船体周りにおいて流線
に沿って流れる微小気泡の乱流拡散を考慮した運動と任
意位置でのボイド率分布を求める計算式を確立した。こ
の計算式では、乱流拡散の影響は、等方性乱流の仮定の
基で乱数を用いて、X軸、Y軸、Z軸(上向き)方向の
流速を変動させ、微小気泡の軌跡に乱れを与えることに
より考慮した。すなわち、微小気泡のランダムな運動を
モンテカルロ法により直接的にシミュレートした。微小
気泡の運動が計算されると、ボイド率は、ある時刻にお
ける検査領域内(セル内)に存在する微小気泡の体積を
検査領域(セル)の体積で除することにより求めること
ができるので、このようにして求めたボイド率の分布を
基に、摩擦抵抗低減に効果のある高いボイド率が生じる
ような船首部での流線を求めることによって、上記加圧
空気の吹き出し位置を決定することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、加圧空気の
吹き出し位置を決定して船首部に空気吹き出し口を設け
た場合でも、発生させた微小気泡はすべてが境界層内に
送り込まれるものではないので、境界層外へ飛び出た微
小気泡は主流速を乱すことにより造波抵抗の一因になる
ことが考えられる。
【0008】そこで、本発明は、より多くの微小気泡を
境界層内に送り込むことができるようにして造波抵抗を
極減することができるような船舶の摩擦抵抗低減装置を
提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、船首部の船側外板の所要位置に開口部を
設け、該開口部に、小径の空気吹き出し口を所要の配列
ピッチで多数穿設してなる多孔板を取り付け、該多孔板
の内側に空気吹き出し口を取り囲むようにシーチェスト
を一体に取り付けて空気吹き出し器を構成し、且つ上記
空気吹き出し口を、流線に沿う方向へ向けて斜めに穿設
した構成とする。
【0010】空気吹き出し口が流線に沿う方向へ向けて
斜めになっていることから、多くの微小気泡を境界層内
に送り込むことができるようになる。
【0011】又、空気吹き出し口の角度を、船体表面に
形成される境界層の厚さに応じ境界層が薄い位置から厚
い位置へ次第に大きくなるように設定した構成とするこ
とによって、境界層内へより多くの微小気泡を送り込む
ことができる。
【0012】更に、船側外板に開口部を設け且つ該開口
部に多孔板を取り付けて空気吹き出し器を構成すること
に代えて、上記開口部に相当する位置の船側外板に空気
吹き出し口を直接穿設して空気吹き出し器を構成するよ
うにすると、船体の構造強度的に有利となる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0014】図1(イ)(ロ)(ハ)は本発明の実施の
一形態を示すもので、船体1の船首部2の浸水部で船底
3や船尾の各方向へ流線4が向かうようになっている領
域で且つ静圧の小さい位置(吃水線DLよりもやや下側
位置)の船体外板1aに、船首尾方向に長い開口部5を
設けて、該開口部5に、多数の空気吹き出し口(細孔)
6を所要のピッチで穿設した多孔板7を取り付け、且つ
該多孔板7の内側に、空気吹き出し口6を取り囲むよう
にシーチェスト8を設けて空気吹き出し器9を構成す
る。
【0015】一方、船体1の船首部2の甲板上に、電動
機10によって駆動されるブロワ11を加圧空気供給装
置として設置して図示しない空気取入口に接続し、該ブ
ロワ11に一端を接続した流量調整弁12付きの空気送
給管13の他端側を、分配ヘッダー14を介し複数に分
岐して、該各分岐空気送給管13aの先端を上記空気吹
き出し器9の長手方向所要間隔位置に接続し、ブロワ1
1を電動機10で駆動することにより、加圧空気15を
空気送給管13、分配ヘッダー14、空気送給管13a
を通し空気吹き出し器9内に導けるようにする。
【0016】又、上記吹き出し器9の空気吹き出し口6
は、流線4に沿う方向へ向けて多孔板7の表面に対し斜
めに穿設し、且つ該空気吹き出し口6の穿設角度は、船
体表面に形成される境界層16の厚さb(船首から船尾
へ向けて次第に厚くなっている)に応じて境界層16が
薄い位置から厚い位置へ次第に大きくなるように設置し
(α1 <α2 <α3 <…<αn )、空気吹き出し口6を
通して加圧空気15を水中へ吹き出させることにより発
生させた微小気泡15aのほとんどを境界層16内へ送
り込めるようにする。なお、上記空気吹き出し口6の穿
設角度は20°〜90°の範囲としてある。
【0017】巡航速度での航行時に、ブロワ11を電動
機10で駆動して、加圧空気15を空気吹き出し器9内
に導き、空気吹き出し口6を通して水中へ吹き出させる
ようにすると、上記空気吹き出し口6が流線4に沿う方
向へ向けて斜め穿設されていることから、発生した微小
気泡15aは境界層16内に送り込まれて流線4に乗っ
て流れることになり、前端から発生させられた微小気泡
15aは船底3へ入るような流線4に沿って流れ、後端
側に近いほど微小気泡15aは船側に沿って流れるよう
になる。更にこの際、上記空気吹き出し口6の穿設角度
は、船体表面に形成される境界層16の厚さに応じて境
界層16が薄い位置から厚い位置へ次第に大きくなるよ
うに設定してあることから、発生した微小気泡15aは
境界層16外へ飛び出しにくく、ほとんどが効果的に境
界層16内に送り込まれるようになる。したがって、主
流速を乱すことがなく、造波抵抗を増大させることなく
船体表面を微小気泡15aで覆うことができて、船体1
の摩擦抵抗を低減することができる。
【0018】上記において、微小気泡15aは、加圧空
気15が空気吹き出し器9の多孔板7に有する空気吹き
出し口6を通過する際のオリフィス作用によって発生す
るもので、空気吹き出し口6と該空気吹き出し口6に接
する水との相対移動により容易且つ確実に気泡化され
る。なお、上記空気吹き出し口6の直径は、船体1の設
計時において、巡航速度での航行時に最適直径の微小気
泡15aが発生させられるように選定するものである
が、船体1の航行速度の変更に伴って微小気泡15aの
直径を変える必要が生じた際には、流量調整弁12の開
度調整により加圧空気の供給流量を調整することによっ
て対応することができる。
【0019】次に、図2は本発明の他の実施の形態を示
すもので、船側外板1aに開口部5を設けて該開口部5
に多孔板7を取り付け、且つ該多孔板7にシーチェスト
8を一体化させることにより空気吹き出し器9を構成す
ることに代えて、開口部5を形成する位置の船側外板1
aに、空気吹き出し口6を直接穿設してシーチェスト8
を一体化させることにより空気吹き出し器9を構成する
ようにしたものである。
【0020】図2に示すように構成すると、船側外板1
aに大きな開口部5を設ける必要がないので、船体1の
構造強度的に有利となる。
【0021】なお、図1及び図2の実施の形態におい
て、一連の長い空気吹き出し器9の内部に仕切りを設け
て長手方向に分割構造としてもよいこと、その他本発明
の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得る
ことは勿論である。
【0022】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の船舶の摩擦抵
抗低減装置によれば、次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 船首部の船側外板の所要位置に開口部を設け、該開
口部に、小径の空気吹き出し口を所要の配列ピッチで多
数穿設してなる多孔板を取り付け、該多孔板の内側に空
気吹き出し口を取り囲むようにシーチェストを一体に取
り付けて空気吹き出し器を構成し、且つ上記空気吹き出
し口を、流線に沿う方向へ向けて斜めに穿設した構成と
してあるので、多くの微小気泡を境界層内に送り込むこ
とができ、これにより、主流速を乱すことがなく、造波
抵抗を増大させることなく船体表面を微小気泡で覆うこ
とができて、船体の摩擦抵抗を低減することができ、船
舶の推進性能を飛躍的に向上させることができる。 (2) 空気吹き出し口の角度を、船体表面に形成される境
界層の厚さに応じ境界層が薄い位置から厚い位置へ次第
に大きくなるように設定した構成とすることによって、
境界層内へより多くの微小気泡を送り込むことができ、
造波抵抗を極減することが可能となる。 (3) 船側外板に開口部を設け且つ該開口部に多孔板を取
り付けて空気吹き出し器を構成することに代えて、上記
開口部に相当する位置の船側外板に空気吹き出し口を直
接穿設して空気吹き出し器を構成するようにすることに
よって、船体の構造強度的に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の船舶の摩擦抵抗低減装置の実施の一形
態を示すもので、(イ)は船首部の側面図、(ロ)は
(イ)のA−A線拡大矢視図、(ハ)は境界層の厚さ分
布を示す一例図である。
【図2】本発明の他の実施の形態を示す空気吹き出し器
の拡大切断平面図である。
【符号の説明】
1 船体 1a 船側外板 2 船首部 4 流線 5 開口部 6 空気吹き出し口 7 多孔板 8 シーチェスト 16 境界層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 船首部の船側外板の所要位置に開口部を
    設け、該開口部に、小径の空気吹き出し口を所要の配列
    ピッチで多数穿設してなる多孔板を取り付け、該多孔板
    の内側に空気吹き出し口を取り囲むようにシーチェスト
    を一体に取り付けて空気吹き出し器を構成し、且つ上記
    空気吹き出し口を、流線に沿う方向へ向けて斜めに穿設
    した構成を有することを特徴とする船舶の摩擦抵抗低減
    装置。
  2. 【請求項2】 空気吹き出し口の角度を、船体表面に形
    成される境界層の厚さに応じ境界層が薄い位置から厚い
    位置へ次第に大きくなるように設定した請求項1記載の
    船舶の摩擦抵抗低減装置。
  3. 【請求項3】 船側外板に開口部を設け且つ該開口部に
    多孔板を取り付けて空気吹き出し器を構成することに代
    えて、上記開口部に相当する位置の船側外板に空気吹き
    出し口を直接穿設して空気吹き出し器を構成するように
    した請求項1又は2記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
JP8353926A 1996-12-19 1996-12-19 船舶の摩擦抵抗低減装置 Pending JPH10175587A (ja)

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