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WO2021246305A1 - コンテナ船の船首構造、コンテナ船及びコンテナ船の船首構造の設計方法 - Google Patents

コンテナ船の船首構造、コンテナ船及びコンテナ船の船首構造の設計方法 Download PDF

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WO2021246305A1
WO2021246305A1 PCT/JP2021/020366 JP2021020366W WO2021246305A1 WO 2021246305 A1 WO2021246305 A1 WO 2021246305A1 JP 2021020366 W JP2021020366 W JP 2021020366W WO 2021246305 A1 WO2021246305 A1 WO 2021246305A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
container
height
container ship
windshield
bow structure
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/020366
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智文 井上
拓郎 吉川
Original Assignee
ジャパンマリンユナイテッド株式会社
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=76464551&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2021246305(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by ジャパンマリンユナイテッド株式会社 filed Critical ジャパンマリンユナイテッド株式会社
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Priority to CN202180041291.7A priority patent/CN115697830A/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/322—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls using aerodynamic elements, e.g. aerofoils producing a lifting force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B15/00—Superstructures, deckhouses, wheelhouses or the like; Arrangements or adaptations of masts or spars, e.g. bowsprits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/002—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for goods other than bulk goods
    • B63B25/004—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for goods other than bulk goods for containers
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • B63B71/10—Designing vessels; Predicting their performance using computer simulation, e.g. finite element method [FEM] or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a bow structure of a container ship, a container ship, and a method of designing a bow structure of a container ship. Regarding the design method of the bow structure.
  • Patent Document 1 describes a windshield disposed on a bulwark of a container ship, which has a peripheral side wall that rises vertically from the top of the bulwark and has an upper edge extending diagonally upward from the front end to the rear end.
  • a container ship comprising: a top wall having a predetermined width extending along the upper edge of the peripheral wall surface and inside the upper edge of the peripheral wall surface over the entire length of the upper edge of the peripheral wall surface in a top view.
  • the bow windshield is disclosed.
  • the windshield structure when the windshield structure is formed so as to cover the entire front surface of the container loaded in the front row as in the invention described in Patent Document 1, the windshield structure tends to be large and heavy, and the container is loaded. It will induce a decrease in efficiency and fuel efficiency.
  • the present invention has been devised in view of the above problems, and is capable of reducing the size and weight of the windshield structure while reducing the wind pressure resistance.
  • the purpose is to provide a design method.
  • the bow structure of a container ship is provided with a windshield body arranged substantially vertically on the edge of the upper deck, and the height of the windshield body is set in the range of 5 to 18 m.
  • the bow structure of a container ship characterized by that is provided.
  • the height of the windshield may be set in the range of 10 to 15 m.
  • the bow structure of a container ship is provided with a windshield body arranged substantially vertically on the edge of the upper deck, and the height of the windshield body is the average container loading height of the container ship.
  • a bow structure of a container ship characterized in that the ratio to the height is set in the range of 0.18 to 0.65.
  • the height of the windshield may be set in the range of 0.35 to 0.55 as a ratio to the average container loading height of the container ship.
  • the windshield may be provided with an opening through which the cord of the mooring device can be inserted.
  • the windshield may have a substantially constant height from the port side to the starboard side.
  • a support portion capable of loading an additional container may be provided in a portion of the upper deck surrounded by the windshield.
  • the loading height of the additional container may be set so as not to exceed the loading height of the frontmost container arranged in the cargo area.
  • the loading height of the additional container may be set to 1.7 or less as a ratio to the height of the windshield.
  • a container ship characterized by having the above-mentioned bow structure is provided.
  • the container ship is provided with a windshield body arranged substantially perpendicular to the edge of the upper deck, and the wind direction is ⁇ with respect to the traveling direction. It was set in the range of 10 to ⁇ 60 °, the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state and the half-mounted state of the container ship was calculated, and the height of the windshield was set with reference to the reduction rate.
  • a method of designing the bow structure of a container ship is provided.
  • the average container loading height of the container ship may be calculated, and the height of the windshield may be set by the ratio to the average container loading height.
  • the wind pressure is set by setting the height of the windshield in consideration of the loading state and the wind direction of the container. It is possible to reduce the size and weight of the windshield structure while reducing the resistance.
  • FIG. 1 It is a side view which shows a part of the container ship which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the bow part of the container ship shown in FIG. 1, (A) is a side view, (B) is a plan view. It is a distribution map which shows the analysis result of the wind pressure resistance, (A) shows the case where the wind direction is 0 °, and (B) shows the case where the wind direction is 30 °. It is a figure which shows the analysis result about the height of a windshield, (A) is the relationship between the height of a windshield and the reduction rate of wind pressure resistance, and (B) is the relationship between Hw / Hc and the reduction rate of wind pressure resistance. Shows.
  • FIG. 5 is a view showing the bow of the container ship shown in FIG. 5, in which FIG. 5A is a side view, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line B in FIG. 6A, and FIG. It is a cross-sectional view taken along the arrow. It is a figure which shows the modification of the container ship shown in FIG. 5, (A) is a side view, (B) is a plan view.
  • FIG. 1 is a side view showing a part of the container ship according to the first embodiment of the present invention.
  • 2A and 2B are views showing the bow portion of the container ship shown in FIG. 1, in which FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a plan view.
  • the container ship 1 As shown in FIG. 1, the container ship 1 according to the first embodiment of the present invention has a bow portion 2 which is a tip portion of a hull, a cargo area 3 capable of loading a plurality of containers 31, and an upper deck 4. It is provided with a windshield 5 arranged substantially vertically on the edge portion.
  • the alternate long and short dash line M means the central portion of the hull, and for convenience of explanation, the figure on the rear side of the central portion of the hull is omitted.
  • a residential area 32 may be located in a part of the cargo area 3.
  • the residential area 32 may be arranged on the rear side of the center of the hull.
  • the container 31 shown in FIG. 1 shows a fully loaded state.
  • the maximum container loading height measured from the upper deck 4 is Ha
  • the frontmost container loading height is Hb
  • a fore mast 21, a mooring device 22, and the like are arranged on the upper deck 4 in front of the cargo area 3 in the bow portion 2. ..
  • the mooring device 22 is intended to include, for example, a mooring winch, a windlass, and the like.
  • FIG. 2A for convenience of explanation, the figure of the mooring device 22 in the windshield 5 is omitted.
  • the windshield 5 is a steel plate arranged from the port side to the starboard side of the bow portion 2. As shown in FIG. 2A, for example, the windshield 5 has a substantially constant height in front of the container 31 in the front row or the lashing bridge 33 in the front row. Both ends of the windshield 5 may be formed so as to gradually decrease to the height of the upper deck 4.
  • the tapering portion may be curved or linear. Further, the height of the windshield 5 from the upper deck 4 is defined as Hw.
  • the material of the windshield 5 is not limited to the steel plate, and may be another metal plate or a resin plywood.
  • the windshield 5 is provided with the rope of the mooring device 22.
  • An insertable opening 51 may be formed.
  • the figure of the opening 51 is omitted in FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a distribution diagram showing the analysis result of the wind pressure resistance, where (A) shows the case where the wind direction is 0 ° and (B) shows the case where the wind direction is 30 °.
  • the traveling direction of the container ship 1 is defined as 0 °
  • the angle from the traveling direction to the port side is defined as positive (plus)
  • the angle from the traveling direction to the starboard direction is defined as negative (minus).
  • FIGS. 3 (A) and 3 (B) show the results of simulation under the conditions of no windshield 5, full load, and wind speed (relative velocity) of 10 m / s.
  • FIG. 3B the case where the container ship 1 receives the wind from an oblique direction is shown in the case where the wind direction is + 30 °, but the same applies in the range of the wind direction ⁇ 10 to ⁇ 60 °. It is considered to show a tendency.
  • the windshield structure of the conventional container ship assumes the case where the container ship 1 receives the wind from the front, that is, the wind direction is 0 °, the wind pressure at the upper part of the front surface of the container 31 loaded in the front row. Focusing on reducing resistance. Therefore, in a conventional container ship, the windshield structure is often formed high or is formed in a cowl shape in order to rectify the wind. In such a conventional container ship, the windshield structure tends to be large and heavy, which leads to a decrease in container loading efficiency and fuel efficiency.
  • the ratio of the container ship 1 receiving the wind from the diagonal direction is higher than the ratio of the container ship 1 receiving the wind from the front while sailing.
  • the container ship 1 is not always in a fully loaded state during navigation, and is often in a loaded state (for example, a semi-loaded state) less than that. Then, it is clear that the windshield structure is over-designed when the windshield is designed assuming a full load and a wind direction of 0 °.
  • the wind direction is set in the range of ⁇ 10 to ⁇ 60 ° with respect to the traveling direction, and the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state and the half-mounted state of the container ship 1 is calculated.
  • the height of the windshield 5 is set with reference to the calculated reduction rate.
  • the "half-mounted state” means the average container loading height in the fully loaded state, which is the average container loading height measured from the upper deck 4 of the containers 31 loaded on the front side from the center of the hull. It is about half the value of Hc, and means that the containers 31 loaded on the front side of the center of the hull are loaded substantially evenly within a range close to the average container loading height Hc.
  • FIG. 4 is a diagram showing the analysis results regarding the height of the windshield
  • (A) is the relationship between the height of the windshield and the reduction rate of the wind pressure resistance
  • (B) is Hw / Hc and the wind pressure resistance. The relationship with the reduction rate is shown.
  • the numerical value of the wind pressure resistance shown in Table 1 is a relative value when the height of the windshield 5 is 1 m and the wind pressure resistance is 100. Further, the reduction rate of the wind pressure resistance shown in Table 1 is calculated by calculating the rate of reduction of the wind pressure resistance based on the wind pressure resistance when the height Hw of the windshield body 5 is 1 m. Further, the case where the wind pressure resistance is reduced is expressed by a negative value (minus value), and the case where the wind pressure resistance is increased is expressed by a positive value (plus value).
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state was -6%. Further, when the height Hw of the windshield body 5 is 10 m, the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state is -11%, and when the height Hw of the windshield body 5 is 15 m, the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state is -11%. %, And when the height Hw of the windshield body 5 was 20 m, the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state was -9%.
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the semi-mounted state is -9%
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the semi-mounted state is -9%
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the semi-mounted state is -10% when the height Hw of the windshield body 5 is 15 m
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the semi-mounted state when the height Hw of the windshield body 5 is 20 m. The rate was -2%.
  • FIG. 4A illustrates the analysis result
  • the analysis result in the full load state is shown by a solid line
  • the analysis result in the semi-mounted state is shown by a dotted line.
  • the height Hw of the windshield body 5 can be set in the range of 5 to 18 m. Further, if the case where the reduction rate of the wind pressure resistance is ⁇ 10% is taken as one index, the height Hw of the windshield body 5 can be set in the range of 10 to 15 m.
  • the height Hw of the windshield 5 can be set based on the loading height of the container 31.
  • the average container loading height Hc of the container ship 1 is calculated, and the height Hw of the windshield 5 is set by the ratio to the average container loading height Hc.
  • FIG. 4B is a rewrite of FIG. 4A using the ratio (Hw / Hc) of the height Hw of the windshield body 5 to the average container loading height Hc.
  • the average container loading height Hc in this analysis is 27.6 m.
  • Hw / Hc can be set in the range of 0.18 to 0.65. Further, if the case where the reduction rate of the wind pressure resistance is ⁇ 10% is taken as one index, Hw / Hc can be set in the range of 0.35 to 0.55.
  • the height of the windshield body 5 is set in consideration of the loading state and the wind direction of the container 31, so that the windshield structure is reduced while reducing the wind pressure resistance. It is possible to reduce the size and weight of the product.
  • FIG. 5 is a side view showing a part of the container ship according to the second embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are views showing the bow of the container ship shown in FIG. 5, where FIG. 6A is a side view, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line B in FIG. 6A, and FIG. 6C is FIG. 6 (C). It is a cross-sectional view taken along the line C in A).
  • the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.
  • a support portion 7 capable of loading an additional container 6 is arranged in a portion of the upper deck 4 surrounded by the windshield body 5. Since the mooring device 22 is arranged on the upper deck 4 of the bow portion 2, it is necessary to avoid interference with the mooring device 22 in order to load the additional container 6.
  • the additional deck 71 is arranged as the support portion 7 in the portion of the upper deck 4 surrounded by the windshield body 5.
  • the additional deck 71 is, for example, a steel plate welded to the inside of the windshield 5.
  • the additional deck 71 may be composed of a leg portion and a top plate portion, and the windshield 5 may be welded on the top plate portion.
  • the height Hw of the windshield 5 includes the length of the legs of the additional deck 71.
  • the fore mast 21 is arranged on the additional deck 71.
  • the mooring device 22 is arranged under the additional deck 71.
  • a device or the like for loading and fixing the additional container 6 is arranged on the additional deck 71.
  • a space in which the additional container 6 can be loaded can be formed on the additional deck 71, and the loading efficiency of the container ship 1 can be improved. Further, since the windshield body 5 has the same structure as that of the first embodiment described above, it is possible to reduce the size and weight of the windshield structure while reducing the wind pressure resistance.
  • FIG. 7 is a view showing a modified example of the container ship shown in FIG. 5, in which FIG. 7A is a side view and FIG. 7B is a plan view.
  • FIG. 7B illustrates a case where the position of the mooring device 22 is shifted.
  • FIG. 8 is a diagram showing the analysis result regarding the loading height of the additional container, (A) is the relationship between the loading height of the additional container and the reduction rate of the wind pressure resistance, and (B) is Hx / Hb and the wind pressure. The relationship with the reduction rate of resistance and (C) show the relationship between Hx / Hw and the reduction rate of wind pressure resistance.
  • the loading height of the additional container 6 from the upper deck 4 is defined as Hx.
  • the wind pressure resistance in the fully loaded state and the half-mounted state was calculated while changing the loading height (number of stages) of the additional container 6 under the conditions of the wind direction + 30 °, the wind speed (relative speed) 10 m / s, and the height Hw 10 m of the windshield body 5.
  • the results are shown in Table 2, FIGS. 8 (A) to 8 (C).
  • the fully loaded state and the semi-loaded state indicate the loaded state of the container 31 loaded in the cargo area 3.
  • Hx / Hw shown in Table 2 shows the relative numerical values of the loading height Hx of the additional container 6 with respect to the height Hw (10 m) of the windshield body 5. Therefore, when Hx / Hw> 1, it means that the loading height Hx of the additional container 6 exceeds the height Hw (10 m) of the windshield body 5.
  • the height when the loading height Hx of the additional container 6 is 0 is the height from the upper deck 4 of the mounting surface of the additional container 6 in the support portion 7.
  • Hx / Hb shown in Table 2 shows the relative numerical values of the loading height Hx of the additional container 6 with respect to the container loading height Hb at the foremost part. Therefore, when Hx / Hb> 1, it means that the loading height Hx of the additional container 6 exceeds the container loading height Hb at the frontmost portion.
  • the frontmost container loading height Hb in the fully loaded state is 24 m
  • the frontmost container loading height Hb in the semi-loaded state is 16.17 m.
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state is -10% when the loading height Hx of the additional container 6 is two stages, and the loading height Hx of the additional container 6 is three stages.
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the state is -11%
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the full load state is -12% when the loading height Hx of the additional container 6 is 4 stages
  • the loading height Hx of the additional container 6 is 5 stages.
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state is -12%
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state is -10% when the loading height Hx of the additional container 6 is 6 stages
  • the loading height of the additional container 6 is
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state was -7%
  • the loading height Hx of the additional container 6 was 8 stages
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the fully loaded state was -3%. ..
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the semi-mounted state when the loading height Hx of the additional container 6 is 3 stages is -9%
  • the wind pressure resistance in the semi-mounted state when the loading height Hx of the additional container 6 is 4 stages The reduction rate is -8%
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the semi-mounted state is -1% when the loading height Hx of the additional container 6 is 5 stages
  • the loading height Hx of the additional container 6 is 7 stages.
  • the reduction rate of the wind pressure resistance in the semi-state was + 8%.
  • the calculation of the wind pressure resistance and its reduction rate when the loading height Hx of the additional container 6 is 2, 6, and 8 is omitted.
  • FIGS. 8 (A) and 8 (B) The analysis results are shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B).
  • the analysis results in the fully loaded state are shown by solid lines, and the analysis results in the semi-mounted state are shown by dotted lines.
  • FIG. 8A shows the loading height (number of stages) of the additional container 6 on the horizontal axis and the reduction rate of wind pressure resistance on the vertical axis.
  • FIG. 8B is a rewrite of FIG. 8A with Hx / Hb as the horizontal axis and the wind pressure resistance reduction rate as the vertical axis.
  • the reduction value of the wind pressure resistance is obtained by the load height Hx of the additional container 6 exceeding the container load height Hb at the front (Hx / Hb> 1) in both the fully loaded state and the semi-mounted state. It turns out that becomes worse.
  • the loading height Hx of the additional container 6 is set so as not to exceed the container loading height Hb at the front of the cargo area 3. can do.
  • the loading height Hx of the additional container 6 differs depending on the size of the additional container 6, the height Hw of the windshield 5, and the like, the loading height Hx (number of stages) of the additional container 6 is the height of the windshield 5. It can also be set based on Hw.
  • FIG. 8C is a rewrite of FIG. 8A using the ratio (Hx / Hw) of the loading height Hx of the additional container 6 to the height Hw of the windshield body 5.
  • Hx / Hw can be set to 1.7 or less.
  • the support portion 7 is composed of the additional deck 71 or the support column 72 has been described, but the present invention is not limited to these configurations.
  • the support portion 7 may have a configuration other than the one shown in the figure as long as it can be loaded with the additional container 6 and is configured to avoid interference with the mooring device 22.

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Abstract

風圧抵抗を低減しつつ風防構造の小型化及び軽量化を図ることができる、コンテナ船の船首構造、コンテナ船及びコンテナ船の船首構造の設計方法を提供する。　コンテナ船１は、船体の先端部分である船首部２と、複数のコンテナ３１を積載可能な貨物区３と、上甲板４の縁部に略垂直に配置された風防体５と、を備えている。また、コンテナ船１は、風向を進行方向に対して±１０～±６０°の範囲に設定し、コンテナ船１の満載状態及び半載状態の風圧抵抗の低減率を計算し、計算された低減率を参照して風防体５の高さを設定している。風防体５の高さＨｗは、例えば、５～１８ｍの範囲又は平均コンテナ積載高さＨｃに対して０．１８～０．６５倍の範囲に設定される。

Description

コンテナ船の船首構造、コンテナ船及びコンテナ船の船首構造の設計方法
　本発明は、コンテナ船の船首構造、コンテナ船及びコンテナ船の船首構造の設計方法に関し、特に、コンテナ船の風圧抵抗の低減を図ることができる、コンテナ船の船首構造、コンテナ船及びコンテナ船の船首構造の設計方法に関する。
　コンテナ船は、上甲板よりも上方に複数のコンテナが積載されることから、積層されたコンテナにより壁が形成され、他の船舶と比較して航行時における風圧抵抗が高くなりやすい。そこで、コンテナ船の船首部に風防構造を配置して、風圧抵抗を低減するための方法が種々提案されている。
　例えば、特許文献１には、コンテナ船のブルワーク上に配設する風防であって、ブルワークの頂部から垂直に立ち上がると共に上縁が前端から後端へ向けて斜め上方に延在する周側壁と、前記周側壁上縁に沿って且つ上面視で前記周側壁上縁の内側で前記周側壁上縁の全長に亙って延在する所定幅の頂壁と、を備えることを特徴とするコンテナ船の船首部風防が開示されている。
特開２０１５－１４５２１４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された発明のように、最前列に積載されたコンテナの前面の全体を覆うように風防構造を形成した場合には、風防構造が大型化及び重量化しやすく、コンテナ積載効率及び燃費の低下を誘引することとなる。
　本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、風圧抵抗を低減しつつ風防構造の小型化及び軽量化を図ることができる、コンテナ船の船首構造、コンテナ船及びコンテナ船の船首構造の設計方法を提供することを目的とする。
　本発明によれば、コンテナ船の船首構造であって、上甲板の縁部に略垂直に配置された風防体を備え、前記風防体の高さは、５～１８ｍの範囲に設定されている、ことを特徴とするコンテナ船の船首構造が提供される。
　前記風防体の高さは、１０～１５ｍの範囲に設定されていてもよい。
　また、本発明によれば、コンテナ船の船首構造であって、上甲板の縁部に略垂直に配置された風防体を備え、前記風防体の高さは、前記コンテナ船の平均コンテナ積載高さに対する比率が０．１８～０．６５の範囲に設定されている、ことを特徴とするコンテナ船の船首構造が提供される。
　前記風防体の高さは、前記コンテナ船の平均コンテナ積載高さに対する比率が０．３５～０．５５の範囲に設定されていてもよい。
　前記風防体は、係船装置の索体を挿通可能な開口部を備えていてもよい。
　前記風防体は、左舷側から右舷側に渡って略一定の高さを有していてもよい。
　前記上甲板の前記風防体により囲まれた部分に追加コンテナを積載可能な支持部を備えていてもよい。
　また、前記追加コンテナの積載高さは、貨物区に配置された最前部のコンテナ積載高さを超えないように設定されていてもよい。
　また、前記追加コンテナの積載高さは、前記風防体の高さに対する比率が１．７以下に設定されていてもよい。
　また、本発明によれば、上述した船首構造を備えたことを特徴とするコンテナ船が提供される。
　また、本発明によれば、コンテナ船の船首構造の設計方法であって、前記コンテナ船は、上甲板の縁部に略垂直に配置された風防体を備え、風向を進行方向に対して±１０～±６０°の範囲に設定し、前記コンテナ船の満載状態及び半載状態の風圧抵抗の低減率を計算し、前記低減率を参照して前記風防体の高さを設定するようにした、ことを特徴とするコンテナ船の船首構造の設計方法が提供される。
　前記設計方法は、前記コンテナ船の平均コンテナ積載高さを算出し、前記風防体の高さを前記平均コンテナ積載高さに対する比率により設定するようにしてもよい。
　上述した本発明に係るコンテナ船の船首構造、コンテナ船及びコンテナ船の船首構造の設計方法によれば、コンテナの積載状態及び風向を考慮して、風防体の高さを設定したことにより、風圧抵抗を低減しつつ風防構造の小型化及び軽量化を図ることができる。
本発明の第一実施形態に係るコンテナ船の一部を示す側面図である。 図１に示したコンテナ船の船首部を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、である。 風圧抵抗の解析結果を示す分布図であり、（Ａ）は風向０°の場合、（Ｂ）は風向３０°の場合、を示している。 風防体の高さに関する解析結果を示す図であり、（Ａ）は風防体の高さと風圧抵抗の低減率との関係、（Ｂ）はＨｗ／Ｈｃと風圧抵抗の低減率との関係、を示している。 本発明の第二実施形態に係るコンテナ船の一部を示す側面図である。 図５に示したコンテナ船の船首部を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＢ矢視断面図、（Ｃ）は図６（Ａ）におけるＣ矢視断面図、である。 図５に示したコンテナ船の変形例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、である。 追加コンテナの積載高さに関する解析結果を示す図であり、（Ａ）は追加コンテナの積載高さと風圧抵抗の低減率との関係、（Ｂ）はＨｘ／Ｈｂと風圧抵抗の低減率との関係、（Ｃ）はＨｘ／Ｈｗと風圧抵抗の低減率との関係、を示している。
　以下、本発明の実施形態について図１～図８（Ｃ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係るコンテナ船の一部を示す側面図である。図２は、図１に示したコンテナ船の船首部を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、である。
　本発明の第一実施形態に係るコンテナ船１は、図１に示したように、船体の先端部分である船首部２と、複数のコンテナ３１を積載可能な貨物区３と、上甲板４の縁部に略垂直に配置された風防体５と、を備えている。なお、図１において、一点鎖線Ｍは船体中央部を意味しており、説明の便宜上、船体中央部より後方側の図は省略してある。
　貨物区３の一部には居住区３２が配置されていてもよい。なお、居住区３２は、船体中央部より後方側に配置されていてもよい。図１に示したコンテナ３１は、満載状態を示している。ここで、貨物区３の船体中央部より前方側に積載されたコンテナ３１のうち、上甲板４から計測した最大コンテナ積載高さをＨａ、最前部のコンテナ積載高さをＨｂ、平均コンテナ積載高さをＨｃと定義する。すなわち、Ｈｃ＝（Ｈａ＋Ｈｂ）／２である。
　船首部２における貨物区３よりも前方の上甲板４上には、例えば、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示したように、フォアマスト２１、係船装置２２等が配置されている。係船装置２２は、例えば、ムアリングウィンチ、ウィンドラス等を含む趣旨である。なお、図２（Ａ）において、説明の便宜上、風防体５内の係船装置２２の図は省略してある。
　風防体５は、船首部２の左舷側から右舷側に渡って配置された鋼板である。風防体５は、例えば、図２（Ａ）に示したように、最前列のコンテナ３１又は最前列のラッシングブリッジ３３よりも前方で略一定の高さを有している。なお、風防体５の両端部は、上甲板４の高さまで漸減するように形成されていてもよい。漸減部は、曲線的であってもよいし、直線的であってもよい。また、風防体５の上甲板４からの高さをＨｗと定義する。なお、風防体５の素材は、鋼板に限定されるものではなく、他の金属板であってもよいし、樹脂合板であってもよい。
　係船装置２２は、岸壁や海底に向かってワイヤロープ等の索体を送り出したり巻き取ったりする必要があることから、図１に示したように、風防体５には係船装置２２の索体を挿通可能な開口部５１が形成されていてもよい。なお、説明の便宜上、図２（Ａ）では開口部５１の図を省略してある。
　ここで、図３は、風圧抵抗の解析結果を示す分布図であり、（Ａ）は風向０°の場合、（Ｂ）は風向３０°の場合、を示している。なお、コンテナ船１の進行方向を０°と定義し、進行方向から左舷方向の角度を正（プラス）とし、進行方向から右舷方向の角度を負（マイナス）と定義している。
　なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示した解析結果は、風防体５なし、満載状態、風速（相対速度）１０ｍ／ｓの条件でシミュレーションした結果を示している。
　図３（Ａ）に示したように、コンテナ船１が正面から風を受けた場合、すなわち、風向０°の場合、最前列に積載されたコンテナ３１の正面の上部における風圧抵抗が高くなる傾向にある。
　一方、図３（Ｂ）に示したように、コンテナ船１が斜め方向から風を受けた場合、例えば、風向＋３０°の場合、最前列に積載されたコンテナ３１の正面の左舷側部分における風圧抵抗が高くなる傾向にある。また、風向＋３０°の場合、最前列に積載されたコンテナ３１の正面の上部における風圧抵抗は、風向０°の場合よりも低くなっていることが理解できる。
　なお、図３（Ｂ）では、コンテナ船１が斜め方向から風を受けた場合の一例として、風向＋３０°の場合を図示しているが、風向±１０～±６０°の範囲においても同様の傾向を示すものと考えられる。
　従来のコンテナ船における風防構造は、コンテナ船１が正面から風を受けた場合、すなわち、風向０°の場合を想定していることから、最前列に積載されたコンテナ３１の正面の上部における風圧抵抗を低減させることに注力している。したがって、従来のコンテナ船では、風防構造が高く形成されたり、風を整流させるためにカウル形状に形成されたりすることが多い。かかる従来のコンテナ船では、風防構造が大型化及び重量化しやすく、コンテナ積載効率及び燃費の低下を誘引することとなる。
　しかしながら、自然風の発生確率を考慮すれば、航行中において、コンテナ船１が正面から風を受ける割合よりも、コンテナ船１が斜め方向から風を受ける割合の方が多いことが推察される。また、コンテナ船１は、航行中において、常に満載状態であるわけではなく、それに満たない積載状態（例えば、半載状態）であることも多い。してみれば、満載状態かつ風向０°を想定して風防を設計した場合には、風防構造が過剰設計になることは明らかである。
　そこで、本実施形態におけるコンテナ船１では、風向を進行方向に対して±１０～±６０°の範囲に設定し、コンテナ船１の満載状態及び半載状態の風圧抵抗の低減率を計算し、計算された低減率を参照して風防体５の高さを設定するようにしている。
　なお、本実施形態において、「半載状態」とは、船体中央部より前方側に積載されたコンテナ３１のうち、上甲板４から計測した平均コンテナ積載高さが満載状態の平均コンテナ積載高さＨｃの約半分の値であり、船体中央部より前方側に積載されたコンテナ３１が平均コンテナ積載高さＨｃに近い範囲で略均等に積載された状態を意味している。
　いま、風向＋３０°、風速（相対速度）１０ｍ／ｓの条件で風防体５の高さＨｗを変えながら満載状態及び半載状態における風圧抵抗を計算した結果を表１、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す。ここで、図４は、風防体の高さに関する解析結果を示す図であり、（Ａ）は風防体の高さと風圧抵抗の低減率との関係、（Ｂ）はＨｗ／Ｈｃと風圧抵抗の低減率との関係、を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示した風圧抵抗の数値は、風防体５の高さが１ｍの場合における風圧抵抗を１００とした場合の相対的な数値である。また、表１に示した風圧抵抗の低減率は、風防体５の高さＨｗが１ｍの場合の風圧抵抗を基準として風圧抵抗が低減した割合を計算したものである。また、風圧抵抗が低減した場合を負の値（マイナス値）で表現し、風圧抵抗が増加した場合を正の値（プラス値）で表現するものとする。
　表１に示したように、風防体５の高さＨｗが５ｍの場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－６％であった。また、風防体５の高さＨｗが１０ｍの場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－１１％、風防体５の高さＨｗが１５ｍの場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－１１％、風防体５の高さＨｗが２０ｍの場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－９％、であった。
　また、風防体５の高さＨｗが５ｍの場合における半載状態の風圧抵抗の低減率は－９％、風防体５の高さＨｗが１０ｍの場合における半載状態の風圧抵抗の低減率は－１０％、風防体５の高さＨｗが１５ｍの場合における半載状態の風圧抵抗の低減率は－１０％、風防体５の高さＨｗが２０ｍの場合における半載状態の風圧抵抗の低減率は－２％、であった。
　この解析結果を図示したものが図４（Ａ）であり、満載状態の解析結果を実線で図示し、半載状態の解析結果を点線で図示してある。ここで、風圧抵抗の低減率が－５％の場合を一つの指標とすれば、風防体５の高さＨｗは５～１８ｍの範囲に設定することができる。また、風圧抵抗の低減率が－１０％の場合を一つの指標とすれば、風防体５の高さＨｗは１０～１５ｍの範囲に設定することができる。
　また、コンテナ３１の積載高さは、コンテナ船１の大きさや型式等によって異なることから、風防体５の高さＨｗはコンテナ３１の積載高さに基づいて設定することもできる。本実施形態に係る船首構造の設計方法では、コンテナ船１の平均コンテナ積載高さＨｃを算出し、風防体５の高さＨｗを平均コンテナ積載高さＨｃに対する比率により設定するようにしている。
　ここで、図４（Ｂ）は、風防体５の高さＨｗを平均コンテナ積載高さＨｃに対する比率（Ｈｗ／Ｈｃ）を用いて、図４（Ａ）を書き直したものである。なお、この解析における平均コンテナ積載高さＨｃは２７．６ｍである。
　図４（Ｂ）において、風圧抵抗の低減率が－５％の場合を一つの指標とすれば、Ｈｗ／Ｈｃは０．１８～０．６５の範囲に設定することができる。また、風圧抵抗の低減率が－１０％の場合を一つの指標とすれば、Ｈｗ／Ｈｃは０．３５～０．５５の範囲に設定することができる。
　上述した本実施形態に係るコンテナ船１及びその船首構造によれば、コンテナ３１の積載状態及び風向を考慮して、風防体５の高さを設定したことにより、風圧抵抗を低減しつつ風防構造の小型化及び軽量化を図ることができる。
　次に、本発明の第二実施形態に係るコンテナ船１について、図５～図６（Ｃ）を参照しつつ説明する。ここで、図５は、本発明の第二実施形態に係るコンテナ船の一部を示す側面図である。図６は、図５に示したコンテナ船の船首部を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＢ矢視断面図、（Ｃ）は図６（Ａ）におけるＣ矢視断面図、である。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
　図５～図６（Ｃ）に示した第二実施形態は、上甲板４の風防体５により囲まれた部分に追加コンテナ６を積載可能な支持部７を配置したものである。船首部２の上甲板４には係船装置２２が配置されていることから、追加コンテナ６を積載するには係船装置２２との干渉を回避する必要がある。
　そこで、第二実施形態では、支持部７として、上甲板４の風防体５により囲まれた部分に追加甲板７１を配置している。追加甲板７１は、例えば、風防体５の内側に溶接された鋼板である。また、追加甲板７１を脚部と天板部とにより構成し、天板部の上に風防体５を溶接するようにしてもよい。この場合、風防体５の高さＨｗは、追加甲板７１の脚部の長さを含むものとする。
　図６（Ａ）に示したように、追加甲板７１の上にフォアマスト２１が配置される。また、図６（Ｂ）に示したように、追加甲板７１の下に係船装置２２が配置される。また、図示しないが、追加甲板７１上には追加コンテナ６を積載及び固縛するための装置等が配置される。
　上述した第二実施形態にかかるコンテナ船１によれば、追加甲板７１上に追加コンテナ６を積載可能な空間を形成することができ、コンテナ船１の積載効率の向上を図ることができる。また、風防体５は、上述した第一実施形態と同じ構造であることから、風圧抵抗を低減しつつ風防構造の小型化及び軽量化を図ることもできる。
　また、支持部７は、例えば、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示したように、複数の支柱７２により構成してもよい。ここで、図７は、図５に示したコンテナ船の変形例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、である。
　支持部７を支柱構造にすることにより、支持部７の軽量化を図ることができる。このとき、支柱７２が係船装置２２と干渉しないように、係船装置２２の位置をずらしたり、支柱７２の形状を変形させたりする必要がある。図７（Ｂ）では、係船装置２２の位置をずらした場合を図示してある。
　ところで、本実施形態に係るコンテナ船１は、風圧抵抗を低減することを一つの目的としていることから、追加コンテナ６の積載高さ（段数）についても検討する必要がある。ここで、図８は、追加コンテナの積載高さに関する解析結果を示す図であり、（Ａ）は追加コンテナの積載高さと風圧抵抗の低減率との関係、（Ｂ）はＨｘ／Ｈｂと風圧抵抗の低減率との関係、（Ｃ）はＨｘ／Ｈｗと風圧抵抗の低減率との関係、を示している。なお、図５に示したように、追加コンテナ６の上甲板４からの積載高さをＨｘと定義している。
　いま、風向＋３０°、風速（相対速度）１０ｍ／ｓ、風防体５の高さＨｗ１０ｍの条件で追加コンテナ６の積載高さ（段数）を変えながら満載状態及び半載状態における風圧抵抗を計算した結果を表２、図８（Ａ）～図８（Ｃ）に示す。なお、満載状態及び半載状態は、貨物区３に積載されたコンテナ３１の積載状態を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示したように、追加コンテナ６の積載高さＨｘが０段の場合、単に１０ｍの風防体５を設置した状態であることから、風圧抵抗及びその低減率は、表１に示した風防体５の高さＨｗが１０ｍの場合における数値と同じ結果となる。なお、表２に示した風圧抵抗及び低減率の数値は、表１と同様に、風防体５の高さＨｗが１ｍの場合の風圧抵抗を基準にして算出したものである。
　表２に示したＨｘ／Ｈｗは、追加コンテナ６の積載高さＨｘの風防体５の高さＨｗ（１０ｍ）に対する相対的な数値を示したものである。したがって、Ｈｘ／Ｈｗ＞１の場合は、追加コンテナ６の積載高さＨｘが風防体５の高さＨｗ（１０ｍ）を超えていることを意味している。なお、追加コンテナ６の積載高さＨｘが０段の場合における高さは、支持部７における追加コンテナ６の載置面の上甲板４からの高さを意味している。
　表２に示したＨｘ／Ｈｂは、追加コンテナ６の積載高さＨｘの最前部のコンテナ積載高さＨｂに対する相対的な数値を示したものである。したがって、Ｈｘ／Ｈｂ＞１の場合は、追加コンテナ６の積載高さＨｘが最前部のコンテナ積載高さＨｂを超えていることを意味している。なお、ここでは、満載状態における最前部のコンテナ積載高さＨｂを２４ｍとし、半載状態における最前部のコンテナ積載高さＨｂを１６．１７ｍとしている。
　表２に示したように、追加コンテナ６の積載高さＨｘが２段の場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－１０％、追加コンテナ６の積載高さＨｘが３段の場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－１１％、追加コンテナ６の積載高さＨｘが４段の場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－１２％、追加コンテナ６の積載高さＨｘが５段の場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－１２％、追加コンテナ６の積載高さＨｘが６段の場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－１０％、追加コンテナ６の積載高さＨｘが７段の場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－７％、追加コンテナ６の積載高さＨｘが８段の場合における満載状態の風圧抵抗の低減率は－３％、であった。
　また、追加コンテナ６の積載高さＨｘが３段の場合における半載状態の風圧抵抗の低減率は－９％、追加コンテナ６の積載高さＨｘが４段の場合における半載状態の風圧抵抗の低減率は－８％、追加コンテナ６の積載高さＨｘが５段の場合における半載状態の風圧抵抗の低減率は－１％、であり、追加コンテナ６の積載高さＨｘが７段の場合における半状態の風圧抵抗の低減率は＋８％であった。なお、半載状態では、追加コンテナ６の積載高さＨｘが２段，６段及び８段の場合における風圧抵抗及びその低減率の計算を省略してある。
　この解析結果を図示したものが図８（Ａ）及び図８（Ｂ）であり、満載状態の解析結果を実線で図示し、半載状態の解析結果を点線で図示してある。図８（Ａ）は、追加コンテナ６の積載高さ（段数）を横軸、風圧抵抗の低減率を縦軸として表示したものである。また、図８（Ｂ）は、Ｈｘ／Ｈｂを横軸、風圧抵抗の低減率を縦軸として図８（Ａ）を書き直したものである。
　図示したように、満載状態の場合も半載状態の場合も、追加コンテナ６の積載高さＨｘが最前部のコンテナ積載高さＨｂを超える（Ｈｘ／Ｈｂ＞１）ことによって風圧抵抗の低減値が悪化することがわかる。ここで、風圧抵抗の低減率が－５％の場合を一つの指標とすれば、追加コンテナ６の積載高さＨｘは、貨物区３の最前部のコンテナ積載高さＨｂを超えないように設定することができる。
　また、追加コンテナ６の積載高さＨｘは、追加コンテナ６の大きさ、風防体５の高さＨｗ等によって異なることから、追加コンテナ６の積載高さＨｘ（段数）は風防体５の高さＨｗに基づいて設定することもできる。
　ここで、図８（Ｃ）は、追加コンテナ６の積載高さＨｘを風防体５の高さＨｗに対する比率（Ｈｘ／Ｈｗ）を用いて図８（Ａ）を書き直したものである。図８（Ｃ）において、風圧抵抗の低減率が－５％の場合を一つの指標とすれば、Ｈｘ／Ｈｗは１．７以下に設定することができる。
　上述した第二実施形態において、支持部７が追加甲板７１又は支柱７２により構成される場合について説明したが、これらの構成に限定されるものではない。支持部７は、追加コンテナ６を積載することができ、係船装置２２との干渉を回避することができるように構成されていれば、図示した構成以外の構成であってもよい。
　本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
１　コンテナ船
２　船首部
３　貨物区
４　上甲板
５　風防体
６　追加コンテナ
７　支持部
２１　フォアマスト
２２　係船装置
３１　コンテナ
３２　居住区
３３　ラッシングブリッジ
５１　開口部
７１　追加甲板
７２　支柱
 

Claims (12)

  1. 　コンテナ船の船首構造であって、
    　上甲板の縁部に略垂直に配置された風防体を備え、
    　前記風防体の高さは、５～１８ｍの範囲に設定されている、
    ことを特徴とするコンテナ船の船首構造。
  2. 　前記風防体の高さは、１０～１５ｍの範囲に設定されている、請求項１に記載の船首構造。
  3. 　コンテナ船の船首構造であって、
    　上甲板の縁部に略垂直に配置された風防体を備え、
    　前記風防体の高さは、前記コンテナ船の平均コンテナ積載高さに対する比率が０．１８～０．６５の範囲に設定されている、
    ことを特徴とするコンテナ船の船首構造。
  4. 　前記風防体の高さは、前記コンテナ船の平均コンテナ積載高さに対する比率が０．３５～０．５５の範囲に設定されている、請求項３に記載の船首構造。
  5. 　前記風防体は、係船装置の索体を挿通可能な開口部を備える、請求項１又は３に記載のコンテナ船の船首構造。
  6. 　前記風防体は、左舷側から右舷側に渡って略一定の高さを有している、請求項１又は３に記載のコンテナ船の船首構造。
  7. 　前記上甲板の前記風防体により囲まれた部分に追加コンテナを積載可能な支持部を備える、請求項１又は３に記載のコンテナ船の船首構造。
  8. 　前記追加コンテナの積載高さは、貨物区に配置された最前部のコンテナ積載高さを超えないように設定されている、請求項７に記載のコンテナ船の船首構造。
  9. 　前記追加コンテナの積載高さは、前記風防体の高さに対する比率が１．７以下に設定されている、請求項７に記載のコンテナ船の船首構造。
  10. 　請求項１～９の何れか一項に記載の船首構造を備えた、ことを特徴とするコンテナ船。
  11. 　コンテナ船の船首構造の設計方法であって、
    　前記コンテナ船は、上甲板の縁部に略垂直に配置された風防体を備え、
    　風向を進行方向に対して±１０～±６０°の範囲に設定し、
    　前記コンテナ船の満載状態及び半載状態の風圧抵抗の低減率を計算し、
    　前記低減率を参照して前記風防体の高さを設定するようにした、
    ことを特徴とするコンテナ船の船首構造の設計方法。
  12. 　前記コンテナ船の平均コンテナ積載高さを算出し、前記風防体の高さを前記平均コンテナ積載高さに対する比率により設定するようにした、請求項１１に記載のコンテナ船の船首構造の設計方法。
     
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