JP6210895B2 - 船舶 - Google Patents
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Description
すなわち、船底を傾斜させることで、プロペラ面での流速が速くなり、船底が水平な船舶に比べて伴流利得(プロペラ効率)が悪化する。
前記垂線間長をLpp、Lppの半分以上の完全平行部を持ちその船幅をB、満載喫水をd、排水容積を▽としたときのCb(=▽/(Lpp・B・d))の値が0.8以上である比較船舶に対し、
前記と同一の垂線間長、前記と同一の満載喫水、前記と同一の排水容積を有し、前記船幅最大位置における船幅をBcとしたとき、前記傾斜終了位置と前記船幅最大位置との間における満載喫水における船側が、その傾斜部中点における船体中心線となす角度(θc)は、
θ=a・x2+b・x+c
a=0.0124+0.0011・(Lpp/(2・B)−2)
b=−2.0889−0.0922・(Lpp/(2・B)−2)
c=97.344+3.2111・(Lpp/(2・B)−2)
x=Lpp・α
Bc≦(Lpp・0.315)
0.55≦α≦0.85
4≦(Lpp/B)≦8
によって決定される有効傾斜角度(θ)よりも小さい(0<θc<θ)ことを特徴とする。
(2)また、前記(1)の船舶において、前記傾斜終了位置と前記船幅最大位置との間における満載喫水における船側が、船体中心線となす角度(θc)は、10°以下であることを特徴とする。
(3)さらに、前記(1)または(2)の船舶において、前記垂線間長が200m以上で、前記Cb値が0.8以上であることを特徴とする。
図1は本発明の実施の形態に係る船舶の船型を説明するものであって、満載喫水における水線面形状(左船側のみ)を示す平面図である。
図1において、X軸が船体中心線(C.L.)10を示し、Y軸が船幅方向を示している。そして、船首垂線FPと船尾垂線AP(舵軸位置)との距離を「垂線間長(Lpp)」とし、船首垂線FPと船尾垂線APから等しい距離にある位置を船体中央位置(M.S.)とする。
船舶100の満載喫水における船型は、船首11に近い位置(以下「最大船幅位置」と称す)Cにおいて、船幅が最も大きく、最大船幅位置Cと、船尾垂線位置(以下「船尾」と称す)15から垂線間長(Lpp)の約1/3だけ船首側に寄った位置(以下「傾斜終了位置」と称す)Dとの間(以下「傾斜部13」と称す)が直線状で、船尾15になるほど、船幅が小さくなっている。なお、船首垂線位置(以下「船首」と称す)11と最大船幅位置Cとの間を「船首範囲12」と、傾斜終了位置Dと船尾15との間を「船尾範囲14」と便宜上称す。
船舶100は、基本的に満載喫水線よりも下方の水面下の船型(船側の主要な部分)を規定するものであって、満載喫水線よりも上方の船型を限定するものではないから、満載喫水線以下の喫水毎に、傾斜角度θcの値が満載喫水線以下での値と異なってよい。
すなわち、満載喫水線よりも上方の船側は、水面下形状との連続性を勘案する必要があるが、傾斜部13を有しないものであってもよいし、水面下と同様に傾斜部13(水面下の傾斜角度θcと相違してもよい)を有してもよい。
このとき、船舶100の最大船幅Bcは船舶90の船幅Bよりも大きくなっている。すなわち、傾斜部13による排水量減少を補うため、「Bc>B」として、両者の排水量を同じにしている。したがって、傾斜角度θcが大きい程、船首範囲12は船首11の近くまで広い幅になって、排水量が増加して、反対に、船尾範囲14は傾斜部13から船尾15に掛けて幅が狭くなり、排水量が減少することになる。なお、船幅Bに対する最大船幅Bcの割合(Bc/B)を「船幅増加率」と称す。
図2は、図1に示す船舶の特性を説明するものであって、図2の(a)は圧力抵抗係数(Cp)の分布を示す特性図、図2の(b)は圧力抵抗(Rp)を比較する棒グラフである。圧力抵抗係数は、圧力抵抗の無次元化係数であり、
「Cp=Rp/(0.5・ρ・u2・S)」
で表せる。ただし、ρは流体密度、uは船体速度、Sは浸水面積である。
図2の(a)において、横軸は、船尾15からの船首11方向の距離であって、「0.0」が船尾15を、「1.0」が船首11に対応している。そして、左側の縦軸は、船側の位置を示し、図中の両端が「0.0」である「上に凸の曲線」に対応している。また、右側の縦軸は、圧力抵抗係数(Cp)を示し、図中の両端が上方に増加し、中央範囲で「上に凸になる曲線」に対応している。また、それぞれ、破線が船舶100を、実線が船舶90をそれぞれ示している。
船舶100および船舶90とも、船尾15に近づく程、圧力抵抗係数が増大し、同様に、船首11に近づく程、圧力抵抗係数が増大し、船体中央位置(M.S.)を含む範囲においては、僅かに上に凸の曲線を呈するものの、さらに、船首11に近づくと、圧力抵抗係数は急激に減少している。すなわち、横軸の値が0.8近傍で、谷状を呈している。
図3は、図1に示す船舶の特性を説明するものであって、図3の(a)は摩擦抵抗の無次元化係数(Cf)の分布を示す特性図、図3の(b)は摩擦抵抗(Rf)を比較する棒グラフである。摩擦抵抗係数は、摩擦抵抗の無次元化係数であり、
「Cf=Rf/(0.5・ρ・u2・S)」
で表せる。
図3の(a)において、右側の縦軸は、摩擦抵抗の無次元化係数(Cf)を示し、図中の両端が下方に減少し、船首11に近い範囲で上に凸になる山状の曲線になっている。なお、破線が船舶100を、実線が船舶90をそれぞれ示し、横軸および右側の縦軸は図2の(a)に同じである。
すなわち、摩擦抵抗の無次元化係数(Cf)は、横軸の値が0.85近傍において、船舶100(破線)の方が船舶90(実線)よりも少し大きくなるものの、その他の位置では、船舶100の方が船舶90よりも僅かに小さくなっている。
以上より、船舶100および船舶90の船体抵抗値を基に、必要馬力を計算すると、傾斜部13を有する船舶100の方が、平行部93を有する船舶90よりも、必要馬力が約2%少ないという結果が得られる。
図4は、図1に示す船舶における最大船幅位置が抵抗減少に及ぼす効果を説明する特性図であって、横軸は最大船幅位置C(最大船幅距離Lcに同じ)を、縦軸は、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の値を示している。抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)は、船舶90の抵抗(Rt0)に対する船舶100の抵抗(Rt)の減少割合であって、両者が同じである場合を「0.0%」、船舶90の抵抗(Rt)が、船舶100の抵抗(Rt0)の90%である場合を「−10%」としている。
図4において、最大船幅距離Lcが、船尾15から垂線間長Lppの55〜85%の範囲において(Lc=Lpp・α、0.55≦α≦0.85)、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の値が、「−10%」を下回っている。
すなわち、最大船幅位置Cを、前記55〜85%の範囲に配置することによって、傾斜部13を有しない(平行部93を有する)船舶90よりも、抵抗を10%以上小さくすることができることが分かる。
図5〜図7は、図1に示す船舶における傾斜角度が抵抗減少に及ぼす効果を説明する特性図であって、それぞれ、最大船幅距離Lcが船尾から垂線間長Lppの85%、70%、55%の場合における抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)である。なお、横軸は傾斜角度(θc[deg])、縦軸は図4に同じであり、パラメータとして、船幅Bに対する垂線間長Lppの割合(以下「船幅船長割合Lpp/B」と称す)が、4、6および8の場合を示している。これらは、理論計算ツール(CFD:Computational Fluid Dynamics)を用いて求めたものである。
また、船幅船長割合L/Bが6のとき、傾斜角度θが13°以下の範囲で抵抗減少の効果が得られ、0°から略5°になる程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は増大し、略5°近傍から10°に近づく程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は小さくなっている。そして、略5°近傍で、最大(約10.5%)の抵抗減少の効果が得られている。
さらに、船幅船長割合L/Bが4のとき、傾斜角度θが16°以下の範囲で抵抗減少の効果が得られ、0°から略10°になる程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は増大し、略10°近傍から16°に近づく程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は小さくなっている。そして、略10°近傍で、最大(約15.5%)の抵抗減少の効果が得られている。
また、船幅船長割合L/Bが6のとき、傾斜角度θが14°以下の範囲で抵抗減少の効果が得られ、0°から略9°になる程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は増大し、略9°近傍から14°に近づく程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は小さくなっている。そして、略9°近傍で、最大(約10.0%)の抵抗減少の効果が得られている。
さらに、船幅船長割合L/Bが4のとき、傾斜角度θが16°以下の範囲で抵抗減少の効果が得られ、0°から略10°になる程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は増大し、略10°近傍から16°に近づく程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は小さくなっている。そして、略12°近傍で、最大(約16.0%)の抵抗減少の効果が得られている。
また、船幅船長割合L/Bが6のとき、傾斜角度θが21.5°以下の範囲で抵抗減少の効果が得られ、0°から略17°になる程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は増大し、略17°近傍から21.5°に近づく程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は小さくなっている。そして、略17°近傍で、最大(約10.0%)の抵抗減少の効果が得られている。
さらに、船幅船長割合L/Bが4のとき、傾斜角度θが23°以下の範囲で抵抗減少の効果が得られ、0°から略16°になる程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は増大し、略16°近傍から23°に近づく程、抵抗減少割合((Rt−Rt0)/Rt0)の絶対値は小さくなっている。そして、略16°近傍で、最大(約14.0%)の抵抗減少の効果が得られている。
図8は、図1に示す船舶における最大船幅距離Lcおよび傾斜角度θcの抵抗減少に及ぼす効果を説明するものであって、横軸は最大船幅距離Lc、縦軸は有効傾斜角度θである。
なお、有効傾斜角度θは、図5〜図7において、抵抗低減の効果が得られる最大の傾斜角度、すなわち、抵抗低減割合((Rt−Rt0)/Rt0)を示す曲線がX軸(0.0%)と交差する傾斜角度に同じである。
図8において、船幅船長割合L/Bが大きい程、有効傾斜角度θは小さくなり、また、最大船幅距離Lcが大きい程、有効傾斜角度θは小さくなっている。
したがって、最大船幅距離Lcを垂線間長Lppの55〜85%にして、傾斜角度θcを10°以下にしておけば、船幅船長割合L/Bが4〜8の範囲であれば、何れの船幅船長割合L/Bであっても、抵抗低減効果が得られることになる。
θ=a・x2+b・x+c
a=0.0124+0.0011・(Lpp/(2・B)−2)
b=−2.0889−0.0922・(Lpp/(2・B)−2)
c=97.344+3.2111・(Lpp/(2・B)−2)
x=Lpp・α
Bc≦(Lpp・0.315)
0.55≦α≦0.85
4≦(Lpp/B)≦8
このとき、船舶100と同一排水量を満たし、且つ、船尾垂線から所定の距離にある船幅を一定とした場合の船幅をBとしている。
したがって、前記式を満足するように「最大船幅距離Lc」および「最大船幅Bc」を選定すると共に、前記式によって決定される有効傾斜角度θよりも小さい傾斜角度θcにしておけば、抵抗低減効果が得られることになる。
なお、以上は、傾斜終了位置Dは、船尾15から船長の約(1/3)だけ船首側に寄った位置にしているが、本発明はこれに限定するものではなく、船尾15から垂線間長Lppの25〜42%の範囲内に位置すれば、前記効果が得られるものである。
また、大型肥大船では各Water Line断面の傾向は略一致していると考えられる。つまり、大型肥大船ではほとんどの断面形状で、求めた回帰式を適用することができると考えられる。
11 船首
12 船首範囲
13 傾斜部
14 船尾範囲
15 船尾
90 船舶
92 船首範囲
93 平行部
94 船尾範囲
100 船舶
θ 傾斜角度(有効傾斜角度)
θc 傾斜角度
AP 船尾垂線
FP 船首垂線
Aa 位置
Af 位置
B 船幅
Bc 最大船幅
C 最大船幅位置
D 傾斜終了位置
Lc 最大船幅距離
Lpp/B 船幅船長割合
Lpp 垂線間長
Claims (3)
- 船尾垂線から、船尾垂線と船首垂線との間の距離である垂線間長の55〜85%の距離にある船幅最大位置において船幅が最も大きく、船尾から前記垂線間長の25〜42%の距離にある傾斜終了位置と前記船幅最大位置との間において、船尾に近づく程、船幅が直線状に小さくなる船型を有し、
前記垂線間長をLpp、Lppの半分以上の完全平行部を持ちその船幅をB、満載喫水をd、排水容積を▽としたときのCb(=▽/(Lpp・B・d))の値が0.8以上である比較船舶に対し、
前記と同一の垂線間長、前記と同一の満載喫水、前記と同一の排水容積を有し、前記船幅最大位置における船幅をBcとしたとき、前記傾斜終了位置と前記船幅最大位置との間における満載喫水における船側が、その傾斜部中点における船体中心線となす角度(θc)は、
θ=a・x 2 +b・x+c
a=0.0124+0.0011・(Lpp/(2・B)−2)
b=−2.0889−0.0922・(Lpp/(2・B)−2)
c=97.344+3.2111・(Lpp/(2・B)−2)
x=Lpp・α
Bc≦(Lpp・0.315)
0.55≦α≦0.85
4≦(Lpp/B)≦8
によって決定される有効傾斜角度(θ)よりも小さい(0<θc<θ)ことを特徴とする船舶。 - 前記傾斜終了位置と前記船幅最大位置との間における満載喫水における船側が、船体中心線となす角度(θc)は、10°以下であることを特徴とする請求項1記載の船舶。
- 請求項1または2に記載の船舶は、前記垂線間長が200m以上で、前記Cb値が0.8以上であることを特徴とする船舶。
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| JP2014020719A JP6210895B2 (ja) | 2014-02-05 | 2014-02-05 | 船舶 |
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