帆走船用翼列式帆
【課題】高アスペクト比を有し、帆やマストの高さや設置場所の制限を受けることが少ない帆走船用翼列式帆を提供する。
【解決手段】マスト４に支持された台２に、高アスペクト比、好ましくはアスペクト比が５以上を有する翼１をカスケード状に多数並列に設ける。高揚力を発生させることができ、かつ、帆やマストの高さや設置場所の制限を受けることが少ない。また、帆やマストの高さを抑制できることから、同じ揚力を発生するベースで比較すると、甲板に作用する起倒モーメントを小さくでき、甲板の補強を小さくすることができる
【解決手段】マスト４に支持された台２に、高アスペクト比、好ましくはアスペクト比が５以上を有する翼１をカスケード状に多数並列に設ける。高揚力を発生させることができ、かつ、帆やマストの高さや設置場所の制限を受けることが少ない。また、帆やマストの高さを抑制できることから、同じ揚力を発生するベースで比較すると、甲板に作用する起倒モーメントを小さくでき、甲板の補強を小さくすることができる
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帆走船用翼列式帆に関し、特に高アスペクト比のブレードを翼列状（カスケード状）に多数並列させることにより高揚力を発生させる翼列式帆（カスケード型帆）に関する。なお、本明細書では帆船および汽帆船を総称して「帆走船」と記載する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止のためのＣＯ2削減や省エネルギー効果を実現するために帆船または汽帆船（以下、「帆走船」という）が注目されている。帆走船は推進動力として風力を利用したものであり、ＣＯ2削減および省エネルギー効果を実現することができる。また、一般に、無風時や悪天候時等の航行のためにエンジン等の補助機関を搭載している。
このような帆走船において、筒状の硬質帆を入れ子状に構成して帆を上下方向に伸縮可能にしたもの（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１４６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
船に帆を装備した場合、大面積の帆を装備すれば、帆の推力は増大するが、船上で帆を装備可能な場所は限定されてくる。また帆は相対風を受けて揚力を発生させる三次元翼に相当するものであり、帆の高さ（翼のスパン長さに相当）と帆の幅（翼のコード長に相当）の比（アスペクト比）を大とすれば、発生揚力が大となるが、帆およびマストの高さに制限が生じるため、アスペクト比を大とすることは困難である。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑み、高アスペクト比を有し、帆やマストの高さや設置場所の制限を受けることが少ない帆走船用翼列式帆を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る帆走船用翼列式帆は、マストに支持された台に、高アスペクト比を有する翼をカスケード状に多数並列に設けたことを特徴とする。
また、翼のアスペクト比は５以上とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高揚力を発生させることができ、かつ、帆やマストの高さや設置場所の制限を受けることが少ない帆走船用翼列式帆が得られる。また、帆やマストの高さを抑制できることから、同じ揚力を発生するベースで比較すると、甲板に作用する起倒モーメントを小さくでき、甲板の補強を小さくすることができる。また、マストも細くすることができる。さらには後述するようにマストに作用する水平旋回モーメントを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態における帆走船用翼列式帆の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】帆走船用翼列式帆の起倒および伸縮機構の概要図である。
【図４】翼のアスペクト比の定義を示す図である。
【図５】アスペクト比の変化による揚力係数への影響を表す図である。
【図６】本発明の帆走船用翼列式帆の効果を示すグラフである。
【図７】従来の単葉帆と本発明の翼列式帆によるマストの水平旋回モーメントの比較説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る帆走船用翼列式帆について図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態における帆走船用翼列式帆の正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は帆走船用翼列式帆の起倒および伸縮機構の概要図である。
これらの図において、１０は帆走船用翼列式帆であり、円弧状の断面を有する翼１が、略方形状の台２にカスケード状に多数並列に固定して取り付けられている。台２の中央部下部には凹部３が形成されており、凹部３内において、多数の翼１を持つ台２がマスト４の先端部に軸５を介して起倒、および伸縮が可能に支持されている。また、マスト４はベース６にマスト中心軸回りに回転可能に装着されている。図中、７は起倒用油圧シリンダー、８は伸縮用油圧シリンダーであり、いずれもマスト中心軸に対して対称に一対の油圧シリンダー７、８が設けられている。なお、マスト４の回転機構（帆走船用翼列式帆１０の旋回機構）は図示していないが、ウォーム歯車機構等によりマスト４を回転させることができる。また、１００は帆走船の甲板である。
【００１０】
図４は翼１のアスペクト比の定義を示す図である。アスペクト比は、図４に示すように、翼の高さに相当する「スパン長さ」と翼の幅に相当する「コード長さ」の比を表す。
「スパン長さ」が「コード長さ」に対して十分に大きい場合を「高アスペクト比」と称する。
帆船における帆は、風に対して翼として作用する。従来の帆船では、帆のアスペクト比は、日本丸の場合は帆スパン長さよりも帆コード長さが小さく、したがってアスペクト比は１未満であり、また新愛徳丸の場合はアスペクト比は１．５（帆スパン長さ１２ｍ、帆コード長さ８ｍ）である。
これに対して、本発明の帆１では、アスペクト比は５以上にすることができる。
【００１１】
図５にアスペクト比の変化が揚力係数に及ぼす影響を示す。図５はアスペクト比を変化させた場合の、揚力係数ＣLと迎角αの関係を表したグラフである。
アスペクト比が５（図５の表記では１：５）を超えると揚力係数はあまり変化しないが、アスペクト比が５より小さくなると、揚力係数は減少する。アスペクト比が２（図５の表記では１：２）の場合は、揚力係数はアスペクト比５の場合よりも３０％程度減少する。
【００１２】
図６は本発明の帆走船用翼列式帆１０の効果を示すグラフである。同図に示すように、帆走船用翼列式帆１０と同一の投影面積の円弧断面型単葉帆（一枚帆）と比較した場合、２倍以上の揚力が発生する。
【００１３】
図７は従来の単葉帆と本発明の翼列式帆によるマストの水平旋回モーメントの比較説明図で、（ａ）は従来の単葉帆の場合、（ｂ）は本発明の翼列式帆の場合である。
従来の単葉帆の場合、帆の高さ及び幅が大きいので、風による揚力及び抗力は図７(ａ)に示すように大きくなる。このため、マストには大きな水平旋回モーメントが発生する。なお、揚力及び抗力の中心は、通常の場合、コード長さＬの１／３位の所にくる。
これに対して、本発明の翼列式帆の場合、図７(ｂ）に示すように、マストには小さな水平旋回モーメントしか発生しない。これは、全ての翼の力を合わせると、マスト回りで力が合殺された結果によるからである。
また、本発明の翼列式帆では、マストの水平旋回モーメントが小さくなることから、マストの旋回トルク（保持トルク）が小さくてすむという効果もある。
【符号の説明】
【００１４】
１ 翼
２ 台
３ 凹部
４ マスト
５ 軸
６ ベース
７ 起倒用油圧シリンダー
８ 伸縮用油圧シリンダー
１０ 帆走船用翼列式帆
１００ 帆走船の甲板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帆走船用翼列式帆に関し、特に高アスペクト比のブレードを翼列状（カスケード状）に多数並列させることにより高揚力を発生させる翼列式帆（カスケード型帆）に関する。なお、本明細書では帆船および汽帆船を総称して「帆走船」と記載する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止のためのＣＯ2削減や省エネルギー効果を実現するために帆船または汽帆船（以下、「帆走船」という）が注目されている。帆走船は推進動力として風力を利用したものであり、ＣＯ2削減および省エネルギー効果を実現することができる。また、一般に、無風時や悪天候時等の航行のためにエンジン等の補助機関を搭載している。
このような帆走船において、筒状の硬質帆を入れ子状に構成して帆を上下方向に伸縮可能にしたもの（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１４６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
船に帆を装備した場合、大面積の帆を装備すれば、帆の推力は増大するが、船上で帆を装備可能な場所は限定されてくる。また帆は相対風を受けて揚力を発生させる三次元翼に相当するものであり、帆の高さ（翼のスパン長さに相当）と帆の幅（翼のコード長に相当）の比（アスペクト比）を大とすれば、発生揚力が大となるが、帆およびマストの高さに制限が生じるため、アスペクト比を大とすることは困難である。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑み、高アスペクト比を有し、帆やマストの高さや設置場所の制限を受けることが少ない帆走船用翼列式帆を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る帆走船用翼列式帆は、マストに支持された台に、高アスペクト比を有する翼をカスケード状に多数並列に設けたことを特徴とする。
また、翼のアスペクト比は５以上とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高揚力を発生させることができ、かつ、帆やマストの高さや設置場所の制限を受けることが少ない帆走船用翼列式帆が得られる。また、帆やマストの高さを抑制できることから、同じ揚力を発生するベースで比較すると、甲板に作用する起倒モーメントを小さくでき、甲板の補強を小さくすることができる。また、マストも細くすることができる。さらには後述するようにマストに作用する水平旋回モーメントを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態における帆走船用翼列式帆の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】帆走船用翼列式帆の起倒および伸縮機構の概要図である。
【図４】翼のアスペクト比の定義を示す図である。
【図５】アスペクト比の変化による揚力係数への影響を表す図である。
【図６】本発明の帆走船用翼列式帆の効果を示すグラフである。
【図７】従来の単葉帆と本発明の翼列式帆によるマストの水平旋回モーメントの比較説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る帆走船用翼列式帆について図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態における帆走船用翼列式帆の正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は帆走船用翼列式帆の起倒および伸縮機構の概要図である。
これらの図において、１０は帆走船用翼列式帆であり、円弧状の断面を有する翼１が、略方形状の台２にカスケード状に多数並列に固定して取り付けられている。台２の中央部下部には凹部３が形成されており、凹部３内において、多数の翼１を持つ台２がマスト４の先端部に軸５を介して起倒、および伸縮が可能に支持されている。また、マスト４はベース６にマスト中心軸回りに回転可能に装着されている。図中、７は起倒用油圧シリンダー、８は伸縮用油圧シリンダーであり、いずれもマスト中心軸に対して対称に一対の油圧シリンダー７、８が設けられている。なお、マスト４の回転機構（帆走船用翼列式帆１０の旋回機構）は図示していないが、ウォーム歯車機構等によりマスト４を回転させることができる。また、１００は帆走船の甲板である。
【００１０】
図４は翼１のアスペクト比の定義を示す図である。アスペクト比は、図４に示すように、翼の高さに相当する「スパン長さ」と翼の幅に相当する「コード長さ」の比を表す。
「スパン長さ」が「コード長さ」に対して十分に大きい場合を「高アスペクト比」と称する。
帆船における帆は、風に対して翼として作用する。従来の帆船では、帆のアスペクト比は、日本丸の場合は帆スパン長さよりも帆コード長さが小さく、したがってアスペクト比は１未満であり、また新愛徳丸の場合はアスペクト比は１．５（帆スパン長さ１２ｍ、帆コード長さ８ｍ）である。
これに対して、本発明の帆１では、アスペクト比は５以上にすることができる。
【００１１】
図５にアスペクト比の変化が揚力係数に及ぼす影響を示す。図５はアスペクト比を変化させた場合の、揚力係数ＣLと迎角αの関係を表したグラフである。
アスペクト比が５（図５の表記では１：５）を超えると揚力係数はあまり変化しないが、アスペクト比が５より小さくなると、揚力係数は減少する。アスペクト比が２（図５の表記では１：２）の場合は、揚力係数はアスペクト比５の場合よりも３０％程度減少する。
【００１２】
図６は本発明の帆走船用翼列式帆１０の効果を示すグラフである。同図に示すように、帆走船用翼列式帆１０と同一の投影面積の円弧断面型単葉帆（一枚帆）と比較した場合、２倍以上の揚力が発生する。
【００１３】
図７は従来の単葉帆と本発明の翼列式帆によるマストの水平旋回モーメントの比較説明図で、（ａ）は従来の単葉帆の場合、（ｂ）は本発明の翼列式帆の場合である。
従来の単葉帆の場合、帆の高さ及び幅が大きいので、風による揚力及び抗力は図７(ａ)に示すように大きくなる。このため、マストには大きな水平旋回モーメントが発生する。なお、揚力及び抗力の中心は、通常の場合、コード長さＬの１／３位の所にくる。
これに対して、本発明の翼列式帆の場合、図７(ｂ）に示すように、マストには小さな水平旋回モーメントしか発生しない。これは、全ての翼の力を合わせると、マスト回りで力が合殺された結果によるからである。
また、本発明の翼列式帆では、マストの水平旋回モーメントが小さくなることから、マストの旋回トルク（保持トルク）が小さくてすむという効果もある。
【符号の説明】
【００１４】
１ 翼
２ 台
３ 凹部
４ マスト
５ 軸
６ ベース
７ 起倒用油圧シリンダー
８ 伸縮用油圧シリンダー
１０ 帆走船用翼列式帆
１００ 帆走船の甲板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マストに支持された台に、高アスペクト比を有する翼をカスケード状に多数並列に設けたことを特徴とする帆走船用翼列式帆。
【請求項２】
翼のアスペクト比は５以上であることを特徴とする請求項１記載の帆走船用翼列式帆。
【請求項１】
マストに支持された台に、高アスペクト比を有する翼をカスケード状に多数並列に設けたことを特徴とする帆走船用翼列式帆。
【請求項２】
翼のアスペクト比は５以上であることを特徴とする請求項１記載の帆走船用翼列式帆。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６５６２（Ｐ２０１２−６５６２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４６６３７（Ｐ２０１０−１４６６３７）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（５０２１１６９２２）ユニバーサル造船株式会社 (172)
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（５０２１１６９２２）ユニバーサル造船株式会社 (172)
[ Back to top ]