波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造
【課題】平水中抵抗を増加させることなく波浪中抵抗増加を低減させる波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を提供すること。
【解決手段】船舶１０の船首部１１に設けたアンカー用のボルスター２０と、波を押し分ける波浪中抵抗増加低減ステップ３０とを備え、波浪中抵抗増加低減ステップ３０を、ボルスター２０の下方で船首部１１における静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けて、波浪中におけるボルスター２０による抵抗増加を低減したことを特徴とする。
【解決手段】船舶１０の船首部１１に設けたアンカー用のボルスター２０と、波を押し分ける波浪中抵抗増加低減ステップ３０とを備え、波浪中抵抗増加低減ステップ３０を、ボルスター２０の下方で船首部１１における静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けて、波浪中におけるボルスター２０による抵抗増加を低減したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平水中抵抗を増加させることなく波浪中抵抗増加を低減させる波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、波浪中抵抗低減、波浪による揺れ低減、又は波浪衝撃の緩和などを目的として船体に構造物を取り付けることが提案されている。
例えば、特許文献１では、波浪中抵抗増加を低減する目的で船首から船央にかけて張り出しフィンを設けることが開示されている。この張り出しフィンは、船体の船首部、又は船尾部、あるいはその両者に略水平に設けるものであり、船体の喫水線より高い位置に設けている。波浪中には、張り出しフィンが水中に没したり空中に出たりするようになり、張り出しフィンが水中を移動する場合には船体が流体から抵抗を受けることで、船体の上下揺れや縦揺れに対して減衰力となることを狙っており、船体運動の低減によって波浪中抵抗増加を低減している。
また、特許文献２では、波浪による船舶の縦揺れを低減する目的で船首端から左右両舷側部に沿いながら後方へゆくにしたがい低下するように傾斜した帯状突起を設けることが開示されている。この帯状突起は、満載喫水線よりも上方の船体外板面に、海水との相互作用で造波減衰力の増大をもたらすように設けられ、波浪中を航行する際の船体のピッチングやヒービングなどの船体運動を抑制するものである。
【０００３】
また、特許文献３では、波浪時の振動及び騒音を低減する目的で船首部に後方を低くした板状質量部材を設けることが開示されている。この板状質量部材は、空気浮上型高速艇のように高速度で航行する船舶に関し、特に波浪時の船体振動や騒音の発生を軽減させるもので、高速艇における波浪衝撃力を緩和することで振動や騒音を防止している。
また、特許文献４では、スプレー波の発生を防止する目的で船首部に水平なスプレー防止フィンを設けることが開示されている。スプレー波は、砕波を起こすとき船体に対する砕波抵抗を増加させるとともに砕波雑音の発生や視界を悪くすることもあることから、スプレー波が発生した後ではなく、スプレー防止フィンによってスプレー波の発生を未然に防止している。従って、スプレー波の発生自体を防止するために、スプレー防止フィンは喫水面すれすれに設け、船首先端から船体の両側面にわたって設けている。
【０００４】
また、特許文献５では、強烈な波浪衝撃を緩和する目的で船首部から後方に向かって下方に傾斜した条溝を設けることが開示されている。この条溝は、喫水線よりも上の船首部外面に平行に複数設けることで、強烈な波浪衝撃による船首外板の凹損を防止している。
また、特許文献６では、船首に当たる波浪の砕波による船体抵抗の増加を減少する目的で水平な防波フェンダーを設けることが開示されている。短波長不規則波は、波高に随って適宜段階の防波フェンダーにより騰勢を消去され、各防波フェンダーの下面に沿って両船側に流れ、エネルギー損となる砕波を生じさせないものである。
【０００５】
また、特許文献７では、船首部の波浪衝撃緩和を図る目的で、フレア角が３０度以上の外板に突起体を設けることが開示されている。特許文献７は、その前提条件としてフレア角が３０度以上の外板を形成することで甲板面積を広くとる船舶に関するものであり、このフレア角が３０度以上の外板では損傷率が飛躍的に大きくなるために、外板への波浪による衝撃を緩和するために突起体を設けている。
また、特許文献８では、造波抵抗が少なく横安定性に優れた高速横安定性船体構造を提供する目的で船首部から船尾部に向かって延びる波返し材を設けることが開示されている。この波返し材は、高速船特有のスプレーのはい上がり防止のためのものであり、スプレーのはい上がりを衝突させて反作用力による高速走行時の横安定性を図ることからも船体に対して十分な長さが必要なものである。
また、特許文献９では、波の発生を防止する目的で水平方向の波抑制板体を設けることが開示されている。この波抑制板体は船尾部に設けるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６７２９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３６７８０号公報
【特許文献３】特開平６−１４４３４５号公報
【特許文献４】特開２００１−２４７０７５号公報
【特許文献５】実願昭４８−７６８８０号（実開昭５０−２３８８０号）の願書に添付した明細書及び図面の内容を撮影したマイクロフィルム（昭和５０年３月１８日特許庁発行）公報
【特許文献６】実願昭５８−１５７９６号（実開昭５９−１２１２９３号）の願書に添付した明細書及び図面の内容を撮影したマイクロフィルム（昭和５９年８月１５日特許庁発行）公報
【特許文献７】実願昭５９−７８０５４号（実開昭６０−１８９４８６号）の願書に添付した明細書及び図面の内容を撮影したマイクロフィルム（昭和６０年１２月１６日特許庁発行）公報
【特許文献８】特開平６−１２２３９０号公報
【特許文献９】特開平９−１７５４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
船首にアンカー用のボルスターを備えた船舶では、ボルスターへの波の影響により波浪中抵抗が増加してしまうが、ボルスターによる波浪中抵抗増加を低減させることは今まで着目されていない。
また、航行時には船首部において静的水位が上昇するため、この航行時の静的水位上昇位置より下方に位置する構造物は流体抵抗を受けて平水中抵抗を増加させてしまう。
特許文献１から９に開示された構造は、いずれもボルスターによる波浪中抵抗増加を低減させるものではなく、また静的水位上昇位置に着目したものも存在しない。
【０００８】
そこで本発明は、平水中抵抗を増加させることなく波浪中抵抗増加を低減させる波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造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】
【０００９】
請求項１記載に対応した波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造においては、船舶の船首部に設けたアンカー用のボルスターと、波を押し分ける波浪中抵抗増加低減ステップとを備え、波浪中抵抗増加低減ステップを、ボルスターの下方で船首部における静的水位上昇位置よりも上方に設けて、波浪中におけるボルスターによる抵抗増加を低減したことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、ボルスターに向かっていく波が波浪中抵抗増加低減ステップによって押し分けられるため、ボルスターへの波の衝突を少なくすることができ、波浪中抵抗増加を低減できる。波浪中抵抗増加低減ステップを静的水位上昇位置よりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より上方向に３０°以上に設定したことを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、波浪中抵抗増加低減ステップの下面への波の衝突による衝撃を緩和することができ、波浪中抵抗増加低減ステップの損傷を防止することができる。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップの船舶の前後方向の幅をボルスターの幅よりも大きく設定したことを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、ボルスターへの波の衝突を確実に低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップの船首部の表面からの突出寸法をボルスターの突出寸法よりも小さく設定したことを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、ボルスターとしての本来の機能を損なうことなく、ボルスターへの波の衝突を低減するとともに波浪中抵抗増加低減ステップへの波の衝突を低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
請求項５記載に対応した波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造においては、船舶の船体側部に波を打ち返す波浪中抵抗増加低減ステップを備え、波浪中抵抗増加低減ステップを、船体側部における静的水位上昇位置よりも上方に設けて、波浪中における船体側部の抵抗増加を低減したことを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、波浪中抵抗増加低減ステップによって波の高さを低く抑えることで波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップを静的水位上昇位置よりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップを、静的水位上昇位置の最大高さ位置よりも後方に設けたことを特徴とする。静的水位上昇位置の最大高さ位置では、波浪中には波浪中抵抗増加低減ステップに波がかぶってしまうことが多く発生してしまうが、請求項６に記載の本発明によれば、波浪中抵抗増加低減ステップを最大高さ位置よりも後方に設けることで水中に没することがないために平水中抵抗を増加させず、また波を打ち返すことで波浪中における抵抗を低減することができる。
請求項７記載の本発明は、請求項５に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップを、静的水位上昇位置の低下率変化範囲に設けたことを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、静的水位上昇位置の低下率変化範囲で波の動きを更に低下させる方向に変化させるために、波の高さ低減を効果的に行える。
請求項８記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップを、船舶の後方に向かって高くしたことを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、波浪中抵抗増加低減ステップの下面に作用する波の力によって進行方向に抗力を生じ、この抗力を推力に利用することができる。
請求項９記載の本発明は、請求項５から請求項８のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より下方向に設定したことを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、波の打ち返し効果を大きくでき、波浪中抵抗増加の低減効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、ボルスターに向かっていく波が波浪中抵抗増加低減ステップによって押し分けられるため、ボルスターへの波の衝突を少なくすることができ、波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップを静的水位上昇位置よりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
なお、波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より上方向に３０°以上に設定した場合には、波浪中抵抗増加低減ステップの下面への波の衝突による衝撃を緩和することができ、波浪中抵抗増加低減ステップの損傷を防止することができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップの船舶の前後方向の幅をボルスターの幅よりも大きく設定した場合には、ボルスターへの波の衝突を確実に低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップの船首部の表面からの突出寸法をボルスターの突出寸法よりも小さく設定した場合には、ボルスターとしての本来の機能を損なうことなく、ボルスターへの波の衝突を低減するとともに波浪中抵抗増加低減ステップへの波の衝突を低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
また、本発明の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、波浪中抵抗増加低減ステップによって波の高さを低く抑えることで波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップを静的水位上昇位置よりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
また、波浪中抵抗増加低減ステップを、静的水位上昇位置の最大高さ位置よりも後方に設けた場合には、波浪中抵抗増加低減ステップが水中に没することが少ないために平水中抵抗を増加させず、また波を打ち返すことで波浪中における抵抗を低減することができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップを、静的水位上昇位置の低下率変化範囲に設けた場合には、静的水位上昇位置の低下率変化範囲で波の動きを更に低下させる方向に変化させるために、波の高さ低減を効果的に行える。
また、波浪中抵抗増加低減ステップを、船舶の後方に向かって高くした場合には、波浪中抵抗増加低減ステップの下面に作用する波の力によって進行方向に抗力を生じ、この抗力を推力に利用することができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より下方向に設定した場合には、波の打ち返し効果を大きくでき、波浪中抵抗増加の低減効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、
【図２】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す図１における要部概念Ｅ−Ｅ矢視図
【図３】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念斜視図
【図４】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率を示すグラフ
【図５】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率の速度影響を示すグラフ
【図６】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率の波高影響を示すグラフ
【図７】本発明の第２の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図
【図８】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す図７における要部概念Ｆ−Ｆ矢視図
【図９】実験結果に基づく静的水位上昇位置を示す要部概念側面図
【図１０】同実験に用いた喫水位置における船体形状と静的水位上昇位置の投影形状を示す図
【図１１】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率を示すグラフ
【図１２】本発明の第３の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、
【図１３】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す図１２における要部概念Ｇ−Ｇ矢視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の第１の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造について説明する。
図１は本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、図２は図１における要部概念Ｅ−Ｅ矢視図、図３は同要部概念斜視図である。
本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造は、船舶１０の船首部１１に設けたアンカー用のボルスター２０と、波を押し分ける波浪中抵抗増加低減ステップ３０とを備えている。波浪中抵抗増加低減ステップ３０は、ボルスター２０の下方で船首部１１における静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けて、波浪中におけるボルスター２０による抵抗増加を低減している。
【００１３】
静的水位上昇位置とは、平水中（波の無い状態）での船舶の走行時に生じる水面の盛り上がり位置のことであり、船舶１０には設計時に代表的な船舶速度として航海速力が設定されており、静的水位上昇位置は船舶１０毎に設定されている航海速力での速度によって生じるものとしている。
静的水位上昇位置Ａは、特に船首部１１において喫水線Ｃよりも盛り上がり、滑らかに下降して喫水線Ｃに近づくような状態となる。
波浪中抵抗増加低減ステップ３０の船舶１０の前後方向の幅Ｗ１は、ボルスター２０の幅Ｗ２よりも大きく設定している。図示の場合には、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の前端は、ボルスター２０の前端位置とボルスター２０の中心位置との間に配置し、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の後端は、ボルスター２０の後端位置よりも後方に配置している。
【００１４】
なお、図では船舶１０の一方の側面だけを示しているが、船舶１０の他方の側面も同様の構成となっている。また、ボルスター２０が図示の場合よりも船舶１０の後方側に位置させる場合には、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の前端は、ボルスター２０の前端位置よりも前方に配置する。
波浪中抵抗増加低減ステップ３０の下面３１は、水平面Ｂより上方向に３０°以上の角度αに設定し、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の船首部１１の表面からの突出寸法Ｈ１はボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定している。ここではボルスター２０の突出寸法Ｈ２は、ボルスター２０の下端における寸法である。ボルスター２０は、アンカーの一部や鎖等が船体に擦れ、アンカーの下降や上昇に支障を来したり、船体を損傷することを防止する目的で設けられているが、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の突出寸法Ｈ１をボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定することにより、アンカーが波浪中抵抗増加低減ステップ３０に引っ掛かったり損傷したりすることが無く、ボルスター２０としての本来の機能を果たせる。
【００１５】
図４は、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率を示すグラフである。
実験は、本出願人の水槽（長さ１５０ｍ）で実施した。
模型船は、船長３．５ｍとし、実船として船長１９０ｍ程度を想定した。波状態は、実船換算波高３ｍ、波長船長比０．５を想定し向波とした。また、計画速力は１．５ｍ／ｓ（２１ｋｎｏｔ）とした。
また波浪中抵抗増加低減ステップ３０は、実船スケールとして幅Ｗ１が５ｍ、高さが１．５ｍを想定し、角度αを３２°とした縮尺モデルを用いた。
【００１６】
図４において、比較例１は波浪中抵抗増加低減ステップ３０を持たないものであり、実施例１は波浪中抵抗増加低減ステップ３０を取り付けたものである。
図４における縦軸は波高を使って無次元化した抵抗増加係数（ＫＡＷ）であり、実施例１は比較例１に対して１０％の波浪中抵抗増加低減率の効果があることが分かった。
以上のとおり実験結果によれば、波浪中抵抗増加低減ステップを備えることで、波高３ｍ相当、向波、計画速力２１ｋｎｏｔで波浪中抵抗増加１０％減の見込みであることが明らかとなった。
【００１７】
図５は、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率の速度影響を示すグラフである。
図５における実施例１は、図４における実施例１と同一条件による実験値であり、実施例２及び実施例３は実施例１と試験速度を変更したものである。なお、比較例１は、図４における比較例１と同一条件による実験値であり、比較例２及び比較例３は実施例２及び実施例３と試験速度を同じとしたものである。
【００１８】
実施例１は試験速度を１．５ｍ／ｓ（２１ｋｎｏｔ）としたのに対して、実施例２は試験速度１．３ｍ／ｓ（１９ｋｎｏｔ）、実施例３は試験速度１．１ｍ／ｓ（１５ｋｎｏｔ）とした。
図５に示すように、速度が計画速力より低い場合においても、船首造波が抑えられ低減効果は小さくなるが、抵抗が増加することがないことを確認できた。
【００１９】
図６は、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率の波高影響を示すグラフである。
図６における実施例１は、図４及び図５における実施例１と同一条件による実験値であり、実施例４及び実施例５は実施例１と試験波高を変更したものである。なお、比較例１は、図４及び図５における比較例１と同一条件による実験値であり、比較例４及び比較例５は実施例４及び実施例５と試験波高を同じとしたものである。
実施例１は波高換算３ｍ、としたのに対して、実施例４は波高２ｍ、実施例５は波高４ｍ、とした。
図６に示すように、波高３ｍ相当の波高から多少変化した場合でも、抵抗低減効果が認められた。
【００２０】
第１の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、ボルスター２０に向かっていく波が波浪中抵抗増加低減ステップ３０によって押し分けられるため、ボルスター２０への波の衝突を少なくすることができ、波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップ３０を静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
【００２１】
なお、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の下面３１の角度を水平面より上方向に３０°以上に設定しているので、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の下面３１への波の衝突による衝撃を緩和することができ、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の損傷を防止することができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の船舶１０の前後方向の幅Ｗ１をボルスター２０の幅Ｗ２よりも大きく設定しているので、ボルスター２０への波の衝突を低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の船首部１１の表面からの突出寸法Ｈ１をボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定しているので、ボルスター２０としての本来の機能を果しつつ、ボルスター２０への波の衝突を低減するとともに波浪中抵抗増加低減ステップ３０への波の衝突を低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
【００２２】
以下に、本発明の第２の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造について説明する。
図７は本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、図８は図７における要部概念Ｆ−Ｆ矢視図である。なお、上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。また、図では船舶１０の一方の側面だけを示しているが、船舶１０の他方の側面も同様の構成となっている。この図７の第２の実施形態における静的水位上昇位置は、船舶１０の設計時の航海速力を図１の場合よりも大きく想定した試験速度としているので、図１における静的水位上昇位置よりも高いレベルとなっている。
【００２３】
本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造は、船舶１０の船体側部に波を打ち返す波浪中抵抗増加低減ステップ４０を備えている。波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、船体側部における静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けて、波浪中における船体側部の抵抗増加を低減している。
波浪中抵抗増加低減ステップ４０の下面４１は、水平面Ｂより下方向に角度βに設定し、波浪中抵抗増加低減ステップ４０の船首部１１の表面からの突出寸法Ｈ１はボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定している。なお、船体側部の波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、ボルスター２０の本来の機能を損なうおそれのない場合は、突出寸法Ｈ１を突出寸法Ｈ２と同等もしくは大きく設定することもできる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、船舶１０の後方に向かって低くしている。ここで波浪中抵抗増加低減ステップ４０の後方への傾斜角は、波浪中抵抗増加低減ステップ４０の設置位置における静的水位上昇位置Ａの傾斜角と同等か、この位置における静的水位上昇位置Ａの傾斜角よりも大きな角度とする。
【００２４】
次に、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップの設置位置について図９及び図１０を用いて説明する。
図９は、実験結果に基づく静的水位上昇位置を示す要部概念側面図、図１０は同実験に用いた喫水位置における船体形状と静的水位上昇位置の投影形状を示す図である。なお、図９、図１０の横軸における文字は、実船としてのセクション番号を示している。また、図１０の縦軸における数値は、実船としての水平方向距離を船幅で割った値を示しているが船幅の中心をゼロとして片側だけを示している。図１０では、喫水位置における船体形状と静的水位上昇位置の投影形状を示している。
【００２５】
実験は、本出願人の水槽（長さ１５０ｍ）で実施した。模型船は、船長３．５ｍとし、実船として船長１９０ｍ程度を想定した。波状態は、実船換算波高３ｍ、波長船長比０．５を想定し向波とした。また、速度は１．６ｍ／ｓ（２２ｋｎｏｔ）とした。
【００２６】
図に示すように、静的水位上昇位置Ａは、船首部１１において最大高さが形成され、この最大高さ位置から後方に向かって徐々に低下して喫水線Ｃに近づくが、低下率が大きく変化する低下率変化範囲Ｄが存在することが分かる。本実験では最大高さ位置は、船首部１１先端に生じているが、条件によっては船体の後方にずれることもある。本実験では、喫水線Ｃにおける船首先端ＦＰからＳ．Ｓ．９．６の位置で低下率変化範囲Ｄが始まり、低下率変化範囲Ｄは、喫水線Ｃにおける船首先端ＦＰからＳ．Ｓ．９．２６の位置までとなっている。
波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、静的水位上昇位置Ａの最大高さ位置よりも後方であり、更には静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄに設けることが好ましい。
【００２７】
図１１は、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率を示すグラフである。
波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、実船スケールとして幅４ｍ、後方への傾斜角を２０°、下面の角度βを１２°とした。
図１１において、比較例６は波浪中抵抗増加低減ステップ４０を持たないものであり、実施例６は波浪中抵抗増加低減ステップ４０を取り付けたものである。
図１１における縦軸は波高を使って無次元化した抵抗増加係数（ＫＡＷ）であり、実施例６は比較例６に対して７．４％の波浪中抵抗増加低減率の効果があることが分かった。
以上のとおり実験結果によれば、波浪中抵抗増加低減ステップを備えることで、波高３ｍ相当、向波、速度（２２ｋｎｏｔ）で波浪中抵抗増加７％減の見込みであることが明らかとなった。
【００２８】
第２の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、波浪中抵抗増加低減ステップ４０によって波の高さを低く抑えることで波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０を静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０を、静的水位上昇位置Ａの最大高さ位置よりも後方に設けているので、波浪中抵抗増加低減ステップ４０が水中に没することが少ないために平水中抵抗を増加させず、また波を打ち返すことで波浪中における抵抗を低減することができる。
【００２９】
また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０を、静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄに設けているので、静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄで波の動きを更に低下させる方向に変化させるために、波の高さ低減を効果的に行える。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０の下面４１の角度を水平面より下方向に設定しているので、波の打ち返し効果を大きくでき、波浪中抵抗増加の低減効果を高めることができる。
【００３０】
以下に、本発明の第３の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造について説明する。
図１２は本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、図１３は同図１２における要部概念Ｇ−Ｇ矢視図である。なお、上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。また、図では船舶１０の一方の側面だけを示しているが、船舶１０の他方の側面も同様の構成となっている。
【００３１】
本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造は、船舶１０の船体側部に波を打ち返す波浪中抵抗増加低減ステップ５０を備えている。波浪中抵抗増加低減ステップ５０は、船体側部における静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けて、波浪中における船体側部の抵抗増加を低減している。
波浪中抵抗増加低減ステップ５０の下面５１は、水平面Ｂより下方向に角度βに設定し、波浪中抵抗増加低減ステップ５０の船首部１１の表面からの突出寸法Ｈ１はボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定している。なお、船体側部の波浪中抵抗増加低減ステップ５０は、ボルスター２０の本来の機能を損なうおそれのない場合は、突出寸法Ｈ１を突出寸法Ｈ２と同等もしくは大きく設定することもできる。
波浪中抵抗増加低減ステップ５０は、船舶１０の後方に向かって高くしている。なお、波浪中抵抗増加低減ステップ５０は、静的水位上昇位置Ａの最大高さ位置よりも後方であり、更には静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄに設けることが好ましい。
【００３２】
第３の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、波浪中抵抗増加低減ステップ５０によって波の高さを低く抑えることで波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０を静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０を、静的水位上昇位置Ａの最大高さ位置よりも後方に設けているので、波浪中抵抗増加低減ステップ５０が水中に没することが少ないために平水中抵抗を増加させず、また波を打ち返すことで波浪中における抵抗を低減することができる。
【００３３】
また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０を、静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄに設けているので、静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄで波の動きを更に低下させる方向に変化させるために、波の高さ低減を効果的に行える。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０の下面５１の角度を水平面より下方向に設定しているので、波の打ち返し効果を大きくでき、波浪中抵抗増加の低減効果を高めることができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０を船舶１０の後方に向かって高くしているので、図１２に示すように波浪中抵抗増加低減ステップ５０の下面５１に作用する波の力によって進行方向に抗力を生じ、この抗力を太矢印で示すように推力に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、船首にボルスターを備えた船舶に用いられ、特にコンテナ船をはじめ、油タンカー、ＬＮＧ船、又はＬＰＧ船などの船舶に広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 船舶
１１ 船首部
２０ ボルスター
３０ 波浪中抵抗増加低減ステップ
３１ 下面
４０ 波浪中抵抗増加低減ステップ
４１ 下面
５０ 波浪中抵抗増加低減ステップ
５１ 下面
Ａ 静的水位上昇位置
Ｂ 水平面
Ｃ 喫水線
Ｄ 低下率変化範囲
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平水中抵抗を増加させることなく波浪中抵抗増加を低減させる波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、波浪中抵抗低減、波浪による揺れ低減、又は波浪衝撃の緩和などを目的として船体に構造物を取り付けることが提案されている。
例えば、特許文献１では、波浪中抵抗増加を低減する目的で船首から船央にかけて張り出しフィンを設けることが開示されている。この張り出しフィンは、船体の船首部、又は船尾部、あるいはその両者に略水平に設けるものであり、船体の喫水線より高い位置に設けている。波浪中には、張り出しフィンが水中に没したり空中に出たりするようになり、張り出しフィンが水中を移動する場合には船体が流体から抵抗を受けることで、船体の上下揺れや縦揺れに対して減衰力となることを狙っており、船体運動の低減によって波浪中抵抗増加を低減している。
また、特許文献２では、波浪による船舶の縦揺れを低減する目的で船首端から左右両舷側部に沿いながら後方へゆくにしたがい低下するように傾斜した帯状突起を設けることが開示されている。この帯状突起は、満載喫水線よりも上方の船体外板面に、海水との相互作用で造波減衰力の増大をもたらすように設けられ、波浪中を航行する際の船体のピッチングやヒービングなどの船体運動を抑制するものである。
【０００３】
また、特許文献３では、波浪時の振動及び騒音を低減する目的で船首部に後方を低くした板状質量部材を設けることが開示されている。この板状質量部材は、空気浮上型高速艇のように高速度で航行する船舶に関し、特に波浪時の船体振動や騒音の発生を軽減させるもので、高速艇における波浪衝撃力を緩和することで振動や騒音を防止している。
また、特許文献４では、スプレー波の発生を防止する目的で船首部に水平なスプレー防止フィンを設けることが開示されている。スプレー波は、砕波を起こすとき船体に対する砕波抵抗を増加させるとともに砕波雑音の発生や視界を悪くすることもあることから、スプレー波が発生した後ではなく、スプレー防止フィンによってスプレー波の発生を未然に防止している。従って、スプレー波の発生自体を防止するために、スプレー防止フィンは喫水面すれすれに設け、船首先端から船体の両側面にわたって設けている。
【０００４】
また、特許文献５では、強烈な波浪衝撃を緩和する目的で船首部から後方に向かって下方に傾斜した条溝を設けることが開示されている。この条溝は、喫水線よりも上の船首部外面に平行に複数設けることで、強烈な波浪衝撃による船首外板の凹損を防止している。
また、特許文献６では、船首に当たる波浪の砕波による船体抵抗の増加を減少する目的で水平な防波フェンダーを設けることが開示されている。短波長不規則波は、波高に随って適宜段階の防波フェンダーにより騰勢を消去され、各防波フェンダーの下面に沿って両船側に流れ、エネルギー損となる砕波を生じさせないものである。
【０００５】
また、特許文献７では、船首部の波浪衝撃緩和を図る目的で、フレア角が３０度以上の外板に突起体を設けることが開示されている。特許文献７は、その前提条件としてフレア角が３０度以上の外板を形成することで甲板面積を広くとる船舶に関するものであり、このフレア角が３０度以上の外板では損傷率が飛躍的に大きくなるために、外板への波浪による衝撃を緩和するために突起体を設けている。
また、特許文献８では、造波抵抗が少なく横安定性に優れた高速横安定性船体構造を提供する目的で船首部から船尾部に向かって延びる波返し材を設けることが開示されている。この波返し材は、高速船特有のスプレーのはい上がり防止のためのものであり、スプレーのはい上がりを衝突させて反作用力による高速走行時の横安定性を図ることからも船体に対して十分な長さが必要なものである。
また、特許文献９では、波の発生を防止する目的で水平方向の波抑制板体を設けることが開示されている。この波抑制板体は船尾部に設けるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６７２９３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３６７８０号公報
【特許文献３】特開平６−１４４３４５号公報
【特許文献４】特開２００１−２４７０７５号公報
【特許文献５】実願昭４８−７６８８０号（実開昭５０−２３８８０号）の願書に添付した明細書及び図面の内容を撮影したマイクロフィルム（昭和５０年３月１８日特許庁発行）公報
【特許文献６】実願昭５８−１５７９６号（実開昭５９−１２１２９３号）の願書に添付した明細書及び図面の内容を撮影したマイクロフィルム（昭和５９年８月１５日特許庁発行）公報
【特許文献７】実願昭５９−７８０５４号（実開昭６０−１８９４８６号）の願書に添付した明細書及び図面の内容を撮影したマイクロフィルム（昭和６０年１２月１６日特許庁発行）公報
【特許文献８】特開平６−１２２３９０号公報
【特許文献９】特開平９−１７５４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
船首にアンカー用のボルスターを備えた船舶では、ボルスターへの波の影響により波浪中抵抗が増加してしまうが、ボルスターによる波浪中抵抗増加を低減させることは今まで着目されていない。
また、航行時には船首部において静的水位が上昇するため、この航行時の静的水位上昇位置より下方に位置する構造物は流体抵抗を受けて平水中抵抗を増加させてしまう。
特許文献１から９に開示された構造は、いずれもボルスターによる波浪中抵抗増加を低減させるものではなく、また静的水位上昇位置に着目したものも存在しない。
【０００８】
そこで本発明は、平水中抵抗を増加させることなく波浪中抵抗増加を低減させる波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造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】
【０００９】
請求項１記載に対応した波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造においては、船舶の船首部に設けたアンカー用のボルスターと、波を押し分ける波浪中抵抗増加低減ステップとを備え、波浪中抵抗増加低減ステップを、ボルスターの下方で船首部における静的水位上昇位置よりも上方に設けて、波浪中におけるボルスターによる抵抗増加を低減したことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、ボルスターに向かっていく波が波浪中抵抗増加低減ステップによって押し分けられるため、ボルスターへの波の衝突を少なくすることができ、波浪中抵抗増加を低減できる。波浪中抵抗増加低減ステップを静的水位上昇位置よりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より上方向に３０°以上に設定したことを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、波浪中抵抗増加低減ステップの下面への波の衝突による衝撃を緩和することができ、波浪中抵抗増加低減ステップの損傷を防止することができる。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップの船舶の前後方向の幅をボルスターの幅よりも大きく設定したことを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、ボルスターへの波の衝突を確実に低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップの船首部の表面からの突出寸法をボルスターの突出寸法よりも小さく設定したことを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、ボルスターとしての本来の機能を損なうことなく、ボルスターへの波の衝突を低減するとともに波浪中抵抗増加低減ステップへの波の衝突を低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
請求項５記載に対応した波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造においては、船舶の船体側部に波を打ち返す波浪中抵抗増加低減ステップを備え、波浪中抵抗増加低減ステップを、船体側部における静的水位上昇位置よりも上方に設けて、波浪中における船体側部の抵抗増加を低減したことを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、波浪中抵抗増加低減ステップによって波の高さを低く抑えることで波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップを静的水位上昇位置よりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップを、静的水位上昇位置の最大高さ位置よりも後方に設けたことを特徴とする。静的水位上昇位置の最大高さ位置では、波浪中には波浪中抵抗増加低減ステップに波がかぶってしまうことが多く発生してしまうが、請求項６に記載の本発明によれば、波浪中抵抗増加低減ステップを最大高さ位置よりも後方に設けることで水中に没することがないために平水中抵抗を増加させず、また波を打ち返すことで波浪中における抵抗を低減することができる。
請求項７記載の本発明は、請求項５に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップを、静的水位上昇位置の低下率変化範囲に設けたことを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、静的水位上昇位置の低下率変化範囲で波の動きを更に低下させる方向に変化させるために、波の高さ低減を効果的に行える。
請求項８記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップを、船舶の後方に向かって高くしたことを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、波浪中抵抗増加低減ステップの下面に作用する波の力によって進行方向に抗力を生じ、この抗力を推力に利用することができる。
請求項９記載の本発明は、請求項５から請求項８のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造において、波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より下方向に設定したことを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、波の打ち返し効果を大きくでき、波浪中抵抗増加の低減効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、ボルスターに向かっていく波が波浪中抵抗増加低減ステップによって押し分けられるため、ボルスターへの波の衝突を少なくすることができ、波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップを静的水位上昇位置よりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
なお、波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より上方向に３０°以上に設定した場合には、波浪中抵抗増加低減ステップの下面への波の衝突による衝撃を緩和することができ、波浪中抵抗増加低減ステップの損傷を防止することができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップの船舶の前後方向の幅をボルスターの幅よりも大きく設定した場合には、ボルスターへの波の衝突を確実に低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップの船首部の表面からの突出寸法をボルスターの突出寸法よりも小さく設定した場合には、ボルスターとしての本来の機能を損なうことなく、ボルスターへの波の衝突を低減するとともに波浪中抵抗増加低減ステップへの波の衝突を低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
また、本発明の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、波浪中抵抗増加低減ステップによって波の高さを低く抑えることで波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップを静的水位上昇位置よりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
また、波浪中抵抗増加低減ステップを、静的水位上昇位置の最大高さ位置よりも後方に設けた場合には、波浪中抵抗増加低減ステップが水中に没することが少ないために平水中抵抗を増加させず、また波を打ち返すことで波浪中における抵抗を低減することができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップを、静的水位上昇位置の低下率変化範囲に設けた場合には、静的水位上昇位置の低下率変化範囲で波の動きを更に低下させる方向に変化させるために、波の高さ低減を効果的に行える。
また、波浪中抵抗増加低減ステップを、船舶の後方に向かって高くした場合には、波浪中抵抗増加低減ステップの下面に作用する波の力によって進行方向に抗力を生じ、この抗力を推力に利用することができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より下方向に設定した場合には、波の打ち返し効果を大きくでき、波浪中抵抗増加の低減効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、
【図２】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す図１における要部概念Ｅ−Ｅ矢視図
【図３】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念斜視図
【図４】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率を示すグラフ
【図５】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率の速度影響を示すグラフ
【図６】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率の波高影響を示すグラフ
【図７】本発明の第２の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図
【図８】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す図７における要部概念Ｆ−Ｆ矢視図
【図９】実験結果に基づく静的水位上昇位置を示す要部概念側面図
【図１０】同実験に用いた喫水位置における船体形状と静的水位上昇位置の投影形状を示す図
【図１１】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率を示すグラフ
【図１２】本発明の第３の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、
【図１３】本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す図１２における要部概念Ｇ−Ｇ矢視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の第１の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造について説明する。
図１は本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、図２は図１における要部概念Ｅ−Ｅ矢視図、図３は同要部概念斜視図である。
本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造は、船舶１０の船首部１１に設けたアンカー用のボルスター２０と、波を押し分ける波浪中抵抗増加低減ステップ３０とを備えている。波浪中抵抗増加低減ステップ３０は、ボルスター２０の下方で船首部１１における静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けて、波浪中におけるボルスター２０による抵抗増加を低減している。
【００１３】
静的水位上昇位置とは、平水中（波の無い状態）での船舶の走行時に生じる水面の盛り上がり位置のことであり、船舶１０には設計時に代表的な船舶速度として航海速力が設定されており、静的水位上昇位置は船舶１０毎に設定されている航海速力での速度によって生じるものとしている。
静的水位上昇位置Ａは、特に船首部１１において喫水線Ｃよりも盛り上がり、滑らかに下降して喫水線Ｃに近づくような状態となる。
波浪中抵抗増加低減ステップ３０の船舶１０の前後方向の幅Ｗ１は、ボルスター２０の幅Ｗ２よりも大きく設定している。図示の場合には、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の前端は、ボルスター２０の前端位置とボルスター２０の中心位置との間に配置し、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の後端は、ボルスター２０の後端位置よりも後方に配置している。
【００１４】
なお、図では船舶１０の一方の側面だけを示しているが、船舶１０の他方の側面も同様の構成となっている。また、ボルスター２０が図示の場合よりも船舶１０の後方側に位置させる場合には、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の前端は、ボルスター２０の前端位置よりも前方に配置する。
波浪中抵抗増加低減ステップ３０の下面３１は、水平面Ｂより上方向に３０°以上の角度αに設定し、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の船首部１１の表面からの突出寸法Ｈ１はボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定している。ここではボルスター２０の突出寸法Ｈ２は、ボルスター２０の下端における寸法である。ボルスター２０は、アンカーの一部や鎖等が船体に擦れ、アンカーの下降や上昇に支障を来したり、船体を損傷することを防止する目的で設けられているが、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の突出寸法Ｈ１をボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定することにより、アンカーが波浪中抵抗増加低減ステップ３０に引っ掛かったり損傷したりすることが無く、ボルスター２０としての本来の機能を果たせる。
【００１５】
図４は、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率を示すグラフである。
実験は、本出願人の水槽（長さ１５０ｍ）で実施した。
模型船は、船長３．５ｍとし、実船として船長１９０ｍ程度を想定した。波状態は、実船換算波高３ｍ、波長船長比０．５を想定し向波とした。また、計画速力は１．５ｍ／ｓ（２１ｋｎｏｔ）とした。
また波浪中抵抗増加低減ステップ３０は、実船スケールとして幅Ｗ１が５ｍ、高さが１．５ｍを想定し、角度αを３２°とした縮尺モデルを用いた。
【００１６】
図４において、比較例１は波浪中抵抗増加低減ステップ３０を持たないものであり、実施例１は波浪中抵抗増加低減ステップ３０を取り付けたものである。
図４における縦軸は波高を使って無次元化した抵抗増加係数（ＫＡＷ）であり、実施例１は比較例１に対して１０％の波浪中抵抗増加低減率の効果があることが分かった。
以上のとおり実験結果によれば、波浪中抵抗増加低減ステップを備えることで、波高３ｍ相当、向波、計画速力２１ｋｎｏｔで波浪中抵抗増加１０％減の見込みであることが明らかとなった。
【００１７】
図５は、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率の速度影響を示すグラフである。
図５における実施例１は、図４における実施例１と同一条件による実験値であり、実施例２及び実施例３は実施例１と試験速度を変更したものである。なお、比較例１は、図４における比較例１と同一条件による実験値であり、比較例２及び比較例３は実施例２及び実施例３と試験速度を同じとしたものである。
【００１８】
実施例１は試験速度を１．５ｍ／ｓ（２１ｋｎｏｔ）としたのに対して、実施例２は試験速度１．３ｍ／ｓ（１９ｋｎｏｔ）、実施例３は試験速度１．１ｍ／ｓ（１５ｋｎｏｔ）とした。
図５に示すように、速度が計画速力より低い場合においても、船首造波が抑えられ低減効果は小さくなるが、抵抗が増加することがないことを確認できた。
【００１９】
図６は、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率の波高影響を示すグラフである。
図６における実施例１は、図４及び図５における実施例１と同一条件による実験値であり、実施例４及び実施例５は実施例１と試験波高を変更したものである。なお、比較例１は、図４及び図５における比較例１と同一条件による実験値であり、比較例４及び比較例５は実施例４及び実施例５と試験波高を同じとしたものである。
実施例１は波高換算３ｍ、としたのに対して、実施例４は波高２ｍ、実施例５は波高４ｍ、とした。
図６に示すように、波高３ｍ相当の波高から多少変化した場合でも、抵抗低減効果が認められた。
【００２０】
第１の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、ボルスター２０に向かっていく波が波浪中抵抗増加低減ステップ３０によって押し分けられるため、ボルスター２０への波の衝突を少なくすることができ、波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップ３０を静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
【００２１】
なお、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の下面３１の角度を水平面より上方向に３０°以上に設定しているので、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の下面３１への波の衝突による衝撃を緩和することができ、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の損傷を防止することができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の船舶１０の前後方向の幅Ｗ１をボルスター２０の幅Ｗ２よりも大きく設定しているので、ボルスター２０への波の衝突を低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ３０の船首部１１の表面からの突出寸法Ｈ１をボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定しているので、ボルスター２０としての本来の機能を果しつつ、ボルスター２０への波の衝突を低減するとともに波浪中抵抗増加低減ステップ３０への波の衝突を低減することができ、波浪中抵抗増加を低減できる。
【００２２】
以下に、本発明の第２の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造について説明する。
図７は本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、図８は図７における要部概念Ｆ−Ｆ矢視図である。なお、上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。また、図では船舶１０の一方の側面だけを示しているが、船舶１０の他方の側面も同様の構成となっている。この図７の第２の実施形態における静的水位上昇位置は、船舶１０の設計時の航海速力を図１の場合よりも大きく想定した試験速度としているので、図１における静的水位上昇位置よりも高いレベルとなっている。
【００２３】
本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造は、船舶１０の船体側部に波を打ち返す波浪中抵抗増加低減ステップ４０を備えている。波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、船体側部における静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けて、波浪中における船体側部の抵抗増加を低減している。
波浪中抵抗増加低減ステップ４０の下面４１は、水平面Ｂより下方向に角度βに設定し、波浪中抵抗増加低減ステップ４０の船首部１１の表面からの突出寸法Ｈ１はボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定している。なお、船体側部の波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、ボルスター２０の本来の機能を損なうおそれのない場合は、突出寸法Ｈ１を突出寸法Ｈ２と同等もしくは大きく設定することもできる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、船舶１０の後方に向かって低くしている。ここで波浪中抵抗増加低減ステップ４０の後方への傾斜角は、波浪中抵抗増加低減ステップ４０の設置位置における静的水位上昇位置Ａの傾斜角と同等か、この位置における静的水位上昇位置Ａの傾斜角よりも大きな角度とする。
【００２４】
次に、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップの設置位置について図９及び図１０を用いて説明する。
図９は、実験結果に基づく静的水位上昇位置を示す要部概念側面図、図１０は同実験に用いた喫水位置における船体形状と静的水位上昇位置の投影形状を示す図である。なお、図９、図１０の横軸における文字は、実船としてのセクション番号を示している。また、図１０の縦軸における数値は、実船としての水平方向距離を船幅で割った値を示しているが船幅の中心をゼロとして片側だけを示している。図１０では、喫水位置における船体形状と静的水位上昇位置の投影形状を示している。
【００２５】
実験は、本出願人の水槽（長さ１５０ｍ）で実施した。模型船は、船長３．５ｍとし、実船として船長１９０ｍ程度を想定した。波状態は、実船換算波高３ｍ、波長船長比０．５を想定し向波とした。また、速度は１．６ｍ／ｓ（２２ｋｎｏｔ）とした。
【００２６】
図に示すように、静的水位上昇位置Ａは、船首部１１において最大高さが形成され、この最大高さ位置から後方に向かって徐々に低下して喫水線Ｃに近づくが、低下率が大きく変化する低下率変化範囲Ｄが存在することが分かる。本実験では最大高さ位置は、船首部１１先端に生じているが、条件によっては船体の後方にずれることもある。本実験では、喫水線Ｃにおける船首先端ＦＰからＳ．Ｓ．９．６の位置で低下率変化範囲Ｄが始まり、低下率変化範囲Ｄは、喫水線Ｃにおける船首先端ＦＰからＳ．Ｓ．９．２６の位置までとなっている。
波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、静的水位上昇位置Ａの最大高さ位置よりも後方であり、更には静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄに設けることが好ましい。
【００２７】
図１１は、本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造による波浪中抵抗増加低減率を示すグラフである。
波浪中抵抗増加低減ステップ４０は、実船スケールとして幅４ｍ、後方への傾斜角を２０°、下面の角度βを１２°とした。
図１１において、比較例６は波浪中抵抗増加低減ステップ４０を持たないものであり、実施例６は波浪中抵抗増加低減ステップ４０を取り付けたものである。
図１１における縦軸は波高を使って無次元化した抵抗増加係数（ＫＡＷ）であり、実施例６は比較例６に対して７．４％の波浪中抵抗増加低減率の効果があることが分かった。
以上のとおり実験結果によれば、波浪中抵抗増加低減ステップを備えることで、波高３ｍ相当、向波、速度（２２ｋｎｏｔ）で波浪中抵抗増加７％減の見込みであることが明らかとなった。
【００２８】
第２の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、波浪中抵抗増加低減ステップ４０によって波の高さを低く抑えることで波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０を静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０を、静的水位上昇位置Ａの最大高さ位置よりも後方に設けているので、波浪中抵抗増加低減ステップ４０が水中に没することが少ないために平水中抵抗を増加させず、また波を打ち返すことで波浪中における抵抗を低減することができる。
【００２９】
また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０を、静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄに設けているので、静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄで波の動きを更に低下させる方向に変化させるために、波の高さ低減を効果的に行える。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ４０の下面４１の角度を水平面より下方向に設定しているので、波の打ち返し効果を大きくでき、波浪中抵抗増加の低減効果を高めることができる。
【００３０】
以下に、本発明の第３の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造について説明する。
図１２は本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造を示す要部概念側面図、図１３は同図１２における要部概念Ｇ−Ｇ矢視図である。なお、上記実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。また、図では船舶１０の一方の側面だけを示しているが、船舶１０の他方の側面も同様の構成となっている。
【００３１】
本実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造は、船舶１０の船体側部に波を打ち返す波浪中抵抗増加低減ステップ５０を備えている。波浪中抵抗増加低減ステップ５０は、船体側部における静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けて、波浪中における船体側部の抵抗増加を低減している。
波浪中抵抗増加低減ステップ５０の下面５１は、水平面Ｂより下方向に角度βに設定し、波浪中抵抗増加低減ステップ５０の船首部１１の表面からの突出寸法Ｈ１はボルスター２０の突出寸法Ｈ２よりも小さく設定している。なお、船体側部の波浪中抵抗増加低減ステップ５０は、ボルスター２０の本来の機能を損なうおそれのない場合は、突出寸法Ｈ１を突出寸法Ｈ２と同等もしくは大きく設定することもできる。
波浪中抵抗増加低減ステップ５０は、船舶１０の後方に向かって高くしている。なお、波浪中抵抗増加低減ステップ５０は、静的水位上昇位置Ａの最大高さ位置よりも後方であり、更には静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄに設けることが好ましい。
【００３２】
第３の実施形態による波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造によれば、波浪中抵抗増加低減ステップ５０によって波の高さを低く抑えることで波浪中抵抗増加を低減できる。また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０を静的水位上昇位置Ａよりも上方に設けることで、平水中抵抗が増加することがない。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０を、静的水位上昇位置Ａの最大高さ位置よりも後方に設けているので、波浪中抵抗増加低減ステップ５０が水中に没することが少ないために平水中抵抗を増加させず、また波を打ち返すことで波浪中における抵抗を低減することができる。
【００３３】
また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０を、静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄに設けているので、静的水位上昇位置Ａの低下率変化範囲Ｄで波の動きを更に低下させる方向に変化させるために、波の高さ低減を効果的に行える。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０の下面５１の角度を水平面より下方向に設定しているので、波の打ち返し効果を大きくでき、波浪中抵抗増加の低減効果を高めることができる。
また、波浪中抵抗増加低減ステップ５０を船舶１０の後方に向かって高くしているので、図１２に示すように波浪中抵抗増加低減ステップ５０の下面５１に作用する波の力によって進行方向に抗力を生じ、この抗力を太矢印で示すように推力に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、船首にボルスターを備えた船舶に用いられ、特にコンテナ船をはじめ、油タンカー、ＬＮＧ船、又はＬＰＧ船などの船舶に広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 船舶
１１ 船首部
２０ ボルスター
３０ 波浪中抵抗増加低減ステップ
３１ 下面
４０ 波浪中抵抗増加低減ステップ
４１ 下面
５０ 波浪中抵抗増加低減ステップ
５１ 下面
Ａ 静的水位上昇位置
Ｂ 水平面
Ｃ 喫水線
Ｄ 低下率変化範囲
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の船首部に設けたアンカー用のボルスターと、波を押し分ける波浪中抵抗増加低減ステップとを備え、前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記ボルスターの下方で前記船首部における静的水位上昇位置よりも上方に設けて、波浪中における前記ボルスターによる抵抗増加を低減したことを特徴とする波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項２】
前記波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より上方向に３０°以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項３】
前記波浪中抵抗増加低減ステップの前記船舶の前後方向の幅を前記ボルスターの幅よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項４】
前記波浪中抵抗増加低減ステップの前記船首部の表面からの突出寸法を前記ボルスターの突出寸法よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項５】
船舶の船体側部に波を打ち返す波浪中抵抗増加低減ステップを備え、前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記船体側部における静的水位上昇位置よりも上方に設けて、波浪中における前記船体側部の抵抗増加を低減したことを特徴とする波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項６】
前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記静的水位上昇位置の最大高さ位置よりも後方に設けたことを特徴とする請求項５に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項７】
前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記静的水位上昇位置の低下率変化範囲に設けたことを特徴とする請求項５に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項８】
前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記船舶の後方に向かって高くしたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項９】
前記波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より下方向に設定したことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項１】
船舶の船首部に設けたアンカー用のボルスターと、波を押し分ける波浪中抵抗増加低減ステップとを備え、前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記ボルスターの下方で前記船首部における静的水位上昇位置よりも上方に設けて、波浪中における前記ボルスターによる抵抗増加を低減したことを特徴とする波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項２】
前記波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より上方向に３０°以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項３】
前記波浪中抵抗増加低減ステップの前記船舶の前後方向の幅を前記ボルスターの幅よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項４】
前記波浪中抵抗増加低減ステップの前記船首部の表面からの突出寸法を前記ボルスターの突出寸法よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項５】
船舶の船体側部に波を打ち返す波浪中抵抗増加低減ステップを備え、前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記船体側部における静的水位上昇位置よりも上方に設けて、波浪中における前記船体側部の抵抗増加を低減したことを特徴とする波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項６】
前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記静的水位上昇位置の最大高さ位置よりも後方に設けたことを特徴とする請求項５に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項７】
前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記静的水位上昇位置の低下率変化範囲に設けたことを特徴とする請求項５に記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項８】
前記波浪中抵抗増加低減ステップを、前記船舶の後方に向かって高くしたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【請求項９】
前記波浪中抵抗増加低減ステップの下面の角度を水平面より下方向に設定したことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載の波浪中抵抗増加低減ステップを備えた船体構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１７３４７４（Ｐ２０１１−１７３４７４Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３７８８６（Ｐ２０１０−３７８８６）
【出願日】平成２２年２月２３日（２０１０．２．２３）
【出願人】（５０１２０４５２５）独立行政法人海上技術安全研究所 (185)
【出願人】（５９４１９７２１８）内海造船株式会社 (3)
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２３日（２０１０．２．２３）
【出願人】（５０１２０４５２５）独立行政法人海上技術安全研究所 (185)
【出願人】（５９４１９７２１８）内海造船株式会社 (3)
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