肥大船
【課題】満載時でも喫水が浅くなった状態においても、波浪中抵抗増加の低減効果が有効に発揮できるＣｂが０．７８程度以上の肥大船を提供する。
【解決手段】最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、すべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（＝０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦５５°に設定する。ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比を０≦Ｆ／ＬOA≦０．０２に設定する。
【解決手段】最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、すべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（＝０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦５５°に設定する。ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比を０≦Ｆ／ＬOA≦０．０２に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンカーやバルクキャリアー等の肥大船に関し、特に肥大船が実海域を航行する場合の波浪中抵抗増加量を低減することができる船首部の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
実海域を航行する船舶は、水から抵抗を受ける。抵抗は、波浪のない平水中を航行する場合に受ける抵抗と、波浪中を航行することで平水中を航行する場合に比べて増加する抵抗、所謂、波浪中抵抗増加とに分けられる。波浪中抵抗増加は、船首部において船体に入ってくる波（入射波と呼ぶ）の反射、及び波浪中発生する船体運動に起因する抵抗量の増加である。
【０００３】
タンカーやバルクキャリアー等のたくさんの荷物を運ぶ肥大船は、船首がかなり肥っており、スプーンの凸部の様な形状をしているのが一般的である。このような肥大船が波浪中を航行した時、特に向かい波中を航行する時には、肥った船首で入射波が前方に反射され、波崩れを起こす。この現象によって、船体は後ろ向きの反力を受け、平水中に比べ波浪中では抵抗が大きくなる。また、波浪が船首に入射した際に波浪の山谷に対して船首が上下に運動するが、その上下運動による波崩れも波浪中での抵抗増加が大きくなる要因である。これらの波崩れ現象を小さく抑えることができれば波浪中抵抗増加を下げることができ、実海域を航行する船舶が受ける抵抗力を低減させることができる。
【０００４】
このような波浪中抵抗増加を低減するものとして、特開平８−１４２９７４号公報（特許文献１）では、尖端縁をもつ楔状付加物を備えた大型肥大船が示されている。この発明は船首部に付加物を備えるため、船体と付加物の取り合い部分が不連続になる。その不連続部分で滑らかな流体（水）の流れが阻害され、抵抗力を発生させる原因となるという問題点がある。付加物を備えずに波浪中抵抗増加を低減する船首形状としては、最大喫水線よりも上部の船首部分を側面からみて、その下部から上部に向け傾斜状に張り出し前方に突出して形成した船首形状が知られている（特開平９−２９０７９６号公報参照：特許文献２）。しかし、最大喫水線よりも下部には平水中抵抗を低減するために船首バルブが形成されているので、最大喫水線上の突出させた船首と水面下の船首バルブとを繋ぐ曲面の曲がりが大きな曲面となり、すなわち最大喫水線付近での船首の形状が大きな曲がりを持つようになり船首の設計や工作がしにくいという問題があった。
【０００５】
この設計・工作上の問題を解決したものが特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献３）に記載の肥大船であり、最大喫水線上の船首と水面下の船首バルブとを滑らかな曲面で繋ぐことによって解決を図っている。波浪中抵抗増加を減少させるために設けられる船首部の形状を、ＦＰより前方で、最大喫水線上の船首において、すべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦５０°に設定することとしており、最大喫水線よりも上方の範囲に限定されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１４２９７４号公報
【特許文献２】特開平９−２９０７９６号公報
【特許文献３】特開２０００−３３５４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３に記載の肥大船にあっては、波浪中抵抗増加を減少させるために設けられた船首前端での船体側面の水線面における船体中心線からの角度γを設定する範囲は、最大喫水線より上方の範囲に限定されているため、波浪中抵抗増加を低減させる効果は、最大喫水線より上方に波浪が盛り上がってきた場合のみ有効である。波浪の波面は上下するので、下がっている時、波面は最大喫水線より下方にくるが、そのときには効果を有効に発揮できないという問題点があった。また、タンカーやバルクキャリアー等では貨物積載量の少ない状態で航行する場合が航海の半分程度あるが、その場合喫水が浅くなり、入射する波面が最大喫水線まで届かなくなる。このような喫水の浅い状態では、波浪中抵抗増加を低減する効果が全く消滅してしまうという問題点もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、満載時でも喫水が浅くなった状態においても、波浪中抵抗増加の低減効果が有効に発揮できる、波浪中の推進性能の優れた肥大船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】
肥大船では、肥った船首で入射波が前方に反射し、波崩れを起こすので、波浪中での抵抗が増加する。船首での前方への波反射、波崩れ現象を緩和するためには、すなわち、波の反射する方向を制御して、波浪による反力を低減し抵抗増加を低減するためには、船首部分をできる限り前方に尖らせ、波を崩さずに横に掻き分ければ良い。本発明者は、浅い喫水の状態においても波浪中の抵抗増加を低減するために、最大喫水線と最小喫水線との間に尖り部分を設定するのが有効であることを知見した。
【００１０】
すなわち請求項１の発明は、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、すべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船により、上述した課題を解決する。
【００１１】
この発明によれば、喫水が浅くなった場合でも波を横に掻き分ける作用が有効に働き、従来技術では実現できなかった浅い喫水の状態においても波浪中の抵抗を減少することができる。また満載時でも上下する波が下がったときに波を横に掻き分ける作用が働き、波浪中の抵抗を減少することができる。
【００１２】
船首部分をできるだけ前方に尖らせるためには、本発明中で定義されている水線面角度γが小さければ小さいほど良いと考えられる。実際には、肥大船の場合、船首近くまで貨物タンクがあるため船首近傍はかなり肥っている。γを極めて小さくすることは船首部の横幅を極めて減少させることになり、船腹と船首との接続部に極端な段差が生じるため、この段差部分で波浪中の抵抗が増加する懸念がある。また、全長の制限もあるため前方にかなり延ばしてγを小さくすることには制約がある。したがって、γは１５°より大きいことが好ましい。γが５５°を超えると、船首での波の反射する方向の大部分が前方となり、船体は後ろ向きの反力を受け抵抗増加が大きくなる。そのため、設計上、実用上及び波浪中の抵抗増加の一層の低減を考慮すると、γは１５°≦γ≦５５°の範囲が望ましく、γは１５°≦γ≦５０°の範囲がより望ましい。
【００１３】
また本発明は、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の７０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船としても構成することができる。
【００１４】
実船の設計にあたっては、最大喫水線近傍の船首形状を後方へ後退させたときに、後退させた部分がどうしても肥る(γが大きくなる)傾向となることを考慮する必要がある。このため、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の７０％以上に設定することもある。
【００１５】
さらに本発明は、最小喫水線より上方の船首において、デッキ近傍を除くすべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船としても構成することができる。
【００１６】
波浪中の抵抗増加を低減する効果を大きくするためには、最小喫水線よりも上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首部だけでなく、最大喫水線よりも上方の船首部に尖り部分を設定することが有効である。ここでデッキ近傍に尖り部分を設定すると、デッキ面積が狭くなり、これにより作業性が悪くなるおそれがある。デッキ近傍には波が届かないこともあることを考慮すると、デッキ近傍を尖らせない船首形状も採用し得る。
【００１７】
さらに本発明は、最小喫水線より上方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の８０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船としても構成することができる。
【００１８】
実船の設計にあたっては、デッキ面積の確保と船首形状の連続性を考慮する必要がある。このため、最小喫水線より上方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の８０％以上に設定することもある。
【００１９】
さらに本発明は、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、少なくとも一部の水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定し、且つ、最小喫水線より上方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の５０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船としても構成することができる。
【００２０】
最大喫水線近傍の船首形状を、ＦＰから船首先端までの水平距離ＦがＦ／ＬOA≦約０．０２の範囲で後方へ後退させたときに、後退させた部分がどうしても肥る（γが大きくなる）傾向となり、γが５５°を超える場合も発生する。このため、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、少なくとも一部の水線面におけるγを、０°＜γ≦約５５°に設定し、且つ、最小喫水線より上方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の５０％以上に設定することもある。
【００２１】
また、船首先端部の側面形状を限りなく直線に近い状態にすれば、すなわち、船首に最も近い貨物タンクの位置や大きさを変えないでＦＰだけを可能な限り前方に移動させれば、最小喫水線から船首部上端の範囲の全ての水船面において、船首の尖り角γを小さくすることが可能となる。ＦＰから船首先端までの水平距離Ｆが限りなく０に近いか、０となる場合が、船の全長を変更しないで、船首の尖り角を最も鋭くすることができる。したがって、上記水平距離Ｆと全長ＬOAの比は、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０２の範囲が望ましく、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０１５の範囲がより望ましい。ここで上記水平距離Ｆと全長ＬOAの比は、Ｆ／ＬOA＝約０に設定してもよい。
【００２２】
詳しくは後述するが、従来の肥大船型では、平水中の造波抵抗を低減するために船首先端の下方部分に突出した船首バルブが取り付けられている。本発明のようにＦＰを先端あるいは先端付近まで突出させることは、船首バルブを含めた船首近傍の形状を壊すことになり、平水中の抵抗性能の劣化、特に造波抵抗の低減効果が減少すると従来は考えられていた。本発明者は、前進する船体によって造られる波形を解析するＣＦＤツール（ＴＵＭＭＡＣ IV；東京大学にて開発された）を用いて種々の検討を行い、ＦＰを先端あるいは先端付近まで突出させても平水中の造波抵抗を増加させない本発明の形状を開発した。また本発明の形状が、平水中の造波抵抗を増加させないことを模型試験で確認した。
【００２３】
最大喫水線より上方の船首部と最小喫水線部の船首部を滑らかな曲面で繋ぐことにより、推進時の抵抗を小さくできる。船首バルブを有する従来の肥大船型では、最小喫水線の線上にある船首バルブ部から最大喫水線より上方の船首部にかけて、γとＦを上述の範囲になるように滑らかな曲面で繋ぐようにすれば、平水中の推進抵抗を損なうことなく波浪中の抵抗増加量を小さくすることができる。
【００２４】
また本発明の好ましい一態様は、前記船首の先端が、船体全体の制限寸法に合わせて、前記船首の傾斜状下面（２ａ）の前方向延長線（５）と船首上面（２ｃ）の前方向延長線（６）の交差位置（Ｐ）よりも後退することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、船首の先端を、船体全体の制限寸法に合わせて、船首の傾斜状下面の前方向延長線と船首上面の前方向延長線の交差位置よりも後退させたので、例えば港湾入港時に全長制限があっても対応することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、船首部に波の山が来たときだけでなく、波の谷が来たときでも波面を横方向に分け反射できるので、船首での前方への波反射、波崩れ現象を緩和し、波浪中抵抗増加を低減できる。また、船舶の積載量が少なく喫水が最大喫水線よりも浅い場合でも、水面付近の船首前端の尖り角が鋭角であるため、波浪中抵抗増加の低減効果が十分に発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
まず、図１に基づいて、本発明で使用している用語の定義・説明を行う。図中ＦＰは、Fore Perpendicularの略で、最大喫水線：ＬＷＬと交わる船首先端位置（垂直線）である。ＬPPは、ＦＰ位置から舵軸中心位置：ＡＰ（Aft Perpendicular）までの水平距離で計った船舶の長さで、ＬOAは船舶の全長である。また、ＬBは船が航行可能な最小喫水線を表す。本発明における肥大船とは、タンカーやバルクキャリアーなどのたくさんの荷物を運ぶ肥った船舶で、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の船舶を指す。ここで、ｄは船舶の最大喫水線下の深さで、Ｂは船舶の全幅、∇はｄに対応する型排水容積である。
【００２８】
図２は、γの定義について示す。図中（Ａ）は船舶の船首２付近を側面からみた形状を示し、図中（Ｂ）はＡ−Ａ断面（あるいはＡ′−Ａ′断面）での水線面形状を示す。水線面における、船体中心線上の船体前端の点Ｅと、船体前縁から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線Ｂ−Ｂと水線面形状４との交点Ｄを結んだ直線ａの、船体中心線から計った角度をγ（尖り角）と定義する。図中（Ａ）に示すように、全水線面内の船体中心線に対する垂直線Ｂ−Ｂをつなげてできる２次元曲面の側面形状は、船体前縁に沿った形状になる。
【００２９】
この実施形態では、最小喫水線ＬＢより上方で且つ最大喫水線ＬＷＬよりも下方の船首において、すべての水線面におけるγは、０°＜γ≦５５°に設定される。設計上、実用上及び波浪中の抵抗増加の一層の低減を考慮すると、１５°≦γ≦５５°の範囲が望ましく、１５°≦γ≦５０°の範囲がより望ましい。
【００３０】
実船の設計にあたっては、最大喫水線近傍の船首形状を後方へ後退させたときに、後退させた部分がどうしても肥る(γが大きくなる)傾向となることを考慮する必要がある。このため、最小喫水線ＬＢより上方で且つ最大喫水線ＬＷＬよりも下方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の７０％以上に設定することもある。
【００３１】
またこの実施形態では、船首上端部２ｂから航行可能な最小喫水線ＬＢまでの、デッキ近傍を除くすべての尖り角γは、０°＜γ≦５５°に設定される。
【００３２】
実船の設計にあたっては、デッキ面積の確保を考慮する必要がある。このため、最小喫水線ＬＢより上方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の８０％以上に設定することもある。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態における肥大船を示すものである。図中（Ａ）は船首部付近の側面図であり、図中（Ｂ）はｇ−ｇ線での船体前縁の片舷の水線面形状を示す。図３中の破線の曲線ｉは本発明の設計過程における仮の船首形状を示している。図中ＦＰ′は設計過程における仮のFore Perpendicularを示す。これに対する本発明の肥大船の形状を曲線ｊで示す。本発明は、曲線ｉで示す開発過程における仮の船首形状を、船首前端（３ｂあるいは２ｂ）を超えることなく限りなく前方に伸ばした形状とし、ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比は、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０２の範囲に設定される。このようにＦＰを前方に持ってゆくことで、図中（Ａ）の最小喫水線より上方の船首の水線面形状ｊは、図中（Ｂ）に示すように設計過程における仮の水線面形状ｉに比べて、船首前方に向けて鋭角になる度合いが高まる。これにより、最小喫水線ＬＢより上方の広い範囲で、尖り角γをさらに鋭角にすることが可能になるので、波浪中抵抗増加の減少度合いが大きくなる。したがって、水平距離Ｆは小さいほど効果が大きく、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０２の範囲が望ましい。
【００３４】
船首先端部の側面形状が直線になるように、ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比を、Ｆ／ＬOA＝約０に設定してもよい。
【００３５】
最大喫水線ＬＷＬ近傍の船首形状を、ＦＰから船首先端までの水平距離ＦがＦ／ＬOA≦約０．０２の範囲で後方へ後退させたときに、後退させた部分がどうしても肥る（γが大きくなる）傾向となり、γが５５°を超える場合も発生する。このため、最小喫水線ＬＢより上方で且つ最大喫水線ＬＷＬよりも下方の船首において、少なくとも一部の水線面におけるγを、０°＜γ≦約５５°に設定し、且つ、最小喫水線ＬＢより上方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の５０％以上に設定することもある。
【００３６】
図３（Ａ）中、３は船首バルブである。最大喫水線より上方の船首部と船首バルブ３を滑らかな曲面で繋ぐようにすることにより、船首バルブによる推進抵抗を低減する効果を損なうことなく、波浪中抵抗増加量の低減効果を発揮できる。
【００３７】
図３（Ａ）に示すように、最大喫水線ＬＷＬより上方の船首の傾斜状下面２ａの前方向延長線５と、船首上面２ｃから水平前方への延長線６との交点Ｐが、全長ＬOAの制限範囲を超過する範囲に及ぶ場合は、超過した形状部分（図中斜線部４）をカットし、カット部分の水線面の尖り角γも所定の範囲となるようにする。
【００３８】
デッキ近傍（すなわち船首上面２ｃから所定距離下方までの範囲）の尖り角γを０°＜γ≦５５°に設定すると、デッキ面積が狭くなり、これにより作業性が悪くなるおそれがある。デッキ近傍には波が届かないこともあることを考慮すると、デッキ近傍の尖り角γは５５°を超えることもある。
【００３９】
上述のようにすることで、従来技術の問題点であった、波浪中抵抗増加を減少させる効果が最大喫水線より上方の船首部に限定されていることと、喫水が浅くなった場合に効果が消滅することの問題点を解決することができた。
【００４０】
ところで、船首先端の下方部分に突出して取り付けられている船首バルブは、中高速船においてその利用が始まった。平水中を航行する際、船体は波を発生する。波を造ることにより発生する抵抗成分は造波抵抗と呼ばれている。船首バルブは、それ自身が造る波が主船体前半部で作られる波と干渉し、船全体として造る波の波高を小さくすることでエネルギ損失を小さく抑え、造波抵抗を低減する効果がある。中高速船では、造波抵抗が大きいためその効果が顕著に現れ一般的に用いられるようになり、その延長として低速肥大船においても船首バルブが適用され始めた。その後、長い年月を経て最適化が進み、低速肥大船における平水中の抵抗を小さくするのに最も有効な船首バルブ形状が造りだされてきたし、またそのように考えられてきた。
【００４１】
本発明のように、ＦＰを先端あるいは先端付近まで突出させることは、上述の船首バルブを含めた船首近傍の形状を壊すことになり、平水中の抵抗性能の劣化、特に造波抵抗の増大が懸念される。
【００４２】
本発明者は、前進する船体によって造られる波形を解析するＣＦＤツール(ＴＵＭＭＡＣ IV;東京大学にて開発された)を用いて種々の検討を行い、ＦＰを前方に持ってきても平水中の造波抵抗を増加させない形状を開発した。
【００４３】
本発明の効果を算定するために、図４（Ｃ）に示す側面形状の船首形状を有するタンカー船型を作成した。その要目は、全長ＬOA＝２７７．３ｍ，全幅Ｂ＝５０ｍ，喫水ｄ＝１４．４ｍである。図３に示す船型のＦＰから船首前端までの水平距離Ｆを０とし、ＦＰは船首前端と一致している。図２中（Ｂ）で示す水線面形状の尖り角γを可能な限り小さくした船型（以下"Ｃ船型"と記述する）である。そのγを設定した範囲は、図４（Ｃ）の最小喫水線から船首上端の範囲である。本発明の効果を確認するために、一般的な船首形状を持つ船型（図４中（Ａ）、以下"Ａ船型"と記述する）と従来型「特開２０００−３３５４７８号公報」で記載されている船型（図４（Ｂ）、以下"Ｂ船型"と記述する）との波浪中抵抗増加を比較する。Ｂ船型は、Ｆ／ＬOAが約０．０２で、船首部の水線面の前端部の尖り角γを、最大喫水線から船首上端の範囲で設定した船型である。上記各船型の航行中平均喫水における水線面における尖り角γは、Ａ船型が約７０°、Ｂ船型が約４０°、Ｃ船型が約３５°になっている。尖り角γがＣ船型の方がＢ船型より小さいのは、ＦＰが船首前端と一致しているからである。
【００４４】
図５は、突出した船首バルブを持ち、且つ船首の最大喫水線よりも上方の範囲を尖らせた従来型の船首（Ｂ船型）と、本発明の船首（Ｃ船型）とのＴＵＭＭＡＣ IVによる波高分布の計算結果の比較を示す。本発明の船首の造る波のパターンと従来型の船首の造る波パターンには大きな差は無く、船首先端の波高を示す係数は本発明の船首の方が若干小さくなっているが、全体的には、本発明の船首と従来型の船首との差は殆どないと判断される。
【００４５】
また、水槽試験による造波抵抗計測を実施して検証も行った。図６は試験結果を示す。従来型の船（Ｂ船型）との優劣は全くない。この試験結果により、本発明の船首（Ｃ船型）が突出した船首バルブを持つ従来型の船首（Ｂ船型）と大きく異なるものの、造波抵抗の劣化が全く見られない形状であることを検証した。
【００４６】
また、波浪中抵抗増加量の低減効果も、水槽試験によって検証されている。図７に満載状態の抵抗増加量の比較を、図８に一般的な船首形状（Ａ船型）からの低減量をパーセンテージで示す。同様に、図９及び図１０にバラスト状態の結果を示す。図８及び図１０の中に示した数値は、本船が実航海で遭遇する頻度の高い波長範囲における抵抗増加量低減率の平均値を示している。これらコンピュータによる解析技術と水槽試験を駆使して初めて、平水中の抵抗性能を劣化させることなく、波浪中抵抗増加量の大幅な低減を可能にする本発明の考案が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】船舶の側面図である。
【図２】図中（Ａ）は船首の側面図を示し、図中（Ｂ）は船首の水線面形状を示す。
【図３】図中（Ａ）は本発明の一実施形態における船首の側面図を示し、図中（Ｂ）は本発明の一実施形態における船首の水線面形状を示す。
【図４】船首形状の側面図の比較を示す（図中（Ａ）は一般的な船首形状を示し、図中（Ｂ）は従来型の船首形状を示し、図中（Ｃ）は本発明の船首形状を示す）。
【図５】ＴＵＭＭＡＣによる波形解析を示すグラフ（図中（Ａ）は従来型の船首を示し、図中（Ｂ）は本発明の船首を示す）。
【図６】造波抵抗試験の結果を示すグラフ。
【図７】抵抗増加計測の試験結果を示すグラフ（満載状態）。
【図８】一般的な船首形状をベースとした波浪中抵抗増加の低減効果を示すグラフ（満載状態）。
【図９】抵抗増加計測の試験結果を示すグラフ（バラスト状態）。
【図１０】従来型の船首形状をベースとした波浪中抵抗増加の低減効果を示すグラフ（バラスト状態）。
【符号の説明】
【００４８】
１…船体
２…船首部
２ａ…船首の傾斜状下面
２ｂ…船首部上端
２ｃ…船首上面
３…船首バルブ部
３ｂ…船舶が航行可能な最小喫水線と船首部側面形状の交点
５…船首の傾斜状下面２ａの前方向延長線
６…船首上面２ｂの前方向延長線
Ｄ…船体前端から計った水平距離Ｃ（＝０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）との交点
Ｅ…船体中心線上の点
Ｆ…ＦＰから船首前端までの水平距離
ＬOA…全長
ＬPP…垂線間長
Ｐ…延長線５と６の交差位置
ａ…点Ｅと点Ｄを結んだ直線
γ…直線ａの船体中心線から計った角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンカーやバルクキャリアー等の肥大船に関し、特に肥大船が実海域を航行する場合の波浪中抵抗増加量を低減することができる船首部の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
実海域を航行する船舶は、水から抵抗を受ける。抵抗は、波浪のない平水中を航行する場合に受ける抵抗と、波浪中を航行することで平水中を航行する場合に比べて増加する抵抗、所謂、波浪中抵抗増加とに分けられる。波浪中抵抗増加は、船首部において船体に入ってくる波（入射波と呼ぶ）の反射、及び波浪中発生する船体運動に起因する抵抗量の増加である。
【０００３】
タンカーやバルクキャリアー等のたくさんの荷物を運ぶ肥大船は、船首がかなり肥っており、スプーンの凸部の様な形状をしているのが一般的である。このような肥大船が波浪中を航行した時、特に向かい波中を航行する時には、肥った船首で入射波が前方に反射され、波崩れを起こす。この現象によって、船体は後ろ向きの反力を受け、平水中に比べ波浪中では抵抗が大きくなる。また、波浪が船首に入射した際に波浪の山谷に対して船首が上下に運動するが、その上下運動による波崩れも波浪中での抵抗増加が大きくなる要因である。これらの波崩れ現象を小さく抑えることができれば波浪中抵抗増加を下げることができ、実海域を航行する船舶が受ける抵抗力を低減させることができる。
【０００４】
このような波浪中抵抗増加を低減するものとして、特開平８−１４２９７４号公報（特許文献１）では、尖端縁をもつ楔状付加物を備えた大型肥大船が示されている。この発明は船首部に付加物を備えるため、船体と付加物の取り合い部分が不連続になる。その不連続部分で滑らかな流体（水）の流れが阻害され、抵抗力を発生させる原因となるという問題点がある。付加物を備えずに波浪中抵抗増加を低減する船首形状としては、最大喫水線よりも上部の船首部分を側面からみて、その下部から上部に向け傾斜状に張り出し前方に突出して形成した船首形状が知られている（特開平９−２９０７９６号公報参照：特許文献２）。しかし、最大喫水線よりも下部には平水中抵抗を低減するために船首バルブが形成されているので、最大喫水線上の突出させた船首と水面下の船首バルブとを繋ぐ曲面の曲がりが大きな曲面となり、すなわち最大喫水線付近での船首の形状が大きな曲がりを持つようになり船首の設計や工作がしにくいという問題があった。
【０００５】
この設計・工作上の問題を解決したものが特開２０００−３３５４７８号公報（特許文献３）に記載の肥大船であり、最大喫水線上の船首と水面下の船首バルブとを滑らかな曲面で繋ぐことによって解決を図っている。波浪中抵抗増加を減少させるために設けられる船首部の形状を、ＦＰより前方で、最大喫水線上の船首において、すべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦５０°に設定することとしており、最大喫水線よりも上方の範囲に限定されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１４２９７４号公報
【特許文献２】特開平９−２９０７９６号公報
【特許文献３】特開２０００−３３５４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３に記載の肥大船にあっては、波浪中抵抗増加を減少させるために設けられた船首前端での船体側面の水線面における船体中心線からの角度γを設定する範囲は、最大喫水線より上方の範囲に限定されているため、波浪中抵抗増加を低減させる効果は、最大喫水線より上方に波浪が盛り上がってきた場合のみ有効である。波浪の波面は上下するので、下がっている時、波面は最大喫水線より下方にくるが、そのときには効果を有効に発揮できないという問題点があった。また、タンカーやバルクキャリアー等では貨物積載量の少ない状態で航行する場合が航海の半分程度あるが、その場合喫水が浅くなり、入射する波面が最大喫水線まで届かなくなる。このような喫水の浅い状態では、波浪中抵抗増加を低減する効果が全く消滅してしまうという問題点もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、満載時でも喫水が浅くなった状態においても、波浪中抵抗増加の低減効果が有効に発揮できる、波浪中の推進性能の優れた肥大船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】
肥大船では、肥った船首で入射波が前方に反射し、波崩れを起こすので、波浪中での抵抗が増加する。船首での前方への波反射、波崩れ現象を緩和するためには、すなわち、波の反射する方向を制御して、波浪による反力を低減し抵抗増加を低減するためには、船首部分をできる限り前方に尖らせ、波を崩さずに横に掻き分ければ良い。本発明者は、浅い喫水の状態においても波浪中の抵抗増加を低減するために、最大喫水線と最小喫水線との間に尖り部分を設定するのが有効であることを知見した。
【００１０】
すなわち請求項１の発明は、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、すべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船により、上述した課題を解決する。
【００１１】
この発明によれば、喫水が浅くなった場合でも波を横に掻き分ける作用が有効に働き、従来技術では実現できなかった浅い喫水の状態においても波浪中の抵抗を減少することができる。また満載時でも上下する波が下がったときに波を横に掻き分ける作用が働き、波浪中の抵抗を減少することができる。
【００１２】
船首部分をできるだけ前方に尖らせるためには、本発明中で定義されている水線面角度γが小さければ小さいほど良いと考えられる。実際には、肥大船の場合、船首近くまで貨物タンクがあるため船首近傍はかなり肥っている。γを極めて小さくすることは船首部の横幅を極めて減少させることになり、船腹と船首との接続部に極端な段差が生じるため、この段差部分で波浪中の抵抗が増加する懸念がある。また、全長の制限もあるため前方にかなり延ばしてγを小さくすることには制約がある。したがって、γは１５°より大きいことが好ましい。γが５５°を超えると、船首での波の反射する方向の大部分が前方となり、船体は後ろ向きの反力を受け抵抗増加が大きくなる。そのため、設計上、実用上及び波浪中の抵抗増加の一層の低減を考慮すると、γは１５°≦γ≦５５°の範囲が望ましく、γは１５°≦γ≦５０°の範囲がより望ましい。
【００１３】
また本発明は、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の７０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船としても構成することができる。
【００１４】
実船の設計にあたっては、最大喫水線近傍の船首形状を後方へ後退させたときに、後退させた部分がどうしても肥る(γが大きくなる)傾向となることを考慮する必要がある。このため、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の７０％以上に設定することもある。
【００１５】
さらに本発明は、最小喫水線より上方の船首において、デッキ近傍を除くすべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船としても構成することができる。
【００１６】
波浪中の抵抗増加を低減する効果を大きくするためには、最小喫水線よりも上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首部だけでなく、最大喫水線よりも上方の船首部に尖り部分を設定することが有効である。ここでデッキ近傍に尖り部分を設定すると、デッキ面積が狭くなり、これにより作業性が悪くなるおそれがある。デッキ近傍には波が届かないこともあることを考慮すると、デッキ近傍を尖らせない船首形状も採用し得る。
【００１７】
さらに本発明は、最小喫水線より上方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の８０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船としても構成することができる。
【００１８】
実船の設計にあたっては、デッキ面積の確保と船首形状の連続性を考慮する必要がある。このため、最小喫水線より上方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の８０％以上に設定することもある。
【００１９】
さらに本発明は、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、少なくとも一部の水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定し、且つ、最小喫水線より上方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の５０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船としても構成することができる。
【００２０】
最大喫水線近傍の船首形状を、ＦＰから船首先端までの水平距離ＦがＦ／ＬOA≦約０．０２の範囲で後方へ後退させたときに、後退させた部分がどうしても肥る（γが大きくなる）傾向となり、γが５５°を超える場合も発生する。このため、最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、少なくとも一部の水線面におけるγを、０°＜γ≦約５５°に設定し、且つ、最小喫水線より上方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の５０％以上に設定することもある。
【００２１】
また、船首先端部の側面形状を限りなく直線に近い状態にすれば、すなわち、船首に最も近い貨物タンクの位置や大きさを変えないでＦＰだけを可能な限り前方に移動させれば、最小喫水線から船首部上端の範囲の全ての水船面において、船首の尖り角γを小さくすることが可能となる。ＦＰから船首先端までの水平距離Ｆが限りなく０に近いか、０となる場合が、船の全長を変更しないで、船首の尖り角を最も鋭くすることができる。したがって、上記水平距離Ｆと全長ＬOAの比は、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０２の範囲が望ましく、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０１５の範囲がより望ましい。ここで上記水平距離Ｆと全長ＬOAの比は、Ｆ／ＬOA＝約０に設定してもよい。
【００２２】
詳しくは後述するが、従来の肥大船型では、平水中の造波抵抗を低減するために船首先端の下方部分に突出した船首バルブが取り付けられている。本発明のようにＦＰを先端あるいは先端付近まで突出させることは、船首バルブを含めた船首近傍の形状を壊すことになり、平水中の抵抗性能の劣化、特に造波抵抗の低減効果が減少すると従来は考えられていた。本発明者は、前進する船体によって造られる波形を解析するＣＦＤツール（ＴＵＭＭＡＣ IV；東京大学にて開発された）を用いて種々の検討を行い、ＦＰを先端あるいは先端付近まで突出させても平水中の造波抵抗を増加させない本発明の形状を開発した。また本発明の形状が、平水中の造波抵抗を増加させないことを模型試験で確認した。
【００２３】
最大喫水線より上方の船首部と最小喫水線部の船首部を滑らかな曲面で繋ぐことにより、推進時の抵抗を小さくできる。船首バルブを有する従来の肥大船型では、最小喫水線の線上にある船首バルブ部から最大喫水線より上方の船首部にかけて、γとＦを上述の範囲になるように滑らかな曲面で繋ぐようにすれば、平水中の推進抵抗を損なうことなく波浪中の抵抗増加量を小さくすることができる。
【００２４】
また本発明の好ましい一態様は、前記船首の先端が、船体全体の制限寸法に合わせて、前記船首の傾斜状下面（２ａ）の前方向延長線（５）と船首上面（２ｃ）の前方向延長線（６）の交差位置（Ｐ）よりも後退することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、船首の先端を、船体全体の制限寸法に合わせて、船首の傾斜状下面の前方向延長線と船首上面の前方向延長線の交差位置よりも後退させたので、例えば港湾入港時に全長制限があっても対応することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、船首部に波の山が来たときだけでなく、波の谷が来たときでも波面を横方向に分け反射できるので、船首での前方への波反射、波崩れ現象を緩和し、波浪中抵抗増加を低減できる。また、船舶の積載量が少なく喫水が最大喫水線よりも浅い場合でも、水面付近の船首前端の尖り角が鋭角であるため、波浪中抵抗増加の低減効果が十分に発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
まず、図１に基づいて、本発明で使用している用語の定義・説明を行う。図中ＦＰは、Fore Perpendicularの略で、最大喫水線：ＬＷＬと交わる船首先端位置（垂直線）である。ＬPPは、ＦＰ位置から舵軸中心位置：ＡＰ（Aft Perpendicular）までの水平距離で計った船舶の長さで、ＬOAは船舶の全長である。また、ＬBは船が航行可能な最小喫水線を表す。本発明における肥大船とは、タンカーやバルクキャリアーなどのたくさんの荷物を運ぶ肥った船舶で、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の船舶を指す。ここで、ｄは船舶の最大喫水線下の深さで、Ｂは船舶の全幅、∇はｄに対応する型排水容積である。
【００２８】
図２は、γの定義について示す。図中（Ａ）は船舶の船首２付近を側面からみた形状を示し、図中（Ｂ）はＡ−Ａ断面（あるいはＡ′−Ａ′断面）での水線面形状を示す。水線面における、船体中心線上の船体前端の点Ｅと、船体前縁から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線Ｂ−Ｂと水線面形状４との交点Ｄを結んだ直線ａの、船体中心線から計った角度をγ（尖り角）と定義する。図中（Ａ）に示すように、全水線面内の船体中心線に対する垂直線Ｂ−Ｂをつなげてできる２次元曲面の側面形状は、船体前縁に沿った形状になる。
【００２９】
この実施形態では、最小喫水線ＬＢより上方で且つ最大喫水線ＬＷＬよりも下方の船首において、すべての水線面におけるγは、０°＜γ≦５５°に設定される。設計上、実用上及び波浪中の抵抗増加の一層の低減を考慮すると、１５°≦γ≦５５°の範囲が望ましく、１５°≦γ≦５０°の範囲がより望ましい。
【００３０】
実船の設計にあたっては、最大喫水線近傍の船首形状を後方へ後退させたときに、後退させた部分がどうしても肥る(γが大きくなる)傾向となることを考慮する必要がある。このため、最小喫水線ＬＢより上方で且つ最大喫水線ＬＷＬよりも下方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の７０％以上に設定することもある。
【００３１】
またこの実施形態では、船首上端部２ｂから航行可能な最小喫水線ＬＢまでの、デッキ近傍を除くすべての尖り角γは、０°＜γ≦５５°に設定される。
【００３２】
実船の設計にあたっては、デッキ面積の確保を考慮する必要がある。このため、最小喫水線ＬＢより上方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の８０％以上に設定することもある。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態における肥大船を示すものである。図中（Ａ）は船首部付近の側面図であり、図中（Ｂ）はｇ−ｇ線での船体前縁の片舷の水線面形状を示す。図３中の破線の曲線ｉは本発明の設計過程における仮の船首形状を示している。図中ＦＰ′は設計過程における仮のFore Perpendicularを示す。これに対する本発明の肥大船の形状を曲線ｊで示す。本発明は、曲線ｉで示す開発過程における仮の船首形状を、船首前端（３ｂあるいは２ｂ）を超えることなく限りなく前方に伸ばした形状とし、ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比は、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０２の範囲に設定される。このようにＦＰを前方に持ってゆくことで、図中（Ａ）の最小喫水線より上方の船首の水線面形状ｊは、図中（Ｂ）に示すように設計過程における仮の水線面形状ｉに比べて、船首前方に向けて鋭角になる度合いが高まる。これにより、最小喫水線ＬＢより上方の広い範囲で、尖り角γをさらに鋭角にすることが可能になるので、波浪中抵抗増加の減少度合いが大きくなる。したがって、水平距離Ｆは小さいほど効果が大きく、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０２の範囲が望ましい。
【００３４】
船首先端部の側面形状が直線になるように、ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比を、Ｆ／ＬOA＝約０に設定してもよい。
【００３５】
最大喫水線ＬＷＬ近傍の船首形状を、ＦＰから船首先端までの水平距離ＦがＦ／ＬOA≦約０．０２の範囲で後方へ後退させたときに、後退させた部分がどうしても肥る（γが大きくなる）傾向となり、γが５５°を超える場合も発生する。このため、最小喫水線ＬＢより上方で且つ最大喫水線ＬＷＬよりも下方の船首において、少なくとも一部の水線面におけるγを、０°＜γ≦約５５°に設定し、且つ、最小喫水線ＬＢより上方の船首において、γを０°＜γ≦約５５°とする水線面を前記船首範囲の５０％以上に設定することもある。
【００３６】
図３（Ａ）中、３は船首バルブである。最大喫水線より上方の船首部と船首バルブ３を滑らかな曲面で繋ぐようにすることにより、船首バルブによる推進抵抗を低減する効果を損なうことなく、波浪中抵抗増加量の低減効果を発揮できる。
【００３７】
図３（Ａ）に示すように、最大喫水線ＬＷＬより上方の船首の傾斜状下面２ａの前方向延長線５と、船首上面２ｃから水平前方への延長線６との交点Ｐが、全長ＬOAの制限範囲を超過する範囲に及ぶ場合は、超過した形状部分（図中斜線部４）をカットし、カット部分の水線面の尖り角γも所定の範囲となるようにする。
【００３８】
デッキ近傍（すなわち船首上面２ｃから所定距離下方までの範囲）の尖り角γを０°＜γ≦５５°に設定すると、デッキ面積が狭くなり、これにより作業性が悪くなるおそれがある。デッキ近傍には波が届かないこともあることを考慮すると、デッキ近傍の尖り角γは５５°を超えることもある。
【００３９】
上述のようにすることで、従来技術の問題点であった、波浪中抵抗増加を減少させる効果が最大喫水線より上方の船首部に限定されていることと、喫水が浅くなった場合に効果が消滅することの問題点を解決することができた。
【００４０】
ところで、船首先端の下方部分に突出して取り付けられている船首バルブは、中高速船においてその利用が始まった。平水中を航行する際、船体は波を発生する。波を造ることにより発生する抵抗成分は造波抵抗と呼ばれている。船首バルブは、それ自身が造る波が主船体前半部で作られる波と干渉し、船全体として造る波の波高を小さくすることでエネルギ損失を小さく抑え、造波抵抗を低減する効果がある。中高速船では、造波抵抗が大きいためその効果が顕著に現れ一般的に用いられるようになり、その延長として低速肥大船においても船首バルブが適用され始めた。その後、長い年月を経て最適化が進み、低速肥大船における平水中の抵抗を小さくするのに最も有効な船首バルブ形状が造りだされてきたし、またそのように考えられてきた。
【００４１】
本発明のように、ＦＰを先端あるいは先端付近まで突出させることは、上述の船首バルブを含めた船首近傍の形状を壊すことになり、平水中の抵抗性能の劣化、特に造波抵抗の増大が懸念される。
【００４２】
本発明者は、前進する船体によって造られる波形を解析するＣＦＤツール(ＴＵＭＭＡＣ IV;東京大学にて開発された)を用いて種々の検討を行い、ＦＰを前方に持ってきても平水中の造波抵抗を増加させない形状を開発した。
【００４３】
本発明の効果を算定するために、図４（Ｃ）に示す側面形状の船首形状を有するタンカー船型を作成した。その要目は、全長ＬOA＝２７７．３ｍ，全幅Ｂ＝５０ｍ，喫水ｄ＝１４．４ｍである。図３に示す船型のＦＰから船首前端までの水平距離Ｆを０とし、ＦＰは船首前端と一致している。図２中（Ｂ）で示す水線面形状の尖り角γを可能な限り小さくした船型（以下"Ｃ船型"と記述する）である。そのγを設定した範囲は、図４（Ｃ）の最小喫水線から船首上端の範囲である。本発明の効果を確認するために、一般的な船首形状を持つ船型（図４中（Ａ）、以下"Ａ船型"と記述する）と従来型「特開２０００−３３５４７８号公報」で記載されている船型（図４（Ｂ）、以下"Ｂ船型"と記述する）との波浪中抵抗増加を比較する。Ｂ船型は、Ｆ／ＬOAが約０．０２で、船首部の水線面の前端部の尖り角γを、最大喫水線から船首上端の範囲で設定した船型である。上記各船型の航行中平均喫水における水線面における尖り角γは、Ａ船型が約７０°、Ｂ船型が約４０°、Ｃ船型が約３５°になっている。尖り角γがＣ船型の方がＢ船型より小さいのは、ＦＰが船首前端と一致しているからである。
【００４４】
図５は、突出した船首バルブを持ち、且つ船首の最大喫水線よりも上方の範囲を尖らせた従来型の船首（Ｂ船型）と、本発明の船首（Ｃ船型）とのＴＵＭＭＡＣ IVによる波高分布の計算結果の比較を示す。本発明の船首の造る波のパターンと従来型の船首の造る波パターンには大きな差は無く、船首先端の波高を示す係数は本発明の船首の方が若干小さくなっているが、全体的には、本発明の船首と従来型の船首との差は殆どないと判断される。
【００４５】
また、水槽試験による造波抵抗計測を実施して検証も行った。図６は試験結果を示す。従来型の船（Ｂ船型）との優劣は全くない。この試験結果により、本発明の船首（Ｃ船型）が突出した船首バルブを持つ従来型の船首（Ｂ船型）と大きく異なるものの、造波抵抗の劣化が全く見られない形状であることを検証した。
【００４６】
また、波浪中抵抗増加量の低減効果も、水槽試験によって検証されている。図７に満載状態の抵抗増加量の比較を、図８に一般的な船首形状（Ａ船型）からの低減量をパーセンテージで示す。同様に、図９及び図１０にバラスト状態の結果を示す。図８及び図１０の中に示した数値は、本船が実航海で遭遇する頻度の高い波長範囲における抵抗増加量低減率の平均値を示している。これらコンピュータによる解析技術と水槽試験を駆使して初めて、平水中の抵抗性能を劣化させることなく、波浪中抵抗増加量の大幅な低減を可能にする本発明の考案が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】船舶の側面図である。
【図２】図中（Ａ）は船首の側面図を示し、図中（Ｂ）は船首の水線面形状を示す。
【図３】図中（Ａ）は本発明の一実施形態における船首の側面図を示し、図中（Ｂ）は本発明の一実施形態における船首の水線面形状を示す。
【図４】船首形状の側面図の比較を示す（図中（Ａ）は一般的な船首形状を示し、図中（Ｂ）は従来型の船首形状を示し、図中（Ｃ）は本発明の船首形状を示す）。
【図５】ＴＵＭＭＡＣによる波形解析を示すグラフ（図中（Ａ）は従来型の船首を示し、図中（Ｂ）は本発明の船首を示す）。
【図６】造波抵抗試験の結果を示すグラフ。
【図７】抵抗増加計測の試験結果を示すグラフ（満載状態）。
【図８】一般的な船首形状をベースとした波浪中抵抗増加の低減効果を示すグラフ（満載状態）。
【図９】抵抗増加計測の試験結果を示すグラフ（バラスト状態）。
【図１０】従来型の船首形状をベースとした波浪中抵抗増加の低減効果を示すグラフ（バラスト状態）。
【符号の説明】
【００４８】
１…船体
２…船首部
２ａ…船首の傾斜状下面
２ｂ…船首部上端
２ｃ…船首上面
３…船首バルブ部
３ｂ…船舶が航行可能な最小喫水線と船首部側面形状の交点
５…船首の傾斜状下面２ａの前方向延長線
６…船首上面２ｂの前方向延長線
Ｄ…船体前端から計った水平距離Ｃ（＝０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）との交点
Ｅ…船体中心線上の点
Ｆ…ＦＰから船首前端までの水平距離
ＬOA…全長
ＬPP…垂線間長
Ｐ…延長線５と６の交差位置
ａ…点Ｅと点Ｄを結んだ直線
γ…直線ａの船体中心線から計った角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、すべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項２】
最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の７０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項３】
最小喫水線より上方の船首において、デッキ近傍を除くすべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項４】
最小喫水線より上方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の８０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項５】
最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、少なくとも一部の水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定し、
且つ、最小喫水線より上方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°にする水線面を、前記船首範囲の５０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項６】
ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比を、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０２の範囲に設定することを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の肥大船。
【請求項７】
最大喫水線より上方の船首部と最小喫水線部の船首部とを滑らかな曲面で繋ぐことを特徴とする請求項６に記載の肥大船。
【請求項８】
ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比を、Ｆ／ＬOA＝約０に設定することを特徴とする請求項６に記載の肥大船。
【請求項９】
最大喫水線より上方の前記船首の先端が、船体全体の制限寸法に合わせて、前記船首の傾斜状下面（２ａ）の前方向延長線（５）と船首上面（２ｃ）の前方向延長線（６）の交差位置（Ｐ）よりも後退することを特徴とする請求項１ないし８いずれかに記載の肥大船。
【請求項１】
最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、すべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項２】
最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の７０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項３】
最小喫水線より上方の船首において、デッキ近傍を除くすべての水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項４】
最小喫水線より上方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°とする水線面を、前記船首範囲の８０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項５】
最小喫水線より上方で且つ最大喫水線よりも下方の船首において、少なくとも一部の水線面における、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°に設定し、
且つ、最小喫水線より上方の船首において、船体中心線上の船体前端の点（Ｅ）と、船体前端から計った水平距離Ｃ（０．０２×ＬOA）後方位置の船体中心線に対する垂直線（Ｂ−Ｂ）と水線面形状（４）の交点（Ｄ）を結んだ直線（ａ）の、船体中心線から計った角度γを、０°＜γ≦約５５°にする水線面を、前記船首範囲の５０％以上に設定することを特徴とする、Ｃb＝∇／（ＬPP×Ｂ×ｄ）が０．７８程度以上の肥大船。
ＬPP：ＦＰ位置から舵軸中心位置（ＡＰ）までの水平距離で計った船舶の長さ
ｄ：船舶の最大喫水線下の深さ
Ｂ：船舶の全幅
∇：ｄに対応する型排水容積
ＬOA：船舶の全長
ＦＰ：Fore Perpendicularの略で、最大喫水線と交わる船首先端位置（垂直線）
【請求項６】
ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比を、約０≦Ｆ／ＬOA≦約０．０２の範囲に設定することを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の肥大船。
【請求項７】
最大喫水線より上方の船首部と最小喫水線部の船首部とを滑らかな曲面で繋ぐことを特徴とする請求項６に記載の肥大船。
【請求項８】
ＦＰから船首前端までの水平距離Ｆと全長ＬOAとの比を、Ｆ／ＬOA＝約０に設定することを特徴とする請求項６に記載の肥大船。
【請求項９】
最大喫水線より上方の前記船首の先端が、船体全体の制限寸法に合わせて、前記船首の傾斜状下面（２ａ）の前方向延長線（５）と船首上面（２ｃ）の前方向延長線（６）の交差位置（Ｐ）よりも後退することを特徴とする請求項１ないし８いずれかに記載の肥大船。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１１８９５０（Ｐ２００７−１１８９５０Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２３２７（Ｐ２００７−３２３２７）
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【分割の表示】特願２００２−５４４７５（Ｐ２００２−５４４７５）の分割
【原出願日】平成１４年２月２８日（２００２．２．２８）
【出願人】（５０２１１６９２２）ユニバーサル造船株式会社 (172)
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【分割の表示】特願２００２−５４４７５（Ｐ２００２−５４４７５）の分割
【原出願日】平成１４年２月２８日（２００２．２．２８）
【出願人】（５０２１１６９２２）ユニバーサル造船株式会社 (172)
[ Back to top ]