転覆及び大傾斜の防止手段を有する船舶
【課題】荒天中を航行している船舶に予想外の大きな横揺れが発生した際の転覆や大傾斜といった危険な現象を防ぐ手段、及び新造船のみならず既存船においても、最小限の改造で航海中の安全性を飛躍的に高める手段を提供すること。
【解決手段】船舶の船首部両舷側で喫水線上に、転覆や大傾斜を防止する突起物を設けることにより、荒天下で航行する船舶に想定外の横揺れが発生した場合でも大傾斜や転覆といった最悪の事態を回避できるようにした。
【解決手段】船舶の船首部両舷側で喫水線上に、転覆や大傾斜を防止する突起物を設けることにより、荒天下で航行する船舶に想定外の横揺れが発生した場合でも大傾斜や転覆といった最悪の事態を回避できるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋を航行する船舶の転覆や大傾斜を防止するための突起物を設けた船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転覆や大傾斜を防止するための手段として、フィンスタビライザーやアンチローリングタンクなどが知られているが、これらの手段を採用するには、高価で複雑な装置の導入が必要であった。また、船体形状そのものの大幅な改良も防止手段として考えられるが、漁獲した魚を新鮮なまま漁港まで運ばなくてはならない漁船や荒天中での運航を余儀なくされる巡視艇等の場合、船体形状の変更は巡航速度の低下や燃費の悪化につながるため採用が難しかった。
【０００３】
大部分の船舶は、荒天時には航行速度を極端に落とすことで対応しているが、航行速度の低下は、舵利きや横揺れ減衰力の低下を招くため、転覆や大傾斜を防止するための手段として万全とはいい難いのが現状である。また、荒天時を追波ないし斜め追波状態で航行している際の転覆や大傾斜は、予兆無く突然襲ってくる場合があり、大傾斜が始まってからの操船では対応が不可能であった。
【０００４】
船舶の船体に装着される転覆防止手段としては、排水トン数が凡そ２０トン程度以下の小型船舶に於いて、側外板に横揺れ規制部材を横外方への張出状態と非張出状態の何れか一方に任意に切り換え得るように装設し、横揺れ規制部材が横外方への張出状態となされ且つ船体１が一定角度以上に横揺れしたとき、横揺れ規制部材が船体を取り巻く水中に没し、水との相互作用により横揺れ規制力を生じさせるものが提案されている（特許文献１）。
この手段では、規制部材が非張出状態では側外板からほとんど張り出さないので、大きな水抵抗とはならず、張出状態でも規制部材を喫水線近傍に設ければ、船体の推進に対し大きな障害にはならないという利点があるが、大きな波を予測して張出し操作を行う必要があり、予兆無く襲ってくる大波に対しては効果がなく、規制部材が側外板に取り付けられているので常時張出状態では、港に接岸できないという問題があり、さらに、規制部材が水没すると船舶の重心から離れた片舷に大きな抵抗力が加わるので、安定した航行が困難になるという問題もあった。
【特許文献１】特開２００２−１１４１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、荒天中を航行している船舶に予想外の大きな横揺れが発生した際の転覆や大傾斜といった危険な現象を防ぐ手段を提供することである。
また本発明の課題は、新造船のみならず既存船においても、最小限の改造で航海中の安全性を飛躍的に高める手段を提供することである。
さらにまた本発明の課題は、上記手段を装着した場合でも、通常の航行時、操業時や接岸時などに邪魔にならない手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、船舶の船首部両舷側で喫水線上に、転覆や大傾斜を防止する突起物を設けることにより、荒天下で航行する船舶に想定外の横揺れが発生した場合でも大傾斜や転覆といった最悪の事態を回避できるようにしたものである。
本発明者らは、船舶が傾斜したとき突起物に発生する揚力について研究を重ねた結果、船舶の船首部両舷側で喫水線上に設けられた突起物が、特に高速域での転覆及び大傾斜に絶大な効果を有することを見出し、本発明に至ったものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の突起物は、水面上に取り付けられているので通常の航行時は水面上にあり抵抗増加がないため、船速低下を招かず、また固定して取り付けられているので、わずらわしい大波を予測した伸長操作などを行う必要がなく、予兆無く突然襲ってくる大波に対しても有効に作用する。
【０００８】
本発明の突起物の形成方法としては、板状、翼状などの部材を取り付けるほか、船舶の船首部両舷側で喫水線上に凸部を形成させてもよい。
また、本発明の突起物は、その先端部が舷側の最大幅を超えないのでそのまま接岸することができ、漁船においては漁労に影響を与えることがない。また、板状や翼状の部材を利用して突起物を形成する方法を採用すれば、既存の船舶にも簡単に取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の概要を図面で説明する。
図１は、船舶の船首部の断面を示し、横傾斜がない場合は、突起物が水面上にあるため船舶の航行に関して非装備時と異なるところはないが、図２のように船舶が大きく横傾斜した場合は、突起物が没水して、前進速度の2乗に比例する上向きの揚力が発生する。この揚力と船体重心からの距離の積に相当する復原モーメントが得られることとなる。また突起物に発生する船尾方向の抗力によって減速効果も同時に得られる。
【００１０】
図３に示されるように、突起物を推進方向上向きに傾斜して取り付けることで揚力が得られる。この場合、傾斜角度は失速角以下に抑えるのが好ましい。
【００１１】
図４に示されるように、傾斜角度を失速角以上にして取り付けた場合は揚力ではなく抗力の寄与が大きくなる。図５のように船舶が傾斜した場合、水没した突起物が邪魔板として作用し、船舶の前進速度の2乗に比例する船尾向きの抗力が発生する。主に高速域での大傾斜は波による加速が根源となって発生しており、突起物が発生する効力が抵抗となって減速を得ることで波による加速を防ぎ、危険を回避することが出来る。また、この抗力は船舶の重心近傍に作用するので、船舶に生じる旋回モーメントは小さく、安定した航行が維持できる。
【００１２】
本発明の突起物の投影面積は大きいほどより効果が得られる。本発明の突起物の大きさは、その形状や船種にもよるが、実用的な効果を発揮させるためには、突起物の容積、また突起物が翼形状である場合は、翼面積に最大翼厚を乗じた値が、水面下船体容積の0.1%以上となる必要がある。
【００１３】
本発明の突起物は、船首部両舷の船幅が狭まっている部分に取り付けることが望ましい。この部分であれば突起物の先端が舷側の最大幅を超えない範囲で有効な面積を確保することができる。
【００１４】
本発明の突起物の垂直方向の取り付け位置は、平水中で最大復原力角に至るまでに突起物が没水することが必要である。
【００１５】
本発明の突起物の水平面への投影形状は、平板、NACAシリーズなど、揚力および抗力発生が得られる形状で、かつ、船舶の航行に支障がない限り制限されない。また、船首部両舷の突起物を一体的に形成しても良い。
【００１６】
本発明の突起物は、重量の増加を抑え、突起物に生じる揚力を船体に確実に伝えるための強度を確保するため、中空構造とすることが好ましいが、小型船舶の場合は、中実構造であってもかまわない。
【００１７】
本発明の突起物は、強度の点から鋼鉄で製作することが好ましいが、軽量の小型船舶の場合は、強化プラスチックや木で作成しても良い。
【００１８】
既存の船舶に本発明の突起物を取り付ける場合、溶接や指示軸を左右舷に貫通させて固定するような手段が採用できる。
【００１９】
本発明の突起物の形状を図１１〜１３に示すが、これに限られるものではない。なお、図１３（Ｄ）は邪魔板の例である。
【実施例】
【００２０】
長さ１００ｍ、幅７．８ｍ、水深４．３５ｍの大阪大学船舶海洋試験水槽にて、全長２．７１４ｍ、全幅０．５３７５m、排水量１３０ｋｇの模型船（まき網漁船）を、曳航軸を介して台車に５、１０度横傾斜させた状態で保持し、はじめに翼を装備しない状態で、速度１．３４６、１．７９４、２．２４３ｍ/ｓ(フルード数、Ｆｎ=０．３、０．４、０．５)で曳航し、船体に働く復原力を、４分力検力器(日章電機株式会社製)を用いて測定した。
次に同じ模型船の船首部片舷の喫水線上に、幅１０７．１７ｍｍ、長さ１０７．１７ｍｍのＮＡＣＡ００１２形状の翼型形状付加物を取り付け、付加物傾斜角α=５、１５、２５度について上記と同様な実験を行って復原力を比較したところ、復原力の大幅な増加が確認された。付加物によって発生する揚力は図８、９のとおりである。
付加物を装備しない場合の復原力挺曲線は流体静力学計算により簡単に求められる。これによると復原力は船体横傾斜角７度で最大となり、復原力消失角は１９度である。これに実験で得られた付加物による復原力の増加を考慮すると復原力挺曲線は図１０のようになる。復原力の増加は船体横傾斜角が１０度以上の範囲では付加物が完全に没水しているため、一定の揚力が働き続けると仮定した。例えば翼傾斜角α=２５°、速度Ｆｎ＝０．５でみると復原力喪失角は２６°となり、最大復原力挺の値は付加物を装備していない場合に比べて１．８倍にもなる。このように、船首部両舷の喫水線上に付加物を装備させるだけで、船体が大きく横傾斜した際の復原力が非装備時に比べ大幅に増大し、転覆に至るリスクを極めて少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】突起物を取り付けた船舶船首部の断面図（通常時）
【図２】突起物を取り付けた船舶船首部の断面図（傾斜部）
【図３】突起物を取り付けた船舶の側面図
【図４】突起物を取り付けた船舶船首部の断面図（通常時）
【図５】突起物を取り付けた船舶船首部の断面図（傾斜時）
【図６】突起物を取り付けた船舶模型（通常時）
【図７】突起物を取り付けた船舶模型（傾斜時）
【図８】揚力の測定値を示すグラフ
【図９】揚力の測定値を示すグラフ
【図１０】船舶の横傾斜角と復原力挺測定値を示すグラフ
【図１１】突起物の断面形状の例
【図１２】突起物の平面形状の例
【図１３】突起物の正面形状の例
【符号の説明】
【００２２】
１ 船舶
２ 突起物
２’ 突起物（邪魔板）
３ 揚力
４ 復原モーメント
G 重心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋を航行する船舶の転覆や大傾斜を防止するための突起物を設けた船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転覆や大傾斜を防止するための手段として、フィンスタビライザーやアンチローリングタンクなどが知られているが、これらの手段を採用するには、高価で複雑な装置の導入が必要であった。また、船体形状そのものの大幅な改良も防止手段として考えられるが、漁獲した魚を新鮮なまま漁港まで運ばなくてはならない漁船や荒天中での運航を余儀なくされる巡視艇等の場合、船体形状の変更は巡航速度の低下や燃費の悪化につながるため採用が難しかった。
【０００３】
大部分の船舶は、荒天時には航行速度を極端に落とすことで対応しているが、航行速度の低下は、舵利きや横揺れ減衰力の低下を招くため、転覆や大傾斜を防止するための手段として万全とはいい難いのが現状である。また、荒天時を追波ないし斜め追波状態で航行している際の転覆や大傾斜は、予兆無く突然襲ってくる場合があり、大傾斜が始まってからの操船では対応が不可能であった。
【０００４】
船舶の船体に装着される転覆防止手段としては、排水トン数が凡そ２０トン程度以下の小型船舶に於いて、側外板に横揺れ規制部材を横外方への張出状態と非張出状態の何れか一方に任意に切り換え得るように装設し、横揺れ規制部材が横外方への張出状態となされ且つ船体１が一定角度以上に横揺れしたとき、横揺れ規制部材が船体を取り巻く水中に没し、水との相互作用により横揺れ規制力を生じさせるものが提案されている（特許文献１）。
この手段では、規制部材が非張出状態では側外板からほとんど張り出さないので、大きな水抵抗とはならず、張出状態でも規制部材を喫水線近傍に設ければ、船体の推進に対し大きな障害にはならないという利点があるが、大きな波を予測して張出し操作を行う必要があり、予兆無く襲ってくる大波に対しては効果がなく、規制部材が側外板に取り付けられているので常時張出状態では、港に接岸できないという問題があり、さらに、規制部材が水没すると船舶の重心から離れた片舷に大きな抵抗力が加わるので、安定した航行が困難になるという問題もあった。
【特許文献１】特開２００２−１１４１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、荒天中を航行している船舶に予想外の大きな横揺れが発生した際の転覆や大傾斜といった危険な現象を防ぐ手段を提供することである。
また本発明の課題は、新造船のみならず既存船においても、最小限の改造で航海中の安全性を飛躍的に高める手段を提供することである。
さらにまた本発明の課題は、上記手段を装着した場合でも、通常の航行時、操業時や接岸時などに邪魔にならない手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、船舶の船首部両舷側で喫水線上に、転覆や大傾斜を防止する突起物を設けることにより、荒天下で航行する船舶に想定外の横揺れが発生した場合でも大傾斜や転覆といった最悪の事態を回避できるようにしたものである。
本発明者らは、船舶が傾斜したとき突起物に発生する揚力について研究を重ねた結果、船舶の船首部両舷側で喫水線上に設けられた突起物が、特に高速域での転覆及び大傾斜に絶大な効果を有することを見出し、本発明に至ったものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の突起物は、水面上に取り付けられているので通常の航行時は水面上にあり抵抗増加がないため、船速低下を招かず、また固定して取り付けられているので、わずらわしい大波を予測した伸長操作などを行う必要がなく、予兆無く突然襲ってくる大波に対しても有効に作用する。
【０００８】
本発明の突起物の形成方法としては、板状、翼状などの部材を取り付けるほか、船舶の船首部両舷側で喫水線上に凸部を形成させてもよい。
また、本発明の突起物は、その先端部が舷側の最大幅を超えないのでそのまま接岸することができ、漁船においては漁労に影響を与えることがない。また、板状や翼状の部材を利用して突起物を形成する方法を採用すれば、既存の船舶にも簡単に取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の概要を図面で説明する。
図１は、船舶の船首部の断面を示し、横傾斜がない場合は、突起物が水面上にあるため船舶の航行に関して非装備時と異なるところはないが、図２のように船舶が大きく横傾斜した場合は、突起物が没水して、前進速度の2乗に比例する上向きの揚力が発生する。この揚力と船体重心からの距離の積に相当する復原モーメントが得られることとなる。また突起物に発生する船尾方向の抗力によって減速効果も同時に得られる。
【００１０】
図３に示されるように、突起物を推進方向上向きに傾斜して取り付けることで揚力が得られる。この場合、傾斜角度は失速角以下に抑えるのが好ましい。
【００１１】
図４に示されるように、傾斜角度を失速角以上にして取り付けた場合は揚力ではなく抗力の寄与が大きくなる。図５のように船舶が傾斜した場合、水没した突起物が邪魔板として作用し、船舶の前進速度の2乗に比例する船尾向きの抗力が発生する。主に高速域での大傾斜は波による加速が根源となって発生しており、突起物が発生する効力が抵抗となって減速を得ることで波による加速を防ぎ、危険を回避することが出来る。また、この抗力は船舶の重心近傍に作用するので、船舶に生じる旋回モーメントは小さく、安定した航行が維持できる。
【００１２】
本発明の突起物の投影面積は大きいほどより効果が得られる。本発明の突起物の大きさは、その形状や船種にもよるが、実用的な効果を発揮させるためには、突起物の容積、また突起物が翼形状である場合は、翼面積に最大翼厚を乗じた値が、水面下船体容積の0.1%以上となる必要がある。
【００１３】
本発明の突起物は、船首部両舷の船幅が狭まっている部分に取り付けることが望ましい。この部分であれば突起物の先端が舷側の最大幅を超えない範囲で有効な面積を確保することができる。
【００１４】
本発明の突起物の垂直方向の取り付け位置は、平水中で最大復原力角に至るまでに突起物が没水することが必要である。
【００１５】
本発明の突起物の水平面への投影形状は、平板、NACAシリーズなど、揚力および抗力発生が得られる形状で、かつ、船舶の航行に支障がない限り制限されない。また、船首部両舷の突起物を一体的に形成しても良い。
【００１６】
本発明の突起物は、重量の増加を抑え、突起物に生じる揚力を船体に確実に伝えるための強度を確保するため、中空構造とすることが好ましいが、小型船舶の場合は、中実構造であってもかまわない。
【００１７】
本発明の突起物は、強度の点から鋼鉄で製作することが好ましいが、軽量の小型船舶の場合は、強化プラスチックや木で作成しても良い。
【００１８】
既存の船舶に本発明の突起物を取り付ける場合、溶接や指示軸を左右舷に貫通させて固定するような手段が採用できる。
【００１９】
本発明の突起物の形状を図１１〜１３に示すが、これに限られるものではない。なお、図１３（Ｄ）は邪魔板の例である。
【実施例】
【００２０】
長さ１００ｍ、幅７．８ｍ、水深４．３５ｍの大阪大学船舶海洋試験水槽にて、全長２．７１４ｍ、全幅０．５３７５m、排水量１３０ｋｇの模型船（まき網漁船）を、曳航軸を介して台車に５、１０度横傾斜させた状態で保持し、はじめに翼を装備しない状態で、速度１．３４６、１．７９４、２．２４３ｍ/ｓ(フルード数、Ｆｎ=０．３、０．４、０．５)で曳航し、船体に働く復原力を、４分力検力器(日章電機株式会社製)を用いて測定した。
次に同じ模型船の船首部片舷の喫水線上に、幅１０７．１７ｍｍ、長さ１０７．１７ｍｍのＮＡＣＡ００１２形状の翼型形状付加物を取り付け、付加物傾斜角α=５、１５、２５度について上記と同様な実験を行って復原力を比較したところ、復原力の大幅な増加が確認された。付加物によって発生する揚力は図８、９のとおりである。
付加物を装備しない場合の復原力挺曲線は流体静力学計算により簡単に求められる。これによると復原力は船体横傾斜角７度で最大となり、復原力消失角は１９度である。これに実験で得られた付加物による復原力の増加を考慮すると復原力挺曲線は図１０のようになる。復原力の増加は船体横傾斜角が１０度以上の範囲では付加物が完全に没水しているため、一定の揚力が働き続けると仮定した。例えば翼傾斜角α=２５°、速度Ｆｎ＝０．５でみると復原力喪失角は２６°となり、最大復原力挺の値は付加物を装備していない場合に比べて１．８倍にもなる。このように、船首部両舷の喫水線上に付加物を装備させるだけで、船体が大きく横傾斜した際の復原力が非装備時に比べ大幅に増大し、転覆に至るリスクを極めて少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】突起物を取り付けた船舶船首部の断面図（通常時）
【図２】突起物を取り付けた船舶船首部の断面図（傾斜部）
【図３】突起物を取り付けた船舶の側面図
【図４】突起物を取り付けた船舶船首部の断面図（通常時）
【図５】突起物を取り付けた船舶船首部の断面図（傾斜時）
【図６】突起物を取り付けた船舶模型（通常時）
【図７】突起物を取り付けた船舶模型（傾斜時）
【図８】揚力の測定値を示すグラフ
【図９】揚力の測定値を示すグラフ
【図１０】船舶の横傾斜角と復原力挺測定値を示すグラフ
【図１１】突起物の断面形状の例
【図１２】突起物の平面形状の例
【図１３】突起物の正面形状の例
【符号の説明】
【００２２】
１ 船舶
２ 突起物
２’ 突起物（邪魔板）
３ 揚力
４ 復原モーメント
G 重心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両舷側で喫水線上に突起物を設けたことを特徴とする船舶。
【請求項２】
突起物が最大船幅を超えないことを特徴とする請求項１記載の船舶。
【請求項３】
非可動の突起物を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の船舶。
【請求項４】
突起物が揚力あるいは抗力発生のため推進方向上向きに傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載の船舶。
【請求項１】
両舷側で喫水線上に突起物を設けたことを特徴とする船舶。
【請求項２】
突起物が最大船幅を超えないことを特徴とする請求項１記載の船舶。
【請求項３】
非可動の突起物を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の船舶。
【請求項４】
突起物が揚力あるいは抗力発生のため推進方向上向きに傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載の船舶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図７】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図７】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２３８９２０（Ｐ２００８−２３８９２０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８１０８１（Ｐ２００７−８１０８１）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５０１１６８８１４）独立行政法人水産総合研究センター (103)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５０１１６８８１４）独立行政法人水産総合研究センター (103)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
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