(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船首部分の左右両側に船体外側面より窪んだ凹部を有し、
前記凹部は、吃水線より上方位置にあって波浪中航行において船首が波の山部に進入すると海中に没し且つ船首が波の谷部に進入すると海上に露呈する上向き面と、前記上向き面に上方から対向する下向き面と、前記上向き面と前記下向き面との間に延在する横向き面とにより画定されている船舶の船首構造。
【請求項２】
前記横向き面は、船首船尾方向の全体に亘って滑らかに連続する面により構成され、且つ船首側と船尾側の双方において滑らかに前記船体外側面に接続される請求項１に記載の船舶の船首構造。
【請求項３】
前記上向き面と前記横向き面とは円弧面によって滑らかに接続されている請求項１または２に記載の船舶の船首構造。
【請求項４】
前記下向き面と前記横向き面とは円弧面によって滑らかに接続されている請求項１から３の何れか一項に記載の船舶の船首構造。
【請求項５】
前記下向き面と前記横向き面とを接続する円弧面の曲率は、前記上向き面と前記横向き面とを接続する円弧面の曲率より大きい請求項４に記載の船舶の船首構造。
【請求項６】
前記上向き面は、船首船尾方向に水平に延在する平坦面を含んでいる請求項１から５の何れか一項に記載の船舶の船首構造。
【請求項７】
メインハルとデミハルとを有する複胴の船舶であって、前記凹部は前記メインハルと前記デミハルの少なくとも何れか一方に設けられている請求項１から６の何れか一項に記載の船舶の船首構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の船首構造に関し、特に、波浪中航行における船体のピッチング運動を抑制する船首構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶の船首構造として、満載吃水線の上方位置に設定された前部上方甲板と、該前部上方甲板より前方に突出し航行時吃水線位置より若干高く且つ前記前部上方甲板よれ下方位置に設定された前部下方甲板とを有する二段前部甲板構造のものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この二段前部甲板構造の船舶では、航行中に船舶が向かい波と遭遇すると、船首部が波中に入ることにより、航行時吃水線より上側にあった体積分の浮力が船首部に新たに生じ、浮力増加によって船首が上昇しようとするが、前部下方甲板が波中に浸かることにより、前部甲板が波中に浸からない場合に比して船首部の浮力増加が抑えられ。しかも、前部下方甲板が波中に浸かることにより、波の圧力（水圧）が前部下方甲板の平らな上面に下向きに作用し、船首が上昇しようとする運動が抑制される。これらのことにより、波浪時航行における船首の浮き上がりが抑制され、船体のピッチング運動を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２２４８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二段前部甲板構造の船舶では、前部下方甲板上を船体の左右方向の片側から反対側に横断する海水（水）の流れが生じことがあり、この流れは船体のローリング運動を誘発する原因になり、ピッチング性能が改善されても、ローリング性能が悪化することがある。また、前部下方甲板部分は、水没するため、当該前部下方甲板部分を有効利用することが難しく、デッドスペースとなる甲板面積が大きい。また、前部下方甲板の後部形状が不適切であるため、この後部部分においてスプラッシュが発生し、船体抵抗（航行抵抗）の増加を招くことになる。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、船体のローリング性能の悪化、船体抵抗の増加を招くことがなく、デッドスペースとなる甲板面積を作ることもなく、波浪中航行における船体のピッチング運動を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による船舶の船首構造は、船首部分の左右両側に船体外側面より窪んだ凹部を有し、前記凹部は、吃水線の上方に位置する上向き面と、前記上向き面に上方から対向する下向き面と、前記上向き面と前記下向き面との間に延在する横向き面とにより画定されている。
【０００８】
この構成によれば、波浪中航行により、海面（水面）上に露呈していた凹部の上向き面が海中（水中）に没すると、凹部内に海水（水）が流れ込み、凹部内に流れ込んだ海水は凹部の横向き面に衝突することにより渦を生じる。この渦の生成によって船首上下動の運動エネルギが消費され、船首の上下揺動が小さくなる。また、凹部は船首部が波中に入ることによる船首部の浮力増加を少なくする働きもし、浮力増加による船首の浮き上がりが抑制される。これらのことにより、波浪中航行における船体のピッチング運動が抑制される。
【０００９】
凹部は、船首の左右両側に独立して存在し、左右の凹部が連通していないので、船体の左右方向の片側から反対側に横断する海水の流れが生じことがなく、船体のローリング性能を悪化することがない。また、凹部は上側に下向き面を有する窪みであるので、凹部がデッドスペースとなる甲板面積を作ることもない。
【００１０】
本発明による船舶の船首構造は、好ましくは、前記横向き面は、船首船尾方向の全体に亘って滑らかに連続する面により構成され、船尾側において滑らかに前記船体外側面に接続される。
【００１１】
この構成によれば、横向き面が船首船尾方向の全体に亘って滑らかに連続する面により構成されることと、船尾側において滑らかに前記船体外側面に接続されていることにより、凹部内を流れる海水の船首船尾方向の流線は理想船形における流線に近い滑らかなものになる。これにより、ピッチング運動低減のための凹部が、スプレー波やスプラッシュが生成する原因になることがなく、船体抵抗（航行抵抗）を増加することがない。
【００１２】
本発明による船舶の船首構造は、好ましくは、前記上向き面と前記横向き面とは円弧面によって滑らかに接続されている。
【００１３】
この構成によれば、凹部内に流れ込んだ海水は円弧面に沿って流れることにより、凹部内における渦の生成がよくなり、これに伴い船首上下運動のエネルギ消費が大きくなる。
【００１４】
本発明による船舶の船首構造は、好ましくは、前記下向き面と前記横向き面とは円弧面によって滑らかに接続されており、より好ましくは、前記下向き面と前記横向き面とを接続する円弧面の曲率は、前記上向き面と前記横向き面とを接続する円弧面の曲率より大きい。
【００１５】
この構成によれば、大きい波によって凹部の横向き面に衝突して跳ね上がって下向き面に到達する海水は、円弧面に案内されて滑らかな流線をもって凹部外に排出されるので、凹部の下向き面に海水が激しく衝突することがない。これにより、凹部の下向き面に海水が激しく衝突したことによる叩き音、振動を生じることもがない。特に、下向き面と横向き面とを接続する円弧面の曲率が、上向き面と横向き面とを接続する円弧面の曲率より大きいことにより、その効果が顕著になる。
【００１６】
本発明による船舶の船首構造は、好ましくは、前記上向き面は、船首船尾方向に水平に延在する平坦面を含んでいる。
【００１７】
凹部の上向き面が船首船尾方向に水平に延在する平坦面を含んでいることにより、凹部に進入した波の圧力（水圧）が下向きに作用し、このことによっても船首が上昇しようとする運動が抑制される。
【００１８】
本発明による船舶の船首構造は、好ましくは、メインハルとデミハルとを有する複胴の船舶であって、前記凹部は前記メインハルと前記デミハルの少なくとも何れか一方に設けられている。
【００１９】
ピッチング運動低減のための凹部は、単胴船以外に、メインハルとデミハルとを有する複胴船でも有効であり、複胴船の場合、凹部はメインハルとデミハルの少なくとも何れか一方に設けられればよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による船舶の船首構造によれば、波浪中航行により凹部の上向き面が海中（水中）に没すると、凹部内に海水（水）が流れ込み、凹部内に流れ込んだ海水は凹部の横向き面に衝突することになって渦を生じ、当該渦の生成によって船首上下動の運動エネルギが消費される。これにより、ダンピング効果が得られて船首の上下揺動が小さくなる。また、凹部は船首部が波中に入ることによる浮力の増加を少なくする働きもし、浮力増加による船首の浮き上がりが抑制される。これらのことにより、波浪中航行における船体のピッチング運動が抑制され、波浪中航行の乗り心地がよくなり、船酔いし難くなる。
【００２１】
凹部は、船首の左右両側に独立して存在し、左右の凹部が連通していないので、船体の左右方向の片側から反対側に横断する海水（水）の流れが生じことがなく、船体のローリング性能を悪化することがない。特に、デミハルに凹部を設けることにより、船体のローリング性能が改善される。また、凹部は上側に下向き面を有する窪みであるので、凹部がデッドスペースとなる甲板面積を作ることもない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による船首構造を取り入れた船舶の一つの実施例を示す側面図。
【図２】本実施例による船首構造を取り入れた船舶の斜視図。
【図３】本実施例による船首構造を取り入れた船舶の正面図。
【図４】図１の線ＩＶ−ＩＶに沿った平断面図。
【図５】図１の線Ｖ−Ｖに沿った縦断面図。
【図６】本発明による船首構造を取り入れた船舶の他の実施例を示す斜視図。
【図７】他の実施例を船首構造。
【図８】本発明による船首構造を取り入れた船舶と従来型の船舶との出会周波数−船首加速度特性を示すグラフ。
【図９】船首加速度特性試験に用いたトリマラン船の寸法諸元を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明による船舶の船首構造の一つの実施例を、図１〜図５を参照して説明する。
【００２４】
本実施例による船舶は、メインハル（センタハル）１０と、メインハル１０の左右両側にデミハル（サイドハル）１２を有するトリマラン船（三胴船）である。
【００２５】
メインハル（船体）１０の船首において左右の船体外側面１０Ｌ、１０Ｒを互いに接続する船首最先端部１１は、船底１４側が甲板１６側より船尾方向に傾斜した直線状をなしている。
【００２６】
メインハル１０の船首部分の左右両側には、各々、船体外側面１０Ｌ、１０Ｒより窪んだ凹部２０が船体外板により左右個別に形成されている。凹部２０は、航行時吃水線Ｗの少し上方に位置する略水平な上向き面２２と、上向き面２２に上方から対向する略水平な下向き面２４と、上向き面２２と下向き面２４との間に略鉛直に延在する横向き面２６とによる３個の壁によって画定され、船首最先端部１１の近傍より船尾方向に延びた横長形状をしている。
【００２７】
換言すると、凹部２０の上向き面２２と下向き面２４は、各々、船首船尾方向（船体前後方向）に略水平に延在しており、同方向に水平に延在する平坦面２２Ａ、２４Ａ（図５参照）を含んでいる。
【００２８】
航行時吃水線Ｗと上向き面２２との上下方向の距離Ｄは、波が穏やかで、メインハル１０が大きいピッチング運動をすることがない定常航行時には、上向き面２２の全体が海上（水上）に露呈し、波浪航行時に、メインハル１０の船首が波を被った際には、上向き面２２の少なくとも一部が海中（水中）に沈む距離（高さ）であり、この距離Ｄは、メインハル１０自体のピッチング性能や船舶のコンセプトに応じて適正値に設定されればよい。
【００２９】
凹部２０の横向き面２６は、図４に示されているように、船首側において屈曲部材や段差を含むことなく船首最先端部１１に滑らかに接続され、船首船尾方向で見て区間Ａに亘って直線状に延在する平坦面２６Ａと、船首側において平坦面２６Ａの船尾側に屈曲部材や段差を含むことなく滑らかに連続する半径Ｒｂによる凹面状で、船首船尾方向で見て区間Ｂに亘って延在する前側円弧面２６Ｂと、船首側において前側円弧面２６Ｂの船尾側に屈曲部材や段差を含むことなく滑らかに連続し、且つ船尾側において船体外側面１０Ｌ（１０Ｒ）に接続される半径Ｒｃによる凸面状で、船首船尾方向で見て区間Ｃに亘って延在する後側円弧面２６Ｃとにより、全体に亘って滑らかに連続する流線型の面により構成されている。
【００３０】
凹部２０の上向き面２２と横向き面２６とは円弧面（Ｒ面）２８（図５参照）によって滑らかに接続されている。また、凹部２０の下向き面２４と横向き面２６も円弧面（Ｒ面）３０（図５参照）によって滑らかに接続されている。下向き面２４と横向き面２６とを接続する円弧面３０の曲率は、上向き面２２と横向き面２６とを接続する円弧面２８の曲率より大きい値に設定されている。
【００３１】
上述の構成によれば、波が穏やかで、メインハル１０が大きいピッチング運動をすることがない定常航行時には、図５（Ａ）に示されているように、左右の凹部２０の各々の上向き面２２の全体が海上（水上）に露呈している。
【００３２】
波浪中航行において、船首が波の山部に進入することにより、海面上に露呈していた左右の凹部２０の上向き面２２が海中に没すると、図５（Ｂ）に示されているように、凹部２０内に海水が流れ込む。凹部２０内に流れ込んだ海水は、凹部２０の横向き面２６に衝突することにより渦Ｖを生じる。この渦Ｖの生成によって船首上下動の運動エネルギが消費され、船首の上下揺動が小さくなる。
【００３３】
凹部２０の上向き面２２と横向き面２６とが円弧面２８によって滑らかに接続されていることにより、凹部２０内に流れ込んだ海水は円弧面２８に沿って流れることになり、凹部２０内における渦Ｖの生成がよくなる。このようにして、渦Ｖの生成がよくなることに伴ってい船首上下運動のエネルギ消費が大きくなり、船首の上下揺動を抑制する効果が顕著になる。
【００３４】
また、凹部２０は、船首部が波中に入ることによる船首部の浮力増加を少なくする働きもし、浮力増加による船首の浮き上がりを抑制する作用もする。
【００３５】
凹部２０の上向き面２２が船首船尾方向に水平に延在する平坦面２２Ａを含んでいることにより、進入した波の圧力（水圧）が平坦面２２Ａに下向きに作用し、このことによっても船首が上昇しようとする運動が抑制される。
【００３６】
そして、船首が波の谷部に進入すると、図５（Ｃ）に示されているように、左右の凹部２０の上向き面２２の全体が海上に露呈し、凹部２０に流れ込んでいた海水が凹部２０に流れ出し、このような動作が、船体が向かい波中を航行中、波の出会周波数に応じて繰り返し行われることになる。
【００３７】
なお、波の出会周波数は、下式ににより定義される。
【００３８】
Ｆｅｃ＝Ｖ＋Ｃ／λ
【００３９】
但し、Ｆｅｃ：出会周波数、Ｖ：波速、λ：波長
【００４０】
これらのことにより、波浪中航行における船体のピッチング運動が抑制され、波浪中航行の乗り心地がよくなり、船酔いし難くなる。
【００４１】
凹部２０は、船首の左右両側に独立して存在し、左右の凹部２０が連通していないので、船体の左右方向の片側から反対側に横断する海水の流れが生じることがない。このことにより、船体のローリング性能が悪化することがない。また、凹部２０は上側に下向き面２４を有する窪みであるので、凹部２０がデッドスペースとなる甲板面積を作ることもない。
【００４２】
左右の凹部２０の横向き面２６が船首船尾方向の全体に亘って滑らかに連続する面により構成され、船尾側において滑らかに船体外側面１０Ｌ、１０Ｒに接続されていることにより、凹部２０内を流れる海水の船首船尾方向の流線は理想船形における流線に近い滑らかなものになる。これにより、ピッチング運動低減のための凹部２０が、スプレー波やスプラッシュが生成する原因なることがなく、船体抵抗（航行抵抗）を増加することがない。
【００４３】
特に、横向き面２６の船尾側に存在して横向き面２６と船体外側面１０Ｌ、１０Ｒとを接続する後側円弧面２６Ｃが凸面状で円弧面であることにより、横向き面２６の船尾側における海流の剥離が少ないことにより、スプレー波の発生が効果的に抑えられる。
【００４４】
また、左右の凹部２０の下向き面２４と横向き面２６とが円弧面３０によって滑らかに接続されていることにより、大きい波によって凹部２０の横向き面２６に衝突して跳ね上がって下向き面２４に到達する海水は、円弧面３０に案内されて滑らかな流線をもって凹部２０外に排出されるので、凹部２０の下向き面２４に海水が激しく衝突することがない。
【００４５】
これにより、凹部２０の下向き面２４に海水が激しく衝突したことによる叩き音、振動を生じることが回避される。特に、下向き面２４と横向き面２６とを接続する円弧面３０の曲率が、上向き面２２と横向き面２６とを接続する円弧面２８の曲率より大きいことにより、その効果が顕著になる。
【００４６】
なお、上向き面２２と横向き面２６とを接続する円弧面２８の曲率が比較的小さいことは、効率のよい渦Ｖの生成のために有利である。
【００４７】
左右の凹部２０の下向き面２４と船体外側面１０Ｌ、１０とが、図６、図７に示されているように、円弧面３０に変曲点をもって接続される円弧面３２によって滑らかに接続されていてもよい。この場合には、凹部２０の下向き面２４に沿って凹部２０外に流れ出る海水がスプレー波を作ることがない。
【００４８】
図８は、上述の実施例による船首構造を取り入れたと従来型のトリマラン船との出会周波数−船首加速度特性を示すグラフである。このグラフは、２０ｋｔ相当のトリマラン船で、凹部２０を有するもの（実施例）と凹部２０を有さないもの（従来例）を、波高６０ｍｍの同じ条件で行った試験結果であり、実線が凹部２０を有するもの（実施例）の船首加速度特性を、一点鎖線が凹部２０を有さないもの（従来例）の船首加速度特性を各々示している。
【００４９】
なお、当該試験に用いたトリマラン船の寸法諸元を図９に示している。凹部２０の寸法諸元は、船底より９５０ｍｍ高さ位置より高さ寸法１０００ｍｍ、前後全長（区間Ａ＋Ｂ＋Ｃ）４５００ｍｍ、区間Ｂの半径Ｒｂ＝３０００ｍｍ、区間Ｃの半径Ｒｃ＝２０００ｍｍとした。
【００５０】
このグラフからも明らかなように、凹部２０を有するトリマラン船のほうが、凹部２０を有さないトリマラン船に比して船首加速度が低く、船体のピッチング運動が抑制されていることが分かる。
【００５１】
上述の実施例では、凹部２０はメインハル１０の左右両側に設けられているが、凹部２０は、メインハル１０に加えて、図１に仮想線により示されているように、デミハル１２の船首部分の左右両側にも設けられても、デミハル１２の船首部分の左右両側にのみ設けられてもよい。特に、デミハルに凹部を設けることにより、船体のローリング性能が改善される。また、凹部２０は、トリマラン船に限られることはなく、カタマラン（二胴船）、モノハル（単胴船）にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  メインハル
１０Ｌ、１０Ｒ  船体外側面
１１  船首最先端部
１２  デミハル
１４  船底
１６  甲板
２０  凹部
２２  上向き面
２４  下向き面
２４Ａ  平坦面
２６  横向き面
２６Ａ  平坦面
２８、３０、３２  円弧面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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