(57)【要約】【課題】喫水が低く主タンク内に満たした水層部の高さが小さい場合でも、プロペラ起振力を抑制できるようにする。【解決手段】船体１の内部であってプロペラ２の上方の位置に主タンク３を設け、該主タンク３の内部と該主タンク３の下方とを連通させる主開口部３ａを設けている。主タンク３の水４が満たされた水層部３ｂの高さよりも水層部５ｂの高さが大きい補助タンク５を設けている。該補助タンク５の内部と該補助タンク５の下方とを連通させる補助開口部５ａを設けている。主タンク３の水槽部３ｂと補助タンク５の水槽部５ｂとを連通させる水連通部６を設けている。水層部３ｂ，５ｂの上方に位置する主タンク３の空気室３ｃと補助タンク５の空気室５ｃとを連通させる空気連通部７とを設けている。【選択図】図１Ａ
2014156196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の内部であってプロペラの上方の位置に設けられ、内部と下方の水中とを連通させる主開口部を有する主タンクと、
前記主タンクの水が満たされた水層部の高さよりも水層部の高さが大きい補助タンクとを設け、
前記主タンクの水槽部と前記補助タンクの水槽部とを連通させる水連通部を設けた
プロペラ起振力の抑制装置。
【請求項２】
前記水層部の上方に位置する前記主タンクの空気室と前記補助タンクの空気室とを連通させる空気連通部を設けた
請求項１に記載のプロペラ起振力の抑制装置。
【請求項３】
前記補助タンクの内部と該補助タンクの下方の水中とを連通させる補助開口部を設け、
前記主タンクの水槽部と前記補助タンクの水槽部とを連通させる水連通部と、前記水層部の上方に位置する前記主タンクの空気室と前記補助タンクの空気室とを連通させる空気連通部とのうちのいずれか一方、または双方を設けた
請求項１に記載のプロペラ起振力の抑制装置。
【請求項４】
前記主タンクの空気室および前記補助タンクの空気室を大気中に連通させた
請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロペラ起振力の抑制装置。
【請求項５】
前記補助タンクは、船体中央の底部に位置するスケグを貫通させて設けた
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロペラ起振力の抑制装置。
【請求項６】
前記プロペラを船体の左右に設け、単一の補助タンクを船体の中央に設けた
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロペラ起振力の抑制装置。
【請求項７】
前記左右の主タンクに前記水連通部と前記空気連通部との一端を夫々連結し、他端を前記単一の補助タンクに夫々連結した請求項６に記載のプロペラ起振力の抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロペラの起振力を抑制して船体の振動を抑制するプロペラ起振力の抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶に推進力を生じさせるためのプロペラを回転させると、該プロペラの周囲の水が周期的に圧力変動を生じる。この圧力変動が水中を伝達し、主としてプロペラの直上の船尾側底面に作用する。このため、船体振動が生じる。この船体振動を生じさせる圧力をプロペラ変動圧という。
【０００３】
このプロペラ変動圧を抑制するため、図３に示すように、プロペラ軸９を有するプロペラ２の上方の船体１内にタンク３を設け、該タンク３の底部にはタンク３の内部とタンク３の下方の水４中とを連通させる開口部３ａを設けている。該タンク３には下部に海水層３ｂが形成され、上部に空気室３ｃが形成されている。
【０００４】
前記空気室３ｃの存在による復元力Ｋと、前記海水層３ｂとこれに連動して運動する周囲の付加海水３ｄとを含めた質量Ｍとにより振動系が構成されている。この振動系の固有振動数をＦとすると、
Ｆ＝（１／２π）√（Ｋ／Ｍ）・・・（１）
で表わされる。一方、プロペラ変動圧の翼通過変動数をｆｐとすると、
ｆｐ＝ｍ×ｎ・・・（２）
となる。ここで、ｍはプロペラ翼の枚数であり、ｎはプロペラの回転数である。これらのＦとｆｐとの関係が
Ｆ＜ｆｐ・・・（３）
を満たせば、プロペラ２から船尾側底面を介して船体１に伝達されるプロペラ変動圧が、タンク３内の振動系により吸収されて小さくなる。
【０００５】
ところが、船舶は積荷の積み付け状態が変わると喫水Ｈが変化し、該喫水Ｈが低い場合には海水層３ｂの部分の質量Ｍが小さくなるため、上記（１）式から固有振動数Ｆが大きくなる。該固有振動数Ｆが大きくなると、上記（３）式を満たさなくなり、プロペラ変動圧がタンク３内の振動系によって吸収されない。このため、プロペラ２から船体１に伝達されるプロペラ変動圧を小さくすることができなくなる。
【０００６】
プロペラ変動圧を小さくして船体１の振動を抑制する技術等として、以下のものが知られている。
【０００７】
特許文献１に記載の発明は、プロペラの上方の船体内にタンクを設け、該タンクと外海水とを連通させる開孔をタンクの底面に設けている。タンクの上方に空気パイプの一端を開口させ、他端をタンクの頂面に貫通させている。そして、防振効果を発揮しうる空気層厚さに相当する長さの空気パイプを、タンクの頂面から下方へ突出させ、空気パイプの断面積ａとタンクの水平断面積Ａとの関係をａ＜０．０３Ａとした。図３のように、喫水の変化が大きい場合でも、タンクの頂面から下方に突出する空気パイプの長さ分だけ、タンク内の上部に常に一定の空気層が確保できる。
【０００８】
特許文献２に記載の発明は、プロペラの上方の船体内にタンクを設け、該タンクと外海水とを連通させる開孔をタンクの底面に設けている。該タンクを深さの小さいタンクに形成し、該タンクの内部に強制的に空気を送給する空気送給装置を設けている。該空気送給装置からタンクの内部に常に空気を供給し、開孔から外部へ気泡を排出させることにより、船尾の振動が防止され、かつ船体抵抗が減少する。
【０００９】
特許文献３に記載の発明は、船尾を有する船舶において、バトックフロー面に多数の貫通孔を有するダンパー板が所定間隔で添設されている。船舶がピッチングすると水面がダンパー板に当たって、水が貫通孔を通り抜ける際に該貫通孔の周りで渦が発生し、この渦の抵抗によりダンパー板の上下方向の運動が減少し、船舶のピッチングが軽減する。
【００１０】
特許文献４に記載の発明は、プロペラ取り付け位置の上方に、船底側に開口を有し上方空間に空気層を有する水槽を設けた。前記水槽は、空気圧差を持たせた複数の水槽で構成され、相互に流通可能に構成されている。プロペラ回転数が少なくプロペラ翼数が少ないためにプロペラ周波数が小さい船舶であっても、プロペラ変動圧を吸収して船舶の振動を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実開平１−９８７９５号公報
【特許文献２】実開平４−７４１９４号公報
【特許文献３】特開２００６−１７６０６８号公報
【特許文献４】特開２００９−２４８８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、喫水が低く、プロペラの上方のタンク内に満たした水層部の高さが小さく、振動系の固有振動数Ｆがプロペラ変動圧の翼通過変動数ｆｐより大きい場合であっても、プロペラ起振力を抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下に、「発明を実施するための形態」で使用される番号を用いて、「課題を解決するための手段」を説明する。これらの番号は、「特許請求の範囲」の記載と「発明を実施するための形態」の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものである。但し、それらの番号は、「特許請求の範囲」に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１４】
本発明によるプロペラ起振力の抑制装置は、船体（１）の内部であってプロペラ（２）の上方の位置に設けられ、内部と下方の水中とを連通させる主開口部（３ａ）を有する主タンク（３）が設けられている。前記主タンク（３）の水が満たされた水層部（３ｂ）の高さよりも水層部（５ｂ）の高さが大きい補助タンク（５）が設けられている。前記主タンク（３）の水槽部（３ｂ）と前記補助タンク（５）の水槽部（５ｂ）とを連通させる水連通部（６）が設けられている。
【００１５】
前記水層部（３ｂ）の上方に位置する前記主タンク（３）の空気室（３ｃ）と前記補助タンク（５）の空気室（５ｃ）とを連通させる空気連通部（７）が設けられている。
【００１６】
前記補助タンク（５）の内部と該補助タンク（５）の下方の水中とを連通させる補助開口部（５ａ）が設けられている。前記主タンク（３）の水槽部（３ｂ）と前記補助タンク（５）の水槽部（５ｂ）とを連通させる水連通部（６）と、前記水層部（３ｂ）の上方に位置する前記主タンク（３）の空気室（３ｃ）と前記補助タンク（５）の空気室（５ｃ）とを連通させる空気連通部（７）とのうちのいずれか一方、または双方が設けられている。
【００１７】
前記主タンク（３）の空気室（３ｃ）および前記補助タンク（５）の空気室（５ｃ）を大気中に連通させている。
【００１８】
前記補助タンク（５）は、船体（１）の中央の底部に位置するスケグ（１ｃ）を貫通させて設けている。
【００１９】
前記プロペラ（２）を船体（１）の左右に設け、単一の補助タンク（１２）を船体（１）の中央に設けている。
【００２０】
前記左右の主タンク（１１）に前記水連通部（１３）と前記空気連通部（１４）との一端を夫々連結し、他端を前記単一の補助タンク（１２）に夫々連結している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるプロペラ起振力の抑制装置によれば、補助タンクの振動系の質量を大きくして固有振動数Ｆを小さくできるので、プロペラ変動圧を吸収して船体の振動を抑制することができる。
【００２２】
このため、喫水が低く、プロペラの上方の主タンク内の水層部の高さが小さいために、主タンクの振動系の質量が小さい場合でも、補助タンクを設けることにより補助タンクの質量を大きくして、船体の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａは、船舶の船尾側の正面図である（実施の形態１）。
【図１Ｂ】図１Ｂは、船舶の船尾側の平面図である（実施の形態１）。
【図２Ａ】図２Ａは、２軸船の船尾側の正面図である（実施の形態２）。
【図２Ｂ】図２Ｂは、２軸船の船尾側の右側面図である（実施の形態２）。
【図２Ｃ】図２Ｃは、２軸船の船尾側の平面図である（実施の形態２）。
【図３】図３は、従来の船舶の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明によるプロペラ起振力の抑制装置を実施するための実施の形態を、実施の形態１，２として説明する。
（実施の形態１）
【００２５】
まず、実施の形態１を、図１Ａ，図１Ｂに基づいて説明する。この実施の形態は、１軸船に主タンクと補助タンクとを設けたものである。喫水が低い場合でも補助タンクの水槽部の高さを大きくすることで、振動系の質量Ｍが大きくなり固有振動数Ｆが小さくなり、プロペラ変動圧が吸収される。
【００２６】
図１Ａに示すように、船体１の内部であってプロペラ２の上方の位置に主タンク３が設けられている。該主タンク３の底面には該主タンク３の内部と該主タンク３の下方の水４とを連通させる主開口部３ａが設けられている。
【００２７】
また、前記主タンク３の水が満たされた水層部３ｂの高さよりも水層部５ｂの高さが大きい補助タンク５が設けられている。該補助タンク５の内部と該補助タンク５の下方とを連通させる補助開口部５ａが設けられている。
【００２８】
前記補助タンク５は、船体１の中央の底部に位置するスケグ１ｃを貫通させた状態で設けられている。これは、船体１の底面１ｂまで補助タンク５を貫通させて水槽部５ｂの高さを大きくしたいことと、補助タンク５と主タンク３とを近い位置に配置し、補助タンク５と主タンク３との連通部を短くしたいからである。船体１の前後方向でのプロペラ２の近傍では、図１Ｂに示すようにスケグ１ｃの幅寸法Ｗは小さく、その狭い幅寸法Ｗのスケグ１ｃの内部の中央にプロペラ２を支持するプロペラ軸９が配置されている。このため、補助タンク５はプロペラ軸９を避けて、オフセットした位置に配置されている。
【００２９】
そして、主タンク３，補助タンク５の内部は、水が入り込んだ水槽部３ｂ，５ｂと、空気が満たされた空気室３ｃ，５ｃとに区分されている。前記主タンク３の水槽部３ｂと前記補助タンク５の水槽部５ｂとを連通させる水連通部６が設けられている。また、前記水層部３ｂ，５ｂの上方に位置する前記主タンク３の空気室３ｃと前記補助タンク５の空気室５ｃとを連通させる空気連通部７が設けられている。
【００３０】
この実施の形態では、プロペラ２の外径寸法がＤ＝８〜１０ｍであり、プロペラ変動圧の翼通過変動数はｆｐ＝８〜１０Ｈｚである。そして、主タンク３の平面断面は、一辺が８〜１０ｍの略四角形に設定されている。一方、補助タンク５の平面断面は、一辺が１．５〜２ｍの略四角形に設定されている。主タンク３の水槽部３ｂのみの高さは、バラスト状態でｈ１≒１ｍ、載荷状態ではｈ２＝５〜１０ｍに設定されている。一方、補助タンク５の水槽部５ｂのみの高さは、バラスト状態でｈ１＝１０〜１１ｍに設定され、載荷状態ではｈ２＝１４〜２０ｍに設定されている。この補助タンク５の水槽部５ｂのみバラスト状態での高さｈ１と載荷状態での高さｈ２は、バラスト状態での喫水Ｈ１と載荷状態での喫水Ｈ２でもある。
【００３１】
前記プロペラ２の船尾１ａ側であって船体１の中央には、操舵部としての方向舵８が設けられている。
【００３２】
主タンク３の空気室３ｃと補助タンク５の空気室５ｃとは、空気連通部７により連通するので、空気室３ｃと空気室５ｃとは略同じ圧力になる。また、水槽部３ｂと水槽部５ｂとは、水連通部６により連通する。空気室３ｃと空気室５ｃとの圧力は略同じなので、水槽部３ｂと水槽部５ｂとの水面の高さは略同じになる。
【００３３】
プロペラ変動圧は、主タンク３の水槽部３ｂおよび空気室３ｃを介して船体１の内部に入力される。このため、空気室３ｃがダンパーとなってプロペラ変動圧を吸収する。一方、補助タンク５にも水槽部５ｂと空気室５ｃとが形成されており、該水槽部３ｂは水連通部６および船体１の下方の水４を介して水槽部５ｂと連通している。このため、水槽部３ｂの水は水槽部５ｂの水と連動して上下方向へ移動する。つまり、水槽部３ｂの水の質量と水槽部５ｂの水の質量とが加算されて一体となって、水槽部３ｂの水と水槽部５ｂの水とが上下方向へ移動する。
【００３４】
このほか、主タンク３の水槽部３ｂと補助タンク５の水槽部５ｂとの間で、水連通部６により水平方向へ水移動が生じる。この水移動によっても、水槽部３ｂと水槽部５ｂとの水の中を伝達されるプロペラ変動圧が吸収される。
【００３５】
船舶に荷物を載せないバラスト状態では、喫水は図１ＡにＨ１で示す高さ位置となり、載荷状態ではＨ２で示す高さ位置となる。喫水がＨ１で示す高さ位置では（水槽部３ｂの水＋付加海水）の容積と（水槽部５ｂの水＋付加海水）の容積との比は１：１〜２となる。前記のように空気室３ｃと空気室５ｃは一体となってダンパーの機能を果たすので、水槽部３ｂと水槽部５ｂとをひとつの水槽部と考えることができる。このため、水槽部３ｂと水槽部５ｂとを加算した容積（＋付加海水）を考え、従来の（水槽部３ｂの水＋付加海水）の容積と比較する。（水槽部３ｂの水＋付加海水）の容積と、水槽部３ｂと水槽部５ｂとを加算した容積（＋付加海水）との比は１：２〜３となり、質量Ｍの比も１：２〜３となる。
【００３６】
振動系の固有振動数Ｆを求める式は、前記のように
Ｆ＝（１／２π）√（Ｋ／Ｍ）・・・（１）
で表わされており、主タンク３のみを設けた場合に対して主タンク３および補助タンク５を設けた場合は、Ｍの値が２〜３倍になる。Ｍの値が２〜３倍になると、固有振動数Ｆの値は√（１／２〜３）に小さくなるので、プロペラ変動圧の翼通過変動数をｆｐとすると、
Ｆ＜ｆｐ・・・（３）
を達成することができるようになる。従って、バラスト状態で喫水が低い位置にあっても、プロペラ２から船体１に伝達されるプロペラ変動圧が主タンク３，補助タンク５により吸収されて小さくなる。従って、船体１の振動が抑制される。
【００３７】
このプロペラ起振力の抑制装置によれば、補助タンク５の振動系の質量Ｍを大きくして固有振動数Ｆを小さくできるので、プロペラ変動圧を吸収して船体１の振動を抑制することができる。
【００３８】
このため、喫水が低いＨ１であって、プロペラ２の上方の主タンク３内の水層部３ｂの高さｈ１が小さいために、主タンク３の振動系の質量Ｍが小さい場合でも、補助タンク５を設けることにより、補助タンク５の水層部５ｂの高さｈ１を大きくし質量Ｍを大きくして船体１の振動を抑制することができる。
（実施の形態２）
【００３９】
次に、実施の形態２を、図２に基づいて説明する。この実施の形態は、本発明を２軸船に適用したものである。なお、実施の形態２は実施の形態１の一部を変更したものなので、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００４０】
図２Ａに示すように、プロペラ２が船体１の左右に設けられており、図２Ｂに示すように夫々のプロペラ２はプロペラ軸９を介して図示しないエンジンに連結されている。そして、夫々のプロペラ２の上方には主タンク１１が設けられている。
【００４１】
プロペラ２間の中心線の位置にはスケグ１ｃが下方へ突出して形成されている。図２Ｃに示すように、左右の主タンク１１の間の船体１の中央の位置には、スケグ１ｃを貫通する単一の補助タンク１２が設けられている。図２Ａに示すように、夫々の主タンク１１の下方には主開口部１１ａが形成され、夫々の補助タンク１２の下方には補助開口部１２ａが形成されている。補助タンク１２を単一としたのは、左右の主タンク１１の補助タンクを、単一の補助タンク１２で兼用させたものである。
【００４２】
前記左右の主タンク１１の水槽部１１ｂに水連通部１３の一端が夫々連結され、他端が前記単一の補助タンク１２の水槽部１２ｂに夫々連結されている。また、前記左右の主タンク１１の空気室１１ｃに空気連通部１４の一端が夫々連結され、他端が前記単一の補助タンク１２の空気室１２ｃに夫々連結されている。
【００４３】
左右の２つの主タンク１１に対して単一の補助タンク１２を設ければよいので、補助タンクを設けるスペースが少なくて済む。また、中心線の位置のスケグ１ｃにはプロペラ軸９が設けられていないので、実施の形態１のようにプロペラ軸９と補助タンクとの干渉を考慮する必要がない。
【００４４】
このプロペラ起振力の抑制装置によれば、単一の補助タンクを２つの主タンクで兼用して用いるので、補助タンクの数は単一で足りるという効果がある。
【００４５】
なお、実施の形態１，２では補助開口部５ａを設け、主タンクと補助タンクとを連結する水連通部と空気連通部との双方を設けたが、補助開口部５ａを設ける場合は、いずれか一方のみでもよい。つまり、水連通部のみを設けてもよく、あるいは空気連通部のみを設けてもよい。水連通部のみを設ける場合は、空気連通部を設けないため、両方の空気室には圧力差を生じるが、主タンクの振動系と補助タンクの振動系の固有振動数Ｆに与える影響は少ない。空気連通部のみを設ける場合は、水連通部を設けないため、水槽部と水槽部との上部は連通しないが、水槽部と水槽部との下部は船体の下方で連通するので、主タンクの振動系と補助タンクの振動系の固有振動数Ｆに与える影響は少ない。
【００４６】
また、実施の形態１，２では主タンクの空気室および補助タンクの空気室を単に連通させたものであるが、双方を大気中に連通させてもよい。この場合は、双方の空気室は大気圧となって同圧になるので、空気室を連通させた場合と略同じになる。
【００４７】
また、実施の形態１，２では補助開口部を設けたが、補助開口部を設けないようにすることもできる。この場合は水連通部を設けて、主タンクの水槽部と補助タンクの水槽部との間で水が移動できるようにする必要がある。空気連通部は設けてもよく、設けなくてもよい。補助タンクに補助開口部を設けるか、設けないかを選択できるように、この位置に開閉弁を設けてもよい。
【００４８】
以上、実施の形態を参照して本発明によるプロペラ起振力の抑制装置を説明したが、本発明によるプロペラ起振力の抑制装置は、前記の実施の形態に限定されるものではない。前記の実施の形態に様々な変更を行うことが可能であり、前記の実施の形態に記載された構成と前記の他の実施の形態に記載された構成とを組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・船体
１ａ・・・船尾
１ｃ・・・スケグ
２・・・プロペラ
３，１１・・・主タンク
３ａ，１１ａ・・・主開口部
３ｂ，１１ｂ・・・水槽部
３ｃ，１１ｃ・・・空気室
５，１２・・・補助タンク
５ａ，１２ａ・・・補助開口部
５ｂ，１２ｂ・・・水層部
５ｃ，１２ｃ・・・空気室
６，１３・・・水連通部
７，１４・・・空気連通部
【図１Ａ】
2014156196.tif 000003
【図１Ｂ】
2014156196.tif 000004
【図２Ａ】
2014156196.tif 000005
【図２Ｂ】
2014156196.tif 000006
【図２Ｃ】
2014156196.tif 000007
【図３】
2014156196.tif 000008