(57)【要約】【課題】船舶が風や波等の外乱を受けて斜航している際に、針路保持に要する舵の当舵量を減少させ、同時にセールによる推進力を得て、斜航時における推進効率を向上させることができる船舶及び操船方法を提供する。【解決手段】船舶１の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップＭＳよりも船首２側の範囲のみにセール５を備え、このセール５のセール角度θを変更可能に構成する。そして、船舶１が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって船舶１に生じる回頭モーメントＯ．Ｍを低減して、針路保持に要する舵４の当舵量を減少させるセール５のセール角度θを算出し、その算出結果に基づいてセール５のセール角度θを制御する。【選択図】図１
2019014295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
当該船舶の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップよりも船首側の範囲のみにセールを備え、前記セールのセール角度を変更可能に構成するとともに、当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる前記セールのセール角度を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出されたセール角度に前記セールを制御するセール制御手段を備えていることを特徴とする船舶。
【請求項２】
前記算出手段が、風向きと風速及び／又は波向きと波高、並びに、当該船舶の針路および船速に基づいて、前記セールのセール角度を算出するように構成されている請求項１に記載の船舶。
【請求項３】
前記算出手段が、前記セールが発生するモーメントによって舵の当舵量が減少されることによって減少する舵及び船体の抵抗エネルギーの減少量と前記セールが発生する推進エネルギーの量との総和が最大になるように、前記セール角度を算出するように構成されている請求項１または２に記載の船舶。
【請求項４】
当該船舶の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップよりも船首側の範囲のみにセールを備え、前記セールのセール角度を変更可能に構成するとともに、当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる前記セールのセール角度を算出し、その算出結果に基づいて前記セールのセール角度を制御することを特徴とする操船方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶及び操船方法に関し、より詳細には、当該船舶が風や波等の外乱を受けて斜航している際の針路保持に要する舵の当舵量を減少させ、斜航時における推進効率を向上させることができる船舶及び操船方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶１Ｘが斜め向かい風Ｗを受けて斜航している場合には、図２に示すように、船体が斜航によって生じる流体力によって船舶１Ｘには船首２を風上側へ振る方向に回頭モーメントＯ．Ｍが発生する。それ故、従来では針路保持のために、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを打ち消すように当舵（修正舵）をとりながら航行している。このように船舶１Ｘが風の影響によって斜航する場合には、正面からの向かい風に対して直航している場合に比して、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを相殺するために舵４の当舵量（舵角β）を大きくする必要がある。しかしながら、舵４の当舵量を大きくするほど当舵による舵４と船体の水中抵抗は増大し、船舶１Ｘの速力や推進効率が低下する不具合が生じる。
【０００３】
これに関連して、舵本体の下端に縦断面の中心線が後方へ斜め上方に傾斜した翼型断面を有する付加物を設けることにより、舵抵抗の減少を図るとともに、微小舵角の際の当舵抵抗も極力低減させる船舵が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この船舵では１〜５度程度の微小舵角の際の当舵抵抗の低減を図ることはできるが、舵角βが大きくなった場合には当舵による水中抵抗を低減させる効果は低い。そして、この船舵を採用した場合にも、船舶が斜め向かい風を受けて斜航する場合には当舵量を大きくする必要がある。それ故、船舶が風の影響によって斜航する場合に関しては、この船舵は推進効率の向上にはほとんど寄与しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１９９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、船舶が風や波等の外乱を受けて斜航している際に、針路保持に要する舵の当舵量を減少させ、同時にセールによる推進力を得て、斜航時における推進効率を向上させることができる船舶及び操船方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記のような目的を達成するための本発明の船舶は、当該船舶の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップよりも船首側の範囲のみにセールを備え、前記セールのセール角度を変更可能に構成するとともに、当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる前記セールのセール角度を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出されたセール角度に前記セールを制御するセール制御手段を備えていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、ミッドシップよりも船首側の範囲のみに設けたセール角度を変更可能なセールにより、船舶が風や波等の外乱を受けて斜航している際に、船体が斜航することによって生じる回頭モーメントに対して、その回頭モーメントを低減する方向のモーメントを発生させることが可能となる。
【０００８】
さらに、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる、セールのセール角度を算出する算出手段を備えることで、セールを適切なセール角度に制御することが可能となり、セールにより生じる減殺モーメントによって回頭モーメントを効果的に低減させることができる。また、セール制御手段により、セールのセール角度を自動的に設定、変更することが可能となるので、操船作業を軽労化することができる。これにより、針路保持に要する舵の当舵量を減少できるので、従来に比して当舵による舵と船体の水中抵抗を低減し、斜航時における推進効率を向上させることができる。
【０００９】
このセールの設置箇所は、船体の中心位置から船首側に離れるほど、セールによって発生できるモーメントが大きくなる。それ故、ミッドシップよりも船首側の範囲のみ、好ましくは、船舶の全長Ｌｏａに対して船首端から後方（船尾側）へ（１／３）×Ｌｏａまでの範囲のみ、より好ましくは船首端から後方へ（１／５）×Ｌｏａまでの範囲のみにセールを設置するとよい。
【００１０】
上記の船舶において、前記算出手段が、風向きと風速及び／又は波向きと波高、並びに、当該船舶の針路および船速に基づいて、前記セールのセール角度を算出すると、針路保持に要する舵の当舵量を減少させるのに適したセールのセール角度を精度よく算出することが可能となる。
【００１１】
上記の船舶において、前記算出手段が、前記セールが発生するモーメントによって舵の当舵量が減少されることによって減少する舵及び船体の抵抗エネルギーの減少量と前記セールが発生する推進エネルギーの量との総和が最大になるように、前記セール角度を算出するように構成されていると、セールが発生するモーメントによって当舵量を減少させることによる減少する舵及び船体の抵抗エネルギーの減少量と、セールが発生する推進エネルギーの量とを総合的に考慮することにより、燃費性能を向上させるのに有利なセール角度をより精度よく算出することが可能となる。
【００１２】
上記の目的を達成するための操船方法は、当該船舶の船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップよりも船首側の範囲のみにセールを備え、前記セールのセール角度を変更可能に構成するとともに、当該船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって当該船舶に生じる回頭モーメントを低減して、針路保持に要する舵の当舵量を減少させる前記セールのセール角度を算出し、その算出結果に基づいて前記セールのセール角度を制御することを特徴とする。
【００１３】
この方法によれば、ミッドシップよりも船首側の範囲のみに設けたセール角度を変更可能なセールにより、船舶が風や波等の外乱を受けて斜航している際に、船体が斜航することによって生じる回頭モーメントに対して、その回頭モーメントを低減する方向のモーメントをセールにより発生させることが可能となる。
【００１４】
さらに、針路保持に要する舵の当舵量を減少させるセールのセール角度を算出し、その算出結果に基づいてセールのセール角度を制御することで、セールで発生するモーメントによって回頭モーメントを効果的に低減することが可能になる。これにより、針路保持に要する舵の当舵量を減少できるので、従来に比して舵の当舵による舵と船体の水中抵抗を低減し、斜航時における推進効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の船舶および操船方法によれば、ミッドシップよりも船首側の範囲にセールを設け、船舶が風又は波の少なくとも一方の外乱を受けて斜航している際に、斜航することによって船舶に生じる回頭モーメントを低減し、針路保持に要する舵の当舵量を減少させるセールのセール角度を算出することで、セールで発生するモーメントによって回頭モーメントを効果的に低減することが可能になる。これにより、針路保持に要する舵の当舵量を減少できるので、従来に比して舵の当舵による舵と船体の水中抵抗を低減し、斜航時における推進効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施の形態の船舶が風の外乱を受けて斜航している状況を模式的に示す平面図である。
【図２】従来の船舶が風の外乱を受けて斜航している状況を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施の形態の船舶を図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１に例示する本発明に係る実施の形態の船舶１は、船首垂線と船尾垂線との中央位置であるミッドシップＭＳよりも船首２側の範囲のみにセール５を備えている。船舶１は、さらに、航行条件に応じて適切なセール５のセール角度θを算出する算出手段７と、この算出手段７によって算出されたセール角度θにセール５を制御するセール制御手段８を備えている。船尾部には、推進装置３と、舵４と、舵４を制御する舵制御手段９とを備えている。
【００１９】
図１に示すように、船舶１が斜め向かい風Ｗを受けて斜航している場合には、船体が斜航することで船舶１には船首２を風上側へ振る方向に回頭モーメントＯ．Ｍが発生する。この図１では、北から南に向かって風Ｗが吹いている状態で、船首方位Ｘをほぼ北東方向に向けて針路Ｃで航行している場合を示す。この場合には、斜航により船舶１には船首２を風上である北側に向ける左回りの回頭モーメントＯ．Ｍが発生することになる。
【００２０】
このように、船舶１が斜め向かい風Ｗを受けて斜航する場合には、針路Ｃを保持するために斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを打ち消すようなモーメントを発生させることが必要となる。船舶１では、この斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを減殺するモーメントＳ．Ｍを船首２側に設けたセール５によって発生させる。即ち、この図１の状態では、左回りの回頭モーメントＯ．Ｍを減殺するために、セール５によって右回りのモーメントＳ．Ｍを発生させる。そして、セール５によって減殺モーメントＳ．Ｍを発生させることで、針路保持に要する舵４の当舵によるモーメントＨ．Ｍを低減させる。即ち、針路保持に必要な当舵量（舵角度α）を低減させる。そして、舵４の当舵量を低減させることによって当舵による舵４と船体の水中抵抗を低減し、従来に比べて船舶１の斜航時における推進効率を向上させる。
【００２１】
セール５は、セール角度θを変更可能な構成となっている。この実施の形態のセール５は、硬帆で形成された横帆で構成されており、例えば、マストの根元部分が船体に対して回転可能な構成になっている。そして、マストの根元部分を船体に対して回転させることにより、船体中心線に対するセール角度θを任意の角度に設定できるようになっている。セール５としては、この構成に限定されず、他にも様々な構成にすることができる。例えば、セール５を軟帆で形成してもよいし、セール５を縦帆で構成してもよい。正面からの向かい風に対して直航するような場合には、セール５が不要となる場合もあるので、セール５は格納及び展開が可能な構成にするとよい。
【００２２】
セール５は、設置位置が船体の中心位置ＣＨから船首２側に離れるほど、発生できるモーメントＳ．Ｍが大きくなる。それ故、ミッドシップＭＳよりも船首側の範囲のみ、好ましくは、船舶の全長Ｌｏａに対して船首端から後方（船尾側）へ（１／３）×Ｌｏａまでの範囲のみ、より好ましくは船首端から後方へ（１／５）×Ｌｏａまでの範囲のみにセール５を設置するとよい。セール５を上述した範囲に設置することで、セール５のサイズを小さくしつつ、大きなモーメントを発生させることが可能になる。
【００２３】
なお、この実施の形態では、セール５と船体中心線とのなす角度をセール角度θとし、マストの根元部分を回転させることでセール角度θを変更する構成としているが、セール角度θの基準となる位置やセール角度θの変更の仕方はこの実施の形態に限定されない。ここでいう、セール５のセール角度θを変更するとは、セール５を操作することにより、風Ｗを受けたセール５によって発生させる力の方向を変更することを意味している。即ち、この実施の形態のようにマストを回転させることによってセール５が向く方向を変更する構成に限らず、セール５の形状等を変更することによりセール５によって発生させる力の方向を変更する構成も含んでいる。
【００２４】
算出手段７は、船舶１が斜め向かい風Ｗや波等の外乱を受けて斜航している際に、斜航によって船舶１に生じる回頭モーメントＯ．Ｍを低減して、船舶１の針路保持に要する舵４の当舵量を減少させるセール５のセール角度θを算出する。即ち、算出手段７は、風向きや風速などの航行条件から斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを低減するのに効果的なセール５のセール角度θを算出する。
【００２５】
具体的には、算出手段７は例えば、風向き、風速、船舶１の針路Ｃおよび船速に基づいて、セール５のセール角度θを算出するように構成される。この実施の形態では、船首２に風向風速計６が設置されており、この風向風速計６によって測定された風向きと風速の測定データが逐次算出手段７に入力される構成になっている。
【００２６】
算出手段７には、さらに、船舶１の針路Ｃと船速を入力して設定できる入力手段が接続されている。そして、この入力手段に所望の針路Ｃと船速を入力すると、風向風速計６によって測定された風向きと風速の航行条件において、設定された針路Ｃと船速とを維持するために必要な、舵４の当舵量を最小にするセール５のセール角度θが、算出手段７によって逐次算出される構成となっている。そして、この算出手段７の算出結果は逐次セール制御手段８に入力され、セール制御手段８は算出手段７の算出結果に基づいてセール５のセール角度θを逐次制御する構成となっている。
【００２７】
さらに、この実施の形態では、算出手段７によってセール５を算出されたセール角度θに設定した場合の針路Ｃを維持するために必要な舵４の当舵量も同時に算出され、その算出結果が逐次舵制御手段９に入力されるようになっている。そして、舵制御手段９は、算出手段７の算出結果に基づいて舵４の舵角αを逐次制御する構成となっている。
【００２８】
即ち、この実施の形態では、入力手段に所望の針路Ｃと船速を入力すると、その針路Ｃと船速を維持するために必要な舵４の当舵量を最小にするセール５のセール角度θとその際に必要な舵４の舵角αが、風向きや風速の状況に応じて逐次算出され、その算出結果に基づいてセール５のセール角度θと舵４の舵角αとが逐次自動制御される構成になっている。船舶１の針路Ｃと船速の条件を変更する場合には、入力手段によって新たな針路Ｃと船速を入力設定することで、算出手段７は新たな針路Ｃと船速に基づいた算出結果を出す構成になっている。
【００２９】
なお、算出手段７によって行う具体的な算出プロセスや算出式についての説明は省略するが、算出手段７の算出プロセスや算出式は、予めコンピュータ等を用いて船舶１のスペック（要目や船型）に基づいた斜航時における流体数値計算シミュレーションを行ったり、水槽実験や風洞実験を行ったりすることで構築することができる。また、例えば、算出手段７に人工知能（ＡＩ）を塔載し、船舶１の航行データについて機械学習を行うことで算出プロセスの構築や改良を図っていくことも可能である。
【００３０】
このように、本発明では、ミッドシップＭＳよりも船首２側の範囲のみに設けたセール角度θを変更可能なセール５により、船舶１が斜め向かい風Ｗを受け航行している際に、船体に斜航が発生することで生じる回頭モーメントＯ．Ｍに対して、その回頭モーメントＯ．Ｍを低減する方向のモーメントＳ．Ｍを発生させることが可能となる。
【００３１】
さらに、針路保持に要する舵４の当舵量を減少させる、セール５のセール角度θを算出する算出手段７を備えることで、セール５を適切なセール角度θに制御することが可能となり、セール５により生じる減殺モーメントＳ．Ｍによって回頭モーメントＯ．Ｍを効果的に低減させることができる。また、セール制御手段８により、セール５のセール角度θを自動的に設定、変更することが可能となるので、操船作業を軽労化することができる。これにより、針路保持に要する舵４の当舵量を減少できるので、従来に比して舵４の当舵による舵４と船体の水中抵抗を低減し、斜航時における推進効率を向上させることができる。
【００３２】
さらに、この実施の形態のように、算出手段７により、セール５を算出されたセール角度θに設定した場合に必要な舵４の当舵量も同時に算出され、その算出手段７の算出結果に基づいて舵制御手段９により舵４の舵角αを自動的に設定、変更する構成にすると、針路保持に要する操船作業をより軽労化することができる。
【００３３】
また、この実施の形態のように、算出手段７を風向き、風速、船舶１の針路Ｃおよび船速に基づいて、セール５のセール角度θを算出する構成にすることで、針路保持に要する舵４の当舵量を減少させるのに適したセール５のセール角度θを精度よく算出することが可能となる。
【００３４】
上述した実施の形態では、算出手段７を、風向きと風速の航行条件において、設定された針路Ｃと船速とを維持するために必要な、舵４の当舵量を最小にするセール５のセール角度θを算出する構成としているが、例えば、算出手段７を、セール５が発生するモーメントＳ．Ｍによって舵４の当舵量が減少されることによって減少する舵４及び船体の抵抗エネルギーの減少量とセール５が発生する推進エネルギーの量との総和が最大になるように、セール角度θを算出する構成にすることもできる。
【００３５】
図１に示すように、斜航による回頭モーメントＯ．Ｍを減殺するモーメントＳ．Ｍをセール５によって発生させる場合には、同時に船舶１の推進方向と反対の方向にセール５による抵抗ＳＲが生じる場合がある。このセール５による抵抗ＳＲは、舵４の当舵による水中抵抗と比較すると非常に小さい。それ故、先に示した実施の形態のように、算出手段７を舵４の当舵量を最小にするセール５のセール角度θを算出する構成とすることで、斜航時における推進効率を大幅に向上させることができる。舵４の当舵量を最小にするセール５のセール角度θを算出する構成では、セール５のセール角度θの条件のみを比較演算すればいいので、算出手段７の算出プロセスを比較的簡易な構成にできるというメリットもある。
【００３６】
しかしながら、影響は小さいものの、セール５によって船舶１の推進方向と反対の方向に抵抗ＳＲが生じる場合があるため、当舵量を最小にするセール５のセール角度θと、推進エネルギーを最小化するセール５のセール角度θとが一致しない場合がある。そこで、燃費性能を向上させるのに有利なセール角度θをより精度よく算出するために、算出手段７を、セール５が発生するモーメントＳ．Ｍによって舵４の当舵量が減少されることによって減少する舵４及び船体の抵抗エネルギーの減少量と、セール５が発生する推進エネルギーの量との総和が最大になるように、セール角度θを算出する構成にすることもできる。
【００３７】
この場合には、セール５が発生するモーメントＳ．Ｍによって舵４の当舵量が減少されることによって減少する舵４及び船体の抵抗エネルギーの減少量と、セール５が発生する推進エネルギーの量とを総合的に考慮することにより、燃費性能を向上させるのに有利なセール５のセール角度θをより精度よく算出することが可能となる。
【００３８】
また、算出手段７は、例えば、算出手段７に接続された入力手段に所望の針路Ｃを入力すると、測定された風向きと風速の航行条件において、設定された針路Ｃを維持する場合における推進効率の高い船速、セール５のセール角度θおよび舵４の舵角αの組合せを算出するような構成にすることもできる。この場合には、航行条件に応じて船舶１の船速、セール５のセール角度θおよび舵４の舵角αを総合的に船舶１の燃費性能を向上させるのに有利な設定にすることが可能となるので、斜航時における船舶１の推進効率をより向上させることが可能となる。
【００３９】
なお、上記の実施の形態では、風Ｗによる外乱を受けている場合を例示しているが、波による外乱を受けている場合や風および波による外乱を受けている場合も同様である。例えば、外乱の方向（例えば波向き）がここでの風Ｗの方向に置き換わり、外乱の大きさ（例えば波高）が、ここでの風Ｗの風圧による力の大きさと置き換わるだけである。
【００４０】
また、上記の実施の形態では、１基のセール５を備えた船舶１を例示したが、例えば、船首２側に２基以上のセール５を備えた構成にすることもできる。また、風向風速計６や算出手段７を設置する位置は特に限定されず、適宜決定することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  船舶
１Ｘ  従来の船舶
２  船首
３  推進装置
４  舵
５  セール
６  風向風速計
７  算出手段
８  セール制御手段
９  舵制御手段
Ｃ  針路
Ｘ  船首方位
ＣＨ  船体の中心位置
ＭＳ  ミッドシップ
Ｗ  風
Ｏ．Ｍ  斜航による回頭モーメント
Ｓ．Ｍ  セールが発生するモーメント
Ｈ．Ｍ  当舵によるモーメント
ＳＲ  セールによる抵抗
【図１】
2019014295.tif 000003
【図２】
2019014295.tif 000004