(57)【要約】【課題】航行速力の変更や航行状態の変化に追従させて、船体の船首部部位に設けた吹出孔と吸引孔とで形成される局所流を変化させることで、船舶の船首部形状の見掛けの形状を変化させて、船舶の船首部における全体の水流である外部流によって生じる船首波形を制御して造波抵抗を低減し、船舶の全体の抵抗を減少する船舶及び船舶の抵抗減少方法を提供する。【解決手段】船舶１の水面下になる可能性のある部分に、流体Ｆａの吹出孔１１と吸引孔２１とを対にして構成された局所流形成部５と、前記吹出孔１１から吹出される流体Ｆａの吹出量Ｗｏ、若しくは、前記吸引孔２１から吸引される流体Ｆａの吸引量Ｗｉ、若しくは、その両方を制御するポンプシステム１０、２０を有する局所流形成システムを備えて構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の水面下になる可能性のある部分に、流体の吹出孔と吸引孔とを対にして構成された局所流形成部と、前記吹出孔から吹出される流体の吹出量、若しくは、前記吸引孔から吸引される流体の吸引量、若しくは、その両方を制御するポンプシステムを有する局所流形成システムを備えたことを特徴とする船舶。
【請求項２】
前記局所流形成部を船舶の深さ方向に複数備えたことを特徴とする請求項１に記載の船舶。
【請求項３】
前記局所流形成部において、前記吸引孔の船体表面における面積を前記吹出孔の船体表面における面積よりも大きく形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶。
【請求項４】
当該船舶の航行状態を検出する航行状態検出装置を備え、該航行状態検出装置が検出した航行状態に応じて、それぞれの前記局所流形成部における、前記吹出量、若しくは、前記吸引量、若しくは、前記吹出量と前記吸引量の両方を制御する制御システムを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶。
【請求項５】
前記局所流形成部の近傍に設けた圧力計測センサで検出される圧力に基づいて、前記局所流形成部の前記吹出孔から吹き出す流体の吹出圧と前記吹出量を調整する制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の船舶。
【請求項６】
前記制御システムを、前記航行状態検出装置が検出した航行状態に応じて、その航行状態で水面下となる前記局所流形成部を単数若しくは複数選択して、この選択された前記局所流形成部のそれぞれにおける、前記吹出量、若しくは、前記吸引量、若しくは、前記吹出量と前記吸引量の両方を、当該船舶の主機関の出力が最も減少又は航行速力が最も増加するように最適化すると共に、航行状態に対するそれぞれの前記局所流形成部における、前記吹出量の最適値、若しくは、前記吸引量の最適値、若しくは、前記吹出量と前記吸引量の両方の最適値を記憶して学習する学習機能を持つように構成したことを特徴とする請求項４に記載の船舶。
【請求項７】
船舶の船首部の水面下になる可能性のある部分において、流体の吹出孔と吸引孔とを対にして構成された局所流形成部の内で、航行状態に対応させて、その航行状態で水面下となる局所流形成部を選択して、この選択した該局所流形成部における、前記吹出孔から吹出される流体の吹出量、若しくは、前記吸引孔から吸引される流体の吸引量、若しくは、前記吹出量と前記吸引量の両方を、その航行状態に対応させて制御することにより、船舶の抵抗を減少することを特徴とする船舶の抵抗減少方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の航行において、その時々で変化する航行状態に対応させて、船首部部位に深さ方向に配置された吹出孔と吸引孔とで形成される局所流を制御することにより、見掛け上の船首部形状を最適化して造波抵抗を減少することができる船舶及び船舶の抵抗減少方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶においては、その船首部形状は、初期計画時に設定した計画航行速力及び載荷状態に最適化されており、建造後において、航行状態が変化し、初期計画時よりも低速の航行速力で運航するようになったり、頻度の高い載荷状態が初期計画時の載荷状態から変化したりした場合には、それに対応して、船首部形状を変化させることができず、必ずしも船首部形状が最適化されていない状態で運航されることになる。
【０００３】
これに関連して、船舶における船体の船首にて、船体の前側に向けて球状に突設されたバルブを、上下対称形状に形成された基端を持つ船体側から分割して設け、このバルブを船体の前後方向に垂直な面内で１８０度回転することにより、図３に示すような、船体の前側に最も突出する前端を上側に配置した第一形態と、図４に示すような、船体の前側に最も突出する前端を下側に配置した第二形態にすることにより、喫水が深い満載時では第一形態に、喫水が浅い軽荷時では第二形態にして船首側での造波抵抗をそれぞれ低減するバルバスバウ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このバルバスバウ装置では、船首部のバルブを１８０度回転させるための構造を設ける必要がある上に、船体側の端面とバルブ側の端面を上下対称形状に形成する必要があり、しかも、バルバスバルブの変化が二形態のみに限られるので、航行速力の変更や喫水状態の変化などに追従させて船首部形状を変化させることはできない。
【０００５】
また、船体の吃水および船速の変化に対応して抵抗を効果的に低減するために、船首没水部を取り囲むように船体に取り付けられ内側に設けた袋の中に流体を注入および排出可能に構成した、膨張及び収縮可能な二重壁構造の本体を備え、膨張時の前記本体前端部形状が丸みを有するなだらかな凸面を形成するように構成したバルバスバウが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
このバルバスバウでは、ゴム製の袋を覆う合成ゴム製の外被で、圧縮空気や海水、スラリー、粉体、粒体等により２つ袋を膨張させて、バルバスバルブを形成して満載航海時に対応させ、２つの袋を収縮させることにより、バルバスバルブ無しの形状にして軽荷時に対応させている。このバルバスバウにおいても、船首部の変化が二形態のみに限られるので、航行速力の変更や喫水状態の変化に追従させて船首部形状を変化させることはできない。
【０００７】
一方、船舶の船体表面に沿って流れる流体をスリットを通して、吸い込み及び噴射を繰り返して乱流の流動長を変化させ、船体表面となす噴射角あるいは吸込・噴出の周波数を調整して、船舶の船体表面の乱流境界層を制御して摩擦抵抗を減少させる、船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法及び装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
この船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法では、船首部及び船尾部の局所的に設けられた船舶の抗力低減装置では、空気管の収縮及び膨張の繰り返しにより、パイプハウジングのスリット経由で同じ部分からの海水の吸込及び噴出の繰り返しを行い、この周波数を最適化することで船体表面における渦流発生を抑制している。しかしながら、船首部形状と造波抵抗の低減に関しては触れられていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１８８９５３号公報
【特許文献２】特開昭６１−１７５１９３号公報
【特許文献３】特開２００２−３０８１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、航行速力の変更や喫水状態の変化に追従させて、船体の船首部部位に設けた吹出孔と吸引孔とで形成される局所流を変化させることで、船舶の船首部形状の見掛けの形状を変化させて、船舶の周囲における全体の水流である外部流によって生じる船首波形を制御して造波抵抗を低減し、船舶の全体の抵抗を減少する船舶及び船舶の抵抗減少方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような目的を達成するための本発明の船舶は、船舶の水面下になる可能性のある部分に、流体の吹出孔と吸引孔とを対にして構成された局所流形成部と、前記吹出孔から吹出される流体の吹出量、若しくは、前記吸引孔から吸引される流体の吸引量、若しくは、その両方を制御するポンプシステムを有する局所流形成システムを備えて構成される。
【００１２】
この構成によれば、船舶の水面下になる可能性のある部分に局所流形成部を設け、船舶の水面下になっている部分の局所流形成部において、海水や水(河川の水、湖水)などの流体を、局所流形成部の吹出孔から吹き出したり、吸引孔から吸引したり、その両方を行うことにより、局部的な水流（以下、「局所流」という）を形成し、この局所流により、船体の周囲を流れる全体的な流れの水流（以下、局部的な水流に対して外部流という）を変化させることができるので、この局所流を制御することにより、あたかも、船体表面形状が見掛けの上で変化したのと同様な船体の周囲を流れる外部流を造ることができる。
【００１３】
この局所流の変化により、船体の周囲を流れる外部流を変化させて、言い換えれば、見掛け上の船体表面形状を変化させて、船首部部位で発生する船首波形等を変化させることができるので、この船首波と船体が造る波との干渉度合いをより向上させて、造波抵抗を減少させることができるようになる。これにより、航行時における航行状態に対応させて、航行時の造波抵抗を低減することができる。
【００１４】
上記の船舶において、前記局所流形成部を船舶の深さ方向に複数備えて構成されると、これにより、満載状態や軽荷状態などの喫水の変化に対応できるようになる。なお、特に喫水変化の大きいタンカーや貨物船に採用するとより大きい効果が望まれ好ましい。
【００１５】
また、上記の船舶において、前記局所流形成部において、前記吸引孔の船体表面における面積を前記吹出孔の船体表面における面積よりも大きく形成すると、吸引孔の大きさを吹出孔よりも大きくしたことにより、吹出孔から吹出された流体を吸引孔から吸引し易くなる。
【００１６】
上記の船舶において、当該船舶の航行状態を検出する航行状態検出装置を備え、該航行状態検出装置が検出した航行状態に応じて、それぞれの前記局所流形成部における、前記吹出量、若しくは、前記吸引量、若しくは、前記吹出量と前記吸引量の両方を制御する制御システムを備えて構成すると、航行状態に対して、吹出量、若しくは、吸引量、若しくは、その両方を制御することにより、容易にその航行状態における見掛け上の船首部形状を最適化できる。
【００１７】
なお、実際には造波抵抗のみを抽出するのは困難であるのと、その必要もなく、造波抵抗や摩擦抵抗や風圧抵抗などを含む全体の抵抗が減少して、主機関の出力が一定であれば、航行速力が増加したり、逆に航行速力が一定であれば、主機関の出力が減少したりすれば良いので、航行速力の最も増加する方向又は主機関の出力の最も減少する方向を目標に、局所流を制御することになる。
【００１８】
また、上記の船舶において、前記局所流形成部の近傍に設けた圧力計測センサで検出される圧力に基づいて、前記局所流形成部の前記吹出孔から吹き出す流体の吹出圧と前記吹出量を調整する制御を行うように構成すると、圧力計測センサで検出された表面圧力が、実航行速度と実喫水状態に対応して予め設定又は制御時に算定される目標表面圧力になるように、供給用ポンプ、供給用制御弁、吸引用ポンプ及び吸引用制御弁をフィードバック制御する等の制御で、実際の局所流の流れを監視しながら、より正確に局所流を制御できる。
【００１９】
なお、圧力計測センサは、局所流形成部ごとに設けることが好ましいが、制御を単純化するために、近傍のいくつかの局所流形成部をグループ化して、このグループに対して１つの圧力計測センサを設けて、この圧力計測センサの検出値で当該グループ内のいくつかの局所流形成部を制御するようにしてもよい。
【００２０】
上記の船舶において、前記制御システムを、前記航行状態検出装置が検出した航行状態に応じて、その航行状態で水面下となる前記局所流形成部を単数若しくは複数選択して、この選択された前記局所流形成部のそれぞれにおける、前記吹出量、若しくは、前記吸引量、若しくは、前記吹出量と前記吸引量の両方を、当該船舶の主機関の出力が最も減少又は航行速力が最も増加するように最適化すると共に、航行状態に対するそれぞれの前記局所流形成部における、前記吹出量の最適値、若しくは、前記吸引量の最適値、若しくは、前記吹出量と前記吸引量の両方の最適値を記憶して学習する学習機能を持つように構成すると、航行開始時の航行状態はいくつかのパターンに近い値をとり、しかも航行中の航行状態は徐々に変化するので、各航行状態・速力に対し、航行実績に対応した学習結果より、最適な局所流を形成でき、かつ、航行中の航行状態に対して最適な局所流の流れに到達するまでの時間、言い換えれば、最適化に要する時間を短縮できる。
【００２１】
上記のような目的を達成するための本発明の船舶の抵抗減少方法は、船舶の船首部の水面下になる可能性のある部分において、流体の吹出孔と吸引孔とを対にして構成された局所流形成部の内で、航行状態に対応させて、その航行状態で水面下となる局所流形成部を選択して、この選択した該局所流形成部における、前記吹出孔から吹出される流体の吹出量、若しくは、前記吸引孔から吸引される流体の吸引量、若しくは、前記吹出量と前記吸引量の両方を、その航行状態に対応させて制御することにより、船舶の抵抗を減少することを特徴とする方法である。
【００２２】
この方法によれば、船首バルブが設けられる船首部部位において、海水などの流体を、局所流形成部の吹出孔から吹き出したり、吸引孔から吸引したりする等により、局所流を形成し、この局所流により、船体の周囲を流れる全体的な水流である外部流を変化させることができるので、この局所流を制御することにより、あたかも船体表面形状が見掛け上変化したのと同様な船体の周囲を流れる外部流を造ることができる。
【００２３】
この局所流の変化により、船体の周囲を流れる外部流を変化させて、言い換えれば、見掛け上の船体表面形状を変化させて、船首部部位で発生する船首波形を変化させることができるので、この船首波と船体が造る波との干渉度合いをより向上させて、造波抵抗を変化させることができるようになる。これにより、制御時における航行状態に対応させて、航行時の造波抵抗を低減できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る船舶及び船舶の抵抗減少方法によれば、航行速力の変更や航行状態の変化に追従させて、船体の船首部部位に設けた吹出孔と吸引孔とで形成される局所流を変化させることで、船舶の船首部形状の見掛けの形状を変化させて、船舶の船首部部位における全体の水流である外部流によって生じる船首波形を制御して、この船首波と船体が造る波との干渉度合いをより向上させて、造波抵抗を低減することができ、これにより、船舶の全体の抵抗を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の船舶の構成を模式的に示す船舶の船首部部位の側面図である。
【図２】図１の局所流形成部の部位の部分拡大図である。
【図３】従来技術のバルバスバウ装置において、前端を上側に配置した第一形態を示す船首部の側面図である。
【図４】図３のバルバスバウ装置において、前端を下側に配置した第二形態を示す船首部の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態の船舶及び船舶の抵抗減少方法について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態の船舶１は、上甲板２と船体３とを有しており、この船体３の船首部には船首バルブ４が設けられている。
【００２７】
本発明においては、図１に示すように、船首部部位Ｒｆの局所流形成部５と、流体供給システム１０と、流体吸引システム２０と、これらの両システム１０、２０で構成されるポンプシステムを制御する制御システム３０と、航行状態検出装置３１とを備えて構成される。そして、局所流形成部５とポンプシステム１０、２０を有して局所流形成システム５、１０、２０を構成する。
【００２８】
この船舶１の水面下となる可能性のある部分、より具体的には、通常、満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．より下の部分に、流体Ｆａの吹出孔１１と吸引孔２１が対になって構成された局所流形成部５が設けられ、また、船体表面圧力Ｐｓを計測する圧力計測センサ４１が設けられる。これらの局所流形成部５と圧力計測センサ４１は、船舶１の深さ方向に複数備えて構成し、これにより、船舶１の満載状態や軽荷状態などの喫水の変化に対応させるように構成する。また、これらの局所流形成部５と圧力計測センサ４１は、船首垂線Ｆ．Ｐ．から垂線間長Ｌｐｐの０．２倍後方の位置Ｘ１よりも前側の船首部部位Ｒｆに設けられることが好ましい。
【００２９】
さらに、吹出孔１１から吹出される流体Ｆａの吹出量Ｗｏ、若しくは、吸引孔２１から吸引される流体Ｆａの吸引量Ｗｉ、若しくは、その両方Ｗｏ、Ｗｉを制御するポンプシステム１０、２０として、この吹出孔１１に接続された供給用配管１２と、この供給用配管１２に設けられた供給用ポンプ１３と供給用制御弁１４を備えた流体供給システム１０が設けられると共に、吸引孔２１に接続された吸引用配管２２と、この吸引用配管２２に設けられた吸引用ポンプ２３と吸引用制御弁２４を備えた流体吸引システム２０が設けられる。この吸引用ポンプ２３は、供給用ポンプ１３とは別に設けてもよいが、図１に示すように、供給用ポンプ１３で兼用するように構成すると、システムが単純化する。
【００３０】
この流体供給システム１０と流体吸引システム２０で構成するポンプシステム１０、２０は、供給用配管１２と吸引用配管２２における管内摩擦抵抗によるエネルギー損失を考えると、供給用配管１２と吸引用配管２２の配管長さが短くなるように、局所流形成部５の近傍が好ましく、船首部部位Ｒｆ、例えば、船首隔壁（図示しない）の前方部位等に設けることが好ましい。
【００３１】
また、供給用ポンプ１３の配置の上下位置は、吹出孔１１の吹き出し圧と水位の関係から、ポンプ駆動力が最小になるように、軽荷喫水線Ｂ．Ｗ．Ｌ．の近傍か、軽荷喫水線Ｂ．Ｗ．Ｌ．と満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．との中間部位に設けることが好ましい。また、吸引用ポンプ２３も、吸引孔２１の水位だけを考慮すれば、できるだけ下の方が吸引し易いのでよいが、吸引した流体Ｆａを再度吹き出しに使用する場合は、吸引した流体Ｆａを吹出孔１１まで上げる必要があるので、全体的には、供給用ポンプ１３と同様に、軽荷喫水線Ｂ．Ｗ．Ｌ．の近傍か、軽荷喫水線Ｂ．Ｗ．Ｌ．と満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．との間に設けることが好ましい。
【００３２】
この局所流形成部５は、吹出孔１１と吸引孔２１が対になって構成され、この局所流形成部５のそれぞれにおいて、吸引孔２１の位置は、予め設定された航行速力Ｖｓと予め設定された喫水状態Ｃｄｓの下で、吹出孔１１から吹き出された流体Ｆａが流れる流線上に設けて構成する。これにより、局所流の影響範囲が小さくなり、近傍の局所流形成部５の相互間における干渉を小さくすることができるので、局所流の全体的な制御を単純化することができる。この吹出孔１１から吹き出された流体Ｆａが流れる流線は、予め水槽実験や数値計算シミュレーション等により、容易に求めることができる。
【００３３】
また、吸引孔２１を漏斗状の凹部で形成することが好ましく、また、局所流形成部５のそれぞれにおいて、吹出孔１１の船体表面における面積Ｓａよりも吸引孔２１の凹部の船体表面における面積Ｓｂが大きいことが好ましい。この構成により、吹出孔１１から吹き出された流体Ｆａの多くを吸引孔２１で吸引できるようになるので、単純な構成で、容易に局所流の影響範囲を小さくすることができる。これにより、近傍の局所流形成部５の相互間における干渉を小さくすることができるので、局所流の全体的な制御を単純化することができる。
【００３４】
制御システム３０により、このポンプシステム１０、２０を制御して、それぞれの局所流形成部５における、吹出孔１１から吹出される流体Ｆａの吹出量Ｗｏ、若しくは、吸引孔２１から吸引される流体Ｆａの吸引量Ｗｉ、若しくは、この吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉの両方を制御するように構成し、局所流の大小を制御して、見掛け上の船体の表面形状の変形度合いを制御できるようにする。
【００３５】
より好ましくは、制御システム３０により、この供給用ポンプ１３の吐出圧力の制御と、開閉制御弁好ましくは流量制御弁で構成される供給用制御弁１４によって、吹出孔１１から吹き出す流体Ｆａの吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏを制御すると共に、吸引用ポンプ２３の吸引圧力の制御と、開閉制御弁好ましくは流量制御弁で構成される吸引用制御弁２４によって、吸引孔２１から吸引する流体Ｆａの吸引量Ｗｉを制御する。なお、この流体Ｆａは、通常、船舶１が航行する周囲の海水や湖水や川の水等となる。
【００３６】
また、航行状態検出装置３１は、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態を検出する装置であり、通常、制御システム３０内に設けるが、独立して設けてもよい。この実航行速力Ｖｍに関しては、船舶１の航行装置(図示しない)で得られる対水速力Ｖｗ又は対地速力Ｖｇを入力して、実航行速力Ｖｍとする。
【００３７】
また、実喫水状態Ｃｄｍは、具体的には、船首喫水ｄｆと船尾喫水ｄａ、又は、載荷重量Ｗとトリム(前後方向傾斜)θ等であるが、この実喫水状態Ｃｄｍに関しては、船首部と船尾部に設けた喫水センサ（図示しない）で、停船中に測定した初期船首喫水ｄｆ０と初期船尾喫水ｄａ０を元にして、燃料消費量等やバラスト水の移動等を考慮して算出し直した船首喫水ｄｆと船尾喫水ｄａを実喫水状態Ｃｄｍとする。あるいは、停船中の初期載荷重量Ｗ０と初期トリムθ０から、燃料消費量等やバラスト水の移動等を考慮して算出し直した載荷重量Ｗｍとトリムθｍを実喫水状態Ｃｄｍとする。なお、このトリムθｍとして、制御時において、傾斜計や複数の加速度計等で構成されるトリムセンサ（図示しない）により測定したトリムθｉの平均値θｉｍを用いてもよい。
【００３８】
そして、この制御システム３０は、航行状態検出装置３１が検出した航行状態に応じて、それぞれの局所流形成部５における、吹出量Ｗｏ、若しくは、吸引量Ｗｉ、若しくは、吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉの両方を制御するように構成され、これにより、航行状態に対して、容易にその航行状態における見掛け上の船首部形状を最適化する。
【００３９】
つまり、制御システム３０が、航行状態検出装置３１が検出した航行状態に応じて、その航行状態で水面下となる局所流形成部５を選択して、この選択された局所流形成部５のそれぞれにおける、吹出量Ｗｏ、若しくは、吸引量Ｗｉ、若しくは、吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉの両方を、船舶１の主機関の出力Ｔｏが最も減少又は航行速力Ｖが最も増加するように最適化すると共に、航行状態に対するそれぞれの局所流形成部５における、吹出量Ｗｏの最適値、若しくは、吸引量Ｗｉの最適値、若しくは、吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉの両方の最適値を記憶して学習する学習機能を持つように構成する。
【００４０】
この構成により、航行開始時の航行状態はいくつかのパターンに近い値をとり、しかも航行中の航行状態は徐々に変化するので、各航行状態・速力に対し、航行実績に対応した学習結果より、最適な局所流を形成でき、かつ、航行中の航行状態に対して最適な局所流の流れに到達するまでの時間、言い換えれば、最適化に要する時間を短縮できる。
【００４１】
そして、より好ましくは、この制御システム３０は、航行状態検出装置３１によって検出した実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に対して、主機関の出力Ｔｏが減少又は航行速力Ｖが増加するように、予め設定された吹出圧Ｐｏｓと吹出量Ｗｏｓと吸引量Ｗｉｓで、又は、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に対応して算定される吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉで、吹出孔１１からの流体Ｆａの吹き出しと吸引孔２１からの流体Ｆａの吸引を行う制御をするように構成される。
【００４２】
予め設定された値を用いる場合は、予め水槽実験や数値計算シミュレーションにより、幾つかの航行速力Ｖｊと喫水状態Ｃｄｋの組み合わせ等の航行状態における最適な値である吹出圧Ｐｏｃと吹出量Ｗｏｃと吸引量Ｗｉｃをそれぞれの局所流形成部５において予め設定しておき、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に対応するそれぞれの局所流形成部５における最適値の吹出圧Ｐｏｃと吹出量Ｗｏｃと吸引量Ｗｉｃを読み出して、あるいは、補間して求めて、これらの値Ｐｏｃ、Ｗｏｃ、Ｗｉｃを初期値Ｐｏｓ、Ｗｏｓ、Ｗｉｓとして、それらの値になるよう、供給用ポンプ１３と供給用制御弁１４と、吸引用ポンプ２３と吸引用制御弁２４を制御する。
【００４３】
また、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に対応して算定される値Ｐｏｍ、Ｗｏｍ、Ｗｉｍを用いる場合は、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に対応して、主機関の出力Ｔｏが最も減少又は航行速力Ｖが最も増加するように算定される吹出圧Ｐｏｍと吹出量Ｗｏｍと吸引量Ｗｉｍで、吹出孔１１からの流体Ｆａの吹き出しと吸引孔２１からの流体Ｆａの吸引を行う制御をする。
【００４４】
この場合は、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に比較的近い航行速力Ｖｊと喫水状態Ｃｄｋにおける、それぞれの局所流形成部５における初期値としての吹出圧Ｐｏｓと吹出量Ｗｏｓと吸引量Ｗｉｓからスタートして、供給用ポンプ１３と供給用制御弁１４と、吸引用ポンプ２３と吸引用制御弁２４を制御するが、順次、それぞれの局所流形成部５において、吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉを増減させて、主機関の出力Ｔｏが減少する方向、又は、実航行速力Ｖｍが増加する方向にあるか否かを判定する。そして、主機関の出力Ｔｏが減少する方向、又は、実航行速力Ｖｍが増加する方向にある場合は順次それらの値Ｐｏ、Ｗｏ、Ｗｉに更新する。
【００４５】
この吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉの増減に対して、主機関の出力Ｔｏが最も減少する値Ｐｏｃ、Ｗｏｃ、Ｗｉｃ、又は、実航行速力Ｖｍが最も増加する値Ｐｏｃ、Ｗｏｃ、Ｗｉｃを得て、その値Ｐｏｃ、Ｗｏｃ、Ｗｉｃで航行する。この吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉの増減で得た最適な値Ｐｏｃ、Ｗｏｃ、Ｗｉｃを、次回に遭遇する航行状態の実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態における初期値Ｐｏｓ、Ｗｏｓ、Ｗｉｓとする。なお、通常の商用の船舶の場合は、略同じ実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍで、何日も航行する場合が多いので、吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉの増減を数多く試すことができ、これらの吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉの増減と、主機関の出力Ｔｏの増減、又は、実航行速力Ｖｍの増減の関係を求めることができる。
【００４６】
つまり、制御システム３０が、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍに加えて主機関の出力Ｔｏを入力して、制御時における実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍに対して、それぞれの局所流形成部５の吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉを変化させて、主機関の出力Ｔｏが減少又は実航行速力Ｖｍが増加するのに最適な、それぞれの局所流形成部５の吹出圧Ｐｏｃと吹出量Ｗｏｃと吸引量Ｗｉｃと、主機関の出力Ｔｏ又は実航行速力Ｖｍとの関係を学習する機能を持つように構成する。
【００４７】
これにより、航行中の実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍに対して最適な局所流の流れに到達するまでの時間、言い換えれば、最適化に要する時間を短縮できる。
【００４８】
また、制御システム３０を、局所流形成部５の近傍に設けた圧力計測センサ４１で検出される速度圧である船体表面圧力Ｐｓに基づいて、局所流形成部５の吹出孔１１から吹き出す流体Ｆａの吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏを調整する制御を行うように構成すると、圧力計測センサ４１の船体表面圧力Ｐｓを、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に対応して予め設定又は制御時に算定される設定圧力Ｐｓｓになるように、供給用ポンプ１３、供給用制御弁１４、吸引用ポンプ２３及び吸引用制御弁２４をフィードバック制御することで、実際の局所流の流れを監視しながら、より正確に局所流を制御できる。
【００４９】
なお、好ましくは、設定圧力Ｐｓｓが達成された後に、この設定圧力Ｐｓｓを初期値にして、流体Ｆａの吹出圧Ｐｏと吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉを調整して更に最適化して、この最適化されたときに計測された表面圧力Ｐｓｃで制御用の設定圧力Ｐｓｓを更新して、制御システム３０に記憶し、この更新した設定圧力Ｐｓｓを、次回に遭遇する実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍにおける制御用の初期値の設定圧力Ｐｓｓとする。この学習機能を持たせることにより、航行中の実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に対して最適化に要する時間を短縮できると共に、時々刻々変化していく、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に追従して、最適化を進めていくことができる。
【００５０】
この構成によれば、船首バルブ４が設けられる船首部部位Ｒｆにおいて、局所流形成部５の吹出孔１１から吹き出される海水や水(河川の水、湖水)などの流体Ｆａを、吸引孔２１から吸引することにより、局部的な水流である局所流を形成し、この局所流により、船体３の周囲を流れる全体的な流れの水流である外部流を変化させることができるので、この局所流を制御することにより、あたかも、船体表面形状が見掛けの上で変化したのと同様な船体３の周囲を流れる外部流を造ることができる。
【００５１】
この局所流の変化により、船体３の周囲を流れる外部流を変化させて、言い換えれば、見掛け上の船体表面形状を変化させて、船首部部位Ｒｆで発生する船首波形を変化させることができるので、この船首波と船体３が造る波との干渉度合いをより向上させて、造波抵抗を減少させることができるようになる。これにより、航行時における実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍに対応させて、航行時の造波抵抗を低減することができる。
【００５２】
次に、本発明の実施の形態の船舶の抵抗減少方法について説明する。この方法は、船舶１の船首部の水面下になる可能性のある部分において、流体Ｆａの吹出孔１１と吸引孔２１とを対にして構成された局所流形成部５の内で、航行状態に対応させて、その航行状態で水面下となる局所流形成部５を選択して、この選択した局所流形成部５における、吹出孔１１から吹出される流体Ｆａの吹出量Ｗｏ、若しくは、吸引孔２１から吸引される流体Ｆａの吸引量Ｗｉ、若しくは、吹出量Ｗｏと吸引量Ｗｉの両方を、その航行状態に対応させて制御することにより、船舶１の抵抗を減少する方法である。
【００５３】
また、好ましくは、船舶１の船首垂線Ｆ．Ｐ．から垂線間長Ｌｐｐの０．２倍後方の位置Ｘ１よりも前側の船首部部位Ｒｆにおいて、吹出孔１１と吸引孔２１とが対になって構成された局所流形成部５の吹出孔１１から吹き出した流体Ｆａを吸引孔２１から吸引して局所流を形成すると共に、この局所流を制御時に検出された実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍに対して制御することにより、船舶１の抵抗を減少する方法として構成する。
【００５４】
これらの方法によれば、船首バルブ４が設けられる船首部部位Ｒｆにおいて、海水などの流体を、局所流形成部５の吹出孔１１から吹き出したり、吸引孔２１から吸引したりする等により、あるいは、船首バルブ４が設けられる船首部部位Ｒｆにおいて、局所流形成部５の吹出孔１１から吹き出される海水などの流体Ｆａを、吸引孔２１から吸引することにより、局所流を形成し、この局所流により、船体の周囲を流れる全体的な水流である外部流を変化させることができるので、この局所流を制御することにより、あたかも船体表面形状が見掛け上変化したのと同様な船体３の周囲を流れる外部流を造ることができる。
【００５５】
この局所流の変化により、船体３の周囲を流れる外部流を変化させて、言い換えれば、見掛け上の船体表面形状を変化させて、船首部部位Ｒｆで発生する船首波形を変化させることができるので、この船首波と船体３が造る波との干渉度合いをより向上させて、造波抵抗を変化させることができるようになる。これにより、制御時における実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態に対応させて、航行時の造波抵抗を低減できる。
【００５６】
従って、上記の構成の船舶及び船舶の抵抗低減方法によれば、航行速力Ｖの変更や、実航行速力Ｖｍと実喫水状態Ｃｄｍ等の航行状態の変化に追従させて、船体３の船首部部位Ｒｆに設けた吹出孔１１と吸引孔２１とで形成される局所流を変化させることで、船舶１の船首部形状の見掛けの形状を変化させて、船舶１の船首部部位Ｒｆにおける全体の水流である外部流によって生じる船首波形を制御して、この船首波と船体３が造る波との干渉度合いをより向上させて、造波抵抗を低減することができ、これにより、船舶１の全体の抵抗を減少することができる。なお、特に喫水変化の大きいタンカーや貨物船に採用するとより大きい効果が望まれ好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の船舶及び船舶の抵抗減少方法によれば、航行速力の変更や、航行状態の変化に追従させて、船体の船首部部位に設けた吹出孔と吸引孔とで形成される局所流を変化させることで、船舶の船首部形状の見掛けの形状を変化させて、船舶の船首部部位における全体の水流である外部流によって生じる船首波形を制御して、この船首波と船体が造る波との干渉度合いをより向上させて、造波抵抗を低減することができ、これにより、船舶の全体の抵抗を減少することができるので、多くの船舶に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  船舶
２  上甲板
３  船体
４  船首バルブ
５  局所流形成部
１０  ポンプシステム（流体供給システム）
１１  吹出孔
１２  供給用配管
１３  供給用ポンプ
１４  供給用制御弁
２０  ポンプシステム（流体吸引システム）
２１  吸引孔
２２  吸引用配管
２３  吸引用ポンプ
２４  吸引用制御弁
３０  制御システム
３１  航行状態検出装置
４１  圧力計測センサ
Ｆ．Ｐ．  船首垂線
Ｌ．Ｗ．Ｌ．  満載喫水線
Ｘ１  船首垂線から垂線間長の０．２倍後方の位置(船首部部位の後端位置)
θ  トリム(前後方向傾斜)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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