(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船長の２．５〜１０％の長さのフィンを、船体のプロペラ直前から船首方向に向けて船長の３０％以内の範囲に、船首側取り付け位置は船底から喫水の０〜５％の高さに、船尾側取り付け位置は船底から喫水の１５％までの高さに、かつフィンの船首側と船尾側の取り付け位置を結ぶ取り付けラインが船尾に向けて緩やかに上昇するラインとなるように取り付けるとともに、フィンの翼端が、船底とほぼ同じ高さとなるようにフィンを船側から斜め下方に張り出して取り付けられ、かつフィンが取り付けられていない状態の船体が旋回した際に船側に形成される死水領域を超える位置となっていることを特徴とする船舶。
【請求項２】
前記フィンを両方の船側にそれぞれ複数枚取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の船舶。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、操縦性能、特に針路安定性に優れた船舶に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶の操縦性能は、旋回性、操舵に対する追従性および針路安定性の三つの要素から成り立っている。このうち、針路安定性とは、外乱によって引き起こされた船舶の旋回運動が、舵を動かさなくても速やかに減衰して直進に整定される能力を表し、操舵後速やかに定常旋回に入る追従性とこの針路安定性とは相伴っており、両者に優れた船舶は航海中の保針が容易となる。
【０００３】
ところで、船体の主要目および船型は、一般に載貨重量、推進性能、復元性能および港湾の制限要因等で決定されることが多く、これらの条件のみで船体の主要目および船型が決定された船舶の針路安定性は、必ずしも十分でない場合がある。しかし、針路安定性を向上させようとして、主要目や船型を変更しようとしても、他の設計条件から変更が困難であり、このような傾向は船舶が肥大船になるにつれて顕著である。
【０００４】
このような針路安定性を向上させる従来の技術としては、特開平８−２１６９９２号公報に開示されたものがある。この船舶の針路安定装置は、図６の斜視図に示すように、スケグ２１に平板２２を水平に張り出して装着した進路安定装置において、前記平板２２の外縁は船側ラインと一致した形状でカ−ブし、後端はスケグ２１後端と一致し、かつ、平板２２の取り付け高さ位置は船底からプロペラ軸２３位置までの範囲とし、さらに、前記平板２２の横方向の張り出し幅は船体中央における半幅の１／６０〜１／５の範囲に構成されているものである。
これにより、船体の旋回時に、船尾船側から船底部へ流れ込む水流が、平板２２により堰止められ船体に横力を発生させ、この横力が旋回力を減衰させる方向に作用するので、進路安定性が向上するというものである。
【０００５】
また、特開平１１−２５５１７８号公報には、船側に整流フィンを取り付けて進路安定性を向上させた船舶が開示されている。この船舶を図７（ａ）の船尾部の概略側面図、図７（ｂ）の（ａ）のＡ−Ａ矢視図、図７（ｃ）の（ａ）のＢ−Ｂ矢視図、図７（ｄ）の（ｂ）のＣ−Ｃ矢視図により説明すると、船側３１の喫水線Ｄ．Ｌ．よりも下側の没水位置に、船側平行部３２の後端３２ａから船尾３３へ向けて延びるように整流フィン３４を取り付けるとともに、船側３１の船底３５付近で船側平行部３２の後端３２ａと船尾３３との中間位置に、船尾３３へ向けて緩やかに上昇するように整流フィン３６を取り付ける。そして、船側平行部３２からの下降流３７を整流フィン３４で整流して船尾３３側に導き、船底３５からの上昇流３８を整流フィン３６で整流して船尾３３側へ導くというものである。
【０００６】
このように構成しているのは、旋回運動時に船側平行部３２からの下降流３７と、船底３５からの上昇流３８が船側平行部３２の後端３２ａ付近でぶつかると、流れが船側外板から剥離し、その部分が負圧になり船尾３３が外側に引張られるという現象が起きるので、整流フィン３４で下降流３７を抑制し、整流フィン３６で船底３５からの上昇流３８を押え込んで、下降流３７と上昇流３８のぶつかり合いを抑えるためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の船舶の針路安定性を向上させる技術には、次のような問題点がある。図８は船舶４１の斜航時や旋回時に、船尾４２に作用する流体力の発生場所とその大きさを模式的に表わした図である。前記特開平８−２１６９９２号公報に開示された船舶の針路安定装置は、図８における流体力１を大きくして、旋回に対する抵抗モ−メントを増加させようとするものであるが、平板を水平に張り出し、しかも張り出す範囲がプロペラ位置近くまであるため、直進時には船底からの上昇流は平板によって上昇を妨げられて乱れ、その結果として推進性能が劣化する。
【０００８】
また、特開平１１−２５５１７８号公報に開示された船舶は、図における流体力２を減少させて、結果として旋回に対する抵抗力を増大させるものである。推進性能への悪影響は少ないが、流体力２は流体力１に比較して船体中央側に着力中心を持つため、旋回モ−メントは小さく、針路安定性に対する効果は流体力１を増大させる場合に比較して小さい。
【０００９】
本発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、推進性能に悪影響及ぼすことなく、針路安定性を向上させることのできる船舶を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る船舶は、船長の２．５〜１０％の長さのフィンを、船体のプロペラ直前から船首方向に向けて船長の３０％以内の範囲に、船首側取り付け位置は船底から喫水の０〜５％の高さに、船尾側取り付け位置は船底から喫水の１５％までの高さに、かつフィンの船首側と船尾側の取り付け位置を結ぶ取り付けラインが船尾に向けて緩やかに上昇するラインとなるように取り付けるとともに、フィンの翼端が、船底とほぼ同じ高さとなるようにフィンを船側から斜め下方に張り出して取り付けられ、かつフィンが取り付けられていない状態の船体が旋回した際に船側に形成される死水領域を超える位置となっているものである。また、前記フィンを両方の船側にそれぞれ複数枚取り付けたものである。
【００１１】
この発明に係る船舶においては、船体の旋回時に、船尾船側から船底部へ流れ込み、再び反対側の船側へ流れていく水流を、フィンによる造渦現象により大きく剥離させることで、船側部の負圧領域をフィンのない場合に比べて増大させ、その結果として船体後半部に働く横力を大きくする。この横力が旋回力を減少させる方向に作用するので、針路安定性が向上する。
【００１２】
フィンをプロペラ直前から船首方向に向けて船長の３０％以内の範囲に設けるのは、フィンによって発生される横力が旋回に対する抵抗モ−メントとして有効に働くためであり、横力が船体後方部の船尾に近い部分で発生するほどモ−メントレバ−が大きくなることと、船体の旋回角によって引き起こされる上述の水流の流速が大きくなるので、フィンによって造られる渦も強くなり、横力自体が大きくなることによる。
【００１３】
また、フィンの船側取り付けラインが船尾に向けて緩やかに上昇するラインとなるようにフィンを取り付けるので、フィンを直進時の船側を流れる流線に沿わせることができる。これにより、船体固有の流れ場を乱すことがないので、直進時の抵抗増加が発生しない。また、船底からの上昇流を乱すことがなく、プロペラへ流入する流れ場を撹乱することもないので、推進性能への悪影響は発生しない。
【００１４】
フィンの船首側取り付け位置の高さを船底から喫水の０〜５％の高さに、船尾側取り付け位置の高さを船底から喫水の１５％までの高さにしたのは、フィン取り付けラインを船側を流れる流線に近づけるためであり、流線は船型によって異なるので、この範囲内でフィンの船首側および船尾側の取り付け位置の高さを調節して、フィン取り付けのラインを流線に近づければよい。
【００１５】
フィンを上述したような条件で船側に取り付けた場合、フィンの長さが船長の２．５％以下であると発生する横力が小さくなり、針路安定性を向上させる効果が発揮できない。
また、フィンの長さが船長の１０％以上であると、フィンの取り付けラインの船尾に向けた上昇度が緩やかになりすぎてフィンが流線から離れ、直進時のプロペラへ入る流れを阻害したり、抵抗増加の原因となり、推進性能に悪影響を及ぼす。したがって、フィンの長さは船長の２．５〜１０％の範囲とした。
【００１６】
旋回運動により、船尾が左舷方向に横運動を起こした場合、左舷側から右舷側に向かう横方向の流れが発生する。その流れは、図９（ａ）に示すように、船体５１の左舷５１ａ側から下降し、船底部５１ｂを通過して右舷５１ｃ側で上昇しようとするが、途中で船体５１外周面に沿って流れることができなくなり、流れは船体５１から剥離して、右舷５１ｃ側に死水領域５２が形成される。
フィンによる針路安定性の向上効果は、フィン先端での造渦現象により、右舷側の剥離領域を拡大させて、大きな横力を得ることによりもたらされるものであるため、フィンの先端は船体５１が造る死水領域５２よりも外側に出ている方が効果は大きい。そのため、図９（ｂ）に示すように、フィン５３の先端５３ａの位置は死水領域５２に留まることなく、船底５１ｃとほぼ同じ深さの位置まで伸ばすようにした。
【００１７】
上述したように、本発明に係る船舶に使用するフィンは、推進性能に悪影響を及ぼさないので、複数枚取り付けることにより、針路安定性の向上をもたらす渦を、フィンが１枚の場合よりも多く造り出すことができるので、さらに針路安定性の良い船舶を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態  】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の船舶の第一の実施の形態を示す説明図であり、（ａ）は船舶の船尾部分の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
この船舶は、船体１の船尾２付近の両船側３に、それぞれ１枚のフィン４を取り付けている。このフィン４は、プロペラ５の前方から船首方向に向けて船体１の長さの３０％以内の範囲に取り付けられ、その長さＬは船体１の長さの２．５〜１０％である。
また、フィン４の船首側取り付け位置は、船底６から喫水の０〜５％の高さに、フィン４の船尾側取り付け位置は、船底６から喫水の１５％までの高さになるように、かつフィン４の取り付けライン４ａは船尾２に向かって緩やかに上昇するラインとなるように取り付けられ、直進時の舷側を流れる流線に沿わせることができ、船底６からの上昇流の乱れを防止する構造となっている。
また、フィン４の翼端４ｂは、船底６と同じ深さ位置となるように、フィン４を斜め下方に張り出している。したがって、フィン４の平面形状は、船首側から船尾側にかけて張り出し幅の大きくなる三角形状または台形形状となる。
【００１９】
図２は本発明の船舶の第二の実施の形態を示す斜視図である。この船舶の場合には、複数のフィン１４ａ〜１４ｃを船体１１の船側１３に取り付けているが、この船舶の場合も、個々のフィンの取り付け条件は、第一の実施の形態の船舶と同じである。この船舶の場合はフィンの数が多いので、第一の実施の形態の船舶よりもさらに針路安定性の向上効果が高まる。
【００２０】
【実施例】
実際のタンカ−船型の１／７０の寸法で、第一の実施の形態の船舶と同じように、両船側にそれぞれ１枚のフィンを取り付けた模型船を製作し、船型試験槽において模型試験を行った。この模型試験は、自由航走模型試験であり、完全に自由にした模型船をリモコンにより付属のプロペラを回転させて自航させ、そのときの模型船の運動状況を計測するものである。
【００２１】
この試験は通常Ｚ試験と呼ばれる操縦性能を把握する試験であり、船舶の針路安定性能が評価される。
【００２２】
図３はＺ試験における舵角と船体の方位角との経時的な変化を示す図である。
図において破線が舵角の経時変化を、実線が船体の方位角の経時変化を示す。
Ｚ試験は、まず舵角を１０度に取り、船体の方位角が１０度になった時点で、舵角を元に戻すように舵を前回とは反対側に１０度に取るという操作を繰り返していく試験である。船体の向きは舵角を切り返すと同時に元に戻ろうとするのではなくて、舵角よりもある程度大きな最大方位角に達した後に元に戻るという動きをする。
このような船舶の最大方位角から、舵を切り返したときの方位角を差し引いた値の絶対値をオ−バ−シュ−ト角といい、第一回目の舵切り返し時のオ−バ−シュ−ト角をファ−ストオ−バ−シュ−ト角、第二回目の舵切り返し時のオ−バ−シュ−ト角をセカンドオ−バ−シュ−ト角という。
図３では、最初に＋１０度に舵角を取る場合を示しているが、これをＳ１０°Ｚ試験といい、逆に最初に−１０度に舵角を取る場合をＰ１０°Ｚ試験という。
ファ−ストオ−バ−シュ−ト角やセカンドオ−バ−シュ−ト角が小さいほど、船体の舵への追従性がよく針路安定性が良好であるといわれる。
【００２３】
図４に、Ｓ１０°Ｚ試験で計測されたフィン付き船型のオ−バ−シュ−ト角を、フィンの無い通常船型のオ−バ−シュ−ト角と比較して示す。図において、○印はファ−ストオ−バ−シュ−ト角、●印はセカンドオ−バ−シュ−ト角である。フィン付き船型の場合には、ファ−ストオ−バ−シュ−ト角で１．２°、セカンドオ−バ−シュ−ト角で５．２°、通常船型よりもオ−バ−シュ−ト角が小さくなっており、針路安定性に対する向上効果が現れているのが分かる。
【００２４】
一般に、模型試験では、スケ−ル比の関係で実船試験に比べて摩擦抵抗が大きくなり、フル−ドの相似則を満たす船速を実現するために、プラペラ回転数を高くする必要がある。
しかし、プラペラ回転数を高くするすると、プロペラ後流の速度が大きくなり、舵に当たる流速が大きくなって、相対的に実船よりも大きな舵力が発生し、舵利きがよくなる。このため、模型試験のオ−バ−シュ−ト角は実船のそれより小さくなる。
そこで、実船相当のシミュレ−ション計算を行い、模型試験結果と模型試験に対応したシミュレ−ション結果との関係から、実船におけるオ−バ−シュ−ト角を推定した。その結果を図５に示す。
この場合、フィン付き船型の場合には、ファ−ストオ−バ−シュ−ト角で２．９°、セカンドオ−バ−シュ−ト角で１２．０°、通常船型よりもオ−バ−シュ−ト角が小さくなっており、実船での針路安定性に対する向上効果がさらに大きいものであることが分かる。
【００２５】
また、推進性能へ及ぼす影響を把握するため、同じ模型船を使用して推進性能試験を行ない、計画速力を出すのに必要な主機馬力を推定した。計画速力を出すのに必要な主機馬力は、フィン付き船型の場合、通常船型に対して１％強低下しているので、フィンが推進性能へ及ぼす影響は少ないことが確認できた。
【００２６】
【発明の効果】
この発明により、直進時の推進性能を悪化させることなく、針路安定性の優れた船舶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の船舶の第一の実施の形態を示す説明図であり、（ａ）は船舶の船尾部分の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】本発明の船舶の第二の実施の形態を示す斜視図である。
【図３】Ｚ試験における舵角と方位角の経時的な変化を示す図である。
【図４】Ｓ１０°Ｚ試験で計測されたフィン付き船型のオ−バ−シュ−ト角を、フィンの無い通常船型のオ−バ−シュ−ト角と比較して示した図である。
【図５】図４に示した模型船のオ−バ−シュ−ト角を基に推定した実船でのオ−バ−シュ−ト角を示す図である。
【図６】従来の船舶の針路安定装置の斜視図である。
【図７】従来の針路安定性向上用フィンを備えた船舶の説明図であり、（ａ）は船尾部の概略側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図、（ｄ）は（ｂ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図８】船舶の斜航時や旋回時に船尾２に作用する流体力の発生場所とその大きさを模式的に表わした図である。
【図９】船尾が左舷方向に横運動を起こした場合に発生する左舷側から右舷側に向かう横方向の流れの説明図であり、（ａ）は船側にフィンを設けていない場合、（ｂ）船側にフィンを設けている場合を示す。
【符号の説明  】
１  船体
２  船尾
３  船側
４  フィン
４ａ  フィンの船側への取り付けライン
４ｂ  フィンの翼端
５  プロペラ
６  船底
１１  船体
１３  船側
１４ａ〜１４ｃ  フィン
【図１】
0004721501.tif 000002
【図２】
0004721501.tif 000003
【図３】
0004721501.tif 000004
【図４】
0004721501.tif 000005
【図５】
0004721501.tif 000006
【図６】
0004721501.tif 000007
【図７】
0004721501.tif 000008
【図８】
0004721501.tif 000009
【図９】
0004721501.tif 000010