(57)【要約】【課題】  高精度で対水船速及びその方向を測定できるようにし、センサが損傷する危険性を低くする。【解決手段】  開示される船速測定方法は、船首水面下の船体外板表面の、ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の上記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに圧力センサ１1〜１3を配置し、模型船を用いた水槽試験により、喫水ごと及び流入角度ごとに、圧力センサ１1〜１3の圧力計測値と上記流入角度とに関する複数の特性曲線を求める第１のステップと、上記圧力センサ１1〜１3の圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsと、別途得られた水の密度と、上記複数の特性曲線とに基づいて、対水船速及び流入角度とを算出する第２のステップとを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船首水面下の船体外板表面の、ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の前記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに複数の圧力センサを配置し、
模型船を用いた水槽試験又は理論計算により、喫水ごと及び流入角度ごとに、前記複数の圧力センサの圧力計測値と前記流入角度とに関する複数の特性曲線を求める第１のステップと、
前記複数の圧力センサの圧力計測値と、計測された水の密度と、前記複数の特性曲線とに基づいて、対水船速及び流入角度とを算出する第２のステップと
を有していることを特徴とする船速測定方法。
【請求項２】
前記船首水面下のほぼ船体中心線上の船体外板表面に配置される前記圧力センサの圧力計測値をＰcとし、前記船首水面下の左舷及び右舷の前記船体中心線からほぼ等間隔となる船体外板表面に配置される前記圧力センサの圧力計測値をそれぞれＰp及びＰsとし、水の密度をρとし、船舶の対水船速をＵとした場合、前記複数の特性曲線は、値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）の前記流入角度に関する第１の特性曲線と、値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2の前記流入角度に関する第２の特性曲線とからなることを特徴とする請求項１記載の船速測定方法。
【請求項３】
前記複数の圧力センサは、前記複数の特性曲線が前記流入角度の変化に対してほぼ直線的に変化し、かつその勾配が大きくなるように、前記船首水面下の前記船体外板表面に配置することを特徴とする請求項１又は２記載の船速測定方法。
【請求項４】
前記船首水面下の船体外板表面の、前記ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の前記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに配置された複数の圧力センサからなる圧力センサ群を、前記船首水面下の船体外板表面の垂直方向に複数列配置し、前記第１及び第２のステップを各列ごとに行うとともに、
各列ごとに算出された前記対水船速及び前記流入角度をそれぞれ平均化する第３のステップを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の船速測定方法。
【請求項５】
前記複数の圧力センサを前記船首水面下の前記船体中心線に沿って前記船体外板表面に上下に配置し、前記第１及び第２のステップを行うことにより、前記対水船速及び上下方向の前記流入角度を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の船速測定方法。
【請求項６】
船首水面下の船体外板表面の、ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の前記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに配置された複数の圧力センサと、
模型船を用いた水槽試験又は理論計算により、喫水ごと及び流入角度ごとに、前記複数の圧力センサの圧力計測値と前記流入角度とに関する複数の特性曲線を求め、前記複数の圧力センサの圧力計測値と、別途得られた水の密度と、前記複数の特性曲線とに基づいて、対水船速及び流入角度とを算出する制御部と
を備えていることを特徴とする船速測定装置。
【請求項７】
前記船首水面下のほぼ船体中心線上の船体外板表面に配置される圧力センサの圧力計測値をＰcとし、前記船首水面下の左舷及び右舷の前記船体中心線からほぼ等間隔となる船体外板表面に配置される前記圧力センサの圧力計測値をそれぞれＰp及びＰsとし、水の密度をρとし、船舶の対水船速をＵとした場合、前記複数の特性曲線は、値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）の前記流入角度に関する第１の特性曲線と、値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2の前記流入角度に関する第２の特性曲線とからなることを特徴とする請求項６記載の船速測定装置。
【請求項８】
前記複数の圧力センサは、前記複数の特性曲線が前記流入角度の変化に対してほぼ直線的に変化し、かつその勾配が大きくなるように、前記船首水面下の前記船体外板表面に配置することを特徴とする請求項６又は７記載の船速測定装置。
【請求項９】
前記船首水面下の船体外板表面の、前記ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の前記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに配置された複数の圧力センサからなる圧力センサ群を、前記船首水面下の船体外板表面の垂直方向に複数列配置し、
前記制御部は、各列ごとに、模型船を用いた水槽試験又は理論計算により、喫水ごと及び流入角度ごとに、前記複数の圧力センサの圧力計測値と前記流入角度とに関する複数の特性曲線を求め、前記複数の圧力センサの圧力計測値と、別途得られた水の密度と、前記複数の特性曲線とに基づいて、対水船速及び流入角度とを算出し、各列ごとに算出した前記対水船速及び前記流入角度をそれぞれ平均化することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の船速測定装置。
【請求項１０】
前記複数の圧力センサを前記船首水面下の前記船体中心線に沿って前記船体外板表面に上下に配置し、
前記制御部は、模型船を用いた水槽試験又は理論計算により、喫水ごと及び流入角度ごとに、前記複数の圧力センサの圧力計測値と前記流入角度とに関する複数の特性曲線を求め、前記複数の圧力センサの圧力計測値と、別途得られた水の密度と、前記複数の特性曲線とに基づいて、前記対水船速及び上下方向の前記流入角度を算出することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の船速測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶が航走している際の対水船速（流速）及びその方向（流入角度）を測定する船速測定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の船速測定装置は、航行中の船舶から海底へ所定幅の超音波パルスを送受波し、受信信号のドップラ周波数を計測して、船速に対応させて可変可能な平均化時定数を用いて平均化しその測定平均値を自船の船速としている（例えば、特許文献１参照。）。以下、この技術を第１の従来例と呼ぶ。
また、従来の船速測定装置には、船体の水中における側面に先端を前側に向けて突設された管状の支持具と、この支持具の先端部に船尾から船首に向かう中心線に直交する面に対し角度の方向を異ならせて取り付けた複数の圧力センサと、この圧力センサで検出した圧力に基づいて横流れ角度とその方向の流速を算出する演算部とを備えているものもある（例えば、特許文献２参照。）。以下、この技術を第２の従来例と呼ぶ。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３４７５４８号公報（請求項１，［０００７］〜［００１１］、図１，図２）
【特許文献２】特開平８−１７０９６８号公報（請求項１，［０００９］〜［００１５］、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した第１の従来例では、船速測定装置は、一般に、単体でその良否を検査した後に船体に取り付けている。したがって、この船速測定装置を実際に船体に取り付た状態（以下、実装状態という。）で計測された対水船速は、船体の影響、主として、船体表面に発達する境界層（船体近傍の、船体と流体の間の摩擦によって対水流速が遅くなる領域）による影響を含んでいるとともに、潮流等の海象条件の影響により、基準とすべき正確な対水船速を計測することができないため、差動全地球測位システム（ＤＧＰＳ；Differential Global Positioning System）を用いて試運転時に計測した対地速度に合致するように調整したとしても、対水船速の正確な検証は不可能であるという課題があった。ここで、ＤＧＰＳとは、位置の分かっている基準局が発信するＦＭ放送の電波を利用して、ＧＰＳの計測結果の誤差を修正して精度を高める技術をいう。基準局でＧＰＳによる測量を行い、実際の位置とＧＰＳで算出された位置のずれをＦＭ放送の電波で送信することにより、ＧＰＳ衛星からの信号により計測した結果を補正する。通常のＧＰＳでは１００ｍ程度の誤差が生じるが、ＤＧＰＳによっておおむね５ｍ程度に誤差が軽減される。
【０００５】
また、第１の従来例では、実装状態では水中に浮遊する物体やプランクトン等からの反射波を受波して船速を算出しているため、たとえ予め模型船を使った水槽試験を実施して船速測定装置の良否を検査したとしても、この水槽試験では水槽底からの反射波を受波して船速を算出することになり、対水船速の正確な検証が難しいという課題があった。
【０００６】
これに対し、上記した第２の従来例では、管状の支持具が船体の水中における側面に先端を前側に向けて突設しているため、管状の支持具が他の船舶や水中浮遊物等と衝突して損傷したり、管状の支持具に波浪や船体の急激な運動に起因した力が加わることにより損傷したりする危険性が高いという課題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、高精度で対水船速及びその方向を測定することができるとともに、センサが損傷する危険性が低い船速測定方法及びその装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る船速測定方法は、船首水面下の船体外板表面の、ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の上記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに複数の圧力センサを配置し、模型船を用いた水槽試験又は理論計算により、喫水ごと及び流入角度ごとに、上記複数の圧力センサの圧力計測値と上記流入角度とに関する複数の特性曲線を求める第１のステップと、上記複数の圧力センサの圧力計測値と、別途得られた水の密度と、上記複数の特性曲線とに基づいて、対水船速及び流入角度とを算出する第２のステップとを有していることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の船速測定方法に係り、上記船首水面下のほぼ船体中心線上の船体外板表面に配置される上記圧力センサの圧力計測値をＰcとし、上記船首水面下の左舷及び右舷の上記船体中心線からほぼ等間隔となる船体外板表面に配置される上記圧力センサの圧力計測値をそれぞれＰp及びＰsとし、水の密度をρとし、船舶の対水船速をＵとした場合、上記複数の特性曲線は、値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）の上記流入角度に関する第１の特性曲線と、値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2の上記流入角度に関する第２の特性曲線とからなることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の船速測定方法に係り、上記複数の圧力センサは、上記複数の特性曲線が上記流入角度の変化に対してほぼ直線的に変化し、かつその勾配が大きくなるように、上記船首水面下の上記船体外板表面に配置することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の船速測定方法に係り、  上記船首水面下の船体外板表面の、上記ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の上記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに配置された複数の圧力センサからなる圧力センサ群を、上記船首水面下の船体外板表面の垂直方向に複数列配置し、上記第１及び第２のステップを各列ごとに行うとともに、各列ごとに算出された上記対水船速及び上記流入角度をそれぞれ平均化する第３のステップを有することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の船速測定方法に係り、上記複数の圧力センサを上記船首水面下の上記船体中心線に沿って上記船体外板表面に上下に配置し、上記第１及び第２のステップを行うことにより、上記対水船速及び上下方向の上記流入角度を算出することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６記載の発明に係る船速測定装置は、船首水面下の船体外板表面の、ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の上記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに配置された複数の圧力センサと、模型船を用いた水槽試験又は理論計算により、喫水ごと及び流入角度ごとに、上記複数の圧力センサの圧力計測値と上記流入角度とに関する複数の特性曲線を求め、上記複数の圧力センサの圧力計測値と、別途得られた水の密度と、上記複数の特性曲線とに基づいて、対水船速及び流入角度とを算出する制御部とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載の船速測定装置に係り、上記船首水面下のほぼ船体中心線上の船体外板表面に配置される圧力センサの圧力計測値をＰcとし、上記船首水面下の左舷及び右舷の上記船体中心線からほぼ等間隔となる船体外板表面に配置される上記圧力センサの圧力計測値をそれぞれＰp及びＰsとし、水の密度をρとし、船舶の対水船速をＵとした場合、上記複数の特性曲線は、値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）の上記流入角度に関する第１の特性曲線と、値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2の上記流入角度に関する第２の特性曲線とからなることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の船速測定装置に係り、上記複数の圧力センサは、上記複数の特性曲線が上記流入角度の変化に対してほぼ直線的に変化し、かつその勾配が大きくなるように、上記船首水面下の上記船体外板表面に配置することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９記載の発明は、請求項６乃至８のいずれかに記載の船速測定装置に係り、上記船首水面下の船体外板表面の、上記ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の上記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに配置された複数の圧力センサからなる圧力センサ群を、上記船首水面下の船体外板表面の垂直方向に複数列配置し、上記制御部は、各列ごとに、模型船を用いた水槽試験又は理論計算により、喫水ごと及び流入角度ごとに、上記複数の圧力センサの圧力計測値と上記流入角度とに関する複数の特性曲線を求め、上記複数の圧力センサの圧力計測値と、別途得られた水の密度と、上記複数の特性曲線とに基づいて、対水船速及び流入角度とを算出し、各列ごとに算出した上記対水船速及び上記流入角度をそれぞれ平均化することを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明は、請求項６乃至９のいずれかに記載の船速測定装置に係り、上記複数の圧力センサを上記船首水面下の上記船体中心線に沿って上記船体外板表面に上下に配置し、上記制御部は、模型船を用いた水槽試験又は理論計算により、喫水ごと及び流入角度ごとに、上記複数の圧力センサの圧力計測値と上記流入角度とに関する複数の特性曲線を求め、上記複数の圧力センサの圧力計測値と、別途得られた水の密度と、上記複数の特性曲線とに基づいて、上記対水船速及び上下方向の上記流入角度を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は以上説明したように、船首水面下の船体外板表面の、ほぼ船体中心線上の位置と、左舷及び右舷の上記船体中心線からほぼ等間隔となる位置とに複数の圧力センサを配置し、模型船を用いた水槽試験又は理論計算により、喫水ごと及び流入角度ごとに、上記複数の圧力センサの圧力計測値と上記流入角度とに関する複数の特性曲線を求める第１のステップと、上記複数の圧力センサの圧力計測値と、別途得られた水の密度と、上記複数の特性曲線とに基づいて、対水船速及び流入角度とを算出する第２のステップとを有している。したがって、高精度で対水船速及びその方向を測定することができるとともに、圧力センサが損傷する危険性が低い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１である船速測定装置の構成を示すブロック図である。
この例の船速測定装置は、圧力センサ１1〜１3と、制御部２と、記憶部３と、表示部４と、操作部５とから構成されている。圧力センサ１1〜１3は、例えば、外形がステンレス製の埋め込み型や、圧電素子等の電子式のものからなり、それぞれ圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsを制御部２に供給する。圧力センサ１1〜１3の容量は、例えば、船速が１０m/s（約２０ノット相当）の場合、よどみ圧が約５.１maq＝約５０kpaであるので、約１００kpa（１気圧相当でよどみ圧換算の船速約２７ノット）であれば良い。図２に示すように、圧力センサ１1は船首水面下の船体中心線（図２の破線参照）の近傍位置の船体外板表面に配置し、圧力センサ１2及び１3はそれぞれ船首水面下の左舷及び右舷の船体中心線からほぼ等間隔となる船体外板表面に配置する。圧力センサ１1〜１3の最適配置位置については、後述する。
【００２０】
制御部２は、ＣＰＵ（中央処理装置）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、シーケンサ等からなり、記憶部３に記憶されている、特性曲線作成プログラム、船速測定プログラム等に基づいて、特性曲線作成処理、船速測定処理等を実行することにより、船速測定装置の全体を制御する。すなわち、例えば、特性曲線作成プログラムが読み出されると、制御部２に読み込まれ、制御部２の動作を制御する。制御部２は、特性曲線作成プログラムが起動されると、特性曲線作成プログラムの制御により、後述する特性曲線作成処理を実行するのである。
【００２１】
記憶部３は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、あるいはフラッシュメモリ等の半導体メモリ、ＦＤ（フロッピー（登録商標）・ディスク）が装着されるＦＤドライブ、ＨＤ（ハード・ディスク）が装着されるＨＤドライブ、ＭＯ（光磁気）ディスクが装着されるＭＯディスクドライブ、あるいはＣＤ（コンパクト・ディスク）−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ（Recordable）、ＣＤ−ＲＷ（ReWritable）やＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等が装着されるＣＤ／ＤＶＤドライブ等からなる。記憶部３は、上記した制御部２が実行すべき特性曲線作成プログラム、船速測定プログラムその他の各種プログラムが予め記憶されているとともに、制御部２が上記した特性曲線作成プログラム、船速測定プログラムその他の各種プログラムを実行する際に作業用として用いられる。表示部４は、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）、エレクトロルミネセンス（ＥＬ：electroluminescence）ディスプレイ、あるいはプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ；Plasma Display Panel）等からなる。操作部５は、テンキー、エンターキー、あるいはファンクションキー等からなるキーボードや、マウス、タッチパッド、あるいはペンデバイス等のポインティングデバイスなどを有する。
【００２２】
次に、上記構成の船速測定装置の動作について説明する。まず、この例の船速測定装置を模型船に実装した水槽試験を予め実施することにより、この例の船速測定装置を実船に実装した際に用いる特性曲線を作成する。以下、上記した特性曲線の作成について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。この例の船速測定装置が特性曲線作成モードに設定されると、制御部２は、喫水を変化させるべき回数である喫水変更数ｎ（ｎは自然数）を設定するとともに、喫水変更数ｎをカウントするための変数ｋに１をセットする。また、検査者が操作部５を操作して入力した対水船速Ｕを記憶部３の所定の記憶領域に記憶する（ステップＳＰ１）。ここで、喫水を変化させるのは、圧力センサ１１〜１３から出力される圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsが船舶の喫水変化による影響を受けるので、各喫水ごとの特性曲線を作成する必要があるためである。また、対水船速Ｕを設定するのは、制御部２が後述する特性曲線を作成する際に必要となるからである。
【００２３】
次に、水槽において、その船首水面下の船体外板表面に図２に示すように圧力センサ１1〜１3が最適配置位置に配置された模型船を斜航角をつけて一定速度で曳航する。斜航角は流入角度βに相当し、速度はステップＳＰ１で設定した対水船速Ｕに相当する。これにより、圧力センサ１1〜１3から圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsが供給されるので、制御部２は、記憶部３の所定の記憶領域に記憶するとともに、表示部４に表示する（ステップＳＰ２）。作成すべき特性曲線は、後述するように、流入角度βの関数であるため、斜航角を、例えば、−３０度から＋３０度まで５度おきに変化させて上記した模型船を一定速度で曳航する。したがって、制御部２は、各斜航角ごと、すなわち、各流入角度βごとの圧力センサ１1〜１3からの圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsを記憶部３の所定の記憶領域に記憶するとともに、表示部４に表示する。
【００２４】
圧力センサ１1〜１3から各流入角度βごとの圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsがすべて供給されると、制御部２は、記憶部３の所定の記憶領域から各流入角度βごとの圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsと、対水船速Ｕとを読み出し、各流入角度βごとの値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）及び値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2を算出した後、記憶部３の所定の記憶領域に記憶するとともに、表示部４に表示する（ステップＳＰ３）。ρは水槽に満たされた水の密度である。値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）は、この例の船速測定装置を実装した実船の実際の流入角度βを算出するためのパラメータである。例えば、左舷からの流れに対しては値Ｐp＞Ｐsとなり、（Ｐp−Ｐs）＞０であるのに対し、右舷からの流れに対してはＰp＜Ｐsとなり、（Ｐp−Ｐs）＜０である。また、値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2は、この例の船速測定装置を実装した実船の実際の対水船速Ｕを算出するためのパラメータである。なお、値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）及び値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2は、いずれも無次元（dimensionless）であるので、ある船舶が他の船舶と大きさは異なるが形状が同一である相似形である場合には、同一の値を用いることができる。
【００２５】
次に、制御部２は、流入角度βと値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）との第１特性曲線を作成した後、記憶部３の所定の記憶領域に記憶するとともに、表示部４に表示する（ステップＳＰ４）。すなわち、制御部２は、記憶部３の所定の記憶領域から流入角度βとそれに対応した値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）とを読み出し、グラフの横軸に流入角度βを、縦軸に値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）を置点し、各点を接続することにより、図４に曲線ａで示す第１特性曲線を作成する。次に、制御部２は、流入角度βと値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2との第２特性曲線を作成した後、記憶部３の所定の記憶領域に記憶するとともに、表示部４に表示する（ステップＳＰ５）。すなわち、制御部２は、記憶部３の所定の記憶領域から流入角度βとそれに対応した値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2とを読み出し、グラフの横軸に流入角度βを、縦軸に値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2を置点し、各点を接続することにより、図４に曲線ｂで示す第２特性曲線を作成する。
【００２６】
次に、制御部２は、変数ｋに１をインクリメントした（ステップＳＰ６）後、変数ｋが喫水変更数ｎより大きいか否か判断する。この判断結果が「ＮＯ」の場合には、制御部２は、ステップＳＰ２へ戻り、上記したステップＳＰ２〜ＳＰ６の処理を繰り返す。そして、変数ｋが喫水変更数ｎより大きくなると、ステップＳＰ７の判断結果が「ＹＥＳ」となり、制御部２は、一連の処理を終了する。以上説明したステップＳＰ２〜ＳＰ５の処理がｎ回繰り返されることにより、各喫水ごとの第１特性曲線及び第２特性曲線が作成され、それぞれが記憶部３の所定の記憶領域に記憶されるとともに、表示部４に表示される。なお、第１特性曲線及び第２特性曲線は、多項式に当てはめることにより数式で表現することは可能である。
【００２７】
ここで、第１特性曲線及び第２特性曲線を作成する根拠について説明する。先端が球のような鈍い形状をした物体が水等の流れの中におかれると、水等の流れと真正面にある点では圧力が最も大きく、その点から離れるに従って急激に圧力が低下していくことが知られている。水等の流れと物体に加えられる圧力との関係は、球体のように構造的に単純な形状の物体の場合は理論的に数式で表すことができるが、船首の形状のような一般の形状の物体では理論的に数式で表すことができない。そこで、実験又は数値解析的手法を用いて、水等の流れと物体に加えられる圧力との関係がどのような特性曲線の傾向を示すかについて調査しておく必要がある。第１特性曲線及び第２特性曲線は、微少な流入角度βの変化でも大きくかつ単調に変化する傾向（例えば、流入角度βの変化に対してほぼ直線的に変化し、かつその勾配が大きいこと）にあることが望ましい。
【００２８】
特性曲線の傾向の良否は、実船で計測される流入角度β及び対水船速Ｕの精度に影響を与えるため、望ましい特性曲線となるような圧力センサの配置（最適配置）を予め検討しておく必要がある。圧力センサの最適配置については、上記したように、第１特性曲線及び第２特性曲線の傾向が流入角度βの変化に対してほぼ直線的に変化し、かつその勾配が大きいことが望ましいので、例えば、ヘス・スミス（Hess & Smith）法を用いた事前の計算でそのような位置を探索しておくことが望ましく、それが満たされた位置が最適な配置位置となる。圧力センサの最適な配置位置は、船舶の形状ごとに異なるので、一般的な数値として喫水線から何ｍの深さで左右の配置位置は船体中心線から何ｍ離れたところと限定することはできない。また、距離が離れていても平行な位置関係に配置したのでは特性曲線の傾向が良好とはならないので、各圧力センサの配置位置の法線がなるべく大きな角度で交差するように各圧力センサを配置したほうが良い。ここで、ヘス・スミス（Hess & Smith）法とは、流体力学において、流れの中に物体が存在するとき、その物体が流れを排除する効果を流体力学的特異点の１つである吹き出し分布で置き換え、この強さを数値解析で求めることにより、流れを解析する方法である。
【００２９】
次に、この例の船速測定装置を実船に実装した場合の対水船速Ｕ及び流入角度βの測定について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。その船首水面下の船体外板表面に図２に示すように圧力センサ１1〜１3が最適配置位置に配置された実船を海上等において航走させる。これにより、圧力センサ１1〜１3から圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsが供給されるので、制御部２は、記憶部３の所定の記憶領域に記憶するとともに、表示部４に表示する。また、制御部２は、図示せぬ密度計により計測された海水密度ρが供給され、記憶部３の所定の記憶領域に記憶するとともに、例えば、ブリッジに設置された表示部４に表示する（ステップＳＰ１１）。なお、海水密度ρは、計測された水温や塩水濃度から換算した値であっても良いし、検査者が操作部５を操作して入力しても良い。
【００３０】
次に、制御部２は、記憶部３の所定の記憶領域から圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsを読み出し、値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）を算出した後、記憶部３の所定の記憶領域に記憶する（ステップＳＰ１２）。次に、制御部２は、記憶部３の所定の記憶領域から値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）と、第１特性曲線とを読み出し、図４に示すように、値（Ｐp−Ｐs）/（Ｐc−Ｐs）を取るときの第１特性曲線における流入角度βを求めた後、記憶部３の所定の記憶領域に記憶するとともに、表示部４に表示する（ステップＳＰ１３）。
【００３１】
次に、制御部２は、記憶部３の所定の記憶領域から値βと、第２特性曲線とを読み出し、図４に示すように、値βを取るときの第２特性曲線における値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2（これを値Ａとする。）を求めた後、記憶部３の所定の記憶領域に記憶する（ステップＳＰ１４）。値（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2と値Ａとは等しいので、式（１）が成り立つ。次に、制御部２は、記憶部３の所定の記憶領域から圧力計測値Ｐc及びＰsと、海水密度ρとを読み出し、式（１）を変形した式（２）に代入することにより、対水船速Ｕを算出した後、一連の処理を終了する（ステップＳＰ１５）。
（Ｐc−Ｐs）/ρＵ2＝Ａ  ・・・（１）
Ｕ＝｛ρＡ/（Ｐc−Ｐs）｝1/2  ・・・（２）
【００３２】
このように、この実施の形態では、圧力センサ１1を船首水面下のほぼ船体中心線上の船体外板表面に配置し、圧力センサ１2及び１3はそれぞれ船首水面下の左舷及び右舷の船体中心線からほぼ等間隔となる船体外板表面に配置するとともに、第１特性曲線及び第２特性曲線を模型を使った水槽試験で予め求め、実船に実装した場合には、圧力センサ１1〜１3からの圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsと、密度計からの海水密度ρと、上記第１特性曲線及び第２特性曲線とに基づいて、船舶が航走している際の対水船速Ｕ及び流入角度βを算出している。上記第１特性曲線及び第２特性曲線を模型船を使った水槽試験で精度良く作成することができるので、これに基づく実船における対水船速Ｕ及び流入角度βも精度良く算出することができる。
【００３３】
また、この実施の形態では、上記した第１の従来例のようにＤＧＰＳを用いて試運転時に計測した対地速度に合致するように調整する必要がないので、直ちに実船に実装して使用することができる。さらに、この実施の形態では、圧力センサ１1〜１3の圧力計測面は船体表面と同一面に配置されているため、上記した第２の従来例のように圧力センサ１1〜１3が損傷する危険性は極めて少ない。
【００３４】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、第１特性曲線及び第２特性曲線を模型を使った水槽試験で求める例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、第１特性曲線及び第２特性曲線を数値解析手法を用いた理論計算により求めても良い。数値解析手法としては、例えば、ポテンシャル流理論に基づく上記したヘス・スミス（Hess & Smith）法や、流れの運動方程式を数値的に解く数値流体力学(ＣＦＤ；Computational Fluid Dynamics）シミュレーションがある。
【００３５】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、３個の圧力センサ１1〜１3を船首水面下の船体外板表面に配置する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、４個、５個、あるいは６個以上の圧力センサを船首水面下の船体外板表面に配置しても良い。例えば、３個の圧力センサ１1〜１3を図２に示すよう配置するとともに、各圧力センサ１1〜１3のそれの下側の所定距離離れた船体外板表面に１個ずつ、全体で６個の圧力センサを配置する。この例の場合、２列の圧力センサについて上記した実施の形態１で説明した船速測定方法と全く同一の方法を適用して得られた対水船速Ｕ及び流入角度βを平均化することにより、高精度な測定をすることができる。このように圧力センサを複数列配置した場合、最も圧力計測値が大きくなった圧力センサの周辺によどみ点が存在することになる。一般に、船舶が航走する際の流入角度βが大きい場合、計測精度が低下すると考えられるので、最もよどみ点に近い圧力センサの列からの圧力計測値を用いて対水船速Ｕ及び流入角度βを算出することが計測精度の維持にもつながる。
【００３６】
実施の形態４．
上述した実施の形態１では、ｎ個の喫水について、斜航角を、−３０度から＋３０度まで５度おきに変化させて模型船を一定速度で曳航することにより特性曲線を作成する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、喫水変更数ｎを大きくしたり、変化させる斜航角をより小さな角度に設定して特性曲線を作成しても良い。このように特性曲線の数を増やしこれらに基づいて算出される対水船速Ｕ及び流入角度βの平均値を取ることにより、またより精密な特性曲線を用いることにより、解析精度を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態５．
上述した実施の形態１では、３個の圧力センサ１1〜１3を船首水面下の船体外板表面に左右方向に配置する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、圧力センサ１1〜１3を船首水面下の船体中心線に沿って船体外板表面に上下に配置する。この場合、上部に配置した圧力センサの圧力計測値を圧力計測値Ｐtとし、中央部に配置した圧力センサの圧力計測値を圧力計測値Ｐcとし、下部に配置した圧力センサの圧力計測値を圧力計測値Ｐbとすると、上記した実施の形態１における、圧力センサ１1の圧力計測値Ｐcを上記中央部に配置した圧力センサの圧力計測値Ｐcに、圧力センサ１2の圧力計測値Ｐpを上記上部に配置した圧力センサの圧力計測値Ｐtに、圧力センサ１3の圧力計測値Ｐsを上記下部に配置した圧力センサの圧力計測値Ｐbに読み替えるとともに、流入角度βを上下方向の流入角度に読み替えることにより、対水船速及び上下方向の流入角度を算出することができる。なお、上記の方法で得られた対水船速については、水面から近い上記上部に配置した圧力センサの圧力計測値Ｐtと、水面から遠い下部に配置した圧力センサの圧力計測値Ｐbとの間に非対称的な関係があり、高精度な値であるとは言い難い。したがって、対水船速に関しては、圧力センサ１1〜１3からの圧力計測値Ｐc、Ｐp及びＰsに基づいて算出する方が良い。ただし、上下方向の対水船速が算出されることにより、別途計測される船体運動と入射波との関係を把握することができる。また、船体運動と船首での上下方向の対水船速とを把握することにより、入射波と船体運動の位相差と波自身による流速から波高の推定も可能となる。
【００３８】
以上、この実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１である船速測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】圧力センサの配置の一例を示す概念図である。
【図３】制御部の特性曲線作成処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】特性曲線の一例を示す図である。
【図５】制御部の船速測定処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１1〜１3  圧力センサ、２  制御部、３  記憶部、４  表示部、５  操作部。
【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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