(57)【要約】【課題】  静水中及び波浪中の双方において造波抵抗の抑制を図ることが可能な船舶を提供する。【解決手段】  船首２０に前方に突出するバルブ３０を備える船舶１０である。この船舶１０は、当該船舶１０の最大幅をＢとし、満載喫水をｄとし、バルブ３０の船首船尾方向の長さをＬＢとし、バルブ３０の体積をＶＢとしたとき、０．１＜（ＶＢ／Ｂ・ｄ・ＬＢ）＜０．２５の関係を満たしている。また、満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．がバルブ３０の上面３０ａと交差する位置にある。そして、満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．の上方でバルブ３０の上面３０ａに、前方に向かって尖った楔状突起物５０が設けられている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船首に前方に突出するバルブを備える船舶であって、
当該船舶の最大幅をＢとし、満載喫水をｄとし、前記バルブの船首船尾方向の長さをＬＢとし、前記バルブの体積をＶＢとしたとき、
０．１＜  （ＶＢ／Ｂ・ｄ・ＬＢ）  ＜  ０．２５
の関係を満たしており、
満載喫水線が前記バルブの上面と交差する位置にあり、
前記満載喫水線の上方で前記バルブの上面に、前方に向かって尖った楔状突起物が設けられている、ことを特徴とする船舶。
【請求項２】
前記楔状突起物の船首船尾方向の最大長さは、前記バルブの満載喫水線よりも下方の最大長さの１／２以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の船舶。
【請求項３】
肥脊係数Ｃｂが０．８５以上の肥大船であることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船首にバルブを備えた船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンカーに代表される肥大船は、限られた船のサイズの中で大量の貨物を運ぶことで経済性を高めている。この限られた船のサイズの中で、船首部を肥大化させていくと、当然ながら船の抵抗、とりわけ造波抵抗が増大する。従って、船尾部を肥大化させるのが船型的には経済的である。しかし、船尾部の肥大度のみを増大させたのでは、トリムの発生等により船の姿勢が不安定化する等、種々の問題が生じるため、船首部の肥大度も併せて増大させないと、船としての基本性能を満たさない。
【０００３】
このような背景から、肥大船においては船尾部のみならず船首部の肥大化も図られるが、かかる船首部の肥大化による造波抵抗の低減を図るためには、船首形状を好適に設計する必要がある。
【０００４】
これまで船首形状については様々な形状が提案されており、大別すればスプーンバウに代表されるようなバルブ無し船型と、バルバスバウと呼ばれるような船首に前方に突出するバルブを備えたバルブ付き船型が挙げられる。肥大船においても、かかるバルブ付き船型を採用したものがある。
【０００５】
なお、バルブ付の肥大船として、波浪中の航行時における抵抗の増加を抑制するために、船首部に更に楔状付加物が設けられたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３３２６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的に従来の肥大船において、バルブは高速船のように船首波と干渉させてその減少を図るために設けられるのではなく、バラスト喫水付近で前方に比較的鋭角で突出するように設けられ、主としてバラスト時における砕波抵抗を抑える目的で設けられていた。従って、満載喫水状態において造波抵抗の低減の効果はほとんど期待できず、その効果はバルブ無し船型の船舶とそれほど差異はなかった。
また、肥脊係数Ｃｂが０．８５を超えるような超肥大船では、急激に造波抵抗が増大することが知られており、経済上実用に供し得なかったため、肥脊係数ＣｂやＬ／Ｂ（Ｌは船の全長、Ｂは船の最大幅）等の線型パラメータを用いて、肥大度限界以下に押さえているのが実情であった。
【０００８】
更に、上記特許文献１に開示の肥大船のように、楔状付加物により波浪中の航行時における抵抗の増加を抑制することはできても、静水中では逆に抵抗の増加を招いてしまう問題があった。
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するために為されたものであり、静水中及び波浪中の双方において造波抵抗の抑制を図ることが可能な船舶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者は、上記目的を達成するため、船首形状について鋭意検討を行った。そして、従来のバルブサイズの常識を覆し、バルブの体積を公知のものより十分に大きくすることで、トリムの問題等を生じることなく船体の肩部における肥大化を抑制することができ、これにより造波抵抗の低減を図り得ることを見出した。また、従来のバルブ形状の常識を覆し、バルブの上面を満載喫水線と交差させることで、満載喫水状態において造波干渉を利用して、静水中の航行時における造波抵抗の低減を図り得ることを見出した。更に、満載喫水線の上方でバルブの上面に、前方に向かって尖った楔状突起物を設けることで、波浪中の航行時における造波抵抗の低減を図り得ることを見出した。本発明は、上記した知見に基づいてなされたものである。
【００１１】
本発明に係る船舶は、船首に前方に突出するバルブを備える船舶であって、当該船舶の最大幅をＢとし、満載喫水をｄとし、バルブの船首船尾方向の長さをＬＢとし、バルブの体積をＶＢとしたとき、０．１＜（ＶＢ／Ｂ・ｄ・ＬＢ）＜  ０．２５の関係を満たしており、満載喫水線がバルブの上面と交差する位置にあり、満載喫水線の上方でバルブの上面に、前方に向かって尖った楔状突起物が設けられている、ことを特徴とする。
【００１２】
この船舶では、バルブの体積を上記のように構成したことで、トリムの問題等を生じることなく船体の肩部における肥大化を抑制することができ、これにより従来困難とされていた肥脊係数Ｃｂが０．８５以上の肥大船であっても、造波抵抗の低減を図ることが可能となった。また、バルブの上面を満載喫水線と交差させることで、造波干渉を利用して、静水中の航行時における造波抵抗の低減を図ることが可能となると共に、氷海中においては満載喫水状態でバルブの上面を砕氷面として利用することができる。更に、波浪中においては楔状突起物に波が当たることにより、波浪中の航行時における造波抵抗の低減を図ることが可能となる。
【００１３】
本発明に係る船舶では、楔状突起物の船首船尾方向の最大長さは、バルブの満載喫水線よりも下方の最大長さの１／２以上である、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、楔状突起物が効果的に細長くなり、波浪中の航行時における造波抵抗の一層の低減を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る船舶によれば、静水中及び波浪中の双方において造波抵抗の抑制を図ることができる。その結果、燃料コストを低減して効率的な航行を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る船舶を示す図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、船舶１０は、船体１２、船体１２に取り付けられた推進器１４、推進方向を制御する舵１６、船首部２０に設けられた楔状突起物５０などを備えている。
【００１７】
船体１２は、船首部２０、船体中央部２２、及び船尾部２４を有している。本実施形態に係る船舶１０は、原油タンカー等の肥大船であり、船体中央部２２にはオイルタンク等の複数の船倉が設けられている。そして、前記した推進器１４及び舵１６は、船体１２の船尾部２４に設けられている。
【００１８】
船首部２０は、満載喫水状態における造波抵抗の低減が図られるように形状設計されている。これについては、後で詳細に説明する。
【００１９】
本実施形態に係る船舶１０は、前述のとおり肥脊係数Ｃｂが０．７より大きい、好ましくは０．８５〜０．９０である肥大船である。そして、フルード数Ｆｎが０．２５より小さい、好ましくは０．１２〜０．２０である低速船である。ここで肥脊係数Ｃｂは、船舶１０の全長をＬとし、最大幅をＢとし、満載喫水をｄとしたとき、船体１２の体積と、ＬとＢとｄとの積との体積比で表される。すなわち、図２に示すように、縦がＢで横がＬで高さがｄで表されるボックスを考えたとき、肥脊係数Ｃｂはこのボックスに対する船体１２の体積割合で表される。
【００２０】
また、フルード数Ｆｎは、船舶１０の速度をｖとし、全長をＬとし、重力加速度をｇとしたとき、ｖ／（ｇ・Ｌ）１／２で表される。
【００２１】
本実施形態に係る船舶１０は、船首部２０の形状が特徴的である。すなわち、図３に示すように、船首には前方に突出するバルブ３０が設けられている。このバルブ３０は、船首船尾方向（船体中心線Ｘに沿う方向）の長さがＬＢである。バルブ３０の長さＬＢは、バルブ３０の最先端と突出が始まる基端部との間の距離により規定される。
【００２２】
そして、バルブ３０は基端部から最先端へ向かって下方に傾斜する上面３０ａを有しており、満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．（Loaded Water Line）がバルブ３０の上面３０ａと交差している。すなわち、図１（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線で示すように、船体中心線Ｘに沿う船舶１０の鉛直断面を考えたとき、満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．がバルブ３０の上面３０ａの稜線と交差する位置に来る。
【００２３】
このように、バルブ３０の上面３０ａを満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．と交差させることで、満載喫水状態において造波干渉を利用して、静水中の航行時における満造波抵抗の低減を図ることが可能となる。
【００２４】
また本実施形態に係る船舶１０では、当該船舶１０の最大幅をＢとし、満載喫水をｄとし、バルブ３０の船首船尾方向の長さをＬＢとし、バルブ３０の体積をＶＢとしたとき、バルブサイズ比ＶＢ／Ｂ・ｄ・ＬＢは、
０．１  ＜  （ＶＢ／Ｂ・ｄ・ＬＢ）  ＜  ０．２５    ・・・  （１）
の関係を満たしている。より好ましくは、バルブサイズ比ＶＢ／Ｂ・ｄ・ＬＢは、０．１５〜０．２０である。このように、バルブサイズ比を従来の船舶より十分に大きくすることにより、トリムの問題等を生じることなく船体１２の肩部における肥大化を抑制することができ、これにより造波抵抗の一層の低減を図ることが可能となる。すなわち、船体１２の肩部の体積を削ぎ落とすと（図４に示すように、満載喫水位置での船側を破線から実線に変更すると）、その分だけ他の部分を肥大化させる必要がある。しかしながら、削ぎ落とした分について船体１２の後半部分で肥大化を図ると、船尾部２４の浮力が大きくなって船首部２０が沈むトリムの問題等が生じるおそれがある。このとき、従来の常識を覆して、上記（１）式を満たすようにバルブ３０を設計することで、トリムの問題等を生じることなく船体１２の肩部における肥大化を抑制することができ、これにより造波抵抗の低減を図ることが可能となる。
【００２５】
ここで、バルブ３０の上面３０ａと満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．との交点をＣとしたとき、バルブ３０の基端部から交点Ｃまでの船首船尾方向の長さｌ（図３参照）は、
０．１ＬＢ  ＜  ｌ  ＜  ０．９ＬＢ      ・・・  （２）
であると好ましく、
０．４ＬＢ  ＜  ｌ  ＜  ０．８ＬＢ      ・・・  （３）
であるとより好ましい。このようにすれば、造波干渉の効果を確実に利用して、造波抵抗を効果的に低減することができる。
【００２６】
また、図３に示すように、バルブ３０の上面３０ａの傾斜角αの平均値（稜線の平均傾斜角）は、０°より大きく４５°より小さいのが好ましく、１０°より大きく３０°より小さいのがより好ましい。傾斜角αの平均値が０°以下あるいは４５°以上であると、造波干渉の効果が低減する傾向にあるからである。
【００２７】
さらに、図５に示すように、満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．の位置（図５（ａ）におけるＡ線の位置）において水平方向に切ったときの船体１２の断面積をＳ１とし、バルブ３０の中心高さ位置（図５（ａ）におけるＢ線の位置）において水平方向に切ったときの船体１２の断面積をＳ２とし、バルブ３０の基端部の上端位置Ｋ（図５（ａ）におけるＣ線の位置）において水平方向に切ったときの船体１２の断面積（楔状突起部の断面積を除く）をＳ３としたとき、０．０１≦（Ｓ２−Ｓ３）／Ｓ１の関係を満たすと好ましい。すなわち、図５（ｂ）に示すように、本実施形態に係る船舶１０では、バルブ３０の中心高さ位置において水平方向に切ったときの船体１２の断面における輪郭線と、バルブ３０の基端部の上端位置Ｋにおいて水平方向に切ったときの船体１２の断面における輪郭線とは、船体１２の肩部において実質的に接している。そして、Ｃ線における断面とＢ線における断面とで規定される、図５（ｂ）中において斜線で示す部分の面積（Ｓ２−Ｓ３）の、Ａ線における船体１２の断面積に対する割合が１％以上であると好ましい。
【００２８】
このようにすれば、バルブ３０の体積を従来公知の船舶と比較して十分に大きくすることができ、その結果、トリムの問題等を生じることなく船体１２の肩部における肥大化を抑制することができるようになって、これにより造波抵抗の一層の低減を図ることが可能となる。
【００２９】
なお、従来の船舶では、図６に示すように、満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．の位置（図６（ａ）におけるＡ線の位置）において水平方向に切ったときの船体の断面積Ｓ１と、バルブの基端部の上端位置（図６（ａ）におけるＣ線の位置）において水平方向に切ったときの船体の断面積Ｓ３とは実質的に等しい。そして、バルブの中心高さ位置において水平方向に切ったときの船体の断面における輪郭線と、バルブの基端部の上端位置において水平方向に切ったときの船体の断面における輪郭線とは、図６（ｂ）に示すように、船体の肩部において接することなく交差している。そして、Ｃ線における断面とＢ線における断面とで規定される、図６（ｂ）中において斜線で示す部分の面積（Ｓ２−Ｓ３）の、Ａ線における船体の断面積に対する割合は０．５％以下であり、低い値となる。
【００３０】
図７は、満載喫水時におけるバルブサイズ比ＶＢ／Ｂ・ｄ・ＬＢと造波抵抗係数との関係を示すグラフである。造波抵抗係数は、
ＲＷ／（ρ・ＶＳ２・∇２／３）・１０００  ・・・  （４）
で表される。ここで、ＲＷは造波抵抗（単位：ｋｇ）であり、ρは海水密度（単位：ｋｇｓｅｃ２／ｍ４）であり、ＶＳは速力（単位：ｍ／ｓｅｃ）であり、∇は排水量（ｍ３）である。
【００３１】
図７に示すように、バルブサイズ比ＶＢ／Ｂ・ｄ・ＬＢが０．１〜０．２５のとき造波抵抗係数は低い値を示し、特にバルブサイズ比が０．１３〜０．２のとき造波抵抗係数が一層低くなるため好ましく、更に０．１６〜０．１８であると最も好ましい。なお、図９に示すような満載喫水状態でバルブが水面下にある従来の船舶では、バルブサイズ比は０．０５〜０．０８程度であった。これに対し、本実施形態に係る船舶１０では、図８に示すように、満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．をバルブ３０の上面３０ａと交差させることで造波干渉を利用することが可能となり、静水中の航行時における造波抵抗の低減を図ることができる。そして、バルブサイズ比を上記のように設定することで、造波抵抗の効果的な低減を図ることができる。
【００３２】
図１０は、静水中の航行時において、満載喫水状態におけるフルード数Ｆｎと造波抵抗係数との関係を示すグラフである（バルブサイズを変えたときのグラフ）。図１０において、三角は実施例（本実施形態に係る船舶）のデータを示し、四角は比較例（従来のバルブサイズの小さい船舶）のデータを示す。図１０では、デザインスピードにおけるフルード数Ｆｎを０．１６５として設計している。なお、バルブサイズ比は実施例では０．１８であり、比較例では０．０７であった。
【００３３】
図１０に示すように、静水中の航行時において、満載喫水状態では、船舶の速力の増加と共に造波抵抗係数が単調に増加し、ある限界点を超えたとき波崩れが発生し始めて造波抵抗係数が急激に増加する。実施例に係る船舶では、比較例に係る船舶と比べて、満載喫水状態における波崩れの限界点が高速側へ押し上げられ、所望のデザインスピードで比較例に係る船舶より造波抵抗係数の低減が図られる。
【００３４】
また本実施形態に係る船舶１０は、船首部２０に設けられた楔状突起物５０が特徴的である。すなわち、図１、図３、図５等に示すように、船首部２０には満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．の上方でバルブ３０の上面に、前方に向かって尖った楔状突起物５０が設けられている。この楔状突起物５０は、図５（ｂ）に示すように、２枚の板をＶ字型に接合して構成されており、これが船体１２の船首部２０に溶接等により接合されている。なお、楔状突起部５０の内部は空洞であっても、補強材を設けてもよい。このような楔状突起物５０を設けることで、波浪中においては楔状突起物５０に波が当たることにより、波浪中の航行時における造波抵抗の低減を図ることが可能となる。
【００３５】
この楔状突起物５０の船首船尾方向の最大長さ（図３のＬＰ）は、バルブ３０の満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌよりも下方の最大長さ（図３のＬＵＢ）の１／２以上であると好ましい。このようにすれば、楔状突起物５０が効果的に細長くなり、波浪中の航行時における造波抵抗の一層の低減を図ることが可能となる。なお、楔状突起物５０が効果的に細くなる範囲は、図５（ｂ）に示すように、２枚の板のなす角度φが３０度〜９０度であるときである。角度φがこの程度まで細くなれば、楔状突起物５０の側方からの波圧の方向余弦が小さくなり、航行性が向上される。
【００３６】
図１１は、静水中の航行時において、満載喫水状態におけるフルード数Ｆｎと造波抵抗係数との関係を示すグラフである（水面との接触が鋭角であるときと丸いときのデータを示す）。図１１において、黒丸は実施例（本実施形態に係る船舶のデータで水面との接触が丸いとき）のデータを示し、白菱形は比較例（従来の満載喫水が楔形状突起物と交差する船舶のデータで水面との接触が鋭角のとき）のデータを示す。
【００３７】
図１１に示すように、静水中の航行時において、満載喫水状態では、船舶の速力の増加と共に造波抵抗係数が単調に増加し、ある限界点を超えたとき波崩れが発生し始めて造波抵抗係数が急激に増加する。実施例に係る船舶では、静水中の航行時において、比較例に係る船舶と比べて造波抵抗係数の低減が図られることが分かる。
【００３８】
以上、詳述したように、本実施形態に係る船舶１０は、バルブ３０のサイズが上記（１）式を満たしているため、トリムの問題等を生じることなく船体１２の肩部における肥大化を抑制することができ、これにより造波抵抗の低減を図ることが可能となる。また、図１２（ａ）に示すように、バルブ３０の上面３０ａを満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌと交差させることで、造波干渉を利用して、静水中の航行時における造波抵抗の低減を図ることが可能となる。図１３（ａ）は、静水中におけるフルード数（船速）と造波抵抗係数（馬力）との関係を示している。図１３（ａ）において破線で示すように、満載喫水線が楔状突起物と交差する従来の船舶では、鋭角に尖った先端が水面を切り分けて進むことになるため、フルード数の増加に伴い造波抵抗係数の増加が著しい。これに対し、本実施形態に係る船舶１０では、楔状突起物５０は満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．の上方に設けられているため、図５（ｂ）において破線Ａで示すようなバルブ３０の丸い上面３０ａが水面を切り分けて進むことになる。すなわち、バルブサイズが（１）式を満たしているため、必然的に満載喫水線Ｌ．Ｗ．Ｌ．での切断面がなだらかな曲線となり、水面との接触が丸くなる。従って、図１３（ａ）において実線で示すように、フルード数の増加に伴う造波抵抗係数の増大を抑制することができる。
【００３９】
更に、図１２（ｂ）に示すように、波浪中においては楔状突起物５０に波が当たることにより、波浪中の航行時における造波抵抗の低減を図ることが可能となる。図１３（ｂ）は、波浪中におけるフルード数（船速）と造波抵抗係数（馬力）との関係を示している。図１３（ｂ）において実線で示すように、楔状突起物５０を設けない場合、フルード数の増加に伴い造波抵抗係数の増加が著しい。これに対し、本実施形態に係る船舶１０では、楔状突起物５０を設けたため、鋭角に尖った先端が水面を切り分けて進むことになる。従って、図１３（ｂ）において破線で示すように、フルード数の増加に伴う造波抵抗係数の増大を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態に係る船舶１０では、上記したようにバルブ３０が従来の常識を超えた大きさであるため、ある波周期の場合に波をすくい上げるような現象が発生し、船のデッキが波を被る（青波）ことがあったが、本実施形態ではこの青波の発生も防止できると共に、バルブ３０の上面３０ａで楔状突起物５０の設置スペースが十分に確保されているので、設置のための作業が容易になる。
【００４１】
尚、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、楔状突起物５０の先端は、図５（ｂ）に示すように完全に尖っている必要はなく、丸みを帯びていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係る船舶の側面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態に係る船舶の平面図である。
【図２】肥脊係数を説明するための図である。
【図３】船首部を説明するための図である。
【図４】船体の肩部における肥大化を抑制する前後の様子を説明する図である。
【図５】図５（ａ）は本実施形態に係る船舶の船首部の側面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＡ線〜Ｃ線の位置における船体の水平断面を示す図である。
【図６】図６（ａ）は従来の船舶の船首部の側面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示すＡ線〜Ｃ線の位置における船体の水平断面を示す図である。
【図７】バルブサイズ比と造波抵抗係数との関係を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係る船舶の船首部の構成を立体的に示す図である。
【図９】従来の船舶の船首部の構成を立体的に示す図である。
【図１０】静水中におけるフルード数と造波抵抗係数との関係を示すグラフである（バルブサイズを変えたときのデータ）。
【図１１】静水中におけるフルード数と造波抵抗係数との関係を示すグラフである（水面との接触が鋭角であるときと丸いときのデータ）。
【図１２】図１２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、静水中と波浪中における船舶の航行の様子を示す図である。
【図１３】図１３（ａ），（ｂ）は、それぞれ静水中及び波浪中におけるフルード数（船速）と造波抵抗係数（馬力）との関係を示すグラフである。図１３（ａ），（ｂ）において、水面との接触が鋭角であるときを破線で示し、水面との接触が丸いときを実線で示す。
【符号の説明】
【００４３】
１０…船舶、１２…船体、２０…船首部、３０…バルブ、３０ａ…上面、５０…楔状突起物、Ｌ．Ｗ．Ｌ．…満載喫水線。
【図１】
2005225406.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005225406.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2005225406.tif 000013
【図１２】
2005225406.tif 000014
【図１３】
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