(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラミング砕氷が可能な砕氷船において、船体の高さ方向範囲を、最大喫水線から氷盤上の想定冠雪高さの位置までの領域Ｈ3、最大喫水線から氷盤の厚さ相当の深さまでの領域をＨ2、領域Ｈ2より下方で船底位置までの領域をＨ1とし、各領域Ｈ3，Ｈ2，Ｈ1での船首のフレームラインと鉛直線とのなす角をそれぞれβ3，β2，β1としたときに、角β3＜角β2かつ角β1＜角β2の関係を満足していることを特徴とする砕氷船。
【請求項２】
船首は、領域Ｈ1で、該船首の前縁ラインから前方へ突出する板状のバウストッパが設けられていることとする請求項１に記載の砕氷船。
【請求項３】
バウストッパは、該バウストッパの前縁の水平面に対する角が、該バウストッパの下部にて約９０°であって、上方に向け段階的に小さくなり、上部では、領域Ｈ2での船首の前縁ラインが水平面となす角に近づく角となっていることとする請求項２に記載の砕氷船。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、砕氷船の技術分野に属し、特にラミングが可能な砕氷船に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラミング砕氷とは、図８のように氷盤上の雪の厚さ（以下、「冠雪深」という。）が比較的大きく、砕氷船が連続的に砕氷することができなくなった場合に、適当な距離だけ後退してから助走して、氷に対して勢い良く船首を衝突させて氷盤を割り、進出距離を得る砕氷方法である。南極や北極等では、氷盤は厚く、その厚さや分布は不規則であり、氷盤上には雪が堆積しており（以下、「冠雪」という。）、予想できない厳しい氷況に遭遇する場合が多い。最近、冠雪を伴う氷盤については、冠雪深が大きくなる（数十ｃｍ〜１ｍ程度）と、抵抗が急激に増大することが実船で確かめられており、そのような場合はラミング砕氷が行われる。
【０００３】
砕氷船の船型は、従来、連続砕氷を目的として最適設計されているので、氷盤に乗り上げ易いように、図８に示すごとく、船首が著しく前方へ傾斜している。また、船首部を進行方向に直角な断面で輪切りにした外形線（フレームライン）を見れば、喫水線付近のフレームライン形状は、図９に示されるごとく、氷を割り易いようにＶ型の形状をしている。さらに、ラミング砕氷したときに、過度に氷に乗り上げ無いように、船底付近に板状の小さなバウストッパ５２が前方に突出して取り付けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ラミング砕氷性能が優れた船型としては、次のような船型であることが要求される。
【０００５】
・ラミング砕氷時の抵抗が小さく、進出距離が大きい船型であること。
【０００６】
・ラミング砕氷終了時（船体停止時）に、船体が膠着状態（ビセット状態）にならない船型であること。
【０００７】
しかしながら、図８、図９に示されるような従来船型の砕氷船によって冠雪が存在する氷盤をラミング砕氷しようとすると、以下に述べる問題が発生する。
【０００８】
▲１▼  冠雪を船首で圧縮する（圧密する）際には、圧縮により生じる抵抗及び冠雪と船体の間に摩擦力が作用し、砕氷抵抗が増大して進出距離が小さくなる。これを簡単に図１０で説明する。図１０は従来船型が冠雪の有する氷盤を砕氷する状況を示したものである。
【０００９】
氷盤Ｐ上に存在する冠雪Ｑは、主に砕氷船の喫水線Ｒより上の部分（図中の領域Ａ）に接触して圧密される。冠雪Ｑは圧密された後は喫水線Ｒの下へ潜り込むが、冠雪Ｑの抵抗は殆ど領域Ａで発生するので、領域Ａでの抵抗のみを考える。また砕氷船の船首は鉛直方向（喫水線に直角な方向）にも運動するが、説明を簡単にするためにこれは考えないことにする。砕氷船の船型は氷盤に乗り上げ易くするために前方に傾斜した前縁５３を有しており、喫水線より上の領域Ａについても、その傾向を保っている。この冠雪とその圧密の様子を、ＤＤ’断面（バトックライン）において喫水線より上の部分を取り出し図１１に示す。
【００１０】
なお、図１１において、船首の図示の速度Ｖは、冠雪Ｑに対する相対移動方向であり、正確には、船体の進行方向速度そのものではなく、船体外板に直角方向な速度、換言すれば、船体の進行方向速度と舷側方向の広がり速度との合成速度である。したがって、図１１はその合成速度方向での冠雪の圧密経過を示している。
【００１１】
冠雪は従来船型（船首）によって図１１（Ａ）の状態から、図１１（Ｂ）の状態へ圧密される。船首がＬ1だけ進んだとき、冠雪は船首からＬ2の部分まで圧密され、雪の密度は船首に近いところが大きく、船首から離れるにしたがって小さくなり、ＤＣの位置で圧密されていない密度に漸近する（図にて圧密された冠雪をＱAとして示す）。冠雪Ｑの圧密による抵抗は、船首の運動方向により生じた圧密長さＬ0に応じた抵抗ＦPが働く。また砕氷船の船首には、図１２に示すように、冠雪による摩擦力μＦNが働き、この力の船の進行方向成分が抵抗となる。従来型船型では、このような雪の圧密及び摩擦による２つの抵抗が生じ、全抵抗が増えて進出距離が小さくなる。
【００１２】
▲２▼  次に生じる問題としては、船首が氷盤に乗り上げたときに、バウストッパが効かずに過度に乗り上げビセット状態に陥ることである。従来船型は、乗り上げ防止のために図８に示すように、バウストッパ５２が船首船底部付近に設けられているが、その大きさが比較的小さいために氷盤に接触せず、その結果、船首が大きく乗り上げて進出距離が過大となり、船体と氷盤及び冠雪との接触面積が大きくなって摩擦抵抗が増え、船がビセット状態に陥る。ビセット状態に陥ると、砕氷船の最大推力を持ってしても後進することができなくなり、最悪の場合、他の砕氷船に助けを求めねばならない。実際には、これを避けるために、ラミング砕氷を行う際に衝突船速を抑えたり、船体が完全に停止する前に後進をかけたりして、オペレーション技術でビセット状態となるのを防いでいる。
【００１３】
本発明は、このような事態に鑑み、ビセット状態に陥らずにラミング砕氷に優れた砕氷船を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的は、ラミング砕氷が可能な砕氷船において、船体の高さ方向範囲を、最大喫水線から氷盤上の想定冠雪高さの位置までの領域Ｈ3、最大喫水線から氷盤の厚さ相当の深さまでの領域をＨ2、領域Ｈ2より下方で船底位置までの領域をＨ1とし、各領域Ｈ3，Ｈ2，Ｈ1での船首のフレームラインと鉛直線とのなす角をそれぞれβ3，β2，β1としたときに、角β3＜角β2かつ角β1＜角β2の関係を満足していることにより達成される。
【００１５】
このような構成の本発明の砕氷船にあっては、連続砕氷時には領域Ｈ2における角β2をもつ部分で砕氷を行い、ラミング時には冠雪の圧密による抵抗を、上記角β2より小さい角β3をもつ領域Ｈ3で低減せしめる。また、領域Ｈ2より下方の領域Ｈ1では、砕氷は行われずに氷を左右に押し分けるので、角β2より小さい角β1をもって、小さな接触面積で抵抗も小さくなる。こうして、全領域Ｈ3，Ｈ2，Ｈ1での抵抗が小さくなり、ビセット状態に陥ることなく、砕氷能力を確保する。
【００１６】
かかる本発明において、船首は、領域Ｈ1で、該船首の前縁ラインから前方へ突出する板状のバウストッパが設けられていることが好ましい。このバウストッパにより氷盤への過度の乗り上げが防止される。
【００１７】
上記バウストッパは、該バウストッパの前縁の水平面に対する角が、該バウストッパの下部にて約９０°であって、上方に向け段階的に小さくなり、上部では、領域Ｈ2での船首の前縁ラインが水平面となす角に近づく角となっていることが望ましい。こうすることにより、急激な船速の減少と船体に働く衝撃力を緩和できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にもとづき説明する。
【００１９】
本発明の一実施形態として、図１そして図２にラミング砕氷性能が優れた船型を示す。ここで、図１は船体の進行方向に直角な面での断面における船首の外形線たるフレームラインそして図２は船首の前縁ラインを示している。図において、砕氷船の船首部分での高さ方向領域が、喫水線より上で冠雪深相当までの領域Ｈ3、喫水線下の連続砕氷可能な氷厚相当深さまでの領域Ｈ2、領域Ｈ2より下で船底までの領域Ｈ1に区分されている。これら各領域に区分して、本発明の船型を説明する。
【００２０】
＜領域Ｈ3＞
船首が冠雪と接触する領域Ｈ3では、船体の各フレームラインと鉛直線のなす角度β3は、図１のごとく、氷盤が船首と接触する領域Ｈ2での各フレームラインと垂線のなす角度β2よりも小さい（β3＜β2）。これは、図２のような船首の前縁ラインのプロファイルで見ると、水平面に対する領域Ｈ3での船首角度Ф3が、領域Ｈ2の角度との間ではФ2で、Ф3＞Ф2の関係を満足することを意味する。このような船型を採用することによって、冠雪による抵抗を従来船型よりも減少させることができるようになる。その理由は以下のごとくである。
【００２１】
図２のＤＤ’断面で喫水線より上の部分を示す図３から理解できるように、速度Ｖで進行する船体の船首と接触する平行四辺形ＡＢＣＤの冠雪Ｑは平行四辺形ＥＦＣＤで示される圧密冠雪ＱAとされる。圧密抵抗は圧密された冠雪Ｑの体積に比例するので、図４や図５のような角度の異なる船型（船首）の場合にもＢＦ，ＦＣが図３と同一長であれば、圧密される体積は等しくなるので、船の進行にもとづく圧密抵抗は従来船型も本発明による船型も同一となる。
【００２２】
一方、冠雪の摩擦による抵抗は船首角度が小さいほど大きくなる。図６に示されるように、摩擦力は、船首の傾斜面ＥＦに働き、その大きさは法線方向の力ＦNに摩擦係数μを乗じた力となる。摩擦による抵抗はこのμＦNの船の進行方向成分となる。ＦNは冠雪の圧密による抵抗と砕氷船の船首が冠雪に与える自重の反力によって生じる。船首角度が小さいほどμＦNは大きくなるので、冠雪の摩擦による抵抗μＦNは船首角度が小さいほど大きい。図６は（Ａ）に船首角度が小さい場合、（Ｂ）に船首角度が大きい場合を示している。
【００２３】
また、図７に示すように、冠雪は前方に圧密されると、冠雪表面より上へ盛り上がる。船首は、船首角度が小さいほどこの盛り上がりを上から押え込むので、この押え込み力及びそれによって生じる摩擦力がそれだけ大きくなる。
【００２４】
したがって、以上述べた理由により、図１に示すように領域Ｈ3における角度β3をβ2より小さくし（β3＜β2）、すなわち、Ф3をФ2より大きくする（Ф3＞Ф2）ことによって、冠雪が接触する領域の船体外板の傾きを、喫水線より下の船体外板の傾きより、鉛直方向へ立てることになり、冠雪による抵抗を従来船型より小さくすることが可能となる。β3については、特に０度（Ф3＝９０度）にしても良いが、実際に氷盤では、氷が盛り上がって喫水線より上に起伏が生じていることがあり、船体外板が垂直に立っていると、船首に大きな荷重が作用して船首を損傷する虞れがあるので、β3＝０とせず、適当な値を設けておくことが実用的である。
【００２５】
＜領域Ｈ2＞
領域Ｈ2では、連続砕氷可能な比較的薄い氷盤、またはラミング砕氷の場合は連続砕氷不可能な厚い氷盤の固結層が接触する領域である。故に、領域Ｈ2ではフレームラインはできるだけ傾斜させて（β2は大きく）砕氷抵抗が小さくなるようにし、連続砕氷できない氷盤の場合は乗り上げ易いようにする。したがってこの領域のフレームラインは基本的には従来船型と同一の傾斜をもつようにしておく。
【００２６】
＜領域Ｈ1＞
領域Ｈ1は連続砕氷不可能な厚い氷の固結層及び非固結層が船体に接触する部分であり、もはやこの領域では船首が氷盤上に乗り上げてこの氷盤を曲げによって砕氷することは行われず、圧壊（クラッシング破壊）及び非固結層を左右に押し分ける状況が主体となる。クラッシング破壊による抵抗は氷盤との接触面積が大きいほど大きくなるので、フレームラインと鉛直線のなす角度β1はできるだけ小さくして、乗り上げを防ぐと共に氷盤との接触面積を小さくし抵抗を軽減できるようにする。もしβ1を領域Ｈ2のβ2と同一にした場合は、船首が過度に乗り上げてビセットする可能性が高くなってしまう。
【００２７】
また、領域Ｈ1の上部の船首先端部には図２に示すように、過度の乗り上げを防止するために、従来船型よりも大きなバウストッパ１１を設けることが望ましい。バウストッパ１１についての重要なことは、図２に示すように、Ф2＜Ф1＜Ф0≦９０度という関係のもとで段階的にバウストッパ前縁の傾斜角度を変化させて急激な船速の減少を緩和していくことである。Ф1＝９０度とすると、ラミング砕氷時の衝突船速が瞬時に０となり非常に過大な負の加速度が生じるので、船体及び船上機器に障害を及ぼす可能性が高い。
【００２８】
このような船型を採用することによって、領域Ｈ1では砕氷抵抗を軽減すると共に過度の乗り上げを防ぐことが可能となる。
【００２９】
本発明による領域Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3での船型はＳＳ.７付近よりも船首方向寄りの部分に適用する効果が大きい（図２参照）。ＳＳ.７付近より船体中央寄りでは全体的に船体外板が立ってくる（β1，β2，β3→０）ので、その効果は低い。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、ラミング砕氷が可能な砕氷船において、船体の高さ方向範囲を、最大喫水線から氷盤上の想定冠雪高さの位置までの領域Ｈ3、最大喫水線から氷盤の厚さ相当の深さまでの領域をＨ2、領域Ｈ2より下方で船底位置までの領域をＨ1とし、各領域Ｈ3，Ｈ2，Ｈ1での船首のフレームラインと鉛直線とのなす角をそれぞれβ3，β2，β1としたときに、角β3＜角β2かつ角β1＜角β2の関係を満足しているようにしたので、領域Ｈ2における連続砕氷を従来船と同様に行えると共に、領域Ｈ3でのラミング砕氷時の抵抗を小さくしてその性能を向上させ、さらに、領域Ｈ1での圧壊層そして非固結層の押し分け進行時の抵抗を減少せしめ、ラミング砕氷性能に優れた砕氷船を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての砕氷船のフレームラインを示す図である。
【図２】図１の船体の船首の前縁ラインを示す図である。
【図３】冠雪の圧密抵抗の様子を示し、船首が領域Ｈ3において適切な角度をもっている場合である。
【図４】冠雪の圧密抵抗の様子を示し、船首が領域Ｈ3において垂直となっている場合である。
【図５】冠雪の圧密抵抗の様子を示し、船首が領域Ｈ3において小さい角度をもっている場合である。
【図６】冠雪の摩擦抵抗の様子を示し、（Ａ）は角度が小さいとき、（Ｂ）は角度が大きいときである。
【図７】冠雪の盛り上がりによる摩擦抵抗の様子を示す図である。
【図８】従来の砕氷船が船首の前縁ラインを示す図である。
【図９】図１の船体のフレームラインを示す図である。
【図１０】図１の船体の船首が冠雪を圧密するときの様子を示す図である。
【図１１】冠雪の圧密抵抗の発生原理を示す図である。
【図１２】冠雪の摩擦抵抗の発生原理を示す図である。
【符号の説明】
１１  バウストッパ
Ｈ1  領域
Ｈ2  領域
Ｈ3  領域
β1  フレームラインの鉛直線に対する角
β2  フレームラインの鉛直線に対する角
β3  フレームラインの鉛直線に対する角
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004494670.tif 000009
【図９】
0004494670.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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