(57)【要約】      （修正有）【課題】プロペラキャビテーション雑音の水中音響機器への伝播を、多大なエネルギーを要することなく低減する遮断方法を提供する。【解決手段】船舶に、最短伝播平面と船体の外表面との交線に気体を吹き出すように構成されている回折波遮断機構が設けられる。最短伝播平面は、プロペラの表面のキャビテーションが発生する領域に規定された音源点８ａと、水中音響機器に規定された受音点３ａとを結ぶ直線を含む伝播平面のうち、伝播平面と船体２の外表面との交線１２ａと、交線１２ａの端と音源点８ａを結ぶ線分１２ｂと、交線１２ｂの他の端と受音点３ａとを結ぶ線分１２ｃとからなる伝播経路１２を最短にする伝播平面である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体と、
前記船体を推進する推進力を発生するためのプロペラと、
水中音響機器と、
遮断機構
とを備え、
前記プロペラの表面のキャビテーションが発生する領域に規定された音源点と、前記水中音響機器に規定された受音点とを結ぶ直線を含む伝播平面のうち、前記伝播平面と前記船体の外表面との交線と、前記交線の端と前記音源点を結ぶ線分と、前記交線の他の端と前記受音点とを結ぶ線分とからなる伝播経路を最短にするものを最短伝播平面としたとき、
前記遮断機構が、前記最短伝播平面と前記船体の外表面との交線に気体を吹き出すように構成されている
船舶。
【請求項２】
請求項１に記載の船舶であって、
前記遮断機構は、前記気体が前記プロペラに到達しないように前記気体を吹き出す
船舶。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の船舶であって、
前記気体は圧縮空気であり、
前記遮断機構は、
前記圧縮空気を生成するコンプレッサーと、
前記コンプレッサーから前記圧縮空気を受けて前記最短伝播平面と前記船体の外表面との交線に前記圧縮空気を吹き出す空気吹き出し部
とを備える
船舶。
【請求項４】
請求項３に記載の船舶であって、
前記遮断機構は、更に、前記コンプレッサーによって生成された前記圧縮空気を前記空気吹き出し部に供給する送気管を備え、
前記送気管は、前記コンプレッサーから前記船体の外表面の上端に到達し、前記上端から前記船体の外表面に沿って延伸して前記空気吹き出し部に到達する
船舶。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の船舶であって、
更に、前記プロペラを駆動する主機を備え、
前記遮断機構が、前記主機から抽出された圧縮空気を受けて前記最短伝播平面と前記船体の外表面との交線に前記圧縮空気を吹き出す空気吹き出し部を備える
船舶。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の船舶であって、
前記遮断機構が、前記船体の外表面に沿って配設された管状部材を備え、
前記管状部材の管端は、前記船舶の満載喫水線よりも上方に位置しており、
前記管状部材には、前記船舶の軽荷喫水線より下方の位置に空気吹き出し口が設けられており、
前記管端から取り入れられた空気が前記気体として前記空気吹き出し口から吹き出される
船舶。
【請求項７】
船体と、前記船体を推進する推進力を発生するためのプロペラと、水中音響機器と、遮断機構とを備える船舶において、前記プロペラの表面のキャビテーションに起因するキャビテーション雑音の前記水中音響機器への伝搬を低減するための遮断方法であって、
最短伝播平面と前記船体の外表面との交線に気体を吹き出すことを備えており、
前記最短伝播平面は、前記プロペラの表面のキャビテーションが発生する領域に規定された音源点と、前記水中音響機器に規定された受音点とを結ぶ直線を含む伝播平面のうち、前記伝播平面と前記船体の外表面との交線と、前記交線の端と前記音源点を結ぶ線分と、前記交線の他の端と前記受音点とを結ぶ線分とからなる伝播経路を最短にする伝播平面である
キャビテーション雑音の遮断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶及びそれに適用されるキャビテーション雑音の遮断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船用プロペラが船体後方の不均一な流れの中で作動すると、プロペラ周辺の海水が気化するキャビテーションと呼ばれる現象が発生することが知られている。キャビテーションは、船体の振動等の様々な問題を引き起こすため、船舶の設計においてはキャビテーションに対する対策を行うことが望ましい。例えば、特開２００３−１２７９８０号公報は、キャビテーションによる泡が崩壊しきれずに再成長し、再び崩壊する過程を繰り返す、いわゆるバースティング現象が発生した場合に船体振動を低減させるために、プロペラとその上方に位置する船底外板との間に所定幅、所定厚さの気泡層を作り出すための空気放出孔を船尾に設ける技術を開示している。
【０００３】
出願人が見出したキャビテーションに起因する他の問題の一つは、水中音響機器（例えば、ソナー）を装備した船舶においては、キャビテーションが主要な雑音源となって水中音響機器の使用の妨げになるということである。キャビテーションによりプロペラに発生した雑音（以下、「キャビテーション雑音」という。）は、水中を伝播して水中音響機器に到達する。このキャビテーション雑音は、水中における音響測定の妨げになる。
【０００４】
この問題に対する対処方法としては、上記の特開２００３−１２７９８０号公報に開示された技術と同様に、プロペラ周りに空気を吹き込むことでキャビテーション雑音を遮断するという手法が考えられるかもしれない。しかしながら、プロペラ周りに大量の空気を吹き込む必要があり、多大なエネルギーを要する。加えて、多量の空気がプロペラに流れ込むことで、さらなるキャビテーションの発生を引き起こす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２７９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、少量の気体（例えば、空気）の吹き出しでキャビテーション雑音の水中音響機器への伝播を低減するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の観点では、船舶が、船体と、船体を推進する推進力を発生するためのプロペラと、水中音響機器と、遮断機構とを備えている。プロペラの表面のキャビテーションが発生する領域に規定された音源点と、水中音響機器に規定された受音点とを結ぶ直線を含む伝播平面のうち、伝播平面と船体の外表面との交線と、該交線の端と音源点を結ぶ線分と、該交線の他の端と受音点とを結ぶ線分とからなる伝播経路を最短にする伝播平面を最短にするものを最短伝播平面としたとき、遮断機構が、最短伝播平面と船体の外表面との交線に気体を吹き出すように構成されている。
【０００８】
遮断機構は、該気体がプロペラに到達しないように該気体を吹き出す事が好ましい。
【０００９】
一実施形態では、吹き出される気体が圧縮空気であり、遮断機構が、圧縮空気を生成するコンプレッサーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて最短伝播平面と船体の外表面との交線に圧縮空気を吹き出す空気吹き出し部とを備えている。このとき、コンプレッサーによって生成された圧縮空気を空気吹き出し部に供給する送気管が、コンプレッサーから船体の外表面の上端に到達し、上端から船体の外表面に沿って延伸して空気吹き出し部に到達するような構造を有していてもよい。
【００１０】
他の実施形態では、遮断機構が、プロペラを駆動する主機から抽出された圧縮空気を受けて最短伝播平面と船体の外表面との交線に圧縮空気を吹き出す空気吹き出し部を備えている。
【００１１】
更に他の実施形態では、遮断機構が、船体の外表面に沿って配設された管状部材を備えている。管状部材の管端は、船舶の満載喫水線よりも上方に位置しており、管状部材には、船舶の軽荷喫水線より下方の位置に空気吹き出し口が設けられており、管端から取り入れられた空気が上記の気体として空気吹き出し口から吹き出される。
【００１２】
本発明の更に他の観点では、船体と、船体を推進する推進力を発生するためのプロペラと、水中音響機器と、遮断機構とを備える船舶について、プロペラの表面のキャビテーションに起因するキャビテーション雑音の水中音響機器への伝搬を低減するための遮断方法が提供される。この遮断方法では、最短伝播平面と船体の外表面との交線に気体が吹き出される。ここで、最短伝播平面は、プロペラの表面のキャビテーションが発生する領域に規定された音源点と、水中音響機器に規定された受音点とを結ぶ直線を含む伝播平面のうち、伝播平面と船体の外表面との交線と、該交線の端と音源点を結ぶ線分と、該交線の他の端と受音点とを結ぶ線分とからなる伝播経路を最短にする伝播平面である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、少量の気体の吹き出しでキャビテーション雑音の水中音響機器への伝播を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の船舶の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態における、回折波の伝播経路を示す図である。
【図３】プロペラの表面に定められた音源点の例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態の船舶の構成を示す側面図である。
【図５Ａ】本発明の更に他の実施形態の船舶の構成を示す側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの船舶の構成を示す正面図である。
【図６Ａ】本発明の更に他の実施形態の船舶の構成を示す側面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの船舶の構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態における船舶１の構造を示す概念図である。船舶１は、船体２を備えており、その船体２には、水中音響機器３と主機４とが搭載されている。水中音響機器３は、水中において音響測定を行うための機器であり、例えば、ソナーを含んでいてもよい。水中音響機器３は、船体２の船底の、中央から船首側の位置に設置されている。主機４は、プロペラ６が取り付けられたシャフト５を駆動してプロペラ６を回転させ、これにより船体２を推進する推進力を発生する。ここで、プロペラ６が回転するとキャビテーション雑音がプロペラ６に発生し、水中音響機器３の使用の妨げとなり得ることは、上述の通りである。
【００１６】
本実施形態では、水中音響機器３が、プロペラ６に発生したキャビテーション雑音が、船体２によって遮られて直線経路では届かないような位置に配置されている。しかしながら、キャビテーション雑音の音波は船体２の外表面に沿って回折するから、キャビテーション雑音は船体２の外表面に沿った経路で水中音響機器３に到達し得る。船体２の外表面に沿って回折して水中音響機器３に到達するキャビテーション雑音の音波を、以下では、回折波７と呼ぶことにする。水中音響機器３を適正に動作させるためには、水中音響機器３に到達する回折波７を低減させることが望ましい。
【００１７】
本実施形態では、水中音響機器３に到達する回折波７を低減させるために、回折波遮断機構２０が用いられる。回折波遮断機構２０は、回折波７の伝播経路に空気を吹き出し、この空気によって回折波７を遮断する。より具体的には、本実施形態の回折波遮断機構２０は、コンプレッサー２１と、送気管２２と、空気吹き出し部２３とを備えている。コンプレッサー２１は、圧縮空気を生成し、送気管２２を通じて空気吹き出し部２３に供給する。空気吹き出し部２３には供給された空気を噴き出す開口が設けられている。
【００１８】
回折波遮断機構２０の空気吹き出し部２３が空気を吹き出す位置を適正に選択することは、より少ない空気で回折波７の伝播を低減する上で重要である。以下では、回折波遮断機構２０の空気吹き出し部２３が圧縮空気を吹き出す位置の選択について、図２、図３を参照しながら議論する。
【００１９】
図２は、回折波７の伝播経路１２を示す図である。図２において、音源点８ａは、音源点８ａとは、プロペラ６の表面のキャビテーションが発生する領域に規定された特定の点であり、受音点３ａは、水中音響機器３に規定された特定の点である。
【００２０】
図３は、音源点８ａを詳細に示す図である。図３において、ハッチングで図示された領域は、キャビテーションが発生する領域（キャビテーション発生領域８）である。音源点８ａは、プロペラ６が所定角度位置にある時点における、プロペラ６の表面のキャビテーション発生領域８の内部に任意に定められる。例えば、一実施形態においては、音源点８ａは、プロペラ６が所定角度位置にある時点におけるキャビテーション発生領域８の内部にあり、且つ、シャフト５の中心軸５ａと垂直な方向に規定された特定の直線Ｌの上にある位置として規定される。キャビテーションは、主としてプロペラ６の上部において発生するから、結果として、音源点８ａは、プロペラ６の上部の領域に規定されることになる。直線Ｌは、プロペラ６の表面のキャビテーション発生領域８を通過するように任意に決定され得るが、直線Ｌは、音源点８ａがキャビテーション発生領域８の中央付近になるように規定されることが好ましい、
【００２１】
図２に戻り、本実施形態では、水中音響機器３が、音源点８ａと受音点３ａとを結ぶ直線１１が船体２と交差するような位置に設けられる。これは、水中音響機器３が、プロペラ６に発生したキャビテーション雑音が、船体２によって遮られて直線経路では届かないような位置にあることを意味している。
【００２２】
ここで、直線１１を含む平面（以下、「伝播平面Ａ」という。）を考える。以下、伝播平面Ａは無数に存在するが、ある伝播平面Ａの上における回折波７の伝播経路１２は、船体２の外表面と伝播平面Ａの交線１２ａと、交線１２ａの音源点８ａ側の端点１２ｄと音源点８ａとを結ぶ線分１２ｂと、交線１２ａの受音点３ａ側の端点１２ｅと音源点８ａとを結ぶ線分１２ｃとで構成される。このように伝播経路１２を規定したとき、伝播経路１２を最短にするような伝播平面Ａが存在する。このような伝播平面Ａを、以下では、最短伝播平面と定義し、また、最短伝播平面の上にある伝播経路１２を最短伝播経路と定義する。
【００２３】
空気吹き出し部２３は、このように定義された最短伝播経路に含まれる、船体２の外表面と最短伝播平面の交線１２ａに空気を吹き出すような位置に設けられる。最短伝播経路は、音源点８ａで発生したキャビテーション雑音が受音点３ａに伝搬する場合にキャビテーション雑音の減衰が最小となる経路である。このような経路上にあり、且つ、船体２の外表面の上にある位置に空気を吹き出すことによって、より少量の空気で、効率的に受音点３ａに到達するキャビテーション雑音を低減できる。少量の空気でキャビテーション雑音を低減することは、空気を吹き出すのに要するエネルギーを低減する上で有効であり、また、コンプレッサー２１の容量を小さくできる点でも有利である。
【００２４】
船体２の外表面と最短伝播平面の交線１２ａは、通常ある程度の長さがあり、したがって、空気吹き出し部２３の位置には、ある程度の任意性がある。ただし、空気吹き出し部２３は、吹き出した空気がプロペラ６に到達しないような位置に設けられることが望ましい。吹き出した空気がプロペラ６に到達すると、プロペラ６の駆動効率が低下する上、さらなるキャビテーションの発生を引き起こす可能性がある。空気吹き出し部２３は、吹き出した空気がプロペラ６に到達しないような位置に設けられることにより、このような事態を避ける事ができる。
【００２５】
回折波遮断機構２０の構造は、様々に変更され得る。図４は、他の実施形態における回折波遮断機構２０Ａの構造を示す図である。図４の実施形態では、回折波遮断機構２０Ａが、主機４で使用される圧縮空気を、送気管２２を用いて抽出して空気吹き出し部２３に供給するように構成される。このような構成は、専用のコンプレッサー２１を必要としない点で好適である。
【００２６】
また、図５Ａ、図５Ｂは、更に他の実施形態における回折波遮断機構２０Ｂの構造を示す図である。図５Ａ、図５Ｂの実施形態では、送気管２２が、コンプレッサー２１から船体２の外表面の上端に到達し、更に、外表面に沿って下降して空気吹き出し部２３に到達するように配管されている。このような構造では、船舶１が建造された後に回折波遮断機構を設けることが可能になる。なお、本実施形態においても、図４の実施形態と同様に、送気管２２がコンプレッサー２１の代わりに主機４に接続されてもよい。この場合、主機４で使用される圧縮空気が、送気管２２を用いて抽出されて空気吹き出し部２３に供給される。
【００２７】
また、図６Ａ、図６Ｂは、更に他の実施形態における回折波遮断機構２０Ｃの構造を示す図である。図６Ａ、図６Ｂの実施形態では、回折波遮断機構２０Ｃが、船体２の外表面に沿って配設された管状部材である空気導入突出部４１を備えている。空気導入突出部４１の管端４１ａは満載喫水線４２ａよりも上方に位置しており、また、空気導入突出部４１には、軽荷喫水線４２ｂより下方の位置に空気吹き出し口４１ｂが設けられている。空気吹き出し口４１ｂは、管端４１ａから取り入れられた空気を吹き出す開口であり、上述の最短伝播経路に含まれる、船体２の外表面と最短伝播平面の交線１２ａに空気を吹き出すような位置に設けられている。
【００２８】
このような構造でも、船舶１が建造された後に回折波遮断機構を設けることが可能になり、また、図６Ａ、図６Ｂの実施形態では、コンプレッサーが不必要になる点でも好適である。
【００２９】
なお、以上には、本発明の実施形態が様々に説明されているが、本発明は上述の実施形態に限定されず、当業者に自明的な様々な変更がなされ得る。例えば、上記の実施形態では、空気（又は圧縮空気）が回折波遮断機構によって吹き出されるが、空気以外の気体を吹き出すことも可能である。ただし、水中音響機器に到達する回折波を遮断するために空気を吹き出す構成は、簡便に本発明を実施できる点で好適である。
【符号の説明】
【００３０】
１：船舶
２：船体
３：水中音響機器
３ａ：受音点
４：主機
５：シャフト
５ａ：中心軸
６：プロペラ
７：回折波
８：キャビテーション発生領域
８ａ：音源点
Ｌ：直線
Ａ：伝播平面
１１：直線
１２：伝播経路
１２ａ：交線
１２ｂ、１２ｃ：線分
１２ｄ、１２ｅ：端点
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ：回折波遮断機構
２１：コンプレッサー
２２、３２：送気管
２３：空気吹き出し部
４１：空気導入突出部
４１ａ：管端
４１ｂ：空気吹き出し口
４２ａ：満載喫水線
４２ｂ：軽荷喫水線
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
2012091539.tif 000008
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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