(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法において、
船舶の船体表面に沿って流れる流体を吸込み及び噴出させて乱流フィールドを変化させる段階と、
船体表面となす噴射角を制御し、前記吸い込んだ流体を所定の噴射角で噴出させる段階と、
前記吸込み、噴出及び噴射角の制御により船体表面の摩擦抵抗を減少させる段階とを有し、
前記吸込み及び噴出段階は、船舶の船体表面に沿って流れる流体を、該船舶の船体表面に設けられた、多数のスリットを有するパイプハウジングのスリットからパイプハウジング内に吸込み、該パイプハウジング内に吸込んだ流体を前記スリットから船体表面に対して前記所定の噴射角で噴出させる段階を含み、
前記所定の噴射角は、船体表面から流体の流れ方向に対して６０゜〜１２０゜の範囲で設定されることを特徴とする船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法。
【請求項２】
船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置において、
船舶の船体表面に設けられた、多数のスリットを有するパイプハウジングと、
該パイプハウジングの内部に設けられた、空気のポンピングにより収縮及び膨張して、船体表面を流れる流体を前記スリットからパイプハウジング内に吸込み、吸込んだ流体を前記スリットから所定の噴射角で噴出させる柔軟性のある空気管と、
前記空気管を収縮及び膨張させるために、前記船体内の所定位置に設けられ、前記空気管に給気可能に設けられたポンプとを含み、
前記所定の噴射角は、船体表面から流体の流れ方向に対して６０゜〜１２０゜の範囲で設定されることを特徴とする船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置。
【請求項３】
船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置において、
船舶の船体表面に設けられた、多数のスリットを有するパイプハウジングと、
該パイプハウジングの内部に沿って前記スリットの上下方に設けられた板膜と、
該上下方の板膜に連結された第１、第２ロッドと、
該板膜を接離移動させて、船体表面を流れる流体を前記スリットからパイプハウジング内に吸込み、吸込んだ流体を前記スリットから所定の噴射角で噴出させる、第１ロッド及び第２ロッドに連結された、前記第１及び第２のロッドを介して前記板膜を駆動するモータを含み、
前記所定の噴射角は、船体表面から流体の流れ方向に対して６０゜〜１２０゜の範囲で設定されることを特徴とする船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置。
【請求項４】
前記抗力減少装置を船首部または船尾部に局所的に設けて船舶の局部的な流れを制御させることを特徴とする請求項２または３記載の船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置。
【請求項５】
前記パイプハウジングを船体内部に位置づけることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置。
【請求項６】
前記空気管が収縮するときに前記スリットからパイプハウジング内に流体を吸込み、前記空気管が膨張するときに前記パイプハウジング内の流体を前記スリットから噴出させることを特徴とする請求項２記載の船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置。
【請求項７】
前記第１ロッドは、前記スリットの一方に位置する各板膜を連結し、第２ロッドは前記スリットの他方に位置する板膜を連結し、前記モータは、前記第１、第２ロッドを互いに相反する方向に移動させて、スリットの上下の板膜を接離移動させる請求項３記載の船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法及び装置に係り、より詳しくは船舶の船体表面に沿って流れる流体の吸込及び噴射を繰り返して乱流を制御することにより船舶の摩擦抵抗を減少させ省エネルギーに寄与するようにした船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶が航海する際、船体表面における渦流発生による船体表面の摩擦抵抗は、大型油槽船の場合、全体抵抗の８０％以上を占めるほど大きい比重を有する。
このような船体表面の摩擦抵抗を減少させるために最近研究が盛んになされているところ、船首側から空気を噴出する方法またはシロップを噴出する方法などが研究されてきているが、摩擦抵抗の減少効果を得るのには多くの困難がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、船舶の船体表面に沿って流れる流体を吸込及び噴出させ、船体表面となす噴射角及び周波数などを調節して船体表面の乱流を制御させる船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、船舶の船体表面に沿って柔軟性のある空気管または板膜を内蔵したパイプハウジングを設けて船体内側から表面に沿って流れる流体の吸込及び噴出を繰り返し作動させることにより船体表面における乱流境界層を制御するようにする船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、前記柔軟性のある空気管または板膜を用いる装置を船舶の船首部または船尾部に設けて局部的に流れを制御できるようにするところにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前述したような目的を達成するための本発明に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法は、船舶の船体表面に沿って流れる流体を吸込み及び噴出させて乱流フィールドを変化させる段階と、船体表面となす噴射角を制御し、前記吸い込んだ流体を所定の噴射角で噴出させる段階と、前記吸込み、噴出及び噴射角の制御により船体表面の摩擦抵抗を減少させる段階とを有し、前記吸込み及び噴出段階は、船舶の船体表面に沿って流れる流体を、該船舶の船体表面に設けられた、多数のスリットを有するパイプハウジングのスリットからパイプハウジング内に吸込み、該パイプハウジング内に吸込んだ流体を前記スリットから船体表面に対して前記所定の噴射角で噴出させる段階を含み、前記所定の噴射角は、船体表面から流体の流れ方向に対して６０゜〜１２０゜の範囲で設定されることに特徴を有する。
前記本発明の船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法を実施する装置にかかる発明は、船舶の船体表面に設けられた、多数のスリットを有するパイプハウジングと、該パイプハウジングの内部に設けられた、空気のポンピングにより収縮及び膨張して、船体表面を流れる流体を前記スリットからパイプハウジング内に吸込み、吸込んだ流体を前記スリットから所定の噴射角で噴出させる柔軟性のある空気管と、前記空気管を収縮及び膨張させるために、前記船体内の所定位置に設けられ、前記空気管に給気可能に設けられたポンプとを含み、前記所定の噴射角は、船体表面から流体の流れ方向に対して６０゜〜１２０゜の範囲で設定されることが望ましい。
本発明の船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法を実施する他の装置にかかる発明は、船舶の船体表面に設けられた、多数のスリットを有するパイプハウジングと、該パイプハウジングの内部に沿って前記スリットの上下方に設けられた板膜と、該上下方の板膜に連結された第１、第２ロッドと、該板膜を接離移動させて、船体表面を流れる流体を前記スリットからパイプハウジング内に吸込み、吸込んだ流体を前記スリットから所定の噴射角で噴出させる、第１ロッド及び第２ロッドに連結された、前記第１及び第２のロッドを介して前記板膜を駆動するモータを含み、前記所定の噴射角は、船体表面から流体の流れ方向に対して６０゜〜１２０゜の範囲で設定されることに特徴を有する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
このような本発明の望ましい実施のため、局所撹乱（外乱）による乱流境界層の流動長変化を数値解釈で分析したところ、これを詳しく説明すれば次の通りである。
図１は局所吸込及び噴射のための実験装置を示す図であり、図２は加振周波数において多様な吸込条件下の壁面摩擦係数を示す分布図であり、図３は加振周波数において多様な噴射条件下の壁面摩擦係数を示す分布図であり、図４は噴射角による壁面摩擦係数を示す分布図である。
【０００６】
図１に示すように、実験のための装置はスロット１１を形成した平板１０を備えて船体表面を代替し、前記平板１０の上面の一側先端にトリップ線２０を設け、前記トリップ線２０のすぐ横に表面の粗いセグメント３０を設け、前記平板１０のスロット１１の下部に局所吸込及び局所噴射のためのスピーカ４０を設ける。
そして、前記トリップ線２０が設けられた平板１０の上側に流動による乱流境界層を形成させ、平板１０のスロット１１を介してスピーカ４０による局所吸込及び局所噴射を行う。
【０００７】
このような前記局所吸込及び局所噴射の過程において噴射はうまく行われるものの、吸込は空気の圧縮効果のため思ったよりうまく行かなくなる。そこで、吸込の程度による数値解釈を行ったところ、図２に示すように、スロットから近い領域では吸込量の増加と共に流動エネルギーの強い流動が壁面近傍まで下降して壁面摩擦係数を増加させるが、一定以上の吸込量が増加すれば噴射により混合された流動層がスロット付近で逆方向流動が発生するため、かえって平均摩擦係数が再び減少することが分かる。そして、スロットから遠く離れている下流では吸込量の増加につれて壁面摩擦係数が減少していることが分る。
【０００８】
一方、噴射量の変化による壁面摩擦係数は、図３に示すように、スロットから遠く離れている下流では噴射量の増加に影響を受けない一方、スロット近傍では噴射量が増加するにつれて次第に減少していることが分る。このような現象は噴射を加える時点でスロット付近の強い逆方向によるもので、噴射を強く加えるほど逆方向流動は一層強まり、平均摩擦係数は次第に減少することになる。
【０００９】
また、局所撹乱のための噴射角と壁面摩擦係数の相関関係は、図４に示すように、壁面に垂直に噴射した場合より６０°の角度で噴射した場合がさらに多くの領域で摩擦係数の減少効果を示すことが分かる。噴射角が９０°以上の場合は、スロットで生成される横方向の対流速度を減少させ下流まで至らせないので、噴射角を大きくするほど次第に摩擦係数を減少させる領域が縮まり、噴射角が６０°以下の場合は噴射時生成される再循環領域の発生が抑制されるため、摩擦係数の減少領域がかえって縮小していることが分る。
【００１０】
前記のような数値解釈による分析結果に基づき、本発明の装置の望ましい実施例を図面を参照して詳述する。
添付した図面のうち、図５は本発明に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置を説明するための概略的な設置図であり、図６は本発明に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のパイプハウジングを示す横断面図であり、図７は本発明に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のポンプの連結状態を説明するための正断面図であり、図８は本発明の他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置を説明するための側面詳細図であり、図９は本発明の他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のパイプハウジングを示す横断面図であり、図１０は本発明の他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のモータの連結状態を説明するための正断面図であり、図１１は本発明の他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のパイプハウジングが船体内側に設けられた状態を示す横断面図である。
【００１１】
前記図面に基づく本発明の船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置は、パイプハウジングの内部の柔軟性のある空気管を用いる場合と、機械的な駆動によりパイプハウジングの内部の板膜を用いる場合とに区分する。
【００１２】
前記柔軟性のある空気管を用いる場合、図５ないし図７に示すように、船舶１００の船体表面１０１に沿って、多数のスリット１１１が形成されたパイプハウジング１１０を帯状に垂設する。この際、前記パイプハウジング１１０は中空体で流線型が望ましいが、半円または楕円形など多様な形状での具現が可能であり、前記スリット１１１は円形穴であってもよく、船舶の種類及び速度に応じて船体表面１０１となす噴射角が流体の流れ方向に対して６０°の角度を形成するよう位置させることが望ましいが、６０°〜１２０°範囲なら効果を得ることが可能である。なお、スリット１１１は、形状、大きさは特に限定されず、所定間隔で複数設けられた穴であって、噴射角が流体の流れ方向に対して６０°〜１２０°になる向きに設けられればよく、スリットの所定間隔は、船舶の巡航速度等に応じて設定され得るものである。図６に、噴射角が６０°〜１２０°になる範囲を示した。ハッチングを付した部分が、船体表面１０１となす噴射角が流体の流れ方向に対して６０°〜１２０°になる範囲である。
【００１３】
前記スリット１１１が形成されたパイプハウジング１１０の内部に柔軟性のある空気管１２０を設け、前記柔軟性のある空気管１２０の収縮及び膨張のために空気を吸込及び圧縮するポンプ１３０を連結させる。この際、前記柔軟性のある空気管１２０に連結されるポンプ１３０は船舶１００の内部に設ける。
【００１４】
一方、前記板膜を用いる場合、図８ないし図１０に示すように、船舶１００の船体表面１０１に沿って多数のスリット２１１が形成されたパイプハウジング２１０を帯状に垂設する。ここでも、前記パイプハウジング２１０は中空体で流線型が望ましいが、半円または楕円形など多様な形状での具現が可能であり、前記スリット２１１は円形穴であってもよく、船舶の種類及び速度に応じて船体表面１０１となす噴射角（流体の流れ方向に対する角度）が６０°から１２０°までの角度を形成するよう位置させることが望ましい。スリット２１１の大きさ、間隔も、船舶の種類及び速度に応じて異ならせてよい。
【００１５】
前記パイプハウジング２１０の内部に板膜２２０を設け、スリット２１１の上下に上部板膜２２０ａ及び下部板膜２２０ｂが置かれる。
前記パイプハウジング２１０の内部に設けられた板膜２２０に第１ロッド２３０を連結し、スリット２１１の上部に位置した上部板膜２２０ａだけを連結させ、前記板膜２２０に第２ロッド２４０を連結し、スリット２１１の下部に置かれた下部板膜２２０ｂを連結させる。
前記第１及び第２のロッド２３０、２４０は、これらを駆動するために所定仕組みでモータ２５０に連結され、モータ２５０の駆動により第１及び第２のロッド２３０、２４０が昇下降することにより板膜２２０ａ、２２０ｂが対面して収縮したり膨張することによりスリット２１１を介して海水が押し出されたり吸込まれる。この際、前記モータ２５０は船舶の内部に設ける。
【００１６】
一方、前記柔軟性のある空気管１２０または板膜２２０を用いる船舶の抗力減少装置は船舶の船首部１０２及び船尾部１０３に局所的に設けられる。
【００１７】
このような構成よりなる本発明に係る船体表面の乱流制御による船舶の抗力減少装置の作用を説明すれば次の通りである。
まず、前記柔軟性のある空気管１２０を用いる場合、船舶１００の内部に設けられたポンプ１３０を駆動してパイプハウジング１１０の内部に設けられた柔軟性のある空気管１２０が圧縮されればパイプハウジング内で膨張され、空気管１２０内の空気を排出すれば収縮されスリット１１１を介して流体がハウジング内から噴出されたり流入される作動を繰り返す。
すなわち、前記柔軟性のある空気管１２０に空気を圧縮、排気することにより柔軟性のある空気管１２０が膨張及び収縮するようになるが、前記柔軟性のある空気管１２０が収縮すればパイプハウジング１１０の内部の空間にスリット１１１を介して船体周りの流体を吸込み、前記柔軟性のある空気管１２０が膨張すればパイプハウジング１１０の内部空間で拡張され内部に吸込まれた流体をスリット１１１を介してパイプハウジング１１０の内部へ噴出させる。この際、スリット１１１は船体表面１０１と約６０°の噴射角をなしながら噴射させることが望ましい。
【００１８】
一方、前記板膜２２０を用いる場合は、モータ２５０を駆動すればモータ２５０に連結された第１ロッド２３０及び第２ロッド２４０が互いに逆方向に上下作動してピストン運動をすることにより板膜２２０ａ側が下降して圧縮されれば板膜２２０ｂ側が上昇することによりスリット２１１を挟んで上下方で圧搾がなされる。上下方で同時に板膜が圧搾されれば、内部流体はスリット２１１を介して外部へ噴出される。逆に、前記第１ロッド２３０の上昇と同時に、第２ロッド２４０が下降すれば板膜２２０ａ、２２０ｂの間は広がってスリット２１１に当接した流体は吸込まれる。
この際、パイプハウジング２１０に形成されたスリット２１１が船体表面１０１と約６０°の噴射角をなしながら流体を噴射することが望ましい。
一方、本発明の前述したパイプハウジングは船体壁面との間にスリットで外部と連通するようにして船体の内部に設けてもよい。
【００１９】
前述したような本発明の柔軟性のある空気管１２０または板膜２２０を用いた流体の吸込、噴出は船体外側表面の全体にかけて流体を吸込及び噴射させることにより、流体の吸込及び最適の噴射角による流体の噴射を通じて船体表面に沿って流れる流体を撹乱させ船体表面における渦流の発生を抑制して摩擦抵抗を減少させることになる。
また、前記船舶の操縦舵などに局部的に設ける場合は操縦舵における流体流動を制御し得るようになるので、舵の空胴現象を抑制することもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少方法及び装置によれば、柔軟性のある空気管または板膜の作用による流体の吸込及び噴射を通じて乱流の流動長を変化させ、船体表面となす噴射角を調節して摩擦抵抗を減少させることにより船体表面における渦流発生が抑制され、船舶の運航に及ぼす海流抵抗を減少させる効果をもたらす。
また、前記柔軟性のある空気管または板膜を用いた船舶の抗力減少装置を船舶の操縦舵などに局部的に設けることにより、操縦舵で流体流動を制御できるようになって舵の空胴現象を抑えられる有用性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  局所吸込及び噴射のための実験装置を示す図である。
【図２】  加振周波数において多様な吸込条件下の壁面摩擦係数を示す分布図である。
【図３】  加振周波数において多様な噴射条件下の壁面摩擦係数を示す分布図である。
【図４】  噴射角による壁面摩擦係数を示す分布図である。
【図５】  本発明に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置を説明するための概略的な設置図である。
【図６】  本発明に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のパイプハウジングを示す横断面図である。
【図７】  本発明に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のポンプの連結状態を説明するための正断面図である。
【図８】  本発明の他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置を説明するための側面詳細図である。
【図９】  本発明の他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のパイプハウジングを示す横断面図である。
【図１０】  本発明の他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のモータの連結状態を説明するための正断面図である。
【図１１】  本発明の他の実施例に係る船舶の船体表面乱流制御による抗力減少装置のパイプハウジングが船体内側に設けられた状態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１００  船舶
１０１  船体表面
１０２  船首部
１０３  船尾部
１１０  ２１０  パイプハウジング
１１１  ２１１  スリット
１２０  柔軟性のある空気管
１３０  ポンプ
２２０  板膜
２２０ａ  上部板膜
２２０ｂ  下部板膜
２３０  第１ロッド
２４０  第２ロッド
２５０  モータ
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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