(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の甲板上にマストを設け、そのマストに昇降動自在にウェイトを設け、そのマストにウイングセイルを水平旋回自在に設け、上記ウェイトを上下する上下動装置を設けると共に上記ウイングセイルの迎え角を調整するサーボ機構を設け、航走時に上記ウェイトを上下動させると共に上記ウイングセイルの迎え角を制御して横揺れとピッチングを抑えるようにしたことを特徴とする船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶海洋構造物の横揺れを抑制する船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、船舶海洋構造物の動揺を抑制するものとして、(1) アンチローリングタンク、(2) フィンスタビライザー、(3) ハイブリッド減揺装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、(1)アンチローリングタンクは、減揺のための固有の振動数が決まってしまい、減揺効果が固有周期に限定される、(2)フィンスタビライザーでは、水中翼を利用するため、抵抗が発生し船速が低下する、(3)ハイブリッド減揺装置では、機構が複雑になる等問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構造が簡単で、減揺効果が広い範囲で得られるように、かつ船速低下をまねかないで横揺れを抑制できる船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、船舶の甲板上にマストを設け、そのマストに昇降動自在にウェイトを設け、そのマストにウイングセイルを水平旋回自在に設け、上記ウェイトを上下する上下動装置を設けると共に上記ウイングセイルの迎え角を調整するサーボ機構を設け、航走時に上記ウェイトを上下動させると共に上記ウイングセイルの迎え角を制御して横揺れとピッチングを抑えるようにした船舶海洋構造物の横揺れ抑制装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【０００８】
図１において、１０は、海洋構造物としての船舶で、推進器１１とラダー１２とを備え、海上Ｓを高速航送するようになっている。
【０００９】
この船舶１０の甲板１３上には、船舶１０の略重心を通る位置にマスト１４が設けられ、そのマスト１４に、回転自在にウイングセイル１５が設けられる。
【００１０】
ウイングセイル１５は、リンク機構１６を介してサーボ機構１７に連結され、そのサーボ機構１７により迎え角を自在に調整できるようになっている。
【００１１】
図２に示すように、ウイングセイル１５は、多数の流線型のリブ板１８を、上部から下部に掛けて漸次長くなるように形成し、そのリブ板１８にマスト１４を挿通する穴１９を形成し、このリブ板１８をマスト１４に上下に間隔を置いて回転自在に取り付けると共にこれらリブ板１８の全体を覆うように帆布２０を貼り付けて形成される。
【００１２】
このウイングセイル１５は、マスト１４に挿通された後、リンク機構１６とサーボ機構１７にて、セイル角度が制御されるようになっている。
【００１３】
また、マスト１４には、ウェイト２１が船舶１０のローリング（横揺れ）に応じて上下動されるようになっている。
【００１４】
このウェイト２１は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、マスト１４の上部に従動滑車２３が設けられ、マスト１４の下部に駆動滑車２４が設けられ、その滑車２３，２４間に索２５が巻き掛けられると共にその索２５にウェイト２１が取り付けられ、駆動滑車２４がモータ等の上下動装置２６により正逆に回転されてマスト１４内でウェイト２１が上下動されるようになっている。
【００１５】
さて、本発明は、船舶１０が、航走中に波浪等の外乱でローリングやピッチングを起こす際に、マスト１４内のウェイト２１を上下動させて、慣性モーメントを制御することにより船舶の動揺を抑え、同時に、ウイングセイル１５の角度（迎え角）を操作して、そのローリングを打ち消すモーメント力を作用させてローリングを抑えるようにしたものである。
【００１６】
先ず、船舶１０を剛体としたときの回転運動方程式は、数１で表される。
【００１７】
【数１】
0004200543.tif 000002
【００１８】
慣性モーメントＩは、通常は定数として扱う。このとき数１は、数２で表される。
【００１９】
【数２】
0004200543.tif 000003
【００２０】
しかし、Ｉを可変とすると、数３となる。
【００２１】
【数３】
0004200543.tif 000004
【００２２】
この数３中のＩドット（ｔ）を制御することにより、減衰力係数を増加させることができ、ウェイト２１を上下動させることにより実現できる。
【００２３】
このウェイト２１の上下動は、船舶１０が停船中でも減揺効果が得られると共に広い周期で減揺効果が得られ、ローリングとピッチングの２自由度の減揺効果が得られる。
【００２４】
また、ウイングセイル１５のセイル操作角度δs を操作することで、ウイングセイル１５には、相対風速で揚力Ｌが発生する。この揚力Ｌにより、船幅方向には、モーメント力Ｍが発生し、このモーメントＭでローリングを抑えることができる。
【００２５】
先ず、船舶１０には、図示していないが、船体の状態（横流れ速度ｖ、横揺れ角速度ｐ、横揺れ角φ、回頭角速度ｒ、回頭角ψ、舵角δ、セイル操作角δs 、ウェイト高さδw ）を検出する各種センサが設けられている。
【００２６】
船体の減揺の制御ロジックは、ウイングセイルを用いて線形自乗最適レギュレータを用いて制御を行う。
【００２７】
この最適レギュレータに用いる線形運動方程式は、数４のとおりである。
【００２８】
【数４】
0004200543.tif 000005
【００２９】
この数４の運動方程式から最適レギュレータの手法を用いて、数５で示される
制御入力ｕを求める。
【００３０】
【数５】
0004200543.tif 000006
【００３１】
このゲインマトリックスＫを用いて、時々刻々の状態量（状態ベクトル）から制御入力を計算し、セイルの操作角度を制御する。
【００３２】
このように、ウェイト２１の上下動とセイル角度の制御を併せて行うことで、効果的な減揺制御が行える。
【００３３】
図４は、減揺制御を行うブロック図を示したものである。
【００３４】
図において、３０は船体、３１は、ウェイト２１とウイングセイル１４をそれぞれ操作する、上下動装置２６と、リンク機構１６とサーボ機構１７からなるアクチュエータ、３２は、船体の状態（横流れ速度ｖ、横揺れ角速度ｐ、横揺れ角φ、回頭角速度ｒ、回頭角ψ）を検出するセンサ、３３は、上記数１，２を演算するための演算装置である。
【００３５】
先ず、ロール角＝０となる指令と、センサ３２からの船体の状態が加算器３４を介して演算装置３３に入力されて、セイル角度の操作量３５がアクチュエータ３１に入力され、それに基づいてウェイトとウイングセイルにより船体３０が操作されてロール角が「０」になるように制御されるが、この際、船体３０には、波浪等の外乱３６が加わるため、センサ３２は、この外乱３６の加わった船体の状態を、横揺れ速度ｖ，横揺れ角速度ｐ、横揺れ角φ、回頭角速度γ、回頭角ψの変化として検出し、これに基づいて演算装置３３が、ゲインマトリックスＫを用いて、時々刻々の状態量（状態ベクトル）から制御入力３５を計算し、外乱３６を加味した制御量を決定して最適化を図るようになっている。
【００３６】
次に、本発明の減揺制御の結果を図５，図６により説明する。
【００３７】
図５（ａ）は、慣性モーメントの経時変化を示し、図５（ｂ）は、そのとき制御したウェイトの上下位置の経時変化を示す。
【００３８】
図５（ｃ）は、船体のロールの経時変化を示し、図中点線ａは、制御なしのロール変化を、実線ｂは、ウェイトの上下位置を制御したときのロール変化を示している。
【００３９】
点線ｂに示すように、ウェイトを制御しないときは、ロール角が±１０度変化するが、ウェイトの上下位置を制御することで±約５度に抑えることができた。
【００４０】
また、図６（ａ）は、ウイングセイルの操作角を０にして船舶を航走したときのロール角の経時変化を示したもので、図６（ｂ）は、図６（ａ）のロール角の経時変化に対してウイングセールを制御したときのロール角の経時変化を示し、図６（ｃ）は、そのときのウイングセイルの操作角の制御の経時変化を示している。
【００４１】
図６（ａ）に示すように、ウイングセイルを操作しない場合は、±約１０度ロール角が不規則に変化するが、この変化に対して図６（ｃ）に示すようにウイングセイル角度を制御することで、図６（ｂ）に示すようにロール角度の変化を±約３度の範囲に減揺することができた。
【００４２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、船舶の航走中に生じるローリングを、ウェイトの上下させることにより、さらにウイングセイルの角度も併せて操作することでローリングを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１のウイングセイルの詳細図である。
【図３】図１のウェイトを上下する機構の詳細を示す図である。
【図４】本発明における減揺制御を示すブロック図である。
【図５】本発明において、ウェイトの上下による減揺の実験結果を示す図である。
【図６】本発明において、ウイングセイルによる減揺の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１０  船舶
１３  甲板
１４  マスト
１５  ウイングセイル
１７  サーボ機構
２１  ウェイト
２６  上下動装置
【図１】
0004200543.tif 000007
【図２】
0004200543.tif 000008
【図３】
0004200543.tif 000009
【図４】
0004200543.tif 000010
【図５】
0004200543.tif 000011
【図６】
0004200543.tif 000012