(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船底（２３）に第一ステップ（３）と第二ステップ（４）の前後２つのステップを有する２段ステップ船型の全没型水中翼付き船において、該水中翼（２１）の支持柱（３１）を、第一ステップ（３）と第二ステップ（４）の２つのステップの間に配置し、該第一ステップ（３）は該水中翼（２１）が下方に突出回動した状態で、該水中翼（２１）の前方に設け、該第二ステップ（４）は該突出した状態の水中翼（２１）の後ろ側に設け、該水中翼（２１）を収納する収納段部（２５）を第二ステップ（４）の直後の位置に設け、水中翼支持柱（３１）の回動支点は第一ステップ（３）の直後の位置に設け、該収納段部（２５）より前方に連接して船底（２３）に収納凹部（２３ａ）を形成し、該水中翼（２１）を該収納段部（２５）内に収納している際、水中翼（２１）を支持する支持柱（３１）を該収納凹部（２３ａ）内に収納すべく構成し、前記水中翼付き船に求められる最適重心位置（Ｇｉ）が、該水中翼（２１）を航走状態にした場合と、該水中翼（２１）を収納した場合とで殆ど変化せず、前記第一ステップ（３）と第二ステップ（４）との間に位置すべく構成したことを特徴とする水中翼付き船。
【請求項２】
請求項１記載の水中翼付き船において、前記水中翼（２１）を操作する制御シリンダ（３４）と、揚力を制御するアキュムレータシリンダ（３６）と、アキュムレータシリンダ（３６）のピストンを付勢するバネ（３７）を設け、該制御シリンダ（３４）とアキュムレータシリンダ（３６）は油路（４４・４５）により流体接続し、前記水中翼（２１）の揚力を一定に制御可能としたことを特徴とする水中翼付き船。
【請求項３】
請求項２記載の水中翼付き船において、停船時の喫水もしくはトリム角により、水中翼（２１）の揚力および推進機（２２）もしくは船体後部に配設したフラップ（２２ａ）の設定角度を調節することを特徴とする水中翼付き船。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船体と全水没式の水中翼とにより揚力を発生させて航走する水中翼付き船に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、船底が深い位置にある前部船底と、船底が浅い位置にある後部船底の２つの船底を設け、該船底の段差によって区別された形状の、後部船底の前部に、下向きに突出した支柱により水中翼を支持した水中翼付き船舶が公知とされている。例えば特開平９−２０７８７２である。この場合、水中翼は前部船底の後端よりも深い位置に配設される全水没式であり、滑走中は前部船底と後部船底のそれぞれの後端部分が水面に接して船体滑走面になると共に、水没している水中翼で船体受重量の一部を支持する揚力を発生し、この揚力が一定になるように制御されている。
【０００３】
図１８は水中翼船の水中翼付きの場合と、水中翼なしの場合とにおける最適重心位置Ｇｉの位置関係を示す図である。図１８に示すごとく、水中翼付きの場合がステップより前にあるのに比べて、水中翼がない場合の最適重心位置はステップより後方に移動している。このため、水中翼付きの場合と、水中翼なしの場合とでは船の操作性が大幅に異なるようになる。図１９は水中翼の揚力増大に伴う船底水圧分布およびトリムモーメントの変化を概念的に示した図である。図１９に示すごとく、水中翼の揚力が大きくなるにつれ船底前部の船底圧力分布の発生位置が後方に移動し、水中翼船のトリムモーメントによる安定性が減少する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
水中翼付き船において、水中翼はチルトして船底に格納するため、船底のステップの少し前方に配置する必要がある。そして、水中翼位置を船体重心位置から大きく離すことは航走安定性を損なうことからできない。さらに、ステップ船型では、水中翼の揚力分担率が小さい（無い）と最適重心位置はステップより後方になる。ステップ船型では水中翼の揚力分担率を大きくすると航走安定性が確保できなくなる。船体重心位置より前に水中翼をおくとポーポイジングを発生しやすく、後ろに置くと船体が前のめりになりヨーイングが発生しやすくなる。このため水中翼揚力を小さく抑えざるをえなくなり、性能の低下を招く。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく、本発明は次のような手段を用いる。
請求項１においては、船底（２３）に第一ステップ（３）と第二ステップ（４）の前後２つのステップを有する２段ステップ船型の全没型水中翼付き船において、該水中翼（２１）の支持柱（３１）を、第一ステップ（３）と第二ステップ（４）の２つのステップの間に配置し、該第一ステップ（３）は該水中翼（２１）が下方に突出回動した状態で、該水中翼（２１）の前方に設け、該第二ステップ（４）は該突出した状態の水中翼（２１）の後ろ側に設け、該水中翼（２１）を収納する収納段部（２５）を第二ステップ（４）の直後の位置に設け、水中翼支持柱（３１）の回動支点は第一ステップ（３）の直後の位置に設け、該収納段部（２５）より前方に連接して船底（２３）に収納凹部（２３ａ）を形成し、該水中翼（２１）を該収納段部（２５）内に収納している際、水中翼（２１）を支持する支持柱（３１）を該収納凹部（２３ａ）内に収納すべく構成し、該水中翼付き船に求められる最適重心位置（Ｇｉ）が、該水中翼（２１）を航走状態にした場合と、該水中翼（２１）を収納した場合とで殆ど変化せず、前記第一ステップ（３）と第二ステップ（４）との間に位置すべく構成したものである。
【０００６】
請求項２においては、請求項１記載の水中翼付き船において、前記水中翼（２１）を操作する制御シリンダ（３４）と、揚力を制御するアキュムレータシリンダ（３６）と、アキュムレータシリンダ（３６）のピストンを付勢するバネ（３７）を設け、該制御シリンダ（３４）とアキュムレータシリンダ（３６）は油路（４４・４５）により流体接続し、前記水中翼（２１）の揚力を一定に制御可能としたものである。
【０００７】
請求項３においては、請求項２記載の水中翼付き船において、停船時の喫水もしくはトリム角により、水中翼（２１）の揚力および推進機（２２）もしくは船体後部に配設したフラップ（２２ａ）の設定角度を調節するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は水中翼船の全体側面図、図２は船底２段ステップ部を示す側面図、図３は水中翼の支持機構を示す側面断面図、図４は図３におけるＡ−Ａ線断面図、図５は水中翼揚力調節機構を示す模式図、図６は揚力設定の過程を示す模式図、図７は水中翼の揚力調節機構および推進機のチルト角設定機構を示す模式図、図８は推進機のチルト角調節機構とフラップ角度調節機構を示す模式図、図９は２段ステップ船型における最適重心位置を示す図、図１０は同じく水中翼揚力増大にともなう船底水圧分布およびトリムモーメントの変化を概念的に示す図、図１１はトリムモーメントと水中翼揚力分担率の関係を示す図、図１２は停船時のトリム、停船時喫水、および水中翼揚力設定の関係を示す図、図１３は停船時のトリム、停船時喫水、および推進機設定チルト角の関係を示す図、図１４はコントローラによる制御構成を示す図、図１５は水中翼船コントローラのモード遷移を示す図、図１６は設定モードの処理構成を示す図、図１７は同じく航走モードの処理構成を示す図である。
【０００９】
図１ないし図３において、水中翼付き船舶の全体構成を説明する。水中翼付船舶１は上部に搭乗部２が配設されており、該搭乗部２の下方には船底２３が配設されている。水中翼付き船舶１の船尾には推進機２２が配設されており、船底２３には水中翼２１が配設されている。水中翼２１は、水中翼支持体３１の先端において支持されており、該水中翼支持体３１は油圧シリンダにより回動可能に構成されている。これにより、水中翼２１を船底２３の下方に突出させるか、収納段２５に収納することができる構成になっている。水中翼付船舶１は、水中翼２１を下方に突出させた状態で推進することにより、該水中翼２１に揚力を発生させることができる。これにより、船底２３が海面より浮きあがり、船底２３と海面との接触面積が減少する。船体が浮きあがり、水と船底２３との接触面積が減少することにより、該船底２３が水より受ける抵抗力が軽減される。上記の構成により、船体後部に配置した推進機２２により発生する推進力を有効に利用し、効率的に推進速度を高めることが可能である。該推進機２２は、該船体内に配設したエンジンにより回転駆動されているものである。
【００１０】
本発明に係る水中翼２１は、船底２３より下方へ突出して全水没式に構成されている。そして、港に係留する場合の如く、水深が浅くなる場合には水中翼２１が海底と接触しないように、該水中翼２１を後方に回動して、船底２３の中央部に構成した収納段部２５に該水中翼２１を収納する構成としている。また、該収納段部２５より前方に連接して船底２３に収納凹部２３ａを形成しており、水中翼２１を該収納段部２５内に収納している際、水中翼２１を支持する後記水中翼支持柱３１が該収納凹部２３ａ内に収納される。また、船底２３の前部は深く、後部は浅く構成されており、該前部と後部の間には前記収納段部２５が構成され、前記収納凹部２３ａは、深く形成された前部船底の後部にて形成されている。
【００１１】
船底２３には、第一ステップ３および第二ステップ４が形成されている。図２に示すごとく、第一ステップ３は水中翼２１が下方に回動した状態において、前方に設けられており、第二ステップ４は該水中翼２１の後ろ側に設けられている。すなわち、水中翼２１は、該水中翼２１が下方に回動し切った状態において、第一ステップ３の後方かつ第二ステップ４の前方に位置している。また、上記の構成において、水中翼２１を支持する水中翼支持柱３１の回動支点も第一ステップ３と第二ステップ４の間に位置するものである。第一ステップ３と第二ステップを有する２段ステップ船型において、船底２３の収納段部２５に格納可能な全没型水中翼２１は、第一ステップ３と第二ステップ４の間に配置されるものである。
【００１２】
次に、本発明の水中翼装置に関して説明する。図３、図４において、水中翼２１は制御シリンダ３４により回動する構成となっている。制御シリンダ３４のロッドはアーム３３に接続されており、該制御シリンダ３４の摺動によりアーム３３が回動軸３１ａを中心に回動する。該回動軸３１ａには水中翼支持柱３１の上部３１ｂが固設されており、回動軸３１ａとともに回動する構成になっている。水中翼支持柱３１の上部３１ｂには、キーが設けられており、該キーが回動軸３１ａの側面に嵌合している。これにより、水中翼支持柱３１の上部３１ｂは回動軸３１ａに挿嵌した状態で、該回動軸３１ａに相対回動不能となっている。そして、上部３１ｂは水中翼取付凹部２３ｂに配設されており、該上部３１ｂの前方および上方は軸受カバー７１にて覆われている。
【００１３】
回動軸３１ａの両端は、水中翼取付凹部２３ｂより船内に突出した構成となっている。該回動軸３１ａの両端には、キーにより、スリーブ７４・７４が相対回動不能に挿嵌されている。該スリーブ７４と該上部３１ｂの間にはＯリング７５が挿嵌されており、該上部３１ｂとスリーブ７４の間よりの水の侵入を防止可能に構成している。これにより、回動軸３１ａに水が接触することが無く、該回動軸３１ａの耐久性を向上可能である。また、該スリーブ７４には、左右一対のアーム３３・３３が固設されており、該アーム３３・３３の各上端には接合ピン３３ａがそれぞれ嵌挿されている。両接合ピン３３ａ・３３ａに制御シリンダ３４のロッドの先端が回動自在に挿嵌している。これにより、該制御シリンダ３４により前記アーム３３を回動し、水中翼支持柱３１を回動可能に構成されている。
【００１４】
前記各スリーブ７４の外端は、フランジ状部７４ａが構成されている。各スリーブ７４の外周には、ハウジング７３をリング状に配設して、該ハウジング７３と該スリーブ７４との間に軸受７２が配設されている。各軸受７２は、該スリーブ７４の外周からのラジアル力と、そのテーパー状部７４ａよりのスラスト力とを受けるべく、本実施例では、テーパーローラ軸受となっているが、両力を受ける構造であれば、他の構造の軸受でも良い。こうして、スリーブ７４の該ハウジング７３に対する回動を円滑にすることが可能である。左右両ハウジング７３・７３の間には軸受カバー７１が連結固設されており、該軸受カバー７１は船底２３において、前記回動軸３１ａの前方および上方を覆う構成になっていて、その内部に前記の水中翼取付凹部２３ｂを形成しているのである。
【００１５】
上記構成において、前記軸受カバー７１は、船底２３に溶接固定されており、水中翼支持柱３１の回動を許容すべく、該軸受カバー７１の下端が開口している。これにより、外水が水中翼取付凹部２３ｂ内に流入するものの、スリーブ７４とハウジング７３の隙間に配設したシール材７６ａ・７６ｂにより、軸受７２を配設した部分の機密性が保持される構成となっている。このため、該水中翼取付凹部２３ｂ内の外水と接触するのは、水中翼支持柱３１とハウジング７３および軸受カバー７１となり、アーム３３、スリーブ７４、回動軸３１ａおよび軸受７２は水に接触しない構成になっている。また、該構成において、軸受７２は水の侵入を防止するシール材７６ａを介して、水中翼取付凹部２３ｂより隔離されて、船内側に配設されている。
【００１６】
上記の構成をとることにより、回動軸３１ａと制御シリンダ３４を船内に設置可能であり、該軸受７２を安価で摩擦の少ない（例えば前記のテーパーローラー軸受のような）軸受により構成可能であり、制御シリンダ３４を安価ものにより構成可能であり、船内より据え付け可能であるため、据え付け時の手間を簡素化可能である。また、容易に整備を行うことが可能である。そして、軸受７２および制御シリンダ３４を、水に浸入する水中翼取付凹部２３ｂより隔離して船内に配設可能であるため、該軸受７２及び制御シリンダ３４の耐蝕性を考慮する必要がなく、安価なものを使用することが可能である。これにより水中翼制御機構２６を安価に構成可能である。また、摩擦の少ない軸受７２を使用することが可能であるため、水中翼２１の制御性を向上可能である。そして、水中翼船１を海上に浮かべた状態で、制御シリンダ３４のエア抜き等の整備ができる。さらに、該水中翼制御機構２６の機械部の整備を容易に行うことが可能であり、水中翼制御機構装置の据え付け時および整備時のコストを減少可能である。水中翼制御機構の水に接触する部材を少なく構成可能であり、該水中翼制御機構２６において、水に接触しない部材を加工性の良い材質のものにより構成可能であり、該水中翼制御機構２６の製造コストを削減可能である。回動軸３１ａに水中翼支持柱３１およびアーム３３が固定されており、該アーム３３を制御シリンダ３４により回動し、水中翼支持柱３１を回動するため、該水中翼制御機構２６をコンパクトに構成可能であり、船底の空間を有効に利用可能であり、容易に船体に取り付け可能である。
【００１７】
次に、制御シリンダ３４とアキュムレータシリンダ３６の作動油系統について、図５および図６より説明する。図５および図６において、制御シリンダ３４とアキュムレータシリンダ３６は油路４４・４５により流体接続されている。すなわち、該制御シリンダ３４のロッド側とアキュムレータシリンダ３６のロッド側とは油路４４により接続されており、該制御シリンダ３４の反ロッド側とアキュムレータシリンダ３６の反ロッド側とは油路４５により接続されている。格納時および航走開始時における水中翼支持柱３１の回動のため、油圧ポンプ３５の各給排油路をそれぞれ油路４４・４５に連結しており、例えば航走開始時においては、油路４５から油路４４に圧油を流入する方向にポンプを駆動することにより、制御シリンダ３４のロッドを収縮させて水中翼支持柱３１を前方に回動させるものであり、逆に格納時には、油路４４から油路４５に圧油を流動させて制御シリンダ３４のロッドを伸長し、水中翼支持柱３１を後方に回動させるのである。
【００１８】
さらに、アキュムレータシリンダ３６のロッド側室３６ｄ（油路４４を介して制御シリンダ３４のロッド側室３４ｄにも接続される。）には圧力センサ４２が接続されており、該ロッド側室３６ｄ（ロッド側室３４ｄ）の圧力を検出可能に構成されている。なお、制御シリンダ３４のロッド伸長による水中翼２１の格納時におけるリミットスイッチ６３がアーム３３の近傍に配設されている。前記油圧ポンプ３５の駆動にて制御シリンダ３４のロッドを伸長し、水中翼２１および水中翼支持柱３１が格納位置に達すると、制御シリンダ３４のロッドに連結される前記アーム３３が該リミットスイッチ６３に当接してスイッチをＯＮもしくはＯＦＦとし、これに基づいて、該油圧ポンプ３５の駆動を停止し、制御シリンダ３４のロッドを停止するのである。
【００１９】
図５において、アキュムレータシリンダ３６のピストンには、バネ３７の弾性力が掛かる構成となっている。アキュムレータシリンダ３６のロッドの変位量と圧力との関係は、バネ３７のバネ定数により決まる。そこで、制御シリンダ３４およびアキュムレータシリンダ３６の両ロッド側室（油路４４を介して同一圧油）の油圧を圧力センサ４２により検出し、バネ３７のバネ定数との関係より演算して、該アキュムレータシリンダ３６のロッドの変位量を判断可能である。このロッドの初期の変位量（バネ３７の圧縮量）を大きくするほど、水中翼２１の揚力設定値Ｌは大きくなる。従って、圧力センサ４２の検出によって該ロッド側室３４ｄの油圧を認識し、求める揚力Ｌの設定値（揚力設定値）に対応する油圧（アキュムレータシリンダ３６のロッド圧縮摺動量）となった時点でストップバルブ４１を閉じて、その水中翼に合った揚力設定値とするものである。
【００２０】
揚力設定値の変更および維持について、図６を用いて説明する。制御シリンダ３４のロッド側室３４ｄと、該アキュムレータシリンダ３６のロッド側室３６ｄは油路４４により接続されている。油路４４には、油圧ポンプ３５が、開閉弁のストップバルブ４１を介して接続されている。また、油圧ポンプ３５には、油路４５が接続されている。格納および航走状態へのセッティングのため水中翼支持柱３１を回動する時には、ストップバルブ４１を開状態にして油圧ポンプ３５の作動により作動油を油路４４に流動させて制御シリンダ３４を摺動し、航走中にはストップバルブ４１を閉状態にして油路４４・４５間の圧油流動を遮断する。図６（ａ）は航走状態へのセッティング過程を示すものである。ストップバルブ４１を開とし、油圧ポンプ３５を駆動し、油路４４側に作動油を供給する。この時、アキュムレータシリンダ３６はバネ３７の付勢力によりロッドは変位せず、作動油は制御シリンダ３４に対して流入する。これにより、制御シリンダ３４のピストンが後ろ側に摺動され、水中翼２１が前方に回動され航走状態にセッティングされる。水中翼２１を格納する際には、ストップバルブ４１を開とし、油圧ポンプ３５により油路４５側に作動油を供給する。
【００２１】
次に、水中翼２１の揚力設定の構成について説明する。図６（ｂ）は揚力設定を行う状態を示すものである。水中翼支持柱３１を航走姿勢にした状態（制御シリンダ３４のピストンが後側に摺動された状態）で、停船している時、制御シリンダ３４のロッドは収縮変位における最大ストロークに達している。この状態で、図６（ｂ）に示すごとく、ストップバルブ４１を開放し、油圧ポンプ３５を駆動して、油路４５から油路４４に作動油を送油すると、アキュムレータシリンダ３６のロッド側室３６ｄ内に作動油が流入して、ロッドが収縮変位しようとする。そして、図５に示すバネ３７が圧縮される。これにより、水中翼２１を回動するに必要な力が設定される。
【００２２】
図６（ｃ）は水中翼が後方に回動させる状態を示すもである。図６（ｄ）は水中翼が前方に回動される状態を示すものである。前記バネ３７の圧縮量により、水中翼２１を後方に回動させるのに必要な力が設定される。設定された力より大きな力が水中翼２１にかかった場合には、図６（ｃ）に示すごとく、制御シリンダ３４のピストンが前方に摺動されると共に、アキュムレータシリンダ３６のピストンが後方に摺動する。この際、前記バネ３７が圧縮されるものである。そして、水中翼２１にかかる力が設定値以下となった場合には図６（ｄ）に示すごとく、バネ３７の弾性力により、アキュムレータシリンダ３６のピストンが前方に摺動されるとともに、制御シリンダ３４のピストンが後方に摺動される。これにより、水中翼２１が揚力一定状態に維持される。
【００２３】
次に、水中翼船の制御系の構成について説明する。図７に示すごとく、水中翼船の制御系は水中翼制御機構、傾斜センサ１８、水面センサ１７、エンジン１０、油圧ユニット１３、チルト角センサ１１、推進機２２、推進機チルトシリンダ１２、クラッチ中立スイッチ１４、コントローラ１６および操作盤１５により構成される。水中翼制御機構は、水中翼２１の回動および揚力制御を行う機構であり、リミットスイッチ６３、アキュムレータシリンダ３６、圧力センサ４２油圧ポンプ３５、ストップバルブ４１、制御シリンダ３４により構成されている。該水中翼制御機構は、コントローラ１６に接続されており、該コントローラ１６により制御される。船底には傾斜センサ１８および水面センサ１７が配設されている。該傾斜センサ１８は水中翼２１の後方に配設されており、前後位置において第二ステップの近傍に配設されている。傾斜センサ１８および水面センサ１７は前記コントローラ１６に接続されており、該コントローラ１６により、水中翼船の喫水量および傾斜角度を認識することができる。
【００２４】
さらに、水中翼船の推進機２２は、上下方向に角度を変更可能に構成されている。図８（ａ）に示すごとく、推進機２２にはエンジン１０が接続されており、該エンジン１０の出力が推進機２２に伝達され、推進機２２より推進力が発生される。推進機２２の上部は、船底後部に回動自在に枢支されており、該推進機２２には推進機チルトシリンダ１２が接続されている。該推進機チルトシリンダ１２には油圧ユニット１３が接続されており、該推進機チルトシリンダ１２の伸縮を制御する構成になっている。すなわち、推進機チルトシリンダ１２により、推進機２２の上下方向の向きを調節することができる。油圧ユニット１３はコントローラ１６に接続されており、推進機２２と船底２３の間に配設されたチルト角センサ１１もコントローラ１６に接続されている。これにより、コントローラ１６において、推進機２２のチルト角を認識しながら、該推進機２２のチルト角を制御することができる。図８（ａ）に示した実施例以外に、図８（ｂ）に示すごとく、船体後部にフラップ２２ａを取付け、シリンダ１２により該フラップ２２ａの角度を調節し、上記の推進機２２を上下方向の向きを調節する場合と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
コントローラ１６には、クラッチ中立スイッチ１４および操作盤１５が接続されている。操作盤１５を操作することにより、コントローラ１６を介して、水中翼２１の揚力および推進機２２のチルト角を調節することができる。すなわち、操作盤１５およびクラッチ中立スイッチ１４により、水中翼船の制御を、コントローラ１６を介して、一括して行うことができるものである。
【００２６】
次に、船底２３を第一ステップ３および第二ステップ４よりなる２段ステップ型とした場合の効果について、図９および図１０を用いて説明する。図１および図２に示すごとく、船底２３には、第一ステップ３および第二ステップ４が構成されており、第一ステップ３と第二ステップ４の間に水中翼２１が配置されている。これにより、図９に示すごとく、水中翼船に求められる最適重心位置Ｇｉが水中翼２１を航走状態にした場合と、収納した場合とで、ほとんど変わらず、第一ステップ３と第二ステップ４の間に位置する。すなわち、水中翼船は、第一ステップ３および第二ステップ４よりなる２段ステップ型であるため、水中翼２１の航走状態および収納状態により、最適重心位置Ｇｉがほとんど変化しない。このため、水中翼船の安定性を向上できるとともに、水中翼２１の状態による最適重心位置の変化を考慮することなく、水中翼船の制御を行うことができる。第一ステップ３および第二ステップ４よりなる２段ステップ型の船底とすることにより、水中翼２１の有無にかかわらず、操作性の高い水中翼船を構成することができる。
【００２７】
次に、水中翼２１の揚力の増加に伴うトリムモーメントの変化について説明する。図１０（ａ）は水中翼２１の揚力の小さい場合を示すものであり、図１０（ｂ）は水中翼２１の揚力が中程度の場合を示すものであり、図１０（ｃ）は水中翼２１の揚力が大の場合を示すものである。図１０において、圧力分布Ｐおよび水中翼揚力Ｆは、面積および長さが大きいほどその力が強いことを示すものである。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示す場合において、船底の前部および後部において圧力分布Ｐが大きく、船底中央部の第二ステップにおける圧力分布Ｐが小さい。そして、水中翼揚力Ｆは船体重心Ｇの前方において発生している。水中翼付き滑走船には、船底圧力分布により、トリムモーメントが発生するが、水中翼２１の発生する揚力の大小にかかわらず、船底の前後のおいて大きな圧力分布Ｐが発生しており、船体の重心はその間にある。また、水中翼２１は、重心Ｇの近傍かつ前方に位置する。このため、水中翼２１の揚力の変化によるトリムモーメントの変化が少ない。船体に荷物などを積載し、船体の重心位置が変化した場合においても、重心位置は、船底の前部および後部において発生する大きな船底圧力分布の間におさまり、トリムの変化が少ない。そして、水中翼２１の揚力を大きくした状態でも航走の安定性を確保でき、大きな航走抵抗低減効果をえることができる。
【００２８】
次に、図１１を用いて、２段ステップ船型水中翼付き船の航走時のトリムモーメントと水中翼揚力負担率の関係について説明する。図１１において、破線で示した曲線は、従来のステップ船型水中翼付き船における航走時トリムモーメントと、水中翼揚力分担率の関係を示すものである。一点鎖線の直線は、航走時トリムモーメントの安定限界を示すものである。この値より低いトリムモーメントでは、船はポーポイジングを起こし、安定して走ることができない。ここで、水中翼揚力分担率は水中翼揚力を船体質量で割ったものである。図１１においては、縦軸は上方に向かうにつれ航走時トリムモーメントが増加して水中翼付き船が安定する。そして、横軸は右に向かうにつれ水中翼揚力が増大するものである。図１１に示すごとく、ステップ船型においては、水中翼揚力分担率の変化に伴うトリムモーメントの変化が複雑であり、水中翼揚力分担率が小さい場合と大きい場合に、トリムモーメントが安定限界以下となる。２段ステップ船型においては、水中翼揚力分担率が大きい場合でも航走時トリムモーメントが安定限界を下まわることがなく、水中翼揚力分担率が大きな場合でも船体の安定性が保たれ、操作性がよい。
【００２９】
次に、図１２および図１３を用いて、水中翼揚力の設定方法、および推進機チルト角の設定方法について説明する。まず、図１２において、水中翼揚力の設定方法について説明する。縦軸は停船時のトリムを示すものであり、横軸は停船時の喫水量を示すものである。停船時のトリムおよび喫水量は、図７に示す傾斜センサ１８および水面センサ１７により検出されるものである。制御系に配設されたコントローラ１６には図１２のＬ１・Ｌ２・Ｌ３・に対応した揚力設定値が設けられている。例えば、停船時のトリムが値ａであり、停船時喫水が値ｂである場合には、直線Ｌ１に対応した値が水中翼の揚力設定値となる。また、停船時のトリムが値ａであり、停船時喫水が値ｃある場合には、直線Ｌ２に対応した値が水中翼の揚力設定値となる。なお、直線Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３・・・に対応した設定値は直線の位置が右側にあるほど、設定値が大きくなる構成になっている。すなわち、コントローラ１６において、傾斜センサ１８および水面センサ１７の値が認識され、この値よりコントローラ１６に記憶されているマップにより、水中翼設定揚力が決定される。停船時のトリムおよび、停船時の喫水量から、最適な水中翼の揚力設定を行うことができ、水中翼船の操作性が向上する。
【００３０】
次に、図１３において、水中翼揚力の設定方法について説明する。縦軸は停船時のトリムを示すものであり、横軸は停船時の喫水量を示すものである。制御系に配設されたコントローラ１６には図１３のＴ１・Ｔ２・Ｔ３・・・に対応した推進機設定チルト角が設けられている。例えば、停船時のトリムが値ａであり、停船時喫水が値ｂである場合には、直線Ｔ１に対応した値が推進機のチルト角設定値となる。また、停船時のトリムが値ａであり、停船時喫水が値ｃある場合には、直線Ｔ２に対応した値が推進機のチルト角設定値となる。なお、直線Ｔ１・Ｔ２・Ｔ３・・・に対応した設定値は直線の位置が右側にあるほど、設定値が大きくなる構成になっている。すなわち、コントローラ１６において、傾斜センサ１８および水面センサ１７の値が認識され、この値よりコントローラ１６に記憶されているマップにより、推進機設定チルト角が決定される。停船時のトリムおよび、停船時の喫水量から、最適な推進機のチルト角設定を行うことができ、水中翼船の操作性が向上する。なお、チルト角は、推進機２２のスクリュウの回動軸より前方に延出した直線と水平面のなす角が大きくなる方向を大（正）としている。
【００３１】
次に、図１４において、コントローラ１６による制御構成について説明する。コントローラ１６には、クラッチ中立スイッチ１４、リミットスイッチ６３、圧力センサ４２、水面センサ１７、傾斜センサ１８、推進機チルト角センサ１１、および操作盤１５の信号が入力される。そして、コントローラ１６の出力により、電動油圧ポンプ３５、ストップバルブ４１、推進機油圧ユニット１３、および表示盤に作動する。コントローラ１６は、油圧ポンプ３５においては駆動および正逆転を、ストップバルブ４１においては開閉を制御する。推進機油圧ユニット１３においては、推進機チルトシリンダ１２に圧油を供給する油圧モータの駆動および正逆転を制御することにより、推進機２２のチルト角を制御する。表示盤は操作盤１５の近傍に配設されるものであり、コントローラ１６の制御状況を認識するものである。コントローラ１６に入力された信号により、表示盤の異常ランプ、航行可能ランプ、揚力設定・チルトアップ可能ランプの点灯もしくは消灯がなされる。また、コントローラ１６により表示盤に推進機チルト角が表示される。
【００３２】
次に、図１５を用いて、水中翼付き船コントローラのモード遷移について説明する。水中翼付き船は始動時には、待機モードに設定されており、水中翼により航走する際には、手動によりチルトダウンモードに設定を行う。チルトダウンモードは、水中翼２１が接続した水中翼支持柱３１を下方に回動させ、水中翼２１による航走状態にするためのモードである。チルトダウンモードにより、水中翼２１が航走状態となった後に、自動的に設定モードに移る。設定モードにおいては、前述のごとく、水面センサ１７、傾斜センサ１８により、水中翼船の状態に応じた水中翼揚力設定、推進機チルト角設定が行われる。設定モードにおいて水中翼船の各種の設定が行われると、自動的に航走モードに移る。異常時には手動により設定モードより航走モードに移ることもできる。航走モードにおいて、水中翼付き船の水中翼を用いた走行が可能となる。航走モードにおいては、手動により設定モードまたはチルトアップモードに移ることができる。チルトアップモードでは、水中翼２１が収納される構成になっている。チルトアップモードにおいて水中翼が収納された後に、待機モードに移るものである。また、異常時には手動によりチルトアップモードから待機モードもしくは待機モードからチルトアップモードへの遷移を手動により行える。
【００３３】
図１６において、設定モードにおける処理を示すのフローチャートについて説明する。まず、チルトダウンモードより設定モードに移った際には、クラッチの中立が問われる。クラッチが中立である場合には、喫水・トリム・推進機チルト角が検出される。クラッチが中立でない場合には、異常ランプが点灯し、リセットスイッチのＯｎ−Ｏｆｆ状態が問われる。そして、リセットスイッチがＯｎである場合には、異常ランプが消灯され、クラッチ中立の判断処理に戻り、リセットスイッチがＯｎでない場合には異常ランプ点灯の処理に戻る。クラッチが中立であり、喫水・トリム・推進機チルト角が検出されると、推進機チルト角の設定値の算出が行われる。そして、油圧ユニット１３が駆動され、推進機２２が設定値のチルト角に調節される。次に、水中翼揚力設定のために設定圧力Ｐｄが算出される。そして、作動油の圧力Ｐが設定圧力Ｐｄ以上となるまで、油圧ポンプ３５を駆動するモータの駆動およびストップバルブ４１の開閉が制御される（モータは駆動され、ストップバルブ４１は開かれる）。制御シリンダ３４に流入する作動油の圧力Ｐが設定圧力Ｐｄ以上となと、油圧ポンプ３５を駆動するモータの駆動が停止され、およびストップバルブ４１が閉じられる。そして、航走モードに移行する。一定時間Ｔ２経過しても、前記作動油の圧力Ｐが、設定圧力Ｐｄ以上にならない場合には異常ランプが点灯して、油圧ポンプ３５を駆動するモータの駆動が停止され、ストップバルブ４１が閉じられる。そして、リセットスイッチのＯｎ−Ｏｆｆ状態が問われる。リセットスイッチがＯｎである場合には、航走モードに移行し、リセットスイッチがＯｎでない場合には異常ランプ点灯の処理に戻る。
【００３４】
図１７において、航走モードにおける処理を示すフローチャートについて説明する。まず、設定モードより航走モードに移った際には、航走可能ランプが点灯し、クラッチの中立が問われる。クラッチが中立である場合には、一定時間Ｔ３が経過した後に、揚力設定・チルトアップ可能ランプが点灯する。クラッチが中立でない場合には、航走ランプ点灯の処理に戻る。そして、チルトアップスイッチのＯｎ−Ｏｆｆ状態が問われる。チルトアップスイッチがＯｎである場合には、チルトアップモードに移行する。チルトアップスイッチがＯｎでない場合には、リセットスイッチのＯｎ−Ｏｆｆ状態が問われる。リセットスイッチがＯｎである場合には、水中翼揚力設定用の作動油圧力Ｐが設定圧力Ｐ０以下となるまで、油圧ポンプ３５を駆動するモータを逆転方向（作動油の圧力を減少させる方向）に駆動し、ストップバルブ４１を開く。制御シリンダ３４に流入する作動油の圧力Ｐが設定圧力Ｐ０以下となと、油圧ポンプ３５を駆動するモータの駆動が停止され、およびストップバルブ４１が閉じられる。そして、設定モードに移行する。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように水中翼装置を構成することにより、次のような効果を奏する。
請求項１に記載のごとく、船底（２３）に第一ステップ（３）と第二ステップ（４）の前後２つのステップを有する２段ステップ船型の全没型水中翼付き船において、該水中翼（２１）の支持柱（３１）を、第一ステップ（３）と第二ステップ（４）の２つのステップの間に配置し、該第一ステップ（３）は該水中翼（２１）が下方に突出回動した状態で、該水中翼（２１）の前方に設け、該第二ステップ（４）は該突出した状態の水中翼（２１）の後ろ側に設け、該水中翼（２１）を収納する収納段部（２５）を第二ステップ（４）の直後の位置に設け、水中翼支持柱（３１）の回動支点は第一ステップ（３）の直後の位置に設け、該収納段部（２５）より前方に連接して船底（２３）に収納凹部（２３ａ）を形成し、該水中翼（２１）を該収納段部（２５）内に収納している際、水中翼（２１）を支持する支持柱（３１）を該収納凹部（２３ａ）内に収納すべく構成し、該水中翼付き船に求められる最適重心位置（Ｇｉ）が、該水中翼（２１）を航走状態にした場合と、該水中翼（２１）を収納した場合とで殆ど変化せず、前記第一ステップ（３）と第二ステップ（４）との間に位置すべく構成したので、最適重心位置が変化しないことにより、水中翼の揚力が大きく変動せず航走の安定を確保できるとともに、水中翼揚力による抵抗低減効果をえることができる。
【００３６】
請求項２記載のごとく、前記水中翼（２１）を操作する制御シリンダ（３４）と、揚力を制御するアキュムレータシリンダ（３６）と、アキュムレータシリンダ（３６）のピストンを付勢するバネ（３７）を設け、該制御シリンダ（３４）とアキュムレータシリンダ（３６）は油路（４４・４５）により流体接続し、前記水中翼（２１）の揚力を一定に制御可能としたので、航走の安定を確保でき、大きな抵抗低減効果を得ることができる。
【００３７】
請求項３に記載の如く、停船時の喫水もしくはトリム角により、水中翼（２１）の揚力および推進機（２２）もしくは船体後部に配設したフラップ（２２ａ）の設定角度を調節するので、重心位置の変化によるトリム変化をほぼ０にでき、水中翼揚力を最大限に大きく設定できるため、大きな抵抗低減効果をえることができる。水中翼が重心位置より前に位置し、積載量が多い場合で滑走前のトリムが大きく滑走に入りにくいという不具合いを解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  水中翼船の全体側面図。
【図２】  船底２段ステップ部を示す側面図。
【図３】  水中翼の支持機構を示す側面断面図。
【図４】  図３におけるＡ−Ａ線断面図。
【図５】  水中翼揚力調節機構を示す模式図。
【図６】  揚力設定の過程を示す模式図。
【図７】  水中翼の揚力調節機構および推進機のチルト角設定機構を示す模式図。
【図８】  推進機のチルト角調節機構とフラップ角度調節機構を示す模式図。
【図９】  ２段ステップ船型における最適重心位置を示す図。
【図１０】  同じく水中翼揚力増大にともなう船底水圧分布およびトリムモーメントの変化を概念的に示す図。
【図１１】  トリムモーメントと水中翼揚力分担率の関係を示す図。
【図１２】  停船時のトリム、停船時喫水、および水中翼揚力設定の関係を示す図。
【図１３】  停船時のトリム、停船時喫水、および推進機設定チルト角の関係を示す図。
【図１４】  コントローラによる制御構成を示す図。
【図１５】  水中翼船コントローラのモード遷移を示す図。
【図１６】  設定モードの処理構成を示す図。
【図１７】  同じく航走モードの処理構成を示す図である。
【図１８】  水中翼船の水中翼付きの場合と、水中翼なしの場合とにおける最適重心位置Ｇｉの位置関係を示す図である。
【図１９】  水中翼の揚力増大に伴う船底水圧分布およびトリムモーメントの変化を概念的に示した図である。
【符号の説明】
１    水中翼船
３    第一ステップ
４    第二ステップ
１０  エンジン
１１  チルト角センサ
１２  推進機チルトシリンダ
１３  油圧ユニット
１４  クラッチ中立スイッチ
１５  操作盤
１６  コントローラ
１７  喫水センサ
１８  傾斜センサ
２１  水中翼
２２  推進機
２３  船底
３１  水中翼支持柱
３４  油圧シリンダ
３６  アキュムレータシリンダ
４２  圧力センサ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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