(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船首部と、両舷が互いに平行な中央部と、船尾部と、からなる肥大形状の船体を有する肥大船の操縦性能推定方法であって、
前記船体に作用する船体流体力について、
前記船体を、前記船首部のエントランス部と、前記中央部のパラレル部と、前記船尾部のラン部と、に分離するとともに、
これらエントランス部、パラレル部およびラン部における船体流体力の前記船体の進行方向に直角な横方向における横方向分力をそれぞれ独立に演算することを特徴とする肥大船の操縦性能推定方法。
【請求項２】
前記横方向分力は、前記船体の前記エントランス部、前記パラレル部および前記ラン部の流体微係数にもとづきこれをそれぞれ演算することを特徴とする請求項１記載の肥大船の操縦性能推定方法。
【請求項３】
前記船体流体力の前記横方向分力に関する、前記エントランス部の流体微係数ＹＥβ’、前記パラレル部の流体微係数ＹＰβ’、および前記ラン部の流体微係数ＹＲβ’について、
前記エントランス部における前記船体流体力の前記横方向分力をＹＥ、前記パラレル部における前記船体流体力の前記横方向分力をＹＰ、前記ラン部における前記船体流体力の前記横方向分力をＹＲ、流体の粘性係数をρ、前記船体の船速をＵ（メートル／秒）、前記船体の吃水線における前記エントランス部の長さをＬＥ（メートル）、前記船体の吃水線における前記パラレル部の長さをＬＰ（メートル）、前記船体の吃水線における前記ラン部の長さをＬＲ（メートル）、吃水をｄ（メートル）、斜航角をβ（ラジアン）、としたときに、
ＹＥβ’＝ＹＥ／（（１／２）・ρ・Ｕ2・ＬＥ・ｄ・β）、
ＹＰβ’＝ＹＰ／（（１／２）・ρ・Ｕ2・ＬＰ・ｄ・β）、および
ＹＲβ’＝ＹＲ／（（１／２）・ρ・Ｕ2・ＬＲ・ｄ・β）、とし、
さらに、前記エントランス部のプリズマティック係数をＣPF、形状影響係数をＫとしたときに、
０＜ＹＥβ’≦０．１ＣPF、
０．１≦ＹＰβ’≦０．２、
１．３Ｋ≦ＹＲβ’≦２．５Ｋ、
とすることを特徴とする請求項１記載の肥大船の操縦性能推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は肥大船の操縦性能推定方法にかかるもので、とくに巨大タンカーや大型船舶その他の肥大船についてその操縦性能を推定するために、船体への流体力を演算するという、肥大船の操縦性能推定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のとくに巨大タンカーや大型船舶その他の肥大船は、船首部と、両舷が互いに平行な中央部と、船尾部と、からなる肥大形状の船体を有し、他の船舶に比較して、全体の形状が、いわゆるずんぐりむっくり型である。
したがって、その操縦性能が劣るとともに不安定であり、しかも万が一海難事故などを引き起こした場合には、その影響が甚大であり、その操縦性能を早期に推定することはきわめて重要な課題である。
しかしながら、その操縦性能ないしは操縦性不安定性を予測するために、従来は、時間とコストがかかる水槽試験、あるいは精度上不十分な理論計算に頼らざるを得なかった。
【０００３】
従来の肥大船の操縦性能推定方法としては、以下のような方法がある。
第１の方法は、実船と相似な模型船を製作し、水槽試験により、その操縦性能を確認する方法である。
しかしながらこの方法は、コストと時間がかかるという問題がある。
【０００４】
第２の方法は、細長体理論を用いて操縦時における船体への流体力を求め、これを運動方程式（質点の回転をともなうニュートン方程式）にあてはめてシミュレーションを行う方法である。
しかしながらこの方法は、精度上不十分であるという問題がある。
【０００５】
第３の方法は、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）による数値計算を用いて操縦流体力（船体流体力）を求め、上述の第２の方法と同様にシミュレーションを行う方法である。
具体的には、図７に示すように、船体１に対して斜航角βで流体が作用するという準定常な運動状態の場合に、船体１の重心２に作用する操縦流体力Ｆ（船体流体力）の進行方向分力をＦｘ、進行方向に直角な横方向における横方向分力をＦｙ、回転方向におけるモーメントをＮｚとしたときに、これらの進行方向分力Ｆｘ、横方向分力ＦｙおよびモーメントＮｚを演算するものである。
なお進行方向分力Ｆｘは、操縦性能には大きな影響はないので、操縦性能推定のためには通常は大きな問題はないが、それぞれの斜航角βに対する、とくに横方向分力ＦｙおよびモーメントＮｚを演算し、これらを運動方程式にあてはめて、その操縦性能を推定するものである。
しかしながらこの方法は、時間がかかる割には精度上もまだ不十分であるという問題がある。
【０００６】
第４の方法は、上記ＣＦＤによる数値計算により、個々の運動状態において、上述の第３の方法のように運動方程式を用いるのではなく、非定常な船体の運動を直接求める方法である。
しかしながらこの方法も、第３の方法以上に時間がかかり、精度上もまだ不十分であるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、肥大船の操縦性能について、簡単かつコストが低く、さらに高精度な推定を可能とした肥大船の操縦性能推定方法を提供することを課題とする。
【０００８】
また本発明は、水槽試験や理論計算によらず、ごく簡単な演算で精度よく実施可能な肥大船の操縦性能推定方法を提供することを課題とする。
【０００９】
また本発明は、肥大船の流体微係数を、従来から広く知られている単純なパラメーターにより表現可能とした肥大船の操縦性能推定方法を提供することを課題とする。
【００１０】
また本発明は、船首部あるいは船尾部に変更があっても、従来のように変更がない部分も含めた船体全体について推定するのではなく、その変更部分における流体力を独立に演算するだけで、操縦性能を推定可能な肥大船の操縦性能推定方法を提供することを課題とする。
【００１１】
また本発明は、従来の操縦性能推定方法において、たとえば船体の長さ、幅および吃水、さらには船体の進行方向に直角な縦断面における体積係数など、船全体の諸要目を用いて流体力を推定するのとは異なり、平行部があるという肥大船の特徴を活かした船型分離により、高精度な流体力の推定を可能とした肥大船の操縦性能推定方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、肥大船がその形状ゆえに操縦性能が劣るという船型の特徴を逆に利用すること、すなわち、船体をエントランス部（船首部）、パラレル部（中央の平行部）、およびラン部（船尾部）にみっつに分割したときに、パラレル部には流体ないし流線が事実上平行に流れるだけであって外力としての作用が一定であると考えられること、さらに、これらのエントランス部、パラレル部およびラン部それぞれについて独立に流体微係数を実験的に得ることが可能であることに着目したもので、船首部と、両舷が互いに平行な中央部と、船尾部と、からなる肥大形状の船体を有する肥大船の操縦性能推定方法であって、上記船体に作用する船体流体力について、上記船体を、上記船首部のエントランス部と、上記中央部のパラレル部と、上記船尾部のラン部と、に分離するとともに、これらエントランス部、パラレル部およびラン部における船体流体力をそれぞれ独立に演算することを特徴とする肥大船の操縦性能推定方法である。
【００１３】
上記船体流体力は、これを横方向分力とすることができる。
【００１４】
上記船体流体力の横方向分力に関する、上記エントランス部の流体微係数ＹＥβ’、上記パラレル部の流体微係数ＹＰβ’、および上記ラン部の流体微係数ＹＲβ’について、上記エントランス部における上記船体流体力の横方向分力をＹＥ、上記パラレル部における上記船体流体力の横方向分力をＹＰ、上記ラン部における上記船体流体力の横方向分力をＹＲ、流体の粘性係数をρ、上記船体の船速をＵ（メートル／秒）、上記船体の吃水線における上記エントランス部の長さをＬＥ（メートル）、上記船体の吃水線における上記パラレル部の長さをＬＰ（メートル）、上記船体の吃水線における上記ラン部の長さをＬＲ（メートル）、吃水をｄ（メートル）、斜航角をβ（ラジアン）、としたときに、
ＹＥβ’＝ＹＥ／（（１／２）・ρ・Ｕ2・ＬＥ・ｄ・β）、
ＹＰβ’＝ＹＰ／（（１／２）・ρ・Ｕ2・ＬＰ・ｄ・β）、および
ＹＲβ’＝ＹＲ／（（１／２）・ρ・Ｕ2・ＬＲ・ｄ・β）、とし、
さらに、上記エントランス部のプリズマティック係数をＣPF、形状影響係数をＫとしたときに、
０＜ＹＥβ’≦０．１ＣPF、
０．１≦ＹＰβ’≦０．２、
１．３Ｋ≦ＹＲβ’≦２．５Ｋ、
とすることができる。
【００１５】
本発明による肥大船の操縦性能推定方法においては、船体のエントランス部、パラレル部およびラン部という船型分離を行っている。
すなわち、エントランス部およびラン部が互いに干渉することがない。換言すれば、エントランス部における流体力がパラレル部をこえてラン部に影響することがなく、逆にラン部における流体力がパラレル部をこえてエントランス部に影響することがない。この実態に着目し、エントランス部、パラレル部およびラン部の部分について、肥大船の操縦性能を求めるための船体流体力をそれぞれ独立に演算するようにしたので、各部分についてそれぞれ独立に流体微係数を推定してこれを合成し、船体全体の操縦性能を推定することができる。
とくに、横方向の分力（横方向流体力）について演算が可能であれば、回転力（モーメント）は、横方向流体力にもとづいて従来公知の単純な式からこれを演算可能であり、船体全体としての操縦性能を精度よく、かつ低コストで推定可能である。
【００１６】
したがって、たとえば船首部あるいは船尾部に変更があっても、従来のように変更がない部分も含めた船体全体について操縦性能を推定する必要はなく、その変更部分における流体力のみを新たに独立に演算するだけで、操縦性能を推定可能である。
つまり、変更部分があるたびに従来のように船体全体としてシミュレーションあるいは演算をする必要がなく、コストおよび時間を節約することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明による肥大船の操縦性能推定方法を図１ないし図６にもとづき説明する。ただし、図７と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、肥大船１０の吃水線ＷＬにおける水平断面および側断面を示した説明図で、本発明においては、肥大船１０について船首方向のエントランス部１１、両舷が互いに平行な中央に位置するパラレル部１２、および船尾方向のラン部１３のみっつに分けて考える。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線端面図、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線端面図、図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線端面図である。
【００１８】
従来の技術の欄において既述したように、進行方向における流体力分力Ｆｘは操縦性能に大きな影響を与えないので、肥大船１０全体の横方向分力をＹ、エントランス部１１、パラレル部１２、ラン部１３についての局所的な流体力について、エントランス部１１の横方向分力をＹＥ、パラレル部１２の横方向分力をＹＰ、ラン部１３の横方向分力をＹＲとし、さらに肥大船１０のモーメントをＮ、肥大船１０の重心位置１０Ａからのエントランス部１１の重心位置１１Ａまでの距離をＬ１１、肥大船１０の重心位置１０Ａからのパラレル部１２の重心位置１２Ａまでの距離をＬ１２、肥大船１０の重心位置１０Ａからのラン部１３の重心位置１３Ａまでの距離をＬ１３、とすれば、
Ｙ＝ＹＥ＋ＹＰ＋ＹＲ                              ．．．式（１）
Ｎ＝ＹＥ・Ｌ１１＋ＹＰ・Ｌ１２＋ＹＲ・Ｌ１３      ．．．式（２）
として得ることができる。
【００１９】
ここで、従来から公知のように、
Ｙ＝Ｙβ’／（（１／２）・ρ・Ｕ2・Ｌ・ｄ・β）    ．．．式（３）
と定義することができる。
Ｙβ’は肥大船１０の流体微係数、ρは流体の粘性係数、Ｕは肥大船１０の船速（メートル／秒）、Ｌは吃水線ＷＬにおける肥大船１０の長さ（メートル）（エントランス部１１の先端部１４からラン部１３における舵軸１５までの長さ、垂線間長）、ｄは吃水（メートル）、βは斜航角（ラジアン）である。
また、エントランス部１１の長さをＬＥ（メートル）、パラレル部１２の長さをＬＰ（メートル）、ラン部１３の長さをＬＲ（メートル）、としたときに、エントランス部１１、パラレル部１２、ラン部１３についてのそれぞれの流体微係数ＹＥβ’、ＹＰβ’、ＹＲβ’は、それぞれの流体力ＹＥ、ＹＰ、ＹＲから
ＹＥβ’＝ＹＥ・（（１／２）・ρ・Ｕ2・ＬＥ・ｄ・β）  ．．式（４）
ＹＰβ’＝ＹＰ・（（１／２）・ρ・Ｕ2・ＬＰ・ｄ・β）  ．．式（５）
ＹＲβ’＝ＹＲ・（（１／２）・ρ・Ｕ2・ＬＲ・ｄ・β）  ．．式（６）
と表現することができる。
すなわちＹＥβ’、ＹＰβ’、ＹＲβ’は、エントランス部１１の長さＬＥ、パラレル部１２の長さＬＰ、およびラン部１３の長さＬＲを用いてこれを無次元化したもので、ＹＥ、ＹＰ、ＹＲの斜航角βに対するそれぞれの勾配に相当する。
【００２０】
しかして、本発明においては、実験結果から、
ＹＥβ’＝ｆ（ＣPF）                ．．．式（７）
すなわち、エントランス部１１の流体微係数ＹＥβ’は、エントランス部１１のプリズマティック係数ＣPFの関数として、
ＹＰβ’＝所定範囲の定数            ．．．式（８）
すなわち、パラレル部１２の流体微係数ＹＥβ’は、定数として、
ＹＲβ’＝ｆ（Ｋ）                  ．．．式（９）
すなわち、ラン部１３の流体微係数ＹＲβ’は、形状影響係数Ｋの関数として、それぞれ表現することができることが判明した。
具体的には、
０＜ＹＥβ’≦０．１ＣPF          ．．．式（１０）
０．１≦ＹＰβ’≦０．２          ．．．式（１１）
１．３Ｋ≦ＹＲβ’≦２．５Ｋ      ．．．式（１２）
である。
とくに好ましくは、
０＜ＹＥβ’≦０．０６ＣPF        ．．．式（１３）
０．１４≦ＹＰβ’≦０．１５      ．．．式（１４）
１．８Ｋ≦ＹＲβ’≦１．９Ｋ      ．．．式（１５）
である。
したがって、式（４）、（５）、（６）から各部１１、１２、１３の流体力ＹＥ、ＹＰ、ＹＲを演算することができ、さらに式（１）、（２）から、肥大船１０全体の流体力の横方向分力Ｙ、および肥大船１０のモーメントＮを求めることができる。これらを運動方程式にあてはめれば、公知の手法により肥大船１０の操縦性能を推定することができる。
【００２１】
エントランス部１１のプリズマティック係数ＣPF、および形状影響係数Ｋはともに、従来から公知のパラメーターであり、肥大船１０の全体形状が与えられれば、所定の数値として得られるものである。
図５は、エントランス部１１のプリズマティック係数ＣPFを概説するための斜視図であって、肥大船１０の吃水線ＷＬ以下の前方側容積部分１０Ｆを内接する直方体１６を想定したときに、
ＣPF＝ＶＦ／（（１／２）・Ｌ・Ｂ・ｄ・ＣP）    ．．．式（１６）
ＣP＝ａ／（Ｂ・ｄ）                            ．．．式（１７）
と定義される。
ただし、ＶＦは前方側容積部分１０Ｆの容積、Ｌは肥大船１０の長さ、Ｂは肥大船１０の中央部（パラレル部１２）の幅、ｄは吃水、ａは船体（肥大船１０）の最大断面積である。
すなわち、プリズマティック係数ＣPFは、エントランス部１１の容積に関連するパラメーターである。
【００２２】
図６は、形状影響係数Ｋを概説するための側面図であって、吃水線ＷＬ以下の肥大船１０の浸水面積部分１０Ｓに作用する抵抗Ｒは、流体の粘性からの抵抗をＲＶ、波からの抵抗をＲＷ、浸水面積部分１０Ｓを図示のように板状に展開したときの抵抗をＲＦ、とすると、
Ｒ＝ＲＶ＋ＲＷ              ．．．式（１８）
ＲＶ＝（１＋Ｋ）・ＲＦ      ．．．式（１９）
である。
すなわち、形状影響係数Ｋは、肥大船１０の形状ないし抵抗に関連したパラメーターである。
この形状影響係数Ｋは、船体模型を用いた抵抗実験により上記式（１８）、（１９）を用いてこれを求めることができる。
なお形状影響係数Ｋは、上記抵抗実験および式（１８）、（１９）を用いる以外にも、Ｌ／Ｂ、Ｂ／ｄ、ＣB（ＣB＝Ｖ／（（１／２）・Ｌ・Ｂ・ｄ））（ただし、Ｖは肥大船１０の容積）などの公知のパラメーターを用いて公知の推定式によりこれを求めることもできる。
【００２３】
なお、エントランス部１１の長さＬＥは、肥大船１０の全体の長さＬに対して２０〜３０％、通常は２５％程度である。またパラレル部１２の長さＬＰは、肥大船１０の全体の長さＬに対して３０〜８０％、通常は５０％程度である。
【００２４】
従来のように、たとえばＬ／Ｂ、Ｂ／ｄ、ＣBなど、肥大船１０全体を表す各種の船型パラメーターを用いて流体力を推定する場合に、全体として演算するがゆえに得られた結果が、かえって船体形状により流体力（具体的には横方向分力Ｙ、およびモーメントＮ）としてかなりのばらつきがあり、精度が低いことが問題であったが、上述のような本発明の操縦性能推定方法によれば、その推定精度を向上させることができるとともに、従来公知のパラメーター（エントランス部１１のプリズマティック係数ＣPF、および形状影響係数Ｋ）を用いることができて、コストおよび時間の節約も可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、肥大船をエントランス部、パラレル部およびラン部に船型分離し、それぞれにおける流体力を簡単なパラメーターで表現することができるため、肥大船の操縦性能を精度よく簡単に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による肥大船の操縦性能推定方法を説明するための、肥大船１０の吃水線ＷＬにおける水平断面および側断面を示した説明図である。
【図２】同、図１のＩＩ−ＩＩ線端面図である。
【図３】同、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線端面図である。
【図４】同、図１のＩＶ−ＩＶ線端面図である。
【図５】同、エントランス部１１のプリズマティック係数ＣPFを概説するための斜視図である。
【図６】同、形状影響係数Ｋを概説するための側面図である。
【図７】一般的な船体１に対して斜航角βで流体が作用するという準定常な運動状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１  船体（図７）
２  船体１の重心
１０  肥大船（図１）
１０Ａ  肥大船１０の重心位置
１０Ｆ  肥大船１０の吃水線ＷＬ以下の前方容積部分（図５）
１０Ｓ  肥大船１０の浸水面積部分（図６）
１１  肥大船１０のエントランス部（船首部）（図１）
１１Ａ  エントランス部１１の重心位置
１２  肥大船１０のパラレル部（平行部）（図１）
１２Ａ  パラレル部１２の重心位置
１３  肥大船１０のラン部（船尾部）（図１）
１３Ａ  ラン部１３の重心位置
１４  エントランス部１１の先端部
１５  ラン部１３における舵軸
１６  肥大船１０の吃水線ＷＬ以下の前方容積部分１０Ｆを内接する直方体（図５）
ＷＬ  肥大船１０の吃水線（図１）
Ｙ    肥大船１０全体における流体力の横方向分力
ＹＥ  エントランス部１１における流体力の横方向分力
ＹＰ  パラレル部１２における流体力の横方向分力
ＹＲ  ラン部１３における流体力の横方向分力
Ｎ    肥大船１０のモーメント
Ｌ１１  肥大船１０の重心位置１０Ａからのエントランス部１１の重心位置１１Ａまでの距離（図１）
Ｌ１２  肥大船１０の重心位置１０Ａからのパラレル部１２の重心位置１２Ａまでの距離（図１）
Ｌ１３  肥大船１０の重心位置１０Ａからのラン部１３の重心位置１３Ａまでの距離（図１）
Ｙβ’  肥大船１０についての流体微係数
ＹＥβ’  エントランス部１１についての流体微係数
ＹＰβ’  パラレル部１２についての流体微係数
ＹＲβ’  ラン部１３についての流体微係数
ρ    流体の粘性係数
Ｕ    肥大船１０の船速
Ｌ    吃水線ＷＬにおける肥大船１０の長さ（エントランス部１１の先端部１４からラン部１３における舵軸１５までの長さ、垂線間長）（図１）
ｄ    吃水（図１、図５）
β    斜航角（図１、図７）
ＬＥ  エントランス部１１の長さ（図１）
ＬＰ  パラレル部１２の長さ（図１）
ＬＲ  ラン部１３の長さ（図１）
ＣPF  エントランス部１１のプリズマティック係数
Ｋ    形状影響係数
ＶＦ  前方側容積部分１０Ｆの容積（図５）
Ｂ    肥大船１０の中央部（パラレル部１２）の幅（図５）
ａ    船体（肥大船１０）の最大断面積（図６）
Ｒ    吃水線ＷＬ以下の肥大船１０の浸水面積部分１０Ｓに作用する抵抗（図６）
ＲＶ  流体の粘性からの抵抗（図６）
ＲＷ  波からの抵抗をＲＷ（図６）
ＲＦ  浸水面積部分１０Ｓを板状に展開したときの抵抗（図６）
Ｖ    肥大船１０の容積
【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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