JP 2023-42170 A 2023.3.27(57)【要約】【課題】横揺抵抗増加を合理的に低減して船舶の燃費等を向上させることができる船舶の横揺抵抗増加低減方法、横揺抵抗増加低減システム、及び船舶を提供すること。
【解決手段】自動運航船の運航方法においては、波浪中での船体の横揺により生ずる船舶１の横揺抵抗増加を低減する方法であって、横揺抵抗増加ＲＡＷ Ｒｏｌｌを支配する船体の横揺減衰力係数Ｂ４４、横揺慣動半径ｋ、横揺角、及び喫水ｄについて、横揺減衰力係数のｘｘ低減、横揺慣動半径の低減、横揺角の低減、及び喫水の増加のうちの少なくともいずれか一つを、波浪特性に対応して実行することにより横揺抵抗増加を低減する。
【選択図】図１

(2)JP 2023-42170 A 2023.3.27【特許請求の範囲】【請求項１】
波浪中での船体の横揺により生ずる船舶の横揺抵抗増加を低減する方法であって、横揺抵抗増加を支配する前記船体の横揺減衰力係数、横揺慣動半径、横揺角、及び喫水について、前記横揺減衰力係数の低減、前記横揺慣動半径の低減、前記横揺角の低減、及び前記喫水の増加のうちの少なくともいずれか一つを、波浪特性に対応して実行することにより前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項２】
前記横揺抵抗増加を式（１）に基づいて評価することを特徴とする請求項１に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【数１】

Ｒ Ａ Ｗ Ｒ ｏ ｌ ｌ :横 揺 抵 抗 増 加
ｋ：角波数（波浪特性）
ωｅ：出会波角周波数（波浪特性）
Ｂ４４：横揺減衰力係数
ｋｘｘ：無次元横揺慣動半径（横揺慣動半径）
φａ：横揺角振幅
ｄ：喫水
Ｌｐｐ：垂線間長【請求項３】
前記船体の横揺固有周期に関連する前記横揺慣動半径及び横メタセンタ高さの少なくとも一方を変え、前記横揺固有周期を変化させることにより、前記波浪特性に対応して前記
横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項４】
前記横揺固有周期を式（２）に基づいて評価することを特徴とする請求項３に記載の横揺抵抗増加低減方法。
【数２】

Ｔφ：横揺固有周期
ｋｘｘ：無次元横揺慣動半径（横揺慣動半径）
Ｂ：最大船幅ｇ：重力加速度
ＧＭ：横メタセンタ高さ【請求項５】
前記船体の左右方向の重量分布を変更して前記無次元横揺慣動半径ｋｘｘを変えること
により、前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項４に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項６】
前記船体の上下方向の重量分布を変更して前記横メタセンタ高さＧＭを変えることにより、前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項７】
前記船体の喫水ｄ及びトリムの少なくとも一方を変更して前記無次元横揺慣動半径ｋｘ

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又は前記横メタセンタ高さＧＭを変えることにより、前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項２を引用する請求項４に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項８】
前記船体の形状を変えて前記横揺角振幅φａを小さくすることにより、前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項２を引用する請求項４に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項９】
前記船舶の船速を増し又は減らして前記横揺減衰力係数Ｂ４４又は前記横揺固有周期Ｔφを変えることにより、前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項２又は請求
項４に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項１０】前記船体に風力推進装置を備え、前記風力推進装置を制御して風により生じる前記船体の定傾斜を変更し前記横揺固有周期を変えることにより、前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項１１】
前記風力推進装置は、帆又はフレットナーローターであり、前記帆の角度を変える又は前記フレットナーローターの回転数を変えることにより制御を行うことを特徴とする請求
項１０に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項１２】前記船体の船底に可動式のセンターキールを備え、前記センターキールを出し入れし前記横揺固有周期を変えることにより、前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求
項１０又は請求項１１に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項１３】前記船体に舵又は可変ピッチプロペラを備え、前記舵又は前記可変ピッチプロペラを制御し、前記波浪特性に関連する波浪との出会いタイミングを変化させることにより、前記
横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項１４】前記船体の左右にプロペラを備え、左右の前記プロペラの回転数を制御し、前記波浪特性に関連する波浪との出会いタイミングを変化させることにより、前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項１５】
前記波浪特性を取得して波スペクトルを求め、前記波浪特性に関連する波浪の波長と前記垂線間長との関係及び前記横揺固有周期より前記横揺抵抗増加の傾向を求め、前記波ス
ペクトルのピークと前記横揺抵抗増加のピークが重ならないように波浪との出会角及び前記船舶の船速の少なくとも一方を変化させることにより、前記横揺抵抗増加を低減することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項１６】前記船舶の航路の前記波浪特性を取得し、前記航路における前記横揺抵抗増加を低減するための前記波浪との出会角及び前記船速の少なくとも一方を変化させる操舵と主機の回転数を計画し、最適航海計画を策定することを特徴とする請求項１５に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法における最適航海計画を策定する最適航海計画策定手段、又は策定された最適航海計画を実行する最適航海計画実行手段を備えたことを特徴とする船舶の横揺抵抗増加低減システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の船舶の横揺抵抗増加低減システムを備えたことを特徴とする船舶。
【請求項１９】
ｘ

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請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の船舶の横揺抵抗増加低減方法に基づいて運航されることを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】
本発明は、波浪中での船体の横揺により生ずる船舶の横揺抵抗増加を低減する船舶の横揺抵抗増加低減方法、横揺抵抗増加低減システム、及び船舶に関する。
【背景技術】【０００２】
船舶は波浪中で抵抗が増加することにより船速が低下し、燃料消費量が増加することが知られている。
波浪中抵抗増加ＲＡＷの推定式はＲＡＷ＝ＲＡＷＭ＋ＲＡＷＲで表され、ＲＡＷＭは運動成分、ＲＡＷＲは反射波抵抗増加成分である。この波浪中抵抗増加推定式を用いること
により、向波中波浪中抵抗増加は精度よく推定できるが、横揺影響成分が考慮されていな
いため、斜波中では実測値との差が大きくなってしまう。
ここで、特許文献１には、ロール角度センサ、ジャイロ及び制御装置を有し、制御装置
は、横揺角度から基準横揺角に対する偏差を求める減算器と、方位角から目標方位角に対する偏差を求める減算器と、制御演算部とを備え、演算部は、横揺角偏差から求めた横揺角速度偏差と、方位偏差を小さくするフィン操作角度とを演算し、操作角度を制御信号としてフィンスタビライザ動力部に出力すると同時に、横揺角速度偏差と方位偏差とから操作舵角を求め、操作舵角を制御信号として舵取機に出力する減揺装置が開示されている。
また、特許文献２には、船舶の船首部に装備され、船舶の船首部の左舷および右舷にそれぞれ突出する船首左舷翼および船首右舷翼と、船舶の上下揺と縦揺と横揺とを同時に抑制すると共に波浪中抵抗増加も抑制するように船首左舷翼および船首右舷翼それぞれの翼角を独立に制御する制御手段とを装備する動揺抑制装置が開示されている。
また、特許文献３には、動揺計およびＨＥＡＶＥ計からの、一定時間内における船体運動のデータを監視するデータ監視装置と、予測する時間帯の気象・海象の予報値を収集す
る気象・海象予測処理装置と、船体運動の蓄積データを解析し、船体運動を一意に決定するモデル式を計算すると共に、予測する時間帯の気象・海象の予報値から求めた波スペク
トルと重ねあわせ、予測する時間帯での動揺およびＨＥＡＶＥのピークの予測値を求める
予測演算処理装置と、警報判定装置からなり、警報判定装置は、ピークの予測値が警報基準値を越える場合に警報を出力し、船上へのヘリコプター等の着艦及び安全な運航を支援する船体動揺予測機能付き船体運動監視装置が開示されている。
また、特許文献４には、波浪を構成する各波の波特性及び進行方位を算出する波浪解析
部と、各波の波特性及び進行方位に基づいて、動揺が小さくなるような水上浮揚体の好適方位を算出する好適方位算出部と、好適方位に水上浮揚体を向ける転向制御部とを備え、波浪により動揺する水上浮揚体の方位を制御する方位制御装置が開示されている。
【先行技術文献】【特許文献】【０００３】【特許文献１】特開２００２−２８４０８７号公報【特許文献２】特開２００５−１９３７４７号公報【特許文献３】特開平１１−７９０７６号公報【特許文献４】特開２０１３−１２４０１５号公報【発明の概要】【発明が解決しようとする課題】【０００４】
特許文献１、２、４は、波浪中の船体抵抗を低減しようとするものではあるが、それにあたって船舶の揺れの抑制以外は殆ど考慮していないものであり、横揺抵抗増加を合理的に低減するものではないため横揺抵抗増加の低減が十分とはいえない。

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また、特許文献３の船体動揺予測機能付き船体運動監視装置は、横揺抵抗増加を低減しようとするものではない。
そこで本発明は、横揺抵抗増加を合理的に低減して船舶の燃費等を向上させることができる船舶の横揺抵抗増加低減方法、横揺抵抗増加低減システム、及び船舶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】【０００５】
請求項１記載に対応した船舶の横揺抵抗増加低減方法においては、波浪中での船体の横揺により生ずる船舶の横揺抵抗増加を低減する方法であって、横揺抵抗増加を支配する船
体の横揺減衰力係数、横揺慣動半径、横揺角、及び喫水について、横揺減衰力係数の低減、横揺慣動半径の低減、横揺角の低減、及び喫水の増加のうちの少なくともいずれか一つを、波浪特性に対応して実行することにより横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、横揺抵抗増加を合理的に低減して船舶の燃費等を向上させることができる。
【０００６】
請求項２記載の本発明は、横揺抵抗増加を式（１）に基づいて評価することを特徴とする。
【数１】

Ｒ Ａ Ｗ Ｒ ｏ ｌ ｌ :横 揺 抵 抗 増 加 、 ｋ ： 角 波 数 （ 波 浪 特 性 ） 、 ω ｅ ： 出 会 波 角 周 波 数 （ 波 浪特性）、Ｂ４４：横揺減衰力係数、ｋｘｘ：無次元横揺慣動半径（横揺慣動半径）、φａ：横揺角振幅、ｄ：喫水、Ｌｐｐ：垂線間長請求項２に記載の本発明によれば、横揺抵抗増加を精度よく評価し、より的確に、合理的に横揺抵抗増加を低減することができる。
【０００７】
請求項３記載の本発明は、船体の横揺固有周期に関連する横揺慣動半径及び横メタセン
タ高さの少なくとも一方を変え、横揺固有周期を変化させることにより、波浪特性に対応して横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、船体の横揺固有周期を適切に変化させて合理的に横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【０００８】
請求項４記載の本発明は、横揺固有周期を式（２）に基づいて評価することを特徴とする。
【数２】

Ｔφ：横揺固有周期、ｋｘｘ：無次元横揺慣動半径（横揺慣動半径）、Ｂ：最大船幅、ｇ：重力加速度、ＧＭ：横メタセンタ高さ
請求項４に記載の本発明によれば、横揺固有周期を精度よく評価し、より的確に、合理的に横揺抵抗増加を低減することができる。
【０００９】
請求項５記載の本発明は、船体の左右方向の重量分布を変更して無次元横揺慣動半径ｋｘｘを変えることにより、横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、左右方向の重量分布の変更により無次元横揺慣動半
径を適切に変えることにより横揺固有周期を変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。

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JP 2023-42170 A 2023.3.27【００１０】
請求項６記載の本発明は、船体の上下方向の重量分布を変更して横メタセンタ高さＧＭを変えることにより、横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、上下方向の重量分布の変更により横メタセンタ高さを適切に変えて横揺固有周期を変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００１１】
請求項７記載の本発明は、船体の喫水ｄ及びトリムの少なくとも一方を変更して無次元
横揺慣動半径ｋｘｘ又は横メタセンタ高さＧＭを変えることにより、横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、船体の喫水やトリムを変更して無次元横揺慣動半径
又は横メタセンタ高さを適切に変えることにより横揺固有周期を変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００１２】
請求項８記載の本発明は、船体の形状を変えて横揺角振幅φａを小さくすることにより、横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、船体の形状を変えて横揺を抑制し、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００１３】
請求項９記載の本発明は、船舶の船速を増し又は減らして横揺減衰力係数Ｂ４４又は横揺固有周期Ｔφを変えることにより、横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、横揺角速度に関連する横揺減衰力係数を変えて横揺を抑制し、また横揺固有周期を変化させて、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００１４】
請求項１０記載の本発明は、船体に風力推進装置を備え、風力推進装置を制御して風により生じる船体の定傾斜を変更し横揺固有周期を変えることにより、横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、風により生じる船体の定傾斜の変更により横揺固有周期を変化させて、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００１５】
請求項１１記載の本発明は、風力推進装置は、帆又はフレットナーローターであり、帆の角度を変える又はフレットナーローターの回転数を変えることにより制御を行うことを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、帆又はフレットナーローターを制御して横揺の抑制と横揺固有周期の変更を適切に行い、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００１６】
請求項１２記載の本発明は、船体の船底に可動式のセンターキールを備え、センターキールを出し入れし横揺固有周期を変えることにより、横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、センターキールを出し入れにより横揺固有周期を適切に変え、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００１７】
請求項１３記載の本発明は、船体に舵又は可変ピッチプロペラを備え、舵又は可変ピッチプロペラを制御し、波浪特性に関連する波浪との出会いタイミングを変化させることにより、横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、舵又は可変ピッチプロペラを制御し、波浪との出会いタイミングを変化させることにより、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００１８】

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請求項１４記載の本発明は、船体の左右にプロペラを備え、左右のプロペラの回転数を制御し、波浪特性に関連する波浪との出会いタイミングを変化させることにより、横揺抵
抗増加を低減することを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、左右のプロペラの回転数制御により、波浪との出会いタイミングを変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００１９】
請求項１５記載の本発明は、波浪特性を取得して波スペクトルを求め、波浪特性に関連する波浪の波長と垂線間長との関係及び横揺固有周期より横揺抵抗増加の傾向を求め、波スペクトルのピークと横揺抵抗増加のピークが重ならないように波浪との出会角及び船舶の船速の少なくとも一方を変化させることにより、横揺抵抗増加を低減することを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、波浪との出会角や船舶の船速を変化させることにより、横揺抵抗増加のピークを波スペクトルのピークからずらして横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００２０】
請求項１６記載の本発明は、船舶の航路の波浪特性を取得し、航路における横揺抵抗増加を低減するための波浪との出会角及び船速の少なくとも一方を変化させる操舵と主機の回転数を計画し、最適航海計画を策定することを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、策定した最適航海計画に基づいて操舵と主機の回転数を変化させて運航することで、燃料消費量等を抑制することができる。
【００２１】
請求項１７記載に対応した船舶の横揺抵抗増加低減システムにおいては、船舶の横揺抵抗増加低減方法における最適航海計画を策定する最適航海計画策定手段、又は策定された最適航海計画を実行する最適航海計画実行手段を備えたことを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、最適航海計画策定手段による最適航海計画の自動又は半自動的な策定や、最適航海計画実行手段による最適航海計画の自動又は半自動的な実行により、船舶の航路全体の横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００２２】
請求項１８記載に対応した船舶は、船舶の横揺抵抗増加低減システムを備えたことを特徴とする。
請求項１８に記載の本発明によれば、最適航海計画の実行により横揺抵抗増加を効果的に低減し、船舶の燃費等を向上させることができる。
【００２３】
請求項１９記載に対応した船舶は、船舶の横揺抵抗増加低減方法に基づいて運航されることを特徴とする。
請求項１９に記載の本発明によれば、横揺抵抗増加を合理的に低減して船舶の燃費等を向上させ、エネルギー効率のよい運航を行うことができる。
【発明の効果】【００２４】
本発明の船舶の横揺抵抗増加低減方法によれば、横揺抵抗増加を合理的に低減して船舶の燃費等を向上させることができる。
【００２５】
また、横揺抵抗増加を式（１）に基づいて評価する場合には、横揺抵抗増加を精度よく評価し、より的確に、合理的に横揺抵抗増加を低減することができる。
【００２６】
また、船体の横揺固有周期に関連する横揺慣動半径及び横メタセンタ高さの少なくとも一方を変え、横揺固有周期を変化させることにより、波浪特性に対応して横揺抵抗増加を低減する場合には、船体の横揺固有周期を適切に変化させて合理的に横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００２７】

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また、横揺固有周期を式（２）に基づいて評価する場合には、横揺固有周期を精度よく評価し、より的確に、合理的に横揺抵抗増加を低減することができる。
【００２８】
また、船体の左右方向の重量分布を変更して無次元横揺慣動半径ｋｘｘを変えることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、左右方向の重量分布の変更により無次元横揺慣
動半径を適切に変えることにより横揺固有周期を変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００２９】
また、船体の上下方向の重量分布を変更して横メタセンタ高さＧＭを変えることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、上下方向の重量分布の変更により横メタセンタ高さを適切に変えて横揺固有周期を変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００３０】
また、船体の喫水ｄ及びトリムの少なくとも一方を変更して無次元横揺慣動半径ｋｘｘ
又は横メタセンタ高さＧＭを変えることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、船体の喫水やトリムを変更して無次元横揺慣動半径又は横メタセンタ高さを適切に変えることにより横揺固有周期を変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００３１】
また、船体の形状を変えて横揺角振幅φａを小さくすることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、船体の形状を変えて横揺を抑制し、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００３２】
また、船舶の船速を増し又は減らして横揺減衰力係数Ｂ４４又は横揺固有周期Ｔφを変えることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、横揺角速度に関連する横揺減衰力係数を変えて横揺を抑制し、また横揺固有周期を変化させて、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００３３】
また、船体に風力推進装置を備え、風力推進装置を制御して風により生じる船体の定傾斜を変更し横揺固有周期を変えることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、風により生じる船体の定傾斜の変更により横揺固有周期を変化させて、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００３４】
また、風力推進装置は、帆又はフレットナーローターであり、帆の角度を変える又はフレットナーローターの回転数を変えることにより制御を行う場合には、帆又はフレットナ
ーローターを制御して横揺の抑制と横揺固有周期の変更を適切に行い、横揺抵抗増加を効
果的に低減することができる。
【００３５】
また、船体の船底に可動式のセンターキールを備え、センターキールを出し入れし横揺固有周期を変えることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、センターキールを出し入れにより横揺固有周期を適切に変え、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００３６】
また、船体に舵又は可変ピッチプロペラを備え、舵又は可変ピッチプロペラを制御し、波浪特性に関連する波浪との出会いタイミングを変化させることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、舵又は可変ピッチプロペラを制御し、波浪との出会いタイミングを変化させることにより横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００３７】
また、船体の左右にプロペラを備え、左右のプロペラの回転数を制御し、波浪特性に関連する波浪との出会いタイミングを変化させることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、左右のプロペラの回転数制御により、波浪との出会いタイミングを変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。

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JP 2023-42170 A 2023.3.27【００３８】
また、波浪特性を取得して波スペクトルを求め、波浪特性に関連する波浪の波長と垂線間長との関係及び横揺固有周期より横揺抵抗増加の傾向を求め、波スペクトルのピークと横揺抵抗増加のピークが重ならないように波浪との出会角及び船舶の船速の少なくとも一方を変化させることにより、横揺抵抗増加を低減する場合には、波浪との出会角や船舶の船速を変化させることにより、横揺抵抗増加のピークを波スペクトルのピークからずらして横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００３９】
また、船舶の航路の波浪特性を取得し、航路における横揺抵抗増加を低減するための波浪との出会角及び船速の少なくとも一方を変化させる操舵と主機の回転数を計画し、最適航海計画を策定する場合には、策定した最適航海計画に基づいて操舵と主機の回転数を変化させて運航することで、燃料消費量等を抑制することができる。
【００４０】
また、本発明の船舶の横揺抵抗増加低減システムによれば、最適航海計画策定手段による最適航海計画の自動又は半自動的な策定や、最適航海計画実行手段による最適航海計画の自動又は半自動的な実行により、船舶の航路全体の横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００４１】
また、本発明の船舶によれば、最適航海計画の実行により横揺抵抗増加を効果的に低減し、船舶の燃費等を向上させることができる。
【００４２】
また、本発明の船舶によれば、横揺抵抗増加を合理的に低減して船舶の燃費等を向上させ、エネルギー効率のよい運航を行うことができる。
【図面の簡単な説明】【００４３】【図１】本発明の実施形態による船舶の横揺抵抗増加低減方法に関し、横揺抵抗増加を考慮した場合と考慮しない場合について実運航シミュレーションを行い燃費を評価した図【図２】同コンテナ船における波浪中抵抗増加係数又は横揺抵抗増加係数を示す図【図３】同横揺慣動半径の増減方法の例を示す図【図４】同横メタセンタ高さの増減方法の例を示す図【図５】同横メタセンタ高さ及び横揺慣動半径の増減方法の例を示す図【図６】同可動の突起物を備えた船舶の船体横断面を示す図【図７】同可動の浮力体を備えた船舶の船体横断面を示す図【図８】同船速に対する横揺固有周期の変化を示す図【図９】同風力推進装置を備えた船舶の船体横断面を示す図【図１０】同船体の左右にプロペラを備えた船舶を示す図【図１１】同周波数スペクトラムの例を示す図【図１２】同最適航海計画の例を示す図【図１３】本発明の実施形態による船舶の横揺抵抗増加低減システムを備えた船舶を示す
図【発明を実施するための形態】【００４４】
本発明の実施形態による船舶の横揺抵抗増加低減方法、横揺抵抗増加低減システム、及び船舶について説明する。
本発明において、波浪中抵抗増加は、横揺抵抗増加（横揺影響成分）を考慮して推定する。すなわち、横揺抵抗増加をＲＡＷ Ｒｏｌｌとすると、波浪中抵抗増加推定式は、Ｒ
ＡＷ＝ＲＡＷＭ＋ＲＡＷＲ＋ＲＡＷ Ｒｏｌｌで表される。
横揺抵抗増加は、船体の横揺減衰力係数、横揺慣動半径、横揺角、及び喫水に支配され影響を受ける。そこで、横揺減衰力係数の低減、横揺慣動半径の低減、横揺角の低減、及び喫水の増加のうちの少なくともいずれか一つを、波浪特性に対応して実行することによ

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り横揺抵抗増加を低減することができる。
こ こ で 、 横 揺 角 は 、 規 則 波 中 の 横 揺 角 φ ＝ Ｒ ｅ [φ ａ *Ｅ ｘ ｐ （ ｉ *ω ｅ *ｔ ＋ ｉ *ε ） ]で表される。Ｒｅは実部、φａは横揺角振幅、ｉは虚数単位、εは位相差、ｔは時間である。横揺角は不規則波中（スペクトラム）も含み、振幅と位相差、波スペクトラムで構成される。
【００４５】
横揺抵抗増加ＲＡＷ Ｒｏｌｌは、下式（１）に基づいて評価する。これにより、横揺抵抗増加を精度よく評価し、より的確に、合理的に横揺抵抗増加を低減することができる
。
【数１】

10

式（１）において、ｋは角波数（波浪特性）、ωｅは出会波角周波数（波浪特性）、Ｂ
は 横 揺 減 衰 力 係 数 、 ｋ ｘ ｘ は 無 次 元 横 揺 慣 動 半 径 (横 揺 慣 動 半 径 )、 φ ａ は 横 揺 角 振
幅、ｄは喫水、Ｌｐｐは垂線間長である。
横揺減衰力係数Ｂ４４は、下式（３）を用いて推定できる。
【数３】
４４

式（３）において、φｍは連続する２つの横揺振幅φｎの平均、ａ、ｂは自由横揺試験から得た係数、ρは流体密度、ｇは重力加速度、Ｖは排水容積、ＧＭはメタセンタ高さ、
ωφは横揺固有角周波数である。
【００４６】
図１は横揺抵抗増加を考慮した場合と考慮しない場合について実運航シミュレーションを行い燃費を評価した図であり、縦軸は１日当り燃料消費量ＦＰＤ［ｔｏｎ／ｄａｙ］、
横軸は有義波高Ｈｗ［ｍ］である。図１中の「ｗ／ｏＲｏｌｌ」は横揺抵抗増加を考慮せずに推定したデータであることを意味し、「ｗｉｔｈＲｏｌｌ」は式（１）を用いた算出値すなわち横揺抵抗増加を考慮して推定したデータであることを意味し、「ｄｅｇ．」は向 波 を ０ deg.と し た 出 会 角 を 意 味 し て い る 。
図１より、例えば有義波高Ｈｗ＝３ｍ（ビューフォート風力階級：ＢＦ６）で出会角αが９０〜１３５度のときに燃費が約１〜２％増加しているなど、横揺抵抗増加を考慮した
場合は、横揺抵抗増加を考慮しない場合と比べて燃料消費量が増加しており、横揺抵抗増加を考慮することで燃料消費量を精度よく推定できることが分かる。
【００４７】
図２はコンテナ船（満載）における船舶と波との出会角αが９０度のときの波浪中抵抗増加係数又は横揺抵抗増加係数を示す図であり、縦軸は波浪中抵抗増加係数ＫＡＷ又は横揺抵抗増加係数ＫＡＷ Ｒｏｌｌ、横軸は波長船長比λ／Ｌｐｐである。なお、出会角αは向波のとき０度となる。
図２（ａ）は横揺固有周期Ｔφが実船相当で１６．２［ｓ］の場合のデータ、図２（ｂ） は 横 揺 固 有 周 期 Ｔ φ が 実 船 相 当 で １ ９ ． ６ ［ ｓ ］ の 場 合 の デ ー タ で あ り 、 「 ◇ 」 （ exp.
） は 模 型 船 を 用 い た 実 験 に よ り 取 得 し た 波 浪 中 抵 抗 増 加 係 数 、 一 点 鎖 線 （ without roll component） は 横 揺 抵 抗 増 加 を 考 慮 せ ず に 推 定 し た 波 浪 中 抵 抗 増 加 係 数 、 実 線 （ with rollcomponent） は 式 （ １ ） を 用 い て 算 出 し た 波 浪 中 抵 抗 増 加 係 数 、 点 線 （ roll component）
は算出した横揺抵抗増加係数を示している。
下表１に模型船を用いた実験の条件を示す。

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(11)

JP 2023-42170 A 2023.3.27【表１】【００４８】
図２より、横揺抵抗増加が反映された式（１）による算出値は、実験値との差が小さく、横揺抵抗増加を考慮せずに推定する場合と比べて横揺抵抗増加係数の変化の傾向をよく捉えていることが分かる。
また、図２より、横揺抵抗増加係数は、横揺固有周期が１６．２［ｓ］の場合と１９．
６［ｓ］の場合とで変化していることも分かる。よって、横揺固有周期を変化（増加又は減少）させることにより横揺抵抗増加を低減し、船舶の燃費を改善することができる。また、動揺の低減、波浪中の船速低下の低減、操船性能の向上等も図ることができる。
【００４９】
横揺固有周期は、横揺慣動半径や横メタセンタ高さに関連している。そこで、横揺慣動
半径及び横メタセンタ高さの少なくとも一方を変えて船体の横揺固有周期を適切に変化させることにより、波浪特性に対応して合理的に横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
横揺固有周期Ｔφは、下式（２）に基づいて評価することが好ましい。これにより、横揺固有周期を精度よく評価し、より的確に、合理的に横揺抵抗増加を低減することができる。
【数２】

式 （ ２ ） に お い て 、 ｋ ｘ ｘ は 無 次 元 横 揺 慣 動 半 径 (横 揺 慣 動 半 径 )、 Ｂ は 最 大 船 幅 、 ｇは重力加速度、ＧＭは横メタセンタ高さである。
【００５０】
図３は横揺慣動半径の増減方法の例を示す図であり、図３（ａ）は重量物が船幅方向の中央付近にある状態、図３（ｂ）は重量物が左舷側端部付近及び右舷側端部付近にある状態を示している。
船舶１において、例えば図３（ａ）の位置にあるバラスト等の重量物１０を図３（ｂ）の位置に移動させるなど、重量物１０を左右方向に移動させることにより左右方向の重量分布を変更することで、無次元横揺慣動半径を増減することができる。よって、船体の左右方向の重量分布を変更して無次元横揺慣動半径を適切に変えることにより、横揺固有周期を変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００５１】
図４は横メタセンタ高さの増減方法の例を示す図であり、図４（ａ）は重量物が比較的低い位置にある状態、図４（ｂ）は重量物が比較的高い位置にある状態を示している。
船舶１において、例えば図４（ａ）の位置にあるバラスト等の重量物１０を図４（ｂ）の位置に移動させるなど、重量物１０を上下方向に移動させて上下方向の重量分布を変更することで、横メタセンタ高さを増減することができる。よって、船体の上下方向の重量分布を変更して横メタセンタ高さを適切に変えることにより、横揺固有周期を変化させ、

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(12)

JP 2023-42170 A 2023.3.27

横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００５２】
図５は横メタセンタ高さ及び横揺慣動半径の増減方法の例を示す図であり、図５（ａ）
は喫水が比較的小さい状態、図５（ｂ）は喫水が比較的大きい状態を示している。
船舶１において、バラスト調整により喫水又はトリムを変更することで、横揺慣動半径や横メタセンタ高さを増減することができる。よって、船体の喫水及びトリムの少なくとも一方を変更して無次元横揺慣動半径又は横メタセンタ高さを適切に変えることにより、横揺固有周期を変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００５３】
なお、重量分布の変更又は喫水・トリムの変更による横揺慣動半径や横メタセンタ高さの増減は、基本的に航海前に実施するが、航海中であっても、横揺や横揺抵抗増加が低減
する重量分布を事前に把握することで、それに従った重量物１０の移動やバラスト水の調整を行い、横揺慣動半径や横メタセンタ高さの増減を行うことが可能である。
【００５４】
図６は可動の突起物を備えた船舶の船体横断面を示す図、図７は可動の浮力体を備えた船舶の船体横断面を示す図である。
図６における船舶１には、船体の形状を変えるための構造物として、収納・展開式の突起物２０が、左舷側と右舷側のそれぞれにおいて静的水位上昇位置Ｗよりも上方に設置されている。突起物２０は、下端を軸として船体に対して回動可能に構成されており、船体に近づく方向に回動させることで収納位置となり（図６（ａ））、船体から離れる方向に回動させることで展開位置となる（図６（ｂ））。突起物２０は、収納位置では船体側方に突出していない状態であり、展開位置では上面が船体側面に対して略垂直に船体側方へ突出した状態である。
また、図７における船舶１には、船体の形状を変えるための構造物として、収納・展開式の浮力体３０が、左舷側と右舷側のそれぞれにおいて静的水位上昇位置Ｗよりも上方に設置されている。浮力体３０は、船体に対して左右方向にスライド可能に構成されており、船体に収める方向にスライドさせることで収納位置となり（図７（ａ））、船体から引き出す方向にスライドさせることで展開位置となる（図７（ｂ））。浮力体３０は、収納位置では船体側方に突出していない状態であり、展開位置では船体側方へ突出した状態である。
なお、静的水位上昇位置Ｗとは、船舶１の航行時に船首部に生じる船舶毎の代表的な速度として設計時に設定されている航海速力によって波のない状態である平水中を走行する時に生じる水面の盛り上がり位置である。
横波が所定以上大きくなった場合は、突起物２０又は浮力体３０を展開して船体の形状を変えて横揺を抑制し横揺角振幅を小さくすることにより、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００５５】
図８は模型船長約４．５ｍの中型の模型船を用いた試験により取得した船速に対する横揺固有周期の変化を示す図であり、縦軸は横揺固有周期Ｔφ［ｓ］、横軸はフルード数（
速度の無次元数）Ｆｒである。試験は初期傾斜を変えて行っており、図８中の「Ｒｉｇｈｔ 」 は 右 舷 側 （ Starboard） に 初 期 傾 斜 を 与 え た 場 合 、 「 Ｌ ｅ ｆ ｔ 」 は 左 舷 側 （ Port） に
初期傾斜を与えた場合、「Ａｖｅｒａｇｅ」は初期傾斜無しの場合である。
横揺減衰力係数は船速によって変わり、図８に示すように横揺固有周期も船速によって変わる。よって、船速を増し又は減らして横揺減衰力係数又は横揺固有周期を変えること
により、横揺角速度に関連する横揺減衰力係数を変えて横揺を抑制し、また横揺固有周期を変化させて、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００５６】
図９は風力推進装置を備えた船舶の船体横断面を示す図である。
本実施形態における船舶１は、風力推進装置として帆４０を備えている。また、風力推進装置に対する制御として帆４０の角度制御を行う。帆４０の角度を変えて船体の定傾斜

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(13)

JP 2023-42170 A 2023.3.27（ヒール）を変更すると、船体の水面下形状が変わるため、帆４０の角度を適切に調節することで横揺を抑制可能である。また横揺固有周期を変えることもできる。よって、帆４０の角度を変えて横揺の抑制と横揺固有周期の変更を適切に行うことで、横揺抵抗増加を効果的に低減できる。 また、風力推進装置は、マグヌス効果を利用したフレットナーロ
ーターとすることもできる。この場合は風力推進装置に対する制御としてフレットナーロ
ーターの回転数制御を行う。フレットナーローターの回転数を変えて船体の定傾斜を変更
すると、船体の水面下形状が変わるため、フレットナーローターの回転数を適切に調節することで横揺を抑制可能である。また横揺固有周期を変えることもできる。よって、フレットナーローターの回転数を変えて横揺の抑制と横揺固有周期の変更を適切に行うことで、横揺抵抗増加を効果的に低減できる。
このように、船体に風力推進装置を備え、風力推進装置を制御して風により生じる船体の定傾斜を変更し横揺固有周期を変えることにより、横揺固有周期を変化させて、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００５７】
また、船舶１は、船体の船底に可動式のセンターキール５０を備えており、センターキール５０は船底から水中へ出し入れ可能に構成されている。
センターキール５０を出し入れすることにより横揺固有周期が変わるため、センターキール５０の出し入れにより横揺固有周期を適切に変えることで横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００５８】
図１０は船体の左右にプロペラを備えた船舶を示す図である。
図１０の船舶１は二軸船であり、船体の左右にプロペラ３を備えている。この場合、左右のプロペラ３の回転数制御により、波浪特性に関連する波浪との出会いタイミングを変化させ、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
図１０（ａ）はプロペラ３の回転数を制御して船体の向きを横波の波頂Ｘが船尾側よりも船首側に先に到達するようにした状態、図１０（ｂ）はプロペラ３の回転数を制御して船体の向きを横波の波頂Ｘが船首側よりも船尾側に先に到達するようにした状態を示している。
【００５９】
また、波浪との出会いタイミングは、船体に備えた舵によって変化させることも可能である。この場合、操舵により舵角を制御し、波浪特性に関連する波浪との出会いタイミン
グを変化させることにより、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
また、船体に可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ）を備える場合は、可変ピッチプロペラによって波浪との出会いタイミングを変化させることも可能である。この場合、可変ピッチプ
ロペラの羽根の角度を制御し、波浪特性に関連する波浪との出会いタイミングを変化させることにより、横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００６０】
図１１は周波数スペクトラムの例を示す図であり、縦軸は周波数スペクトラム（波スペクトラム）Ｓ（ω）、横軸は波長船長比λ／Ｌｐｐである。なお、ωは、入射波の角周波数（波長船長比λ／Ｌｐｐと１対１の関係があるパラメータ）である。
波浪特性を取得して波スペクトルを求め、波浪特性に関連する波浪の波長と垂線間長との関係及び横揺固有周期より横揺抵抗増加の傾向を求め、波スペクトルのピークと横揺抵抗増加のピークが重ならないように波浪との出会角及び船舶１の船速の少なくとも一方を変化させることにより、横揺抵抗増加を低減することが可能となる。
このように、横揺抵抗増加のピークを与える周波数を予め求め、計測又は予測した波ス
ペクトルのピークと横揺抵抗増加のピークが当たらないように、波浪との出会角や船舶１の船速を変化させることにより、横揺抵抗増加のピークを波スペクトルのピークからずらして横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
【００６１】
図１２は最適航海計画の例を示す図である。図１２中の点線Ｙは横揺抵抗増加を考慮し

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(14)

JP 2023-42170 A 2023.3.27ていない従来の選定航路を示し、実線Ｚは横揺抵抗増加を考慮した最適航海計画に基づく航路を示している。
最適航海計画は、船舶１の航路の波浪特性を取得し、航路における横揺抵抗増加を低減するための波浪との出会角及び船速の少なくとも一方を変化させる操舵と主機の回転数を計画して策定したものである。
最適航海計画に基づいて操舵と主機の回転数を変化させて運航することで、横揺抵抗増加を低減することができるため、従来の選定航路よりも航行距離が長くなったとしても燃
料消費量等を抑制することができる。
【００６２】
このように、本発明の船舶の横揺抵抗増加低減方法によれば、横揺抵抗増加を合理的に低減して燃費等を向上させることができる。そのため、船舶の横揺抵抗増加低減方法に基づいて船舶１を運航させることで、横揺抵抗増加を合理的に低減して船舶１の燃費等を向上させ、エネルギー効率のよい運航を行うことができる。
【００６３】
図１３は本発明の実施形態による船舶の横揺抵抗増加低減システムを備えた船舶を示す
図である。
船舶１は、主機２、プロペラ３、舵４、及び横揺抵抗増加低減システム６０を備える。
横揺抵抗増加低減システム６０は、船舶の横揺抵抗増加低減方法における最適航海計画を策定する最適航海計画策定手段６１と、策定された最適航海計画を実行する最適航海計画
実行手段６２と、波浪特性取得手段６３を備える。
波浪特性取得手段６３は、航行中の船舶１が遭遇する実際の波情報に基づいて波浪特性を取得する。実際の波情報は、乗組員による目視、又は波浪レーダー等の計測機器によって収集される。
陸上において船舶１の運航管理等を行う管理部門７０は、船舶の横揺抵抗増加低減方法
における最適航海計画を策定し、船舶１へ最適航海計画を通信手段を介して送信する。
船舶１の航路の波浪特性は、統計的な予測値を用いることもできるし、船舶１の波浪特性取得手段６３で取得したものを用いることもできる。管理部門７０で最適航海計画の策定を行う場合は、船舶１の最適航海計画策定手段６１は省くことも可能である。
また、船上においても最適航海計画策定手段６１を用いて最適航海計画を策定することができる。最適航海計画策定手段６１は、波浪特性取得手段６３が取得した波情報に基づいて波浪推算（数値予測）を行い、最適航海計画を策定する。策定した最適航海計画は、
最適航海計画実行手段６２と、管理部門７０へ通信手段を介して送信される。 管理部門
７０で策定した波浪特性の統計的な予測値に基づいた最適航海計画を、波浪特性取得手段
６３が取得した波情報に基づいて修正して用いることもできる。
最適航海計画実行手段６２は、管理部門７０又は最適航海計画策定手段６１から送信された最適航海計画を受信し、最適航海計画に基づいた操船を実行する。
このように、船舶の横揺抵抗増加低減システムによれば、最適航海計画策定手段６１による最適航海計画の自動又は半自動的な策定や、最適航海計画実行手段６２による最適航海計画の自動又は半自動的な実行により、船舶１の航路全体の横揺抵抗増加を効果的に低減することができる。
また、船舶１に横揺抵抗増加低減システム６０を備えることで、最適航海計画の実行により横揺抵抗増加を効果的に低減し、燃費等を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】【００６４】
本発明は、コンテナ船やケミカルタンカーはじめ様々な船種の船舶に適用することができ、さらに大型船から小型船まで様々な大きさの船舶に適用することができる。
【符号の説明】【００６５】
１ 船舶
２ 主機

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40

50

(15)

３ プロペラ４ 舵
４０ 帆（風力推進装置）
５０ センターキール
６０ 横揺抵抗増加低減システム
６１ 最適航海計画策定手段
６２ 最適航海計画実行手段

【図１】

【図２】

JP 2023-42170 A 2023.3.27

(16)

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

JP 2023-42170 A 2023.3.27

(17)

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

JP 2023-42170 A 2023.3.27

(18)

【図１１】

【図１３】

【図１２】

JP 2023-42170 A 2023.3.27

(19)JP 2023-42170 A 2023.3.27

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フロントページの続き(51)Int.Cl.

ＦＩ

テーマコード（参考）

Ｂ６３Ｈ

3/00

(2006.01)

Ｂ６３Ｈ

3/00

Ｚ

Ｂ６３Ｈ

9/10

(2006.01)

Ｂ６３Ｈ

9/10

Ｚ

Ｂ６３Ｂ

3/44

(2006.01)

Ｂ６３Ｂ

3/44

Ｂ６３Ｈ 25/04(2006.01)

Ｂ６３Ｈ

25/04

Ｂ６３Ｈ

(2006.01)

Ｂ６３Ｈ

5/08

5/08

(72)発明者 横田早織

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号(72)発明者 穴井国立研究開発法人

海上・港湾・航空技術研究所内

国立研究開発法人

海上・港湾・航空技術研究所内

国立研究開発法人

海上・港湾・航空技術研究所内麻利子

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号(72)発明者 赤松Ｇ

顕子

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号