JP5638215B2 - Ship with low wind pressure resistance and its design method - Google Patents
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Description
本発明は、風圧抵抗の少ない船舶に関し、更に詳細には、船橋や居住区などの上部構造物の船尾側の形状を工夫することにより風圧抵抗を少なくした船舶及びその設計方法に関する。 The present invention relates to small ships, wind resistance, and more particularly relates to a marine vessel and the design method thereof to reduce the wind resistance by devising the stern side of the shape of the upper structures such as bridge or living quarters.
水上を走行する商船の殆どの船舶は、排水量型と呼ばれ、航行中は、水面下の部分と水面上の部分とを有し、水面下の水の粘性による抵抗と、水面付近の波による抵抗と、水面上の空気(風)による抵抗を受けながら、プロペラ等の推進器で発生する推力により航行している。 Most of the merchant vessels that run on the water are called the displacement type, and during navigation, they have a part below the surface of the water and a part above the surface of the water. While receiving resistance and resistance from air (wind) on the surface of the water, the ship is sailing by thrust generated by a propeller such as a propeller.
船舶の水面下においては、船体形状の工夫による抵抗減少や船体とプロペラと舵などの関係による推進性能の向上が進められ、また、水面付近での波による造波抵抗や砕波抵抗や反射波における抵抗減少についても船首形状や船尾形状の工夫により抵抗減少が図られている。これらに関しては、多大な労力が費やされ、現在も努力が継続されている。 Under the surface of the ship, drag reduction and improvement of propulsion performance due to the relationship between the hull, propeller, and rudder are being promoted under the shape of the hull. Regarding resistance reduction, resistance reduction has been achieved by devising the bow shape and stern shape. A great deal of effort has been spent on these and efforts are continuing.
一方、水面上の空気による抵抗に関しては、従来においては、水面下及び水面付近における抵抗量が大きく、船体形状の工夫による改善効果もあったため、どちらかといえば軽視されてきていた。しかしながら、水面下及び水面付近における抵抗量が減少するにつれて、相対的に空気抵抗即ち風圧抵抗への改善の要求が高まってきている。 On the other hand, with respect to resistance due to air on the surface of the water, conventionally, the amount of resistance under the surface of the water and in the vicinity of the surface of the water is large, and there has been an improvement effect by devising the shape of the hull. However, as the amount of resistance under and near the water surface decreases, the demand for improvement in air resistance, that is, wind pressure resistance, has increased.
特に、乾舷が高く風圧面積が大きい自動車専用船や積み荷の積載により風圧面積が増加するコンテナ船や上部構造部が大きい客船等は水面上の風圧面積が大きいため、風圧力の影響を受け易い。そのため、風圧抵抗による直接的な抵抗増加や、風圧力による船体の姿勢変化による斜航により水中抵抗が増加したり、針路維持のための当舵等による間接的な抵抗増加が生じ、船速が低下する等の運航性能の問題があった。 In particular, car carriers with large psoriasis and a large wind pressure area, container ships that increase the wind pressure area due to loading of cargo, and passenger ships with large upper structures are susceptible to wind pressure due to the large wind pressure area on the water surface. . Therefore, direct resistance increase due to wind pressure resistance, underwater resistance increases due to tilting by the hull attitude change due to wind pressure, and indirect resistance increase due to rudder to maintain the course, etc. There were problems with operational performance, such as a decline.
これに関連して、船舶の上甲板上に位置する上部構造の前壁に半円筒体を垂直に取り付けて中空構造体とし、この中空構造体の下端にラッパ状の拡大部を有する空気吸込口を、上端に空気吐出口を設けて、上部構造物の前壁の下部に当たる風を空気吸込口で吸い込んで、煙突効果で吸い上げて空気吐出口より放出することで、前壁の前面の圧力を低減し、これにより、上部構造前面の風圧抵抗を低減する船舶の風圧抵抗低減装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In this connection, a semi-cylindrical body is vertically attached to the front wall of the upper structure located on the upper deck of the ship to form a hollow structure, and an air inlet having a trumpet-shaped enlarged portion at the lower end of the hollow structure The air discharge port is provided at the upper end, the air hitting the lower part of the front wall of the upper structure is sucked in by the air suction port, sucked up by the chimney effect and released from the air discharge port, the pressure on the front surface of the front wall is reduced. There has been proposed a ship wind pressure resistance reduction device that reduces the wind pressure resistance of the front surface of the upper structure.
また、複数の車両搭載デッキを有する自動車専用船において、係船機が配置される船首側係船デッキを囲む外板に船首側係船窓を閉鎖可能に設けて、船首付近の気流の流れの乱れを抑制して、空気の流れをスムースなものとし、気流の乱れに起因する風圧抵抗の増加を抑制し、更には、格納式フラップや切欠部などを空気流入促進手段として利用して、船尾側係船デッキへの空気の流入を促進させて、船尾付近の負圧領域に空気を送り込んで圧力回復を図ることにより、船体全体の風圧抵抗を低減させる自動車専用船が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。 In addition, in an automobile-only ship with a plurality of vehicle-mounted decks, a bow-side mooring window can be closed on the outer plate surrounding the bow-side mooring deck where the mooring machine is placed to suppress disturbances in the airflow near the bow. The stern side mooring deck uses a retractable flap, notch, etc. as an air inflow promoting means, making the air flow smooth and suppressing the increase in wind pressure resistance due to the turbulence of the airflow. A vehicle-only ship has been proposed that reduces the wind pressure resistance of the entire hull by accelerating the inflow of air into the stern and sending the air to a negative pressure region near the stern for pressure recovery (for example, Patent Document 2). reference.).
また、主船体の船側上部に、船首から離間し、かつ、上部構造物よりも船首側の位置に、船外壁の上端に連続させて、且つ、船首より離間した位置から立ち上がり、船尾に向かうにつれて次第に高さが増していく防風フェンスを設けて、この防風フェンスの主船体の外側を向く面を、上端が下端よりも上部構造側に位置する傾斜面とすることで、主船体の構造を変更することなく、空気抵抗を低減する船舶が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。 Also, the main hull is separated from the bow at the upper part of the hull side, is located at the bow side of the upper structure, is continuous with the upper end of the outer wall of the ship, and rises from the position away from the bow, as it goes toward the stern. The structure of the main hull is changed by providing a windbreak fence that gradually increases in height, and making the surface facing the outside of the main hull of this windbreak fence an inclined surface with the upper end positioned on the upper structure side of the lower end There has been proposed a ship that reduces air resistance without doing so (see, for example, Patent Document 3).
これらの船舶では、上部構造物の形状はそのままで、周囲の空気の流れを変化させることにより、風圧抵抗の減少を図っている。これに対して、船体形状の一部を変化させることにより、風圧抵抗を減少することが考えられている。 In these ships, the shape of the superstructure remains unchanged, and the wind pressure resistance is reduced by changing the flow of the surrounding air. On the other hand, it is considered to reduce the wind pressure resistance by changing a part of the hull shape.
このような船舶の一つとして、船体の上甲板と両舷側部とを結ぶ両角部に、それぞれ船首から船尾のほぼ全長に、あるいは、船首からほぼ船体中央部にわたって切欠段部を設けて、更に、船首部に船首前縁上端から上甲板に向かって水平面に対して上向きの傾斜面を形成した船舶が提案されている(例えば、特許文献4参照)。 As one of such ships, a notch step portion is provided at both corners connecting the upper deck and both sides of the hull over the entire length from the bow to the stern, or from the bow to almost the center of the hull. There has been proposed a ship in which an inclined surface that is upwardly inclined with respect to a horizontal plane is formed on the bow from the upper end of the front edge of the bow toward the upper deck (see, for example, Patent Document 4).
また、船体の上甲板と両舷側部とがなすそれぞれの角部に、船首から船尾の方向に沿って形成された切欠段部と、少なくとも一方の切欠段部に設けられた換気ユニットと、換気ユニットを覆うとともに上面と側面とがなす舷側部側に位置する角部が第1の傾斜面に形成されたハウジングとを具備した船舶が提案されている(例えば、特許文献5参照)。 In addition, at each corner formed by the upper deck of the hull and both sides, a notch step formed along the direction from the bow to the stern, a ventilation unit provided on at least one notch step, and a ventilation There has been proposed a marine vessel that includes a housing that covers a unit and has a housing formed on a first inclined surface with a corner portion located on the side of the heel side formed by an upper surface and a side surface (see, for example, Patent Document 5).
これらの船舶で、この切欠段部により斜め方向の風に対して上甲板と舷側部とを結ぶ角部での剥離及び渦の発生が抑制されて、風圧による抵抗、横力、ヨーモーメントが軽減されることが、風洞実験結果やCFD(Computational Fluid Dynamics)解析結果で確認されている。しかしながら、上甲板の上に設けた船楼の角型の形状や船尾部の角型の形状に関しては改善に余地があると考えられる。 In these vessels, this notched step suppresses separation and vortex generation at the corners connecting the upper deck and the heel side against oblique winds, reducing resistance, lateral force, and yaw moment due to wind pressure. This has been confirmed by wind tunnel experiment results and CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis results. However, it is considered that there is room for improvement with respect to the square shape of the superstructure provided on the upper deck and the square shape of the stern.
上記のように、従来技術においては、船橋や居住区等の上甲板より上に設けられた上部構造物に関しては、容積の減少を嫌うことから、大きな形状変化を考えることなく、従来の箱型の組み合わせに近い形状のままで、上部構造物やその周囲に風の流れを変える付加物を取り付けているような工夫だけであった。 As described above, in the prior art, for the upper structure provided above the upper deck such as a bridge or a residential area, because it dislikes the reduction of the volume, without considering a large shape change, the conventional box type The shape was close to the combination of the above, and it was just a contrivance such as attaching an additional structure that changes the flow of wind around the superstructure.
しかしながら、航海用機器や舵取り機構の小型化や、抵抗減少による燃費の改善と容積の増減を考慮しながら、上部構造物の後側の形状や、喫水線より上の風を受ける部分の船体の後部の形状を、風圧抵抗を減少するために大幅に形状変化させるような、全体的な改良までは検討されていないのが実情である。 However, while taking into account the miniaturization of navigation equipment and the steering mechanism, the improvement of fuel efficiency and the increase / decrease of the volume due to resistance reduction, the rear part of the hull that receives the wind above the waterline and the shape behind the superstructure The actual situation is that no consideration has been given to an overall improvement in which the shape of the above is greatly changed in order to reduce the wind resistance.
本発明の目的は、水面上の風圧面積が比較的大きく、風圧力の影響を受け易い自動車専用船、コンテナ船、客船などの風圧力の影響を低減できて、船舶の運航性能を向上することができる風圧抵抗の少ない船舶及びその設計方法を提供することにある。 An object of the present invention is to improve the ship's operational performance by reducing the influence of wind pressure on a dedicated car, container ship, passenger ship, etc., which has a relatively large wind pressure area on the water surface and is susceptible to wind pressure. An object of the present invention is to provide a ship with low wind pressure resistance and a design method thereof .
上記の目的を達成するための風圧抵抗の少ない船舶は、航海速力で、船舶の航行速度に関係するフルード数が、0.13〜0.30の船舶で、上甲板上に設けた上部構造物の船尾側の形状、または、水面上の船体の船尾側の形状の少なくとも一方の水面上構造物の形状を、予め設定された風速の中を前記航海速力で前進したときに船尾側に、船尾垂線よりも0.2×垂線間長の後方の位置で、水面上構造物の最大幅の3倍の大きさからこの最大幅の10分の1の大きさまでの直径を持つような渦流が発生しない形状で、前記水面上構造物の形状において、
船橋を有する上部構造物の場合にはドジャー及びドジャーの支持構造体を除いた最大幅をBとしたときに、この水面上構造物の船尾側の形状を、この水面上構造物の上下方向の範囲のうちで少なくとも0%〜50%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、最大幅Bの船尾側最後部を下辺とし、該下辺の長さB1を0.9×Bとし、底角θ1を40deg〜80degとし、上辺の長さB2を0.5×Bとする等脚台形よりも外側の範囲で、且つ、前記最大幅Bの船尾側最後部を底辺とし、該底辺の長さB3を1.2×Bとし、底角θ2を40deg〜80degとする二等辺三角形よりも内側の領域に入るように形成して構成する。この予め設定された風速とは、通常は、対象とする船舶が航行する想定海域の風速から設定される設計用の風速であり、設計仕様から決まる風速である。また、航海速力も設計仕様から決まる。
また、上記の目的を達成するための風圧抵抗の少ない船舶の設計方法は、航海速力で、船舶の航行速度に関係するフルード数が、0.13〜0.30の船舶で、水面上の船体の船尾側の形状である水面上構造物の形状を、予め設定された風速の中を前記航海速力で前進したときに船尾側に、船尾垂線よりも0.2×垂線間長の後方の位置で、水面上構造物の最大幅の3倍の大きさからこの最大幅の10分の1の大きさまでの直径を持つような渦流が発生しない形状で、前記水面上構造物の形状において、船橋を有する上部構造物の場合にはドジャー及びドジャーの支持構造体を除いた最大幅をBとしたときに、この水面上構造物の船尾側の形状を、この水面上構造物の上下方向の範囲のうちで少なくとも0%〜50%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、最大幅Bの船尾側最後部を下辺とし、該下辺の長さB1を0.9×Bとし、底角θ1を40deg〜80degとし、上辺の長さB2を0.5×Bとする等脚台形よりも外側の範囲で、且つ、前記最大幅Bの船尾側最後部を底辺とし、該底辺の長さB3を1.2×Bとし、底角θ2を40deg〜80degとする二等辺三角形よりも内側の領域に入るように形成することを特徴とする方法である。
The ship with low wind pressure resistance for achieving the above object is a ship having a navigation speed and a fluid number related to the navigation speed of the ship of 0.13 to 0.30, and an upper structure provided on the upper deck. The shape of the structure on the water surface of the stern side of the hull or the shape of the stern side of the hull on the surface of the water is set to the stern side when moving forward in the preset wind speed at the nautical speed. A swirl with a diameter ranging from three times the maximum width of the structure on the water surface to one tenth of the maximum width is generated at a position behind the vertical line by a length of 0.2 x vertical line. In the shape of the water surface structure ,
In the case of an upper structure having a bridge, when the maximum width excluding the dodger and the support structure of the dodger is defined as B, the shape of the stern side of the structure on the water surface is set in the vertical direction of the structure on the water surface. In the shape of each cross section parallel to the water surface in the range of at least 0% to 50% of the range, the stern side rearmost portion of the maximum width B is the lower side, and the length B1 of the lower side is 0.9 × B, The bottom angle θ1 is 40 deg to 80 deg, the upper side length B2 is 0.5 × B, the outer side of the isosceles trapezoid, and the stern side rearmost part of the maximum width B is the bottom side, The length B3 is 1.2 × B and the base angle θ2 is 40 deg to 80 deg . The preset wind speed is usually a design wind speed set from the wind speed of the assumed sea area where the target ship navigates, and is a wind speed determined from the design specifications. The voyage speed is also determined from the design specifications.
Further, a ship design method with a low wind pressure resistance to achieve the above object is a ship having a navigation speed and a fluid number related to the navigation speed of the ship of 0.13 to 0.30. The shape of the structure on the water surface, which is the shape of the stern side of the stern, on the stern side when moving forward in the preset wind speed at the nautical speed, the position behind the stern vertical line 0.2 × the length between the vertical lines In the shape of the above water surface structure, no eddy current is generated having a diameter ranging from three times the maximum width of the above water surface structure to one tenth of this maximum width. In the case of an upper structure having a structure where the maximum width excluding the dodger and the support structure of the dodger is B, the shape of the stern side of the structure on the water surface is the vertical range of the structure on the water surface. On the water surface in the range of at least 0% to 50% In each cross-sectional shape, the rearmost part of the stern side of the maximum width B is the lower side, the length B1 of the lower side is 0.9 × B, the base angle θ1 is 40 deg to 80 deg, and the length B2 of the upper side is 0 .5 × B outside the isosceles trapezoid, and the stern side rearmost portion of the maximum width B is the base, the base length B3 is 1.2 × B, and the base angle θ2 is 40 degrees. It is a method characterized in that it is formed so as to enter a region inside an isosceles triangle of ˜80 deg .
なお、この渦流は死水領域に生じる停滞渦やカルマン渦のような流出渦であり、水面上構造物の大きさと比較して考えたときにそれ相当の大きさの渦であり、本発明が問題としている風圧抵抗の大きさに比べて小さく、本発明が問題としている風圧抵抗に大きな影響を与えない小さい渦に関しては問題としない。例えば、船尾垂線A.P.よりも0.2×Lpp(垂線間長)後方の位置で、水面上構造物の最大幅(船橋を有する上部構造物の場合は、ドジャー及びドジャーの支持構造体を除く)Bの10分の1以下のような渦は問題としない。つまり、強いて言えば、ここでいう「渦流」とは、船尾垂線A.P.よりも0.2×Lpp(垂線間長)後方の位置で、水面上構造物の最大幅Bの3倍(あえて上限を示せば)の大きさからこの最大幅Bの10分の1の大きさまでの直径を持つような渦流を意味する。 Note that this vortex is an outflow vortex such as a stagnant vortex or Karman vortex generated in the dead water region, and is a vortex of an equivalent size when compared with the size of the structure on the water surface. It is not a problem for small vortices that are small compared to the magnitude of the wind pressure resistance that does not significantly affect the wind pressure resistance that is a problem of the present invention. For example, the stern perpendicular A. P. 10 minutes of the maximum width of the structure on the surface of the water (excluding the dodger and the support structure of the dodger in the case of the upper structure having a bridge) at a position behind 0.2 × Lpp (length between vertical lines) A vortex of 1 or less is not a problem. In other words, to be strong, the “eddy current” referred to here is the stern perpendicular line A. P. In the position behind 0.2 × Lpp (length between perpendiculars), the size of the maximum width B is three times the maximum width B of the structure on the water surface (if an upper limit is shown) and is one tenth of the maximum width B. It means a vortex with a diameter of up to
また、フルード数Fnは、船速をV、垂線間長をLpp、重力加速度をgとしたときに、Fn=V/(Lpp×g)1/2となる。ここで、本発明の対象とする船舶のフルード数Fnを0.13〜0.30とする理由は、フルード数Fnが0.30より大きい場合が殆どの高速の艦艇では、レーダー反射をする少なくするためのステルス技術に関して、船体全体を覆いでカバーすることがあるので、このようなステルス用のカバーと区別するためである。 The fluid number Fn is Fn = V / (Lpp × g) 1/2 , where V is the ship speed, Lpp is the length between the perpendiculars, and g is the gravitational acceleration. Here, the reason why the Froude number Fn of the ship targeted by the present invention is set to 0.13 to 0.30 is that the Froude number Fn is larger than 0.30. This is to distinguish the stealth technique from the stealth cover, because the entire hull may be covered and covered.
上記の構成によれば、船橋や居住区等の上部構造物や水面上の船体の船尾側にスムーズな流れを形成するフェアリング部が設けられることになる。そして、正面からの風による風圧抵抗が最も大きくなるのは、予め設定された風速の中を前記航海速力で前進したときであり、この時に船尾側に渦流(死水領域の停滞渦及びカルマン渦の流出渦等)ができなければ、風圧抵抗が小さくなるので、航海中全般にわたって、従来技術の船尾側を左右方向に延びる壁面で形成した上部構造物や、従来のトランサム形状等の水面上の船尾の形状よりも風圧抵抗を少なくすることができる。 According to said structure, the fairing part which forms a smooth flow is provided in the stern side of the upper structure, such as a bridge and a residential area, and the hull on the water surface. The wind pressure resistance due to the wind from the front is the largest when the aircraft moves forward in the preset wind speed at the speed of the voyage. At this time, there is a vortex (stagnation vortex and Karman vortex in the dead water area) on the stern side. If there is no flow vortex, the wind pressure resistance will be low, so the entire stern on the water surface of the conventional transom shape, etc. The wind pressure resistance can be reduced as compared with the shape.
この船尾側に渦流が発生するか否かは、風洞模型実験や、数値流体シミュレーションによって容易に検証することができ、具体的な形状もこれらの風洞模型実験や、数値流体シミュレーションの結果や、従来の周知の形状等から容易に決定することができる。 Whether or not a vortex is generated on the stern side can be easily verified by wind tunnel model experiments and numerical fluid simulations, and the specific shape is also the result of these wind tunnel model experiments and numerical fluid simulations. It can be easily determined from the known shape.
なお、ドジャーとは、接岸時や離岸時等の操船に際して、舷側を監視するために人員が舷側側に移動できるように、船橋の操舵室から左右両方向に延びて形成された構造物である。 A dodger is a structure that is formed to extend from the steering wheel of the bridge in both the left and right directions so that personnel can move to the side of the shore to monitor the shore when maneuvering at the time of berthing or leaving the berth. .
また、平面視でこの範囲にあると、正面からの風に対して船尾側に大きな渦が発生することを回避できるので、いちいち、風洞模型実験や、数値流体シミュレーションによって検証する手間を省くことができる。 Also, if it is in this range in plan view, it is possible to avoid the occurrence of large vortices on the stern side with respect to the wind from the front, so it is possible to save time and effort to verify by wind tunnel model experiments and numerical fluid simulation. it can.
そして、このような形状とすることで、水面上の船体の船尾側に適用した場合には、船尾部が延長され、これにより、水線長が長くなり、水面下の船尾における剥離流れと造波抵抗の低減も図ることができる。 And by adopting such a shape, when applied to the stern side of the hull on the surface of the water, the stern part is extended, thereby increasing the length of the water line, and the separation flow and structure at the stern below the surface of the water. The wave resistance can also be reduced.
上記の風圧抵抗の少ない船舶で、前記水面上構造物の船尾側を形成する船尾側の側壁部を、水面に平行な各断面の形状において、平面視で凹凸の深さが最大幅Bの5%以下となるなめらかな曲線状の部分、又は、平面視で凹凸の深さが最大幅Bの5%以下となる直線部分、又は、両者の組み合わせで形成して構成する。 In the above-mentioned ship with low wind pressure resistance, the stern side wall portion that forms the stern side of the structure on the water surface has a depth of unevenness of a maximum width B in plan view in the shape of each cross section parallel to the water surface. % Or less, or a straight line portion where the depth of unevenness is 5% or less of the maximum width B in a plan view, or a combination of both.
この凹凸の少ない滑らかな曲線状又は直線状に形成することにより、この曲線状の部分又は直線状の部分で流れに剥離が生じて、ここで問題にしている抵抗に影響を与えるような大きな渦が発生することを抑制できる。 By forming this smooth curved line or straight line with few irregularities, separation occurs in the flow at this curved part or straight part, and a large vortex that affects the resistance in question here. Can be prevented from occurring.
上記の風圧抵抗の少ない船舶で、前記水面上構造物の船尾側を形成する船尾側の側壁部を、この水面上構造物の上下方向の範囲のうちで少なくとも0%〜50%の範囲において、水平面に対して30deg〜90degの傾斜角θ3を有するように形成して構成する。 In the above-mentioned ship with low wind pressure resistance, the stern side wall portion forming the stern side of the water surface structure is at least in the range of 0% to 50% in the vertical range of the water surface structure. It is formed so as to have an inclination angle θ3 of 30 deg to 90 deg with respect to the horizontal plane.
この船尾側の側壁部を水平面に対して30deg〜90deg傾斜させることにより、水面上構造物の船尾側を形成する船尾側上面と船側側壁部との角部で生じる渦流を抑制することができる。また、更に、この船尾側上面と船側側壁部との角部に角取り又は丸めを設けることにより、より効果的に渦流を抑制することができるようになる。 By inclining the side wall portion on the stern side by 30 deg to 90 deg with respect to the horizontal plane, it is possible to suppress the eddy current generated at the corner portion between the stern side upper surface and the side wall portion forming the stern side of the structure on the water surface. Furthermore, by providing cornering or rounding at the corner between the stern side upper surface and the ship side wall, eddy current can be more effectively suppressed.
なお、上記の風圧抵抗の少ない船舶の構造の決定方法は、風圧抵抗の少ない船舶の設計方法としても利用できる。 Note that the above-described method for determining the structure of a ship with low wind pressure resistance can also be used as a design method for ships with low wind pressure resistance.
本発明の風圧抵抗の少ない船舶及びその設計方法によれば、風圧抵抗を低減し船速低下を改善することができ、風圧抵抗が低減することにより、風圧抵抗によって生じる船体の姿勢変化による斜航や当舵を抑制することができ、速力性能と操縦性能を改善することができる。その結果、燃費と運航性能を向上することができる。また、桟橋に離着する際に、港内で受ける風圧力が低減されるので、港内での操船性が向上し、離着桟時に要する時間の短縮を図ることができる。 According to the ship having a low wind pressure resistance and the design method of the present invention, the wind pressure resistance can be reduced and the speed reduction can be improved. And the rudder can be suppressed, and speed performance and steering performance can be improved. As a result, fuel consumption and operational performance can be improved. In addition, since the wind pressure received in the port when detaching from the pier is reduced, the maneuverability in the port is improved, and the time required for the detachment can be reduced.
また、居住区を含む上部構造物を対象にした場合には、この上部構造物の後方で剥離して生じる渦を抑制することができるので、煙害などを抑制することができ、上甲板作業の安全性と作業性を確保することができる。 In addition, when targeting an upper structure including a residential area, it is possible to suppress vortices generated by peeling behind this upper structure, so that smoke damage can be suppressed, and Safety and workability can be ensured.
以下、図面を参照して本発明に係る風圧抵抗の少ない船舶及びその設計方法の実施の形態について説明する。ここでは、第1の実施の形態では上甲板より上に設けられた居住区兼船橋の上部構造物を有する船舶を例にして説明し、第2の実施の形態では自動車専用船を例にして説明している。しかしながら、本発明は、自動車専用船のみならず、コンテナ船、タンカー、客船等の他の船舶にも適用できる。なお、ステルス技術のために船体を覆いでカバーしている艦艇を除くために、航海速力Vで、船舶の航行速度Vに関係するフルード数Fnが、0.13〜0.30の船舶としている。 Hereinafter, embodiments of a ship having a low wind pressure resistance and a design method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, in the first embodiment, a ship having an upper structure of a residential area and a bridge provided above the upper deck will be described as an example, and in the second embodiment, an automobile-only ship will be described as an example. Explains. However, the present invention can be applied not only to an automobile-only ship but also to other ships such as a container ship, a tanker, and a passenger ship. In addition, in order to remove the ship that covers and covers the hull for stealth technology, the ship has a voyage speed V and a Froude number Fn related to the navigation speed V of the ship of 0.13 to 0.30. .
最初に、第1の実施の形態の風圧抵抗の少ない船舶(以下船舶という)について説明する。図1〜図3に示すように、この第1の実施の形態の船舶1では、上甲板11上に上部構造物(水面上構造物)12が設けられている。この上部構造物12は船橋を有しており、左右にドジャー17が設けられ、また、上部構造物12の船尾側の水平部16に煙突18が設けられている。 Initially, the ship (henceforth a ship) with few wind pressure resistances of 1st Embodiment is demonstrated. As shown in FIGS. 1 to 3, in the marine vessel 1 according to the first embodiment, an upper structure (water surface structure) 12 is provided on an upper deck 11. The upper structure 12 has a bridge, dodgers 17 are provided on the left and right, and a chimney 18 is provided on the horizontal part 16 on the stern side of the upper structure 12.
本発明においては、船橋や居住区等の上部構造物12の船尾側にスムーズな流れを形成するフェアリング部を設ける。つまり、上部構造物12の船尾側の形状を船尾側の側壁部13、14と水平部15、16とで形成して、上甲板11上に設けた上部構造物12の船尾側の形状を予め設定された風速Vwの中を船舶1の航海速力Vで前進したときに、上部構造物12の船尾側に渦流が発生しない形状に形成する。この船尾側に渦流が発生するか否かは、風洞模型実験や、数値流体シミュレーションによって容易に検証することができ、具体的な形状もこれらの風洞模型実験や、数値流体シミュレーションの結果や、従来の周知の形状等から容易に決定することができる。 In the present invention, a fairing portion that forms a smooth flow is provided on the stern side of the upper structure 12 such as a bridge or a residential area. That is, the stern side shape of the upper structure 12 is formed by the side wall portions 13 and 14 and the horizontal portions 15 and 16 on the stern side, and the stern side shape of the upper structure 12 provided on the upper deck 11 is previously set. When moving forward in the set wind speed Vw at the voyage speed V of the ship 1, the vortex is not formed on the stern side of the upper structure 12. Whether or not a vortex is generated on the stern side can be easily verified by wind tunnel model experiments and numerical fluid simulations, and the specific shape is also the result of these wind tunnel model experiments and numerical fluid simulations. It can be easily determined from the known shape.
この船尾側の側壁部13、14と水平部15、16で囲まれる部分は、居住区などにして利用してもよいが、空隙としてもよい。すなわち、側壁部13、14と水平部15、16を、船尾側の空気の流れで渦流が発生しないようにするための、空間を囲むカバー体として形成してもよい。また、側壁部13等には係船上等の必要に応じて開口部13aを設けてもよい。 The portion surrounded by the stern side walls 13 and 14 and the horizontal portions 15 and 16 may be used as a residential area or the like, but may be a gap. That is, the side wall portions 13 and 14 and the horizontal portions 15 and 16 may be formed as a cover body that surrounds a space so that vortex flow is not generated by the air flow on the stern side. Moreover, you may provide the opening part 13a in the side wall part 13 grade | etc., As needed on mooring.
なお、具体的な形状を風洞模型実験や、数値流体シミュレーションの結果や、従来の周知の形状等から決定する代わりに、次のようにして、この上部構造物12の船尾側の形状を決めてもよい。 Instead of determining the specific shape from the results of wind tunnel model experiments, numerical fluid simulations, and the conventional known shapes, the shape of the stern side of the upper structure 12 is determined as follows. Also good.
先ず、ドジャー17及びドジャー17の支持構造体(図示しない)を除いた最大幅をBとする。次に、図3に示すように、この上部構造物12の船尾側の形状を、この上部構造物12の高さの範囲、即ち、上下方向の範囲のうちで少なくとも0%〜50%、好ましくは0%〜70%、より好ましくは0〜100%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、次のように構成する。言い換えれば、この上部構造物12の上下方向の範囲のうちで、50%以上の範囲、好ましくは70%以上の範囲、より好ましくは100%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、次のように構成する。なお、上部構造物12の高さには、煙突やマスト等の上部構造物12からの突出物は含まない。 First, B is the maximum width excluding the dodger 17 and the support structure (not shown) of the dodger 17. Next, as shown in FIG. 3, the shape of the stern side of the upper structure 12 is set to at least 0% to 50%, preferably within the range of the height of the upper structure 12, that is, the range in the vertical direction. Is configured as follows in the shape of each cross section parallel to the water surface in the range of 0% to 70%, more preferably 0 to 100%. In other words, in the shape of each cross section parallel to the water surface in the range of 50% or more, preferably in the range of 70% or more, more preferably in the range of 100%, in the vertical range of the superstructure 12, The configuration is as follows. The height of the upper structure 12 does not include protrusions from the upper structure 12 such as a chimney or a mast.
つまり、この範囲において、上部構造物12の最大幅Bの船尾側最後部を下辺とし、この下辺の長さB1を0.9×Bとし、底角θ1を40deg〜80deg、より好ましくは50deg〜70degとし、上辺の長さB2を0.5×Bとして等脚台形を作る。また、最大幅Bの船尾側最後部を底辺とし、この底辺の長さB3を1.2×Bとし、底角θ2を40deg〜80deg、より好ましくは50deg〜70degとする二等辺三角形を作る。そして、この上部構造物12の船尾側の形状を、平面視で、この等脚台形の領域よりも外側で、二等辺三角形の内側の領域に入るように形成する。 That is, in this range, the stern side rearmost portion of the maximum width B of the upper structure 12 is the lower side, the length B1 of the lower side is 0.9 × B, and the base angle θ1 is 40 deg to 80 deg, more preferably 50 deg to An isosceles trapezoid is made with 70 deg and the upper side length B2 of 0.5 × B. Further, an isosceles triangle having a stern side rearmost portion of the maximum width B as a base, a base length B3 of 1.2 × B, and a base angle θ2 of 40 deg to 80 deg, more preferably 50 deg to 70 deg is formed. And the shape of the stern side of this upper structure 12 is formed so that it may enter the area | region inside an isosceles triangle outside the area | region of this isosceles trapezoid in planar view.
なお、高さ方向(上下方向)に関しては、段差が無い方が、空気の流れが円滑に流れ、渦流の発生が無くなるので好ましいが、構造上必要な場合には、図1〜図2に示すように高さ方向に段差があってもよい。この場合は、段差のある部分の角部に面取りや丸みを設けることが好ましい。 As for the height direction (vertical direction), it is preferable that there is no step because the flow of air smoothly flows and the generation of eddy currents is eliminated. However, when necessary in terms of structure, it is shown in FIGS. Thus, there may be a step in the height direction. In this case, it is preferable to provide chamfering or rounding at the corner of the stepped portion.
この構成により、いちいち、風洞模型実験や、数値流体シミュレーションによって検証する手間を省くことができ、正面からの風に対して船尾側に大きな渦が発生することを回避できる。 With this configuration, it is possible to save time and effort for verification by wind tunnel model experiments and numerical fluid simulation, and it is possible to avoid the occurrence of a large vortex on the stern side with respect to the wind from the front.
なお、等脚台形の底角θ1の角度を、40degより小さくすると渦ができ易くなり、80degより大きくすると上部構造物12の船尾側が大きく船尾方向に延びすぎることになる。また、二等辺三角形の底角θ2の角度についても同様に、40degより小さくすると渦ができ易くなり、80degより大きくすると上部構造物12の船尾側が大きく船尾方向に延びすぎることになる。 Note that if the angle of the base angle θ1 of the isosceles trapezoid is smaller than 40 deg, vortices are easily formed, and if it is larger than 80 deg, the stern side of the upper structure 12 is greatly extended in the stern direction. Similarly, if the angle of the base angle θ2 of the isosceles triangle is smaller than 40 deg, vortices are easily formed, and if it is larger than 80 deg, the stern side of the upper structure 12 is greatly extended in the stern direction.
なお、この船尾側の側壁部13、14の形状に関しては、水面に平行な各断面の形状において、平面視で滑らかな曲線状の部分、又は、直線状の部分で形成することが好ましい。この滑らかな曲線又は滑らかな直線とは実際の船舶では、完全に凹凸が無いということは無理であるので、凹凸の深さが最大幅Bの5%以下となるように形成することが好ましい。この凹凸の少ない滑らかな曲線状又は直線状で形成することにより、この曲線状の部分又は直線状の部分で流れに剥離が生じて大きな渦が発生することを抑制することができる。 In addition, about the shape of this side wall part 13 and 14 at the stern side, it is preferable to form in the shape of each cross section parallel to a water surface in the shape of a smooth curve or a straight part in planar view. This smooth curve or smooth straight line is impossible for an actual ship to be completely free of irregularities. Therefore, it is preferable that the irregularities have a depth of 5% or less of the maximum width B. By forming it with a smooth curved line or straight line with few irregularities, it is possible to suppress the occurrence of a large vortex due to separation in the flow at the curved part or the straight part.
また、更に、上部構造物12の船尾側を形成する船尾側の側壁部13、14を、この上部構造物12の高さの範囲、即ち、上下方向の範囲のうちで少なくとも0%〜50%、好ましくは0%〜70%、より好ましくは0〜100%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、次のように構成する。言い換えれば、この上部構造物12の上下方向の範囲のうちで、50%以上の範囲、好ましくは70%以上の範囲、より好ましくは100%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、次のように構成する。なお、上部構造物12の高さには、煙突やマスト等の上部構造物12からの突出物は含まない。 Furthermore, the stern side walls 13 and 14 that form the stern side of the upper structure 12 are at least 0% to 50% within the range of the height of the upper structure 12, that is, the range in the vertical direction. In the shape of each cross section parallel to the water surface, preferably in the range of 0% to 70%, more preferably in the range of 0 to 100%, the following configuration is made. In other words, in the shape of each cross section parallel to the water surface in the range of 50% or more, preferably in the range of 70% or more, more preferably in the range of 100%, in the vertical range of the superstructure 12, The configuration is as follows. The height of the upper structure 12 does not include protrusions from the upper structure 12 such as a chimney or a mast.
つまり、この範囲において、水平面に対して、30deg〜90deg、好ましくは、50deg〜70degの傾斜角θ3を有するように形成することが好ましい。この構成により、上部構造物12の船尾側を形成する船尾側上面15、16と船尾側の側壁部13、14との角部で生じる渦流を抑制することができる。また、更に、この船尾側上面と船側側壁部との角部に角取り又は丸めを設けることにより、より効果的に渦流の発生を抑制することができるようになる。 That is, in this range, it is preferable to form so as to have an inclination angle θ3 of 30 deg to 90 deg, preferably 50 deg to 70 deg with respect to the horizontal plane. With this configuration, it is possible to suppress the vortex generated at the corners between the stern side upper surfaces 15 and 16 forming the stern side of the upper structure 12 and the side wall portions 13 and 14 on the stern side. Furthermore, by providing cornering or rounding at the corner between the stern side upper surface and the ship side wall, generation of vortex can be more effectively suppressed.
この側壁部13、14は、水面上の全体又は上側の一部分が外側に凸となる曲面状に形成した場合には、曲面上の各点における接面が、水平面となす角度を傾斜角θ3とする。なお、傾斜角θ3を30degより小さくすると、上部構造物12の船尾側の下部が大きく船尾方向に延びることになり、90degより大きくし過ぎると実用的ではなくなる。 When the side walls 13 and 14 are formed in a curved surface shape in which the whole or a part of the upper side of the water surface is convex outward, the angle formed by the contact surface at each point on the curved surface with the horizontal surface is defined as an inclination angle θ3. To do. When the inclination angle θ3 is smaller than 30 deg, the lower portion of the upper structure 12 on the stern side greatly extends in the stern direction, and when it is larger than 90 deg, it becomes impractical.
この構成によれば、正面からの風による風圧抵抗が最も大きくなるのは、予め設定された風速Vwの中を航海速力Vで前進したときであり、この時に船尾側に渦流(死水領域の停滞渦及びカルマン渦の流出渦等)ができなければ、風圧抵抗が小さくなるので、航海中全般にわたって、従来技術の船尾側を左右方向に延びる壁面で形成した上部構造物の形状よりも風圧抵抗を少なくすることができる。 According to this configuration, the wind pressure resistance due to wind from the front is the largest when the vehicle moves forward in the preset wind speed Vw at the voyage speed V. At this time, the vortex (stagnation of the dead water region) If there is no vortex and Karman vortex outflow vortex, etc., the wind pressure resistance will be small. Can be reduced.
そして、斜め前方からの風に対しても、従来技術の箱型の上部構造物に比べて渦流が発生し難く、斜め前方からの風に対する上部構造物12の風圧抵抗が小さくなり、また、上部構造物12は、荷役を考えて一般に船尾側に配置されていることが多いので、風圧に起因するヨウモーメントも小さくなるので、操縦性が向上することになる。 Further, eddy currents are less likely to occur even when the wind is obliquely forward compared to the box-shaped upper structure of the prior art, and the wind pressure resistance of the upper structure 12 against the wind obliquely forward is reduced. Since the structure 12 is generally arranged on the stern side in consideration of cargo handling, the yaw moment due to the wind pressure is also reduced, so that the maneuverability is improved.
次に、第2の実施の形態の風圧抵抗の少ない船舶(以下船舶という)について説明する。図4〜図13に示すように、この第2の実施形態の船舶1Aは、自動車専用船を例にしたものであり、船体20の船首から船尾にわたって、自動車を固定して搬送するために、階層構造の複数の甲板を有し、最上部の甲板である上甲板21には、マスト22や煙突23は設けるが、船橋や居住区等の船楼を設けない。この船舶1Aでは、船橋も居住区も上甲板21より下に設け、上甲板21より上にはできるだけ突出するものを設けず、風圧抵抗を減少させる。 Next, a ship (hereinafter referred to as a ship) with low wind pressure resistance according to the second embodiment will be described. As shown in FIGS. 4 to 13, the ship 1 </ b> A according to the second embodiment is an automobile exclusive ship, and in order to fix and convey the automobile from the bow of the hull 20 to the stern, The upper deck 21, which has a plurality of hierarchically structured decks, is provided with a mast 22 and a chimney 23, but is not provided with a bridge such as a bridge or a residential area. In this ship 1A, the bridge and the residential area are provided below the upper deck 21, and nothing protruding above the upper deck 21 is provided so as to reduce wind resistance.
また、水面より下には、船首側に船首バルブ31が、船尾側にスクリュープロペラ32と舵33が設けられている。 Further, below the water surface, a bow valve 31 is provided on the bow side, and a screw propeller 32 and a rudder 33 are provided on the stern side.
この構成では、例えば、船橋は上甲板21より下で見晴らしがよい船首部に設け、居住区はエンジンのある機関室に近い船尾側に設ける。最近はエンジンの制御や船内制御がリモートコントロール化されてきているので、船橋と機関室と居住区を必ずしも近傍に配置する必要性も小さくなってきているので、船楼を設けない構成でも大きな不便は生じない。 In this configuration, for example, the bridge is provided on the bow portion that is well-viewed below the upper deck 21, and the residential area is provided on the stern side near the engine room with the engine. Recently, the engine control and inboard control have been made remote control, so the need to place the bridge, engine room, and residential area in the vicinity has also been reduced. Does not occur.
船首には、船首前縁上端から上甲板21に向かって上向きの傾斜面24を形成する。この傾斜面24は、水平面に対する上向き角度が20deg〜60degで、好ましくは38degになるように形成される。これにより、風の流れが船首前縁上端から上甲板に向かって流れる際に、上甲板部分における剥離と渦の発生を抑制でき、風圧抵抗を低減できる。 An upward inclined surface 24 is formed on the bow from the upper end of the bow front edge toward the upper deck 21. The inclined surface 24 is formed so that the upward angle with respect to the horizontal plane is 20 deg to 60 deg, and preferably 38 deg. Thereby, when the flow of wind flows from the upper end of the bow front edge toward the upper deck, it is possible to suppress separation and vortex generation in the upper deck portion, and to reduce wind pressure resistance.
船体の上甲板21と両舷側部25とがなす角部に、船首から船尾のほぼ全長にわたって切欠段部26を設ける。この切欠段部26は、図6に示すように、船体中央における、上甲板から船底(キールライン)までの深さDからバラスト喫水dbを引き算したバラスト状態における乾舷fbの5〜20%の深さdsと幅bsを有して形成される。例えば、積み荷となる自動車1台分の幅で、方形状に切り欠くことによって形成される。 A notch step 26 is provided at the corner formed by the upper deck 21 of the hull and both side portions 25 over almost the entire length from the bow to the stern. As shown in FIG. 6, the notch 26 is 5 to 20% of the freeboard fb in the ballast state obtained by subtracting the ballast draft db from the depth D from the upper deck to the bottom of the ship (the keel line) at the center of the hull. It is formed having a depth ds and a width bs. For example, it is formed by cutting out into a square shape with a width of one automobile to be loaded.
この切欠段部26により斜め方向の風に対して上甲板21と舷側部25とを結ぶ角部での剥離及び渦の発生が抑制されて、風圧による抵抗、横力、ヨーモーメントが軽減される。なお、この切欠段部26は、船首から船尾のほぼ全長にわたって設けると効果が大きいが、船首からほぼ船体中央部までの範囲にわたって設けてもよい。 The cut-out step 26 suppresses separation and vortex generation at the corner connecting the upper deck 21 and the heel side portion 25 with respect to wind in an oblique direction, thereby reducing resistance, lateral force, and yaw moment due to wind pressure. . The cut-out step 26 has a great effect when provided over almost the entire length from the bow to the stern, but it may be provided over a range from the bow to almost the center of the hull.
この切欠段部26の舷側部25と上甲板21との角部においては、傾斜面26aを設けて横風を受けたときの抵抗を軽減することが好ましく、図4、図5、図8〜図10の構成では、角部と傾斜面とを船首尾方向に交互に配置している。この傾斜面26aは、30deg〜60degで、好ましくは、45degとし、この傾斜面26aの高さは、切欠段部26の深さdsの3分の2〜3分の1程度が好ましい。 In the corner portion of the heel side portion 25 and the upper deck 21 of the notch step portion 26, it is preferable to provide an inclined surface 26a to reduce resistance when subjected to cross wind, and FIG. 4, FIG. 5, FIG. In the configuration of 10, the corners and the inclined surfaces are alternately arranged in the bow-stern direction. The inclined surface 26a is 30 deg to 60 deg, preferably 45 deg, and the height of the inclined surface 26a is preferably about two thirds to one third of the depth ds of the notch step portion 26.
本発明においては、船体20の水面上の部分(水面上構造物)の船尾側部分20aにスムーズな流れを形成するフェアリング部である側壁部27、28を設ける。つまり、船尾側部分20aの船尾側の形状を船尾側の側壁部27、28と上甲板21で形成して、この船尾側部分20aの形状を予め設定された風速Vwの中を船舶1Aの航海速力Vで前進したときに、船尾側部分20aに渦流が発生しない形状に形成する。この船尾側部分20aに渦流が発生するか否かは、風洞模型実験や、数値流体シミュレーションによって容易に検証することができ、具体的な形状もこれらの風洞模型実験や、数値流体シミュレーションの結果や、従来の周知の形状等から容易に決定することができる。 In the present invention, side walls 27 and 28 are provided as fairing portions that form a smooth flow in the stern side portion 20a of the portion of the hull 20 on the water surface (a structure on the water surface). In other words, the stern side shape of the stern side portion 20a is formed by the stern side wall portions 27 and 28 and the upper deck 21, and the shape of the stern side portion 20a is set in the wind speed Vw set in advance, and the voyage of the ship 1A. When moving forward at a speed V, the stern portion 20a is formed in a shape that does not generate vortex. Whether or not a vortex is generated in the stern side portion 20a can be easily verified by a wind tunnel model experiment or a numerical fluid simulation. It can be easily determined from a conventional well-known shape or the like.
この船尾側部分20aの側壁部27,28と上甲板21で囲まれる部分は、係船装置や舵取り機構を配置するが、空隙部分を設けてもよい。すなわち、側壁部27、28と上甲板21を、船尾側の空気の流れで渦流が発生しないようにするための、空間を囲むカバー体として形成してもよい。また、側壁部27、28には係船上等の必要に応じて開口部を設けてもよい。この構成では、自動車の荷役を行うためのランプウエイ用の開口部とその扉29を設けている。また、船体20の中央部付近の舷側部25にも自動車の荷役を行うためのランプウエイ用の開口部とその扉30を設けている。 The portion surrounded by the side wall portions 27 and 28 and the upper deck 21 of the stern side portion 20a is arranged with a mooring device and a steering mechanism, but a gap portion may be provided. That is, you may form the side wall parts 27 and 28 and the upper deck 21 as a cover body which surrounds space so that a vortex | eddy_current may not generate | occur | produce with the flow of the air of the stern side. Moreover, you may provide an opening part in the side wall parts 27 and 28 as needed on mooring. In this configuration, an opening for a lampway and a door 29 for carrying a vehicle are provided. In addition, an opening for a lampway and a door 30 for carrying a vehicle are also provided on the side portion 25 near the center of the hull 20.
なお、具体的な形状を風洞模型実験や、数値流体シミュレーションの結果や、従来の周知の形状等から決定する代わりに、次のようにして、この船尾側部分20aの船尾側の形状を決めてもよい。 Instead of determining the specific shape from the results of wind tunnel model experiments, numerical fluid simulations, and the conventional known shapes, the shape of the stern side of the stern side portion 20a is determined as follows. Also good.
先ず、船尾側部分20aの最大幅をBとする。この船尾側部分20aとしては、船体20の平行部の最後から船尾側とするが、平行部の最後が明確でない場合には、船尾垂線A.P.から0.2×Lpp(垂線間長)前方の位置から後方部分とする。 First, let B be the maximum width of the stern side portion 20a. The stern side portion 20a is set to the stern side from the end of the parallel portion of the hull 20, but when the end of the parallel portion is not clear, the stern perpendicular line A.1. P. To 0.2 × Lpp (length between perpendiculars) from the front position to the rear portion.
図12に示すように、この船尾側部分20aの船尾側の形状を、この船尾側部分20aの上下方向の範囲のうちで少なくとも0%〜50%、好ましくは0%〜70%、より好ましくは0〜100%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、次のように構成する。言い換えれば、この船尾側部分20aの高さの範囲、即ち、上下方向の範囲のうちで、50%以上の範囲、好ましくは70%以上の範囲、より好ましくは100%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、次のように構成する。なお、船尾側部分20aの高さには、煙突やマスト等の船尾側部分20の上甲板21からの突出物は含まない。 As shown in FIG. 12, the shape of the stern side of the stern side portion 20a is at least 0% to 50%, preferably 0% to 70%, more preferably within the range of the stern side portion 20a in the vertical direction. The shape of each cross section parallel to the water surface in the range of 0 to 100% is configured as follows. In other words, in the range of the height of the stern side portion 20a, that is, in the range in the vertical direction, in the range of 50% or more, preferably 70% or more, more preferably 100%, parallel to the water surface. Each cross-sectional shape is configured as follows. Note that the height of the stern side portion 20a does not include protrusions from the upper deck 21 of the stern side portion 20 such as a chimney or a mast.
つまり、この範囲における、水面に平行な各断面の形状において、船尾側部分20aの最大幅Bの船尾側最後部を下辺とし、この下辺の長さB1を0.9×Bとし、底角θ1を40deg〜80deg、より好ましくは50deg〜70degとし、上辺の長さB2を0.9×Bとして等脚台形を作る。また、最大幅Bの船尾側最後部を底辺とし、この底辺の長さB3を1.2×Bとし、底角θ2を40deg〜80deg、より好ましくは50deg〜70degとする二等辺三角形を作る。そして、この船尾側部分20aの船尾側の形状を、平面視で、この等脚台形の領域よりも外側で、二等辺三角形の内側の領域に入るように形成する。 That is, in this range, in the shape of each cross section parallel to the water surface, the stern side rearmost portion of the maximum width B of the stern side portion 20a is the lower side, the length B1 of this lower side is 0.9 × B, and the base angle θ1 Is 40 deg to 80 deg, more preferably 50 deg to 70 deg, and the upper side length B2 is 0.9 × B to form an isosceles trapezoid. Further, an isosceles triangle having a stern side rearmost portion of the maximum width B as a base, a base length B3 of 1.2 × B, and a base angle θ2 of 40 deg to 80 deg, more preferably 50 deg to 70 deg is formed. The shape of the stern side of the stern side portion 20a is formed so as to enter the region inside the isosceles triangle outside the isosceles trapezoidal region in plan view.
この構成により、いちいち、風洞模型実験や、数値流体シミュレーションによって検証する手間を省くことができ、正面からの風に対して船尾側に大きな渦が発生することを回避できる。 With this configuration, it is possible to save time and effort for verification by wind tunnel model experiments and numerical fluid simulation, and it is possible to avoid the occurrence of a large vortex on the stern side with respect to the wind from the front.
なお、等脚台形の底角θ1の角度を、40degより小さくすると渦ができ易くなり、80degより大きくすると上部構造物12の船尾側が大きく船尾方向に延びすぎることになる。また、二等辺三角形の底角θ2の角度についても同様に、40degより小さくすると渦ができ易くなり、80degより大きくすると上部構造物12の船尾側が大きく船尾方向に延びすぎることになる。 Note that if the angle of the base angle θ1 of the isosceles trapezoid is smaller than 40 deg, vortices are easily formed, and if it is larger than 80 deg, the stern side of the upper structure 12 is greatly extended in the stern direction. Similarly, if the angle of the base angle θ2 of the isosceles triangle is smaller than 40 deg, vortices are easily formed, and if it is larger than 80 deg, the stern side of the upper structure 12 is greatly extended in the stern direction.
なお、この船尾側部分20aの側壁部27、28の形状に関しては、水面に平行な各断面の形状において、平面視で滑らかな曲線状の部分、又は、直線状の部分で形成することが多く、また、このように構成することが好ましい。しかしながら、ランプウエイの扉29を設けたりする場合には、完全に凹凸が無いということは無理であるので、凹凸の深さが最大幅Bの5%以下となるように構成することが好ましい。この凹凸の少ない滑らかな曲線状又は直線状で形成することにより、この曲線状の部分又は直線状の部分で流れに剥離が生じて大きな渦が発生することを抑制することができる。 In addition, regarding the shape of the side wall portions 27 and 28 of the stern side portion 20a, the shape of each cross section parallel to the water surface is often formed by a smooth curved portion or a straight portion in plan view. Moreover, it is preferable to configure in this way. However, when the lampway door 29 is provided, it is impossible for the lamp 29 to be completely free of unevenness. Therefore, it is preferable that the depth of the unevenness be 5% or less of the maximum width B. By forming it with a smooth curved line or straight line with few irregularities, it is possible to suppress the occurrence of a large vortex due to separation in the flow at the curved part or the straight part.
また、更に、船尾側部分20aの船尾側を形成する側壁部27,28を、この船尾側部分20aの高さの範囲、即ち、上下方向の範囲のうちで少なくとも0%〜50%、好ましくは0%〜70%、より好ましくは0〜100%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、次のように構成する。言い換えれば、この船尾側部分20%の上下方向の範囲のうちで、50%以上の範囲、好ましくは70%以上の範囲、より好ましくは100%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、次のように構成する。なお、船尾側部分20aの高さには、煙突やマスト等の船尾側部分20の上甲板21からの突出物は含まない。 Further, the side wall portions 27 and 28 forming the stern side of the stern side portion 20a are set to have a height range of the stern side portion 20a, that is, at least 0% to 50%, preferably within the vertical range. The shape of each cross section parallel to the water surface in the range of 0% to 70%, more preferably 0 to 100%, is configured as follows. In other words, in the vertical range of the stern side portion 20%, in the shape of each cross section parallel to the water surface in the range of 50% or more, preferably 70% or more, more preferably 100%. The configuration is as follows. Note that the height of the stern side portion 20a does not include protrusions from the upper deck 21 of the stern side portion 20 such as a chimney or a mast.
つまり、この範囲において、水平面に対して、30deg〜90deg、好ましくは50deg〜70degの傾斜角θ3を有するように形成することが好ましい。この構成により、船尾側部分20aの船尾側を形成する上甲板21と側壁部27、28との角部で生じる渦流を抑制することができる。 That is, in this range, it is preferable to form so as to have an inclination angle θ3 of 30 deg to 90 deg, preferably 50 deg to 70 deg with respect to the horizontal plane. With this configuration, it is possible to suppress the vortex generated at the corners between the upper deck 21 and the side wall portions 27 and 28 that form the stern side of the stern side portion 20a.
この側壁部13、14は、水面上の全体又は上側の一部分が外側に凸となる曲面状に形成した場合には、曲面上の各点における接面が、水平面となす角度を傾斜角θ3とする。 When the side walls 13 and 14 are formed in a curved surface shape in which the whole or a part of the upper side of the water surface is convex outward, the angle formed by the contact surface at each point on the curved surface with the horizontal surface is defined as an inclination angle θ3. To do.
なお、この側壁部27、28は、水面上の全体又は上側の一部分が外側に凸となる曲面状に形成することが好ましく、この場合には、曲面上の各点における接面が、水平面となす角度を傾斜角θ3とする。また、更に、この上甲板21と側壁部27、28の角部に角取り又は丸めを設けることにより、より効果的に渦流の発生を抑制することができるようになる。 The side wall portions 27 and 28 are preferably formed in a curved shape in which the whole or a part of the upper side of the water surface is convex outward. In this case, the contact surface at each point on the curved surface is a horizontal plane. The formed angle is defined as an inclination angle θ3. Furthermore, by providing cornering or rounding at the corners of the upper deck 21 and the side wall portions 27 and 28, generation of vortex can be more effectively suppressed.
なお、傾斜角θ3を30degより小さくすると、船尾側部分20aの下部が大きく船尾方向に延びることになり、90degより大きくし過ぎると、実用的ではなくなる。 When the inclination angle θ3 is smaller than 30 deg, the lower portion of the stern side portion 20a is greatly extended in the stern direction, and when it is larger than 90 deg, it becomes impractical.
この構成によれば、正面からの風による風圧抵抗が最も大きくなるのは、予め設定された風速Vwの中を航海速力Vで前進したときであり、この時に船尾側に渦流(死水領域の停滞渦及びカルマン渦の流出渦等)ができなければ、風圧抵抗が小さくなるので、航海中全般にわたって、従来技術の船尾側部分を左右方向に延びる壁面で形成したトランサム船型の船尾の形状よりも風圧抵抗を少なくすることができる。 According to this configuration, the wind pressure resistance due to wind from the front is the largest when the vehicle moves forward in the preset wind speed Vw at the voyage speed V. At this time, the vortex (stagnation of the dead water region) If there is no vortex and Karman vortex outflow vortex, the wind pressure resistance will be reduced, so the wind pressure will be lower than the transom stern shape of the conventional stern side wall that extends in the left-right direction throughout the voyage. Resistance can be reduced.
そして、斜め前方からの風に対しても、従来技術のランサム船型の船尾の形状に比べて渦流が発生し難く、斜め前方からの風に対する船体20の風圧抵抗が小さくなり、風圧に起因するヨウモーメントも小さくなるので、操縦性が向上することになる。 In addition, eddy currents are less likely to occur even when the wind is obliquely forward compared to the shape of the stern of the ransom type of the prior art, and the wind pressure resistance of the hull 20 against the wind obliquely forward is reduced. Since the moment is also reduced, the maneuverability is improved.
本発明の風圧抵抗の少ない船舶及びその設計方法は、風圧抵抗を低減し船速低下を改善することができて、速力性能と操縦性能を改善することができ、その結果、燃費と運航性能を向上することができるので、数多くの種類の船舶として利用でき、特に、風圧面積が大きくなる自動車専用船、コンテナ船、客船に利用できる。 The ship with low wind pressure resistance and its design method of the present invention can reduce wind pressure resistance and improve ship speed reduction, and can improve speed performance and maneuverability, resulting in improved fuel efficiency and operational performance. Since it can be improved, it can be used as many kinds of ships, and in particular, it can be used for automobile ships, container ships, and passenger ships with a large wind pressure area .
1、1A 船舶
2 水面
11、21 上甲板
12 上部構造物(水面上構造物)
13、14 側壁部(フェアリング部)
15、16 水平部
17 ドジャー
20 船体
20a 船体の水面上の部分(水面上構造物)の船尾側部分
21 上甲板
25 舷側部
26 切欠段部
27、28 傾斜部
29、30 ランプウエイ用の開口部の扉
B 最大幅
B1 等脚台形の下辺の長さ
B2 等脚台形の上辺の長さ
B3 二等辺三角形の底辺の長さ
Vw 風速
V 航海速力
θ1 等脚台形の底角
θ2 二等辺三角形の底角
θ3 側壁部の水平面に対する傾斜角
1, 1A Ship 2 Water surface 11, 21 Upper deck 12 Upper structure (structure on water surface)
13, 14 Side wall part (fairing part)
15, 16 Horizontal portion 17 Dodger 20 Hull 20a Stern side portion of the hull surface structure (water surface structure) 21 Upper deck 25 Saddle side portion 26 Notch step portion 27, 28 Inclined portion 29, 30 Lampway opening B2 Maximum width B1 Length of the lower side of the isosceles trapezoid B2 Length of the upper side of the isosceles trapezoid B3 Length of the base of the isosceles triangle Vw Wind speed V Navigation speed θ1 Bottom angle of the isosceles trapezoid θ2 Bottom of the isosceles trapezoid Angle θ3 Angle of inclination of side wall with respect to horizontal plane
Claims (4)
前記水面上構造物の形状において、
船橋を有する上部構造物の場合にはドジャー及びドジャーの支持構造体を除いた最大幅をBとしたときに、この水面上構造物の船尾側の形状を、この水面上構造物の上下方向の範囲のうちで少なくとも0%〜50%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、
最大幅Bの船尾側最後部を下辺とし、該下辺の長さB1を0.9×Bとし、底角θ1を40deg〜80degとし、上辺の長さB2を0.5×Bとする等脚台形よりも外側の範囲で、且つ、前記最大幅Bの船尾側最後部を底辺とし、該底辺の長さB3を1.2×Bとし、底角θ2を40deg〜80degとする二等辺三角形よりも内側の領域に入るように形成したことを特徴とする風圧抵抗の少ない船舶。 The stern side shape of the upper structure on the upper deck or the stern side of the hull on the water surface in a ship with a voyage speed and a fluid number related to the navigation speed of the ship of 0.13 to 0.30. The shape of the structure on the water surface of at least one of the following shapes is set to the stern side when moving forward in the preset wind speed at the nautical speed, at a position behind the stern vertical line by a distance of 0.2 × the vertical line. In a shape that does not generate a vortex that has a diameter from three times the maximum width of the structure on the water surface to one tenth of the maximum width,
In the shape of the structure on the water surface ,
In the case of an upper structure having a bridge, when the maximum width excluding the dodger and the support structure of the dodger is defined as B, the shape of the stern side of the structure on the water surface is set in the vertical direction of the structure on the water surface. In the shape of each cross section parallel to the water surface in the range of at least 0% to 50% of the range,
An equilateral leg with the stern side rearmost part of the maximum width B as the lower side, the lower side length B1 being 0.9 × B, the base angle θ1 being 40 deg to 80 deg, and the upper side length B2 being 0.5 × B From an isosceles triangle in a range outside the trapezoid and having the stern side rearmost portion of the maximum width B as the base, the length B3 of the base is 1.2 × B, and the base angle θ2 is 40 deg to 80 deg A ship with low wind pressure resistance, characterized in that it is also formed to enter the inner region .
前記水面上構造物の形状において、In the shape of the structure on the water surface,
船橋を有する上部構造物の場合にはドジャー及びドジャーの支持構造体を除いた最大幅をBとしたときに、この水面上構造物の船尾側の形状を、この水面上構造物の上下方向の範囲のうちで少なくとも0%〜50%の範囲における、水面に平行な各断面の形状において、In the case of an upper structure having a bridge, when the maximum width excluding the dodger and the support structure of the dodger is defined as B, the shape of the stern side of the structure on the water surface is set in the vertical direction of the structure on the water surface. In the shape of each cross section parallel to the water surface in the range of at least 0% to 50% of the range,
最大幅Bの船尾側最後部を下辺とし、該下辺の長さB1を0.9×Bとし、底角θ1を40deg〜80degとし、上辺の長さB2を0.5×Bとする等脚台形よりも外側の範囲で、且つ、前記最大幅Bの船尾側最後部を底辺とし、該底辺の長さB3を1.2×Bとし、底角θ2を40deg〜80degとする二等辺三角形よりも内側の領域に入るように形成することを特徴とする風圧抵抗の少ない船舶の設計方法。An equilateral leg with the stern side rearmost part of the maximum width B as the lower side, the lower side length B1 being 0.9 × B, the base angle θ1 being 40 deg to 80 deg, and the upper side length B2 being 0.5 × B From an isosceles triangle in a range outside the trapezoid and having the stern side rearmost portion of the maximum width B as the base, the length B3 of the base is 1.2 × B, and the base angle θ2 is 40 deg to 80 deg A design method for a ship with low wind pressure resistance, characterized in that it is formed so as to enter the inner region.
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