JP6198232B1 - 船体形状と推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】船の経済性を保持しつつ、船舶の航行速度の高速化を実現する。【解決手段】船首１から船尾２に通過する水路６を設け、船首の水を前記水路を通して前記船尾に流すことによって、水面を走る船の３つの抵抗、すなわち、造波抵抗、粘性圧力抵抗、粘性摩擦抵抗、の内の前２つをほとんど無くし、さらに水路の構造により高速航行時の安定性を増し、さらにスクリュープロペラで発生するプロペラ後方の旋回流などの損失が生じない複列配置した水車１４の構造により、推進効率と推進力を増やす。【選択図】図１

Description

本発明は、水面を走る船に関するものである。

水面を走る船は３つの抵抗、すなわち、造波抵抗、粘性圧力抵抗、粘性摩擦抵抗、を持ち、推進力と抵抗力の均衡が船速である。各抵抗は速度の２乗に比例して増加する。主抵抗は、低速で粘性摩擦抵抗、高速で造波抵抗、である。造波抵抗は高速で急増する。

造波抵抗は船の速度の２乗と前面投影面積に比例する。速度を２倍にすると造波抵抗が４倍になり、必要な推進力も４倍になる。太った船形にすると造波抵抗が増える。やせ型にすると造波抵抗を減らせるが、復元力が弱くなるので、船の長さと幅の比は一般的には６から７であり、８が上限である。

現行の船の多くは、水面の上に浮き、胴体が１つの単胴船である。（以下、「現行の船」と記述する）。低速で走る場合に最適の構造であり、現在の主力を占める理由であるが、長さと幅の比が６から７は高速で大きな造波抵抗を生む形状であり、現行の船は本質的に高速航行は不向きである。

現行の船を速く経済的に走らせるために、水の抵抗すなわちエネルギー損失を減らすべく、船形を滑らかにしたり、発生した波の一部を打ち消す役目のバルバスバウ（球状船首）を設けたりと、色々な努力（例えば、特許文献１参照）が行われて来たが十分とは言えない。

また、現行の船は高速航行すると、船底の形状により揚力が発生し、船が浮き上がり、安定性が下がり、転覆の危険性が生じる。さらに、大波と激突し、船首が激しく上下したり、船が飛び上がったりして、横転や沈没の危険性が生じる。高速で不安定になる現行の船の形状は、本質的に高速航行は不向きである。

さらに、高速航行には高速な推進装置が必要になるが、現行の船の多くが採用しているプロペラ推進装置は、進行方向と直角にプロペラを回し、プロペラ後方にエネルギーの損失となる旋回流を作る。旋回流の水を回すのに必要な加速度は回転速度の２乗に比例するから、回転速度を上げると、推進力は回転速度に比例して増えるのに対して、回転に必要な力は回転速度の２乗で急増して行く。

加えて、プロペラの回転速度を高速にすると、プロペラ廻りの水が気化して推力が低下するキャビテーション現象が発生する。回転速度を高速にする代わりに、プロペラを大きくしても、推進力を向上できるが、喫水や船底までの深さの制約もあり、余り大きくできない。

現行の船を速く経済的に走らせるために、プロペラ後方の旋回流すなわちエネルギー損失を減らすべく、２重プロペラ、可変ピッチプロペラ、ポッド推進装置、など推進装置の効率向上の色々な努力が行われて来たが、（発生した波を打ち消すバルバスバウと同様に）、十分とは言えない。

現行の高速航行にはウォータージェット推進装置が使われているが、海水を取り込み高圧に圧縮して高速で吹出す仕組みにより、装置が高圧処理でコスト高になり、かつ、エネルギーのロスが大きく、建造と運航の双方で経済性を失い、限られた一部の用途しか普及していない。

一方、地球温暖化対策面から、５００ｋｍから２０００ｋｍ程度の中長距離において、高速性で貨物輸送に絶対的な強みを持つがＣＯ２排出量の多いトラック輸送から、（高速性と大量輸送力を持ち）ＣＯ２排出量の少ない船舶輸送への、モーダルシフトが求められている。

特開２０１５−１６８３７７号公報

本発明が解決しようとする課題は、前記の欠点を改善するものである。

現在行われている船形を滑らかにする改良などでは、現在の主流となっている水面の上に浮かぶ単胴船が、船首の水を両舷の外に追い出すことによって生じた波の損失エネルギーを回収することは現実的に不可能であり、発生する波を少なくする程度の進歩で足踏みしている。

現在行われている、プロペラの形状改良、２重反転プロペラ、可変ピッチプロペラ、ポッド推進、などの改良では、推進効率を多少向上する程度であり、高速化で新たに発生するプロペラが本質的に持つ色々な障害の解決には程遠く、高速で急増する水の抵抗を上回る高速航行を実現する推進力は得られない。

このため、船速を増すと、１．船首の前の水を両舷の外に追い出しながら船が進むために必要な加速度、すなわち水の抵抗は、船速の２乗で急増し、２．プロペラ後方の旋回流の水を回すのに必要な加速度、すなわち水の抵抗も、船速の２乗で急増し、１と２の相乗効果により、水の抵抗が速度の３乗で増加するため、主機として強力なエンジンが必要になる。

現行の船の船形での経済的な限界速度は、時速６０キロメートル前後と言われている。単胴船で、この速度を超える船は、巡視船や軍船など、経済性を無視できる、商船以外の船となる。

現在の航行速度への関心は、限界に達した航行速度のさらなる向上よりもむしろ、経済的な航行速度にある。景気悪化や船腹過剰や燃料費高騰などで海運市況が悪化すると、速度減よりも燃料消費量減が大きいために、陸揚げして船形を変更した後に、低速航行で燃料費を節約する経済航行を始める船が出るほどである。

単胴船以外では、水中翼船やホーバークラフトやウェーブ・ピアーサーなどが実用化されているが、荒天に運航できなかったり、大型船に不向きだったり、積載貨物量が少なかったり、建造費や保守費が高価過ぎたり、燃費が悪かったり、等で世界的に大きなシェアを獲得するに至っていない。

本発明の発明者は、上記の課題を解決する手段として、船内に船首の水を流す水路を設ける。この設けた水路を通して船首の前の水を船尾の後に流し、さらに推進装置として水車の複列配置によって、経済性を保持しながら航行速度の高速化を実現する。

手段の説明その１／２：水路について

はじめに、「水路」について記述する。船が進む時には、船の前にある水をどこかに移動し、通り過ぎた後に移動した水を戻しておく必要がある。

現行の船では、水に急速な移動エネルギーを加えて、両舷の外に追い出して、引き波を起こしながら、船は進む。高速航行すると、加える移動エネルギー、すなわち造波抵抗、が急増する。追い出すから、エネルギーは回収できなくなる。

本発明の船では、水に低速な移動エネルギーを、現行の船よりゆっくり、移動幅も小さく、加えて、水路の中を水は進む。移動速度と移動幅が共に小さいので、水の移動に必要なエネルギーは微小となる。また、両舷の外に水を追い出さないから、エネルギーのロスとなる引き波を起こさない。水を追い出さなかったから、船尾の後ろで発生する渦による粘性圧力抵抗の打ち消しに利用できる。

現行の船では、船が通り過ぎた船尾の後の低圧部に、渦を起こしながら周囲の水を引き寄せる。水を引き寄せるエネルギーのロス、すなわち、粘性圧力抵抗が発生することになり、船足を遅くする作用が働く。船首の前の水を両舷の外に追い出してしまったために、船尾ではロス発生を前提として周囲の水を引き寄せることになる。

本発明の船では、水路の中を進んで来た水を船尾で水面に戻す。両舷の外に水を追い出さなかったから、船首で水路の中に取り込んだ水を、船尾の後で水面に戻すことができる訳である。船が通り過ぎた後に周囲の水を引き寄せる必要がなく、粘性圧力抵抗が発生しないようにする事ができる。

まとめると、現行の船は、両舷の外に水を追い出しながら、引き波を起こしながら航行しているが、本発明の船は、その位置で水が上下し、上下する水の下を船の下部が通り過ぎて行く。これは波が伝搬して行く時に、水そのものは移動して行かないで、その場で上下運動する現象に似ている。

念のため書いておくが、水中翼船と本発明の船は、ともに水中を潜行する部分があるが、全く別の物である。前者は水路（の壁）を持たず、後者は水路（の壁）を持つ。前者は翼の揚力を航行時の主な浮力とし、後者は船の水面下の容積を主な浮力とする。航行時に、前者は揚力で船体を持ち上げ、後者は水路を流れる水が船全体を押し下げる。前者は翼の容積が非常に小さく、後者は船の上部構造を水面上に保持するほど容積が大きい。

手段の説明その２／２：推進装置について

次に、「推進装置」について記述する。推進装置の課題を解決する手段として、本発明は、船底および、または水路に配置し、船の横方向を回転軸に前後方向へ回転する水車を用いる。以下、詳細を説明する。

現行の船の推進装置の多くはプロペラ（スクリュープロペラ）である。プロペラは飛行機の翼と同様に、翼の両面を通過する流体の密度差によって生じる揚力を利用する。現行の低速な航行速度、現行のプロペラ回転速度、では経済的に最適な、他に代替がない、推進装置である。

現行の船のプロペラは、進行方向に対して横方向に（プロペラの先端が船速より数倍速く）回転することにより、プロペラ後方の旋回流がエネルギーの（プロペラが１基の場合、駆動軸のエネルギーの約１／３が）損失となる。対して、本発明の水車は、進行方向（の逆方向）に回転することにより、旋回流などの横方向のエネルギーの損失は生じず、推進効率が良い。

現行の船のプロペラは、横方向に回転し揚力を発生する構造により、回転数を高めたり、ピッチを強めたりすれば、ブレード面が作る負圧が水圧より大きくなって、細かな気泡が生じるキャビテーションという現象が起きて、推進効率が急速に悪化する。対して、本発明の水車は、揚力を使わない構造で、進行方向（の逆方向）に回転し水を押し出すことにより、推進力の障害となるキャビテーションが発生しない。

現行の船のプロペラは、横回転するプロペラの回転域内で水を後方に押し出して船を推進するが、水面下の前面投影面積に比べて、プロペラ回転範囲の面積が小さく、船速に比べてより高速に水を後方に押し出さないと、必要な推進力が得られない。（ウォータージェット方式ほど押し出す面積は小さくないが）エネルギー効率が悪い。対して、本発明の水車は、船の横幅いっぱいに水車を配置でき、プロペラ方式よりもゆっくり後方に押し出して、同じ推進力が得られる。エネルギー効率が良い。

現行の船のプロペラは、船尾下部に取り付けてある。空荷の貨物船は喫水線が下がり、船の安定性が下がると共に、プロペラが水面に出て障害となるため、バラスト水を注入して喫水線を上げて航行する。載貨重量トン数に対するバラストタンク容量は概ね、コンテナ船で30％、原油タンカーは40％、LNGタンカーでは80％に達する。経済価値のないバラスト水を積むことは、船の燃費を考える上ではマイナス要素であり、生態系への影響もあり、ノンバラスト船の研究等が進められている。

対して、本発明の水車は、船底に配置し、かつ、航行時は水路上を通過する水が船体を押し下げる一種のバラスト効果もあり、この障害が発生しない。

本発明の水車は、進行方向（の逆方向）に回転し水を後方に押し出して反発力で船を進める仕組みは外輪船と同じであるが、外輪船は、１．水車の過半が水上にある（荒天時に波の力で水車の羽根が壊れ易い）、２．水車が船外の横または船尾にある、３．遠心力による損失対策を考慮していない、などが異なる。

本発明の水車は、水を後方に押し出す羽根部分は水流の中に置き、推進に役立たず、むしろ水の流れを阻害する、回転ドラム部分や折り返し回転中の羽根の部分は、流路とならない推進室に配置して、（推進速度を落とすことになる）エネルギー損失の発生を防ぐ。

本発明の水車は、水車を逆回転することにより、船の速度を落としたり、後進ができる。また、複列に配置することにより、単一の横長水車の回転軸より偏心率を緩くでき、かつ、各水車の回転を個々に制御して（舵が無くても）船の進行方向を変えることができる。

本発明の水車は、各水車毎に取り付けた電動モーターで駆動する。現行の船の多くは急速な速度変動が苦手なディーゼル機関で駆動しているが、本発明では、急激で細やかな速度制御が得意なインバータ制御の電動モーターを使う事によって、速度制御や進路制御が自由にできる。

本発明の推進装置の範囲に入らないが、ロープ、流木、などのゴミの流入を防ぐスリットを、水車に水を取り入れる前方に取り付けて、水車部を大きなゴミから防護する仕組みを設けることになる。

本発明の水車の羽根が船底の下に出っ張る構造になっている。岩礁や浅瀬に乗り上げると推進装置を破壊し、船が推進力を失う。電子海図と連動したオートパイロットや、設定した水深より浅くなった場合は自動的に警報を出す水深ソナー、などを装備して海難事故を防いで航行することが望まれる。

以上の説明のように、現行の船の推進装置は、船首船尾の前後方向に対して横方向に回転するという、高速航行に不向きな構造的特性を持ちながら、低速航行では顕在化せず、シンプルな構造で低コストな、スクリュープロペラ方式で発生する損失の課題を、本発明の水車は、船首船尾の前後方向に回転する水車方式の手段で、減少や解消して、高速航行に必要な推進力を実現する。

本発明によれば、船と水面の間に生じる造波抵抗と粘性圧力抵抗の損失がほとんどなくなり、水車を使った損失の少ない推進装置と合わせて、経済性を確保しつつ、船の高速性を向上することが実現できる。

船の高速性の向上を実現すると、航行時間が短縮できる。高速性を確保しつつ、船の抵抗損失の低減を実現すると、推進に使う各種装置が小型化でき、加えて燃料消費量を低減できる。

高速航行による航行時間の短縮は、ドア・ツー・ドアのトータル運搬時間の短縮、同一航路の運行頻度の増加、船の建造資金の早期回収、１航行当たりの船員費の低下、トラック輸送との競争資格取得、等のメリットをもたらす。

推進抵抗の低減効果は、主機エンジンの小型化、馬力アップ用の過給機の撤去、燃料タンクの小型化、推進プロペラ（あるいは水車）の小型化、などがある。船の建造費や保守費を低減できる。

燃料消費量の低減効果は、燃料費の低減による運航費の低減、ＣＯ２排出量の低減、競合するトラック輸送との燃費競争の加点、などがある。

さらに本発明によって、高速航行しても、大波との激突、船首部分の激しい上昇下降、などによる船体激動、船体破損、転覆、沈没、の危険もない。このことによって、貨物の荷崩れや破損も少なくなり、かつ、悪天候下の航行の安全性が向上する。

さらに、現行の船で発生している船の揺れの、船首（Yawing）横（Rolling）縦（Pitching）左右（Swaying）前後（Surging）上下（Heaving）、のすべてが無くなる。このことによって、乗組員の船内居住環境が改善する。船酔いで旅行客に嫌われている客船の復権が計れる。

図１は本発明の船の、基本構造と、航行時の水の流れ、を示す断面図である。 図２は本発明の船の各形状を示す各面図である。 図３は現行の船を上から見た船首角度と、本発明の船を横から見た船首角度の、比較である。 図４は船首角度の変化による、加速度の増減変化、を示す図である。 図５は本発明の船の、碇泊時と航行時の水の状態、を示す図である。 図６は本発明の船の、悪天候航行時の水面の状態、を示す図である。 図７は現行の船の重力と浮力、本発明の船の重力と浮力、を示す図である。 図８は本発明の船の、鋭く尖った船首船底部分の拡大図である。 図９は本発明の船の、推進装置の水車の部分を示す拡大図である。 図１０は本発明の船の、水車の羽根の形状例である。 本発明の船の、水路床と船底に水車を配置した例である。

以下、本発明に係る実施の形態の、船および船の高速化の方法について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態の船は、船の中に水路空間６を持ち、この水路空間６を通して、船首１の前の水を、船尾２の後ろに流す。

本発明の船は、図２に示すように、水と接する部分が薄く尖った船首１、同様の船尾２、推進用水車の羽根が出ている船底３、船底３と下甲板５に挟まれ船の浮力空間の主体であり船を進める推進室４、船首１から船尾２に向かって流れる水路の床となる下甲板５、流れる水の水路空間６、船賃を稼ぐ客室・貨物室７、船の上部構造を支え上部と下部をつなぐ水路壁９および両舷の壁となる側外板１０の間の空間の側室８、操船する船橋１１、想定を超える大波の水を逃がす逃水口１２、船首１と船尾２の先端部の矢尻１３、水車部分１４、１５、１６、１７、１８、などで構成する。

液体、粉、顆粒など、貨物の種類によっては、推進室４の一部を貨物室にする。

船を高速航行する場合、水の抵抗だけでなく、空気の抵抗も無視できなくなる。水面より上にある、図２の、客室・貨物室７、側室８、船橋１１、を空気抵抗の少ない形状とする。コンテナなどの貨物は剥き出し状態で積置せず、上部ハッチカバーなどで四方を全て覆い、出っ張りを減らし、空気抵抗を少なくする。

図２の断上面図に示すように、側室８の船首１と船尾２の先端を鋭くして、空気抵抗を小さくする。図２の側面図に示すように、客室・貨物室７の船首１と船尾２、および船橋１１、を空気抵抗を少なくする丸みのある形状とする。

図３は、造波抵抗を発生する基となる船首角度を、現行の船と本発明の船で比較したものである。前述したように、現行の船の長さと幅の比は６から７であり、幅は数メートルから数十メートルであり、水を切り分ける船首角度は３０度−４５度を持つ。

一方、本発明の船は船底３と下甲板５が船首１で合体しており、板厚は数センチメートル程度で先端部の矢尻１３を加えても数十センチメートルであり、水を切り分ける船首角度を現行の船に比べて非常に小さく構成できる。

図４は、船首角度と、水を移動する時に必要となる加速度、の関係を示す。４５度の時の加速度を１とすると、６０度の時は１．７３倍に増加する。３０度の時は０．５８倍に減少する。９０度の時は無限大に増加する。０度の時はゼロに減少する。

従って、本発明の船は、船首１でほとんど造波抵抗を発生しない。また、両舷の外に水を追い出さないので、ここでもエネルギーのロスが生じない。さらに、前述したように、船首１で水路６に取り込んだ水を船尾２の後に戻すことで、粘性圧力抵抗の発生も抑えられる。

図５は、本発明の船の、停泊時と航行時の、水の状態を示したものである。現行の船との大きな違いは、本発明の船は下甲板５の上に水が常時乗っていることである。この水が絶えず下甲板５を下に押していることにより、水面の変化に、現行の船のように揺れることもなく、安定である。

図５の下図に示すように、本発明の船の停泊時は、水面より下の容積、すなわち排水量相当の浮力が、船の総重量と均衡している。下甲板５の上の水が下甲板５を下に押している。波が押し寄せて来ると、砂浜に押し寄せた波のように、波は下甲板５の上を駆け上がり、船を揺らすことはない。

図５の中図に示すように、本発明の船の航行時は、水面（平水面）より下の容積の浮力が、水面（平水面）より上にある水の重量に船の総重量を加えた重さと均衡している。水面（平水面）より上にある水の重量分だけ船は沈んで航行する。図６に示すように、波は水路の水面の上を流れ、船を揺らすことはない。

図７は、現行の船の重力と浮力、本発明の船の重力と浮力、を示した図である。図７の上図は現行の船のデフォルメ（強調）図で、上から船の重量ａ、下から浮力ａ、が加わり均衡を保っている。波で水面（すなわち水面下の容積）が上下すると浮力が増減し、船は上下する。

図７の下図は、本発明の船の停泊時で、上から船の重力ａと下甲板５の上に乗る水の重力ｂ、下から浮力ａ＋ｂ、が加わり均衡を保っている。波が打ち寄せて水面が上下し、水の重力が増減すると、浮力も同量増減し、船は上下しない。

図７の中図は、本発明の船の航行時で、上から船の重量ａと下甲板５の上に乗る水の重力ｂ＋ｃ、下から浮力ａ＋ｂ＋ｃ、が加わり、船は下に沈み均衡を保つ。図６のように、悪天候航行時に、下甲板５の上の水路の水面が波で上下し、水の重力が増減すると、浮力も同量増減し、船は上下しない。

図２の水路空間６は、船首１の前の水を船尾２の後へと流すものであるが、波は水路の水面の上を伝わって行く。荒天の時にも、船の上部部分の客室・貨物室７に、大波がぶつからない高さを確保しておく必要がある。もしぶつかると、上部構造に破壊的な衝撃を加えることになるので留意が必要である。

もし、ぶつかるような大波に遭遇した場合は、船速を落とし、水路空間６に流れる水の水位を下げて航行することが必要である。水位を下げればぶつからなくなる。またぶつかった場合でも、進行速度が遅くなっていれば衝撃が小さくなる。

図２の逃水口１２は、荒天時に想定外の大きな波が来た時に、船の上部部分の客室・貨物室７に波がぶつからないために、水を両舷の外に逃がす開口部である。逃水口１２によって、荒天時の、万が一の安全性を高めることができる。

現行の船は、図７の上図に示すように、自船の重量だけで船を下に押しており、荒天の時に横から大波を受けると船が反対側に傾き易い。本発明の船は、図７の中図に示すように、自船の重量に加えて水路空間６を流れる水が下甲板５を下に押さえており、横から大波を受けてもほとんど傾かない。

現行の船は、船首の水を左右均等に掻き分けて直進しており、船の斜め前方から大波を受けると、進行中の船首側面と激突し、船が反対側に傾く。同時に、受けた舷側の水位が上がり浮力も増し、逆に反対舷側は水位が下がり浮力も下がり、さらに傾きを増し、最悪の場合は転覆する。

本発明の船は、船の斜め前方から大波を受けると、両舷の先端のエッジで波を切り分ける。舷の外側の波は舷の側外板１０の壁に沿って上下する。内側に入った波は水路空間６の水路壁９で反射を繰り返しながら船尾２へと流れて行く。船首角度が図８の拡大図に示すように薄く鋭い形状により、波と激突することはなく、かつ、水路空間６を流れる水の重さで、船が傾くことはない。

水面に浮いて波と衝突しながら航行する現行の船の船形は、高速航行に不向きである。速度を増して行くと、衝突のエネルギーで船が空中に浮いたり、喫水線が下がり浮力と重力のバランスが崩れて不安定になり、最悪の場合は転覆してしまう。

本発明の船の船形は、高速航行に適している。図２の船底３は平な形状で揚力が発生しない。かつ、水路空間６を流れる水が絶えず船を押し下げており、速度を増して行っても船が浮き上がることはない。重心が上がり転覆し易くなる現行の船の事態、そのものが生じない。

現行の船の船形は、高速航行に不向きである。大波の中を高速に航行すると、波と船首が激しくぶつかるパンチング、波に乗り上げ船が空中に浮いてしまい、次の瞬間、強い衝撃とともに、船底が水面に叩き突けられるスラミング、で船が激しく揺れる。最悪の場合、船が破壊されてしまう。

本発明の船の船形は、高速航行に適している。大波の中を高速に航行しても、船首１は薄く鋭い形状により波とぶつかることはなく、かつ、船底３は常時水面下にあり、波は水路の上を流れて行き、波によって船底が空中に打ち上げられる現行の船の現象、そのものがない。

上記を含め、サギング、ホギング、パンチング、スラミング、バウダイビング、ブローチング、等の水面に浮いて航行する現行の船が本質的に持つ危険性が、船体下部が潜行し下甲板５の水の上を波が流れて行く本発明の船の形状によって、大きく改善する。

高速航行に限らないが、現行の船で発生する船の揺れの、回転運動３軸の船首（Yawing）横（Rolling）縦（Pitching）、並行運動３軸の左右（Swaying）前後（Surging）上下（Heaving）、のいずれもが、船体下部が潜行し下甲板５の水の上を波が流れて行く本発明の船では発生しない。

以下、本発明に係る実施の形態の、推進装置の高速化の方法について、図面を参照しながら説明する。

図９に示すように、本発明の推進装置は、船底３に水車１４と隔壁１６と電動モーター１８と整流板１７を持ち、この水車１４を回して、水車１４の前の水を、水車１４の後ろに流す。この反作用で船は進む。

水車１４は水に接し、隔壁１６によって駆動部の電動モーター１８などと仕切られている。水車１４は、シール・リングや軸受を通して個々に接続する、片側、または、両側、の電動モーター１８で駆動される。隣り合う水車１４の間の水路は、隔壁１６と整流板１７で仕切られており、それぞれの水車１４の前の水を、同じ水車１４の後ろに流し、別の水車１４に流れ込むことはない。

水車１４の下方の羽根１５の部分は、水を前から後ろに掻き出し、反作用で推進力を生む。水車１４の上方の、ドラム部分と羽根１５の部分は推力を生まず、かつ、水の流れの障壁になるので、推進室４の部分に配置して、水の流れの障壁となるのを避ける。

水車１４の下にある整流板１７は、水車の羽根１５が遠心力で水を遠方に押し出すのを防ぎ、水を前方から後方へと流す。水は回転する羽根１５で次々に押し出されて行くので、スクリュープロペラの低圧力個所で生じるキャビテーションが、本発明の水車１４では生じない。

水車１４は船底３の幅いっぱいの複列配置と水車１４の大きな回転直径によって、船底３の大量の水を（横方向に動かすことによるエネルギー損失を生じることなく）後方に押し出すことができる。水車１４の直径が大きいほど推進効率は良くなるが、推進室４の高さの制限、電動モーター１８の駆動力、その他の制約を受ける。

製造上で許容できる回転軸の偏心率、水車１４の回転強度、電動モーター１８の駆動力、などで水車１４の１個の横幅が決まる。船底３の横幅で複列配置する水車１４の数が決まる。別の表現をすれば、船を大型化する場合に、各水車１４のトルクを増やす代わりに、水車１４の数を増やして対応できる。

水車１４には個々に電動モーター１８が繋がっており、既に述べたように、各水車１４を個々に回転制御することにより、前進、減速、後進、また舵がなくても船の進路制御ができる。また、壊れる等で少数個の水車１４が回転力を失っても、残りの水車１４により（航行速度は落ちるが）航行を継続できる。

図１０は、本発明の水車の羽根１５の形状例である。図左の羽根１５の形状は平板である。制作は平易であるが、遠心力で水が外に追い出されるのを防ぐ整流板が必須である。水車１４の下を整流板１７で覆うと保守性が悪くなる。

図中央の羽根１５の形状は湾曲板である。制作の難易度が上がるが、遠心力で水を外に追い出すのを防ぐ効果がある。湾曲の曲がりは巡航時の水車１４の回転速度に合わせる。水車１４の下の整流板１７を無くして保守性を向上できる。水車１４を逆回転した時に、逆湾曲の形状となり、推進力が弱くなる。

図右の羽根１５の形状は湾曲板に返しを付加してある。制作の難易度がさらに上がるが、水車１４を逆回転した時の、逆湾曲の推進力低下を多少補う。

図１１は、水車１４を下甲板（水路床）５と船底３の２個所に設置した例である。建造費用が増えるが、１個所の場合より推進力を増やすことができる。水車の個別故障に対する耐性（故障しても航行を継続）が強くなる。航行の状況によって、２個所推進、１個所推進、を使い分ける。

１ 船首
２ 船尾
３ 船底
４ 推進室（水路下空間）
５ 下甲板（水路床）
６ 水路（水路空間）
７ 客室・貨物室
８ 側室（両舷室）
９ 水路壁
１０ 側外板
１１ 船橋（操船室）
１２ 逃水口
１３ 矢尻
１４ 水車
１５ 水車の羽根
１６ 隔壁
１７ 整流板
１８ 電動モーター
ａ 船の重量と、対する浮力
ｂ 下甲板の上にある水の、下に押す重力と、対抗して船底を上に押す圧力
ｃ 下甲板の形状で、平水面より上に持ち上げられた水の重力と、対抗して船底を上に押す圧力

Claims (2)

1. 船に両側舷で上下に繋がった上部構造と下部構造があり、この４面で囲まれた船首から船尾までの空間は水を流す開水路となっており、前記下部構造の上面は前記開水路の水路床であり、下面は船底であり、前記船底の先端は前記船首で、後端は前記船尾で、下降して来た前記水路床と両端とも尖って結合しており、船が止まっている時に前記水路床の上部は水面より上にあり、走行する時に水面より下にあり、以上の構造を持った船体において、船の主な浮力となる前記下部構造があり、前記下部構造の上に前記船首から前記船尾までほぼ真っ直ぐの前記開水路を有し、船が前に進む時に前記船首の前の水を水面より上に持ち上げ前記船尾の後ろへと水面を大気に接しながら流すことを特徴とする船。
2. 船の船底や水路に、複列の水車を設け、前記水車を回して水を移動し、その反発力で船を前や後ろに進め、前記水車を個々に制御して進行方向を変えることを特徴とする、請求項１に記載の船

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