JPS60107477A - 船型決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、船壁を改善して船体抵抗の減少をはかった船
舶に関する。

２− 一般に船舶を建造する際は、推進性能をできるだけ向上
させた経済性の高い船壁を決めることが重要である。

そして、推進性能を向上させるには、船体抵抗が小さく
、推進効率（推進器効率や推進器と船体との干渉の影響
等）のすぐれた船壁をめなければならないが、本発明は
、特に船体抵抗の小さい船壁をもった船舶に関するもの
である。

従来、船体抵抗の小さい船壁な得るためには、模型船を
用いて、数多くの系統的な試験が実施されているが、こ
のような手段では、多大の費用と時間とを要することに
なり、実際には必ずしも理想的な船壁が得られていると
は限らない。

本発明は、上述のような系統的横型試験の代わりに理論
計算によって、船体抵抗の小さい船壁な得ようとするも
のである。

船体抵抗は造波抵抗と粘性抵抗の２つの成分に大別され
るが、通常の船舶では全抵抗の大略７０％以上が粘性抵
抗であって、タンカーやバルクキャリアでは、３− ９０％以」二が粘性抵抗である。したがって、粘性抵抗
の小さな船壁を設計することが、優れた推進性能の船舶
を実現するための必須条件となっている。

また船壁の設計に際しては、航路や港湾の状態を考慮し
て満載喫水を決めなければならない。

例えばセンドローレンス　シーウェイでは満載喫水が７
，９２５ｍ以下に制限され、マラッカ海峡では２１．０
＋ｎ以下に制限される。

港湾の状態から満載喫水の制限を受ける例では、リチャ
ーズ　ベイ（南ア連邦）の場合に１７．３ｍ以下、ボー
ト　カルチェ（カナダ）の場合に１６．９２ｍ以下とさ
れ、国内では堺港の場合に１．２．５ｍ以下、大分港の
場合に２４．０＋ｎ以下とされている。

本発明は、このような実情に鑑みて、所要の満載喫水の
条件を満たしながら、粘性抵抗が極小となるような船舶
を提供することを目的とする。

次に本発明による船舶の詳細について説明すると、船の
粘性抵抗は船体表面上の圧力と剪断応力を全表面Ｓにわ
たって積分することによりめられる。前者を４− 粘性圧力抵抗ＲＶＩ＋＋後者を摩擦抵抗ＲＦとすると、
ＲＶ１１＝　ｆｆ　ｐｗＱ　ｄｓ ＲＰ　＝　／／　τｗｘｄｓ　＠　＆　（２）で表わさ
れる。

ただし、〜およびｐ８は船体表面および境界層外端にお
ける圧力である。ｐｏは理想流体中における船体表面上
の圧力で、船体全表面で積分すれば零となる。

ρは船体表面の単位法線ベクトルの船長方向（×軸。

船首から船尾に向かう方向を正とする）の成分である。

τｗｘは船体表面の剪断応力のＸ方向成分である。

（１）式の右辺の第１項の被積分函数は、次式で計算で
きる。

ｐ、−ｐｗ＝Ｕｅ　ｉＫ＋３（δ−δｉ−θ１１）−に
２３θ２２）・・・（３） ただし、Ｕｅは境界層外端での流速、δは境界層厚さで
ある。δ１およびθ１１．θ２２は排除厚さおよび運動
量厚さと呼ばれるもので、次のように定義される６−５
＝ 二こで、ζは船体表面から法線方向に測った距離で、Ｕ
はＵｅと同方向の境界層内の流速成分であり、■は船体
表面の接平面においてＵと直交する方向の流速成分であ
る。

Ｋ１．とに２３は、ｕ、Ｖ方向の船体表面の法面率であ
る。

ρｌ　Ｋ　Ｉ　１　ｌ　Ｋ　２３は船体形状によって決
まるもので、δ。

＊ δＩ、θ１１．θ２２１ｒＷ、ｌは境界層計算からめる
ことかで終る。

（１）式の右辺の第２項の被積分項は、次のようにしで
める。

まず、摩擦のない理想流体中に船体がある場合のボテン
シャル渡場の計算を行ない、その計算法としては例えば
有限要素法の一種であるヘス　アンド　スミス（１−ｒ
ｅｓｓ　ａｎｄ　Ｓｍ１ｔｈ）の方法を用いる。

そして、船体表面の流速Ｕ。を計算すると、ベルヌーイ
の式によって、 ６− ｐｏ−（１／２）ρ（ＵニーＵ：）十ｐ−・・・（５）
で１）。がめられる。

ここで、ρは流体の密度、Ｕ〜は船速、ｐ−は船のは　
゛るか前方における静圧である。

次に、Ｕｏを境界層外端の流速と仮定して、船体周りの
境界層計算を行ない、船体の各点における境界層ダＩ：
除厚さδ１をめる。そして、船体表面にδ１だけ厚みの
増した仮想の船体を考えて、その周りのポテンシャル洗
場の計算を行ない、流速Ｕｅをめる。あるいは、」上記
δ−に相当するように、船体表面に法線方向の流速を考
慮して、ポテンシャル洗場の計算を行なってもよい。

このように、境界層の影響を考慮した船体周りのポテン
シャル洗場の計算によりめた流速Ｕｅから、ｐ、。

は、 ｐｅ−（１／２）ρ（Ｕ：　Ｕｅ２）＋ｐ−・・・（６
）としてめられる。

したがって、（５）式と（６）式より、ｐ。ｐｅ＝（１
／２）ρ（Ｕ、　−Ｕｏ”　）　、　、　、　（７＞７
− が得られ、（１）式の右辺の第２項の計算ができる。

船体まわりの境界層が剥離するか、剥離に近い流れにな
ると、境界層計算を中止する。この位置を仮に剥離点と
呼び、剥離点より後方の船体抵抗を剥離抵抗Ｒ，ＳＩ）
と呼び、次のように計算する。

Ｒｓ＋）＝Ａ（ｘｓｐ）・（ｐｏ　Ｉｌｗ）Ｘ−Ｘｓｐ
　・・・（８）ここでＡ　（ｘ　ｓ　ｐ　）は剥離位置
×８．における船体断面積であり、（Ｉｌｏ　１１ｗ）
Ｘ−Ｘｓｐは×５．における（ｐｏ　１１ｗ）の平均値
である。

（１）式および（２）式のＲｖｐとＲｐは船首から剥離
点まで積分してめる。したがって、全粘性抵抗ＲｖはＲ
ｖ＝Ｒｖｐ＋Ｒｐ＋Ｒｓｐ　・・・（９）となる。

（９）式により、船体形状が分れば粘性抵抗Ｒｖを計算
することができるから、次にどのような形状にしたら粘
性抵抗が小さくなるかを効率よく捜すことが要求される
。これには非線型最適化手法と呼ばれる手段があり、例
えばフック　アンド　ンーブス（Ｉ（ｏｏｋｅ　ａｎｄ
Ｊｅｅνｅｓ）の方法を用いることがで終る。これは、
船体８− 形状を表わすパラメータとして、たとえば船長と幅の比
９幅と喫水の比、船体横断面積の長さ方向の分布、船体
形状を表わす座標等を次の条件のもとで系統的に変えな
がら、（９）式により粘性抵抗を計算し、最終的には粘
性抵抗が極小となる船体形状をめるものである。

（１）排水量が一定に保たれる。

（２）航路および港湾の状態を考慮して、満載喫水が制
限値以下に保たれる。

海峡や河川を航路とする船舶は、°喫水を制限されるこ
とがある。

また、深い喫水の船は浅い港湾に入港できない等の不具
合がある。したがって、上記（２）の条件を課して、粘
性抵抗の小さい船壁をめるようにする。

第１図に本発明の一実施例としての船舶の改良船型を示
す。第１図は船体後半部の横断面形状を示しでいるもの
で、従来の船舶における原船型を実線で示し、本発明の
船舶における改良船型を破線で示している。

この例の場合は、（１）式の第２項は近似的に零として
いる。このように、本発明の適用に当たっては、適当９
− に近似することも可能である。

なお、第１図中の符号１は船体中心線を示し、２は船体
横断面形状、３は船底、４は船側、５は静止水面（喫水
線）を示している。

第２図は粘性抵抗Ｒｖの無次元係数 Ｃｖ＝　Ｒｖ／　ｆ（１／　２　）ρＵ二化／２）２）
の船長方向の累積分布を示している。改良船型（点線）
は原船型（実線）と比較して、スクエア　ステーション
（Ｓ　ｑｕａｒｅ　Ｓ　ｔａｔ　ｉｏｎ　）　２より後
方でＣｖが高くなっているが、スクエア　ステーション
３／４より後方では逆に小さくなり、最終的には低い粘
性抵抗となっている。

以上のように、本発明の適用により、航路および港湾の
喫水条件を満たしなが呟従米の船壁よりも着しく粘性抵
抗の小さい形状の船舶をめることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての船舶の片舷部を従来
の船舶と比較して示す正面線図であり、第２図は上記本
発明の船舶と従来の船舶とについて粘性抵抗の−１０＝ 無次元係数の船長方向における累積分布を比較しで示す
グラフである。 １・・船体中心線、２・・船体横断面形状、３・・船底
、４１・船側、５・・静止水面（喫水線）。 復代理人　弁理士　飯　沼　義　彦 １１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 船体の粘性圧力抵抗Ｒｖｐ、摩擦抵抗ＲＰおよび剥離抵
   抗Ｒｓｐを、それぞれ次式により、排水量が一定で、か
   つ満載喫水が制限値以下であるとする条件のもとに船体
   形状を表わすパラメ〜りを系統的に変えながらめて、」
   上記の粘性圧力抵抗、摩擦抵抗および剥離抵抗の和とし
   ての船体の粘性抵抗を極小とするようにした上記パラメ
   ータに基づく船壁を有することを特徴とする、船舶。 Ｒｖｐ＝／／Ｕｅ　ＩＫ＋ｉ（δ−δｉ−θＩ＋）−に
   ２３θ２２１Ｑｄｓ＋ｆｆ（１／２）ρＣＵ：　”Ｕ：
   　’）（ｌｄｓＲｐ　＝　ｆｆ　ｒｗｘｄｓ Ｒｓｐ＝Ａ（ｘｓｐ）　＃（ρｏ−Ｄｗ）ｘ−ｘＩｌｐ
   ここで、 Ｕｅ　：境界層外端の流速 Ｕｏ　：ポテンシャル洗場における船体表面の１− 流速 Ｋ１３１に２３：ポテンシャル流線および等ポテンシャ
   ル線の曲率 δ　：境界層厚さ と、　、＃１．除厚さ θ、、θ２２：運動量厚さ Ｑ　：船体表面に垂直外向きの単位ベクトルの船長方向
   の成分 Ｓ　：船体表面積 τＷＸ　’船体表面の摩擦応力の船長方向成分Ｘｓｐ　
   ：剥離位置 Ａ（ｘｓｐ）　：剥離位置の断面積 Ｃｎｏ　−１１，）ｘ＝ｘｙｐ剥離位置における（１１
   ０　ＤＷ）の平均値ｐｏ：ポテンシャル流場渡場ける船
   体表面の圧力 Ｏｗ：船体表面の圧力。