特開 2025-20992 船舶

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025020992

(43)【公開日】2025-02-13

(54)【発明の名称】船舶

(51)【国際特許分類】

   B63B 1/32 20060101AFI20250205BHJP

【ＦＩ】

B63B1/32 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023124659

(22)【出願日】2023-07-31

(71)【出願人】

【識別番号】502055377

【氏名又は名称】商船三井テクノトレード株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000144049

【氏名又は名称】株式会社三井造船昭島研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000205535

【氏名又は名称】株式会社 商船三井

(71)【出願人】

【識別番号】000125369

【氏名又は名称】学校法人東海大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(72)【発明者】

【氏名】山田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】池田 剛大

(72)【発明者】

【氏名】木村 圭佑

(72)【発明者】

【氏名】福田 紘大

(57)【要約】

【課題】 斜め向かい風に対する風圧抵抗を効果的に低減すると共に、推力を発生することを可能にした船舶を提供する。
【解決手段】 船体１の前方に位置する船首部２と、該船首部２に繋がる上甲板３と、該上甲板３の両側に位置して船首部２に繋がる一対の船側部４，４とを有する船舶において、船首部２は、船体１の垂直断面Ｐ１において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第１輪郭線Ｃ１を形成し、船体１の水平断面Ｐ２において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第２輪郭線Ｃ２を形成する湾曲面を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船体の前方に位置する船首部と、該船首部に繋がる上甲板と、該上甲板の両側に位置して前記船首部に繋がる一対の船側部とを有する船舶において、
前記船首部は、前記船体の垂直断面において、前記船体の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第１輪郭線を形成し、前記船体の水平断面において、前記船体の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第２輪郭線を形成する湾曲面を有することを特徴とする船舶。

【請求項2】

前記船首部の湾曲面は、前記船体の横断面において、前記船体の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第３輪郭線を形成することを特徴とする請求項１に記載の船舶。

【請求項3】

前記船首部の湾曲面は、前記船体の中心線と平行であって前記垂直断面に対して傾斜する断面において、前記船体の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第４輪郭線を形成することを特徴とする請求項１に記載の船舶。

【請求項4】

前記上甲板と前記船側部の各々とを繋ぐガンネル部は、前記船体の横断面において、前記船体の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第５輪郭線を形成する湾曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の船舶。

【請求項5】

前記上甲板は平面で構成されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の船舶

【請求項6】

前記船首部は、その最前面に前記船舶の中心線に対して直交する平面からなるフラット部を有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の船舶。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風圧抵抗の少ない船舶に関し、更に詳しくは、斜め向かい風に対する風圧抵抗を効果的に低減すると共に、推力を発生することを可能にした船舶に関する。

【背景技術】

【0002】

水上を走行する商船の殆どの船舶においては、船舶の水面下の船体形状の工夫による抵抗の低減や船体とプロペラと舵等の関係による推進性能の向上が求められ、また、水面付近での波による造波抵抗や破波抵抗についても船首形状や船尾形状の工夫により抵抗の低減が図られている。

【0003】

一方，水面上で生じる空気抵抗、即ち、風圧抵抗に関しても改善の要求があり、様々な努力がなされている。特に、乾舷が高く風圧面積が大きい自動車運搬船（自動車専用船）や上部構造部が大きい旅客船等は水面上の風圧面積が大きいため、風圧の影響を受け易く、風圧抵抗の低減は省エネルギーに繋がるので、大きな期待が寄せられている。

【0004】

これに関連して、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、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、かつ、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風圧抵抗の少ない船舶が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

このような風圧抵抗の少ない船舶では、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運搬船、コンテナ船、客船などの風圧力の影響を低減することができて、船舶の運航性能を向上することを目的としているが、主に正面からの向かい風に関して、水面上構造物の後方において、死水領域に生じる停滞渦やカルマン渦のような流出渦の発生を防止する形状を提案している。

【0006】

また、船の進行方向への空気力学的揚力を相対風により発生し、船殻が帆として機能するように、水面上の船穀の形状を対称形のＮＡＣＡ翼型の空中翼とし、船尾側となる後縁をカットオフして、船殻の前後方向に垂直な断面としている船殻が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この船殻では、約１３から３９度の風のセクターで船の移動方向に作用する風力の成分が得られたとの風洞試験の結果を開示している。

【0007】

このように船舶の進行方向の正面からの向かい風だけではなく、船舶が航行する航路や航行時の気象条件により、斜め向かい風に対しても風圧抵抗の減少を図ることが重要視されるようになってきている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１１－５７０５２号公報

【特許文献2】特表２０１４－５０１１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の目的は、斜め向かい風に対する風圧抵抗を効果的に低減すると共に、推力を発生することを可能にした船舶を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するための本発明の船舶は、船体の前方に位置する船首部と、該船首部に繋がる上甲板と、該上甲板の両側に位置して前記船首部に繋がる一対の船側部とを有する船舶において、
前記船首部は、前記船体の垂直断面において、前記船体の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第１輪郭線を形成し、前記船体の水平断面において、前記船体の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第２輪郭線を形成する湾曲面を有することを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明者は、船舶の形状について鋭意研究した結果、船体が特定の断面においてクロソイド曲線を含む輪郭線を形成する湾曲面を有することにより、航行時に受ける風を船体に沿ってスムーズに誘導し、風の流れを上甲板に貼り付かせて風下側の剥離や渦の発生を減らせるのみならず、負圧を発生させ、その負圧が推力を発生させることを知見し、本発明に至ったのである。

【0012】

即ち、本発明では、船首部は、船体の垂直断面において、船体の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第１輪郭線を形成し、船体の水平断面において、船体の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第２輪郭線を形成する湾曲面を有することにより、航行時に受ける風を船体に沿ってスムーズに誘導し、風の流れを上甲板に貼り付かせて風下側の剥離や渦の発生を低減することができる。これにより、特に斜め向かい風に対する風圧抵抗を効果的に低減することができる。また、上述のクロソイド曲線を含む湾曲面を有する船首部を設けた場合、上甲板上の風を増速することができる。その結果、正面風の時には有効な抵抗削減効果をもたらし、斜め向かい風や横風を受けた際には、その風力を最大限に推力に変換することができる。

【0013】

本発明において、船首部の湾曲面は、船体の横断面において、船体の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第３輪郭線を形成することが好ましい。また、船首部の湾曲面は、船体の中心線と平行であって垂直断面に対して傾斜する断面において、船体の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第４輪郭線を形成することが好ましい。これにより、斜め向かい風のスムーズな抜けをもたらし、斜め向かい風に対する風圧抵抗をより効果的に低減することができる。更に、斜め向かい風や横風を受けた際には、上甲板上の風が増速することにより、風下側への淀みがなくなって抵抗が減り、その結果、風力を最大限に推力に変換することができる。

【0014】

上甲板と船側部の各々とを繋ぐガンネル部は、船体の横断面において、船体の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第５輪郭線を形成する湾曲面を有することが好ましい。これにより、航行時に受ける風を船体に沿ってスムーズに誘導し、風の流れを上甲板に貼り付かせて風下側の剥離や渦の発生を低減し、横風や斜め向かい風に対する風圧抵抗を効果的に低減することができる。また、上述のクロソイド曲線を含む湾曲面を有する船首部と共に上述のクロソイド曲線を有するガンネル部を設けた場合、数値流体力学（ＣＦＤ）に基づく計算によれば、斜め向かい風や横風を受けた際の上甲板上の風を、船に入ってくる相対風速（自船の速度と自然風の合力）に対して約２割増速することができる。その結果、斜め向かい風や横風を受けた際には、その風力を最大限に推力に変換することができる。

【0015】

上甲板は平面で構成されることが好ましい。これにより、航行時に受ける風を船体に沿ってスムーズに誘導し、風の流れを上甲板に貼り付かせて風下側の剥離や渦の発生を低減し、横風や斜め向かい風に対する風圧抵抗を効果的に低減することができる。

【0016】

船首部は、その最前面に船舶の中心線に対して直交する平面からなるフラット部を有することが好ましい。このようなフラット部は斜め向かい風を受けた際に風の導入部として働いて翼の見掛け上のキャンバーとして機能するので、推力の増大に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態からなる船舶を示す前方斜視図である。

【図2】図１の船舶を示す側面図である。

【図3】図１の船舶の各部における輪郭線を示す斜視図である。

【図4】船体の垂直断面における船首部の第１輪郭線を示す断面図である。

【図5】船体の水平断面における船首部の第２輪郭線を示す断面図である。

【図6】船体の横断面における船首部の第３輪郭線を示す断面図である。

【図7】船体の中心線と平行であって垂直断面に対して傾斜する断面における船首部の第４輪郭線を示す断面図である。

【図8】船体の横断面におけるガンネル部の第５輪郭線を示す断面図である。

【図9】図１の船舶に対する風の流れを示す前方斜視図である。

【図10】本発明の他の実施形態からなる船舶を示す前方斜視図である。

【図11】図１０の船舶を示す側面図である。

【図12】図１０の船舶の各部における輪郭線を示す斜視図である。

【図13】船首部において生じる推力を示し、（ａ）は船首部がフラット部を持たない場合の平面図であり、（ｂ）は船首部がフラット部を有する場合の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１～図８は本発明の実施形態からなる船舶を示すものである。なお、図１～図８に示す船舶は自動車運搬船（自動車専用船）を例示するものであるが、本発明は所定の要件を満足するものであれば、その用途が特に限定されるものではなく、客船やフェリー等への適用も可能である。

【0019】

図１及び図２に示すように、本実施形態の船舶は、全長が例えば４０ｍ～４００ｍの範囲にある船体１から構成されている。船体１は、その前方に位置する船首部２と、船首部２から連続する上甲板３と、上甲板３の両側に位置して船首部２から連続する一対の船側部４，４とを有している。

【0020】

船体１は、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、その内部に階層構造を有する複数の甲板（不図示）を備えている。また、船体１の船尾には、自動車の荷役を行うためのランプウェイ用の開口部とその扉（不図示）が設けられている。上甲板３上には、煙突５等が配設されているが、船橋や居住区等の船楼は設置されていない。この船舶では、船橋（不図示）や居住区（不図示）が上甲板３よりも下側に配設され、上甲板３上からは突出した構造物が可及的に排除されている。船体１の船尾側の下部には、図２に示すように、プロペラ６と舵７が配設されている。ここでは１軸１舵となっているが、これに限定されることはなく、２軸２舵のような多軸船であっても良い。

【0021】

上述のように構成される船舶において、図３に示すように、船首部２は湾曲面を有している。この船首部２の湾曲面は、船体１の垂直断面Ｐ１において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第１輪郭線Ｃ１（図４参照）を形成し、船体１の水平断面Ｐ２において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第２輪郭線Ｃ２（図５参照）を形成している。更に、船首部２の湾曲面は、船体１の横断面Ｐ３において、船体１の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第３輪郭線Ｃ３（図６参照）を形成している。また、船首部２の湾曲面は、船体１の中心線ＣＬと平行であって垂直断面Ｐ１に対して傾斜する断面Ｐ４において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第４輪郭線Ｃ４（図７参照）を形成している。船体１の中心線ＣＬとは、船体１の幅方向の中心位置において船体１の長手方向（水平方向）に沿って延びる仮想線である。

【0022】

クロソイド曲線とは、曲率を一定割合で変化させていった場合に描かれる軌跡である。船体１の垂直断面Ｐ１における船首部２の第１輪郭線Ｃ１は、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を連続的又は断続的に含み、好ましくは上記クロソイド曲線を連続的に含んでいる。そのため、第１輪郭線Ｃ１の曲率半径Ｒ１１～Ｒ１３は船体１の後方側に向かって順次大きくなり、第１輪郭線Ｃ１が上甲板３に対して滑らかに接続されている。同様に、船体１の水平断面Ｐ２における船首部２の第２輪郭線Ｃ２は、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を連続的又は断続的に含み、好ましくは上記クロソイド曲線を連続的に含んでいる。そのため、第２輪郭線Ｃ２の曲率半径Ｒ２１～Ｒ２３は船体１の後方側に向かって順次大きくなり、第２輪郭線Ｃ２が船側部４に対して滑らかに接続されている。船体１の横断面Ｐ３における船首部２の第３輪郭線Ｃ３は、船体１の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を連続的又は断続的に含み、好ましくは上記クロソイド曲線を連続的に含んでいる。そのため、第３輪郭線Ｃ３の曲率半径Ｒ３１～Ｒ３３は船体１の幅方向内側に向かって順次大きくなっている。船体１の中心線ＣＬと平行であって垂直断面Ｐ１に対して傾斜する断面Ｐ４における船首部２の第４輪郭線Ｃ４は、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を連続的又は断続的に含み、好ましくは上記クロソイド曲線を連続的に含んでいる。そのため、第４輪郭線Ｃ４の曲率半径Ｒ４１～Ｒ４３は船体１の後方側に向かって順次大きくなり、第４輪郭線Ｃ４が上甲板３又は船側部４に対して滑らかに接続されている。

【0023】

また、上述のように構成される船舶において、上甲板３と船側部４の各々とを繋ぐガンネル部８は湾曲面を有している。ガンネル部８の湾曲面は、船体１の横断面Ｐ５において、船体１の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第４輪郭線Ｃ５（図８参照）を形成している。つまり、船体１の横断面Ｐ５におけるガンネル部８の第５輪郭線Ｃ５は、船体１の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を連続的又は断続的に含み、好ましくは上記クロソイド曲線を連続的に含んでいる。そのため、第５輪郭線Ｃ５の曲率半径Ｒ５１～Ｒ５３は船体１の幅方向内側に向かって順次大きくなり、第５輪郭線Ｃ５が上甲板３に対して滑らかに接続されている。

【0024】

上述した船舶によれば、船首部２は、船体１の垂直断面Ｐ１において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第１輪郭線Ｃ１を形成し、船体１の水平断面Ｐ２において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第２輪郭線Ｃ２を形成する湾曲面を有しているので、図９に示すように、例えば、航行時に斜め向かい風を受けた際に、その風を船体１に沿ってスムーズに誘導し、風の流れを上甲板３に貼り付かせて風下側の剥離や渦の発生を低減することができる。これにより、斜め向かい風に対する風圧抵抗を効果的に低減することができる。また、航行時に斜め向かい風を受けた際には、その風圧を最大限に推力に変換することができる。その結果、船舶の運航において、燃費を改善し、省エネルギー化を図ることができる。

【0025】

また、上述した船舶において、船首部２の湾曲面は、船体１の横断面Ｐ３において、船体１の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第３輪郭線Ｃ３を形成することが望ましい。この場合、斜め向かい風のスムーズな抜けをもたらし、斜め向かい風に対する風圧抵抗をより効果的に低減することができる。また、船首部２の湾曲面は、船体１の中心線ＣＬと平行であって垂直断面Ｐ１に対して傾斜する断面Ｐ４において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第４輪郭線Ｃ４を形成することが望ましい。この場合、斜め向かい風のスムーズな抜けをもたらし、斜め向かい風に対する風圧抵抗をより効果的に低減することができる。

【0026】

更に、上述した船舶において、上甲板３と船側部４の各々とを繋ぐガンネル部８は、船体１の横断面Ｐ５において、船体１の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第５輪郭線Ｃ５を形成する湾曲面を有することが望ましい。この場合、航行時に受ける風を船体１に沿ってスムーズに誘導し、風の流れを上甲板３に貼り付かせて風下側の剥離や渦の発生を低減し、横風や斜め向かい風に対する風圧抵抗を効果的に低減することができる。

【0027】

また、上述した船舶において、上甲板３は水平方向に延びる平面で構成されることが望ましい。この場合、航行時に受ける風を船体１に沿ってスムーズに誘導し、風の流れを上甲板３に貼り付かせて風下側の剥離や渦の発生を低減し、横風や斜め向かい風に対する風圧抵抗を効果的に低減することができる。上甲板３は可及的に平面で構成されることが望ましいが、煙突５等の最小限の突起物を設けることは許容される。例えば、上甲板３の総面積（船首部２及びガンネル部８の各々の湾曲部や隅切部を除く）に占める平面部分の面積の比率が９０％以上であれば良い。

【0028】

図１０～図１２は本発明の他の実施形態からなる船舶を示すものである。図１０～図１２において、図１～図８と同一物には同一符号を付してその部分の詳細な説明は省略する。本実施形態の船舶では、船首部２は、船体１の垂直断面Ｐ１において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第１輪郭線Ｃ１を形成し、船体１の水平断面Ｐ２において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第２輪郭線Ｃ２を形成し、船体１の横断面Ｐ３において、船体１の幅方向外側から内側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第３輪郭線Ｃ３を形成し、船体１の中心線ＣＬと平行であって垂直断面Ｐ１に対して傾斜する断面Ｐ４において、船体１の前方側から後方側に向かって曲率半径が増加するクロソイド曲線を含む第４輪郭線Ｃ４を形成する湾曲面を有するという条件を満たすものの、船首部２の形状が前述した実施形態とは若干相違している。

【0029】

特に、船首部２は、その最前面に船舶１の中心線ＣＬに対して直交する平面からなるフラット部９を備えている。このようなフラット部９を設けた場合、船舶１が斜め向かい風を受けた際にフラット部９が風の導入部として働いて翼の見掛け上のキャンバーとして機能するので、推力を増大させることができる。即ち、図１３（ａ）のように船首部２がフラット部９を持たない場合に比べて、図１３（ｂ）のように船首部２がフラット部９を有する場合、フラット部９が風下に向かって風を誘導する際に翼の見掛け上のキャンバーとして機能するので、より大きな推力Ｆを得ることができる。このような効果は左右両側から流入する風に対して生じる。なお、フラット部９の幅は船体１の全幅の１／３以下とすることが望ましい。

【0030】

フラット部９の面積は、船舶の常用速力に応じて調整することができる。例えば、横風を受ける頻度が少なくなる船速の速い船舶の場合、フラット部９を小さくするか、或いはフラット部９を設けない構造（図１参照）とする。一方、横風を受ける頻度が多くなる船速の遅い船舶の場合、フラット部９を大きくした構造（図１０参照）とする。

【符号の説明】

【0031】

１ 船体
２ 船首部
３ 上甲板
４ 船側部
５ 煙突
６ プロペラ
７ 舵
８ ガンネル部
９ フラット部
Ｃ１ 第１輪郭線
Ｃ２ 第２輪郭線
Ｃ３ 第３輪郭線
Ｃ４ 第４輪郭線
Ｃ５ 第５輪郭線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】