JP2001278179A - 船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船 - Google Patents
船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船Info
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T70/00—Maritime or waterways transport
- Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls
Landscapes
- Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 少ないエネルギ消費で摩擦抵抗低減を行っ
て、航行時のエネルギ消費を効果的に節減することがで
きる船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を提供
する。 【解決手段】 船体10の没水表面12に気泡を放出し
て船体の摩擦抵抗を低減する方法であって、船体10の
航行に伴って気体空間に対して低圧となる負圧箇所41
を水中に形成し、気体空間から水中の負圧箇所41に気
体を導き、気体と水との境界面43から水中に気泡42
が移動するような水の流れ40aを形成する。
て、航行時のエネルギ消費を効果的に節減することがで
きる船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を提供
する。 【解決手段】 船体10の没水表面12に気泡を放出し
て船体の摩擦抵抗を低減する方法であって、船体10の
航行に伴って気体空間に対して低圧となる負圧箇所41
を水中に形成し、気体空間から水中の負圧箇所41に気
体を導き、気体と水との境界面43から水中に気泡42
が移動するような水の流れ40aを形成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、船体の摩擦抵抗を
低減する方法及び摩擦抵抗低減船に係り、特に、水中に
気泡を効率よく発生させることにより、総合エネルギ効
率を向上させるものである。
低減する方法及び摩擦抵抗低減船に係り、特に、水中に
気泡を効率よく発生させることにより、総合エネルギ効
率を向上させるものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、船舶等の航行時のエネルギ消
費を節減することを目的として、水中に気体を送り込
み、船体外板の表面(没水表面)の近傍に多数の気泡を
介在させて、船体と水との摩擦抵抗を低減する方法が提
案されている。
費を節減することを目的として、水中に気体を送り込
み、船体外板の表面(没水表面)の近傍に多数の気泡を
介在させて、船体と水との摩擦抵抗を低減する方法が提
案されている。
【0003】水中に気泡を発生させる技術としては、特
開昭50−83992号、特開昭53−136289
号、特開昭60−139586号、特開昭61−712
90号、実開昭61−39691号、実開昭61−12
8185号が提案されている。
開昭50−83992号、特開昭53−136289
号、特開昭60−139586号、特開昭61−712
90号、実開昭61−39691号、実開昭61−12
8185号が提案されている。
【0004】これらの技術では、水中に気泡を発生させ
る方法として、ポンプやブロアなどの装置によって加圧
した気体を船体に設けられた複数の孔や多孔板から水中
に噴出している。
る方法として、ポンプやブロアなどの装置によって加圧
した気体を船体に設けられた複数の孔や多孔板から水中
に噴出している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加圧し
た気体を水中に噴出する方法であると、加圧用の装置を
稼動するエネルギが必要となり、摩擦抵抗の低減によっ
て減少したエネルギの節約分が目減りしてしまう。特
に、大型船の船底など、比較的水深の大きい箇所におい
て水中に気体を噴出する際には、水圧(静水圧)に対応
して高い圧力に気体を加圧する必要があり、多大なエネ
ルギを消費してしまう。また、加圧用の装置を船体に設
置するにあたり、設備コストや施工コストなど多大なコ
ストが生じてしまう。
た気体を水中に噴出する方法であると、加圧用の装置を
稼動するエネルギが必要となり、摩擦抵抗の低減によっ
て減少したエネルギの節約分が目減りしてしまう。特
に、大型船の船底など、比較的水深の大きい箇所におい
て水中に気体を噴出する際には、水圧(静水圧)に対応
して高い圧力に気体を加圧する必要があり、多大なエネ
ルギを消費してしまう。また、加圧用の装置を船体に設
置するにあたり、設備コストや施工コストなど多大なコ
ストが生じてしまう。
【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、以下の点を目的とするものである。 (1)少ないエネルギ消費で摩擦抵抗低減を行って、航
行時のエネルギ消費を効果的に節減すること。 (2)水中に気泡を効率よく混入させ、効果的な摩擦抵
抗低減を実施すること。 (3)船体の建造コストを低減すること。
たものであり、以下の点を目的とするものである。 (1)少ないエネルギ消費で摩擦抵抗低減を行って、航
行時のエネルギ消費を効果的に節減すること。 (2)水中に気泡を効率よく混入させ、効果的な摩擦抵
抗低減を実施すること。 (3)船体の建造コストを低減すること。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に係る発明は、船体の没水表面の近傍に気
泡を放出して船体の摩擦抵抗を低減する方法であって、
船体の航行に伴って気体空間に対して低圧となる負圧箇
所を水中に形成し、気体空間から水中の負圧箇所に気体
を導き、気体と水との境界面から水中に気泡が移動する
ような水の流れを形成する技術が採用される。請求項2
に係る発明は、船体の没水表面に気泡を放出して船体の
摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減船であって、気体空間
に対して低圧となる負圧箇所を水中に形成するための負
圧形成部と、気体空間から水中の負圧箇所に気体を導く
ための流体通路と、気体と水との境界面から水中に気泡
が移動するような水の流れを形成する離脱促進部とを備
える技術が採用される。また、請求項3に係る発明は、
請求項2に記載の摩擦抵抗低減船において、前記負圧形
成部は、全体として水中に向かって突出した湾曲面を備
え、該湾曲面の一部に船体側に窪んだ凹部が形成され、
該凹部には前記流体通路と連通する排出口が形成されて
いる技術が採用される。
め、請求項1に係る発明は、船体の没水表面の近傍に気
泡を放出して船体の摩擦抵抗を低減する方法であって、
船体の航行に伴って気体空間に対して低圧となる負圧箇
所を水中に形成し、気体空間から水中の負圧箇所に気体
を導き、気体と水との境界面から水中に気泡が移動する
ような水の流れを形成する技術が採用される。請求項2
に係る発明は、船体の没水表面に気泡を放出して船体の
摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減船であって、気体空間
に対して低圧となる負圧箇所を水中に形成するための負
圧形成部と、気体空間から水中の負圧箇所に気体を導く
ための流体通路と、気体と水との境界面から水中に気泡
が移動するような水の流れを形成する離脱促進部とを備
える技術が採用される。また、請求項3に係る発明は、
請求項2に記載の摩擦抵抗低減船において、前記負圧形
成部は、全体として水中に向かって突出した湾曲面を備
え、該湾曲面の一部に船体側に窪んだ凹部が形成され、
該凹部には前記流体通路と連通する排出口が形成されて
いる技術が採用される。
【0008】
【作用】一般に、流体はその周囲に圧力勾配が生じる
と、高圧側から低圧側に向けて力(圧力勾配力)を受
け、流動が誘起される。したがって、気体空間に対して
低圧となる負圧箇所を水中に形成し、気体空間の気体を
水中の負圧箇所に導くことにより、圧力勾配力を利用し
て、所定の深さの水中に気体を送り込むことが可能とな
る。
と、高圧側から低圧側に向けて力(圧力勾配力)を受
け、流動が誘起される。したがって、気体空間に対して
低圧となる負圧箇所を水中に形成し、気体空間の気体を
水中の負圧箇所に導くことにより、圧力勾配力を利用し
て、所定の深さの水中に気体を送り込むことが可能とな
る。
【0009】図2は、水中に負圧箇所を形成するための
負圧形成部を備えた摩擦抵抗低減船を模式的に示してい
る。船体1が所定の船速Vsで航行すると、船体1に対
して相対的な水の流れ2が形成される。このとき、例え
ば負圧形成部3によって水の流路が狭められると、局所
的に静水圧が下がり、所定の深さの水中(例えば、負圧
形成部3の頂部付近の水中)において、負圧箇所4が形
成される。負圧箇所4が形成されると、圧力勾配力によ
り、気体が流体通路5内を流動し、水中に送り込まれ
る。
負圧形成部を備えた摩擦抵抗低減船を模式的に示してい
る。船体1が所定の船速Vsで航行すると、船体1に対
して相対的な水の流れ2が形成される。このとき、例え
ば負圧形成部3によって水の流路が狭められると、局所
的に静水圧が下がり、所定の深さの水中(例えば、負圧
形成部3の頂部付近の水中)において、負圧箇所4が形
成される。負圧箇所4が形成されると、圧力勾配力によ
り、気体が流体通路5内を流動し、水中に送り込まれ
る。
【0010】負圧箇所4を形成して水中に気体を送り込
む場合(負圧方式)、気体を加圧する必要がないため、
従来の加圧方式に比べ、水中に気体を送り込むときに消
費されるエネルギが少ない。
む場合(負圧方式)、気体を加圧する必要がないため、
従来の加圧方式に比べ、水中に気体を送り込むときに消
費されるエネルギが少ない。
【0011】また、水中に送り込まれた気体を気泡6と
して水に混入させ、多数の気泡6を船体1の没水表面の
近傍に介在させることにより、船体の摩擦抵抗が低減さ
れる。
して水に混入させ、多数の気泡6を船体1の没水表面の
近傍に介在させることにより、船体の摩擦抵抗が低減さ
れる。
【0012】ところで、水中の気泡6には、水の流れに
より様々な力が作用する。その力の一例を表1に示す。
より様々な力が作用する。その力の一例を表1に示す。
【0013】
【表1】
【0014】例えば図2に示すように、負圧形成部3が
船底から突出して形成されている場合、流体通路5内を
流動した気体は、気体と液体(水)との境界面6(気液
界面)に到達した後、負圧箇所4による圧力勾配力と、
次に説明する揚力との作用を受けて気泡6として水中に
移動し、その後、抗力(粘性力)により水に乗って流れ
ると考えられる。
船底から突出して形成されている場合、流体通路5内を
流動した気体は、気体と液体(水)との境界面6(気液
界面)に到達した後、負圧箇所4による圧力勾配力と、
次に説明する揚力との作用を受けて気泡6として水中に
移動し、その後、抗力(粘性力)により水に乗って流れ
ると考えられる。
【0015】揚力(Lift Force)は、気泡6の周囲の水
の流れ2が渦度を有するときに生じるものであり、その
力の方向は、渦度ベクトル(Vorticity Vector of Liqu
id)ω と気液相対速度ベクトル(Relative Velocity V
ector) us との外積によって得られるベクトルの逆
方向である。また、その大きさは気泡の体積Avと液体
の密度ρとに比例する。すなわち揚力Lfは、次式によ
って表される。 Lf=−ρ・Av・(us×ω) (1) ただし、これは Auton の慣性揚力であり、低レイノル
ズ数時には Saffman の揚力が作用し、渦度の 1/2乗に
比例するようになる。なお、両者とも作用方向は同じで
ある。
の流れ2が渦度を有するときに生じるものであり、その
力の方向は、渦度ベクトル(Vorticity Vector of Liqu
id)ω と気液相対速度ベクトル(Relative Velocity V
ector) us との外積によって得られるベクトルの逆
方向である。また、その大きさは気泡の体積Avと液体
の密度ρとに比例する。すなわち揚力Lfは、次式によ
って表される。 Lf=−ρ・Av・(us×ω) (1) ただし、これは Auton の慣性揚力であり、低レイノル
ズ数時には Saffman の揚力が作用し、渦度の 1/2乗に
比例するようになる。なお、両者とも作用方向は同じで
ある。
【0016】船底の境界層には、一般に、渦度を有する
流れが船体外板の表面近傍に集中しており、上述した各
ベクトルは図3に示す向きとなる。この図3から分かる
ように、船底における揚力Lfは、船体外板から離れる
方向、すなわち気液界面7から水中に気泡6が離脱する
方向に作用する。
流れが船体外板の表面近傍に集中しており、上述した各
ベクトルは図3に示す向きとなる。この図3から分かる
ように、船底における揚力Lfは、船体外板から離れる
方向、すなわち気液界面7から水中に気泡6が離脱する
方向に作用する。
【0017】ところが、負圧形成部の形状によっては、
気泡に対して、気液界面に押し戻す方向に比較的大きな
力(抵抗力)が作用することがある。
気泡に対して、気液界面に押し戻す方向に比較的大きな
力(抵抗力)が作用することがある。
【0018】例えば、図2に示す負圧形成部3に沿って
水が流れる場合、水中の気泡6に対する抵抗力として、
次に説明する付加慣性力と圧力勾配力とが作用する。
水が流れる場合、水中の気泡6に対する抵抗力として、
次に説明する付加慣性力と圧力勾配力とが作用する。
【0019】付加慣性力は、液体(水)中に置かれた気
泡の付加質量による慣性力であり、気液の密度差を 1/8
00とすると、気泡内の気体質量自体に作用する慣性力に
比べて400倍の大きさとなる。また、水の慣性力と比
べたとき、気泡の慣性力+付加慣性力は、1/2 の大きさ
である。このことから、同じ外力が作用したとき、気泡
は水の1+1/(1/2)=3倍の加速度を生じることにな
る(ただし、抗力を無視したときの最大値)。
泡の付加質量による慣性力であり、気液の密度差を 1/8
00とすると、気泡内の気体質量自体に作用する慣性力に
比べて400倍の大きさとなる。また、水の慣性力と比
べたとき、気泡の慣性力+付加慣性力は、1/2 の大きさ
である。このことから、同じ外力が作用したとき、気泡
は水の1+1/(1/2)=3倍の加速度を生じることにな
る(ただし、抗力を無視したときの最大値)。
【0020】すなわち、図4に示すように、湾曲した物
体表面8に沿って水及び気泡6が流れる場合、凹部であ
る箇所PA1で水の流れ2が下向きに変わるとき、気泡
6は水の3倍の加速度で下降する。また、凸部である箇
所PA2で水の流れ2が上向きに変わるとき、気泡6は
水の3倍の加速度で上昇する。
体表面8に沿って水及び気泡6が流れる場合、凹部であ
る箇所PA1で水の流れ2が下向きに変わるとき、気泡
6は水の3倍の加速度で下降する。また、凸部である箇
所PA2で水の流れ2が上向きに変わるとき、気泡6は
水の3倍の加速度で上昇する。
【0021】したがって、前述した図2の負圧形成部3
に沿って水が流れる場合、負圧形成部3の頂部の曲率
(凸部)により、負圧箇所4において水の流れ2が上向
きに変わるのに伴い、気泡6に対して、気液界面7に押
し戻す方向に付加慣性力が作用する。
に沿って水が流れる場合、負圧形成部3の頂部の曲率
(凸部)により、負圧箇所4において水の流れ2が上向
きに変わるのに伴い、気泡6に対して、気液界面7に押
し戻す方向に付加慣性力が作用する。
【0022】また、この図2の場合、負圧箇所4が水中
の他の箇所に比べて低圧であることから、負圧箇所4に
位置する気泡6に対して、気液界面7に押し戻す方向に
圧力勾配力が作用する。
の他の箇所に比べて低圧であることから、負圧箇所4に
位置する気泡6に対して、気液界面7に押し戻す方向に
圧力勾配力が作用する。
【0023】そして、このような気液界面に押し戻す方
向の力(抵抗力)が、気泡に対して大きく作用すると、
気液界面から水中に気泡が離脱しにくくなり、水に混入
される気泡の量が抑制されて、船体の摩擦抵抗が効果的
に低減しなくなる恐れがある。
向の力(抵抗力)が、気泡に対して大きく作用すると、
気液界面から水中に気泡が離脱しにくくなり、水に混入
される気泡の量が抑制されて、船体の摩擦抵抗が効果的
に低減しなくなる恐れがある。
【0024】そこで、気液界面から水中に気泡が移動す
るような水の流れを形成することにより、気泡の離脱に
対して抵抗となる力が小さくなり、気液界面から気泡が
容易に離脱し、水に混入される気泡の量が増える。
るような水の流れを形成することにより、気泡の離脱に
対して抵抗となる力が小さくなり、気液界面から気泡が
容易に離脱し、水に混入される気泡の量が増える。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る船体の摩擦抵
抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を、タンカーやコンテナ
船等の肥大船に適用した一実施形態について、図面を参
照して説明する。図5において、符号Mは摩擦抵抗低減
船、10は船体、11は気泡発生装置、12は船体外板
(没水表面)、13は推進器、14は舵、15は水面
(喫水線)を示している。
抗低減方法及び摩擦抵抗低減船を、タンカーやコンテナ
船等の肥大船に適用した一実施形態について、図面を参
照して説明する。図5において、符号Mは摩擦抵抗低減
船、10は船体、11は気泡発生装置、12は船体外板
(没水表面)、13は推進器、14は舵、15は水面
(喫水線)を示している。
【0026】前記摩擦抵抗低減船Mとしての肥大船は、
例えばVLCC(Very Large CrudeOil Carrier)とい
ったものがこれに該当し、他の種類の船舶に比べて、喫
水線15下の船体外板12(没水表面)において船底の
面積が船側に対して比較的大きく形成されている。さら
に、船体10の前方に、気泡発生装置11が配されてい
る。
例えばVLCC(Very Large CrudeOil Carrier)とい
ったものがこれに該当し、他の種類の船舶に比べて、喫
水線15下の船体外板12(没水表面)において船底の
面積が船側に対して比較的大きく形成されている。さら
に、船体10の前方に、気泡発生装置11が配されてい
る。
【0027】前記気泡発生装置11は、図5(b)に示
すように、船体10の没水表面12に配される負圧形成
部20と、船体10を貫通しかつ喫水線15の上下にお
いて内部空間が開放される流体通路21とを備えてい
る。
すように、船体10の没水表面12に配される負圧形成
部20と、船体10を貫通しかつ喫水線15の上下にお
いて内部空間が開放される流体通路21とを備えてい
る。
【0028】前記負圧形成部20は、航行時における船
体10に対する相対的な水の流れを利用して、所定の船
速Vsにおいて気体空間(大気)に対して低圧となる負
圧箇所を水中に形成するためのものであり、船底から水
中に(下方に)突出した状態に設置されている。
体10に対する相対的な水の流れを利用して、所定の船
速Vsにおいて気体空間(大気)に対して低圧となる負
圧箇所を水中に形成するためのものであり、船底から水
中に(下方に)突出した状態に設置されている。
【0029】この負圧形成部20の詳細について説明す
ると、負圧形成部20は、全体として水中に向かって突
出した滑らかな曲面からなる湾曲面30と、この湾曲面
30を貫通する孔として形成され流体通路21と連通す
る排出口31とを有し、内部にチャンバ空間32を形成
するように外縁部を船体外板12に当接されて固定され
ている。
ると、負圧形成部20は、全体として水中に向かって突
出した滑らかな曲面からなる湾曲面30と、この湾曲面
30を貫通する孔として形成され流体通路21と連通す
る排出口31とを有し、内部にチャンバ空間32を形成
するように外縁部を船体外板12に当接されて固定され
ている。
【0030】湾曲面30は、外縁部からの高さが中央部
に向かって次第に増すとともに、その頂部33付近にお
いて、離脱促進部として、船体側に窪んだ凹部34を有
して形成されている。排出口31は、例えば図6に示す
ように、湾曲面30の凹部34における窪みの最も深い
箇所を中心とする十字状の貫通孔として形成されてい
る。
に向かって次第に増すとともに、その頂部33付近にお
いて、離脱促進部として、船体側に窪んだ凹部34を有
して形成されている。排出口31は、例えば図6に示す
ように、湾曲面30の凹部34における窪みの最も深い
箇所を中心とする十字状の貫通孔として形成されてい
る。
【0031】さらに、湾曲面30の形状は、航行時に負
圧形成部20付近の水の流れが所望の状態になるよう
に、数値流体力学(CFD:Computational Fluid Dyna
mics)による流場解析によって設計されている。すなわ
ち、その形状は、水に対する負圧形成部20の抗力がな
るべく小さくなる条件のもとで、湾曲面30に沿って流
れる水の流速が頂部33(図5(b)参照)付近で大き
くなり、かつ、凹部34における曲面により排出口31
から水中に向かう水の流れが形成されるように定められ
ている。
圧形成部20付近の水の流れが所望の状態になるよう
に、数値流体力学(CFD:Computational Fluid Dyna
mics)による流場解析によって設計されている。すなわ
ち、その形状は、水に対する負圧形成部20の抗力がな
るべく小さくなる条件のもとで、湾曲面30に沿って流
れる水の流速が頂部33(図5(b)参照)付近で大き
くなり、かつ、凹部34における曲面により排出口31
から水中に向かう水の流れが形成されるように定められ
ている。
【0032】前記流体通路21は、前記負圧形成部20
のチャンバ空間32と、該チャンバ空間32に連通する
気体導入管35の内部空間36とから構成され、一端が
気体導入管35の空気取入れ口37を介して気体空間
(大気中)に開放されるとともに、他端が負圧形成部2
0の排出口31を介して水中に開放されている。
のチャンバ空間32と、該チャンバ空間32に連通する
気体導入管35の内部空間36とから構成され、一端が
気体導入管35の空気取入れ口37を介して気体空間
(大気中)に開放されるとともに、他端が負圧形成部2
0の排出口31を介して水中に開放されている。
【0033】前記気体導入管(AIP:Air Induction
Pipe)35は、船体10に貫通状態に、かつ負圧形成部
20に接続状態に敷設され、少ない圧力損失で所望の流
量の流体が流動するように、その内部断面積や形状が定
められている。また、空気取入れ口37は、船体10に
おける甲板の前部に配される。
Pipe)35は、船体10に貫通状態に、かつ負圧形成部
20に接続状態に敷設され、少ない圧力損失で所望の流
量の流体が流動するように、その内部断面積や形状が定
められている。また、空気取入れ口37は、船体10に
おける甲板の前部に配される。
【0034】なお、負圧形成部20及び気体導入管35
の材質としては、例えば耐食処理された金属、あるいは
樹脂など、主として表面が海水に対して耐食性を有し、
さらに海成生物が表面に付着しにくいものが好ましく用
いられる。
の材質としては、例えば耐食処理された金属、あるいは
樹脂など、主として表面が海水に対して耐食性を有し、
さらに海成生物が表面に付着しにくいものが好ましく用
いられる。
【0035】また、負圧形成部20は、船底の広さに応
じて1つまたは複数配置され、これに応じて気体導入管
35が配設される。
じて1つまたは複数配置され、これに応じて気体導入管
35が配設される。
【0036】このように構成される摩擦抵抗低減船Mに
よる船体の摩擦抵抗低減方法について、図1を参照して
以下説明する。停船状態においては、流体通路21内
に、船体10の周囲とほぼ同じ水位まで水(海水)が入
り込んでいる。推進器13(図5参照)の推力により船
体10が航行状態になると、図1(a)に示すように、
船体10に対して相対的な水の流れ40が形成される。
よる船体の摩擦抵抗低減方法について、図1を参照して
以下説明する。停船状態においては、流体通路21内
に、船体10の周囲とほぼ同じ水位まで水(海水)が入
り込んでいる。推進器13(図5参照)の推力により船
体10が航行状態になると、図1(a)に示すように、
船体10に対して相対的な水の流れ40が形成される。
【0037】航行状態において、船底では、負圧形成部
20の湾曲面30に沿って水が流れ、負圧形成部20の
頂部33に向かって水の流れ40が局所的に狭められ
る。これにより、負圧形成部20の頂部33付近におけ
る水の流速が大きくなり、静水圧が局所的に低下する
(ベルヌーイの定理)。
20の湾曲面30に沿って水が流れ、負圧形成部20の
頂部33に向かって水の流れ40が局所的に狭められ
る。これにより、負圧形成部20の頂部33付近におけ
る水の流速が大きくなり、静水圧が局所的に低下する
(ベルヌーイの定理)。
【0038】そして、船体10の航行速度が所定の船速
Vs(例えば標準航行速度)に達すると、負圧形成部2
0の頂部33付近の水中に、大気に対して低圧となる負
圧箇所41が形成される。
Vs(例えば標準航行速度)に達すると、負圧形成部2
0の頂部33付近の水中に、大気に対して低圧となる負
圧箇所41が形成される。
【0039】この場合にあって、空気取入れ口37にお
ける圧力に比べ、負圧箇所41に面した排出口31付近
の圧力が低いために、流体通路21内の流体(海水及び
空気)に対して圧力勾配力Pf1が作用し、流体通路2
1から海水が排出された後、空気取入れ口37から流入
した空気が、流体通路21を流動して水中に送り込まれ
る。
ける圧力に比べ、負圧箇所41に面した排出口31付近
の圧力が低いために、流体通路21内の流体(海水及び
空気)に対して圧力勾配力Pf1が作用し、流体通路2
1から海水が排出された後、空気取入れ口37から流入
した空気が、流体通路21を流動して水中に送り込まれ
る。
【0040】そして、水中に送り込まれた気体が気泡4
2として水に混入し、船体10の没水表面12の近傍に
多数の気泡42が介在することにより、船体10の摩擦
抵抗が低減される。
2として水に混入し、船体10の没水表面12の近傍に
多数の気泡42が介在することにより、船体10の摩擦
抵抗が低減される。
【0041】水中に空気を送り込むために必要なエネル
ギは、主として気体の位置を変化させるためのエネルギ
である。このエネルギは、負圧形成部20により水の流
動状態を変化させることで得られるものであり、気体を
加圧して水中に噴出する場合に消費されるエネルギに比
べて少ない。そのため、船体10の摩擦抵抗低減によ
り、航行時のエネルギ消費が効果的に低減される。
ギは、主として気体の位置を変化させるためのエネルギ
である。このエネルギは、負圧形成部20により水の流
動状態を変化させることで得られるものであり、気体を
加圧して水中に噴出する場合に消費されるエネルギに比
べて少ない。そのため、船体10の摩擦抵抗低減によ
り、航行時のエネルギ消費が効果的に低減される。
【0042】さらに、気泡発生装置11は簡素な構成で
あり、しかも気体を加圧する装置が不要であることか
ら、船体10の建造コストが少なくて済むことはいうま
でもない。
あり、しかも気体を加圧する装置が不要であることか
ら、船体10の建造コストが少なくて済むことはいうま
でもない。
【0043】この場合にあって、図1(b)に示すよう
に、負圧形成部20における湾曲面30の凹部34によ
り、凹部34の表面に沿う曲線状の水の流れ40aが形
成され、この曲線状の水の流れ40a(流速Vca)と、
凹部34に流れ込むことなく通過する水の流れ40b
(流速Vcb)との間に流速差(Vca<Vcb)が生じる
ために、水中の負圧箇所41における圧力が気液界面4
3から水中に向かって低くなる。そのため、気液界面4
3から気泡42が離脱する方向(離脱方向)に、気泡4
2に対して圧力勾配力Pf2が作用する。
に、負圧形成部20における湾曲面30の凹部34によ
り、凹部34の表面に沿う曲線状の水の流れ40aが形
成され、この曲線状の水の流れ40a(流速Vca)と、
凹部34に流れ込むことなく通過する水の流れ40b
(流速Vcb)との間に流速差(Vca<Vcb)が生じる
ために、水中の負圧箇所41における圧力が気液界面4
3から水中に向かって低くなる。そのため、気液界面4
3から気泡42が離脱する方向(離脱方向)に、気泡4
2に対して圧力勾配力Pf2が作用する。
【0044】さらに、凹部34の表面に沿う曲線状の水
の流れ40aは、排出口31を通過すると気液界面43
から離れる方向(下向き)に流れを変える。このとき、
気泡42は水よりも大きな加速度で排出口31から離れ
る運動をする。すなわち、気泡42に対して付加質量に
よる慣性力(付加慣性力)Afが離脱方向に作用する。
の流れ40aは、排出口31を通過すると気液界面43
から離れる方向(下向き)に流れを変える。このとき、
気泡42は水よりも大きな加速度で排出口31から離れ
る運動をする。すなわち、気泡42に対して付加質量に
よる慣性力(付加慣性力)Afが離脱方向に作用する。
【0045】そして、こうした離脱方向の力により、水
中に移動するときに気泡42に対して抵抗となる力が小
さくなり、気液界面43から気泡42の離脱が促進され
るとともに、水中に空気を送り込むための消費エネルギ
が少なくて済む。
中に移動するときに気泡42に対して抵抗となる力が小
さくなり、気液界面43から気泡42の離脱が促進され
るとともに、水中に空気を送り込むための消費エネルギ
が少なくて済む。
【0046】負圧箇所41において発生する気泡42の
量は、その付近の環境条件から定まる飽和蒸気圧に影響
を受ける。すなわち、水に溶け込める気体の量よりも多
いものが気泡42として水中に存在することになる。し
たがって、気液界面43からの気泡42の離脱が促進さ
れることにより、気液界面43の近くに停留する気泡4
2が少なくなり、所望の量の気泡42が安定して水中に
混入され、効果的な摩擦抵抗低減が確実に実施される。
量は、その付近の環境条件から定まる飽和蒸気圧に影響
を受ける。すなわち、水に溶け込める気体の量よりも多
いものが気泡42として水中に存在することになる。し
たがって、気液界面43からの気泡42の離脱が促進さ
れることにより、気液界面43の近くに停留する気泡4
2が少なくなり、所望の量の気泡42が安定して水中に
混入され、効果的な摩擦抵抗低減が確実に実施される。
【0047】なお、水中に混入された気泡42は、水深
に応じた静水圧よりも低い内圧で形成されるため、一定
の水深で気泡42が移動するとき(例えば船底に沿って
気泡が移動するとき)に、負圧箇所41から離れるに従
って気泡42に大きな水圧が作用し、徐々に気泡42の
大きさが小さくなる。本出願人らのこれまでの研究によ
れば、比較的小さい気泡のほうが船体の摩擦抵抗を低減
するのに好ましいとされている。したがって、負圧によ
って発生した気泡は、この点からも摩擦抵抗の低減に有
利に働く。
に応じた静水圧よりも低い内圧で形成されるため、一定
の水深で気泡42が移動するとき(例えば船底に沿って
気泡が移動するとき)に、負圧箇所41から離れるに従
って気泡42に大きな水圧が作用し、徐々に気泡42の
大きさが小さくなる。本出願人らのこれまでの研究によ
れば、比較的小さい気泡のほうが船体の摩擦抵抗を低減
するのに好ましいとされている。したがって、負圧によ
って発生した気泡は、この点からも摩擦抵抗の低減に有
利に働く。
【0048】図7は、本発明に係る摩擦抵抗低減船の他
の実施形態を示している。この摩擦抵抗低減船M2は、
上述した実施形態と異なり、気泡発生装置における負圧
形成部が上下方向に移動するように構成されている。
の実施形態を示している。この摩擦抵抗低減船M2は、
上述した実施形態と異なり、気泡発生装置における負圧
形成部が上下方向に移動するように構成されている。
【0049】気泡発生装置50は、船体に固定状態に敷
設される外筒51と、該外筒51内に着脱自在に、かつ
軸方向(上下方向)に移動自在に収容される気体導入管
(AIP)としての内筒52と、外筒51に対する内筒
52の軸方向の位置(高さ)を調節するための位置調節
部53とを備えている。
設される外筒51と、該外筒51内に着脱自在に、かつ
軸方向(上下方向)に移動自在に収容される気体導入管
(AIP)としての内筒52と、外筒51に対する内筒
52の軸方向の位置(高さ)を調節するための位置調節
部53とを備えている。
【0050】また、内筒52の一端には、前述した実施
形態で示したものと同様の負圧形成部54が設けられて
おり、内筒52は、この負圧形成部54を下方に向けた
状態で外筒51の上部の開口から挿入される。位置調節
部53は、航行状態に応じて、負圧形成部54の船底か
らの突出状態(突出高さ)を調節するためのものであ
り、内筒52を所定の位置に移動させるための図示しな
い駆動部、所定の位置に内筒52を固定するための図示
しない固定部、等を含んで構成されている。
形態で示したものと同様の負圧形成部54が設けられて
おり、内筒52は、この負圧形成部54を下方に向けた
状態で外筒51の上部の開口から挿入される。位置調節
部53は、航行状態に応じて、負圧形成部54の船底か
らの突出状態(突出高さ)を調節するためのものであ
り、内筒52を所定の位置に移動させるための図示しな
い駆動部、所定の位置に内筒52を固定するための図示
しない固定部、等を含んで構成されている。
【0051】こうした構成の気泡発生装置50を備える
摩擦抵抗低減船M2は、航行状態に応じて位置調節部5
3により負圧形成部54の突出高さを変化させ、これに
より負圧形成部54による抗力の増加を適切に抑制する
とともに、負圧形成部54の近傍の水の流れを所望の状
態に調節する。
摩擦抵抗低減船M2は、航行状態に応じて位置調節部5
3により負圧形成部54の突出高さを変化させ、これに
より負圧形成部54による抗力の増加を適切に抑制する
とともに、負圧形成部54の近傍の水の流れを所望の状
態に調節する。
【0052】すなわち、例えば気泡による摩擦抵抗の低
減効果が小さい停船中や低速航行時には、図8(a)に
示すように、負圧形成部54を船体の内側(没水表面の
内側)に配することにより、負圧形成部54による抗力
の増加を抑制する。
減効果が小さい停船中や低速航行時には、図8(a)に
示すように、負圧形成部54を船体の内側(没水表面の
内側)に配することにより、負圧形成部54による抗力
の増加を抑制する。
【0053】一方、所定の船速での航行時には、図8
(b)及び(c)に示すように、負圧形成部54を船底
から水中に(下方に)突出させ、水中に気泡60を発生
させて船体の摩擦抵抗を低減する。
(b)及び(c)に示すように、負圧形成部54を船底
から水中に(下方に)突出させ、水中に気泡60を発生
させて船体の摩擦抵抗を低減する。
【0054】また、負圧形成部54の突出高さを変化さ
せることにより、負圧箇所61の圧力や負圧箇所61近
傍の水の流れ62を制御し、気泡の発生量を調節する。
これにより、船速に応じた適切な量の気泡により摩擦抵
抗低減が効果的に実施される。
せることにより、負圧箇所61の圧力や負圧箇所61近
傍の水の流れ62を制御し、気泡の発生量を調節する。
これにより、船速に応じた適切な量の気泡により摩擦抵
抗低減が効果的に実施される。
【0055】さらに、気泡発生装置50は、メンテナン
ス時において、内筒52を外筒51から取り外し、清掃
設備の整った環境のもとで内筒52の清掃を行うととも
に、外筒51の内壁面の清掃を行う。そのため、気泡発
生装置50のメンテナンスに伴う手間が少ない。
ス時において、内筒52を外筒51から取り外し、清掃
設備の整った環境のもとで内筒52の清掃を行うととも
に、外筒51の内壁面の清掃を行う。そのため、気泡発
生装置50のメンテナンスに伴う手間が少ない。
【0056】なお、上述した実施形態において示した各
構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発
明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づ
き種々変更可能である。例えば下記のような変更も含ま
れる。
構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発
明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づ
き種々変更可能である。例えば下記のような変更も含ま
れる。
【0057】上述した実施形態では、排出口31を十字
状に形成しているが、これに限るものではなく、円や楕
円、あるいは複数の孔からなる形状に形成してもよい。
ただし、排出口31を十字状(もしくは水の流れ方向に
長軸となるスリット状)に形成することで、湾曲面30
の水の流れ方向の長さが長くなり、湾曲面30によって
水の流れを制御しやすいという利点がある。
状に形成しているが、これに限るものではなく、円や楕
円、あるいは複数の孔からなる形状に形成してもよい。
ただし、排出口31を十字状(もしくは水の流れ方向に
長軸となるスリット状)に形成することで、湾曲面30
の水の流れ方向の長さが長くなり、湾曲面30によって
水の流れを制御しやすいという利点がある。
【0058】また、上述した実施形態では、本発明を肥
大船に適用した例を示したが、これに限るものではな
く、高速船など他の船にも適用可能である。なお、負圧
形成部の大きさや数、その配置場所といったものは、船
体の形状に応じて適宜設定される。
大船に適用した例を示したが、これに限るものではな
く、高速船など他の船にも適用可能である。なお、負圧
形成部の大きさや数、その配置場所といったものは、船
体の形状に応じて適宜設定される。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
以下の効果を得ることができる。請求項1に係る船体の
摩擦抵抗低減方法によれば、水中に負圧箇所を形成する
ことにより、圧力勾配力を利用して、気体を加圧する場
合に比べて少ないエネルギ消費で水中に気体を放出し、
摩擦抵抗低減を行うことができる。また、気液界面から
水中に気泡が移動するような水の流れを形成することに
より、境界面からの気泡の離脱を促進させ、水に気泡を
効率よく混入させることができる。したがって、効果的
な摩擦抵抗低減を実施し、航行時のエネルギ消費を節減
することができる。
以下の効果を得ることができる。請求項1に係る船体の
摩擦抵抗低減方法によれば、水中に負圧箇所を形成する
ことにより、圧力勾配力を利用して、気体を加圧する場
合に比べて少ないエネルギ消費で水中に気体を放出し、
摩擦抵抗低減を行うことができる。また、気液界面から
水中に気泡が移動するような水の流れを形成することに
より、境界面からの気泡の離脱を促進させ、水に気泡を
効率よく混入させることができる。したがって、効果的
な摩擦抵抗低減を実施し、航行時のエネルギ消費を節減
することができる。
【0060】請求項2及び3に係る摩擦抵抗低減船によ
れば、負圧形成部を備えることにより、水中に負圧箇所
を形成し、圧力勾配力を利用して、気体を加圧する場合
に比べて少ないエネルギ消費で水中に気体を送り込み、
摩擦抵抗低減を行うことができる。また、離脱促進部を
備えることにより、境界面からの気泡の離脱を促進さ
せ、水に気泡を効率よく混入させることができる。した
がって、効果的に摩擦抵抗低減を実施し、航行時のエネ
ルギ消費を節減することができる。さらに、気体を加圧
する装置が不要となり、船体の建造コストを容易に低減
することができる。
れば、負圧形成部を備えることにより、水中に負圧箇所
を形成し、圧力勾配力を利用して、気体を加圧する場合
に比べて少ないエネルギ消費で水中に気体を送り込み、
摩擦抵抗低減を行うことができる。また、離脱促進部を
備えることにより、境界面からの気泡の離脱を促進さ
せ、水に気泡を効率よく混入させることができる。した
がって、効果的に摩擦抵抗低減を実施し、航行時のエネ
ルギ消費を節減することができる。さらに、気体を加圧
する装置が不要となり、船体の建造コストを容易に低減
することができる。
【図1】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法の一例
を示す概念図である。
を示す概念図である。
【図2】 水中に気泡を発生させる方法の一例を示す概
念図である。
念図である。
【図3】 船底における気泡に作用する力を示す模式図
である。
である。
【図4】 曲面に沿って水と気泡とが流れる様子を示す
模式図である。
模式図である。
【図5】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法を船舶
に適用した一実施形態を概略的に示す構成図である。
に適用した一実施形態を概略的に示す構成図である。
【図6】 図1に示す負圧形成部を船底側から見た様子
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図7】 本発明に係る船体の摩擦抵抗低減方法を船舶
に適用した他の実施形態を示す概略構成図である。
に適用した他の実施形態を示す概略構成図である。
【図8】 図7に示す負圧形成部の配置位置と気泡発生
との関係を示す状態図である。
との関係を示す状態図である。
M、M2 摩擦抵抗低減船 Af 慣性力 Pf 圧力勾配力 1、10 船体 2、40、40a、40b、62 水の流れ 3、20、54 負圧形成部 4、41、61 負圧箇所 5、21 流体通路 6、42 気泡 7、43 気液界面(境界面) 11、50 気泡発生装置 12 船体外板(没水表面) 15 水面(喫水線) 30 湾曲面 31 排出口 33 頂部 34 凹部(離脱促進部) 35 気体導入管 37 空気取入れ口
Claims (3)
- 【請求項1】 船体の没水表面の近傍に気泡を放出して
船体の摩擦抵抗を低減する方法であって、 船体の航行に伴って気体空間に対して低圧となる負圧箇
所を水中に形成し、気体空間から水中の負圧箇所に気体
を導き、気体と水との境界面から水中に気泡が移動する
ような水の流れを形成することを特徴とする船体の摩擦
抵抗低減方法。 - 【請求項2】 船体の没水表面に気泡を放出して船体の
摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減船であって、 気体空間に対して低圧となる負圧箇所を水中に形成する
ための負圧形成部と、 気体空間から水中の負圧箇所に気体を導くための流体通
路と、 気体と水との境界面から水中に気泡が移動するような水
の流れを形成する離脱促進部とを備えることを特徴とす
る摩擦抵抗低減船。 - 【請求項3】 前記負圧形成部は、全体として水中に向
かって突出した湾曲面を備え、該湾曲面の一部に船体側
に窪んだ凹部が形成され、該凹部には前記流体通路と連
通する排出口が形成されていることを特徴とする請求項
2に記載の摩擦抵抗低減船。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000101070A JP2001278179A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000101070A JP2001278179A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001278179A true JP2001278179A (ja) | 2001-10-10 |
Family
ID=18615186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000101070A Pending JP2001278179A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 船体の摩擦抵抗低減方法及び摩擦抵抗低減船 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001278179A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014065491A (ja) * | 2013-11-11 | 2014-04-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 船舶の抵抗低減装置 |
| CN115123449A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-09-30 | 哈尔滨工程大学 | 一种节能高效气泡减阻装置及减阻方法 |
-
2000
- 2000-04-03 JP JP2000101070A patent/JP2001278179A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014065491A (ja) * | 2013-11-11 | 2014-04-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 船舶の抵抗低減装置 |
| CN115123449A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-09-30 | 哈尔滨工程大学 | 一种节能高效气泡减阻装置及减阻方法 |
| CN115123449B (zh) * | 2022-06-23 | 2023-06-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种节能高效气泡减阻装置及减阻方法 |
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