ローター船

ローターシップE-Ship 1

ローター船は、マグナス効果を推進力として利用する船舶の一種です。この船舶は、少なくとも部分的には、ローターセイルとも呼ばれる大型の垂直ローターによって推進されます。ドイツ人技師アントン・フレットナーは、この力を推進力として利用しようとした最初の船舶を建造しました。「このアイデアは成功しましたが、得られる推進力は、標準的な船舶用プロペラに接続されたモーターで得られる推進力よりも弱かったです。」[ 1 ]

このタイプのローターを使用する船は、フレットナー船と呼ばれることもあります。[ 2 ]

マグナス効果は、移動する気流の中で回転する物体に作用する力であり、気流の方向とローターの軸の両方に垂直な力を生み出します。

動作原理

マグナス効果は、気流中に逆回転する円筒を描いています。矢印は、結果として生じる横方向の力を表し、船の推進力として利用できます。渦巻状の流線は乱流の伴流を表しています。気流は回転の方向に偏向します。

ローター船またはフレットナー船は、マグナス効果を推進力として利用するように設計されています。[ 3 ]マグナス効果は、移動する気流の中で回転する物体、または回転している移動物体（ボールなど）によって引き起こされ、表面摩擦を利用して空気を物体の片側に引き寄せ、一方からもう一方への気圧差を生み出します。これにより、物体に横向きの力が生じ、回転する物体は抵抗が最も少ない低圧側へと移動します。船上では、この横向きの力は船体によって抵抗され、船の方向が概ね低圧ゾーン内にある限り、この力の一部を使用して船を前進させることができます。船の推進に使用されるマグナス・ローターはローター・セイルと呼ばれ、軸が垂直になるように取り付けられます。横から風が吹くと、マグナス効果によって前方への推力が生じます。最も一般的なローター・セイルの形式はフレットナー・ローターです。[ 4 ]ローターは風力で動かされるのではなく、自身の動力源で回転する。

回転翼船は、力の配置により、従来の帆船よりも風下に近い位置で航行することができます。その他の利点としては、風下側の航行ステーションからの操縦が容易であること、荒天時に船を巻き上げる必要がないことなどが挙げられます。[ 4 ]

船が風が反対側から来るように進路を変える場合、回転方向を逆にしなければなりません。そうしないと船は後進してしまいます。[ 4 ]

帆船（回転翼船を含む）は、低速時や無風時、あるいは回転翼が停止しているときに操縦性と前進力を確保するため、小型の従来型プロペラを搭載していることが多い。ハイブリッド回転翼船では、プロペラが主な推進力源となり、回転翼はプロペラの負荷を軽減することで全体的な燃費を向上させる。[ 4 ]回転翼帆は5～20%の燃料節約をもたらすと報告されている。[ 5 ]

歴史

回転翼船バックアウ
バルセロナの回転翼船バルバラ号

パイオニア

ドイツの技術者アントン・フレットナーは、マグナス効果を推進力として利用しようとした船を初めて建造した人物である。[ 6 ] [ 7 ]

バックアウ

アルバート・ベッツ、ヤコブ・アッケレット、ルートヴィヒ・プラントルの協力を得て、フレットナーは実験的な回転翼船を建造した。1924年10月、ゲルマニアヴェルフトは、バックアウと名付けられた大型の2つの回転翼船の建造を完了した。[ 8 ]この船は、高さ約15メートル（50フィート）、直径3メートル（10フィート）の2つのシリンダー（またはローター）を搭載した改装されたスクーナーで、50馬力（37kW）の電気推進システムで駆動された。

1925年2月、バックアウ号はダンツィヒから北海を横断してスコットランドへ航海した。 [ 9 ]同船は20～30度の風下転舵（風上への帆走）が可能で、[ 8 ]ローターにかかる傾斜力は従来の裸艤装にかかる力よりも小さかったため、荒天時でもローターの心配はなかった。[ 10 ]同船はドイツの温泉街にちなんでバーデン・バーデンと改名され、1926年3月31日に南米を経由してニューヨークへ出航し、 5月9日にニューヨーク港に到着した。[ 11 ]

いくつかの資料によれば、この航海で船は非効率であることが判明し、15メートルの高さのドラムの回転に消費される電力は、従来のプロペラと比較して推進効果に比べて不釣り合いであったと主張している。[ 12 ]

この見解は、バックアウ号の優れた性能を理由に、北大西洋とバルト海を横断するばら積み貨物輸送に就航したという主張とは対照的である。1926年3月31日、バックアウ号（後にバーデン・バーデン号と改名）は南米経由でニューヨークへ出航した。大西洋を横断する6,200海里の航海で、燃料油はわずか12トンしか消費しなかった。これは、ローターのない同サイズのモーター船が45トン消費するのと比べるとはるかに少ない。[ 13 ] 5月9日にニューヨーク港に到着した。[ 14 ]

後者の評価の方がより正確であるように思われる。なぜなら、バックアウ実験の結果が次の回転翼船「バーバラ」の開発につながったからである。

バーバラ

1926年、ブレーメンのAGヴェーザー造船所で、3つのローターを備えたより大型の船、バルバラ[ 15 ]が建造されました。 [ 16 ]同船は1926年から1929年にかけて地中海で通常の貨物船として安定した性能を示しました。1928年までに、フレットナー社はバルバラ級の新造船6隻の受注を獲得しました。[ 17 ]しかし、世界的な経済危機により消費者の購買意欲は低下しました。さらに、船舶用ディーゼル油（MDO）とそれを使用するのに必要なエンジン技術が容易に安価に入手できるようになったため、当時の燃料価格の高騰により、ローターによる節約額は回収期間の長さから見て船会社にとって投資を検討するには小さすぎました。[ 14 ]

現代の船舶

2007年キールウィークのフレンスブルクのカタマラン
マールスク・ペリカンのローターは、2019年現在、世界最大のフレットナー製ローターである。

1980年代には、従来型動力船の燃費向上策として、ローターセイルへの関心が再び高まりました。この技術は、最大2万隻の船舶に恩恵をもたらすと推定されています。[ 18 ]

エネルコンは2008年8月2日にハイブリッドローター船E-Ship 1を進水させた。2010年からは同社のタービン製品やその他の機器の輸送に使用されている。[ 19 ] [ 20 ]エネルコンは「同サイズの従来の貨物船と比較して最大25%の燃料節約が可能」と主張している。[ 21 ]

フレンスブルク大学は、ローター駆動双胴船であるフレンスブルク双胴船（Uni-Cat Flensburg）を開発している。[ 22 ]

2007年、スティーブン・H・ソルターとジョン・レイサムは、地球温暖化の緩和を目指し、1,500隻のロボット回転翼船の建造を提案した。これらの船は、雲の反射率を高めるために海水を空中に散布する。[ 23 ] [ 10 ]回転翼船のプロトタイプは、ディスカバリー・プロジェクト・アースで試験された。回転翼はカーボンファイバー製で、改造されたトリマラン[ 10 ]に取り付けられ、船を6ノットの速度で安定して推進した。

2009年、ヴァルチラ社は燃料消費量削減のため、フレットナー・ローターを採用したクルーズフェリーを提案しました。フィンランドのフェリー運航会社バイキング・ライン社がこのアイデアを採用し、 2011年から2012年にかけて建造されたMSバイキング・グレース号は、当初はローターを搭載していませんでした。[ 24 ] 2018年にローターシステムが後付けされました。[ 25 ]

2014年と2015年に、ノースパワーはフィンランドの海運会社ボア社のRoRo船M/Vエストラデンにツインローターセイルを設置した。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] 2018年5月、ドイツのフェーンシップマネジメント（レール）社の1996年建造貨物船フェーンポルックスに、船首にエコフレットナータイプの全長18メートルのフレットナーローターが取り付けられた。[ 29 ] [ 30 ]

2018年、ノースパワーは世界最大の海運会社であるマースク社と共同でローターセイルを配備しました。LR2級タンカー「マースク・ペリカン」には、ノースパワー社のローターセイルが2枚搭載されています。[ 31 ] [ 32 ]

ばら積み貨物船MVアフロス号（IMO 9746803）は、1年以上にわたり4つの可動ローターを運用し、良好な結果を得ています。[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]

2021年、ノースパワーはヴァーレが運航する鉄鉱石運搬船に5枚のティルティングローターセイルを設置した。このティルティング設計は橋の下での操縦を可能にすることを目的としていた。[ 5 ] [ 37 ]

2024年にロッテルダム港に設置されるSCコネクタ（折り畳み式のフレットナーローター1基搭載）

2020年、シーカーゴはRO-RO船SCコネクターに、全長35メートルのノースパワー社製ティルティング・ローターセイル2枚を後付けしました。このシステムにより、ローターを下げて橋梁を通過できるようになります。運航会社によると、このシステムにより平均約25%の燃料節約が可能になり、条件が良ければ船舶は完全に風力発電のみで運航できるようになります。[ 38 ] SCコネクターは、この新システムを搭載して2021年初頭に就航しました。

スキャンラインズは、回転翼帆を備えたハイブリッドフェリー2隻、M/Fコペンハーゲン号とM/Fベルリン号を運航している。[ 39 ]

2023年10月、エアバスは、航空機部品を米国の組立ラインに輸送するために、フレットナーローターを搭載した船舶6隻を2026年に就航させると発表した。[ 40 ]

ステナラインは、 2026年1月にベルファスト-ヘイシャム航路で使用するコネクタRoRo船「ニューマックス」を就航させた。[ 41 ]

参照

参考文献

  1. ^ 「NASA​​ウェブページ」www.grc.nasa.gov。
  2. ^ Borg, John (1985). 「マグナス効果 - 過去と未来の実用化の概要」(PDF) .国防技術情報センター (.mil) . 海軍海上システム司令部のためにBorg/Lutherグループが作成. 2024年9月11日閲覧.
  3. ^ヒューバート・シャンソン（2013年8月30日）『応用流体力学入門』 CRCプレス、100頁～ISBN 978-1-315-86304-7– books.google.com より。
  4. ^ a b c d Gilmore, CP (1984). Spin Sail: Harnesses Mysterious Magnus Effect for Ship Propulsion . Popular Science (1月). pp.  70– 73. 2015年10月13日閲覧– books.google.comより。
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  8. ^ a bウルフ・ソウファート、ウルリッヒ・ソウファート（1983年3月10日）「フレットナーの『船』をめぐる批判の声」ニューサイエンティスト誌、pp.  656– 659 – via books.google.com.
  9. ^ GA Tokaty (1994). 『流体力学の歴史と哲学』 Courier Corporation. pp. 152–. ISBN 978-0-486-68103-0– books.google.com より。
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