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、大型の垂直ローター（ローターセイルとも呼ばれる）によって推進力を得ます。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試み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した場合のモーター出力よりも小さいものでした。」[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に移動します。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成されます。ローター・セイルの最も一般的な形式はフレットナー・ローターです。[4] [検証失敗]風はローターに動力を与えず、ローターは自身の動力源によって回転する。

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方向を変える場合、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大型の2回転翼船「バックアウ」の建造を完了した。[8]この船は改装されたスクーナーで、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、50馬力（37kW）の電気推進システムで駆動されていた。[要出典]

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性能に問題はなかった。[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向けて出航し、 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大型船「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発揮しました。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。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のです。当時の燃料価格を考えると、ローターによる節約額は、回収期間の長さから、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。[17]

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。[18] [19]エネルコンは「同サイズの従来型貨物船と比較して、最大25%の燃料節約が可能」と主張している。[20]

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、またはユニキャット・フレンスブルクを開発している。[21]

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。[22] [10]回転翼船のプロトタイプは、ディスカバリー計画地球で試験された。回転翼は炭素繊維製で、改造された三胴船[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。[要出典]

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。[23]その後、 2018年にローターシステムが後付けされました。[24]

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。[25] [26] [27] 2018年5月、ドイツのフェーンシップマネジメント社（レール）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。[28] [29]

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、ノースパワーのローターセイルが2枚搭載されています。[30] [31]

ばら積み貨物船MVアフロス（ 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。[32] [33] [34] [35]

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梁の下での操縦を可能にすることを目的としていた。[5] [36]

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。[37] 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。[38]

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。[39]

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、pp. 100–、ISBN 978-1-315-86304-7– books.google.com より。
  4. ^ abcd Gilmore, CP (1984). 「スピンセイル：謎のマグナス効果を船舶推進に活用」Popular Science (1月). pp.  70– 73. 2015年10月13日閲覧– books.google.comより。
  5. ^ ab 「ティルティング・ローターセイルを搭載した世界初の貨物船がロッテルダムに到着」www.marineinsight.com 2021年1月13日 2021年1月25日閲覧。
  6. ^ 匿名（1925年9月）「アメリカ初の回転翼船」『ポピュラーサイエンス・マンスリー』p. 27 – books.google.comより。
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  8. ^ ab ゾウフェルト、ウルフ;ウルリッヒ・ゾウフェルト（1983年3月10日）。フレットナーの船をめぐる批評家。新人科学者。ページ 656–659 –books.google.com 経由。
  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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  11. ^ 米国海軍協会 (1970). Proceedings – books.google.comより。
  12. ^ レイ、キース（2016年2月）『史上最も奇妙な航空機』ストラウド、グロスター：ヒストリー・プレス、p.48、ISBN 9780750960977。
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  35. ^ Almendral, Aurora (2021年6月24日). 「巨大貨物船は風力発電で環境に優しくなれるか？」.ニューヨーク・タイムズ. ISSN  0362-4331 . 2021年6月29日閲覧。
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  38. ^ 「M/Sベルリンが新型ローターセイルを導入：Ingeniøren社がプロセスを観察」ING . 2022年5月30日. 2022年9月14日閲覧。
  39. ^ 「エアバス、A320neoの増産需要に応えるため海上輸送船隊を更新」www.flightglobal.com 2023年10月25日閲覧。
ウィキメディア・コモンズには、ローター船に関連するメディアがあります。
  • テクノロジー研究センターの記事
  • ニューヨーク港のバーデンバーデンの写真
  • Ro-Ro船でノースパワー・ローターセイルの試験運用を開始
  • バイキンググレース号に搭載されたローターセイルのビデオ
  • 選択された航路における凧とフレットナーローターの推進力寄与
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