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基盤的研究課題調査調書

 事業名 造船技術研究開発課題の調査
 団体名 日本造船研究協会 注目度注目度5


21世紀における高速商船の技術課題調査部会
 
氏名 所属 役職 住所
E−mail
鷲尾 祐秀 かもめプロペラ(株) 企画担当部長 245−8542 横浜市戸塚区上矢部町690
y.wasio@kamome-propeller.co.jp
日夏 宗彦 海上技術安全研究所
CFD研究開発センター
センター長 181−0004 三鷹市新川6−38−1
hinatsu@nmri.go.jp
佐藤 和範 (財)日本造船技術センター
流体技術部
技術部長 171−0031 豊島区目白1−3−8
k_sato@srcj.or.jp
北村 欧 三菱重工業(株)船舶技術部
商船設計グループ
主席技師 100−8315 千代田区丸の内2−5−1
o_kitamura@hq.mhi.co.jp
岩沢 勝三 東京商船大学
海事交通協同センター
助教授 135−8533 江東区越中島2−1−6
iwasawa@ipc.tosho-u.ac.jp
 
21世紀における高速商船の技術課題調査
 
1. はじめに
 
1.1 調査目的および概要
 ヨーロッパでは高速のRoRo、RoPax、クルーズフェリー等、海軍用の大型高速船の活発な開発活動が見られる。米国では海兵隊や陸軍の輸送に関する高速船需要、および大西洋横断輸送を目指した高速貨物船(40−50ノット)の建造計画等があり、また高速ヨット等の設計に絡み、設計の高度IT化、船体軽量化および性能推定手法の研究が行われている。また韓国の2010年の造船ビジョンでも、超高速船および大型高速船の開発が目標の一つとされている。
 欧州の高速商船の開発はEUの国家戦略に基づく研究開発プログラムに明示されており、欧州造船業の近未来における国際的位置付け、基礎技術の優位化の強い意識を反映したものである。具体的にはFP5(5th Framework Program)における高速商船に関する研究開発計画に見る事ができる。
 本部会は、以上の観点から下記の部会において調査される要素技術的課題を包括したものとしての戦略的な研究開発課題の調査を行おうとするものである。
 
(1)ノンラインズ造船システムの可能性に関する調査研究(委員会1)
(2)高速高荷重推進システムの調査(委員会2)
(3)高速船の波浪中動揺、波浪荷重推定法の高度化(委員会3)
 
 すなわち、高速商船の開発に必要な技術開発要素を抽出し、その技術要素に対する研究の必要性および重要度、技術研究要素等を調査するものである。
 
 1)高速船の軽量化構造、波浪中船体運動、衝撃を含む波浪荷重の推定法、高荷重推進方式、曲面創成技術等のツールは未だ開発途上にあり、特に日本はヨーロッパ・米国に対して遅れをとっている面が多い状況である。
 2)高速船開発で他国に対し優位性を保つには、独自開発の最先端ツールの開発に努力し、それを設計ツールとして利用できるよう反映させることが必要である。
 
 爆発的に増加していく大人口を抱え、発展を続ける近隣諸国と海を隔てて隣接する我が国は、航空機による人の輸送とは別に「船」による物流の観点から、効率的な海上輸送の高速化によって特に極東、東アジアに位置する各国との連携を深め、経済的な面だけでなく安全保障の面からも世界の安定に大きく寄与できる可能性を有していることに改めて目を向けてみる必要があるものと考える。
 さらに重要な応用問題として、我が国から近隣諸国のハブ港に至る動脈ルートとでも呼べる航路の開拓が期待されることである。具体的には例えば、北はロシアのウラジオストックから、韓国の釜山、中国の上海、大連、台湾の花連、さらには香港、フィリピンのマニラなどである。もちろん時間を気にする旅行客は相変わらずとりあえず航空機を利用するかもしれない。
 しかし例えば30ノットの高速RORO船では、ウラジオストックはもとより上海、大連、青島、基隆などへのルートで十分デイリーサービス(毎日定時刻でのサービス)可能となり、50ノット船で考えれば多くの航路で一日往復が可能になる事が分かる。
 こういうルートに今まで述べたような高速船が配置されれば、旅客を始め価値ある物品が、大量にすばやく配達可能な宅配便ルートとして実現することになる。そしてこうした前向きの取り組みがこの先、需要の喚起、市場の拡大に大いに寄与し、さらに近隣諸国との交流発展につながり、日本の役割の重要性が大きく認識されていくことに繋がっていくことが期待される。
 
 以上の観点に立って今後、技術課題を具体的に検討し易くする為に、現実的に最も可能性のあるいくつかのルートと船型を想定して、それを対象として検討を進めて行く事にする。
 「船」は輸送機関である以上、載貨重量と速力が常に問題となる。これについては既に日本造船学会誌などに発表されている過去に建造された船をこの指標に従って整理された図が参考になる。
 また航路に関しては、我が国から東アジア諸国に通じる想定航路図を元に市場が要求する可能性の高いものを選定して考える事にする。
 とりあえず我が国が提案する高速船の船型としては、まず技術的にProvenなこと、既存のドックや港湾設備がそのまま利用できること、法的な面が整備されていること、乗員に特別な訓練などを要さないこと、載貨重量を大きく取りやすいことなど様々な点で長期に亘る過大な開発要素を考えなくていいもの、すなわち、完全とは言えないまでも過去に既に大型の実用船として実績のある次のものを中心に考えていく事にする。
 勿論、他の船型についても有力な候補が考えられるが、船型そのものの開発は技術課題の別項目として掲げる事とし、要素技術そのものの課題については以下の具体的な選定候補に対して論じる事にする。
 
1)50ノット級:SES船型('95年Ship of the Year受賞船ベース)
2)40ノット級:単胴型高速艇船型('97年Ship of the Year受賞船ベース)
3)30ノット級:通常型排水量船型('99年Ship of the Year受賞船ベース)
 
 偶然にも過去のShip of the Year受賞船は一年置きに高速船が受賞している。さらにこれらの船型は、未だ技術上の課題がいくつか残されているものの何れもプロトタイプの建造に止まっており、今後まずはこれら船型の技術課題を解決して、信頼性の高いものとしてその改良型の提案が図られることが期待される。
 
1.2 候補航路の選定
 高速船で運ぶことを要求されるものは、
1) 生鮮食料品や魚介類などの鮮度を要求されるもの
2) 価格/重量比が大きい価値の高い物品
3) 時間短縮による利便性を必要とする旅客
などである。
 こういったニーズから、現時点で最もfeasibleな航路は、まず博多−釜山(韓国)であることは異論の無い所であろう。この航路は、約100海里のルートであり、既に米国ボーイング社が開発した40ノット以上で航行する旅客用ハイドロフォイルのジェットフォイルが就航し成功を納めている。選定理由は上記の3)であるが、特に1)に対する市場ニーズも高い所である。旅客だけでなく載貨重量の大きな高速船が期待される航路といえる。40ノットでは3時間かからないが、30ノットでも4時間はかからない。毎日2往復は十分可能である。載貨重量が必要な事からもこの航路に対するモデル船は、この航路に既に40ノットの旅客船が就航している事を考えれば少なくとも40ノットは欲しい所であろう。必要載貨重量は、旅客を主として、貨物は乗用車などを主体としたものであれば、約600t程度、旅客もさる事ながら、トレーラ、コンテナを含む重貨物も考えれば、速力は30ノットでも斬新で、必要載貨重量は約7,000tは欲しい所であろう。
 次には、やはり目覚しい発展振りを見せる中国への航路であろう。中国へは我が国の大阪、博多などの港から上海、青島、大連などに向けて、既に大型のフェリーなどの定期航路が開設されているが、何れも一昼夜以上の時間を要するものだけである。
 因みに、現状での港湾設備や荷役の実態を考えた場合に、数千トンの載貨重量を有するRORO船では岸壁での荷卸、荷積みに合計で約4時間を有しているのでデイリーサービスを可能にするためにはおよその所片道の航海時間は20時間以下でなければならないことになる。
 すなわち、これらの航路には、デイリサービスが可能な高速の、しかも旅客のみならず貨物の輸送が可能なものが求められる。ここでは、その代表的なモデルルートとして博多−上海が第一候補として挙げられよう。この航路は約500海里近いが、30ノットでは片道十数時間もあれば十分な航路である。デイリ−サービスだけを考えれば速力は27−28ノットもあれば足りる航路である。また、博多−青島、博多−大連は、何れもほぼ500海里強となる。載貨重量を十分取ることを考えれば、30ノットでも片道18時間程度を要するだけであるので、荷役や旅客の乗降時間を十分取ってもデイリーサービスが可能となる。この航路もモデル船としての速力は取りあえず30ノットを想定すれば十分であろう。この場合の必要載貨重量は、かなりの長時間の運航となるので旅客を主として、貨物は乗用車などを主体とするものは未だ考え難い。従ってトレーラ、コンテナを含む重貨物も考えれば、約7,000tは必要となる。
 従って、毎日一往復する為には約50ノットの速力が必要となる。その場合も旅客だけのルートとしては現在の移動数から判断するとまだ現実的とはいえない。勿論、その場合もある程度の載貨重量を可能とする船型でなくてはならない。この航路で現時点で検討に値するのは約30ノットの船型であろう。
 次に現実的な航路は、台湾ではなかろうか。中国との国交が復活して以来我が国とは断交されたままで推移しているが、観光客は毎年日本に多数押し寄せ、それも福岡を基点として北海道に迄足を延ばす客が殆どであると言う。貿易も言うまでもなく過去を凌いで盛んである。
 具体的な航路を見てみると、博多−基隆が約700海里である。 40ノットであれば18時間で行ける距離である。デイリーサービスがここも可能となる。
 必要載貨重量は、旅客を主として、貨物はコンテナを含むある程度の重貨物も考えねば採算上問題であると推定され、この場合、速力を考えて約1,000t程度を考えるのが妥当な所であろう。 
大阪−基隆は約900海里、東京−基隆が約1,100海里であるので、40ノットでは何れも20時間以上かかりデイリーサービスは困難であるが、50ノットであれば、大阪−基隆であれば18時間となり可能となる。
 更に遠方を考えれば、博多−香港が挙げられようが、このルートは約1,000海里強あるので50ノットでも20時間以上を要する。55ノットを想定して、やっと20時間で行ける距離となる。
 現在の技術レベルとコストメリットなどを勘案すれば50ノット以上の高速船は経済性からも実用上難しいと考えられる。
 必要載貨重量は、以上の両航路において旅客を主として、貨物はコンテナを含むある程度の重貨物も考えたものとして速力、採算上の問題も考慮しても、TSL(テクノスーパーライナー)の初期目標には及ばないとしても少なくとも約800t程度は必要と目される。
 
 以上を整理すれば、デイリーサービスの可能な現実的なモデルルートとして下記のものを候補として挙げることができよう。 勿論、この表は速力をベースにして作成してあるので、デイリーサービスを主眼とすれば、航海時間は20時間でいいわけであるからルートによっては速力を下げる事も可能となる。
 
  航路 距離(海里) 速力(ノット) 航海時間(hr.) 必要載貨重量(t)
1-1 博多−釜山(韓国) 約100 約40 約2.5 約600t
1-2 同上 約100 約30 約3.5 約7,000t
2 博多−上海(中国) 約490 約30 約16 約7,000t
3 博多−青島(中国) 約540 約30 約18 約7,000t
4 博多−大連(中国) 同上 同上 同上 同上
5 博多−基隆(台湾) 約700 約40 約18 約1,000t
6 大阪−基隆(台湾) 約920 約50 約18 約800t
7 博多−香港(中国) 約1,000 約50 約20 約800t
 
1.3 候補船型の概略
 前項で候補に上がった航路をモデルルートとして技術課題を検討する為に更に具体的な候補船型を選定する。
 まず1の博多−釜山(韓国)航路であるが、速力約30ノットで載貨重量が約600tの場合は、単胴型高速艇船型が候補として挙げられる。この船型は約40ノットで既に実績があるが、載貨重量を増やすことや乗り心地改善などで課題が残る。
 また、約7,000tの場合は通常型排水量船型となり、先の船型に対して更なる性能改善が図らねばならない。同時にこの船型は航路2の博多−上海(中国)、および3博多−青島(中国)に対するものと共通のものとして考えて良い。また航路4の博多−大連(中国)は、航路3と同じものとみなして良い。
 それぞれ、主要目を想定すれば次のようなものとなろう。
 
1)単胴型高速艇船型A:
Lpp:120m、B:15.5m、D:11.0m、d:3.0m
Vs:約40ノット、載貨重量:約600t、主機出力:約36,000ps
船体材質:全アルミ合金製またはハイテンとのハイブリッド型
 
2)通常型排水量船型:
Lpp:220m、B:25.0m、D:22.0m、d:7.2m
Vs:約30ノット、載貨重量:約7,000t、主機出力:約70,000ps
船体材質:鋼製(含むハイテン)
 
 次に、航路5の博多−基隆(台湾)に対するものは、速力は40ノットで、載貨重量が約1,000tと大きいが、何れにせよ排水量型の船型では対応できない。航行時間も長い為、単胴型高速艇船型で更に大型のものを指向して考えねばならない。
 想定される船型としては、必要馬力、重量の面から主機はガスタービンでおよそ次のようなものが考えられる。
 
3)単胴型高速艇船型B:
Lpp:140m、B:20.0m、D:11.0m、d:4.0m
Vs:約40ノット、載貨重量:約600t、主機出力:約70,000ps
船体材質:全アルミ合金製またはハイテンとのハイブリッド型
 
 航路6の大阪−基隆(台湾)、および航路7の博多−香港(中国)に対するものは共に速力50ノットであり、載貨重量は800tクラスを要求するものであるから、船型としての候補はSES船型となり、要目には次のようなものが考えられる。
 
4)SES船型:
Lpp:130m、B:30.0m、D:10.0m、d:2.0/5.0m
Vs:約50ノット、載貨重量:約800t、主機出力:約160,000ps
船体材質:全アルミ合金製
 
1.4 技術課題
 夫々のモデルルートを想定し、適合可能な4つの具体的な船型を想定した。
 以上の4つの船型は基本的には、単胴型高速艇船型、通常型排水量船型、それにSES船型の3船型である。
 しかし、想定したルートによって海象条件、港湾条件に加え、旅客、貨物の内容も異なるので、実用に供す為にはこれらの調査と対応につき解決すべき問題が存在する。
 詳細な課題の内容については次章以下に要素別に述べることにし、本章では、包括的に技術課題項目を掲げる事にする。
 
1)船型関係:船型開発、曳波、波浪中抵抗増加、推進装置、CFDによる推定精度の向上
2)船体構造関係:船殻軽量化、振動推定、外力推定、波浪衝撃圧推定、船体構成材料の選定、構造の選定、Hull Monitoring
3)船体運動関係:復原性、加速度、乗り心地改善装置(運動制御システム(Motion Control))
4)艤装関係:騒音荷役、岸壁港湾設備、水深、船殻、艤装品軽量化、材料の選定
5)機関関係:主機プラントの選定軽量主機ディーゼルオイル焚ガスタービン推進装、A重油焚高速ディーゼル
6)電機関係:自動化、制御関係
7)その他:ルール、安全性、航路毎の旅客、貨物の物流調査、コスト、採算検討、各種検討ツールの開発、SOLAS等のルールとの関連調査
 
1.5 その他の課題船型の候補
 以上、検討をより具体的、容易にする為に、モデルとする候補船型は我が国で既に実用船が建造されている3つの代表的な船型をベースとして考えた。
 しかし、我が国以外の欧米諸国を中心として、これら以外の船型による高速船の開発も進んでおり、既に実験船を建造して各種のPerformanceを検証中であるもの、また未だ提案だけではあるが非常に実現性の高いものなどがある。 我が国ですぐにそれらに追従して開発を進めるというのは問題があるが、注目しておくべきものとして念頭に置いておくべきものであろう。以下にその代表的なものを掲げておく。
 Catamaran(双胴船型)では圧倒的な建造実績を誇る豪州が開発したWavepiercer船型、および同国のSuperseacat船型をベースとしたものがより大きな載貨重量のものに改造されて米海兵隊や陸軍が現在試験運航の最中である。そのほかに一時期世界の話題をさらったSemi−SWATH船型のHSS型はトラブルに見舞われながらも改良されて欧州で旅客フェリーとして現在も運航中である。これらはいずれもアルミ合金製のものである。
 またTrimaran(Outriggers Typeの3胴船型)では、英海軍の実験船”Triton”は、全長、98.7mで実船のフリゲート艦の2/3のスケールのものとのことであるが同じく現在試験運航中である。これは速力、20から24ノットレベルのものであるが、成功の暁には170mの30ノット以上のフリゲート艦を目指すものとして注目される。
 更にPentamaran(Outriggers Typeの5胴船型)については現時点では設計提案だけであるが、英国のコンサルタント会社、Nigel Gee & Associates社がスペインのIzar社とタイアップして提案している。 大きな載貨重量を有しながら鋼製船体で中速ディーゼル主機を搭載した40ノットの経済船型の提案が注目されるものである。 提案の例としては、全長175.2m、幅31.3m、喫水5.0m、DW900t、ディーゼル主機は12,000kwのものを4基、速力は37ノット、450海里で旅客1,000人、乗用車280台、16mのトレーラが32台搭載できるものがある。
 この提案は、既に計画が報じられてから数年以上を経過しているガスタービン搭載のMonohull(単胴型船型)船型である、いわゆるFast Ship計画のものより船価で1/3、FOCで1/6の高経済性を謳っている点が注目されるところである。
 また、Izar社は一方で、EUにおける輸送改善計画として進行中のMarco Polo計画の一環として独自開発で、大型のMonohull船型を提案している。全長212.0m、幅22.0m、喫水4.7m、DW3,400t、主機はCOGAG式で32,000kwのガスタービンを2基、速力は37ノット、800海里で旅客1,000人、レーン長さは1,700m、トレーラが124台搭載できるものとなっている。
 以上、現時点において欧米で進行中のものであって今後の実現の可能性の高いものといえよう。







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更新日: 2020年3月21日

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