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双胴船（カタマラン、カタマランとも呼ばれる）は、同じ大きさの船体が2 つ平行に並んだ船体を持つ船舶である。双胴船の船体間の距離が広いため、横揺れや転覆に対する抵抗力によって安定性が確保され、バラストは不要である。双胴船は通常、同等の長さの単胴船に比べて船体容積が小さく、排水量が小さく、喫水が浅い。また、2 つの船体を組み合わせた場合の流体抵抗も同等の単胴船に比べて小さいことが多く、帆やモーターからの推進力が少なくて済む。双胴船は水上での姿勢が広いため、単胴船に比べて傾斜や波による動きが軽減され、航跡も少なくなる。
双胴船はオーストロネシア人によって発明され、インド洋や太平洋の島々への進出を可能にした。[1]
双胴船のサイズは、小型の帆船や手漕ぎ船から大型の海軍艦艇やロールオン/ロールオフ式のカーフェリーまで多岐にわたります。双胴船の 2 つの船体をつなぐ構造は、乗組員を支えるためにウェビングで張られたシンプルなフレームから、広いキャビンや貨物スペースを組み込んだ橋渡しの上部構造まで多岐にわたります。
歴史
オセアニアと東南アジアの海洋の双胴船が現代の双胴船のインスピレーションとなりました。20 世紀まで、双胴船の開発は主に帆走のコンセプトに重点が置かれていました。
語源
「カタマラン」という言葉は、タミル語の「カトゥマラム（கட்டுமரம்）」に由来しており、「束ねられた丸太」を意味し、3本から7本の木の幹を縛り合わせて作られた単胴船の一種である。この用語は英語で使用され、無関係な双胴船を指すようになった。[2] [3] [4]
オーストロネシアの発展
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双胴船型の船はオーストロネシア人の初期の技術であった。ハイン・ゲルダーン（1932年）やホーネル（1943年）のような初期の研究者はかつて双胴船はアウトリガーカヌーから進化したと信じていたが、オーストロネシア文化を専門とするドラン（1981年）やマフディ（1988年）のような現代の著者は現在ではその逆であると考えている。[5] [6] [1]
2 本のカヌーを結び合わせるという方法は、2 本の丸太を結び合わせるという最小限のいかだ技術から直接発展しました。時が経つにつれ、双胴カヌーの形状は、片方の船体がもう片方よりも小さい非対称の双胴カヌーへと発展しました。最終的に、小さい方の船体がアウトリガーの原型となり、シングルアウトリガーカヌー、さらにリバーシブルシングルアウトリガーカヌーへと道を譲りました。最終的に、シングルアウトリガータイプはダブルアウトリガーカヌー (またはトリマラン)へと発展しました。 [5] [6] [1]
これは、東南アジア島嶼部の古いオーストロネシア人がダブルアウトリガーカヌーを好む傾向がある理由も説明できる。ダブルアウトリガーカヌーは、風下に向けて進むときに船を安定させるからである。しかし、彼らの中には、双胴船やシングルアウトリガーカヌーが今も使われている小さな地域もまだある。対照的に、オセアニア、マダガスカル、コモロのより遠く離れた子孫の集団は、双胴船とシングルアウトリガーカヌーのタイプを保持していたが、ダブルアウトリガーの技術は彼らに伝わらなかった（ただし、メラネシア西部には存在する）。風下に向けて進むときにアウトリガーが風下を向くと船が不安定になる問題に対処するため、彼らは代わりに、可逆的なシングルアウトリガーと組み合わせて、帆走時の入換技術を開発した。[5] [6] [1] [7] [8]
アウトリガーカヌーのより「原始的な形」であったにもかかわらず、それでも効果的であり、航海するポリネシア人が遠くの太平洋の島々まで航海することを可能にした。[9]
伝統的な双胴船
以下は伝統的なオーストロネシアの双胴船のリストです。
セーリングカタマランの西洋での発展
ヨーロッパで最初に記録に残る双胴船は、 1662年にウィリアム・ペティが設計したもので、当時の他の船よりも速く、浅い海域で、弱い風で、少ない乗組員で航行できるように設計されました。しかし、この珍しい設計は懐疑的な見方をされ、商業的には成功しませんでした。[10] [11]
このデザインは、19世紀初頭にイギリス人のメイフラワー・F・クリスプがビルマのラングーンで2つの船体を持つ商船を建造するまで、西洋ではほぼ160年間ほとんど使われてこなかった。この船はオリジナルと命名された。クリスプはこれを「速く航行する素晴らしい海上船で、数年間にわたりモンスーンの時期にラングーンとテナセリム州の間で貿易を行った」と評した。[12] [13]
その世紀の後半、アメリカ人のナサニエル・ヘレスホフが独自の設計による双胴船を建造した（米国特許番号189,459）。[14]この船「アマリリス」は1876年6月22日の処女航海で非常に優れた成績を収めた。そのデビューは、標準的な単胴船に対する双胴船の明確な性能上の利点を示した。このニューヨーク・ヨット・クラブのセンテニアル・レガッタというイベントの結果、双胴船は通常の航海クラスから締め出され、この状況は1970年代まで続いた。[15] 1882年6月6日、ニューオーリンズのサザン・ヨット・クラブの3隻の双胴船がポンチャートレイン湖で15nmのコースを競い、双胴船クラスの優勝艇「ニップ・アンド・タック」が最速のスループ船のタイムを5分以上上回った。[16] [17]
1916年、レオナルド・トーレス・ケベドは、ビナベ（双子船）と名付けられた多胴鋼船の特許を取得しました。これは、1918年にビルバオ（スペイン）で建造され、テストされた新しいタイプの双胴船です。革新的な設計には、2つの30馬力のイスパノ・スイザ船舶エンジンが含まれ、航行中に構成を変更して、各フロートの船尾に2つの舵を配置し、プロペラも船尾に取り付けることができました。[18] [19] [20] 1936年、エリック・デ・ビショップはハワイでポリネシアの「ダブルカヌー」を建造し、フランスで英雄として歓迎されて帰国しました。1939年、彼はその経験を書籍「カイミロア」にまとめ、1940年に英語に翻訳されました。[21]
ローランドとフランシス・プラウトは1949年に双胴船の実験を行い、1954年にはエセックス州キャンベイ島（イングランド）の1935年造船所を双胴船の生産工場に転換した。彼らのシアウォーター双胴船は単胴船とのレースで楽々と勝利した。 1956年に建造されたシアウォーターIIIのイエローバードは、1960年代にフランシス・プラウトがレースで成功を収め、コーンウォール国立海洋博物館に収蔵されている。[22]プラウト・カタマラン社は、マストを船体中央後方に配置したマスト・アフト・リグを設計し、拡大したジブ（この設計の縮小されたメインセイルの2倍以上の大きさ）を支え、スノーグース・モデルとして生産された。 [23]この帆の設計の利点は、船首が食い込む傾向を減らすことだと主張された。[24] [25]
20世紀半ばには、ビーチキャットは進水が容易で大量生産できるため、セーリングカタマランとして広く普及した。カリフォルニアでは、サーフボードメーカーのホビー・オルターが1967年に250ポンド（110kg）のホビー14を製造し、2年後にはさらに大型でさらに成功したホビー16を製造した。2016年時点でもホビー16は生産が続けられており、10万台以上が製造されている。[26]
カタマランがオリンピックのセーリングに導入されたのは1976年のことである。両手漕ぎのトルネードカタマランは、 1976年から2008年までオリンピックの多胴船競技に採用された。 2000年に再設計された。 [27]フォイルの ナクラ17は、2021年に開催された東京2020オリンピックで使用された。[28] [29] 2015年にナクラ15がユース世界選手権クラスおよびユースオリンピックの新クラスとして採用された後である。[30] [31]
パフォーマンス
双胴船には、排水量単胴船と異なる 2 つの主な性能特性があります。それは、水を通過する際の抵抗が低いことと、安定性 (転覆に対する初期抵抗) が高いことです。単胴船と双胴船の構成を選択する際には、積載量、速度、効率を考慮する必要があります。
抵抗
低速から中速では、軽量カタマラン船体は、速度にほぼ比例する水面通過抵抗を経験します。排水量モノハルも低速では同じ関係にあります。これは、抵抗がほぼ完全に表面摩擦によるためです。ボートの速度が上がり波が発生すると、抵抗はいくつかの設計要因、特に船体排水量対長さと船体分離対長さの比に依存し、さまざまな速度の波列が結合して打ち消されるため、多くの小さなピークを伴う重要な抵抗曲線になります[32] [33]動力カタマランの場合、これはより小さな発電所を意味します（ただし、通常は2つ必要です）。セーリングカタマランの場合、前方抵抗が低いため[34]、帆は付着した流れから動力を得ることができます[35] 。これは翼に似た最も効率的なモードであり、レーシングクラフトでウィングセイルが使用されることにつながります。[36]
安定性
双胴船は、傾斜や転覆に抵抗するために主に形状安定性に依存しています。[33]幅Bの長方形断面の単胴船の傾斜安定性を、距離 2× Bで隔てられた幅B /2 の双胴船 2 つと比較すると、双胴船の初期傾斜抵抗は単胴船の 7 倍であることがわかります。[37]単胴船と比較すると、巡航双胴船は傾斜と転覆に対する初期抵抗が高く、50 フィートの船では、同等の単胴船の 4 倍の力で転覆を開始する必要があります。[38]
トレードオフ
速度と積載量のトレードオフを測る一つの指標は、排水量フルード数（Fn V）[39]であり、これを静水輸送効率[40 ]と比較する。Fn V は、滑走船体のように水線長が速度に大きく依存して意味をなさない場合に適用する。 [41]これは、船体の容積排水量Vの立方根である基準長さを使用する。ここで、uは海と船の相対流速、gは重力による加速度である。
船舶の静水輸送効率は満載排水量と最大静水速度をそれに応じた必要出力で割った値に比例する。[42]
大型商船のFn Vは1から0の間であるが、高性能の動力付き双胴船では2.5に近づくこともあり、これは双胴船の方が単位容積あたりの速度が高いことを示している。各船種にはそれぞれ対応する平水輸送効率があり、大型輸送船では100～1,000の範囲であるのに対し、輸送用双胴船では11～18であり、これは単胴船の方が積載量あたりの効率が高いことを示している。[40]
SWATHと波貫通設計
従来の双胴船に比べて進歩した点は、小水線面積双胴船(SWATH) と波を突き抜ける構成の 2 つで、後者は広く好まれる設計となっています。
SWATHは、一対の管状の潜水艦のような船体を使用して排水量を水面下に移動することで、造波抵抗を減らします。この船体は狭い水線断面を持つ橋の甲板にパイロンで接続されています。水中に沈んだ船体は波の影響を最小限に抑えます。[43] SWATHの形状は、カナダ人のフレデリック・G・クリードによって発明されました。彼は1938年にアイデアを発表し、後に1946年に英国で特許を取得しました。これは、海洋調査船や潜水艦救助船として使用するために、1960年代と1970年代に双胴船の設計の進化形として初めて使用されました。[44] 1990年、米海軍は構成をテストするためにSWATH船の建造を委託しました。[45]
SWATH船は、同等サイズの従来の動力双胴船と比べると次のようになります。[43]
- 濡れ面が大きくなり、皮膚摩擦抵抗が大きくなる
- 支柱と水中船体構造の構成により、波による抵抗を大幅に低減
- 低水面面積により、航路での縦揺れや上下揺れが大幅に軽減されます。
- 計画の可能性なし
- 荷重に対する感受性が高くなり、橋梁構造が水面に近づく可能性がある
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波を突き抜ける双胴船（厳密には中央船体と2つのアウトリガーを持つ三胴船）は、各船体に低浮力の船首を採用しており、船首は水線を向いて後方に持ち上がり、各船体が波を乗り越えるのではなく波を突き抜けることができるようになっている。これにより、従来の双胴船よりも波を越える速度が速くなる。船体の浮力部分が管状ではないという点で、SWATH双胴船と区別される。橋の橋桁は通常のV型船体の特徴のいくつかを備えて構成され、波の頂上を突き抜けることができる。[46]
波を突き破る双胴船の設計は、ヨット、 [47]、旅客フェリー、[48]、軍艦[49]に採用されてきました。
アプリケーション
双胴船の構成は、容積よりも速度と耐航性が重視されるニッチな市場を満たします。大型船の場合、このニッチな市場は、沿岸域での巡視や作戦用のカーフェリーや軍用船に適しています。
スポーツ
レクリエーション用およびスポーツ用の双胴船は、通常、2人の乗組員が乗り、ビーチから進水および着陸するように設計されている。ほとんどの双胴船には、橋梁構造にトランポリン、回転マスト、メインセールに全長のバテンが付いている。パフォーマンスバージョンには、特定の帆走ポイントで強風が発生した場合に乗組員が外に出て転覆の力を相殺できるように、トラペーズが付いていることが多い。[50]
第33回アメリカズカップでは、防衛側と挑戦側の両方が90フィート（27メートル）の多胴船を建造した。アリンギチームと共に防衛にあたるソシエテ・ノーティック・ド・ジュネーブは双胴船で航海した。挑戦者のBMWオラクル・レーシングは三胴船を使用し、ソフトセイルリグをそびえ立つウィングセイルに置き換えた。これは史上最大の帆走翼であった。2010年2月、スペインのバレンシア沖で、BMWオラクル・レーシングの三胴船は強力なウィングセイルを備え、優位であることが証明された。これは、これまでのアメリカズカップシリーズで常に使用されてきた伝統的な単胴船からの脱却を意味していた。[51]
サンフランシスコ湾では、2013年のアメリカズカップは全長72フィート（22メートル）のAC72カタマラン（2013年アメリカズカップのルールで定められた船型）で行われた。各ヨットは水中翼船とウィングセイルを採用した。このレガッタは、オラクル・チームUSAが挑戦者のエミレーツ・チーム・ニュージーランドを15試合で9対8で破ったが、これはオラクル・チームUSAが2ポイントのペナルティを受けてレガッタを開始したためである。[52] [53]
ヨットの世界では、全長 100 フィート (30 m) を超える多胴船が開発されてきました。このトレンドを加速させたのが、「ザ・レース」です。これは、2000 年の大晦日にスペインのバルセロナから出発した世界一周のチャレンジでした。このイベントに伴う賞金と名声のため、全長 100 フィート (30 m) を超える 4 隻の新しい双胴船 (および大幅に改造された 2 隻) が競技用に建造されました。最大のものは、スティーブ・フォセット所有のプレイステーションで、全長 125 フィート (38 m) で、マストの高さは水面から 147 フィート (45 m) でした。事実上、新しいメガカタマランはすべて、強度と可能な限りの軽量化のためにプリプレグカーボン ファイバーで建造されました。これらのボートの最高速度は、50 ノット (58 mph、93 km/h) に迫ります。レースはグラント・ダルトンが船長を務めた全長33.50メートル（109.9フィート）の双胴船「クラブメッド」が優勝した。同船は平均時速18ノット（時速21マイル、時速33キロメートル）で62日間かけて地球を一周した。[54]
ホワイトウォータースポーツ用のカタマラン（「カタラフト」と呼ばれることもある）は、旧ソ連諸国で広く普及している。このカタマランには、格子状の足場と連結された 2 つの膨張式船体がある。観光用カタマランのフレームは、アルミニウム（ジュラルミン）パイプと伐採した木の幹の両方で作ることができる。膨張部分は 2 層で、膨張穴のある気密バルーンと、バルーンを機械的損傷から保護する高密度組織でできたシェルがある。このようなカタマランの利点は、軽量、コンパクト、輸送の便利さ（製品全体が 1 つのパックに詰め込まれ、航空交通基準に適合）と組み立ての速さ（膨張に 10～15 分）である。[55]北米では、オールインフレータブル モデルが販売されている。[56]コロラド川では、激しいホワイトウォーターに対応しながらも、水中を良好な速度で移動するために、カタラフト設計が使用されている。[57]
クルージング
クルージングセーラーは、ボートを選ぶ際に、容積、有効荷重、速度、コストの間でトレードオフを行う必要があります。カタマランを選択すると、単位コストあたりの荷重が減少する代わりに速度が向上します。ハワードとドーンは、クルージングモノハルとカタマランの間のトレードオフを次のように説明しています。[38]長距離、沖合クルージングモノハルは、特定の乗組員と支援物資の場合、30フィート（9.1メートル）ほどの短いものになる可能性がありますが、クルージングカタマランは同じ容量を達成するには40フィート（12メートル）が必要です。速度が速いことに加えて、カタマランはモノハルよりも水の消費量が少なく（わずか3フィート（0.91メートル））、座礁も簡単です。カタマランは風上に向かうのが難しく、マリーナでより多くの場所を占めます。クルージングカタマランには、2つのエンジンと2つの舵があるため、追加費用がかかります。タージャンは、巡航用カタマラン船は1日300海里（350マイル、560キロ）の航海を快適に維持でき、レース用バージョンは1日400海里（460マイル、740キロ）をはるかに超える航海を記録していると付け加えた。さらに、リーチ時に全速力で走っても、10～12度以上傾くことはない。[58]
動力付きクルージングカタマランには、帆走クルージングカタマランに見られるような多くの設備が備わっています。サロンは通常、2つの船体にまたがっており、その中に客室とエンジン室があります。セーリングカタマランと同様に、この構成により航海中の船の揺れが最小限に抑えられます。[59]
2010年3月に進水したスイス登録の波を突き破る双胴船「トゥラノール・プラネットソーラー」は、世界最大の太陽光発電船である。2012年に世界一周を達成した。 [60]
旅客輸送
1970年代には、ノルウェーのマンダルにあるウェスターモエン・ハイドロフォイル社が1973年にウェスタマランの設計を発表し、双胴船が高速 フェリーとして導入されました。[61]ステナ・ボイジャーは大型の高速フェリーの一例で、通常は時速46マイル（時速74km）で航行していましたが、時速70マイル（時速110km）を超える速度を出すこともできました。[62]
オーストラリアのタスマニア島は、1977年にインキャット[63]、1988年にオースタル[64]という大型輸送用双胴船の建造拠点となり、それぞれ民間フェリーと軍艦を建造した。インキャットは、58ノットで運航中の最速の客船である高速三胴船HSCフランシスコを建造した（2014年現在）。[65]
軍隊
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蒸気機関で推進される最初の軍艦は、デモロゴス号またはフルトン号と名付けられ、米英戦争中に米国で建造され、船体間に 外輪を備えた双胴船であった。
20世紀初頭には、ドイツのSMSヴルカンとSMSサイクロプス、ロシアのコムーナ、スペインのカングロなど、数隻の双胴船が潜水艦引き揚げ船として建造された。これらの船はいずれも、船体間のムーンプールの上にある巨大なクレーンで難破した潜水艦を吊り上げるよう設計されていた。冷戦時代の潜水艦引き揚げ船2隻、アメリカ海軍のUSSピジョンとUSSオルトランも双胴船であったが、ムーンプールの機能は備えていなかった。
高速海軍輸送手段としての双胴船の使用は、1999年から2001年までオーストラリア海軍で運用されていたHMASジャービス・ベイによって開拓されました。現在、米軍海上輸送司令部は、米海軍が所有する遠征高速輸送双胴船を数隻運用しています。 [66]これらは軍用貨物の高速輸送や浅い港への入港に使用されています。
マカール級はインド海軍向けに建造された2隻の大型双胴船調査船である。2012年現在、1隻のINSマカール（J31）が就役しており、2隻目は建造中であった。[67]
2004年に上海で初めて進水した人民解放軍海軍（PLAN）の后北級ミサイル艇は、ステルス機能を備えた双胴船設計を採用している。[68]
托蒋級コルベットは、台湾が設計した高速かつステルス性に優れた多目的波浪貫通型双胴コルベット[69]の一種で、 2014年に中華民国（台湾）海軍向けに初めて進水した。
参照
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図2.1「細長」図と「帯状」図を参照してください
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さらに読む
- Marchaj, CA (2000)。セーリングの空気力学。Tiller Publishing。ISBN 1-888671-18-1。