船体（船舶）

船体とは、船、ボート、潜水艦、または飛行艇の水密本体のことです。船体は上部が開いている場合 (ディンギーなど) もあれば、デッキで完全にまたは部分的に覆われている場合もあります。デッキの上には、デッキハウスや、煙突、デリック、マストなどの上部構造が置かれることがあります。船体が水面と接する線は、喫水線と呼ばれます。

船体にはさまざまな種類があり、用途に応じて選択されますが、船体の形状は設計のニーズによって異なります。形状は、平底船の場合のほぼ完全な箱型から、レース用の多胴船の場合の針のように鋭い回転面までさまざまです。形状は、コスト、静水力学的考慮事項 (収容力、荷重支持力、安定性)、流体力学的考慮事項 (速度、出力要件、航路での動きと動作)、および砕氷船の丸い船首や上陸用舟艇の平底など、船の役割に関する特別な考慮事項の間でバランスをとるように選択されます。

典型的な現代の鋼鉄船では、船体は防水デッキと、隔壁と呼ばれる主要な横方向部材を備えています。また、構造配置に応じて、桁、縦通材、ウェブなどの中間部材や、通常の横方向フレーム、フレーム、または縦方向部材と呼ばれるマイナーな部材が存在する場合もあります。最上部の連続デッキは、「上部デッキ」、「ウェザーデッキ」、「スパーデッキ」、「メインデッキ」、または単に「デッキ」と呼ばれることがあります。特定の名前は、船やボートの種類、配置、または航行場所などの状況によって異なります。

典型的な木製帆船では、船体は木の板張りで作られ、横方向のフレーム（リブと呼ばれることが多い）と隔壁で支えられ、さらに縦方向のストリンガーまたは天井で結び付けられています。多くの場合、キールと呼ばれる中心線の縦方向の部材がありますが、常にあるわけではありません。グラスファイバーまたは複合材の船体では、構造はある程度木製または鋼鉄製の船に似ているか、モノコック構造になっています。多くの場合、複合材の船体は、フォーム、バルサ材、含浸紙ハニカム、またはその他の材料でできた軽量だが適度に硬いコアの上に薄い繊維強化スキンを挟んで作られています。

おそらく最も古い適切な船体は古代エジプト人によって造られたもので、 紀元前3000年までに木の板を組み立てて船体を作る方法を知っていました。 ^[1]

船体にはさまざまな種類があり、複合形状（前部は細く、後部は逆ベル型など）になることもありますが、主に次のように分類されます。

• チン付き船体とハードチン付き船体。例としては、フラットボトム (チン付き)、V ボトム、マルチチン船体 (いくつかの緩やかなハードチン、それでも滑らかではない) などがあります。これらのタイプには、全長または大部分にわたって少なくとも 1 つの顕著なナックルがあります。
• モールド、ラウンドビルジ、またはソフトチン。これらの船体形状はすべて滑らかな曲線をしています。例としては、ラウンドビルジ、セミラウンドビルジ、S 底船体などがあります。

• 排水量船体: ここでは船体は専らまたは主に浮力によって支えられています。このタイプの船体を持つ船舶は、水線長によって定義される制限速度で水中を移動します。ただし、帆走多胴船などの特に狭い船体では、この制限はそれほど大きくありません。
• 滑走船体: ここで、滑走船体の形状は、速度が増すにつれて喫水が減少するように、正の動圧を発生するように構成されています。動的な揚力により濡れ面が減少するため、抵抗も減少します。このような船体は、平底の場合もあれば、V 字底の場合もあり、まれに丸底の場合もあります。最も一般的な形状は、少なくとも 1 つのチャインを持つもので、これにより滑走効率が向上し、しぶきを下に投げることができます。滑走船体は高速でより効率的ですが、これらの速度を達成するにはより多くのエネルギーが必要です。効果的な滑走船体は、良好な耐航性と一致する平らな表面を備え、可能な限り軽量である必要があります。滑走する帆船は、弱風下では排水モードで効率的に航行する必要があります。
• 半排水型、または半滑走型: この場合、船体形状は適度な量の動的揚力を発生させることができますが、船舶の重量の大部分は依然として浮力によって支えられています。

現在、最も広く使用されている形状は丸型ビルジ船体である。^[2]

積載量が少ない場合、このような船は水面下の船体部分が少なくなり、抵抗が少なくなり、速度が速くなります。積載量が多い場合、抵抗は大きくなり速度は遅くなりますが、船体が外側に曲がっているため、波の中ではよりスムーズなパフォーマンスが得られます。そのため、逆ベル型は滑走船体で使用される一般的な形状です。^{[要出典] [要説明]}

チャイン船体では、底部と側面の間に滑らかな丸みを帯びた移行部がありません。代わりに、船体の縦方向のパネルが主に交わる部分に鋭角が入り、輪郭が途切れています。交差部分が鋭角であるほど (角度が鋭いほど)、チャインは「硬く」なります。側面ごとに複数のチャインを設けることもできます。

ケイジャンの「ピローグ」は、硬い背板を備えた船の一例です。

このタイプの船体の利点は、製造コストが低くなる可能性があることと、（通常）かなり平らな船底であるため、船の滑走が速くなることです。硬いチン付きの船体は、丸いビルジ付きの船体よりも（滑らかな水面で）横揺れに強いです（チンは、水中を移動する際に横揺れ運動に抵抗する乱流と抗力を生み出しますが、丸いビルジは旋回時の流れ抵抗が少なくなります）。荒れた海では、動きがチン上で最初に下向き、次に上向きに抗力されるため、船の横揺れが大きくなる可能性があります。その結果、丸いビルジ付きの船は波の中でより耐航性があります。

船体の形状は、次の 3 つのいずれかになります。

• 平底船体
• 多段船体
• V 底のチャイン船体。ハード チャインと呼ばれることもあります。

これらのチャイン船体にはそれぞれ独自の特徴と用途があります。フラットボトム船体は初期安定性が高いですが、抗力も高くなります。この高い抗力に対抗するため、船体形状は狭く、船首と船尾が極端に先細りになっていることもあります。^{[要出典]このため、ヨットが傾いたときに安定性が低下します。 [要出典]}この問題は、セーリングバージョンでは重い内装バラストを使用することで対処されることがよくあります。これらは保護された沿岸水域に最適です。初期のレーシングパワーボートは、前方は良好で、後方は平らでした。これにより、平らな水面で最大の揚力が得られ、スムーズで高速な乗り心地が得られましたが、この船体形状は波の中では簡単に不安定になります。マルチチャイン船体は、湾曲した船体形状に近似しています。フラットボトムボートよりも抗力が少なくなります。マルチチャインは製造がより複雑ですが、より耐航性の高い船体形状を生み出します。通常は排水量船体です。V 字型または弧底チャインボートは、 6° から 23° の V 字型です。これはデッドライズ角と呼ばれます。6 度の船体のより平らな形状は、風が弱い場合や馬力の低いエンジンでも滑走しますが、波に強く打ち付けられます。深い V 型 (18 度 から 23 度の間) は、高出力の滑走ボートにのみ適しています。ボートを滑走させるにはより強力なエンジンが必要ですが、波の中ではより速く、よりスムーズに航行できます。排水量の多いチャイン ハルは、同等の丸型ハルよりも濡れた表面積が大きいため、同じ排水量でも抵抗が大きくなります。

滑らかな曲線の船体は、曲線の船体と同様に、センターボードまたは取り付けられたキールを使用する船体です。^{[引用が必要]}

^{半円形のビルジ船体は、やや}丸みを帯びていません。半円形の利点は、S 底船体とチン船体のちょうど中間であることです^{。半円形のビルジ船体の典型的な例としては、セントーや}レーザーセーリングディンギーが挙げられます。

S 底船体は、船体の中央部の横断面がS字型になっている帆船の船体です。^[要説明] S 底では、船体は丸いビルジを持ち、キールと滑らかに融合し、キールの中心線とシアーラインの間の船体側面に鋭角はありません。この船体形状のボートは、長く固定された深いキール、またはセンターボードのスイングキールが内側にある長く浅い固定キールを備えています。バラストは内部、外部、またはその組み合わせの場合があります。この船体形状は、19 世紀後半から 20 世紀前半まで最も人気がありました。^[要出典]この S 字型を採用した小型帆船の例としては、YnglingやRandmeerがあります。

• 舵、トリムタブ、安定フィンなどの制御装置を取り付けることもできます。
• 横方向の安定性や方向の安定性を高めたり、揚力を発生させたりするために、船体にキールを取り付けることができます。
• 格納式の付属物にはセンターボードとダガーボードがある。^[3]
• 水面下の前方突出部は球状船首と呼ばれ、造波抵抗 を減らして燃料効率を高めるために一部の船体に取り付けられています。

• ベースラインは、垂直距離を測定するための水平参照線です。
• 船首は船体の前部です。
• 船体中央部とは、船の前後方向の中央部分を指します。
• 左舷とは船上から船首に向かって左側のことです。
• 右舷とは、船上から船首に向かって右側のことです。
• 船尾は船体の後部です。
• 喫水線は、船体が動いていないときに水面と一致する、船体を囲む仮想の線です。

船体形状は次のように定義されます。

主要なディメンションを定義するブロック メジャー。次のとおりです。

• 船幅（B）は船体の幅です。（例：BWLは水線の最大幅です）
• 喫水（d）または（T）は、キールの底から水線までの垂直距離です。
• 乾舷( FB ) は、深さとキール構造の高さを足し、喫水を引いたものです。
• 水線長（LWL）は、側面から測定した水線の最前端から水線の最後端までの長さです。
• 垂線間の長さ( LBPまたはLPP ) は、船尾柱から船首と交差する点までの夏季荷重喫水線の長さです。 ( p/pも参照)
• 全長（LOA）は、一方の端からもう一方の端までの極端の長さです。
• 型深さ（D）は、船体側面の竜骨上部から上部甲板下面までの垂直距離である。^[4]

形状とブロックの寸法から計算される 導関数の形。これらは次のとおりです。

• 排水量（Δ）は、船体の浸水容積に相当する水の重量です。
• 縦方向浮心 ( LCB ) は、排水容積の重心の縦方向の位置であり、基準点 (多くの場合、船の中央) から静的排水容積の重心までの距離として示されることが多いです。船体が平衡状態にあるとき、船の縦方向の重心または重量の中心は LCB と一直線に並んでいる必要があることに注意してください。
• 縦方向の浮上中心 ( LCF ) は、水面領域の重心の縦方向の位置であり、通常は基準点 (多くの場合、船体の中央) から静水面領域の中心までの縦方向の距離として表されます。これは、水面と船体によって定義される領域として視覚化できます。
• 垂直浮心（VCB）は、変位体積の重心の垂直位置であり、通常は基準点（ベースラインなど）から静的変位体積の中心までの距離として表されます。
• 体積（Vまたは∇）は、船体によって押しのけられた水の体積です。

係数^[5]は船体形状の比較にも役立ちます。

1. ブロック係数( C _b ) は、容積 (V) を L _WL × B _WL × T _WLで割ったものです。船の水没部分の周囲にボックスを描くと、ボックスの容積のうち船が占める割合がわかります。これにより、 L _WL、ビーム (B)、喫水 (T) で定義されるブロックのうち、船体が占める割合がわかります。石油タンカーなどの完全な形状では C _{b が高く、帆船などの細い形状では C b が}低くなります。$${\displaystyle C_{b}={\frac {V}{L_{WL}\cdot B_{WL}\cdot T_{WL}}}}$$
2. 船体中央係数 ( C _mまたはC _{x ) は、船体中央 (または C x}の場合は最大断面) の断面積 (A _x ) を全幅 x 喫水で割ったものです。これは、船体の水中の最大断面と、その水中の断面と同じ全幅と深さの長方形の比率を示します。これにより、船体下部の容積が決まります。 C _mが低い場合は、中央部分が切り取られていることを示し、 C _mが高い場合は、断面が箱型であることを示します。帆船は、中央部分が切り取られていて C _{xが低いのに対し、貨物船は、 C b を}高めるために、 C _xが高い箱型になっています。$${\displaystyle C_{m}={\frac {A_{m}}{B_{WL}\cdot T_{WL}}}}$$
3. 角柱係数 ( C _p ) は、容積 (V) を L _WL x A _xで割ったものです。これは、船体の水中容積と、船体と長さが等しく、断面積が船体の最大水中部分 (中央部分) に等しい角柱の容積の比率を表します。これは、船体下部の容積の分布を評価するために使用されます。低いまたは細い C _{p は}、中央部分が充実していて両端が細いことを示し、高いまたは完全な C _{p は}、両端が充実した船を示します。滑走船体やその他の高速船体は、 C _{p が高くなる傾向があります。低い}フルード数で移動する効率的な排水量船体は、 C _{p が}低くなる傾向があります。$${\displaystyle C_{p}={\frac {V}{L_{WL}\cdot A_{m}}}}$$
4. 水線係数 ( C _w ) は、水線面積を L _WL x B _WLで割ったものです。水線係数は、水線の充実度、つまり、同じ長さと幅の長方形に対する水線面積の比率を表します。C _{w の}数値が低いほど端が細かいことを示し、C _{w の}数値が高いほど端が充実していることを示します。C _{w が}高いと、荒れた状況での安定性と操縦性が向上します。$${\displaystyle C_{w}={\frac {A_{w}}{L_{WL}\cdot B_{WL}}}}$$

注記： $${\displaystyle C_{b}=C_{p}\cdot C_{m}}$$

コンピュータ支援設計の使用は、手作業による計算と線画に頼る紙ベースの船舶設計方法に取って代わった。1990年代初頭から、流体静力学と流体力学の計算モジュールを組み合わせた3D製図機能を提供する、造船に特化したさまざまな商用およびフリーウェアのソフトウェアパッケージが開発されてきた。これらは造船用の幾何学的モデリングシステムと呼ばれることもある。^[6]

ウィキメディア・コモンズには、船体 (船舶)に関連するメディアがあります。

• ヘイラー、ウィリアム B.、キーバー、ジョン M. (2003)。アメリカ商船員マニュアル。コーネル海事出版。ISBN 0-87033-549-9。
• ターピン、エドワード A.; マキューエン、ウィリアム A. (1980)。商船士官ハンドブック(第 4 版)。センタービル、MD: コーネル海事出版社。ISBN 0-87033-056-X。