船の排水量と燃費の関係

質問

非常に大雑把な一般論ですが、船は速度を倍にすると燃費は4倍悪化するなどと言われています。
では船のサイズと燃費の関係はどうなんでしょうか？
同じシステム（重油ボイラーなら重油ボイラー、ディーゼルならディーゼル、ガスタービンならガスタービン）でそれぞれの排水量に適切な機関を搭載したとした場合、排水量が倍になると燃費は何倍になるのでしょうか？

質問のきっかけは古いゲームをやっていたのですが、
そのゲームでは燃料消費量が駆逐艦４０・軽巡６０・重巡８０・戦艦１００という大雑把なものですｗ
こんなに戦艦に甘ければ自由に戦艦が使えるのですが、では実際には戦艦はどの程度燃料消費が激しいのか（たとえば戦艦同士でも金剛級の代わりに大和を便利使いしたらどうなるかとか）と疑問に思ったしだいです。

回答No.1

ultraCS · ベストアンサー

まず、一般に軍艦の比較は通常、満載排水量での排水トンを使います。
排水トンというのは船が押しのけた水の体積ですから、単純に水面下の船体の体積です。で、単純に言えば、抵抗は前面投影面積と表面抵抗、形状抵抗で決まります。

で、容積を表面積に換算する場合、線形、縦横比、船殻表面の粗度、速度などは同じとすれば、前面投影面積や表面積だけの比率になります。ということで、3乗で計算される体積を2乗で計算される面積に読み替えればいいわけです。ですから、単純に考えれば、数学的には総トン数の2/3乗を指数として用いればよいということになります。

とすると、大和は満載72809トンで2/3乗の数値は1750、金剛は満載31720トンで2/3乗は1005、大和は金剛の1.7倍燃料を使うことになります。
大和を100とすると30000トン(968)で約55、20000トン(739)で42、10000トン(465)で26、5000トン(293)で16になります。ただ、戦艦として50000トン程度(アイオワ級)を基準とすると1362ですから、上記はそれぞれ71/54/34/21になります。また、戦艦を30000トン基準(長門級)だと100/78/48/30でかなり設定値に近くなります。

回答No.4

pri_tama

>排水量に適切な機関を搭載したとした場合

　この条件で比較するのって、第二次大戦の軍艦ってかなり困難ですよ…。

　なんせ
　　大和（戦艦）　　　　6.9万トン　15.3万馬力
　　扶桑（戦艦）　　　　2.9万トン　　4.0万馬力
　　利根（重巡洋艦）　1.3万トン　15.2万馬力
　　加古（重巡洋艦）　1.0万トン　10.3万馬力
　　島風（駆逐艦）　　0.3万トン　7.5万馬力
　　特型駆逐艦　　　　0.1万トン　　5.0万馬力

　上記の様に、排水量と機関は、比例しません。

　また、新型の方が出力馬力に比較して少量の燃料消費で済みますが、同時期の機関であれば全力出力した際の消費量が艦種ごとに極端に変わる訳では有りません。
　（戦艦とその他で機関が全力稼動した場合に差がある訳ではない。）

　船が航行する際には、低速時には粘性摩擦抵抗、高速時には造波抵抗が主となりますが、大型艦は搭載機関の出力が排水量に比例するという条件であれば、小型艦より圧倒的に有利です。

　なぜなら、粘性摩擦抵抗は、水面下で艦が水に接する面積に影響を受けますが、この面積は排水量が2倍になったからといって2倍に増える訳ではありません。
　（極論だと排水量を増やしても接水面積自体は減らす事も可能。ただし極端に転覆しやすくなる。設計しだい。）

　造波抵抗（走行時に発生する波を押しのけて進む力）に到っては、一定以上の速度を保てるのであれば、大型艦の方が圧倒的に有利です。
　（小さな子供が全力疾走から抱きついて来ても、大人は支えられますが、お相撲さんが同様の事をやったら軽く吹き飛ばされる様に…。）

　ゆえに、故に大和の60分の1のしかない駆逐艦の機関出力が大和の3分の1も必要だったりします。←というか扶桑型は駆逐艦に出力で負けてるけどホントに大丈夫か？
　（もちろん最高速度差も考慮しなければなりませんが…。）

　まあ、大和は機関の故障を恐れるがゆえに極端に保守的（要するに古い技術）な機関を搭載した為、艦隊運動時（それなりに高速）に常時燃費が良好でない領域で動かさねばならない為（出力が足りてない。排水量が半分以下の翔鶴にも負ける（16万馬力））、消費量が尋常ではない量（たった1隻で1個水雷戦隊並みに消費する…。）に成ってしまいましたが…。
　（軍艦の航続距離を示す時に、必ず速度が付加されるのはこの為。低速でも良ければ、航続距離は飛躍的に伸びる…。）

　あと機関の新旧も重要で、島風なんかは新型（圧力４０ｋｇ／ｃｍ＾２、蒸気温度４００度のボイラーと４車室構成のタービン）ですから、出力馬力は増大しながらも燃費も良好化を達成しています。

お礼

はい、比例しないのは知っていますし、とりあえず一般論的なものが知りたかったです。

大和はでかいだけじゃなくて、そもそも出力が足りてないため燃費が悪かったんですね。

御回答ありがとうございました。

回答No.3

noname#229784

再度投稿ｗ

　１　さんが水の抵抗に対しての記述であったと認識した上での回答です。

　その上で、

　排水量＝船の質量　ということを加味すべきということです。
　なんか勘違いされたようなので・・・

お礼

そうでしたか、御回答ありがとうございました。

回答No.2

noname#229784

>非常に大雑把な一般論ですが、船は速度を倍にすると燃費は4倍悪化するなどと言われています。

　物理の授業を思い出してみると・・・

　速度の２乗　と　エネルギー（燃費）が　比例。
　つまり、速度２倍＞　２を２乗すると４　　４倍のエネルギー（燃料）が必要。

　たぶん、船に限ったことではなく、車、航空機、宇宙船も同じと思います。

＞排水量が倍になると燃費は何倍になるのでしょうか？

　同じく物理の授業を思い出すと・・・

　質量とエネルギーは比例します。
　つまり、質量（排水量）２倍　＞　そのまま必要エネルギー２倍

これはあくまで、船の摩擦抵抗が０の場合を仮定してます。
　大和、翔鶴、瑞鶴はパルバスバウを採用し、金剛などよりも効率は良いかも。
しかし逆に、大型化でエンジンの効率が落ちてる可能性も・・

あと、物理の授業を受けたのは数十年前なのでまちがってたら悪しからず！！

お礼

御回答ありがとうございます。

速度を倍にすると燃費は4倍、これは同じ時間当たりの燃料消費量は8倍ということになります。
速度が倍で時間あたりの燃料消費量が４倍だと、燃費は二倍ですむはずですが、現実はそうはいかないみたいです。
現代でも軍艦が三日も全力航行すると燃料が空になってしまいますし。

NO1さんの回答が秀逸と思いますので、よろしければ参考にしてみてください。