各種船舶都是以克服阻力為其運動及推進的基本要求，若阻力可 以減少那麼就可以提高船舶的推進效率。為了克服阻力來達到船舶高 速性能的要求，一般都是利用加大船舶的馬力來達到此一效果，但此 一方法將使能源的消耗隨之增加。所以如何降低船舶的阻力並提高能 源使用的效率是一直船舶流體動力的重要研究課題。
由於水的密度大約是空氣的 800 倍，因此相同的物體在相同速度 下運動時，在水中遭受的摩擦阻力大約是空氣的 720 倍(以攝氏 20 度 估算)，所以如何降低船舶的阻力一直是船舶流體動力研究的重要研 究課題之一。船體阻力的降低，除了幾何形狀的最佳化外，也可以使 用人工減阻的方式來改善船舶的阻力性能。根據 1998 年美國海軍研 究辦公室(Office of Naval Research)，所舉辦的”國際海水減阻會議”[1]
的分類，應用於海水紊流場的減阻技術可分為六大類：(1)順勢塗裝 (Compliant Coating)、(2)橫向流體或璧面振動(Spanwise Fluid Motion and Wall Motion)、(3)高分子添加(Polymer Additive)、(4)微泡減阻 (Microbubble Injection) 、 (5) 電 磁 減 阻 (Electromagnetic Turbulence Control)及(6)仿生減阻(Biology Based Drag Reducing)。其中以微泡減 阻的效果最佳也最環保。
微泡減阻技術于 1973 年首先由 McCormick 和 Bhattacharya
[2]提出以電解法在物體表面產生微泡可以降低 30% 的阻力。在 1980 年代最具代表性的研究是美國賓州大學的應用研究實驗室(Applied
Research Laboratory)，Madavan 等[3、4]在平板上的研究發現微泡最 高可以有 80% 的減阻效果，Deutch 等[5]將相同的技術應用在軸對 稱體上最高也有 55% 的減阻效果，此二份研究成果令人印象深刻。
在 1990 年代有關微泡減阻的研究則移至日本，先後有 Kato 等[6]在 水洞中進行平板透氣材料的減阻研究，也得到 80% 的減阻效果，
Kawakita 和 Takena[7]採用陣列孔(Array of Hole)取代透氣材料進行 相同的實驗也得到 60%的平板減阻效果，2003 密西根大學由 sanders 領 導 的 研 究 團 隊 ， 在 美 國 海 軍 的 大 型 空 蝕 水 槽 進 行 13 公 尺 長
Hiplate[8]的透氣材料平板減阻實驗，企圖釐清微泡減阻的機制，但是 至目前所發表的資料與 Madavan 等[3]及 Kato 等[6]的研究結果類似並 沒有更進一步的成果。
微泡減阻技術在船模上的應用研究首推美國海軍大衛泰勒研究 中心的 Coughran 和 Coder[9] ，應用賓州大學的應用研究實驗室的
研究成果以微泡的無因次流量
C Q = U 0 ( ) δ Q − a δ * b
為參數應用至船模上，然而其實驗結果卻是令人沮喪，因為實驗的結果是阻力增加而非 減少。在日本則有 Watanabe 與 Shirose[10] 使用很長的平板船(Flat Plate Ship)分別有 8 公尺、20 公尺及 40 公尺的平板船在 IHI 水槽進
行實驗，實驗結果最高有 60%的阻力減少，此實驗結果的效果令人興 奮，因其結果和水洞中的減阻效果相當。Latorre 等人[11]則在三體船
(Trimaran)進行微泡減阻的船模實驗，實驗結果在對應實船 28.8 節 時，可得到 1.68% 的摩擦阻力降低，其結果並不很理想。微泡減阻 最具代表性的實務應用是 Kodama 等人[12]將其應用到一艘 116 公 尺的海洋研究船(SEINU-MARU)上，剛開始測試的結果並不理想，經 過多次的調整後最佳的減阻效果在 14 節船速時有 2% 的馬力減少。
由以上的回顧可發現，微泡減阻技術在水洞中的減阻效果明確，而且 不同的實驗室得到的結果也類似，最大減俎阻效果在 80%左右。但在 拖曳水槽的實驗結果，卻有很大的差異，甚至有阻力增加的情況發 生。因此有關微泡減阻技術的應用需要更進一步的研究以釐清在船模 上的應用方式。
本研究第一年在水洞中所建立的多孔型透氣材料產生微氣泡的 方法，並在水洞中進行平板阻力微氣泡的減阻實驗，以了解不同物理 參數對微泡減阻的影響。第二年將噴氣裝置安裝至一超大型 HSVA 油輪的船模上，將氣泡噴入船模的邊界層中以達到減阻的效果。船模 上共在船底十個不同位置裝上噴氣板，多孔型透氣材料採用 1
µ m
、10 、100 等三種孔徑大小來探討孔徑、噴氣量及噴氣位置對減 阻效果的影響。第三年則將噴氣裝置安裝至一中速的浯江號船模及一
µ m µ m
高速的雙體船上，以期了解微泡減阻對不同速度域的船舶的減阻效 應。