JP2000280984A - 舵 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な揚力を発生し、舵抵抗を減少させ
て船速を増加させ、舵面積を減少させて操縦機構の小型
化を図り、舵本体１１および船体長さの縮小が可能であ
るようにして、流体力学的に最適化し、最小の舵面積
で、十分な操縦性ないし操縦力を得ることができる舵を
提供すること。 【解決手段】 舵がプロペラ後流の加速流中にあること
を考慮して、舵本体１１の水平断面形状を、流線形状に
比較して頭部をより丸く、尾部をより細くすることに着
目し、舵本体１１の前縁端１１Ａからの長さＸの全長Ｃ
に対する割合をＸ／Ｃとし、最大厚さＴmaxに対する、
Ｘ／Ｃの部位での水平断面における厚さＴの割合をＴ／
Ｔmaxとし、Ｔ／Ｔmaxの１／２をＹとしたときに、０．
２５≦Ｙ5%≦０．３３、０．３５≦Ｙ10%≦０．４３、
０．１１≦Ｙ80%≦０．１７、０．０３≦Ｙ90%≦０．０
８、とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は舵にかかるもので、
とくにその断面形状（水平断面形状）に特徴がある舵に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の舵について図１２ないし図１４に
もとづき概説する。図１２は、一般的な船舶１の尾部の
概略側面図であって、船舶１は、船体２と、プロペラ３
と、舵４と、を有する。

【０００３】舵４は、プロペラ３の後方部において船体
２に取り付けた舵軸５と、船体２の方向に沿った舵本体
６と、を有する。舵本体６は、船体２に固定的に取り付
けたラダーホーン７と、舵軸５のまわりに旋回可能な可
動舵本体８と、を有する。

【０００４】図１３は、舵本体６の可動舵本体８部分の
水平断面図であって、舵本体６の水平断面形状は、たと
えば流線形６Ａである。なお、図１２の仮想線に沿った
ラダーホーン７および可動舵本体８部分の水平断面形状
も図１３の仮想線に示すように、流線形６Ａとしてあ
る。

【０００５】こうした構成の舵４において、その舵本体
６が、図１３に示す断面図のような流線形６Ａである
と、舵４単独で（すなわちプロペラ３なしで）直進する
場合には抵抗が小さいが、実際の船舶１においては、舵
４は必ずプロペラ３の後流中にあるので、この場合の操
縦力まで考慮すると、流線形６Ａは必ずしも最適ではな
いという問題がある。すなわち流線形６Ａでは、船舶１
の直進時に流れの抵抗は少ないが、船舶１の操舵時には
流れの抵抗よりその操縦力が重要となり、流線形６Ａで
は操縦性が劣るという問題がある。操縦性には、保針性
および旋回性があるが、それぞれ相反する特性である。
保針性は、直進中において波などにより一時的に針路が
変化しても原針路に復元することができる特性である。
旋回性は、船体長に対する旋回径で表され、これが小さ
いほど良好な旋回性といえる。流線形６Ａでは、保針性
および旋回性ともに劣るという問題がある。また、操縦
力（舵直圧力）ないし舵力は、舵４に働く揚力に左右さ
れ、舵の投影面積に比例するものであって、舵に作用す
る横方向の力が大きいと操縦しやすいと言える。舵を大
きく長くすれば、操縦力を大きくすることができるが、
舵４の操縦機構および船舶１全体の小型化から考えれ
ば、舵の大きさは小さいほどよい。したがって、操縦性
および操縦力を十分に確保するために、流線形６Ａの大
きさを大きくすることには限度がある。

【０００６】図１４は、舵本体６がフィッシュテイル形
６Ｂの場合の水平断面図であって、このフィッシュテイ
ル形６Ｂの場合には後縁が広がったもので、流線形６Ａ
に比較して操縦性ないし操縦力を高めることができる
が、直進時における舵４への抵抗が大きく、速力性能を
大きく損なうという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、流体力学的に最適化
し、最小の舵面積で、十分な操縦性ないし操縦力を得る
ことができる舵を提供することを課題とする。

【０００８】また本発明は、舵性能の損なうことなく、
舵抵抗を減少させることができる舵を提供することを課
題とする。

【０００９】また本発明は、十分な揚力を発生させるこ
とができ、舵面積を減少させることができる舵を提供す
ることを課題とする。

【００１０】また本発明は、舵抵抗を減少させて船速を
増加させることができる舵を提供することを課題とす
る。

【００１１】また本発明は、舵面積を減少させて操縦機
構の小型化を図り、舵本体および船体長さの縮小が可能
な舵を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、舵が
プロペラ後流の加速流中にあることを考慮し、舵本体の
水平断面形状を、流線形状に比較して頭部をより丸く、
尾部をより細くすることに着目したもので、プロペラの
後方側において舵軸に取り付ける舵本体を有する舵であ
って、上記プロペラ側からの、前縁端から後縁端までの
上記舵本体の水平断面における中心線の全長をＣとし、
上記舵本体の上記水平断面における上記中心線上の上記
前縁端からの長さをＸとし、この長さＸの上記全長Ｃに
対する割合をＸ／Ｃとするとともに、上記舵本体の上記
水平断面における最大厚さをＴmaxとし、この最大厚さ
Ｔmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝５％の部位での上記水平断面
における厚さＴ5%の割合をＴ5%／Ｔmaxとし、Ｔ5%／Ｔm
axの１／２をＹ5%とし、上記最大厚さＴmaxに対する、
Ｘ／Ｃ＝１０％の部位での上記水平断面における厚さＴ
10%の割合をＴ10%／Ｔmaxとし、Ｔ10%／Ｔmaxの１／２
をＹ10%とし、上記最大厚さＴmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝８
０％の部位での上記水平断面における厚さＴ80%の割合
をＴ80%／Ｔmaxとし、Ｔ80%／Ｔmaxの１／２をＹ80%と
し、上記最大厚さＴmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝９０％の部
位での上記水平断面における厚さＴ90%の割合をＴ90%／
Ｔmaxとし、Ｔ90%／Ｔmaxの１／２をＹ90%としたとき
に、０．２５≦Ｙ5%≦０．３３、０．３５≦Ｙ10%≦
０．４３、０．１１≦Ｙ80%≦０．１７、０．０３≦Ｙ9
0%≦０．０８、とすることを特徴とする舵である。

【００１３】上記最大厚さＴmaxに対する、上記長さＸ
の上記全長Ｃに対する割合Ｘ／Ｃの部位での上記舵本体
の上記水平断面における厚さＴの割合をＴ／Ｔmaxと
し、Ｔ／Ｔmaxの１／２をＹとしたときに、Ｘ／Ｃに対
するＹの値を図３に示す図表のようにすることができ
る。

【００１４】上記舵は、小型船はもちろん、大型船ない
し肥大船など任意の種類の船舶に採用可能である。

【００１５】本発明による舵においては、舵本体の水平
断面形状を、流線形状における頭部をより丸く、尾部を
より細くするような舵断面形状としたので、舵抵抗を増
加させることなく、逆に減少させるとともに、操縦性な
いし操縦力を大きくすることができる。したがって、同
等の操縦特性を得るために舵本体を小型化することが可
能であり、舵を操縦するための操縦機構の小型化はもち
ろん、船体長さ自体もこれを縮小することができ、波及
効果は絶大である。

【００１６】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
舵１０を図１ないし図１１にもとづき説明する。ただ
し、図１２ないし図１４と同様の部分には同一符号を付
し、その詳述はこれを省略する。図１は、舵１０の舵本
体１１の水平断面図、図２は、同、舵本体１１のラダー
ホーン１２および可動舵本体１３部分の水平断面図であ
って、舵本体１１の水平断面形状を、流線形状における
頭部をより丸く、尾部をより細くしてある。

【００１７】この具体的な水平断面形状について、以下
説明する。前記プロペラ３側からの、前縁端１１Ａから
後縁端１１Ｂまでの舵本体１１の水平断面における中心
線の全長をＣとする。舵本体１１の水平断面における中
心線上の前縁端１１Ａからの長さをＸとする。この長さ
Ｘの全長Ｃに対する割合をＸ／Ｃとする。舵本体１１の
水平断面における最大厚さをＴmaxとする。この最大厚
さＴmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝５％の部位での水平断面に
おける厚さＴ5%の割合をＴ5%／Ｔmaxとし、Ｔ5%／Ｔmax
の１／２をＹ5%とする。最大厚さＴmaxに対する、Ｘ／
Ｃ＝１０％の部位での水平断面における厚さＴ10%の割
合をＴ10%／Ｔmaxとし、Ｔ10%／Ｔmaxの１／２をＹ10%
とする。最大厚さＴmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝８０％の部
位での水平断面における厚さＴ80%の割合をＴ80%／Ｔma
xとし、Ｔ80%／Ｔmaxの１／２をＹ80%とする。最大厚さ
Ｔmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝９０％の部位での水平断面に
おける厚さＴ90%の割合をＴ90%／Ｔmaxとし、Ｔ90%／Ｔ
maxの１／２をＹ90%とする。このとき、 ０．２５≦Ｙ5%≦０．３３、 ０．３５≦Ｙ10%≦０．４３、 ０．１１≦Ｙ80%≦０．１７、 ０．０３≦Ｙ90%≦０．０８、 であることが望ましい。なお、舵本体１１の最大厚さＴ
max付近に前記舵軸５を配置する。

【００１８】舵本体１１の水平断面のより具体的な形状
は、上述の各定義と同様に、最大厚さＴmaxに対する、
長さＸの全長Ｃに対する割合Ｘ／Ｃの部位での舵本体１
１の水平断面における厚さＴの割合をＴ／Ｔmaxとし、
Ｔ／Ｔmaxの１／２をＹとしたときに、Ｘ／Ｃに対する
Ｙの値を図３に示す図表のようにする。ただし、図表中
の数値としては、±５％の許容範囲がある。

【００１９】図３ないし上述のＹの数値の範囲について
は、図１の可動舵本体１３について適用するとともに、
図２に示したラダーホーン１２および可動舵本体１３の
組み合わせとなる場合についてもこれを適用する。

【００２０】図４は、従来の流線形６Ａ（図１３）にお
ける、同様なＸ／Ｃに対するＹに関する数値の図表であ
る。

【００２１】図５は、図３（本発明）および図４（従
来、図１３）の図表をグラフに表した断面形状図であっ
て、実線が本発明による舵本体１１の場合を表してお
り、点線は従来の流線形６Ａの場合を表す。図示のよう
に、従来の流線形６Ａの水平断面形状に比較して、本発
明による舵本体１１の水平断面形状は、その頭部がより
丸く、その尾部がより細くなっているとともに舵面積が
少ない。なお両者とも、その最大厚さＴmax部分は、Ｘ
／Ｃ＝３５％の部分である。

【００２２】こうした構成の舵１０ないし舵本体１１に
おいて、図６は、船舶１が直進する場合のプロペラ３お
よび舵本体１１の相対関係を示す横断面図であって、プ
ロペラ３の回転により舵本体１１には迎え角を持った流
れが入る。ただし、図示の状態は、プロペラ３の回転に
ともなうその軸心の上側からのやや下向き（左下がり矢
印参照）の流れの場合を示している（なお、プロペラ３
の軸心の下側からはやや上向き、すなわち左上がりの流
れとなる）。このような流れの中で、舵本体１１はその
前縁端１１Ａの膨らみが大きいため、またプロペラ３の
後流が加速流であるため、流れが舵本体１１の表面から
剥離することなく、揚力Ｌが大きいとともに、図６中一
部を拡大して示しているように全体合成力としての揚力
Ｌの前進方向の成分Ｆ（前縁推力）が発生し、その分だ
け舵抵抗を減少させることになる。

【００２３】図７は、船舶１に対して舵１０（舵本体１
１）を操舵する場合の、プロペラ３および舵本体１１の
相対関係を示す横断面図であって、プロペラ３方向から
の加速流により、揚力Ｌが発生する。この揚力Ｌが船舶
１を旋回させる作用力となる。

【００２４】図８は、プロペラ後流に舵１０を配置した
場合の迎え角α（図７を参照）に対する揚力係数ＣLの
関係を示すグラフであって、実線は本発明による舵１０
の場合を示し、点線は従来の流線形６Ａ（図１３）の場
合を示している。図示のように、揚力係数ＣLが本発明
による舵１０では流線形６Ａに比較して約１０％ほど大
きく、舵力を増強することができる。

【００２５】図９は、船速あるいはレイノルズ数に対す
る、揚力係数ＣLと迎え角αとの比（迎え角αが１５度
のときを代表数値としている）および抵抗係数ＣDの関
係（迎え角αが０度のとき）を示すグラフであって、実
線は本発明による舵１０の場合を示し、点線は従来の流
線形６Ａ（図１３）の場合を示している。レイノルズ数
はその数値が大きいほど船体のサイズが大きいものに対
応するが、図示のように、レイノルズ数が１０⁶をこえ
てから本発明による舵１０および従来の流線形６Ａは、
それぞれの揚力係数ＣLがほぼ同様な傾向（迎え角に対
する勾配）で増加する。また、両者ともに同様に抵抗係
数ＣDが低下する。なお、本発明による舵１０および従
来の流線形６Ａは、乱流域が広がるほどその差異が大き
くなる。

【００２６】図８および図９の実験結果が示すように、
本発明による舵本体１１は操縦力に優れていることがわ
かる。

【００２７】図１０は、従来の流線形６Ａ（図１３）に
ついて、船舶１のいわゆるＺ試験の結果を示すグラフで
ある。Ｚ試験とは、船舶１に対して舵１０をまずプラス
１０度方向に転舵させ、船舶１の進行方向が同じ１０度
だけ偏針したところで、舵１０を反対側、つまりマイナ
ス１０度方向に転舵したときに、船舶１が同じマイナス
１０度に偏針するまでの船舶１の進行方向角度を計測す
る試験である。図１１は、本発明の舵本体１１について
同様なＺ試験の結果を示すグラフである。図１０および
図１１に示すように、従来の流線形６Ａの場合には、オ
ーバーシュートアングルが大きいとともに、船舶１の進
行方向がプラス１０度からマイナス１０度まで振れる時
間が比較的長い一方、本発明の舵本体１１の場合にはオ
ーバーシュートアングルが小さくなっているとともに、
プラス１０度からマイナス１０度まで振れる時間が比較
的短い。オーバーシュートアングルは、とくに大型船な
いし肥大船にとっては、より小さいことが望ましい。す
なわち、本発明による舵本体１１により船舶１の旋回性
能が向上していることがわかる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、舵本体の
水平断面形状を、流線形状における頭部をより丸く、尾
部をより細くするようにしたので、直進時には抵抗が小
さくて推進用として都合のよい形状であるとともに、操
舵時には揚力が大きくて操縦に都合のよいもので、操縦
力を増強し、抵抗を減らし、舵本体の小型化を実現して
船舶全体のコスト削減に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による舵１０の舵本体１１
の水平断面図である。

【図２】同、舵本体１１のラダーホーン１２および可動
舵本体１３部分の水平断面図である。

【図３】同、Ｘ／Ｃに対するＴ／ＴmaxおよびＹの値を
示す図表である。

【図４】従来の流線形６Ａ（図１３）における、Ｘ／Ｃ
に対するＴ／ＴmaxおよびＹの値を示す図表である。

【図５】図３（本発明）および図４（従来、図１３）の
図表をグラフに表した断面形状図である。

【図６】本発明の舵１０ないし舵本体１１において、船
舶１が直進する場合のプロペラ３および舵本体１１の相
対関係を示す横断面図である。

【図７】同、船舶１に対して舵１０（舵本体１１）を操
舵する場合の、プロペラ３および舵本体１１の相対関係
を示す横断面図である。

【図８】プロペラ後流に舵１０を配置した場合の迎え角
αに対する揚力係数ＣLの関係を示すグラフである。

【図９】船速あるいはレイノルズ数に対する、揚力係数
ＣLと迎え角αとの比および抵抗係数ＣDの関係を示すグ
ラフである。

【図１０】従来の流線形６Ａ（図１３）について、船舶
１のＺ試験の結果を示すグラフである。

【図１１】本発明の舵本体１１についてＺ試験の結果を
示すグラフである。

【図１２】一般的な船舶１の尾部の概略側面図である。

【図１３】同、舵本体６の可動舵本体８部分（流線形６
Ａ）の水平断面図である。

【図１４】同、舵本体６がフィッシュテイル形６Ｂの場
合の水平断面図である。

【符号の説明】

１ 船舶（図１２） ２ 船体 ３ プロペラ ４ 舵（図１２） ５ 舵軸 ６ 舵４の舵本体 ６Ａ 流線形の舵本体（図１３） ６Ｂ フィッシュテイル形の舵本体（図１４） ７ 舵本体６のラダーホーン ８ 舵本体６の可動舵本体 １０ 舵（実施の形態、図１、図２、図５） １１ 舵１０の舵本体 １１Ａ 舵本体１１の前縁端 １１Ｂ 舵本体１１の後縁端 １２ 舵本体１１のラダーホーン １３ 舵本体１１の可動舵本体 Ｃ プロペラ３側からの、前縁端１１Ａから後縁端１
１Ｂまでの舵本体１１の水平断面における中心線の全長 Ｘ 舵本体１１の水平断面における中心線上の前縁端
１１Ａからの長さ Ｔmax 舵本体１１の水平断面における最大厚さ Ｔ 長さＸの全長Ｃに対する割合Ｘ／Ｃの部位での舵
本体１１の水平断面における厚さ Ｙ Ｔ／Ｔmaxの１／２ Ｌ 揚力 Ｆ 揚力Ｌの前進方向の成分（前縁推力）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロペラの後方側において舵軸に取り
   付ける舵本体を有する舵であって、 前記プロペラ側からの、前縁端から後縁端までの前記舵
   本体の水平断面における中心線の全長をＣとし、 前記舵本体の前記水平断面における前記中心線上の前記
   前縁端からの長さをＸとし、 この長さＸの前記全長Ｃに対する割合をＸ／Ｃとすると
   ともに、 前記舵本体の前記水平断面における最大厚さをＴmaxと
   し、 この最大厚さＴmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝５％の部位での
   前記水平断面における厚さＴ5%の割合をＴ5%／Ｔmaxと
   し、Ｔ5%／Ｔmaxの１／２をＹ5%とし、 前記最大厚さＴmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝１０％の部位で
   の前記水平断面における厚さＴ10%の割合をＴ10%／Ｔma
   xとし、Ｔ10%／Ｔmaxの１／２をＹ10%とし、 前記最大厚さＴmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝８０％の部位で
   の前記水平断面における厚さＴ80%の割合をＴ80%／Ｔma
   xとし、Ｔ80%／Ｔmaxの１／２をＹ80%とし、 前記最大厚さＴmaxに対する、Ｘ／Ｃ＝９０％の部位で
   の前記水平断面における厚さＴ90%の割合をＴ90%／Ｔma
   xとし、Ｔ90%／Ｔmaxの１／２をＹ90%としたときに、 ０．２５≦Ｙ5%≦０．３３、 ０．３５≦Ｙ10%≦０．４３、 ０．１１≦Ｙ80%≦０．１７、 ０．０３≦Ｙ90%≦０．０８、 とすることを特徴とする舵。
2. 【請求項２】 前記最大厚さＴmaxに対する、前記長
   さＸの前記全長Ｃに対する割合Ｘ／Ｃの部位での前記舵
   本体の前記水平断面における厚さＴの割合をＴ／Ｔmax
   とし、Ｔ／Ｔmaxの１／２をＹとしたときに、 Ｘ／Ｃに対するＹの値を図３に示す図表のようにしたこ
   とを特徴とする請求項１記載の舵。