JP2001138986A - 省エネルギ−船舶 - Google Patents
省エネルギ−船舶Info
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- B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
- B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
- B63H5/16—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in recesses; with stationary water-guiding elements; Means to prevent fouling of the propeller, e.g. guards, cages or screens
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
回転エネルギ−の双方が、有効に利用できる船舶を得
る。 【解決手段】 プロペラ3位置付近でビルジ渦中心2a
がプロペラ3中心軸よりも下方である船型であり、前記
プロペラ3前方の左右舷に、翼端部が前記ビルジ渦のほ
ぼ中心2aに位置するとともに下向きのキャンバ−を有
するフィン4を各々1枚を有し、舵6の両面から横方向
に延出した舵付きフィン7を有する省エネルギ−船舶。
Description
船体抵抗を低減し、またビルジ渦およびプロペラ後流の
回転エネルギ−を回収して推力として利用する省エネル
ギ−船舶に関する。
る手段として、船舶の航走にともなってビルジ部に発生
するビルジ渦の回転エネルギ−を船舶の推力として利用
する方法と、プロペラ後流の回転エネルギ−を船舶の推
力として利用する方法等がある。
舶の推力として利用する方法としては、特開平9−13
6693号公報や特開平11−59588号公報に開示
されたビルジ渦エネルギ−回収装置によるものがある。
視図)に示すように、船尾両舷のビルジ部21a後端付
近では、船底21bから上方に回り込む上向流22と、
船側から内側に流れ込もうとする下降流23とが交差し
て、この部分を発生源とするビルジ渦24が発生する。
プロペラ25前方の船体表面上に大規模な3次元剥離を
生じさせて、船舶の抵抗増加の大きな原因となってい
る。
尾から見て左舷と右舷で反対方向に回転する流れを誘導
し、発達しながらプロペラ25位置まで流れて、船舶の
後方へ流れ去る。
りも船体側では、斜め下方を向いた下降流となり、ビル
ジ渦中心26よりも外側では、斜め上方を向いた上昇流
となっている。ビルジ渦中心26周りの流れは、回転流
となっており、この回転速度を誘起するエネルギ−は、
船舶が抵抗に逆らって流体中を進むことによって流体に
与えられたものであり、船舶の抵抗増加の原因となって
いる。
た船舶用ビルジ渦エネルギ−回収装置は、図7(a)の
側面図および図7(b)の平面図に示すように、プロペ
ラ31の前方の左右舷の船体32表面上に、翼端部33
aはビルジ渦34のほぼ中心34aに位置し、かつ下向
きのキャンバ−33bを有するフィン33を各々1枚ず
つ取り付けたものである。
示されたビルジ渦エネルギ−回収装置は、特開平9−1
36693号公報に開示されたものに加えて、図8に示
すように、フィン33の翼端部33aに、ビルジ渦34
による回転流れを打ち消す方向にキャンバ−の付いた補
助フィン35を取り付けたものである。
左右両舷の船体32表面上に1対のフィン33を配置す
ることによって、フィン33に発生する揚力36の進行
方向成分を推力37として回収し、船の抵抗を減少させ
るものである。
方向にキャンバ−の付いた補助フィン35を取り付ける
ことによって、フィンの面積を増加させて、フィン全体
の翼面荷重を軽減することができ、主フィン33背面
(下面)の翼面流れの剥離を防止し、より有効にビルジ
渦の回転エネルギ−を回収するものである。
舶の推力として利用する方法としては、特開平4−20
1693号公報に開示された船舶用舵によるものがあ
る。
び図9(b)の側面図に示すように、船尾41後方に設
けられた縦軸42の回りに回転自在な舵43に、前方の
プロペラ44の中心高さ位置において横方向に延出する
フィン45aおよび45bが設けられているとともに、
舵43の前縁には、プロペラ44の中心高さ位置におい
てプロペラボスキャップ46に近接するように、前方に
突出したバルブ状の突部47が設けられているものであ
る。
回転するプロペラ後流を受けてそれぞれのフィンにほぼ
等しい揚力が発生するように、互いに上下反対になった
キャンバ−が設けられている。
場は、プロペラ44の直ぐ後流位置に設けられた突部4
7により、半径方向に押し広げられ、有効伴流が増加
し、フィン45aおよび45bに発生する揚力も増大す
る。その結果、船舶の推力として利用できる揚力の船舶
進行方向成分も増大するというものである。
推進効率を向上させるために、ビルジ渦の回転エネルギ
−とプロペラ後流の回転エネルギ−を、同時に船舶の推
力として利用しようとしても、推進効率の向上効果は、
それぞれのエネルギ−を単独で利用したときの効果を足
し合わせた効果よりも低いという問題点がある。
の発生状況を考慮することにより、ビルジ渦の回転エネ
ルギ−とプロペラ後流の回転エネルギ−を、同時に船舶
の推力として利用するときに、船舶の推進効率の向上効
果が、それぞれのエネルギ−を単独で利用したときの効
果を足し合わせた効果よりも同等またはそれ以上となる
省エネルギ−船舶を提供することを目的としている。
−船舶は、プロペラ位置付近でビルジ渦中心がプロペラ
中心軸よりも下方である船型であり、前記プロペラ前方
の左右舷に、翼端部が前記ビルジ渦のほぼ中心に位置す
るとともに下向きのキャンバ−を有するフィンを各々1
枚を有し、舵の両面から横方向に延出した舵付きフィン
を有するものである。
の取り付け位置に、前方に突出した突部を有するもので
ある。
ィンの翼端部に、ビルジ渦による回転流れを打ち消す方
向にキャンバ−を有する補助フィンを有するものであ
る。
は、プロペラ位置付近でビルジ渦中心がプロペラの中心
軸よりも下方である船型であるため、プロペラ前方の左
右舷の船体表面上に設けたフィンにより、ビルジ渦の回
転流のエネルギ−が推力に転換されたビルジ渦は、この
フィンの作用によりその中心がやや上方へと移動し、舵
位置で舵付きフィン位置と一致するようになる。
ルギ−とプロペラ後流の回転エネルギ−とが回収され、
推力に変換される。
ジ渦の回転エネルギ−とプロペラ後流の回転エネルギ−
をそれぞれ単独で利用したときの効果を足し合わせた効
果と同等か、それよりも大きくなる。
り付け位置に、前方に突出した突部を有するものにおい
ては、プロペラ後流の流場がプロペラ半径方向に押し広
げられ、有効伴流が増加し、舵付きフィンに発生する揚
力も増大し、推進効率がさらに向上する。
の翼端部に、ビルジ渦による回転流れを打ち消す方向に
キャンバ−を有する補助フィンを有するものにおいて
は、フィンの面積を増加させて、フィン全体の翼面荷重
を軽減させることにより、主フィン背面(下面)の翼面
流れの剥離を防止し、より有効にビルジ渦の運動エネル
ギ−を推力として回収して、船体の抵抗を低減させると
ともに、船舶の推進効率を向上させ、省エネルギ−効果
を増大させることができる。
参照して説明する。
説明する側面図である。この省エネルギ−船舶は、船体
1のビルジ部に発生するビルジ渦中心2aが、プロペラ
3付近でプロペラ3の中心軸よりもやや下方になるよう
な船型をしている。
近で、船底から上方に回り込む上向流と、船側から内側
に流れ込もうとする下降流とが交差して3次元剥離が生
じ、この部分で発生する。ビルジ渦2は、船尾方向に向
かって成長し、プロペラ3前方付近で発達のピ−クに達
する。
槽試験により実船の船尾流場を推定する方法、あるいは
船体周りの粘性流場解析用の計算流体力学(CFD)コ
−ドを用いて船尾流場を解析し推定する方法により求め
られる。
型のビルジ渦の中心位置を求め、模型−実船間のレイノ
ズル数の差に基づく尺度影響を考慮して、実船の船尾流
場を推定して、ビルジ渦2の中心位置を求めることがで
きる。
所で開発されたNICE−Codeを用いて、乱流モデ
ルにはBaldwin−Lomaxモデルに修正を施し
て、船尾流場を推定し、ビルジ渦2の中心位置を求める
ことができる。
2の位置や強さは変化する。
浅喫水船型であって、粘性抵抗の形状影響計数が比較的
大きく、下記(1)式で定義される船尾肥大度γが大き
い船型である。
ジ渦中心2aの位置が、プロペラ3位置付近でプロペラ
3の中心軸よりもやや下方になる。 γ=(B/L)/{1.3・(1−Cb)−0.031・lcb}……(1) ただし、B:船の型幅 L:船長 Cb:船の方形係数 lcb:船体中央(Midship)から浮心位置まで
の水平距離を船長Lに対する比(%)で表した数値
ラ3位置でのビルジ渦2の渦度分布の例を示す。
により、プロペラ3位置における垂直断面内の回転流れ
の速度ベクトル分布を求め、次の(2)式により求めた
船舶の長さ方向(x方向)に軸を持つ渦強さを表す渦度
(ωx)の分布を表すものである。 ωx=∂w/∂y−∂v/∂z……(2) ただし、x:船長方向の座標 y:船幅方向の座標(水平方向) z:船の深さ方向の座標(垂直方向) v:y方向の流速 w:z方向の流速 ωx:x方向に軸を持つ渦度
渦度分布であり、中心がプロペラの中心軸であり、実線
が左廻り、破線が右廻りの渦の強さを示す。図2から、
この例ではプロペラ3の中心軸位置よりやや下方に、ビ
ルジ渦2の最も強い部分、すなわちビルジ渦2の中心
a、bが存在していることが分かる。
1表面上に、翼端部はビルジ渦2のほぼ中心に位置し、
かつ下向きのキャンバ−を有するフィン4を各々1枚ず
つ取り付けている。
回りに回転自在な舵6には、前方のプロペラ3の中心高
さ位置において横方向に延出する舵付きフィン7が設け
られているとともに、舵6の前縁には、プロペラ3の中
心高さ位置においてプロペラボスキャップ8に近接する
ように、前方に突出したバルブ状の突部9が設けられて
いる。
成されているので、ビルジ渦2の回転エネルギ−が、プ
ロペラ3の前方の左右舷の船体1表面上に設けたフィン
4により、フィン4に発生する揚力の進行方向成分を推
力として回収し、船の抵抗を減少させ、船舶の省エネル
ギ−化が図れる。
擦抵抗および圧力抵抗が働くため、翼後部の流れに運動
量欠損を生じさせ、その結果、プロペラ3への流入速度
がフィン4が存在しない場合に比べて遅くなり、次の
(3)式に示すように、船の推進効率のうちの伴流係数
wが大きくなり、推進効率ηが向上する。 η=ηr・ηh・ηo・ηt =ηr・(1−t)/(1−w)・ηo・ηt……(3) ただし、η:推進効率 ηr:プロペラ効率比 ηh:船殻効率 ηo:プロペラ単独効率 ηt:伝達効率 t:推力減少係数(0<t<1) w:伴流係数(0<w<1)
規定しないが、ビルジ渦2が最も発達するプロペラ3前
方の船体後端部に近い場所が望ましく、フィン4後方の
流れが遅くなる効果によって、推進効率が上昇するの
で、プロペラ3からあまり前方に離れた位置は望ましく
ない。
ルジ渦2中心より船体1側の下降流を利用して、揚力の
前向き成分の力を得るために、下向きにキャンバ−を持
つ翼断面とする。
とで、前記下降流に対し良好な揚抗比を持ち、かつ所定
の揚力が得られるように、適切な迎角を設定して船体1
に取り付けられている。
は、推力として船体1に作用するので、船体抵抗が減少
する。
あるが、ビルジ渦中心位置2aに、フィン翼端部4aが
位置するように、フィン4を取り付けることにより、フ
ィン4の上面4b、すなわち正圧面側からフィン4の下
面4c、すなわち負圧面側へ回り込む流れが生じ、フィ
ン翼端部4aから下流へ流れ出すビルジ渦2とは逆方向
に回転する翼端渦10が形成される。この翼端渦10の
強さがちょうどビルジ渦2と反対向きで同じ強さを持つ
ように、フィン4取り付け位置の流場に適合させて、フ
ィン4の形状を決定すれば、ビルジ渦2と翼端渦10は
打ち消し合って、フィン4よりも後方では、縦渦(船体
1の長さ方向に軸を持つビルジ渦)が存在しないように
することが可能となる。
ほぼ完全に吸収し、この回転エネルギ−をフィン4に働
く前向きの力に変換して、船舶の推進力の一部として利
用することができる。
端小翼(ウィングレット)を設けることにより、翼端渦
10をビルジ渦2と同程度の広い領域に拡散させ、さら
に揚抗比を上昇させることができる。
に翼端板や翼端小翼を設けた場合を示す図である。図4
および図5において、(a)は斜視図、(b)は(a)
を右方向から見た(船尾方向から船首方向を見た)正面
図である。
4aに翼端板11を設けたものである。
4aに翼端小翼(ウィングレット)12を設けたもので
ある。
貨状態の変化に対して、フィン4への流入迎角が変化す
ることに対応するために、図4および図5の(a)図に
示すように、フィン4の前縁がフィン4翼根部からフィ
ン4の翼端部4aに向けて後方に傾斜する、いわゆる後
退翼形状とする必要がある。これは、矩形翼に比べて後
退翼のほうが、より広い範囲の流入迎角の変化に対し
て、失速しにくい特性を持つことによるものである。
ン4の取り付け部に近い翼根部では翼弦長を長くし、フ
ィン4の翼端部4aでは短くする必要がある。
1表面上に一対のフィン4を配置した省エネルギ−船舶
において、フィン4の翼端部4aに、ビルジ渦2による
回転流れを打ち消す方向にキャンバ−の付いた補助フィ
ンを取り付けることによって、フィンの面積を増加させ
て、フィン全体の翼面荷重を軽減することにより、フィ
ン4背面(下面)の翼面流れの剥離を防止し、より有効
にビルジ渦2の運動エネルギ−を推力として回収し、船
体1の抵抗を低減するとともに、船舶の推進効率を向上
させ、船舶の省エネルギ−効果を増大させることができ
る。
型に応じて変化するビルジ渦2の強さに応じて、設定さ
れる。
バ−は下に凸となっているが、補助フィンはビルジ渦の
中心に対して渦の回転方向に見てフィン4と同じ側に凸
のキャンバ−を持つ。このような補助フィンを設けるこ
とにより、フィン4だけでは回収しきれなかったビルジ
渦2の運動エネルギ−を補助フィンによっても回収でき
る。
フィン4よりも後方の位置でやや上昇する。これは、フ
ィン4に下向きのキャンバ−が付いていることにより、
フィン4への流入流れがキャンバ−に沿うように上向き
に曲げられるため、フィン4からの流出流れは、フィン
4に流入する前に比べて上向きに変化することと、フィ
ン4の翼端から流出する翼端渦の鏡像渦の上向きの誘導
速度により、渦中心が上向きに流されるためである。
がプロペラ3の中心軸とほぼ一致するようになる。
が、舵6に設けた舵付きフィン7で回収され、さらに推
力に変換される。
ビルジ渦2の回転エネルギ−とともに、舵6に設けた舵
付きフィン7で推力に変換される。
推進効率の向上効果は、ビルジ渦2の回転エネルギ−と
プロペラ後流の回転エネルギ−のそれぞれを単独で利用
したときの効果を足し合わせた効果と同等か、それより
も大きくなる。
果を水槽試験によって確認した。ビルジ渦の回転エネル
ギ−を回収するフィン(以下、ビルジ渦回転エネルギ−
回収フィンという)と、プロペラ後流の回転エネルギ−
を回収する舵付きフィンとを設けた模型船を用いて水槽
試験を行い、これらのフィンを設けない場合に対する推
進馬力の低減率を求め、省エネルギ−効果を検証した。
ロペラ位置付近での位置が、プロペラ中心軸より下方で
ある船型を用い、比較例1および比較例2として、ビル
ジ渦中心のプロペラ位置付近での位置が、プロペラ中心
軸よりやや上方である船型を用いた。
速における制動馬力(BHP)を、計測結果と下記
(4)〜(9)式より求めた。
達効率)
効率 ηb:船後状態におけるプロペラ効率
きフィンの両方を設けた場合のBHPと、それぞれのフ
ィンを単独に設けた場合のBHPを、ビルジ渦回転エネ
ルギ−回収フィンおよび舵付きフィンの両方とも設けな
い場合のBHPと比較して、BHPの低減率を求めた。
実施例と比較例の船型におけるBHPの低減率を表2に
示す。
での位置が、プロペラ中心軸より下方である船型におい
ては、ビルジ渦回転エネルギ−回収フィンと舵付きフィ
ンの両方を設けたことにより、それぞれのフィンを単独
で設けた場合の制動馬力の低減率を足し合わせた7.9
%よりも高い、8.2%の低減効果が得られる。
中心のプロペラ位置付近での位置が、プロペラ中心軸よ
りやや上方である船型では、両方のフィンを設けた場合
の制動馬力の低減率は、それぞれのフィンを単独で設け
た場合の制動馬力の低減率を足し合わせた効果よりも低
くなっている。
でビルジ渦中心がプロペラ中心軸よりも下方である船型
としているので、船体に取り付けたフィンにより、ビル
ジ渦の回転エネルギ−を揚力として回収し、その進行方
向成分を推力として利用できるとともに、舵に取り付け
た舵付きフィンにより、ビルジ渦の回転エネルギ−およ
びプロペラ後流の回転エネルギ−を回収し、その進行方
向成分を推力として利用することができる。
みを回収する場合の推進効率の上昇効果、およびプロペ
ラ後流の回転エネルギ−のみを回収する場合の推進効率
の上昇効果を足し合わせた効果と同等以上に、船舶の推
進効率が向上する。
である。
ビルジ渦の渦度分布を示す図である。
ンに翼端板を設けた場合の図であり、(a)は斜視図、
(b)は(a)を右方向から見た正面図である。
ンに翼端小翼を設けた場合の図であり、(a)は斜視
図、(b)は(a)を右方向から見た正面図である。
あり、(a)は側面図、(b)は平面図である。
回収装置の側面図である。
舶用舵の説明図であり、(a)は平面図、(b)は側面
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 プロペラ位置付近でビルジ渦中心がプロ
ペラ中心軸よりも下方である船型であり、前記プロペラ
前方の左右舷に、翼端部が前記ビルジ渦のほぼ中心に位
置するとともに下向きのキャンバ−を有するフィンを各
々1枚を有し、舵の両面から横方向に延出した舵付きフ
ィンを有することを特徴とする省エネルギ−船舶。 - 【請求項2】 前記舵の前縁で、前記舵付きフィンの取
り付け位置に、前方に突出した突部を有することを特徴
とする請求項1に記載の省エネルギ−船舶。 - 【請求項3】 前記プロペラ前方の左右舷にあるフィン
の翼端部に、ビルジ渦による回転流れを打ち消す方向に
キャンバ−を有する補助フィンを有することを特徴とす
る請求項1または請求項2に記載の省エネルギ−船舶。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32760999A JP3668884B2 (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | 省エネルギ−船舶 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32760999A JP3668884B2 (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | 省エネルギ−船舶 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001138986A true JP2001138986A (ja) | 2001-05-22 |
JP3668884B2 JP3668884B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=18200976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32760999A Expired - Lifetime JP3668884B2 (ja) | 1999-11-18 | 1999-11-18 | 省エネルギ−船舶 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3668884B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006341640A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | ツインスケグ船の推進性能改善装置 |
JP2006347285A (ja) * | 2005-06-14 | 2006-12-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 船舶の船尾部構造及びその設計方法 |
JP2013043633A (ja) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Hyundai Heavy Industries Co Ltd | 非対称ねじれ流動制御フィンが付着された船舶の船尾構造部の形成方法 |
KR101358126B1 (ko) * | 2011-09-28 | 2014-02-07 | 삼성중공업 주식회사 | 선박 |
CN107428403A (zh) * | 2015-03-31 | 2017-12-01 | 三井造船株式会社 | 船舶 |
-
1999
- 1999-11-18 JP JP32760999A patent/JP3668884B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006341640A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | ツインスケグ船の推進性能改善装置 |
JP2006347285A (ja) * | 2005-06-14 | 2006-12-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 船舶の船尾部構造及びその設計方法 |
JP2013043633A (ja) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Hyundai Heavy Industries Co Ltd | 非対称ねじれ流動制御フィンが付着された船舶の船尾構造部の形成方法 |
KR101358126B1 (ko) * | 2011-09-28 | 2014-02-07 | 삼성중공업 주식회사 | 선박 |
CN107428403A (zh) * | 2015-03-31 | 2017-12-01 | 三井造船株式会社 | 船舶 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3668884B2 (ja) | 2005-07-06 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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