JP2003026096A - 大型船用二枚舵システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 従来の舵面積比による舵面積決定の思想によ
らずに推進プロペラ後流を有効に利用可能とする大型船
用二枚舵システムを提供する。 【解決手段】 一基の推進プロペラ３の後方に一対の高
揚力舵１、２を配設し、各高揚力舵１、２が舵ブレード
４、５の頂端部と底端部にそれぞれ頂端板６、７と底端
板８、９を有し、各舵ブレード４、５の内舷側の面上で
推進プロペラ３の軸心とほぼ同じ水準位置にほぼ前縁部
から後方に向けて所定の翼弦長を有するフィン１０、１
１を設けた高揚力二枚舵システムにおいて、各舵ブレー
ド４、５の弦長を推進プロペラ直径の６０〜４５％にす
るように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は大型船用二枚舵シス
テムに関し、推進プロペラ後流を有効に利用する技術に
係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大型船の舵システムは、図１７〜
図１８に示すように、一基の推進プロペラ３の後方に一
枚の舵５１を配設したものであり、舵５１は通常、マリ
ナー型と呼ばれる形式のものが圧倒的多数を占めてい
る。この舵５１は、船尾５２の底面中央から下方に突出
して設けた流線型をなすホーン５３の下端部のピントル
５４により回動自在に支承されている。舵５１の最大回
転可能角度は片舷３５°、反対舵３５°、合計７０°で
ある。

【０００３】また、従来において舵の面積は、船の長さ
及び種類により異なるが、船の長さに喫水を乗じた浸水
投影面積を舵面積で除した値（舵面積比）がある値の範
囲内にくるように実績に基づいて決定されていた。

【０００４】しかし最近、大型タンカーなど針路安定
性、追従性に問題のある大型船において、狭水路航行時
および荷揚げ港内航行時などにおける操船性能が問題視
されるようになっており、国際海事機関（ＩＭＯ）の規
定による操船性能に対する要求事項を満足させるため
に、船体形状の変更のみならず、舵面積比を小さくす
る、すなわち舵面積を大きくすることを採用してこれに
対応しているのが現状である。これにより、世界的に大
型タンカーでは舵５１のブレードの平均弦長ｃ’が推進
プロペラ直径ｄの１１０％程度にも及ぶ大寸法の一枚舵
を設けているのが現状である。

【０００５】また、推進プロペラを二基設けて、その後
方にそれぞれ舵一枚を設けるという構想も存在するが、
これは推進プロペラ一基、舵一枚という上記の構成を単
に二系統設けて推進機関が故障した場合の安全性を図る
ものである。この場合、船の旋回操縦時は、二枚の舵は
左右舷に最大角度３５°まで同調して転舵されるように
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の舵システムにおいては、舵面積を大きくする必要性が
あった結果、舵が重構造になり、また舵取機の力量を大
きくせねばならないばかりか、推進性能の低下を来し、
また、場合によっては、舵が大きくなった分のスペース
確保のために船体寸法を大きくせねばならないこともあ
り、これらが経済的損失を招くことにもなるという問題
があった。

【０００７】さらに、狭水路および港内の航行において
こそ高い操縦性が要求されるが、舵面積を大きくしても
低速力であるために舵力はさほど大きくならず、操縦性
の向上にとって余り有効ではないという問題があった。

【０００８】また、従来の舵においては、舵角を３５°
より大きくすると、失速により急激に舵の揚力が減少す
る。従って、舵角を大きくしても操縦性能の向上にとっ
て余り有効ではなかった。

【０００９】また、上記した従来の舵システムにおいて
は、舵あるいは舵取機の故障が生じた場合、操船不能と
なり、船の安全性が損なわれるという問題があった。こ
の問題の解決のため従来の舵システムを二系統設ければ
この問題は解決されるが、推進効率が悪くなるうえに、
スペースや設備が大きくなってコストが高くなるという
別の問題が生じるために実施は困難であった。また、二
系統設けた場合、二枚の舵が同調して転舵されるように
なっているために、舵角が大きくなると二枚の舵の間の
水流の干渉作用が生じる場合があり、効果的に舵力を発
生できないという問題があった。

【００１０】本発明は上記した課題を解決するものであ
り、従来の舵面積比による舵面積決定の思想によらず、
推進プロペラ後流を有効に利用可能とするものであっ
て、舵ブレードの弦長を推進プロペラ直径のほぼ半分程
度とした二枚の高揚力舵を一基の推進プロペラの後方に
配置し、両舵の舵角の組み合せを最も有効になるように
制御することにより、大型船に対して制動作用を含めて
優れた操縦性を与えることができ、特に、高速力航行時
のみならず狭水路や港内での低速力航行時にも優れた操
縦性を発揮でき、尚且つ推進性能も従来の舵システムの
場合と同等あるいはそれ以上の性能を確保でき、舵を軽
構造化することができ、舵寸法の短縮により船体長さを
短縮あるいは載貨量を増加させることができ、舵取機の
必要力量および必要作動角度も小さくすることができ、
舵の支持方式を簡単な釣舵型にすることができ、さら
に、一方の舵あるいは舵取機が故障した場合でも操船機
能を確保できて安全である大型船用二枚舵システムを提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る本発明の大型船用二枚舵システム
は、一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対
して対称の位置にほぼ平行に一対の高揚力舵を配設して
なり、各高揚力舵が舵ブレードの頂端部と底端部にそれ
ぞれ頂端板と底端板を有し、各舵ブレードが水平断面の
輪郭が前方へ半円形状に突出させた前縁部と前縁部に連
続して流線型に幅を最大幅部まで増大させた後に最小幅
部に向けて徐々に幅を減少させた中間部と中間部に連続
して所定幅の後方端に向けて徐々に幅を増大させた魚尾
後縁部からなる形状を有し、各舵ブレードの内舷側の面
上で推進プロペラの軸心とほぼ同じ水準位置にほぼ前縁
部から後方に向けて所定の翼弦長を有するフィンを設
け、推進プロペラ翼が上昇方向に回転する舷側に対向す
る一方の舵ブレードのフィンは流れの上向き方向の成分
を有する推進プロペラ後流によって発生する前進方向推
力と抗力の比が最大となる迎え角をなす姿勢を有し、推
進プロペラ翼が下降方向に回転する舷側に対向する他方
の舵ブレードのフィンは流れの下向き方向の成分を有す
る推進プロペラ後流によって発生する前進方向推力と抗
力の比が最大となる迎え角をなす姿勢を有する高揚力二
枚舵システムにおいて、各舵ブレードの弦長を推進プロ
ペラ直径の６０〜４５％にするように構成したものであ
る。

【００１２】上記した構成により、船を操縦するために
各舵に舵角を与えたときは、推進プロペラの後流は舵ブ
レードの頂端板と底端板の間に封じ込められるようにし
て舵ブレードの面に流入するので、翼としての揚力ある
いは水流の直圧力として発生する揚力が大きくなるとと
もに、さらに魚尾後縁部における水流の屈折の反力が揚
力として加わるために、大きな揚力を発生させることが
できる。

【００１３】しかも、舵角を従来の最大３５°より大き
くしても失速することなく揚力の発生が持続するととも
に、舵角が大きくなるほど抗力が大きくなって船を減速
させ、操縦性を高めることができる。さらに、舵が二枚
であることにより、揚力が最も大きく発生する舵ブレー
ド前縁部近傍の合計縦長さが舵一枚の場合の二倍近くに
なり、また、揚力のもう一つの発生源である魚尾後縁部
の合計縦長さも二倍近くに大きくなるので、全体として
大きな揚力を発生させることができる。また、二枚の舵
の舵角の組み合せにより、相互作用の効果で全体として
の揚力は更に大きいものになる。

【００１４】従って、本発明の舵システムは、舵ブレー
ドの弦長を推進プロペラ直径の６０〜４５％という値に
小さくしても、舵ブレード弦長を推進プロペラ直径の約
１１０％にした従来の一枚舵システムの場合よりも高速
力航行時のみならず狭水路や港内での低速力航行時にも
優れた操縦性すなわち優れた保針性能、旋回性能、回頭
性能、停止性能を発揮できる。

【００１５】また、船の直進時の舵中立位置において
は、両舵ブレードの間を回転しながら後方に流れる推進
プロペラ後流の回転エネルギーを両舵ブレードのフィン
によって前進方向成分を有する揚力に変換する。

【００１６】従って、船の直進時の舵中立位置における
魚尾後縁部に生じる粘性圧力抵抗および舵ブレードが二
枚あることによる自航要素における推力減少係数の低下
傾向は、フィンに発生する前進方向推力および舵面積が
小さいことによる抵抗の減少によって相殺され、推進効
率は従来の一枚舵システムの場合と同等あるいはそれ以
上のものにすることができる。

【００１７】また、舵ブレードの弦長の短縮は舵ブレー
ド高さも多少短縮させることになり、結局、高揚力舵一
枚当たりの舵面積は、従来のマリナー型一枚舵のホーン
を含めた舵面積に比べると一般に約３０〜４０％程度に
減少する。従って、舵一枚当たりの構造および重量が従
来のシステムに比べて著しく軽構造化、軽量化されるこ
とになり、製造が容易になるほか、舵の支持方式を従来
のマリナー舵方式から簡単な釣舵方式に変えることが可
能になる。さらに、舵寸法の短縮により船体長さを短縮
あるいは載貨容量を増加させることができる。

【００１８】また、舵取機も、２台を合せた合計必要力
量が従来のマリナー型一枚舵システムの場合の約５０％
程度になる。すなわち、舵取機一台当たりの力量が従来
の約２５％程度に小さくなるために、従来のシステムに
おけるような特別製作の大容量舵取機を使用する必要が
なくなる。

【００１９】さらに、一方の舵あるいはその舵取機が故
障した場合でも他方のものにより操船機能を維持でき、
従来の一枚舵システムの場合に比べて安全性が著しく向
上する。

【００２０】請求項２に係る本発明の大型船用二枚舵シ
ステムは、各高揚力舵の回転中心と推進プロペラ軸心と
の間の間隔を推進プロペラ直径の２５〜３５％とし、各
高揚力舵をそれぞれ外舷側に最大舵角転舵した状態で各
舵ブレード前縁端の間の間隙が最大４０〜５０ｍｍであ
るように構成したものである。

【００２１】上記した構成により、いずれかの舵をその
舷の外舷側に最大舵角まで転舵したときでも、推進プロ
ペラ後流の流束が舵ブレードに当たる面積を大きくする
ことができるので、舵により大きい揚力を発生させるこ
とができて操縦性がさらに向上する。

【００２２】また、左右の舵をそれぞれ外舷側に最大舵
角転舵した状態では、各舵ブレードが船の進行に対する
制動作用を行い、かつ各舵ブレードの前縁端の間の間隙
が小さいことによってこの間隙を通る推進プロペラ後流
の後方への逸流量が少なくなるので、推進プロペラによ
る前進推力が減少するとともに、舵ブレードに発生する
抗力が最大となって船を急速に停止させることができて
安全性が著しく向上する。

【００２３】請求項３に係る本発明の大型船用二枚舵シ
ステムは、左右の高揚力舵はそれぞれ外舷方向に内舷方
向よりも大きい舵角をとれるように構成したものであ
る。上記した構成により、船の旋回操縦時に二枚の舵を
同じ舷方向に回転させるとき、二枚の舵の間の水流の干
渉作用による揚力減少を避けることができ、また、船の
制動作用を行わせるために左右の舵をそれぞれ外舷側に
大きな角度に開くことができ、さらに、舵取機は、両舷
側に同じ大舵角をとる必要がないため、必要作動角度範
囲を小さくすることができる。

【００２４】請求項４に係る本発明の大型船用二枚舵シ
ステムは、各魚尾後縁部を中間部に連続して所定幅の後
方端に向けて外舷方向片側にのみ徐々に幅を増大させる
ように構成したものである。

【００２５】上記した構成により、船の直進時の舵中立
位置において、魚尾後縁部における粘性圧力抵抗を半減
させることができ、推進効率を高めることができる。反
面、魚尾後縁部における揚力の発生が減少することにつ
いては、各舵の可能舵角を内舷方向よりも外舷方向によ
り大きくしたことに鑑み、魚尾後縁部による水流屈折作
用をより効果の大きい外舷側で重点的に行わせることで
全体としての揚力発生の減少を最小限にすることができ
るので、従来の一枚舵システムの場合よりも優れた操縦
性（すなわち優れた保針性能、旋回性能、回頭性能、停
止性能）を発揮できる。

【００２６】請求項５に係る本発明の大型船用二枚舵シ
ステムは、各舵ブレードのフィンの端面に所定長さだけ
上方、下方、上下両方の何れかに屈曲する端板を設けた
ものである。

【００２７】上記した構成により、フィン端板によって
フィン翼端部における端面影響および自由渦の発生を少
なくすることができるとともにフィン翼面上の揚力分布
を端部まで延長し、かつ自由渦の一部を前進力に変換す
ることができる。従って、フィンの揚力変換効率が高ま
り、推進効率をさらに高めることが可能となる。

【００２８】請求項６に係る本発明の大型船用二枚舵シ
ステムは、推進プロペラのボスキャップに推進プロペラ
翼の発生する推進プロペラ後流と同じ方向に後流を発生
せしめるフィンを設けたものである。

【００２９】上記した構成により、推進プロペラ後流流
束の中心部におけるハブ渦の発生を減らすことができ、
従って、推進効率が向上する。推進プロペラの後方中心
に舵が存在する場合は舵がハブ渦の発生をある程度抑制
する効果を持つが、本発明においては推進プロペラの後
方中心には舵が存在しないので、ボスキャップにフィン
を設けてハブ渦の発生を抑制することの有効度が極めて
大きい。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１〜図４において、一対の高揚
力舵１、２は一基の推進プロペラ３の後方に推進プロペ
ラ軸心すなわち船体中心線に対して左右対称に配設して
おり、推進プロペラ３は後方から見て時計方向に回転
（右回転）する状態を示している。

【００３１】左右両舷側に配置した高揚力舵１、２は、
左舷舵ブレード４および右舷舵ブレード５と、左右舷舵
ブレード４、５の各々の頂端部にそれぞれ両舷側に張り
出して設けた平板状の頂端板６、７と、底端部にそれぞ
れ両舷側に張り出して設け、かつ側縁部が下方に若干屈
曲した形状をなす底端板８、９と、左右舷舵ブレード
４、５のそれぞれ内舷側の面上に推進プロペラ３の軸心
とほぼ同じ水準位置に突設した左右舷フィン１０、１１
と、左右舷フィン１０、１１のそれぞれ内舷側端面に設
けた所定長さだけ上下に屈曲した平板状の左右舷フィン
端板１２、１３と、各舵ブレード４、５のそれぞれ回転
中心頂部に接続した舵軸１４、１５から構成されるもの
である。

【００３２】各舵ブレード４、５はその水平断面の輪郭
が前方へ半円形状に突出させた前縁部１６、１７と、前
縁部１６、１７に連続して流線型に幅を最大幅部１８
ｂ、１９ｂまで増大させた後に最小幅部１８ａ、１９ａ
に向けて徐々に幅を減少させた中間部１８、１９と、中
間部１８、１９に連続して所定幅の後方端２０ａ、２１
ａに向けて徐々に幅を増大させた魚尾後縁部２０、２１
からなる形状を有している。

【００３３】推進プロペラ３の翼が上昇方向に回転する
舷側に対向する左舷舵ブレード４の左舷フィン１０は舵
ブレード４の前縁部１６から後方に向けて所定の翼弦長
を有する翼断面をなし、流れの上向き方向の成分を有す
る推進プロペラ３の後流によって発生する前進方向推力
と抗力の比が最大となる迎え角αをなす姿勢に配設して
いる。左舷フィン１０の端面１０ａに設けた端板１２は
推進プロペラ３の軸心方向と平行に、あるいは推進プロ
ペラ３の後流の流線ベクトルに沿うように設けている。

【００３４】推進プロペラ３の翼が下降方向に回転する
舷側に対向する右舷舵ブレード５の右舷フィン１１は舵
ブレード５の前縁部１７から後方に向けて所定の翼弦長
を有する翼断面をなし、流れの下向き方向の成分を有す
る推進プロペラ３の後流によって発生する前進方向推力
と抗力の比が最大となる迎え角αをなす姿勢に配設して
いる。右舷フィン１１の端面１１ａに設けた端板１３は
推進プロペラ３の軸心方向と平行に、あるいは推進プロ
ペラ３の後流の流線ベクトルに沿うように設けている。

【００３５】各舵ブレード４、５の平均弦長（コード長
さ）ｃは推進プロペラ３の直径ｄを基準としてその６０
〜４５％であり、舵ブレード高さｈは推進プロペラ３の
直径ｄの約９０％である。各舵ブレード４、５の回転中
心と推進プロペラ３の軸心との間の間隔ｓは推進プロペ
ラ３の直径ｄの２５〜３５％である。

【００３６】各舵ブレード４、５はそれぞれ外舷側に例
えば６０°、内舷側に例えば３０°回転可能である。各
舵ブレード４、５はそれぞれ外舷側に例えば６０°回転
させた状態において、各舵ブレード４、５の前縁部１
６、１７の各先端部間の間隙は最大４０〜５０ｍｍであ
る。

【００３７】以下、上記した構成における作用を説明す
る。船を操縦するために舵１または２に舵角を与えたと
き、舵１、２の回転中心が推進プロベラ３の軸心からそ
れぞれ推進プロペラ３の直径ｄの２５〜３５％の位置に
あるので、推進プロペラ３の後流の流束は十分な投影面
積をもって舵ブレード４、５に当たり、舵ブレード４、
５の頂端板６または７と底端板８または９との間に封じ
込められるようにして舵ブレード４または５の面に流入
する。このため、翼としての揚力あるいは水流の直圧力
としての揚力が大きく発生するとともに、さらに魚尾後
縁部２０または２１において水流の屈折の反力が揚力と
して加わるので大きな揚力が発生する。しかも、舵角を
従来の最大３５°より大きくしても失速することなく揚
力の発生が持続するとともに、舵角が大きくなるほど抗
力が大きくなって船を減速させて船の操縦性を高める。
さらに、舵１、２が二枚であることにより、揚力が最も
大きく発生する舵ブレード前縁部１６、１７近傍の合計
縦長さが舵一枚の場合の二倍近くになり、また、揚力の
もう一つの発生源である魚尾後縁部２０、２１の合計縦
長さも二倍近くに大きくなるので、全体として大きな揚
力を発生させることができる。また、二枚の舵１および
２の舵角の組み合せにより、相互作用の効果で全体とし
ての揚力は更に大きいものになる。

【００３８】従来のマリナー舵５１一枚のシステムにお
いては、舵ブレードの面積を大きくしても、転舵時、推
進プロペラ３の後流が舵ブレードに強く作用するのは部
分的な範囲に止まるため、発生する舵力が面積増大に比
例しない。舵力発生が推進プロペラ後流でなく水流の速
度に依存する範囲が大きくなるため、狭水路や港内にお
いて低速力で航行するときに、水流速度の低下により十
分な舵力を発生することができない。これに対して、本
発明の実施の形態においては、舵ブレード４、５のほぼ
全面に推進プロペラ３の後流が作用し、しかもそのエネ
ルギーが頂端板６、７と底端板８、９との間に封じ込め
られて舵ブレード４、５に作用するので、大きな舵力を
発生することができ、狭水路や港内において低速力で航
行するときでも高い操縦性を発揮できる。

【００３９】従って、舵ブレード４、５の弦長ｃが推進
プロペラ３の直径ｄの６０〜４５％、舵ブレード高さｈ
が推進プロペラ３の直径ｄの約９０％、すなわち二枚の
舵ブレード４、５の合計面積が、舵ブレード弦長ｃ′を
推進プロペラ直径ｄの約１１０％にした従来のマリナー
型一枚舵システムにおけるホーン５３を含めた舵面積の
約５５〜７０％という値であるにもかかわらず、高速力
航行時のみならず狭水路や港内での低速力航行時にも従
来よりも優れた操縦性、すなわち優れた保針性能、旋回
性能、回頭性能、停止性能を発揮する。

【００４０】また、船の直進時の舵中立位置において
は、両舵ブレード４、５のフィン１０、１１は、両舵ブ
レード４、５の間を回転しながら後方に流れる推進プロ
ペラ３の後流の回転エネルギーを前進方向成分を有する
揚力に変換する。フィン端板１２、１３は、フィン１
０、１１の翼端部における端面影響および自由渦の発生
を少なくするとともに、フィン１０、１１の翼面上の揚
力分布を端部まで延長し、また自由渦の一部を前進力に
変換するから、フィン１０、１１の揚力変換効率を高く
する。

【００４１】従って、船の直進時の舵中立位置において
魚尾後縁部２０、２１に生じる粘性圧力抵抗および舵ブ
レード４、５が二枚であることによる自航要素における
推力減少係数の低下傾向は、フィン１０、１１に発生す
る前進方向推力および舵面積が小さいことによる抵抗の
減少によって相殺され、推進効率は従来の一枚舵システ
ムの場合と同等あるいはそれ以上のものになる。

【００４２】また、舵ブレード４、５の寸法が小さく、
舵一枚当たりの舵面積が従来のマリナー型一枚舵システ
ムにおけるホーン５３を含めた舵面積の約２８〜３５％
程度に減少することにより、この舵寸法の短縮は船体長
さを短縮あるいは載貨容量を増加できるという経済的効
果を生み出す。また、舵一枚当たりの構造および重量が
従来のシステムに比べて著しく軽構造化、軽量化される
から、製造が容易になるほか、舵の支持方式を従来のマ
リナー舵方式から簡単な釣舵方式に変えることが可能に
なる。また、舵取機も、２台を合せた合計必要力量が従
来のマリナー型一枚舵システムの場合の５０％程度にな
る、すなわち舵取機一台当たりの力量が従来の約２５％
程度に小さくなるために、従来のシステムにおけるよう
な特別製作の大容量舵取機を使用する必要がなくなる。

【００４３】さらに、二枚の舵１、２のうちの一方の舵
あるいはその舵取機が故障した場合でも他方のものによ
り操船機能を維持でき、従来の一枚舵システムの場合に
比べて安全性が著しく向上する。

【００４４】本実施の形態においては、舵ブレード４、
５はそれぞれ外舷方向に例えば６０°、内舷方向に例え
ば３０°回転可能であり、例えば、図５に示す左舷舵ブ
レード４が左舷６０°、右舷舵ブレード５が左舷３０°
の舵角の組み合せでは、二枚の舵ブレード４、５の間に
おける水流の干渉作用を避けることができ、そのため効
果的に舵力を発生させることができ、船を最大の能力で
もって左旋回させることができる。

【００４５】また、各舵ブレード４、５をそれぞれ外舷
側に転舵すれば、推進プロペラ３の後流によって各舵ブ
レード４、５には揚力と抗力が発生し、揚力は左右で釣
り合って相殺され、残った抗力が推進プロペラ３による
前進推力を減殺する。従って、推進プロペラ３の回転を
制御することなく船に制動力を与えて減速させることが
できる。その究極として、図６に示すように、各舵ブレ
ード４、５をそれぞれ外舷側に最大６０°転舵して両舷
側に張り出した状態では、各舵ブレード４、５は、船の
進行に対する制動板としての制動作用を行う。

【００４６】併せて、各舵ブレード４、５の前縁部１
６、１７の端間間隙ｍが十分小さく、この間隙を通る推
進プロペラ３の後流の後方への逸流量が少ないので、推
進プロペラ３による前進推力が減少するとともに、各舵
ブレード４、５に発生する抗力も最大となって、船を急
速に停止させることができ、安全性が著しく向上する。

【００４７】上記のように各舵ブレード４、５をそれぞ
れ外舷側に転舵するという特性は，船を微速航行させる
ことにも利用できる。すなわち、主機関がディーゼル機
関で推進プロペラ３が固定ピッチの場合は、主機関を最
低回転数であるデッドスロー（極微速）以下に下げるこ
とができず、相当に高い船速が残ってしまうが、この
際、二枚の舵ブレード４、５をそれぞれ外舷側に開くよ
うに転舵し、かつ、その転舵角度を調節することによ
り、舵ブレード４、５に発生する抗力が調節され、これ
により推進プロペラ３による前進推力が相殺されて、船
を主機関のデッドスローに対応する速力から更に減速さ
せることができる。

【００４８】また、上記のごとく舵１、２は大舵角転舵
を行うにもかかわらず、舵取機は、両舷側に同じ大舵角
をとる必要がないため、必要作動角度範囲を小さくする
ことができるという利点がある。

【００４９】逆に、舵取機の可能な限りの最大作動角度
範囲を用いて舵１、２のそれぞれ外舷方向への最大舵角
をより大きくすれば、上記旋回性能、回頭性能、停止性
能を更に向上させることができる。例えば、ロータリー
ベーン式舵取機の場合、最大作動角度範囲を１４０°に
することは容易であるから、この場合、例えば各舵ブレ
ード４、５のそれぞれ外舷方向の舵角を１１０°、内舷
方向の舵角を３０°とすれば、先の実施例における外舷
方向舵角６０°、内舷方向舵角３０°の場合に比べて旋
回性能、回頭性能がより優れるほか、急速停止時におい
ては舵ブレード４、５の各舷側への張り出し面積の増加
により制動力がより増大し、更に、図７に示すように、
舵角１１０°においては、後進推力も発生するから制動
力が更に大きくなる。

【００５０】また、二枚の舵１、２の舵角の組み合わせ
により推進プロペラ３の後流の方向制御を行わせる自由
度が大きくなり、操縦性を更に高めることが可能にな
る。いずれも推進プロペラ３は前進方向回転のままで、
船の属性にもよるが例えば次のような操縦が可能にな
る。すなわち、左舷舵１を左舷に７５°近傍に、右舷舵
２を右舷に７５°近傍にとれば、推進プロペラ３の前進
推力と舵１、２に発生する抗力がほぼ拮抗し、他方、舵
１、２に発生する揚力は左右で打ち消し合うから、船体
をほぼその場にホバリングさせることができる。左舷舵
１を左舷に７０°近傍に、右舷舵２を右舷に２５°近傍
にとれば、船の前進を抑制して船首を左に回頭させるこ
とができる。左舷舵１を左舷に１１０°近傍に、右舷舵
２を右舷に６５°近傍にとれば、船を緩やかに後進させ
つつ船尾を左舷側に回転させることができる。また、左
舷舵１を左舷１１０°近傍に、右舷舵２を右舷に７５°
近傍にとれば、船の後進を速めながら船尾を左舷側に旋
回させることができる。

【００５１】図８は本発明の他の実施の形態を示すもの
である。先に図１〜図４において説明した技術と基本的
に同様の作用を行う部材については、同一番号を付して
説明を省略する。

【００５２】図８に示すように、両舵ブレード４、５の
水平断面輪郭において、各魚尾後縁部２２、２３は、中
間部１８、１９に連続して所定幅の後方端２２ａ、２３
ａに向けて外舷方向片側にのみ徐々に幅を増大させた形
状を有している。

【００５３】この構成により、船の直進時の舵中立位置
において、魚尾後縁部２２、２３における水流による粘
性圧力抵抗を半減させることができ、推進効率を高める
ことができる。

【００５４】反面、魚尾後縁部２２、２３における揚力
の発生が減少することについては、各舵１、２の可能舵
角を内舷方向よりも外舷方向により大きくしたことに鑑
み、魚尾後縁部２２、２３による水流屈折作用をより効
果の大きい外舷側で重点的に行わせることで全体として
の揚力発生の減少を最小限にすることができ、従来の一
枚舵システムの場合よりも優れた操縦性（すなわち優れ
た保針性能、旋回性能、回頭性能、停止性能）を発揮で
きる。

【００５５】図９は本発明の実施の形態において、推進
プロペラ３のボスキャップ３ａに推進プロペラ３の翼３
ｂの発生する後流と同じ方向に後流を発生せしめるフィ
ン３ｃを取り付けた場合を示す図である。

【００５６】推進プロペラ３の翼３ｂの発生する後流
は、その流束中心部においてはハブ渦を発生させ、これ
が推進プロペラ３の前進推力を減少させる力として作用
するので、その分推進効率が低下するが、推進プロペラ
３のボスキャップ３ａに設けたフィン３ｃは推進プロペ
ラ翼３ｂの後流流束の中心部においても後流を作り出す
ので、ハブ渦の発生が抑制される。従って、推進効率の
低下を抑制することができる。

【００５７】推進プロペラ３の後方中心面上に舵５１が
存在する従来の技術においては、舵５１がハブ渦の発生
をある程度抑制する効果を持つのに対して、本発明にお
いては、推進プロペラ３の後方中心には舵が存在しない
ことによりハブ渦が発生し易い条件にある。このため、
ボスキャップ３ａにフィン３ｃを設けてハブ渦の発生を
抑制することの有効度は、従来の舵一枚の技術の場合よ
り極めて大きくなる。

【００５８】本発明の大型船用二枚舵システムにおける
前記の効果を実証するために、模型船による水槽試験を
行うとともに、その試験データに基づいて、典型的な超
大型タンカーの運動のシミュレーション計算を行った。
また、超大型タンカーの実際の標準船型に近い大型模型
船を用いての精細な推進性能試験も行った。これらの結
果を以下に説明する。 （１）模型船による試験 長さ４ｍの模型船を用いて試験水槽による模型試験を行
った。試験は、図１０に示す仕様により、従来のマリナ
ー型一枚舵と本発明の実施の形態による二枚舵システム
の両方について比較する形で行った。

【００５９】船のいろいろな操縦性能の指標となるの
は、推進プロペラを作動させた状態で舵角をとったと
き、舵に作用する横推力と船体に作用する前進推力の大
きさであり、また、船の直進時の推進性能は舵中立位置
において船体に作用する前進推力の大きさであるので、
模型試験ではそれらの値を計測した。それらの結果を図
１１に示す。なお、各推力の大きさは、船を拘束して推
進プロペラを作動させたときの推進プロペラ推力を１と
して、それに対する比で無次元化して表している。

【００６０】図１１から分かるように、本発明による二
枚舵システムは、舵中立位置を除くすべての舵角におい
て、従来のマリナー型一枚舵に比べて、横推力において
は上回り、前推進力においては下回っている。すなわ
ち、舵角をとったとき、船をより減速させるとともに横
に押す力がより大きい。また、３５°以上の大舵角まで
推力が持続している。

【００６１】これらのことから、本発明の二枚舵システ
ムは、従来のマリナー型一枚舵よりも船の操縦性能が優
れていることが実証された。また、舵中立位置における
前進推力については両者の間に有意の差は認められず、
本発明の二枚舵システムは従来のマリナー型一枚舵の場
合と同等の推進性能を有すると言える。 （２）船体運動のシミュレーション計算 上記水槽試験によって得られたデータに基づいて、典型
的な超大型タンカーについて、その旋回運動と１０°／
１０°ジグザグ試験の運動のシミュレーション計算を行
った。その結果を図１２〜図１３に示す。

【００６２】図１２により、本発明の実施の形態による
二枚舵システムは、旋回圏直径、旋回縦距、旋回横距の
いずれにおいても、従来のマリナー型一枚舵よりも優れ
ていることが分った。

【００６３】また、図１３により、本発明の実施の形態
による二枚舵システムは、１０°／１０°ジグザグ試験
における、とくに問題とされる第二次オーバーシュート
角が従来のマリナー型一枚舵の場合に比べて大きく優れ
ていることが分った。 （３）超大型タンカーの船型による水槽試験 本発明の実施の形態を超大型タンカーに適用した場合の
推進性能をより精細に調べるために、３００，０００Ｄ
ＷＴ型超大型タンカーの実際の標準船型に近い既存の一
枚舵用模型船（長さ７ｍ）を用いて、水槽試験を行っ
た。試験の対象とした超大型タンカーと舵の仕様は図１
４に示す通りであり、同じ船体模型に従来のマリナー型
一枚舵を取り付けた場合と本発明の実施の形態による二
枚舵システムを取り付けた場合のそれぞれについて推進
性能試験を行い、両者を比較した。

【００６４】試験の計測値からブレーキ馬力を求めてプ
ロットしたものを図１５に示す。これによると、航海速
力１６ノットでは、本発明の実施の形態による二枚舵シ
ステムの場合は、従来のマリナー型一枚舵の場合に比べ
て約２％大きいブレーキ馬力を必要とするという試験結
果となった。

【００６５】しかし、一枚舵用の船体模型をそのままに
して二枚舵を取り付けて試験を行ったことに対する修正
が、また、試験の結果判明した船尾とプロペラ付近の水
流の挙動に適合するような舵設計の修正、例えば舵断面
形状の修正、頂・底端板の傾斜角と面積の修正、二枚の
舵の軸中心間隔の修正などが必要である。これらのうち
図１４から判るように極端に大きなものになっているス
ケグの縮小化が必要であることは明らかである。

【００６６】本試験では、とりあえず、この大きなスケ
グを内舷側に２°の角度を設けて取り付けることで抵抗
を減らす措置をとった。さらに、この模型船試験では付
けていないが、実際の船では、推進プロペラのハブ渦損
失を解消して推進効率を改善するためにプロペラボスキ
ャップにフィンを付けるのが通例である。この場合、推
進効率の改善度は二枚舵の場合は一枚舵の場合より最低
３％以上大きいことが知られている。

【００６７】本発明の実施の形態による二枚舵システム
の試験結果に上記の修正を加えれば、試験結果よりも最
低でも３％以上良くなることが予想され、従って、従来
のマリナー型一枚舵の場合よりも約１％以上推進効率が
高くなると予想される。さらに、スケグの縮小化による
抵抗減少および前記諸項目の最適化を考慮すれば、この
差はさらに大きくなると予想される。

【００６８】以上、図１１，図１２〜図１３および図１
５から分るように、本発明の実施の形態による二枚舵シ
ステムは、舵寸法が極めて小さいにもかかわらず、従来
のマリナー型一枚舵に比べて、転舵時の横推力、前進推
力の面において優れていて高い操縦性能を発揮する一
方、直進時の推進抵抗がほぼ同じかより少なく、ほぼ同
等あるいはそれ以上の推進性能を有するという試験およ
びシミュレーション結果が得られた。

【００６９】次に、本発明の効果が模型試験およびシミ
ュレーションにより実証されたことにより、ＩＭＯ（国
際海事機関）の規定による操縦性能に対する要求事項を
満足させるようにした３００，０００ＤＷＴ型超大型タ
ンカーに本発明を適用した場合について、従来のシステ
ムの場合と比較する形で、試設計を行った。その結果を
図１６に示す。

【００７０】これにより、本発明による二枚舵システム
を適用した３００，０００ＤＷＴ型超大型タンカーにお
いては、従来のマリナー型一枚舵を適用した場合に比べ
て、総舵面積が可動部のみで約７７％に減少し、総舵ト
ルクすなわち総舵取機必要力量が約５０％に減少するこ
とがわかった。

【００７１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、推進
プロペラ後流を有効に利用可能なように舵ブレードの弦
長を推進プロペラ直径のほぼ半分程度とした二枚の高揚
力舵を一基の推進プロペラの後方に配置し、両舵の舵角
の組み合せを最も有効になるように制御することによ
り、大型船に対して高速力航行時のみならず低速力航行
時においても優れた操縦性能すなわち優れた保針性能、
旋回性能、回頭性能、停止性能を与えることができて、
なおかつ、推進性能も従来の一枚舵システムの場合と同
等あるいはそれ以上の性能を確保でき、また、舵寸法の
短縮により船体長さの短縮あるいは載貨容量の増加とい
う経済的効果を生み出すほか、舵を軽構造化することが
でき、舵取機の必要力量も小さくすることができ、さら
に、一方の舵あるいはその舵取機が故障した場合でも操
船機能を確保できて安全な大型船用の舵システムを提供
することができる。

【００７２】例えば、本発明の大型船用二枚舵システム
をＩＭＯ（国際海事機関）の規定による操縦性能に対す
る要求事項を満足させるようにした超大型タンカーに適
用した場合、マリナー型一枚舵を装備した従来の舵シス
テムの場合に比べて、舵面積は二枚合計で約６０〜８０
％程度に減少し、舵トルクすなわち舵取機必要力量は合
計して約５０％程度に減少する。それにもかかわらず、
船の操縦性能は従来の一枚舵システムの場合よりも優れ
ており、また、推進性能は従来の場合と同等あるいはそ
れ以上の性能を確保できるという卓越した効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における大型船用二枚舵シ
ステムを示す背面図である。

【図２】同大型船用二枚舵システムの図１におけるａ−
ａ矢視断面平面図である。

【図３】同大型船用二枚舵システムの図１におけるｂ−
ｂ矢視側面図である。

【図４】同大型船用二枚舵システムの図１におけるｃ−
ｃ矢視側面図である。

【図５】同大型船用二枚舵システムの作動を示す説明図
である。

【図６】同大型船用二枚舵システムの作動を示す説明図
である。

【図７】同大型船用二枚舵システムの作動を示す説明図
である。

【図８】本発明の他の実施の形態における大型船用二枚
舵システムを示す部分断面平面図である。

【図９】同大型船用二枚舵システムにおいて推進プロペ
ラにボスキャップフィンを設けた場合の部分断面平面図
である。

【図１０】同大型船用二枚舵システムについての模型船
による試験のための模型船仕様を示す図表である。

【図１１】同大型船用二枚舵システムについての模型船
による横推力と前進推力の計測試験の結果を示すグラフ
である。

【図１２】同大型船用二枚舵システムを適用した超大型
タンカーについて旋回性能のシミュレーションの結果を
示すグラフである。

【図１３】同大型船用二枚舵システムを適用した超大型
タンカーについて１０°／１０°ジグザグ試験のシミュ
レーションの結果を示すグラフである。

【図１４】同大型船用二枚舵システムについての超大型
タンカー模型船による試験の対象とした船と舵の仕様と
舵装備状態を示す図である。

【図１５】同大型船用二枚舵システムについての超大型
タンカー模型船による推進性能試験の結果を示すグラフ
である。

【図１６】同大型船用二枚舵システムについての実船適
用の試設計の結果を示す図表である。

【図１７】従来の大型船用舵システムを示す背面図であ
る。

【図１８】同大型船用舵システムの図１７におけるｄ−
ｄ矢視側面図である。

【符号の説明】

１ 高揚力舵（左舷） ２ 高揚力舵（右舷） ３ 推進プロペラ ３ａ ボスキャップ ３ｂ 翼 ３ｃ フィン ４ 左舷舵ブレード ５ 右舷舵ブレード ６ 左舷頂端板 ７ 右舷頂端板 ８ 左舷底端板 ９ 右舷底端板 １０ 左舷フィン １０ａ 左舷フィン端面 １１ 右舷フィン １１ａ 右舷フィン端面 １２ 左舷フィン端板 １３ 右舷フィン端板 １４ 左舷舵軸 １５ 右舷舵軸 １６ 左舷前縁部 １７ 右舷前縁部 １８ 左舷中間部 １８ａ 最小幅部 １８ｂ 最大幅部 １９ 右舷中間部 １９ａ 最小幅部 １９ｂ 最大幅部 ２０ 左舷魚尾後縁部 ２０ａ 後方端 ２１ 右舷魚尾後縁部 ２１ａ 後方端 ２２ 左舷魚尾後縁部 ２２ａ 後方端 ２３ 右舷魚尾後縁部 ２３ａ 後方端 ５１ マリナー舵 ５２ 船尾 ５３ ホーン ５４ ピントル α 迎え角 ｄ 推進プロペラ直径 ｃ 舵ブレード平均弦長 ｈ 舵ブレード高さ ｓ 舵回転中心と推進プロペラ軸心との間の間隔 ｍ 舵ブレード前縁端間の間隙 ｃ′ 舵ブレード平均弦長

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鍋島 健治郎 大阪府大阪市城東区鴫野西１丁目15番１号 パーク沢瀉ジャパン・ハムワージ株式会社 内 (72)発明者 有井 俊彦 大阪府大阪市城東区鴫野西１丁目15番１号 パーク沢瀉ジャパン・ハムワージ株式会社 内 (72)発明者 若林 喬之 大阪府高槻市西町55−13

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一基の推進プロペラの後方に推進プロペ
   ラ軸心に対して対称の位置にほぼ平行に一対の高揚力舵
   を配設してなり、各高揚力舵が舵ブレードの頂端部と底
   端部にそれぞれ頂端板と底端板を有し、各舵ブレードが
   水平断面の輪郭が前方へ半円形状に突出させた前縁部と
   前縁部に連続して流線型に幅を最大幅部まで増大させた
   後に最小幅部に向けて徐々に幅を減少させた中間部と中
   間部に連続して所定幅の後方端に向けて徐々に幅を増大
   させた魚尾後縁部からなる形状を有し、各舵ブレードの
   内舷側の面上で推進プロペラの軸心とほぼ同じ水準位置
   にほぼ前縁部から後方に向けて所定の翼弦長を有するフ
   ィンを設け、推進プロペラ翼が上昇方向に回転する舷側
   に対向する一方の舵ブレードのフィンは流れの上向き方
   向の成分を有する推進プロペラ後流によって発生する前
   進方向推力と抗力の比が最大となる迎え角をなす姿勢を
   有し、推進プロペラ翼が下降方向に回転する舷側に対向
   する他方の舵ブレードのフィンは流れの下向き方向の成
   分を有する推進プロペラ後流によって発生する前進方向
   推力と抗力の比が最大となる迎え角をなす姿勢を有する
   高揚力二枚舵システムにおいて、 各舵ブレードの弦長を推進プロペラ直径の６０〜４５％
   にしたことを特徴とする大型船用二枚舵システム。
2. 【請求項２】 各高揚力舵の回転中心と推進プロペラ軸
   心との間の間隔を推進プロペラ直径の２５〜３５％と
   し、各高揚力舵をそれぞれ外舷側に最大舵角転舵した状
   態で各舵ブレード前縁端の間の間隙が最大４０〜５０ｍ
   ｍであるように構成したことを特徴とする請求項１に記
   載の大型船用二枚舵システム。
3. 【請求項３】 左右の高揚力舵はそれぞれ外舷方向に内
   舷方向よりも大きい舵角をとれるように構成したことを
   特徴とする請求項１又は２に記載の大型船用二枚舵シス
   テム。
4. 【請求項４】 各魚尾後縁部を中間部に連続して所定幅
   の後方端に向けて外舷方向片側にのみ徐々に幅を増大さ
   せるように構成したことを特徴とする請求項１〜３の何
   れか１項に記載の大型船用二枚舵システム。
5. 【請求項５】 各舵ブレードのフィンの端面に所定長さ
   だけ上方、下方、上下両方の何れかに屈曲する端板を設
   けたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載
   の大型船用二枚舵システム。
6. 【請求項６】 推進プロペラのボスキャップに推進プロ
   ペラ翼の発生する推進プロペラ後流と同じ方向に後流を
   発生せしめるフィンを設けるように構成したことを特徴
   とする請求項１〜５の何れか１項に記載の大型船用二枚
   舵システム。