JP2005145397A - フィン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】舵側の施工のみで対応することができ、構造も単純で効率よく動作することができるようにしたフィン装置を提供する。
【解決手段】船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵１の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置であって、舵１の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィン２０と、二次元翼型フィン２０の両端部の垂直面２５に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィン５０とにより構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置に関する。

従来の技術としては、例えば特許文献１の特許第３００４２３８号公報及び特許文献２の特許第２８３７９４８号公報に示すようなものがある。
すなわち、特許文献１では、プロペラ後方の舵に翼断面をもつフィンと、平坦部をもつお椀状の先端部を有する小型バルブで構成された推進性能向上装置に関する技術、また、特許文献２では、舵の両面から横方向に延出するフィンを有し、舵の前縁でフィン取付け位置に、プロペラボスキャップに近接するように前方に略半球面をもつ突部で構成された船舶用舵に関する技術が開示されている。

また、別の従来技術として、特許文献３の特開２００１−１３８９８６号公報には、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の船型に対し、プロペラ前方の左右舷に、翼端部が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ーを有するフィンを各々１枚有し、舵の両面から横方向に延出した舵付きフィンを有する技術が開示されている。

特許第３００４２３８号公報 特許第２８３７９４８号公報 特開２００１−１３８９８６号公報

しかしながら、このような従来の技術では、特許文献１では、平坦部を有するお椀状の先端部の小型バルブ形状では、構造が複雑で作りづらく、更に舵側面から張出したフィンは大きく、大角度で操舵した場合プロペラと接触する恐れがあるという問題点があった。更に、特許文献２では、略半球面をもつ突部形状と舵の側面に延びるフィンの構成により、構造的に複雑でコストの高いものになるという問題点があった。

また、特許文献３では、船体そのものにフィンを設ける構造と、舵に設けたフィンと協働させるようにしたもので、船体に設けるフィンの施工が大変でコスト高となり、更に、舵は常に作動しており、各々のフィンの相対関係が変化しており、効率の良い動作を期待しにくい場合があるという問題点があった。

本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、舵側の施工のみで対応することができ、構造も単純で効率よく動作することができるようにしたフィン装置を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］ 船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵（１）の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置であって、
前記舵（１）の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィン（２０）と、
前記二次元翼型フィン（２０）の両端部の垂直面（２５）に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィン（５０）と、
により構成されることを特徴とするフィン装置。

［２］ 船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵（１）の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置であって、
前記舵（１）の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィン（２０）と、前記二次元翼型フィン（２０）の両端部の垂直面（２５）に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィン（５０）とより成り、
前記中央コア部分を形成する左右舷対称の二次元翼型フィン（２０）の縦断面形状は、先端部（２１）を横向き半円筒形状で形成し、舵（１）の側部の翼の後縁に向かって全体を絞り込んで滑らかな曲線で結んだ水滴型形状としたことを特徴とするフィン装置。

［３］ 船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵（１）の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置であって、
前記舵（１）の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィン（２０）と、前記二次元翼型フィン（２０）の両端部の垂直面（２５）に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィン（５０）とより成り、
左右舷一対の前記非対称翼型フィン（５０）は、前記二次元翼型フィン（２０）の左右舷両端部の垂直面（２５）内に収まる翼断面形状で取付け迎角をもって接合され、プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、左舷翼では圧力面を下面としたことを特徴とするフィン装置。

［４］ 船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵（１）の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置であって、
前記舵（１）の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィン（２０）と、前記二次元翼型フィン（２０）の両端部の垂直面（２５）に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィン（５０）とより成り、
前記中央コア部分を形成する左右舷対称の二次元翼型フィン（２０）の縦断面形状は、先端部（２１）を横向き半円筒形状で形成し、舵（１）の側部の翼の後縁に向かって全体を絞り込んで滑らかな曲線で結んだ水滴型形状とし、
左右舷一対の前記非対称翼型フィン（５０）は、前記二次元翼型フィン（２０）の左右舷両端部の垂直面（２５）内に収まる翼断面形状で取付け迎角をもって接合され、プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、左舷翼では圧力面を下面としたことを特徴とするフィン装置。

［５］ 前記二次元翼形フィンは、先端部半円の円弧形状の最大直径はプロペラ径の０．１６から０．１８倍程度とし、最大幅はプロペラ径の０．１８から０．２０倍程度で、被装着部である舵（１）の最大厚さより大き目の値とし、翼最大弦長はプロペラ径の０．４倍程度、翼前縁の後退角度は０度、取付け迎角はプロペラ軸心高さ位置に平行の０度、翼前縁を舵（１）前端より突出させ、プロペラボスキャップとの間隔を実船寸法において１００ミリメートルから２００ミリメートル程度としたことを特徴とする項１，２，３または４に記載のフィン装置。

［６］ 前記非対称翼型フィン（５０）は、プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、取付け迎角は翼後縁を基点に低速船では０度から−４度、中速船及び高速船では０度から＋４度とし、左舷翼では圧力面を下面とし、取付け迎角は翼後縁を基点に低速船から中速船及び高速船まで０度から−４度とし、舵（１）中心線より左右舷に張り出す翼最大幅はプロペラ径の０．３５倍程度、舵（１）中心線における翼最大弦長はプロペラ径の０．４倍程度、翼前縁の後退角度を３５度程度で形成されたことを特徴とする項１，２，３，４または５に記載のフィン装置。

すなわち、上記の課題を解決するために本発明では新しい発想に基づく複合翼型フィン装置を提案するものである。その基本骨子は、中央部コア部分として、低速船から中速船及び高速船の伴流利得効果に有効に働く最適な翼縦断面形状を有する左右舷対称の二次元翼型フィン（２０）を、またサイド部分として、推進効率の向上に最も寄与するスラスト減少係数を改善するために、最適翼断面形状と最適取付け迎角を有する左右舷一対の非対称翼型フィン（５０）を採用し、複合的に推進性能の向上を狙っている。

中央部コア部分を形成する最適翼縦断面形状に至ったのは、従来の小型バルブ形状を有する省エネルギー装置の水槽試験結果に基づき、伴流利得効果を左右する重要なパラメーターの一つとして、中央部を形成する小型バルブ等の最大横断面積に着目し、中央部を形成するコア形状が従来の小型バルブ形状と異なっても、その形状が有する最大横断面積が従来の最適最大横断面積と同等であれば、同等の伴流利得効果が期待できることがわかった。

この結論に基づき、中央部コア部分の形状として、左右舷対称形状の二次元翼型フィン（２０）が提案された。この二次元翼型フィン（２０）の最大の特徴である縦断面形状は、翼の先端部（２１）を半円の円弧形状で形成し、翼の後縁に向かって全体を絞り込んで滑らかな曲線で結んだ水滴型形状としてある。また、舵（１）中心線より左右舷に張り出す翼の最大幅は、装着部の舵（１）の最大厚さより若干大きめの値としてある。

このような二次元翼型フィン（２０）であれば最大横断面形状は四角形となり、同一寸法で設計した場合、従米の小型バルブ形状の円弧最大横断面積より大きな最大横断面積を有するように出来るため、伴流利得効果の観点から有利に働く。具体的に低速船から中速船及び高速船に最適な二次元翼型フィン（２０）の形状を示すと、翼先端部（２１）における半円の円弧形状の最大直径はプロペラ径の約０．１６から約０．１８倍程度、舵（１）中心線より左右舷に張り出す翼最大幅はプロペラ径の約０．１８から約０．２０倍程度として、必ず舵（１）の最大厚さより大きくするものである。

次に、左右舷に張り出したサイド部分の翼型フィンについては、プロペラ後流の回転エネルギーを効率的に回収してスラスト減少係数の改善を狙い、最適な翼断面形状と低速船から中速船及び高速船に最適な取付け迎角を有する左右舷一対の非対称翼型フィン（５０）を提案した。具体的には、舵（１）中心線より左右舷に張り出す翼の最大幅はプロペラ径の約０．３５倍程度、舵（１）中心線における翼最大弦長は二次元翼型フィン（２０）の翼最大弦長と同じ、さらに、翼前縁の後退角度を約３５度程度と最適化を図っている。

翼断面形状及び取付け迎角については、プロペラ回転が右回転の場合、右舷翼では圧力面を上面とし、取付け迎角は翼の後縁を基点に低速船では０度から−４度、中速船及び高速船では０度から＋４度とする。左舷翼では圧力面を下面とし、取付け迎角は翼の後縁を基点に低速船から中速船及び高速船まで０度から−４度とする。

なお、翼断面形状及び取付け迎角の全ては二次元翼型フィン（２０）の左右舷両端部の形状に収まるようにする。また、左右舷の非対称翼型フィン（５０）の接合方法についても新しい工夫がなされている。すなわち、コア部分を形成している二次元翼型フィン（２０）の翼最大幅を、装着位置における舵（１）の最大厚さより大きくし、二次元翼型フィン（２０）の左右舷端部に平らな垂直面（２５）を確保することにより、ここに左右舷非対称翼型フィン（５０）を接合するものである。複雑な曲面への接合と異なり、少ない手間で精度の高い接合が可能である。

前記本発明は次のように作用する。
本発明に係るフィン装置は、複合翼型をしており、プロペラ後方に位置する舵（１）の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着して船舶運航時の燃費節減がなされる。すなわち、フィン装置は、プロペラの後流を先端部（２１）の二次元翼型フィンで受け、続く非対称翼型フィンに流すことにより、推力として回収し、省エネルギーを図るものである。

二次元翼型フィン（２０）は、舵（１）の前縁部から側部にかけて設けられ、左右舷対称の二次元形状をしているので、形状を作るのに大きなコストはかからない。特に縦断面形状を、先端部（２１）を横向き半円筒形状で形成し、舵（１）の側部の翼の後縁に向かって全体を絞り込んで滑らかな曲線で結んだ水滴型形状とし、抵抗削減を計っている。

一対の非対称翼型フィン（５０）は、二次元翼型フィン（２０）の両端部の垂直面（２５）に左右舷側で接合するよう延設されるので、舵（１）の形状とは関わらず、平面的な接合となる。また、二次元翼型フィン（２０）の左右舷両端部の垂直面（２５）内に収まる翼断面形状で取付け迎角をもって接合され、二次元翼型フィンの範囲内にあるので、コンパクトで干渉の恐れもない。

また、左右舷一対の非対称翼型フィン（５０）は、プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、左舷翼では圧力面を下面とし、プロペラ後流の回転エネルギーを効率よく回収する。

本発明にかかるフィン装置によれば、二次元翼型フィンに非対称フィンを接合するようにしたので構造的に単純で、形状が簡単で、通常の舵と同様に鋼板の曲げ・溶接加工での製作も可能であり、余計なコストをかけることなく、優秀な性能の省エネルギー用のフィン装置とすることができる。

以下、図面に基づき本発明の好適な一実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の一実施の形態を示している。
フィン装置１０は、船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵１の前縁部のプロペラ軸の高さ位置２に装着される複合翼型をしており、舵１の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィン２０と、二次元翼型フィン２０の両端部の垂直面２５に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィン５０とより成る。

中央コア部分を形成する左右舷対称の二次元翼型フィン２０の縦断面形状は、先端部２１を横向き半円筒形状で形成し、舵１の側部の翼の後縁に向かって全体を絞り込んで滑らかな曲線で結んだ水滴型形状に形成されている。二次元翼型フィン２０の両端面は垂直面２５をなしている。

中央コア部分である左右舷対称形状の二次元翼型フィン２０は、舵１の最大厚さより若干大きく、左右舷に張り出した翼最大幅２６を有し、かつ舵１前縁より突出している。図１中に破線で示しているように、二次元翼型フィン２０の左右舷両端部の先端部は、最大横断面積に影響を及ぼさない範囲で中心部に向かって端部２７を斜めに切断してもよい。これは、二次元翼型フィン２０の誘導抵抗を少しでも減少させることを狙ったものである。

また、二次元翼型フィン２０から両側に張り出す左右舷一対の非対称翼型フィン５０は、二次元翼型フィン２０の左右舷両端部の垂直面２５内に収まる翼断面形状と最適な取付け迎角で接合されている。プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、左舷翼では圧力面が下面となっている。また、プロペラ回転が左回転の場合は、この逆となる。

さらに具体的に説明すると、二次元翼型フィン２０は、先端部２１の半円の円弧形状の最大直径２２はプロペラ径の０．１６から０．１８倍程度とし、左右舷に張り出した翼最大幅２６は、プロペラ径の０．１８から０．２０倍程度で、被装着部である舵１の最大厚さ２より大き目の値とされている。

二次元翼型フィン２０の翼最大弦長２４はプロペラ径の０．４倍程度、翼前縁の後退角度は０度、取付け迎角はプロペラ軸心高さ位置に平行の０度、翼前縁２１を舵１前端より突出させ、プロペラボスキャップ５との間隔６を実船寸法において１００ミリメートルから２００ミリメートル程度とされている。

さらに、非対称翼型フィン５０は、プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、取付け迎角５１は翼後縁を基点に低速船では０度から−４度、中速船及び高速船では０度から＋４度とし、左舷翼では圧力面を下面とし、取付け迎角は翼後縁を基点に低速船から中速船及び高速船まで０度から−４度とし、舵１中心線より左右舷に張り出す翼最大幅５２はプロペラ径の０．３５倍程度、舵１中心線における翼最大弦長はプロペラ径の０．４倍程度、翼前縁の後退角度５３を３５度程度で形成されている。

次に作用を説明する。
フィン装置１０は、複合翼型をしており、プロペラ後方に位置する舵１の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着して船舶運航時の燃費節減がなされる。すなわち、フィン装置１０は、プロペラの後流を先端部の二次元翼型フィン２０で受け、続く非対称翼型フィン５０に流すことにより、推力として回収し、省エネルギーを図るものである。

二次元翼型フィン２０は、舵１の前縁部から側部にかけて設けられ、左右舷対称の二次元形状をしているので、形状を作るのに大きなコストはかからない。特に縦断面形状を、先端部を横向き半円筒形状で形成し、舵１の側部の翼の後縁に向かって全体を絞り込んで滑らかな曲線で結んだ水滴型形状とし、抵抗削減を計っている。

一対の非対称翼型フィン５０は、二次元翼型フィン２０の両端部の垂直面２５に左右舷側で接合するよう延設されるので、舵１の形状とは関わらず、平面的な接合となる。また、二次元翼型フィン２０の左右舷両端部の垂直面２５内に収まる翼断面形状で取付け迎角をもって接合され、二次元翼型フィン２０の範囲内にあるので、コンパクトで干渉の恐れもない。

また、左右舷一対の非対称翼型フィン５０は、プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、左舷翼では圧力面を下面とし、プロペラ後流の回転エネルギーを効率よく回収する。

大型低速船を対象に実施した水槽試験によると、本発明による複合翼型フィン装置の省エネルギー効果(馬力節減効果)は、満載状態の常用出力時に約５．２％、バラスト状態の常用出力時に約３．５％であった。下記に水槽試験結果の比較を示す。なお、中速船及び高速船に本装置を装着した場合の水槽試験については今後引き続き実施を予定している。

＜大型低速船の水槽試験結果＞
・満載状態（Ｆｎ＝０．１５）
・本装置なしの状態で推進効率０．７１３（ＢＨＰ＝１６，４９９ｋｗ）
・本装置装備の状態で推進効率０．７５２（ＢＨＰ＝１５，６３９ｋｗ）
馬力節減効果５．２％
・バラスト状態（Ｆｎ＝０．１６）
・本装置なしの状態で推進効率０．７５９（ＢＨＰ＝１７，６１６ｋｗ）
・本装置装備の状態で推進効率０．７８６（ＢＨＰ＝１６，９９１ｋｗ）
馬力節減効果３．５％

本発明の一実施の形態に係るフィン装置を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るフィン装置を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係るフィン装置を示す正面図である。 本発明の一実施の形態に係るフィン装置の縦断面図である。

符号の説明

１…舵
１０…フィン装置
２０…二次元翼型フィン
２１…先端部
２５…垂直面
５０…非対称翼型フィン

Claims (6)

1. 船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置であって、
   前記舵の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィンと、
   前記二次元翼型フィンの両端部の垂直面に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィンと、
   により構成されることを特徴とするフィン装置。
2. 船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置であって、
   前記舵の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィンと、前記二次元翼型フィンの両端部の垂直面に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィンとより成り、
   前記中央コア部分を形成する左右舷対称の二次元翼型フィンの縦断面形状は、先端部を横向き半円筒形状で形成し、舵の側部の翼の後縁に向かって全体を絞り込んで滑らかな曲線で結んだ水滴型形状としたことを特徴とするフィン装置。
3. 船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置であって、
   前記舵の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィンと、前記二次元翼型フィンの両端部の垂直面に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィンとより成り、
   左右舷一対の前記非対称翼型フィンは、前記二次元翼型フィンの左右舷両端部の垂直面内に収まる翼断面形状で取付け迎角をもって接合され、プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、左舷翼では圧力面を下面としたことを特徴とするフィン装置。
4. 船舶運航時の燃費節減を図るために、プロペラ後方に位置する舵の前縁部のプロペラ軸の高さ位置に装着する複合翼型のフィン装置であって、
   前記舵の前縁部から側部にかけて設けられ、中央コア部分をなす左右舷対称の二次元翼型フィンと、前記二次元翼型フィンの両端部の垂直面に左右舷側で接合するよう延設された一対の非対称翼型フィンとより成り、
   前記中央コア部分を形成する左右舷対称の二次元翼型フィンの縦断面形状は、先端部を横向き半円筒形状で形成し、舵の側部の翼の後縁に向かって全体を絞り込んで滑らかな曲線で結んだ水滴型形状とし、
   左右舷一対の前記非対称翼型フィンは、前記二次元翼型フィンの左右舷両端部の垂直面内に収まる翼断面形状で取付け迎角をもって接合され、プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、左舷翼では圧力面を下面としたことを特徴とするフィン装置。
5. 前記二次元翼型フィンは、先端部半円の円弧形状の最大直径はプロペラ径の０．１６から０．１８倍程度とし、最大幅はプロペラ径の０．１８から０．２０倍程度で、被装着部である舵の最大厚さより大き目の値とし、翼最大弦長はプロペラ径の０．４倍程度、翼前縁の後退角度は０度、取付け迎角はプロペラ軸心高さ位置に平行の０度、翼前縁を舵前端より突出させ、プロペラボスキャップとの間隔を実船寸法において１００ミリメートルから２００ミリメートル程度としたことを特徴とする請求項１，２，３または４に記載のフィン装置。
6. 前記非対称翼型フィンは、プロペラ回転が右回転の場合には、右舷翼では圧力面を上面とし、取付け迎角は翼後縁を基点に低速船では０度から−４度、中速船及び高速船では０度から＋４度とし、左舷翼では圧力面を下面とし、取付け迎角は翼後縁を基点に低速船から中速船及び高速船まで０度から−４度とし、舵中心線より左右舷に張り出す翼最大幅はプロペラ径の０．３５倍程度、舵中心線における翼最大弦長はプロペラ径の０．４倍程度、翼前縁の後退角度を３５度程度で形成されたことを特徴とする請求項１，２，３，４または５に記載のフィン装置。
   
   

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