JP2009255835A - Finned rudder - Google Patents

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大輔 松本
Toshinobu Sakamoto
利伸 坂本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve propulsion performance by attaching a fin which generates thrust in the forward motion direction by utilizing rising, falling, and swirling flows near a rudder surface. <P>SOLUTION: This finned rudder 10 is disposed rearward of a screw propeller that rotates clockwise as viewed from a stern side during forward motion for changing the course of a ship 1 and provided with a first fin 12 and a second fin 14 in respective rudder surfaces 11, 13. One end of the first fin 12 is attached at a position higher than a center position of the screw propeller on a leading edge side of a central portion of the rudder surface 11, and one end of the second fin 14 is attached at a position lower than the center position of the screw propeller on the leading edge side of the central portion of the rudder surface 13. The other end of the first fin 12 extends at an upward inclination to a position inside the rotation radius of the screw propeller where the upward flow is strong, and the other end of the second fin 14 extends horizontally to a position inside the rotation radius of the screw propeller where the downward flow is strong. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、船舶に装備されて船舶の針路方向を変更するフィン付き舵に関するものである。   The present invention relates to a finned rudder that is mounted on a ship and changes the course direction of the ship.

従来、推進性能を向上させるため、プロペラ回転流を推進方向の流れに変える構造、例えば、舵バルブの軸心中心位置から両舷側に、プロペラ軸心から離れるに従って変化する流入角に対応して傾斜角(捩じり角)を設定した水平フィン(特許文献1)に開示されたものが知られている。また、推進性能向上のために、プロペラ軸心近傍の舵前縁にバルブを付加し、バルブと一体となった左右の高さが同じ水平フィンを付加したもの(特許文献2)が知られている。
特開平6−305487号公報 特開平11−139395号公報
Conventionally, in order to improve propulsion performance, a structure that changes the propeller rotational flow into a flow in the propulsion direction, for example, tilts from the center position of the rudder valve shaft to both sides, corresponding to the inflow angle that changes as the propeller shaft is separated The thing disclosed by the horizontal fin (patent document 1) which set the angle | corner (torsion angle) is known. Also, in order to improve propulsion performance, a valve is added to the rudder front edge near the propeller shaft center, and horizontal fins with the same left and right height integrated with the valve are added (Patent Document 2). Yes.
JP-A-6-305487 JP 11-139395 A

しかしながら、本発明者らは、一軸右回り船のプロペラが作動している後方の舵まわりの流れ場を詳細に解析した結果、舵板前縁位置では図12に示すような水の流れが生じ、舵軸中心位置では図13に示すような水の流れが生じていることを発見した。すなわち、図12および図13から、船舶用舵Rの左舷側(図12および図13において右側)では、スクリュープロペラの回転半径P内側で、かつ、スクリュープロペラの中心位置Cよりも上方側で上向きの流れが強くなり、船舶用舵Rの近傍では下向きの流れが強くなっていることがわかる。一方、舵の右舷側(図12および図13において左側)では、スクリュープロペラの回転半径内側で、かつ、スクリュープロペラの中心位置よりも下方側で下向きの流れが強くなり、船舶用舵Rの近傍では下向きの流れが強くなっていることがわかる。
したがって、プロペラ後流の舵軸中心位置では上述したようにプロペラ回転方向の異なる左右舷において、中心位置Cよりも上方と下方とで流れ、および流れの強さが顕著に異なっている。このため、特許文献1や特許文献2に記載のように、軸心中心位置、軸心位置近傍から両舷側に同じ高さで設けた水平フィンでは、プロペラ後流で効率的に推進効率を向上させることができないという問題がある。
なお、レイノルズ数:1080000、スクリュープロペラの回転数:7.8rpsにおける流場解析結果である図12および図13は船首側から見た前進時の図であり、図示しないスクリュープロペラは、前進時に船尾側から見て右回転している。また、図中において矢印の向きはその面内における流れの向き、矢印の長さは流れの大きさを示している。特に、舵右舷側のプロペラ中心線より下側で下向き流れが強くなっている。
However, as a result of detailed analysis of the flow field around the rear rudder where the propeller of the uniaxial clockwise ship is operating, the present inventors have produced a water flow as shown in FIG. It was discovered that a water flow as shown in FIG. 13 occurs at the center position of the rudder shaft. That is, from FIG. 12 and FIG. 13, on the port side of the boat rudder R (right side in FIG. 12 and FIG. 13), it is on the inner side of the rotation radius P of the screw propeller and above the center position C of the screw propeller. It can be seen that the downward flow becomes stronger near the rudder R for the ship. On the starboard side of the rudder (left side in FIGS. 12 and 13), on the other hand, the downward flow is stronger inside the screw propeller and below the center position of the screw propeller, and in the vicinity of the ship rudder R. Then we can see that the downward flow is getting stronger.
Therefore, at the rudder shaft center position in the wake of the propeller, the flow and the strength of the flow are remarkably different above and below the center position C in the left and right side where the propeller rotation direction is different as described above. For this reason, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the horizontal fins provided at the same height on both sides from the axial center position and the vicinity of the axial center efficiently improve the propulsion efficiency in the wake of the propeller. There is a problem that cannot be made.
The flow field analysis results at Reynolds number: 1080000 and screw propeller rotation speed: 7.8 rps are shown in FIG. 12 and FIG. 13 when moving forward as seen from the bow side. Seeing from the right is rotating. In the figure, the direction of the arrow indicates the direction of the flow in the plane, and the length of the arrow indicates the size of the flow. In particular, the downward flow is stronger below the propeller center line on the rudder starboard side.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、スクリュープロペラ後方の水の流れをより効果的に整えることにより伴流利得を増加させて、推進性能(推進効率)の向上化を図ることができるフィン付き舵、およびこれを備えた船舶を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to improve the propulsion performance (propulsion efficiency) by increasing the wake gain by adjusting the flow of water behind the screw propeller more effectively. It is an object to provide a rudder with fins that can be used, and a ship equipped with the same.

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るフィン付き舵の第1の態様は、スクリュープロペラの後方に配置され、船舶の針路方向を変更するとともに、左舷側の舵面に第1のフィンが、右舷側の舵面に第2のフィンがそれぞれ一枚ずつ設けられているフィン付き舵であって、前記スクリュープロペラが前進時に船尾側から見て右回りに回転する場合には、前記第1のフィンの一端が、前記左舷側の舵面で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも上方に取り付けられ、前記第2のフィンの一端が、前記右舷側の舵面で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも下方に取り付けられており、前記スクリュープロペラが前進時に船尾側から見て左回りに回転する場合には、前記第1のフィンの一端が、前記左舷側の舵面で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも下方に取り付けられ、前記第2のフィンの一端が、前記右舷側の舵面で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも上方に取り付けられているとともに、各フィンの他端が、前記スクリュープロペラの回転半径よりも内側で、かつ、上向きまたは下向きの流れが強くなる位置まで水平に延びている。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The first aspect of the finned rudder according to the present invention is arranged behind the screw propeller, changes the course direction of the ship, and has the first fin on the port side rudder surface and the starboard side rudder surface. When the screw propeller rotates clockwise as viewed from the stern side when moving forward, one end of the first fin is connected to the port side. A side control surface is attached above the center position of the screw propeller, and one end of the second fin is attached to the starboard side control surface below the center position of the screw propeller. When the screw propeller rotates counterclockwise when viewed from the stern side when moving forward, one end of the first fin is below the center position of the screw propeller on the port side control surface. The one end of the second fin is attached to the starboard side control surface above the center position of the screw propeller, and the other end of each fin is from the turning radius of the screw propeller. Also, it extends horizontally to a position where the upward or downward flow becomes strong.

本発明に係るフィン付き舵の第2の態様は、前進時に船尾側から見て右回りに回転するスクリュープロペラの後方に配置され、船舶の針路方向を変更するとともに、左舷側の舵面に第1のフィンが、右舷側の舵面に第2のフィンがそれぞれ一枚ずつ設けられているフィン付き舵であって、前記第1のフィンの一端が、前記左舷側の舵面で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも上方に取り付けられ、前記第2のフィンの一端が、前記右舷側の舵面で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも下方に取り付けられており、第1のフィンの他端が、前記スクリュープロペラの回転半径よりも内側で、かつ、上向きの流れが強くなる位置まで斜め上方に延びているとともに、第2のフィンの他端が、前記スクリュープロペラの回転半径よりも内側で、かつ、下向きの流れが強くなる位置まで水平に延びている。
なお、前進時に船尾側から見て左回りに回転するスクリュープロペラの後方に配置される場合には、第1のフィンと第2のフィンとの位置関係が左右逆になる。
The second aspect of the finned rudder according to the present invention is arranged behind the screw propeller that rotates clockwise when viewed from the stern side when moving forward, and changes the course direction of the ship, and the 1 fin is a rudder with fins in which one second fin is provided on the starboard side control surface, and one end of the first fin is the port side control surface, and the screw It is attached above the center position of the propeller, and one end of the second fin is attached below the center position of the screw propeller on the starboard side control surface, and the other end of the first fin However, it extends obliquely upward to a position where the upward flow is strong inside the rotational radius of the screw propeller, and the other end of the second fin is larger than the rotational radius of the screw propeller. The side, and extends horizontally to a position where the downward flow is strong.
In addition, when arrange | positioning at the back of the screw propeller which rotates counterclockwise seeing from the stern side at the time of advance, the positional relationship of a 1st fin and a 2nd fin becomes right-and-left reverse.

本発明に係るフィン付き舵によれば、舵近傍の下降、上昇、旋回する流れに対して適度な迎角を持たせたフィンが推力を発生することから、船体抵抗を減じて推進馬力を低減することができる。また、図7のようにフィンの取り付け位置を上下に移動させたり、図8のように取り付け角を傾斜させて、舵の回りの流れにより適合させることで、フィンの推進馬力低減効果を大きくすることができる。
また、図13に示すように、舵面の左舷上方では、上昇流と内向き流れが合わさった旋回流に近い流れとなっている場合があり、このような場合にはフィンの取り付け角を斜め上方に向けると、フィンによる推力発生の効果をより大きくすることができる。
According to the rudder with fins according to the present invention, since the fins having an appropriate angle of attack with respect to the descending, rising and turning flows near the rudder generate thrust, the hull resistance is reduced and the propulsion horsepower is reduced. can do. Also, the fin mounting horsepower reduction effect is increased by moving the fin mounting position up and down as shown in FIG. 7 or by tilting the mounting angle as shown in FIG. be able to.
In addition, as shown in FIG. 13, there is a case where the flow is close to the swirl flow in which the upward flow and the inward flow are combined above the port side of the control surface. When directed upward, the effect of thrust generation by the fins can be further increased.

上記フィン付き舵において、前記スクリュープロペラのプロペラボスと対向する前縁部に、膨錘体からなる舵バルブが設けられており、かつ、その前縁が、前記スクリュープロペラの後流の流入方向に合わせてひねられているとさらに好適である。   In the rudder with fins, a rudder valve made of a weight body is provided at a front edge portion facing the propeller boss of the screw propeller, and the front edge is in the inflow direction of the wake of the screw propeller. More preferably, they are twisted together.

このようなフィン付き舵によれば、舵バルブによって、プロペラボスの後端から発生する流れが舵バルブの表面に沿って流れ、これによりボス渦が弱められることとなるので、渦抵抗を減らすことができて、推進性能(推進効率)をさらに向上させることができる。
また、フィン付き舵の前縁は、スクリュープロペラの後流の流入方向に合わせて上下で反対方向にひねられて(捩られて)おり、舵前縁部プロペラ軸心高さの位置ではギャップが生じてキャビテーション発生の原因となるが、舵バルブによってこのギャップが解消され、前縁から発生する舵キャビテーションを抑制することができて、舵面のエロージョンおよび舵面からのペイントの剥離を防止することができる。
さらに、前縁の他端は舵バルブの頂部に接続され、前縁の一端は舵バルブの底部に接続されている。すなわち、前縁の他端と前縁の一端とは、舵バルブを介して接続されているので、前縁部の加工を容易なものとすることができて、製作性を向上させることができる。
According to such a finned rudder, the rudder valve causes the flow generated from the rear end of the propeller boss to flow along the surface of the rudder valve, which weakens the boss vortex, thus reducing vortex resistance. The propulsion performance (propulsion efficiency) can be further improved.
The front edge of the rudder with fins is twisted (twisted) in the opposite direction according to the inflow direction of the wake of the screw propeller, and there is a gap at the position of the propeller shaft center height. This gap is generated and causes cavitation, but this gap is eliminated by the rudder valve, and rudder cavitation generated from the front edge can be suppressed, preventing erosion of the rudder surface and peeling of paint from the rudder surface. Can do.
Furthermore, the other end of the front edge is connected to the top of the rudder valve, and one end of the front edge is connected to the bottom of the rudder valve. That is, since the other end of the front edge and one end of the front edge are connected via a rudder valve, the processing of the front edge can be facilitated, and the manufacturability can be improved. .

上記フィン付き舵において、前記第1のフィンが、断面視翼形で、上向きのキャンバを有するように形成され、前記第2のフィンが、断面視翼形で、下向きのキャンバを有するように形成されているとさらに好適である。   In the above-mentioned rudder with fins, the first fin has an airfoil shape in cross section and is formed to have an upward camber, and the second fin has an airfoil shape in cross section and has a camber facing downward. More preferably,

このようなフィン付き舵によれば、各フィンには揚力を増加させる向きのキャンバがつけられている。そして、この揚力の前向き成分は船舶の船体を前進方向に推し進める推力となるため、この推力が船体に作用して船体抵抗が低減する。
これにより、推進性能(推進効率)をさらに向上させることができる。
According to such a rudder with fins, each fin is provided with a camber oriented to increase lift. And since the forward component of this lift becomes the thrust which pushes the ship's hull forward, this thrust acts on the hull and the hull resistance is reduced.
Thereby, propulsion performance (propulsion efficiency) can be further improved.

本発明に係るフィン付き舵によれば、舵近傍の下降、上昇、旋回する流れに対して適度な迎角を持たせたフィンが推力を発生することから、船体抵抗を減じて推進馬力を低減することができる。   According to the rudder with fins according to the present invention, the fins having an appropriate angle of attack with respect to the descending, rising, and turning flows in the vicinity of the rudder generate thrust, thereby reducing the hull resistance and reducing propulsion horsepower. can do.

本発明に係るフィン付き舵によれば、舵近傍の下降、上昇、旋回する流れに対して適度な迎角を持たせたフィンが推力を発生することから、船体抵抗を減じて推進馬力の低減、燃費の向上を図ることができるという効果を有する。   According to the rudder with fins according to the present invention, since the fins having an appropriate angle of attack with respect to the descending, rising and turning flows near the rudder generate thrust, the hull resistance is reduced and the propulsion horsepower is reduced , It has the effect of improving the fuel consumption.

以下、本発明に係るフィン付き舵の第1実施形態について、図1から図4を参照しながら説明する。
図1は本実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を右舷側から見た右側面図、図2は本実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を左舷側から見た左側面図、図3は本実施形態に係るフィン付き舵を船首側から見た正面図、図4は本実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶を航走させて得られた実験結果を示すグラフである。
Hereinafter, a first embodiment of a finned rudder according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
FIG. 1 is a right side view of a stern portion of a ship equipped with a finned rudder according to the present embodiment when viewed from the starboard side, and FIG. 2 is a view of the stern portion of a ship equipped with the finned rudder according to the present embodiment from the port side. Left side view, FIG. 3 is a front view of the finned rudder according to this embodiment viewed from the bow side, and FIG. 4 is an experiment obtained by sailing a ship equipped with the finned rudder according to this embodiment. It is a graph which shows a result.

図1または図2に示すように、本実施形態に係るフィン付き舵10は、スクリュープロペラ2よりも後方側(船尾側)に位置する船尾部3の船尾船底4から鉛直下方に延びる舵軸5に取り付けられて、この舵軸5とともに鉛直軸線回りに回動して、船舶1の針路方向を変更する板状の部材である。
スクリュープロペラ2は、ボッシング6を貫通するプロペラ軸7の後端部(船尾側の端部)に取り付けられて、プロペラ軸7とともに、前進時に船尾側から見て時計回り(右回り)に回転し、後進時に船尾側から見て反時計回り(左回り)に回転する。
As shown in FIG. 1 or 2, the rudder rudder 10 according to the present embodiment has a rudder shaft 5 that extends vertically downward from the stern bottom 4 of the stern portion 3 located on the rear side (stern side) of the screw propeller 2. It is a plate-shaped member that rotates around the vertical axis together with the rudder shaft 5 and changes the course direction of the ship 1.
The screw propeller 2 is attached to the rear end portion (end portion on the stern side) of the propeller shaft 7 that passes through the boshing 6, and rotates together with the propeller shaft 7 clockwise (clockwise) when viewed from the stern side. Rotate counterclockwise (counterclockwise) when viewed from the stern side during reverse travel.

さて、本実施形態に係るフィン付き舵10の左舷側の舵面11には第1のフィン12が、フィン付き舵10の右舷側の舵面13には第2のフィン14がそれぞれ一枚ずつ設けられている(取り付けられている)。
図2および図3に示すように、第1のフィン12は、その一端(根元)が舵面11の中央部前縁側で、スクリュープロペラ2の中心位置Cよりも上方に取り付けられて水平方向(図3において左舷外方向)に延びる、断面視翼形で、上向きのキャンバを有する小翼である。また、第1のフィン12の他端(先端)は、スクリュープロペラ2の回転半径P(図12および図13参照)よりも内側で、かつ、上向きの流れが強くなる位置(領域)まで延びている。
Now, the first fin 12 is provided on the port side rudder surface 11 of the finned rudder 10 according to the present embodiment, and the second fin 14 is provided on the starboard side rudder surface 13 of the finned rudder 10 one by one. It is provided (attached).
As shown in FIGS. 2 and 3, one end (base) of the first fin 12 is attached to a position higher than the center position C of the screw propeller 2 on the front edge side of the central portion of the control surface 11, and horizontally ( FIG. 3 is a small wing having an upward camber with a cross-sectional airfoil shape extending in a port-side direction in FIG. 3. Further, the other end (tip) of the first fin 12 extends to a position (region) inside the rotational radius P of the screw propeller 2 (see FIGS. 12 and 13) and where the upward flow becomes strong. Yes.

図1および図3に示すように、第2のフィン14は、その一端(根元)が舵面13の中央部前縁側で、スクリュープロペラ2の中心位置Cよりも下方に取り付けられて水平方向(図3において左舷外方向)に延びる、断面視翼形で、下向きのキャンバを有する小翼である。また、第2のフィン14の他端(先端)は、スクリュープロペラ2の回転半径P(図12および図13参照)よりも内側で、かつ、下向きの流れが強くなる位置(領域)まで延びている。   As shown in FIGS. 1 and 3, one end (base) of the second fin 14 is attached to a lower side of the center position C of the screw propeller 2 on the front edge side of the central portion of the control surface 13, and horizontally ( FIG. 3 is a small wing having a camber pointing downward and extending in the direction of the port side in FIG. Further, the other end (tip) of the second fin 14 extends to a position (region) inside the rotational radius P of the screw propeller 2 (see FIGS. 12 and 13) and where the downward flow becomes strong. Yes.

本実施形態に係るフィン付き舵10によれば、第1のフィン12によって、舵面13の近傍に発生するスクリュープロペラ2の回転半径P内側で、かつ、スクリュープロペラ2の中心位置Cよりも上方側に発生する上向きの流れが弱められ(抑制され)るとともに、第2のフィン14によって舵面13の近傍に発生するスクリュープロペラ2の回転半径P内側で、かつ、スクリュープロペラ2の中心位置Cよりも下方側に発生する下向きの流れ、および下向きの流れが弱められ(抑制され)ることとなる。
このように、舵面近傍の上下方向の流れを整流することで船体抵抗を減じることができる。言い換えれば、舵面上のフィンは上下方向の流れから発生する揚力を利用して、推進性能(推進効率)の向上化を図ることができる。
According to the finned rudder 10 according to this embodiment, the first fin 12 is inside the rotation radius P of the screw propeller 2 generated in the vicinity of the rudder surface 13 and above the center position C of the screw propeller 2. The upward flow generated on the side of the screw propeller 2 is weakened (suppressed), and is located inside the rotation radius P of the screw propeller 2 generated in the vicinity of the control surface 13 by the second fin 14 and the center position C of the screw propeller 2 The downward flow and the downward flow generated on the lower side are weakened (suppressed).
Thus, the hull resistance can be reduced by rectifying the flow in the vertical direction in the vicinity of the control surface. In other words, the fins on the control surface can improve the propulsion performance (propulsion efficiency) by using the lift generated from the vertical flow.

図4は、本実施形態に係るフィン付き舵10を装備した船舶を航走させて得られた実験結果を示すグラフであり、横軸は船速(kn:ノット)、縦軸は馬力(kW)を示している。また、図中の左下から右上にかけて描いた破線は、本実施形態に係るフィン付き舵10を装備していない船舶から得られたデータであり、図中の左下から右上にかけて描いた実線は、本実施形態に係るフィン付き舵10を装備した船舶から得られたデータである。
図4に示すように、本実施形態に係るフィン付き舵10を装備した船舶では、本実施形態に係るフィン付き舵10を装備していない船舶と同じ船速を得るのに馬力が少なくてすみ、また、本実施形態に係るフィン付き舵10を装備していない船舶と同じ馬力を与えた場合、船速が増す(増加する)こととなる。これにより、従来比で2%程度の燃費低減効果が得られることとなり、本実施形態に係るフィン付き舵10による上記作用効果を裏付けるものとして有効な実験結果である。
FIG. 4 is a graph showing experimental results obtained by navigating a ship equipped with the finned rudder 10 according to the present embodiment, where the horizontal axis is the ship speed (kn: knot), and the vertical axis is the horsepower (kW). ). In addition, the broken line drawn from the lower left to the upper right in the figure is data obtained from the ship not equipped with the finned rudder 10 according to the present embodiment, and the solid line drawn from the lower left to the upper right in the figure is the main line. It is the data obtained from the ship equipped with the rudder 10 with a fin which concerns on embodiment.
As shown in FIG. 4, the ship equipped with the finned rudder 10 according to this embodiment needs less horsepower to obtain the same boat speed as the ship not equipped with the finned rudder 10 according to this embodiment. In addition, when the same horsepower as that of the ship not equipped with the finned rudder 10 according to the present embodiment is applied, the ship speed increases (increases). As a result, a fuel consumption reduction effect of about 2% is obtained compared to the conventional case, which is an effective experimental result as supporting the above-described operation effect by the finned rudder 10 according to the present embodiment.

また、本実施形態に係るフィン付き舵10によれば、フィン12は対応する舵面11に対して、その前縁が後縁よりも下方に位置するように取り付けられて上向きのキャンバがつけられており、フィン14は対応する舵面13に対して、その前縁が後縁よりも上方に位置するように取り付けられて下向きのキャンバがつけられているので、各フィン12,14に船首側の上方および下方に向けて揚力を発生させることができる。そして、この揚力の前向き成分は船舶1の船体を前進方向に推し進める推力となるため、この推力が船体に作用して船体抵抗が低減する。
これにより、推進性能(推進効率)を向上させることができる。
Moreover, according to the rudder 10 with a fin which concerns on this embodiment, the fin 12 is attached with respect to the corresponding control surface 11 so that the front edge may be located below rather than a rear edge, and an upward camber is attached. The fins 14 are attached to the corresponding control surfaces 13 so that the front edges thereof are located above the rear edges, and are provided with a downward camber. Lift can be generated upward and downward. And since the forward component of this lift becomes the thrust which pushes the hull of the ship 1 in the forward direction, this thrust acts on the hull and the hull resistance is reduced.
Thereby, propulsion performance (propulsion efficiency) can be improved.

本発明の第2実施形態に係るフィン付き舵について、図5から図7を参照しながら説明する。図5は本実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を右舷側から見た右側面図、図6は本実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を左舷側から見た左側面図、図7は本実施形態に係るフィン付き舵を船首側から見た正面図である。
本実施形態に係るフィン付き舵20は、図5から図7に示すように、舵バルブ21を備えているとともに、図7に示すように、その前縁22,23が垂直軸線(鉛直軸線)に対して傾斜させられているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
A finned rudder according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a right side view of a stern portion of a ship equipped with a finned rudder according to the present embodiment as viewed from the starboard side, and FIG. 6 is a view of the stern portion of a ship equipped with the finned rudder according to the present embodiment from the port side. The left side view seen, FIG. 7 is the front view which looked at the rudder with a fin which concerns on this embodiment from the bow side.
The finned rudder 20 according to the present embodiment includes a rudder valve 21 as shown in FIGS. 5 to 7, and the front edges 22 and 23 thereof have a vertical axis (vertical axis) as shown in FIG. Is different from that of the first embodiment described above in that it is inclined with respect to the first embodiment. Since other components are the same as those of the first embodiment described above, description of these components is omitted here.

舵バルブ21は、フィン付き舵20の前縁部で、かつ、スクリュープロペラ2(図1または図2参照)のプロペラボス2a(図1または図2参照)と対向する位置に設けられた膨錘体であり、図5または図6に示すように、プロペラボス2aと対向する船首側端面からフィン付き舵20の前縁にかけて急激に拡径するとともに、フィン付き舵20の前縁から後縁側に向かって緩やかに縮径している。第2のフィン14は、図5に示すように舵20の前縁部より後流側の舵バルブ21の下方に設けられている。また、第1のフィン12は、図6に示すように、舵20の前縁部より後流側の舵バルブ21の上方に設けられている。このように、舵近傍の流場を考慮して、第1のフィン12および第2のフィン14をフィン付き舵20の前縁部より後流側の舵バルブ21の近傍に設けることで、推力を最も効果的に得ることができる。また、図7に示すように、舵バルブ21の断面形状は略円形とされており、この断面は船首側から船尾側にかけてのどの位置においても同じ形状とされている。
このような舵バルブ21は、プロペラボス2aの後端から発生するボス渦を抑制するもの、すなわち、プロペラボス2aの後端から発生する流れを舵バルブ21の表面に沿わせて流すようにすることによりボス渦を弱める(回収する)とともに、渦抵抗を減らして推進性能(推進効率)を向上させるものである。
Rudder valve 21 is a front edge of rudder-equipped rudder 20 and a weight provided at a position facing propeller boss 2a (see FIG. 1 or 2) of screw propeller 2 (see FIG. 1 or 2). As shown in FIG. 5 or FIG. 6, the diameter rapidly increases from the bow-side end surface facing the propeller boss 2a to the front edge of the finned rudder 20, and from the front edge of the finned rudder 20 to the rear edge side. The diameter is gradually reduced. As shown in FIG. 5, the second fin 14 is provided below the rudder valve 21 on the downstream side from the front edge of the rudder 20. Further, as shown in FIG. 6, the first fin 12 is provided above the rudder valve 21 on the downstream side from the front edge of the rudder 20. Thus, in consideration of the flow field in the vicinity of the rudder, the first fin 12 and the second fin 14 are provided in the vicinity of the rudder valve 21 on the downstream side of the front edge portion of the rudder 20 with fins, so that the thrust force is increased. Can be obtained most effectively. Moreover, as shown in FIG. 7, the cross-sectional shape of the rudder valve 21 is substantially circular, and this cross-section is the same at any position from the bow side to the stern side.
Such a rudder valve 21 suppresses the boss vortex generated from the rear end of the propeller boss 2a, that is, the flow generated from the rear end of the propeller boss 2a flows along the surface of the rudder valve 21. As a result, the boss vortex is weakened (collected) and the vortex resistance is reduced to improve the propulsion performance (propulsion efficiency).

図7に示すように、舵バルブ21よりも上方、すなわち、舵バルブ21の上側に位置する前縁22は、その一端(上端)がスクリュープロペラ2の中心位置Cと同じかあるいはスクリュープロペラ2の中心位置Cよりも左舷側に位置し、その他端(下端)がスクリュープロペラ2の中心位置Cよりも左舷側に位置するとともに、一端から他端にかけて略一直線をなすように形成されている。また、前縁22の他端は、舵バルブ21の頂部に接続されている。
一方、舵バルブ21よりも下方、すなわち、舵バルブ21の下側に位置する前縁23は、その一端(上端)がスクリュープロペラ2の中心位置Cよりも右舷側に位置し、その他端(下端)がスクリュープロペラ2の中心位置Cと同じかあるいはスクリュープロペラ2の中心位置Cよりも右舷側に位置するとともに、一端から他端にかけて略一直線をなすように形成されている。また、前縁23の一端は、舵バルブ21の底部に接続されている。
すなわち、前縁22,23は、スクリュープロペラ2の後流の流入方向に合わせてひねられて(捩られて)おり、これによりフィン付き舵20のスクリュープロペラ2への流入方向(流入角度)を減少させて、フィン付き舵20の前縁22,23から発生する舵キャビテーションを抑制するものである。
As shown in FIG. 7, the front edge 22 located above the rudder valve 21, that is, above the rudder valve 21, has one end (upper end) that is the same as the center position C of the screw propeller 2 or the screw propeller 2. The other end (lower end) is located on the port side from the center position C, and the other end (lower end) is located on the port side from the center position C of the screw propeller 2, and is formed in a substantially straight line from one end to the other end. The other end of the front edge 22 is connected to the top of the rudder valve 21.
On the other hand, the front edge 23 located below the rudder valve 21, that is, below the rudder valve 21, has one end (upper end) located on the starboard side with respect to the center position C of the screw propeller 2, and the other end (lower end). ) Is the same as the center position C of the screw propeller 2 or on the starboard side of the center position C of the screw propeller 2, and is formed in a substantially straight line from one end to the other end. One end of the front edge 23 is connected to the bottom of the rudder valve 21.
That is, the front edges 22 and 23 are twisted (twisted) in accordance with the inflow direction of the wake of the screw propeller 2, whereby the inflow direction (inflow angle) of the finned rudder 20 to the screw propeller 2 is changed. The rudder cavitation generated from the front edges 22 and 23 of the finned rudder 20 is suppressed by reducing the rudder cavitation.

本実施形態に係るフィン付き舵20によれば、舵バルブ21によって、プロペラボス2aの後端から発生する流れが舵バルブ21の表面に沿って流れ、これによりボス渦が弱められることとなるので、渦抵抗を減らすことができて、推進性能(推進効率)をさらに向上させることができる。
また、フィン付き舵20の前縁22,23は、スクリュープロペラ2の後流の流入方向に合わせてひねられて(捩られて)おり、これによりフィン付き舵20へのスクリュープロペラ2後流の流入方向(流入角度)が減少することとなるので、前縁22,23から発生する舵キャビテーションを抑制することができて、舵面11,13のエロージョンおよび舵面11,13からのペイントの剥離を防止することができる。特に、コンテナ船などの高速船によれば、舵キャビテーションによるエロージョンの発生、およびペイントの剥離が生じる可能性があり、本発明をコンテナ船等の高速船に適用した場合、舵キャビテーションの抑制効果は顕著となる。
さらに、前縁22の他端は舵バルブ21の頂部に接続され、前縁23の一端は舵バルブ21の底部に接続されている。このようなリアクション舵は、プロペラ軸心部ではねじり方向が逆になる為、舵前縁部で段差が発生し、その段差部からキャビテーションが発生し、加工も難しいという問題があった。しかしながら、本発明では、前縁22の他端と前縁23の一端とは、舵バルブ21を介して接続されているので、舵前縁部での段差が生じることがなく、キャビテーションの発生を防止し、かつ前縁部の加工を容易なものとすることができて、製作性も向上させることができる。
その他の作用効果は、上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
According to the finned rudder 20 according to this embodiment, the rudder valve 21 causes the flow generated from the rear end of the propeller boss 2a to flow along the surface of the rudder valve 21, thereby weakening the boss vortex. The vortex resistance can be reduced, and the propulsion performance (propulsion efficiency) can be further improved.
Further, the front edges 22 and 23 of the finned rudder 20 are twisted (twisted) in accordance with the inflow direction of the wake of the screw propeller 2, and thereby the wake of the screw propeller 2 wake to the finned rudder 20. Since the inflow direction (inflow angle) is reduced, rudder cavitation generated from the front edges 22 and 23 can be suppressed, and the erosion of the control surfaces 11 and 13 and the peeling of the paint from the control surfaces 11 and 13 can be suppressed. Can be prevented. In particular, high speed ships such as container ships may cause erosion due to rudder cavitation and peeling of paint, and when the present invention is applied to high speed ships such as container ships, the effect of suppressing rudder cavitation is Become prominent.
Furthermore, the other end of the front edge 22 is connected to the top of the rudder valve 21, and one end of the front edge 23 is connected to the bottom of the rudder valve 21. Such a reaction rudder has a problem that since the twist direction is reversed at the propeller shaft center, a step occurs at the rudder front edge, cavitation occurs from the step, and machining is difficult. However, in the present invention, since the other end of the front edge 22 and one end of the front edge 23 are connected via the rudder valve 21, a step at the rudder front edge does not occur, and cavitation occurs. In addition, the front edge portion can be easily processed and the manufacturability can be improved.
Other functions and effects are the same as those of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted here.

本発明の第3実施形態に係るフィン付き舵について、図8を参照しながら説明する。図8は本実施形態に係るフィン付き舵を船首側から見た正面図である。
本実施形態に係るフィン付き舵30は、第1のフィン12の代わりに、第1のフィン31が設けられているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
A finned rudder according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a front view of the rudder with fins according to the present embodiment as viewed from the bow side.
The finned rudder 30 according to the present embodiment is different from that of the first embodiment described above in that a first fin 31 is provided instead of the first fin 12. Since other components are the same as those of the first embodiment described above, description of these components is omitted here.

図8に示すように、本実施形態に係る第1のフィン31は、その一端(根元)が舵面11の中央部前縁側で、スクリュープロペラ2の中心位置Cよりも上方に取り付けられて斜め上方向(図8において右上の方向)に延びる、断面視翼形で、上向きのキャンバを有する小翼である。また、第1のフィン31の他端(先端)は、スクリュープロペラ2の回転半径P(図12および図13参照)よりも内側で、かつ、上向きの流れが最も強くなる位置(領域)まで延びている。   As shown in FIG. 8, the first fin 31 according to the present embodiment is obliquely attached at one end (base) to the front edge of the center portion of the control surface 11 and above the center position C of the screw propeller 2. A winglet extending in the upward direction (upper right direction in FIG. 8) having a cross-sectional airfoil shape and having an upward camber. Further, the other end (tip) of the first fin 31 extends to the position (region) where the upward flow is strongest inside the rotational radius P of the screw propeller 2 (see FIGS. 12 and 13). ing.

図13に示すように、舵面の左舷上方では、上昇流と内向き流れが合わさった旋回流に近い流れとなっている場合があり、このような場合には本実施形態に係る第1のフィン31のようにその取り付け角を斜め上方に向けることにより、フィンによる推力発生の効果をより大きくすることができる。
その他の作用効果は、上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
As shown in FIG. 13, there is a case where the upward flow and the inward flow are close to the swirl flow above the port side of the rudder surface. In such a case, the first flow according to the present embodiment is obtained. The effect of thrust generation by the fins can be increased by directing the mounting angle obliquely upward like the fins 31.
Other functions and effects are the same as those of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted here.

本発明の第4実施形態に係るフィン付き舵について、図9から図11を参照しながら説明する。図9は本実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を右舷側から見た右側面図、図10は本実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を左舷側から見た左側面図、図11は本実施形態に係るフィン付き舵を船首側から見た正面図である。
本実施形態に係るフィン付き舵40は、第1のフィン12の代わりに、第1のフィン41が設けられているという点で上述した第2実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第2実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
A finned rudder according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 11. FIG. 9 is a right side view of a stern portion of a ship equipped with a finned rudder according to the present embodiment as viewed from the starboard side, and FIG. 10 is a view of the stern portion of a ship equipped with the finned rudder according to the present embodiment from the port side. The left side view seen, FIG. 11 is the front view which looked at the rudder with a fin which concerns on this embodiment from the bow side.
The finned rudder 40 according to the present embodiment is different from that of the second embodiment described above in that a first fin 41 is provided instead of the first fin 12. Since other components are the same as those of the second embodiment described above, description of these components is omitted here.

図10および図11に示すように、本実施形態に係る第1のフィン41は、その一端(根元)が舵バルブ21の頂部後縁側で、スクリュープロペラ2の中心位置Cよりも上方に取り付けられて斜め上方向(図11において右上の方向)に延びる、断面視翼形で、上向きのキャンバを有する小翼である。また、第1のフィン41の他端(先端)は、スクリュープロペラ2の回転半径P(図12および図13参照)よりも内側で、かつ、上向きの流れが最も強くなる位置(領域)まで延びている。   As shown in FIGS. 10 and 11, the first fin 41 according to the present embodiment has one end (base) attached to the top rear edge side of the rudder valve 21 and above the center position C of the screw propeller 2. And a winglet extending in an obliquely upward direction (upper right direction in FIG. 11) having an airfoil shape in cross section and having an upward camber. Further, the other end (tip) of the first fin 41 extends to a position (region) where the upward flow is strongest inside the rotational radius P of the screw propeller 2 (see FIGS. 12 and 13). ing.

本実施形態に係るフィン付き舵40の作用効果は、上述した第3実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。   Since the effect of the finned rudder 40 according to this embodiment is the same as that of the above-described third embodiment, the description thereof is omitted here.

なお、図12および図13に示す流れは船毎に異なるため、船毎に流場解析を行い、第1のフィンおよび第2のフィンが効果的となる領域を特定することが好ましい。また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜必要に応じて変形実施、変更実施することができる。
また、本発明のフィン付き舵は、船舶、例えば、ガス運搬船、タンカー、コンテナ船、フェリー、RORO船、自動車運搬船、バラ積み貨物船、客船等の一般商船に適用され、良好な推進馬力の低減、燃費を向上することができ、省エネ船として期待できる。
Since the flows shown in FIG. 12 and FIG. 13 are different for each ship, it is preferable to perform a flow field analysis for each ship and specify a region where the first fin and the second fin are effective. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and changed as necessary without departing from the technical idea of the present invention.
The rudder with fins of the present invention is applied to general merchant ships such as ships, for example, gas carriers, tankers, container ships, ferries, RORO ships, car carriers, bulk carriers, passenger ships, etc. Can improve fuel efficiency and can be expected as an energy-saving ship.

本発明の第1実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を右舷側から見た右側面図である。It is the right view which looked at the stern part of the ship equipped with the rudder with a fin which concerns on 1st Embodiment of this invention from the starboard side. 本発明の第1実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を左舷側から見た左側面図である。It is the left view which looked at the stern part of the ship equipped with the rudder with a fin which concerns on 1st Embodiment of this invention from the port side. 本発明の第1実施形態に係るフィン付き舵を船首側から見た正面図である。It is the front view which looked at the rudder with a fin which concerns on 1st Embodiment of this invention from the bow side. 本発明の第1実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶を航走させて得られた実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result obtained by navigating the ship equipped with the rudder with a fin which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を右舷側から見た右側面図である。It is the right view which looked at the stern part of the ship equipped with the rudder with a fin which concerns on 2nd Embodiment of this invention from starboard side. 本発明の第2実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を左舷側から見た左側面図である。It is the left view which looked at the stern part of the ship equipped with the rudder with a fin which concerns on 2nd Embodiment of this invention from the port side. 本発明の第2実施形態に係るフィン付き舵を船首側から見た正面図である。It is the front view which looked at the rudder with a fin concerning 2nd Embodiment of this invention from the bow side. 本発明の第3実施形態に係るフィン付き舵を船首側から見た正面図である。It is the front view which looked at the rudder with a fin which concerns on 3rd Embodiment of this invention from the bow side. 本発明の第4実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を右舷側から見た右側面図である。It is the right view which looked at the stern part of the ship equipped with the rudder with a fin which concerns on 4th Embodiment of this invention from the starboard side. 本発明の第4実施形態に係るフィン付き舵を装備した船舶の船尾部を左舷側から見た左側面図である。It is the left view which looked at the stern part of the ship equipped with the rudder with a fin which concerns on 4th Embodiment of this invention from the port side. 本発明の第4実施形態に係るフィン付き舵を船首側から見た正面図である。It is the front view which looked at the rudder with a fin which concerns on 4th Embodiment of this invention from the bow side. 従来のフィン付き舵を装備した船舶の、舵板前縁位置における水の流れを船首側から見た図である。It is the figure which looked at the flow of the water in the rudder board front edge position of the ship equipped with the conventional finned rudder from the bow side. 従来のフィン付き舵を装備した船舶の、舵軸中心位置における水の流れを船首側から見た図である。It is the figure which looked at the flow of the water in the center position of a rudder axis of the ship equipped with the conventional finned rudder from the bow side.

符号の説明Explanation of symbols

1 船舶
2 スクリュープロペラ
2a プロペラボス
10 フィン付き舵
11 舵面(左舷側の舵面)
12 第1のフィン
13 舵面(右舷側の舵面)
14 第2のフィン
20 フィン付き舵
21 舵バルブ
22 前縁
23 前縁
30 フィン付き舵
31 第1のフィン
40 フィン付き舵
41 第1のフィン
C スクリュープロペラの中心位置
P スクリュープロペラの回転半径
R 船舶用舵
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ship 2 Screw propeller 2a Propeller boss 10 Rudder with fin 11 Rudder surface (rudder side rudder surface)
12 First fin 13 Control surface (control surface on starboard side)
14 Second fin 20 Rudder with fin 21 Rudder valve 22 Front edge 23 Front edge 30 Rudder with fin 31 First fin 40 Rudder with fin 41 First fin C Center position of screw propeller P Radius of rotation of screw propeller R Ship Rudder

Claims (5)

スクリュープロペラの後方に配置され、船舶の針路方向を変更するとともに、左舷側の舵面に第1のフィンが、右舷側の舵面に第2のフィンがそれぞれ一枚ずつ設けられているフィン付き舵であって、
前記スクリュープロペラが前進時に船尾側から見て右回りに回転する場合には、前記第1のフィンの一端が、前記左舷側の舵面の中央部前縁側で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも上方に取り付けられ、前記第2のフィンの一端が、前記右舷側の舵面の中央部前縁側で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも下方に取り付けられており、
前記スクリュープロペラが前進時に船尾側から見て左回りに回転する場合には、前記第1のフィンの一端が、前記左舷側の舵面の中央部前縁側で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも下方に取り付けられ、前記第2のフィンの一端が、前記右舷側の舵面の中央部前縁側で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも上方に取り付けられているとともに、
各フィンの他端が、前記スクリュープロペラの回転半径よりも内側で、かつ、上向きまたは下向きの流れが強くなる位置まで水平に延びていることを特徴とするフィン付き舵。
With fins that are arranged behind the screw propeller, change the course of the ship, and have one fin on the port side rudder surface and one second fin on the starboard rudder surface A rudder,
When the screw propeller rotates clockwise as viewed from the stern side when moving forward, one end of the first fin is on the front edge side of the central portion of the rudder-side control surface than the center position of the screw propeller. It is attached above, and one end of the second fin is attached below the center position of the screw propeller on the front edge side of the central part of the starboard side control surface,
When the screw propeller rotates counterclockwise when viewed from the stern side when moving forward, one end of the first fin is on the front edge side of the central portion of the rudder surface on the port side, and more than the center position of the screw propeller. It is attached below, and one end of the second fin is attached above the center position of the screw propeller on the front edge side of the central portion of the starboard side control surface,
A finned rudder characterized in that the other end of each fin extends horizontally to a position inside the radius of rotation of the screw propeller and where the upward or downward flow becomes strong.
前進時に船尾側から見て右回りに回転するスクリュープロペラの後方に配置され、船舶の針路方向を変更するとともに、左舷側の舵面に第1のフィンが、右舷側の舵面に第2のフィンがそれぞれ一枚ずつ設けられているフィン付き舵であって、
前記第1のフィンの一端が、前記左舷側の舵面の中央部前縁側で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも上方に取り付けられ、前記第2のフィンの一端が、前記右舷側の舵面の中央部前縁側で、前記スクリュープロペラの中心位置よりも下方に取り付けられており、
第1のフィンの他端が、前記スクリュープロペラの回転半径よりも内側で、かつ、上向きの流れが強くなる位置まで斜め上方に延びているとともに、
第2のフィンの他端が、前記スクリュープロペラの回転半径よりも内側で、かつ、下向きの流れが強くなる位置まで水平に延びていることを特徴とするフィン付き舵。
It is arranged behind the screw propeller that rotates clockwise as viewed from the stern side when moving forward, and changes the course of the ship, and the first fin is on the port side control surface and the second fin is on the starboard side control surface. A finned rudder with one fin each,
One end of the first fin is attached above the center position of the screw propeller on the front edge side of the center side of the port side control surface, and one end of the second fin is connected to the starboard side control surface Is attached below the center position of the screw propeller on the front edge side of the center portion of
The other end of the first fin extends obliquely upward to a position inside the rotation radius of the screw propeller and to a position where the upward flow becomes strong,
The finned rudder, wherein the other end of the second fin extends horizontally to a position inside the rotation radius of the screw propeller and where the downward flow becomes strong.
前記スクリュープロペラのプロペラボスと対向する前縁部に、膨錘体からなる舵バルブが設けられており、かつ、その前縁が、前記スクリュープロペラの後流の流入方向に合わせてひねられていることを特徴とする請求項1または2に記載のフィン付き舵。   A rudder valve made of a bulged body is provided at the front edge portion of the screw propeller facing the propeller boss, and the front edge is twisted in accordance with the inflow direction of the wake of the screw propeller. A finned rudder according to claim 1 or 2. 前記第1のフィンが、断面視翼形で、上向きのキャンバを有するように形成され、前記第2のフィンが、断面視翼形で、下向きのキャンバを有するように形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のフィン付き舵。   The first fin has an airfoil shape in cross section and is formed to have an upward camber, and the second fin is airfoil shape in cross section and has a camber facing downward. The finned rudder according to any one of claims 1 to 3. 請求項1から4のいずれか一項に記載のフィン付き舵を具備してなることを特徴とする船舶。   A ship comprising the finned rudder according to any one of claims 1 to 4.
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