JP2011025734A - 舶用複合型省エネ推進装置及び一軸二舵船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】一軸二舵船型において、複数種類の省エネデバイスを組み合わせることにより、各デバイスが有する効果の和以上に大きな省エネ効果をあげること。
【解決手段】プロペラ２前方の船尾部に配置され、翼型断面を有する筒状の船尾ダクト２０と、プロペラ２後方に配置される一対の舵３の内側側面にそれぞれ横向きに突出させて設けられたフィンを有するフィン付き舵３０とを備える舶用複合型省エネ推進装置１０を一軸二舵船舶１００に装備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一軸二舵船型における複合型省エネ推進装置及びこの複合型省エネ推進装置を備える一軸二舵船舶に関する。なお、一軸二舵船舶とは、単一のプロペラの後方に一対の舵を装備した船舶をいう。

船舶における推進効率の向上を図り省エネルギーの効果（馬力低減効果）が得られるデバイス（以下、省エネデバイスという）のひとつとして、プロペラ前方の船尾に筒状のダクトを取り付けたもの（以下、ダクト型省エネデバイスという）が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

省エネデバイスのもう一つは、一軸二舵船舶における一対の舵の内側の左右側面にそれぞれフィン（小翼）を取り付けたもの（以下、フィン付き舵という）が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

上記のダクト型省エネデバイスは、船尾部に沿って流れる船尾流れをダクト内を通過させることによって整流化するとともに、ダクトに揚力を発生させて揚力の水平方向成分である推力を生じさせようとする構成となっている。このため、ダクトの断面形状は一般的にキャンバーを有する翼形状となっている。
また、ダクト内部に複数のステーを設けたものも提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

次に、上記のフィン付き舵は、プロペラ後流の旋回流成分を回収して水平方向の力成分（推力）に変換することを目的としたものである。このようなフィン付き舵は二舵に限らず一舵にも用いられている（たとえば、特許文献４参照）。

特開２００７−３３１５４９号公報 特開２００８−１８９１３３号公報 特開２００８−１４３４８８号公報 特開２００４−２９９４２０号公報

上述した省エネデバイスとしてダクトおよびフィン付き舵は、それぞれ単独で用いることで省エネルギーの効果（以下、省エネ効果と略称する）をあげている。しかし、一軸二舵船型において、複数種類の省エネデバイスを組み合わせたものは開示されていない。

本発明は、一軸二舵船型において、複数種類の省エネデバイスを組み合わせることにより、各デバイスが有する効果の和以上に大きな省エネ効果をあげることを目的としたものである。

本発明に係る舶用複合型省エネ推進装置は、プロペラ前方の船尾部に配置され、翼型断面を有する筒状の船尾ダクトと、プロペラ後方に配置される一対の舵の内側側面にそれぞれ横向きに突出させて設けられたフィンを有するフィン付き舵と、
を備えることを特徴とする。

このように、一軸二舵船型において、船尾ダクトとフィン付き舵とを併用することにより、各省エネデバイスが有する効果の和以上に大きな省エネ効果が得られる。

また、本発明の舶用複合型省エネ推進装置において、前記内部小翼付きダクトのプロペラ軸方向の取付位置は、前記ダクト本体の後端位置がプロペラ位置からプロペラ直径の１００％以内となるように配置する。

また、本発明の舶用複合型省エネ推進装置において、前記船尾ダクトの上下方向の取付位置は、ダクト中心の高さがプロペラ軸心の高さよりプロペラ直径の±５０％以内となるようにプロペラ軸と同軸または平行に配置する。

また、本発明の舶用複合型省エネ推進装置において、前記フィンは、前記舵の内側側面に横向きに突出させて設けられており、且つ、一対のフィンが段違いに配設され、翼型の多角形または半円形に形成されているものである。

また、本発明の舶用複合型省エネ推進装置において、前記一対のフィンは、非対称または対称の翼型であり、右回りプロペラの場合、左舷側フィンは船首側が下がる方向に傾斜し、右舷側フィンは船首側が上がる方向に傾斜しており、両フィンとも迎角が１５゜以下の範囲である。左回りプロペラの場合はこの逆となる。すなわち、左舷側フィンは船首側が上がる方向に傾斜し、右舷側フィンは船首側が下がる方向に傾斜しており、両フィンとも迎角が１５゜以下の範囲である。

また、本発明に係る一軸二舵船舶は、上記のいずれかの舶用複合型省エネ推進装置を装備したことを特徴とするものである。

以上のように、本発明に係る舶用複合型省エネ推進装置を一軸二舵船舶に装備することにより、より大きな省エネ効果を上げることができる。

本発明の実施の形態１に係る舶用複合型省エネ推進装置を装備した船舶の船尾部分を示す概略側面図である。 （ａ）は船尾ダクトを船尾方向から見た正面図、（ｂ）は船尾ダクトの右舷側断面側面図である。 船尾ダクトの作用説明図である。 フィン付き舵の部分を模式的に示す図で、（ａ）はプロペラとフィン付き舵の上面図、（ｂ）はフィン付き舵を後方から見たときの正面図である。 フィン付き舵を内側から見たときの側面図で、（ａ）は内側から見たときの図、（ｂ）は外側から投影して見たときの図である。 フィン付き舵の作用説明図で、（ａ）は左舷側フィン付き舵での推力発生説明図、（ｂ）は右舷側フィン付き舵での推力発生説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る舶用複合型省エネ推進装置１０を装備した船舶（一軸二舵船舶）１００の船尾部分を示す概略側面図である。
この実施の形態１に係る船舶１００は、船体１と、単一のプロペラ２と、一対の舵３とを備える一軸二舵船舶であり、さらに複数種類の省エネデバイスとして、船尾ダクト２０と一対のフィン付き舵３０とを備える、本発明に係る舶用複合型省エネ推進装置１０を装備したものである。

図２は船尾ダクト２０を示す図で、（ａ）は船尾ダクト２０を船尾方向から見た正面図、（ｂ）は船尾ダクト２０を右舷側から見た断面側面図である。
船尾ダクト２０は、ダクト型省エネデバイスと呼ばれているものであり、翼型のキャンバーを持つ断面を有する筒状の形状を有するものとし、船尾方向の端縁であるダクト後端２０ｂの径Ｄｄが船首方向の径より小さい円錐形状の一部をなしている。ダクト２０の側面形状は矩形状もしくは台形状となっている。なお、ダクト２０の外形及び断面形状は特に限定されない。

船尾ダクト２０の各部の寸法関係について、適切な値及び範囲の一例を示すと、次のようになっている。ここで、プロペラ２の直径をＤｐ、ダクト２０のダクト後端２０ｂの直径をＤｄ、ダクト２０の上部長さをＬ１、ダクト２０の下部長さをＬ２、ダクト翼型の迎角をαとすると、
Ｄｄ＝６０％Ｄｐ
Ｌ１＝５５．７％Ｄｐ
Ｌ２＝７．２％Ｄｐ
α＝０〜２０゜
である。

上記のように構成された船尾ダクト２０は、プロペラ２の前方の船体１の船尾部に取り付けられる。この船尾ダクト２０のプロペラ軸方向の取付位置は、ダクト後端２０ｂの位置がプロペラ位置からプロペラ２の直径Ｄｐの１００％以内となるように配置する。その理由は、この値以下であれば、ダクト２０がプロペラ２から離れすぎないので、ダクト２０内で整流化された流れを乱されることなくスムーズにプロペラ２に導くことができるからである。なお、本実施形態ではダクト後端２０ｂの位置をプロペラ位置から２０％Ｄｐとしている。

また、船尾ダクト２０の上下方向の取付位置は、ダクト中心（ダクト後端２０ｂの断面中心）２０ａの高さがプロペラ軸心２ａの高さよりプロペラ２の直径Ｄｐの±５０％以内となるようにプロペラ軸と同軸または平行に配置する。本実施形態ではダクト中心２０ａの高さをプロペラ軸心２ａに一致させている。つまり、ダクト２０をプロペラ２と同軸に設置している。

上記のように構成された船尾ダクト２０を一軸二舵船舶１００の船尾に取り付けると、この船尾ダクト２０に対して船尾流れが図３に示すように作用する。なお、図３は右舷側を示すが、左舷側も同様である。
ダクト２０は、筒状の円錐形状の一部として形成されており、断面がキャンバーを持つ翼形状に形成されているので、船尾流れの流入方向に対して垂直方向に揚力５１が発生し、その揚力５１の水平方向成分である推力５３が発生する。
したがって、右舷側では上記推力５３が発生し、左舷側でも同様に推力５３（不図示）が右舷側と同じ方向に発生するので、船尾ダクト２０を取り付けていない船舶に比べて、より大きな省エネ効果（馬力低減効果）が得られることになる。

なお、図示は省略するが、船尾ダクト２０の変形例として、ダクト後端２０ｂ側にリング状の突出部を設ける場合もある。リング状の突出部によって、船尾ダクト２０内を通過する流れをより整流化することができる。

次に、本発明に係る舶用複合型省エネ推進装置１０のもう一つの省エネデバイスを構成する一対のフィン付き舵３０について、図４から図６を参照して説明する。
図４はフィン付き舵３０の部分を模式的に示す図で、（ａ）はプロペラ２とフィン付き舵３０の上面図、（ｂ）はフィン付き舵３０を後方から見たときの正面図である。図５はフィン付き舵を右舷側から見たときの側面図で、（ａ）は内側から見たときの図、（ｂ）は外側から投影して見たときの図である。また、図６はフィン付き舵の作用説明図で、（ａ）は左舷側フィン付き舵での推力発生説明図、（ｂ）は右舷側フィン付き舵での推力発生説明図である。

一対のフィン付き舵３０の舵３は、プロペラ２の後方において、船体中心（プロペラ軸心２ａ）に対し左右対称の鉛直面内に配置される。この一対の左舷側舵３ｐと右舷側舵３ｓとの内側の側面にそれぞれ翼型のフィン３１ｐ、３１ｓを突出させて設けることで、一対のフィン付き舵３０を構成する。

フィン３１ｐ、３１ｓは、左舷側を上キャンバー、右舷側を下キャンバーを持つ非対称翼、もしくは両者とも対称翼のいずれでもよい。本実施形態では、翼前縁からコード長の４０％の位置で最大翼厚を持つ非対称翼としている。
フィン３１ｐ、３１ｓの迎角βは、船型により最適な角度を選ぶこととし、１５゜以下の範囲で決定する。本実施形態では、右回りプロペラであるため、フィン３１ｐ、３１ｓの迎角βは４゜としている。また、右回りプロペラであるため、左舷側フィン３１ｐは船首側（前縁）が下がる方向（下向き）に傾斜し、右舷側フィン３１ｓは船首側（前縁）が上がる方向（上向き）に傾斜している。

また、フィン３１ｐ、３１ｓの上下方向の取付位置は、プロペラ軸心２ａの高さより±３０％Ｄｐの範囲とし、後方から見たとき段違いに配置する。さらに、フィン３１ｐ、３１ｓの上面から見たときの平面形状は、対の舵３ｐ、３ｓに対し干渉しない範囲において最大半円形状に内接する多角形のうち、できるだけ平面積を大きくするため台形形状に形成されている。つまり、各々のフィンの可動範囲において、干渉しない範囲で最大限の平面積を得る平面形状とする。したがって、台形等の多角形に限らず半円形の形状でもよい。本実施形態のフィン３１ｐ、３１ｓの形状によれば、平面積を大きくすることができるので、揚力を増加でき、より大きな推力を得ることができる（図６参照）。

図６に示すように、左舷側フィン３１ｐに対してはプロペラ２が右回りプロペラの場合、旋回流が斜め上方に向かって流入するので、その流入方向に対して垂直方向に揚力５５ｐが発生し、その揚力５５ｐの水平方向成分である推力５６ｐが発生する。
同様に、右舷側フィン３１ｓに対してはプロペラ２からの旋回流が斜め下方に向かって流入するので、その流入方向に対して垂直方向に揚力５５ｓが発生し、その揚力５５ｓの水平方向成分である推力５６ｓが発生する。
したがって、左舷側フィン３１ｐに発生する推力５６ｐと右舷側フィン３１ｓに発生する推力５６ｓとは同じ方向であるので、この二つの推力５６ｐ、５６ｓによって省エネ効果（馬力低減効果）が得られる。左回りプロペラの場合は上記の左舷側および右舷側フィンの迎角が逆向きとなる。

表１及び表２は、船型試験水槽における一軸二舵船型の模型試験による省エネ効果（馬力低減効果）を満載状態と軽荷状態について確認した結果である。水槽試験は一軸二舵船型を用いて下記の４つのケースについて実施した。なお、カッコ内は表中の記載を示す。
・省エネデバイス無し
・船尾ダクトのみ（ダクト型）
・フィン付き舵のみ（フィン型）
・船尾ダクトとフィン付き舵（ダクト型＋フィン型）
また、表中の省エネ効果は、省エネデバイス無しの場合の馬力に対する馬力低減率をあらわしたものである。

満載状態では、表１に示すように、各省エネデバイスを単独で使用したときより各省エネデバイスを組み合わせて使用したときの方が省エネ効果が大幅に大きくなっており、さらに各省エネデバイスの単独使用の効果の単純和に比べても１．３％〜３．５％（単純平均で約２％）の省エネ効果の向上が確認された。
軽荷状態では、各省エネデバイスを組み合わせて使用したときの方が各省エネデバイスの単独使用の効果の単純和よりも０．６％〜１．８％（単純平均で約１％）の省エネ効果の向上が確認された。

省エネ効果の値が船型によって相違する理由は次のように考えられる。
船型によって、船尾縦渦（損失エネルギー）の強さが異なるため、船型によって省エネ効果（損失エネルギー回収率）が相違する。つまり、一般的には同じ省エネデバイスで省エネ効果が大きい船型というのは、船型自体のエネルギー損失が大きい船型であると考えられる。

以上のように、本実施形態に係る船舶（一軸二舵船舶）１００は、プロペラ前方の船尾に配置された船尾ダクト２０と、プロペラ後方に配置された一対のフィン付き舵３０とを備えた舶用複合型省エネ推進装置１０を装備したので、次のような作用効果がある。
（１）プロペラ前方の船尾に配置された船尾ダクト２０は主として船尾縦渦を回収する。このとき、ダクトを通過した流れは、渦成分が回収され、整流した（２次速度ベクトル流れの少ない）流れとなる。
（２）整流した流れは、プロペラ面に流れ込み、プロペラ面を通過した流れは、船体の船尾縦渦影響の少ないきれいな旋回流となる。
（３）一軸二舵船型においては、舵内側に配置されたフィン３１ｐ、３１ｓがこの旋回流を回収し、省エネ効果を得る。このとき、船尾縦渦影響が少ない螺旋状となるきれいな流れの方がフィン３１ｐ、３１ｓによるエネルギー回収率が大きくなる。
よって、結果として、フィン３１ｐ、３１ｓの省エネ効果が向上し、全体の省エネ効果を押し上げることとなる。すなわち、船尾ダクト２０とフィン付き舵３０とをそれぞれ単独で使用したときの効果の和よりも両者を併用したときの効果の方が大きくなるのである。

１ 船体
２ プロペラ
３ 舵
２ａ プロペラ軸心
１０ 舶用複合型省エネ推進装置
２０ 船尾ダクト
３０ フィン付き舵
２０ａ ダクト中心
２０ｂ ダクト後端
３１ｐ 左舷側フィン
３１ｓ 右舷側フィン
１００ 一軸二舵船舶

Claims (6)

1. プロペラ前方の船尾部に配置され、翼型断面を有する筒状の船尾ダクトと、
   プロペラ後方に配置される一対の舵の内側側面にそれぞれ横向きに突出させて設けられたフィンを有するフィン付き舵と、
   を備えることを特徴とする舶用複合型省エネ推進装置。
2. 前記船尾ダクトのプロペラ軸方向の取付位置は、プロペラ位置からプロペラ直径の１００％以内に配置することを特徴とする請求項１記載の舶用複合型省エネ推進装置。
3. 前記船尾ダクトの上下方向の取付位置は、ダクト中心の高さがプロペラ軸心の高さよりプロペラ直径の±５０％以内となるようにプロペラ軸と同軸または平行に配置することを特徴とする請求項１または２記載の舶用複合型省エネ推進装置。
4. 前記フィンは、前記舵の内側側面に横向きに突出させて設けられており、且つ、一対のフィンが段違いに配設され、翼型の多角形または半円形に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の舶用複合型省エネ推進装置。
5. 前記一対のフィンは、非対称または対称の翼型であり、右回りプロペラの場合、左舷側フィンは船首側が下がる方向に傾斜し、右舷側フィンは船首側が上がる方向に傾斜しており、両フィンとも迎角が１５゜以下の範囲であり、左回りプロペラの場合は、左舷側フィンは船首側が上がる方向に傾斜し、右舷側フィンは船首側が下がる方向に傾斜しており、両フィンとも迎角が１５゜以下の範囲であることを特徴とする請求項４記載の舶用複合型省エネ推進装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の舶用複合型省エネ推進装置を装備したことを特徴とする一軸二舵船舶。

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