JP2013132924A - リアクションフィン及びそれを備えた船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクションフィンにおけるフィンの迎角を適正とする。
【解決手段】リアクションフィン７は、船舶の船尾部側の推進用プロペラよりも船首部側に取り付けられる。リアクションフィン７は、左舷側に取り付けられる第１フィン７ａ〜７ｃと、右舷側に取り付けられる第２フィン７ｄ〜７ｆとを具備している。第１フィン７ａ〜７ｃ及び第２フィン７ｄ〜７ｆの各々は、根元の翼弦に対する各翼素の翼弦の成す角をひねり角としたとき、先端がひねり角を有するように、根元に対して先端がひねりを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、リアクションフィン及びそれを備えた船舶に関する。

船舶の推進性能を改善する装置として、リアクションフィンが知られている。例えば、特開平５−１８５９８６号公報（特許文献１：対応スペイン出願公開ＥＳ２０７５７８５（Ａ１））には、船舶用リアクションフィン装置が開示されている。この船舶用リアクションフィン装置は、船尾部の推進用スクリュープロペラに流入する流れにプロペラ回転方向と逆方向の回転流を与えるためにスクリュープロペラの上流側にプロペラ軸を中心にほぼ放射状に張り出された複数のリアクションフィンを備えている。この装置は、上記プロペラ軸よりも上方レベルに張り出された比較的長い上部リアクションフィンと、上記上部リアクションフィンの下方に順次張り出されるとともに上記上部リアクションフィンよりも順次短い中部リアクションフィン、下部リアクションフィンとを具えている。また、前進回転の際にプロペラ翼が下降する舷側のリアクションフィンの取付角を、反対舷のリアクションフィンの取付角よりも大きく設定しても良い。また、各同一舷でプロペラ軸のレベルよりも順次下方にそれぞれ張り出されたリアクションフィンの取付角を、上方に張り出されたリアクションフィンの取付角以下に順次小さくしてもよい。

また、特開２００８−１７４１１５号公報（特許文献２）には、船舶の非対称前流固定翼が開示されている。この船舶の非対称前流固定翼は、前流固定翼を設置するにおいて、前記前流固定翼を、軸方向の中心線を基準にして右舷側には設置せず、左舷側にのみ３枚をそれぞれ４５°の間隔に完全非対称形態で放射状に設置して、プロペラの効率及びキャビテーション特性を向上させる。また、前記左舷側の各前流固定翼は、軸方向の中心線に対して、最も上側の前流固定翼が最も小さいピッチ角を有し、最も下側の前流固定翼が最も大きいピッチ角を有し、中間の前流固定翼は、前記２枚の前流固定翼の中間程度のピッチ角を持つようにしても良い。

また、国際公開ＷＯ２０１０／０４６９６１号公報（特許文献３：対応米国出願公開ＵＳ２０１１／０５３４４１（Ａ１））には、ツイン・スケグ船が開示されている。このツイン・スケグ船は、船尾の船底に左右一対のスケグを備えている。このツイン・スケグ船は、前記スケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流れが、前記プロペラの回転方向と同じ方向の成分を有する範囲に、前記スケグの後端部に設けられたスターンフレームに固着して設けられたボッシング、又はこのボッシングに設けられたフィンボスから放射状に伸びる、複数枚のフィンからなるリアクションフィンが設けられている。

特開平５−１８５９８６号公報 特開２００８−１７４１１５号公報 国際公開ＷＯ２０１０／０４６９６１号公報

上記各特許文献に記載された各リアクションフィンは、プロペラ軸の中心軸線に対してフィンの根元の翼弦にひねりが付けられている。すなわち、フィンの根元の翼弦が中心軸線に対して所定の角度を有している。言い換えると、各リアクションフィンは、所定のひねりとして所定の取り付け角でボッシング等に結合している。しかし、各リアクションフィンは、プロペラ軸の中心軸線に対してスパン方向の各位置での翼素の翼弦の成す角が、フィンの根元からフィンの先端まで一定である。すなわち、フィンの根元の翼弦に対する各翼素の翼弦の成す角をひねり角としたとき、各リアクションフィンは、フィンの根元から先端までの全てにおいてひねり角がゼロである。

一方、船舶において、各リアクションフィン付近では、水流がリアクションフィンに向かう角度（以下、流向角ともいう）が必ずしも一定ではない。例えば、各リアクションフィン付近では、フィンのスパン方向に沿って流向角が変化している。その結果、各リアクションフィンのひねり角がフィンの根元から先端まで一定の場合、スパン方向の各位置における水流に対するフィンの迎角は必ずしも適正なものになっているとは言えない。従って、リアクションフィンにおけるフィンの迎角が適正になるような技術が望まれている。

従って、本発明の目的は、船舶の推進性能を改善することが可能なリアクションフィン及び船舶を提供することにある。また、本発明の他の目的は、リアクションフィンの性能向上効果を向上させることが可能なリアクションフィン及び船舶を提供することにある。また、本発明の他の目的は、リアクションフィンにおけるフィンの迎角を適正とすることが可能なリアクションフィン及び船舶を提供することにある。

この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。

以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の第１の観点におけるリアクションフィンは、船舶（１）の船尾部（２ａ）側の推進用プロペラ（５）よりも船首部（２ｂ）側に取り付けられる。リアクションフィン（７）は、左舷側に取り付けられる第１フィン（７ａ〜７ｃの少なくとも一つ）と、右舷側に取り付けられる第２フィン（７ｄ〜７ｆの少なくとも一つ）とを具備している。第１フィン（７ａ〜７ｃ）及び第２フィン（７ｄ〜７ｆ）の各々は、根元（７−１）の翼弦に対する各翼素の翼弦の成す角をひねり角（β１／β２）としたとき、先端（７−２）がひねり角（β１／β２）を有するように、根元（７−１）に対して先端（７−２）がひねりを有する。

上記のリアクションフィンにおいて、第１フィン（７ａ〜７ｃ）及び第２フィン（７ｄ〜７ｆ）の各々は、各翼素でのひねり角（β１／β２）が、所定の条件下におけるその部分での水流の流向角（α）に適合していることが好ましい。

上記のリアクションフィンにおいて、第１フィン（７ａ〜７ｃ）及び第２フィン（７ｄ〜７ｆ）の各々は、ひねり角（β１）が、根元（７−１）から先端（７−２）まで一定の変化率で変化するように、ひねりを有することが好ましい。

上記のリアクションフィンにおいて、第１フィン（７ａ〜７ｃ）及び第２フィン（７ｄ〜７ｆ）の各々は、先端（７−２）でのひねり角（β１）は、５度以上、６０度以下であることが好ましい。

上記のリアクションフィンにおいて、第１フィン（７ａ〜７ｃ）及び第２フィン（７ｄ〜７ｆ）の各々は、ひねり角（β２）が根元（７−１）から先端（７−２）よりも前根元（７−１）側の中間点（Ｅ２、Ｆ２）まで一定の変化率で変化し、更に中間点（Ｅ２、Ｆ２）から先端（７−２）まで他の一定の変化率で変化する又は一定値となるように、ひねりを有することが好ましい。

上記のリアクションフィンにおいて、第１フィン（７ａ〜７ｃ）及び第２フィン（７ｄ〜７ｆ）の各々は、中間点（Ｅ２、Ｆ２）でのひねり角（β２）、及び、先端（７−２）でのひねり角（β２）は、いずれも５度以上、６０度以下であることが好ましい。

上記のリアクションフィンにおいて、第１フィン（７ａ〜７ｃ）及び第２フィン（７ｄ〜７ｆ）の各々は、中間点（Ｅ２、Ｆ２）の位置がプロペラ（５）の半径の５０％以上、９０％以下の位置であることが好ましい。

上記のリアクションフィンにおいて、第１フィン（７ａ〜７ｃ）は、プロペラ（５）の中心軸線（Ｃ）の左舷側の斜め上方に伸びる上部第１フィン（７ａ）と、中心軸線（Ｃ）の左舷側の側方に伸びる側部第１フィン（７ｂ）と、中心軸線（Ｃ）の左舷側の斜め下方に伸びる下部第１フィン（７ｃ）とを備えていることが好ましい。第２フィン（７ｄ〜７ｆ）は、中心軸線（Ｃ）の右舷側の斜め上方に伸びる上部第２フィン（７ｆ）と、中心軸線（Ｃ）の右舷側の側方に伸びる側部第２フィン（７ｅ）と、中心軸線（Ｃ）の右舷側の斜め下方に伸びる下部第２フィン（７ｄ）とを備えていることが好ましい。

本発明の第２の観点における船舶は、船体（２）と、船体（２）の船尾部（２ａ）側に設けられた推進用プロペラ（５）と、プロペラ（５）よりも船首部（２ｂ）側に設けられた上記段落に記載のリアクションフィン（７）とを具備している。

本発明により、船舶の推進性能を改善することが可能となる。また、本発明により、リアクションフィンにおけるフィンの迎角を適正とすることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る船舶の構成の一例を示す概略側面図である。 図２は、図１における船尾部の構成の一例を示す概略側面図である。 図３は、図２におけるＩ−Ｉ’ 概略矢視背面図である。 図４は、第１の実施の形態に係るリアクションフィンを先端側から見た概略側面図である。 図５Ａは、流向角の定義を説明する概略図である。 図５Ｂは、流向角の定義を説明する概略図である。 図５Ｃは、流向角の定義を説明する概略図である。 図６は、リアクションフィンの各部分での流向角を示すグラフである。 図７は、第１の実施の形態に係るリアクションフィンの各部分で付与されるひねり角を示すグラフである。 図８は、第２の実施の形態に係るリアクションフィンを先端側から見た概略側面図である。 図９は、第２の実施の形態に係るリアクションフィンの各部分で付与されるひねり角を示すグラフである。

以下、本発明のリアクションフィン及びそれを備えた船舶の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るリアクションフィン及びそれを備えた船舶の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る船舶の構成の一例を示す概略側面図である。ただし、この図は右舷側から見た主船体の一例を示しており、上甲板上の構造物の記載は省略している。船舶１は、船体２と、舵３と、プロペラ５と、リアクションフィン７とを具備している。

プロペラ５は、船体２の船尾部２ａのボッシング４の先端にプロペラ軸を介して回転可能に設けられている。リアクションフィン７は、船体２の船尾部２ａのボッシング４におけるプロペラ５よりも船首部２ｂ側に設けられている。舵３は、船体２の船尾部２ａにおけるプロペラ５の後方に設けられている。

図２は、図１における船尾部の構成の一例を示す概略側面図である。
プロペラ５は、ボッシング４の端部から伸びるプロペラ軸６に結合されている。プロペラ５は、プロペラ軸６の回転により、プロペラ軸６の中心軸線Ｃを中心として回転する。リアクションフィン７は、プロペラ５に流入する水流にプロペラ５の回転方向と逆方向の回転流を与えるために、プロペラ５の上流側に設けられている。具体的には、ボッシング４におけるプロペラ５よりも船首部２ｂ側に、複数枚設けられている。以下、本実施の形態では、一例としてリアクションフィンが６枚の場合、すなわちリアクションフィン７ａ〜７ｆを有する場合について説明する。なお、リアクションフィン７ａ〜７ｆを特に区別しない場合、単にリアクションフィン７という。

図３は、図２におけるＩ−Ｉ’ 概略矢視背面図である。
リアクションフィン７は、船体２の中心線ＣＬに対して左舷側に取り付けられるリアクションフィン７ａ〜７ｃ（第１フィン）と、右舷側に取り付けられるリアクションフィン７ｄ〜７ｆ（第２フィン）とを備えている。リアクションフィン７ａ〜７ｆは、ボッシング４の端部に、プロペラ軸６の中心軸線Ｃを中心にほぼ放射状に延伸するように設けられている。すなわち、リアクションフィン７ａ（上部第１フィン）は、左舷側に設けられ、プロペラ軸６の中心軸線Ｃの斜め上方に伸びている。リアクションフィン７ｂ（側部第１フィン）は、左舷側に設けられ、プロペラ軸６の中心軸線Ｃの側方に伸びている。リアクションフィン７ｃ（下部第１フィン）は、左舷側に設けられ、プロペラ軸６の中心軸線Ｃの斜め下方に伸びている。リアクションフィン７ｆ（上部第２フィン）は、右舷側に設けられ、プロペラ軸６の中心軸線Ｃの斜め上方に伸びている。リアクションフィン７ｅ（側部第２フィン）は、右舷側に設けられ、プロペラ軸６の中心軸線Ｃの側方に伸びている。リアクションフィン７ｄは、右舷側に設けられ、プロペラ軸６の中心軸線Ｃの斜め下方に伸びている。

リアクションフィン７は、プロペラ軸６の中心軸線Ｃに対してフィンの根元の翼弦にひねりが付けられているだけでなく、更にフィンの根元と先端との間にもひねりが付けられている。すなわち、リアクションフィン７は、中心軸線Ｃに対するひねりとしての所定の取り付け角でボッシング４に結合しているだけでなく、更にフィンの根元と先端との間にもひねりが付与されている。その結果、リアクションフィン７では、プロペラ軸６の中心軸線Ｃに対するフィンの根元の翼弦の成す角と、プロペラ軸６の中心軸線Ｃに対するフィンの先端の翼弦の成す角とが異なっている。

ここで、リアクションフィン７において、フィンの根元の翼弦に対する各翼素の翼弦の成す角をひねり角βと定義する。その場合、リアクションフィン７はフィンの先端がひねり角βを有する（β≠０）ようにひねりを有している、ということができる。言い換えると、リアクションフィン７は少なくとも一つの翼素がひねり角βを有する（β≠０）ようにひねりを有している。

図４は、リアクションフィン７を先端側から見た概略側面図である。本実施の形態におけるリアクションフィン７は、フィンの根元７−１に対してフィンの各部（翼素）が有するひねり角βとして、ひねり角β１を有している。具体的には、ひねり角β１は、フィンの根元７−１の翼弦に対して各翼素の翼弦が成す角である。この図では、フィンの根元７−１に対するフィンの先端７−２のひねり角β１を例示している。すなわち、フィンの先端７−２のひねり角β１として、根元７−１の翼弦（翼前縁Ｂ１１と翼後縁Ｂ１２との間の線分）１１−１と先端７−２の翼弦（翼前縁Ｂ２１と翼後縁Ｂ２２との間の線分）１１−２とが成す角を示している。そのひねり角β１のために、リアクションフィン７は、根元７−１と先端７−２との間の翼本体７−３がひねられた（ねじられた）形状を有している。本実施の形態では、ひねりは、根元７−１の翼前縁Ｂ１１から中間点Ｅ１を経由して先端７−２の翼前縁Ｂ２１まで（翼後縁Ｂ２２から中間点Ｆ１を経由して翼後縁Ｂ１２まで）連続的に変化している。

次に、そのひねり角βの設定方法について説明する。
リアクションフィン７は、所定の条件下、各翼素でのひねり角βがその部分での水流の流向角αに適合するように設定される。ここで、所定の条件とは、一例としては、設計速度及び設計荷重で船舶１が静水面を移動している条件である。また、流向角αに適合するとは、水流の流向角αと翼素でのひねり角βとにより特定される迎角により、プロペラ５に流入する水流にプロペラ５の回転方向と逆方向の回転流を与えることが可能となることである。この場合、リアクションフィン７の取り付け角＋ひねり角βと水流の流向角αとの差が迎角となる。この迎角が適切でない場合、リアクションフィンによる性能向上効果が十分に得られない。例えば、各翼素で部分的に迎角が負になると適切な回転流の発生が阻害され、又迎角が大きくなりすぎるとフィン自体の抵抗が過大になり、推進性能が低下することがある。

ここで、流向角の定義について説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、流向角の定義を説明する概略図である。
図５Ａ（右舷側から見た図）に示すように、プロペラ５直前のある点の流速Ｖは、プロペラ軸６の中心軸線Ｃに平行な流速成分Ｖｘと、プロペラ軸６の中心軸線Ｃに垂直な平面Ａ内の流速成分Ｖｙｚとに分解できる。また、図５Ｂ（船尾側から見た図）に示すように、プロペラ軸６の中心軸線Ｃに垂直な平面Ａ内の流速成分Ｖｙｚは、更にプロペラ軸６の中心軸線Ｃから放射状に伸びる半径方向の流速成分Ｖｒと、これに垂直で、中心軸線Ｃを中心とする円の円周方向の流速成分Ｖθに分解できる。そして、図５Ｃに示すα、すなわち、Ｔａｎ^−１（Ｖθ／Ｖｘ）をここでは流向角と定義している。また、正負の符号はプロペラ５の回転の方向を正としている。流向角が正の範囲ではプロペラ５の回転と同方向の流れに、流向角が負の範囲ではプロペラ５の回転と逆方向の流れになっている。

発明者は、リアクションフィン７の各部分（翼素）近傍の位置における所定の条件下での流向角αの値を、水槽試験での流れ場の計測に基づいて算出した。図６は、リアクションフィン７の各部分での流向角αを示すグラフである。横軸はリアクションフィン７の各部分の位置を示している。具体的には、リアクションフィン７の各部分の中心軸線Ｃからの距離ｒを、プロペラ半径Ｒとの比で示している（ｒ／Ｒ）。縦軸は、流向角α（度）を示している。この図は、左舷側のリアクションフィン７ａ〜７ｃの結果について示している。ただし、曲線Ｅ１はリアクションフィン７ａ、曲線Ｅ２はリアクションフィン７ｂ、曲線Ｅ３はリアクションフィン７ｃの結果をそれぞれ示している。各曲線がｒ／Ｒ＝０．３から開始するのは、ボッシング４の半径がプロペラ半径Ｒ×０．３であるからである。また、プロペラ５の回転方向は右回りとし、対応して流向角αは右回りを正とした。

図６の曲線Ｅ１を参照すると、リアクションフィン７ａの根元近傍（例示：ｒ／Ｒ＝０．３）では、流向角αは約−２８度である。プロペラ軸６の中心軸線Ｃから離れるに連れて、流向角αは単調に増加する。そして、リアクションフィン７ａの中間点近傍（例示：ｒ／Ｒ＝０．７）では、流向角αは約＋１８度である。更にプロペラ軸６の中心軸線Ｃから離れるに連れて、流向角αはほとんど変化しない。そして、リアクションフィン７ａの先端近傍（例示：ｒ／Ｒ＝１．１）では、流向角αは約＋１６度である。

このように、リアクションフィン７ａ近傍では、その流向角αは、リアクションフィン７ａの根元近傍から中間点近傍まで約−２８度から約＋１８度に変化し、その後は概ね一定で変化しない、という傾向にあることが分かる。すなわち、リアクションフィン７ａの根元近傍を基準とすると、０度から約４６度の間で変化したことになる。

図６の曲線Ｅ２を参照すると、リアクションフィン７ｂの根元近傍（例示：ｒ／Ｒ＝０．３）では、流向角αは約−３０度である。プロペラ軸６の中心軸線Ｃから離れるに連れて、流向角αは単調に増加する。そして、リアクションフィン７ｂの中間点近傍（例示：ｒ／Ｒ＝０．７）では、流向角αは約＋２３度である。更にプロペラ軸６の中心軸線Ｃから離れるに連れて、流向角αは緩やかに減少する。そして、リアクションフィン７ａの先端近傍（例示：ｒ／Ｒ＝１．１）では、流向角αは約＋１２度である。

このように、リアクションフィン７ｂ近傍では、その流向角αは、リアクションフィン７ｂの根元近傍から中間点近傍まで約−３０度から約＋２３度に変化し、その後は概ね一定で変化しない、という傾向にあることが分かる。すなわち、リアクションフィン７ｂの根元近傍を基準とすると、流向角αは０度から約５３度の間で変化したことになる。

図６の曲線Ｅ３を参照すると、リアクションフィン７ｃの根元近傍（例示：ｒ／Ｒ＝０．３）では、流向角αは約−３度である。プロペラ軸６の中心軸線Ｃからやや離れても（例示：ｒ／Ｒ＝０．５）、流向角αは概ね一定である。更にプロペラ軸６の中心軸線Ｃから離れるに連れて、流向角αは緩やかに増加する。そして、リアクションフィン７ｃの中間点近傍（例示：ｒ／Ｒ＝０．７）では、流向角αは約＋５度である。更にプロペラ軸６の中心軸線Ｃから離れても、流向角αは概ね一定である。そして、リアクションフィン７ｃの先端近傍（例示：ｒ／Ｒ＝１．１）では、流向角αは約＋５度である。

このように、リアクションフィン７ｃ近傍では、その流向角αは、リアクションフィン７ｃの根元近傍から中間点近傍まで約−３度から約＋５度に変化し、その後は概ね一定で変化しない、という傾向にあることが分かる。すなわち、リアクションフィン７ｃの根元近傍を基準とすると、０度から約８度の間で変化したことになる。

なお、右舷側のリアクションフィン７ｄ〜７ｆの結果については示さないが、概ね図６の結果において流向角αのプラスマイナスを逆転させた状態になる。具体的には、曲線Ｅ１の流向角αのプラスマイナスを逆転させた結果がリアクションフィン７ｆ、曲線Ｅ２の流向角αのプラスマイナスを逆転させた結果がリアクションフィン７ｅ、曲線Ｅ３の流向角αのプラスマイナスを逆転させた結果がリアクションフィン７ｄの結果にそれぞれなる。

以上のことから、リアクションフィン７は、以下のような構成を有することが好ましいことが分かる。

（１）リアクションフィン７をボッシング４に取り付けるとき、プロペラ軸６の中心軸線Ｃに対するフィンの根元の翼弦の成す角（取り付け角）が、根元近傍の流向角αに適合するように取り付ける。この場合、ボッシング周辺の流向角は必ずしも同一でないため、リアクションフィン７ａ〜７ｆの取り付け角は全て異なる場合がある。

（２）更に、リアクションフィン７自体には、フィンの根元から先端までの翼素の翼弦のひねり角βが図６に示されるフィンの根元近傍から先端近傍までの流向角αに適合するように、ひねりを付与する。フィンの根元から先端までのひねり角βの値については後述される（図７参照）。

（３）図６の知見や船舶１の形状のバリエーションを考慮したシミュレーションなどから、流向角αは、変化の大きいところでは、フィンの根元近傍を基準として、０度から約６０度の間で変化する。その場合、ひねり角βは、流向角αの変化と同様の傾向になるように、例えば、０度（根元）から約６０度（先端）まで変化させればよい。一方、流向角αは、変化の小さいところでは、フィンの根元近傍を基準として、０度から約５度の間で変化する。その場合、ひねり角βは、流向角αの変化と同様の傾向になるように、例えば、０度（根元）から約５度（先端）まで変化させればよい。すなわち、リアクションフィン７では、フィンの先端でのひねり角β１は、５度以上、６０度以下であることが好ましいということができる。ただし、リアクションフィン７の取り付け位置及びその延伸方向により流向角αの最高値が異なることに対応して、ひねり角βの最高値は、個々のリアクションフィン７毎に異なる。

なお、上記のリアクションフィン７の各部分（翼素）近傍の位置における所定の条件下での流向角αの値（図６）は、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）での流れ場の計算に基づいて算出してもよい。

以上のことから、本実施の形態では、ひねり角β１は以下のように設定される。
図７は、リアクションフィン７の各部分で付与されるひねり角β１を示すグラフである。横軸はリアクションフィン７の各部分の位置を示している。具体的には、リアクションフィン７の各部分の中心軸線Ｃからの距離ｒを、プロペラ半径Ｒとの比で示している（ｒ／Ｒ）。この場合、リアクションフィン７は、ｒ／Ｒ＝１の大きさである。縦軸は、ひねり角β１（度）を示している。ただし、曲線Ｈ１はリアクションフィン７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｆのひねり角β１を示し、曲線Ｈ２はリアクションフィン７ｃ、７ｄのひねり角β１を示している。各曲線がｒ／Ｒ＝０．３から開始するのは、ボッシング４の半径がプロペラ半径Ｒ×０．３であるからである。

曲線Ｈ１、Ｈ２に示されるように、本実施の形態では、リアクションフィン７のひねり角β１を、フィンの根元７−１から先端７−２まで一定の変化率で変化させる。その一定の変化率は、図６の知見を参照して設定する（上記（１）〜（３）を含む）。すなわち、リアクションフィン７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｆ近傍では、流向角αがフィンの根元を基準に０度から約５０度前後まで変化している。従って、曲線Ｈ１に示すように、リアクションフィン７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｆは、そのひねり角β１を０度から５０度の間で一定の変化率で変化させる形状とした（変化率：ｒ／Ｒ＝０．１当たり５０／０．７）。一方、リアクションフィン７ｃ、７ｄ近傍では、流向角αがフィンの根元を基準に０度から８度まで変化している。従って、曲線Ｈ２に示すように、リアクションフィン７ｃ、７ｄは、そのひねり角β１を０度から８度の間で一定の変化率で変化させる形状とした（変化率：ｒ／Ｒ＝０．１当たり８／０．７）。

上記のように曲線Ｈ１、Ｈ２は、リアクションフィン７の先端でのひねり角β１が流向角の略最大値になるように設定されている。しかし、本実施の形態は、ひねり角β１を一定の変化率で変化させればこの例に限定されるものではない。例えば、図６の流向角αに関する最小二乗法の一次式を求めて、その曲線の傾きを変化率とする方法などが考えられる。

図７に示すようなひねり角β１の変化は、図６の流向角αの変化と完全に一致しているというわけではない。しかし、ひねり角β１の値及びその変化の傾向は、流向角αの値及びその変化の傾向を近似していると考えられる。従って、リアクションフィン７の取り付け角を適正に設定することにより、ひねり角β１は、流向角αに適合するように設定されると考えることができる。

本来は、図６に示す流向角αの変化どおりに正確にひねり角β１の変化を設定し、リアクションフィン７を製造することが好ましい。しかし、そのようにすることは、リアクションフィン７の設計に際し、船体毎に流向角αを正確に測定する必要があること、リアクションフィン７の形状が複雑になり設計が難しくなること、複雑な形状のリアクションフィン７の製造が困難でコストと時間がかかり過ぎることなどの問題が生じてしまう。従って、本実施の形態では、図６の知見の下、一定の変化率でひねり角β１を変化させる形状とすることにした。すなわち、ひねり角β１の値及びその変化の傾向を、流向角αの値及びその変化の傾向を近似するように設定した。その結果、ひねり角β１は流向角αに近似的に適合しているので、リアクションフィン７の効果を向上させることができる。また、一定の変化率でひねり角β１を変化させる形状としているので、ひねりを有するリアクションフィン７を極めて容易に製造することが可能となる。

本実施の形態により、リアクションフィン７に流向角αに対応したひねり角βを新たに導入することにより、フィンの迎角を適正とすることが可能となる。それにより、リアクションフィンの性能向上効果を向上させることができる。また、本実施の形態により、上記構成を有するリアクションフィン７を船舶に取り付けることで、当該船舶の推進性能を改善することが可能となる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るリアクションフィン及びそれを備えた船舶の構成について説明する。本実施の形態では、リアクションフィン７のひねり角β２の設定が、第１の実施の形態のリアクションフィン７のひねり角β１の設定と相違している。以下では、その相違点について主に説明する。

図８は、リアクションフィン７を先端側から見た概略側面図である。
本実施の形態におけるリアクションフィン７は、フィンの根元７−１に対してフィンの各部（翼素）が有するひねり角βとして、ひねり角β２を有している。具体的には、ひねり角β２は、フィンの根元７−１の翼弦に対して各翼素の翼弦が成す角である。この図では、フィンの根元７−１に対するフィンの先端７−２のひねり角β２を例示している。すなわち、フィンの先端７−２のひねり角β２として、根元７−１の翼弦（翼前縁Ｂ１１と翼後縁Ｂ１２との間の線分）１１−１と先端７−２の翼弦（翼前縁Ｂ２１と翼後縁Ｂ２２との間の線分）１１−２とが成す角を示している。そのひねり角β２のために、リアクションフィン７は、根元７−１と先端７−２との間の翼本体７−３がひねられた（ねじられた）形状を有している。本実施の形態では、ひねりは、根元７−１の翼前縁Ｂ１１から中間点Ｅ２まで（翼後縁Ｂ１２から中間点Ｆ２まで）連続的に変化し、中間点Ｅ２から先端７−２の翼前縁Ｂ２１まで（中間点Ｆ２から翼後縁Ｂ２２まで）変化せず一定している。

ここで、上記中間点Ｅ２、Ｆ２の位置は、流向角αが最初に最大値をとる位置又はその近傍や、流向角αの変化がほとんどなくなる最初の位置又はその近傍に例示される。より一般的には、図６のグラフやそれに基づく知見や船舶１の形状のバリエーションを考慮したシミュレーションなどから、ｒ／Ｒ＝約０．５〜約０．９の範囲が好ましい。すなわち、プロペラ５の半径の５０％以上、９０％以下の範囲である。流向角αの変化の傾向（例示：図６）と概ね同じになるからである。より好ましくは、ｒ／Ｒ＝約０．６〜約０．８の範囲である。すなわち、プロペラ５の半径の６０％以上、８０％以下の範囲である。更により好ましくは、ｒ／Ｒ＝約０．７前後（±０．０５）の範囲である。すなわち、プロペラ５の半径の７０％前後（±５％）の範囲である。なお、中間点Ｅ２、Ｆ２の位置は、水槽試験での流れ場の計測に基づいて算出してもよいし、ＣＦＤでの流れ場の計算に基づいて算出してもよい。

本実施の形態では、図６の知見に基づいて、ひねり角β２は以下のように設定される。
図９は、リアクションフィン７の各部分で付与されるひねり角β２を示すグラフである。横軸はリアクションフィン７の各部分の位置を示している。具体的には、リアクションフィン７の各部分の中心軸線Ｃからの距離ｒを、プロペラ半径Ｒとの比で示している（ｒ／Ｒ）。この場合、リアクションフィン７は、ｒ／Ｒ＝１の大きさである。縦軸は、ひねり角β２（度）を示している。ただし、曲線Ｋ１はリアクションフィン７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｆのひねり角β２を示し、曲線Ｋ２はリアクションフィン７ｃ、７ｄのひねり角β２を示している。各曲線がｒ／Ｒ＝０．３から開始するのは、ボッシング４の半径がプロペラ半径Ｒ×０．３であるからである。

曲線Ｋ１、Ｋ２に示されるように、本実施の形態では、リアクションフィン７のひねり角β２を、フィンの根元７−１から先端７−２よりも根元７−１側の中間点Ｅ２、Ｆ２まで一定の変化率で変化させる。そして、更に中間点Ｅ２、Ｆ２から先端７−２まで他の一定の変化率で変化させる又は一定値とする。ただし、中間点Ｅ２、Ｆ２から先端７−２まで変化を持たせる場合の変化率は、根元７−１から中間点Ｅ２、Ｆ２までの変化率よりも小さくする（符号が逆であっても良い）。また、各変化率及び中間点Ｅ２、Ｆ２の位置は、図６の知見を参照して設定する（上記（１）〜（３）を含む）。すなわち、リアクションフィン７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｆ近傍では、流向角αがフィンの根元を基準として、ｒ／Ｒ＝０．３から０．７まで、０度から約５０度前後まで変化し、ｒ／Ｒ＝０．７から１．１まで、概ね一定の角度となっている。従って、曲線Ｋ１に示すように、リアクションフィン７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｆは、そのひねり角β２を、ｒ／Ｒ＝０．３から０．７まで、０度から５０度の間で一定の変化率で変化させ（変化率：ｒ／Ｒ＝０．１当たり５０／０．４）、ｒ／Ｒ＝０．７から１．１まで、概ね一定の値（変化率：０）となる形状とした。一方、リアクションフィン７ｃ、７ｄ近傍では、流向角αがフィンの根元を基準として、ｒ／Ｒ＝０．３から０．７まで、０度から８度まで変化し、ｒ／Ｒ＝０．７から１．１まで、概ね一定の角度となっている。従って、曲線Ｋ２に示すように、リアクションフィン７ｃ、７ｄは、そのひねり角β２を、ｒ／Ｒ＝０．３から０．７まで、０度から８度の間で一定の変化率で変化させ（変化率：ｒ／Ｒ＝０．１当たり８／０．４）、ｒ／Ｒ＝０．７から１．１まで、概ね一定の値（変化率：０）となる形状とした。

図９に示すようなひねり角β２の変化は、図６の流向角αの変化と完全に一致しているというわけではない。しかし、ひねり角β２の値及びその変化の傾向は、流向角αの値及びその変化の傾向を近似していると考えられる。特に、第１の実施の形態の場合（図７）と比較して、流向角αの値及びその変化の傾向をより良く近似していると考えられる。従って、リアクションフィン７の取り付け角を適正に設定することにより、ひねり角β２は、流向角αにより良く適合するように設定されると考えることができる。

本実施の形態では、図６の知見の下、ひねり角β２を途中まで一定の変化率で変化させ、途中から他の一定の変化率（図９の場合には変化率＝０）で変化させる形状とすることにした。すなわち、ひねり角β２の値及びその変化の傾向を、流向角αの値及びその変化の傾向をより良く近似するように設定した。その結果、ひねり角β２は流向角αにより近似的に適合しているので、リアクションフィン７の効果をより向上させることができる。また、ひねり角β２を一定の変化率で変化させる形状としているので、ひねりを有するリアクションフィン７を極めて容易に製造することが可能となる。

本実施の形態により、リアクションフィン７に流向角αに対応したひねり角βを新たに導入することにより、フィンの迎角を適正とすることが可能となる。それにより、リアクションフィン７の性能向上効果を向上させることができる。また、本実施の形態により、上記構成を有するリアクションフィン７を船舶に取り付けることで、当該船舶の推進性能を改善することが可能となる。

本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、上記各実施の形態の技術は、矛盾の発生しない範囲で、他の実施の形態に適用することが可能である。

１ 船舶
２ 船体
２ａ 船尾部
２ｂ 船首部
３ 舵
４ ボッシング
５ プロペラ
６ プロペラ軸
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ アクションフィン
７−１ 根元
７−２ 先端
７−３ 翼本体
１１−１ 根元の翼弦
１１−２ 先端の翼弦

Claims (9)

1. 船舶の船尾部側の推進用プロペラよりも船首部側に取り付けられるリアクションフィンであって、
   左舷側に取り付けられる第１フィンと、
   右舷側に取り付けられる第２フィンと
   を具備し、
   前記第１フィン及び前記第２フィンの各々は、根元の翼弦に対する各翼素の翼弦の成す角をひねり角としたとき、先端が前記ひねり角を有するように、前記根元に対して前記先端がひねりを有する
   リアクションフィン。
2. 請求項１に記載のリアクションフィンにおいて、
   前記第１フィン及び前記第２フィンの各々は、前記各翼素での前記ひねり角が、所定の条件下におけるその部分での水流の流向角に適合している
   リアクションフィン。
3. 請求項１又は２に記載のリアクションフィンにおいて、
   前記第１フィン及び前記第２フィンの各々は、前記ひねり角が、前記根元から前記先端まで一定の変化率で変化するように、前記ひねりを有する
   リアクションフィン。
4. 請求項３に記載のリアクションフィンにおいて、
   前記第１フィン及び前記第２フィンの各々は、前記先端での前記ひねり角は、５度以上、６０度以下である
   リアクションフィン。
5. 請求項１又は２に記載のリアクションフィンにおいて、
   前記第１フィン及び前記第２フィンの各々は、前記ひねり角が前記根元から前記先端よりも前記根元側の中間点まで一定の変化率で変化し、更に前記中間点から前記先端まで他の一定の変化率で変化する又は一定値となるように、前記ひねりを有する
   リアクションフィン。
6. 請求項５に記載のリアクションフィンにおいて、
   前記第１フィン及び前記第２フィンの各々は、前記中間点でのひねり角、及び、前記先端でのひねり角は、いずれも５度以上、６０度以下である
   リアクションフィン。
7. 請求項５又は６に記載のリアクションフィンにおいて、
   前記第１フィン及び前記第２フィンの各々は、前記中間点の位置が前記プロペラの半径の５０％以上、９０％以下の位置である
   リアクションフィン。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のリアクションフィンにおいて、
   前記第１フィンは、
   前記プロペラの中心軸線の前記左舷側の斜め上方に伸びる上部第１フィンと、
   前記中心軸線の前記左舷側の側方に伸びる側部第１フィンと、
   前記中心軸線の前記左舷側の斜め下方に伸びる下部第１フィンと
   を備え、
   前記第２フィンは、
   前記中心軸線の前記右舷側の斜め上方に伸びる上部第２フィンと、
   前記中心軸線の前記右舷側の側方に伸びる側部第２フィンと、
   前記中心軸線の前記右舷側の斜め下方に伸びる下部第２フィンと
   を備える
   リアクションフィン。
9. 船体と、
   前記船体の船尾部側に設けられた推進用プロペラと、
   前記プロペラよりも船首部側に設けられた請求項１乃至８のいずれか一項に記載のリアクションフィンと
   を具備する
   船舶。

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