JP2014121928A - 首振り推進器および船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回時の推進効率を高めることが可能な首振り推進器を提供する。
【解決手段】首振り推進器１は、プロペラ１３と、ケーシング１１と、ストラット１２とを具備している。ケーシング１１は、プロペラ１３を回転可能に支持する。ストラット１２は、ケーシング１１の上側に固定され、ケーシング１１を船体に対して回転可能に支持する。ストラット１２は、前部ストラット３１と、前部ストラット３１と一体に設けられた後部ストラット３０とを備えている。前部ストラット３１の後端は、平面視で、ケーシング１１の後端まで後方に伸びている。後部ストラット３０の前端は、前部ストラット３１の後端と結合し、後部ストラット３０の後端は、平面視で、ケーシング１１の後端よりも後方に伸びている。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、首振り推進器および船舶に関し、特にアジマス推進器やＰＯＤ推進器のような首振り推進器および首振り推進器を備えた船舶に関する。

アジマス推進器やＰＯＤ推進器のような首振り推進器が知られている。図１は、一般的な首振り推進器の構成を示す側面図である。首振り推進器１０１は、ケーシング１１１と、プロペラ１１３と、ストラット１１２とを備えている。ケーシング１１１は、プロペラ１１３をプロペラ軸回りに回転可能に支持している。プロペラ１１３を駆動する駆動機構を備えている。ストラット１１２は、ケーシング１１１の上側に固定され、ケーシング１１１を船体に対して舵軸Ｄ回りに回転可能に支持している。言い換えると、ストラット１１２は、ケーシング１１１とストラット１１２とが一体で船体に対して回転可能となるように、ケーシング１１１を船体に支持している。

図２は、一般的な首振り推進器で舵を切る動作を模式的に示す上面図である。この図では、＋Ｙ方向に航行中に、首振り推進器１０１を旋回角θだけ−Ｘ方向に旋回させる場合を示している。首振り推進器１０１は、旋回のとき、通常の舵と異なり、駆動するプロペラ１１３、ケーシング１１１およびストラット１１２と共に、舵軸Ｄを中心に旋回する。

旋回角が０°すなわち直進する状態では、水流の向きＡとプロペラ１１３の向きＰが正対する（図示されず）。そのため、首振り推進器１０１において、プロペラ１１３の横方向への力や、その力に基づく舵軸Ｄ回りの大きな旋回モーメントは発生しない。しかし、旋回運動のように操舵が行われた場合、プロペラ１１３の向きＰは、水流の向きＡに対して斜め方向を向くことになる。その場合、プロペラ１１３には、自身の横方向への力Ｆ１と、その力Ｆ１に基づく舵軸Ｄ回りのモーメントＭ１（＝Ｆ１×Ｌ１）とが発生する。また、プロペラ面内にもＤ軸回りのモーメントＭｐが生じる。ただし、横方向への力Ｆ１およびモーメントＭｐは、プロペラ面への流れが不均一であることによって生じる力およびモーメントである。距離Ｌ１は、プロペラ１１３と舵軸Ｄとの距離である。ここで、プロペラ１１３が舵軸Ｄから離れた位置に配置されているため（距離Ｌ１が大）、前述の力・モーメントによって舵軸Ｄ回りの旋回トルクが過大となる現象が起き得る。首振り推進器において、旋回時の力、モーメント（旋回トルク）を抑制可能な技術が望まれる。旋回時の推進効率を高めることが可能な技術が求められる。

関連する技術として、非特許文献１に首振り推進器が開示されている。図３は、非特許文献１の首振り推進器の構成を示す側面図である。この非特許文献１の首振り推進器１０１ａは、図１の首振り推進器１０１と比較して、ストラット１１２ａの後端（舵軸Ｄよりも下流側の端）が、ケーシング１１１の後端（プロペラ１１３と反対の下流側の端）まで伸びている。また、ケーシング１１１の下側の、舵軸Ｄの延長線上にはフィン１１４が設けられている。この場合にも、プロペラ１１３の発生する力・モーメントに基づく舵軸Ｄ回りの旋回トルクの方が大きい。

特開２００６−１０３４９０号公報にポッド推進器を備えた船舶が開示されている。この船舶は、ポッド推進器を船体にストラットを介して設けている。この船舶は、そのポッド推進器とは独立して操作可能な舵板を備える操舵装置を設けている。その舵板をそのストラット後部に設けていてもよい。その舵板は、ポッドの後端（プロペラと反対の下流側の端）まで伸びている。

特開２００６−１０３４９０号公報

ナカシマプロペラ株式会社、カタログ"ＮＡＰ Ｎａｋａｓｈｉｍａ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｄ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ，旋回式ＮＡＰ型推進器"（２０１１年１１月入手）

本発明の目的は、旋回時の推進効率を高めることが可能な首振り推進器およびそれを用いた船舶を提供することにある。また、本発明の他の目的は、旋回時の力、モーメント（旋回トルク）を抑制可能な首振り推進器およびそれを用いた船舶を提供するができる。

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。

本発明の首振り推進器は、プロペラ（１３）と、ケーシング（１１）と、ストラット（１２、１２ａ、１２ｂ）とを具備している。ケーシング（１１）は、プロペラ（１３）を回転可能に支持する。ストラット（１２、１２ａ、１２ｂ）は、ケーシング（１１）の上側に固定され、ケーシング（１１）を船体に対して回転可能に支持する。ストラット（１２、１２ａ、１２ｂ）は、前部ストラット（３１）と、前部ストラット（３１）と一体に設けられた後部ストラット（３０、３０ａ、３０ｂ）とを備えている。前部ストラット（３１）の後端は、平面視で、ケーシング（１１）の後端まで後方に伸びている。後部ストラット（３０、３０ａ、３０ｂ）の前端は、前部ストラット（３１）の後端と結合している。後部ストラット（３０、３０ａ、３０ｂ）の後端は、平面視で、ケーシング（１１）の後端よりも後方に伸びている。

上記の首振り推進器において、後部ストラット（３０ａ）の下端は、プロペラ（１３）のプロペラ軸の高さまで下方に伸びることが好ましい。

上記の首振り推進器は、ケーシング（１１）の後部下側に設けられたフィン（１４）を更に具備していることが好ましい。

上記の首振り推進器は、ケーシング（１１）の後部下側に設けられたフィン（１４）を更に具備していることが好ましい。その場合、後部ストラット（３０ｂ）の下端は、ケーシング（１１）よりも下方に伸びている。後部ストラット（３０ｂ）におけるケーシング（１１）よりも下方の前端は、前記フィン（１４）の後端と結合している。

上記の首振り推進器において、後部ストラット（３０ｂ）とフィン（１４）とは一体に設けられていることが好ましい。

本発明の船舶は、上記段落のいずれかに記載の首振り推進器を備えている。

本発明により、旋回時の推進効率を高めることが可能な首振り推進器およびそれを用いた船舶を提供することができる。また、旋回時の力、モーメント（旋回トルク）を抑制可能な首振り推進器およびそれを用いた船舶を提供することができる。

図１は、一般的な首振り推進器の構成を示す側面図である。 図２は、一般的な首振り推進器で舵を切る動作を模式的に示す上面図である。 図３は、非特許文献１の首振り推進器の構成を示す側面図である。 図４Ａは、第１の実施の形態に係る首振り推進器の構成を示す側面図である。 図４Ｂは、実施の形態に係る首振り推進器を備える船舶の構成例を示す側面図である。 図５は、実施の形態に係る首振り推進器で舵を切る動作を模式的に示す上面図である。 図６は、第２の実施の形態に係る首振り推進器の構成を示す側面図である。 図７は、第３の実施の形態に係る首振り推進器の構成を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る首振り推進器および船舶について説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る首振り推進器および船舶の構成について説明する。図４Ａは、本実施の形態に係る首振り推進器の構成を示す側面図である。首振り推進器１は、ポッド推進器やアジマス推進器に例示され、ケーシング１１と、プロペラ１３と、ストラット１２とを備えている。ケーシング１１は、プロペラ１３をプロペラ軸回りに回転可能に支持している。ケーシング１１は、プロペラ１３を駆動する駆動機構を備えている。ストラット１２は、ケーシング１１の上側に固定され、ケーシング１１を船体に対して舵軸Ｄ回りに回転可能に支持している。言い換えると、ストラット１２は、ケーシング１１とストラット１２とが一体で船体に対して舵軸Ｄ回りに回転可能となるように、ケーシング１１を船体に支持している。首振り推進器１は、更にフィン１４をケーシング１１の後部下方に設けていても良い。

ストラット１２は、前部ストラット３１と、後部ストラット３０とを備えている。後部ストラット３０は、前部ストラット３１と一体に設けられている。前部ストラット３１の後端は、平面視（舵軸Ｄに垂直な平面視）で、ケーシング１１の後端Ｅ０まで後方に伸びている。前部ストラット３１の後端の下端は、ケーシング１１の後端Ｅ０に接している。後部ストラット３０の前端は、前部ストラット３１の後端と結合している。後部ストラット３０の後端Ｅ１は、平面視（舵軸Ｄに垂直な平面視）で、ケーシング１１の後端Ｅ０よりも後方に伸びている。後部ストラット３０の後端Ｅ１の下端は、プロペラ１３の軸よりも上方である。図に示すようにケーシング１１よりもやや上方であっても良い。ストラット１２（断面ＡＡ’、断面ＢＢ’）およびフィン１４（断面ＣＣ’）は、流体抵抗を低減するために流線形又は翼形（前縁が丸く後縁が尖った湾曲していない翼形）であることが好ましい。

ただし、上方（上側）および下方（下側）は、首振り推進器を船舶に設置した状態での上方（上側）および下方（下側）である。また、前方（前側）および後方（後側）は、首振り推進器を船舶に設置した状態での前方（前側）および後方（後側）である。

図４Ｂは、本実施の形態に係る首振り推進器を備える船舶の構成の一例を示す側面図である。船舶２５は、首振り推進器１と、船体２０（船首２１、船尾２２、船底２３）とを備えている。首振り推進器１は、図４Ａに示される本実施の形態に係る首振り推進器であり、上述されたとおりである。首振り推進器１は、船体２０の船尾２２に設けられている。船体２０は、特に限定されず、どのような種類であっても良い．

図５は、本実施の形態に係る首振り推進器で舵を切る動作を模式的に示す上面図である。この図では、＋Ｙ方向に航行中に、首振り推進器１を旋回角θだけ−Ｘ方向に旋回させる場合を示している。ただし、首振り推進器１を旋回角θだけ＋Ｘ方向に旋回させる場合も同様である。首振り推進器１は、旋回のとき、通常の舵と異なり、駆動するプロペラ１３、ケーシング１１およびストラット１２と共に、舵軸Ｄを中心に旋回する。

旋回角が０°すなわち直進する状態では、水流の向きＡとプロペラ１３の向きＰが正対する（図示されず）。そのため、首振り推進器１において、プロペラ１３の横方向への力や、その力に基づく舵軸Ｄ回りの大きな旋回モーメントは発生しない。しかし、旋回運動のように操舵が行われた場合、プロペラ１３の向きＰは、水流の向きＡに対して斜め方向を向くことになる。その場合、プロペラ１３には、自身の横方向への力Ｆ０１と、その力Ｆ０１に基づく舵軸Ｄ回りのモーメントＭ０１（＝Ｆ０１×Ｌ０１）とが発生する。また、プロペラ面内にもＤ軸回りのモーメントＭｐ０が生じる。ただし、横方向への力Ｆ０１およびモーメントＭｐ０は、プロペラ面への流れが不均一であることによって生じる力およびモーメントである。距離Ｌ０１は、プロペラ１３と舵軸Ｄとの距離である。また、この図の例では、舵軸Ｄ回りのモーメントＭ０１は反時計回りである。ここで、プロペラ１３が舵軸Ｄから離れた位置に配置されていると（距離Ｌ０１が大）、舵軸Ｄ回りの旋回トルク（反時計回り）が過大となる現象が起きる可能性がある。

しかし、本実施の形態の首振り推進器１では、上記横方向への力Ｆ０１と、その力Ｆ０１に基づく舵軸Ｄ回りのモーメントＭ０１（反時計回り）に加えて、ストラット１２およびフィン１４に作用する力に基づくモーメントＭ０２（時計回り）が発生する。具体的には、ストラット１２では、舵軸Ｄよりも後方において長く伸びるように、特に後部ストラット３０を設けている。そのとき、旋回運動のように操舵が行われた場合、ストラット１２は水流の向きＡに対して斜め方向を向くことになる。その場合、ストラット１２の舵軸Ｄよりも後方の後部ストラット３０には、その後部ストラット３０の横方向への力Ｆ０２と、その力Ｆ０２に基づく舵軸Ｄ周りのモーメントＭ０２とが発生する。ただし、横方向への力Ｆ０２は、ストラット１２の舵軸Ｄよりも後方の後部ストラット３０の側面全体を水流が押す力の横方向成分である。舵軸Ｄ周りのモーメントＭ０２は、その力Ｆ０２に基づき、剛体としてのストラット１２の舵軸Ｄよりも後方の後部ストラット３０全体に生じるモーメンである。この図の例では、舵軸Ｄ回りのモーメントＭ０２は時計回りである。したがって、このモーメントＭ０２とモーメントＭ０１とは舵軸Ｄに関して逆回りに働く。ここで、後部ストラット３０は舵軸Ｄから十分に離れているので、後部ストラット３０全体に生じるモーメントＭ０２を大きくでき、両者を互いに打ち消し合わせることができる。すなわち、モーメントＭ０１を、モーメントＭ０２により抑制することができる。

なお、ケーシング１１の後部下方に設けられたフィン１４についても、図５に示すような後部ストラット３０と同様に、時計回りのモーメントを発生させることができる。ただし、後部ストラット３０の大きさが十分に大きければ、フィン１４は無くても良い。

このモーメントＭ０２は、プロペラ１３に作用する力Ｆ０１によるモーメントＭ０１よりも僅かに大きいことが好ましい。それにより、プロペラ１３の作動状態によりモーメントＭ０１とモーメントＭ０２との間のバランスが崩れて旋回トルクが増大すること、を防止することができる。また、舵のように、船の回頭運動を妨げるモーメントをより発生することが出来、船の針路安定性が向上する。

また、首振り推進器では、一般に、旋回軸が垂直に上方からストラット内部に挿入されている。そのため、ストラットは、流線形又は翼断面を有していても、肉厚になる。その結果、厚み／コード長が大きくなりため、推進性能上の抵抗が大きくなり易い。しかし、本実施の形態の首振り推進器１では、ストラット１２が後方へ長く伸びている。その結果、厚み／コード長が小さくなるため、推進性能上の抵抗を減少させることができる。

このように、本実施の形態では、ストラット１２に、舵軸Ｄよりも後方において長く伸びる後部ストラット３０を設けている。それにより、旋回運動のように操舵が行われ、プロペラ１３に生じる力Ｆ０１に基づくモーメントＭ０１が発生しても、後部ストラット３０に生じる力Ｆ０２に基づくモーメントＭ０２により相殺することができる。それにより、首振り推進器１において、旋回時生じる力、モーメント（旋回トルク）を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る首振り推進器および船舶の構成について説明する。本実施の形態は、首振り推進器１ａのストラット１２の大きさが更に大きい点で、第１の実施の形態と相違している。以下では、その相違点について主に説明する。

図６は、本実施の形態に係る首振り推進器の構成を示す側面図である。首振り推進器１ａは、ケーシング１１と、プロペラ１３と、ストラット１２ａとを備えている。ケーシング１１およびプロペラ１３は、第１の実施の形態と同様である。ストラット１２ａは、ケーシング１１の上側に固定され、ケーシング１１を船体２０に対して舵軸Ｄ回りに回転可能に支持している。言い換えると、ストラット１２ａは、ケーシング１１とストラット１２ａとが一体で船体２０に対して舵軸Ｄ回りに回転可能となるように、ケーシング１１を船体２０に支持している。首振り推進器１ａは、更にフィン１４をケーシング１１の後部下方に設けていても良い。

ストラット１２ａは、前部ストラット３１と、後部ストラット３０ａとを備えている。後部ストラット３０ａは、前部ストラット３１と一体に設けられている。前部ストラット３１の後端は、平面視（舵軸Ｄに垂直な平面視）で、ケーシング１１の後端Ｅ０まで後方に伸びている。前部ストラット３１の後端の下端は、ケーシング１１の後端Ｅ０に接している。後部ストラット３０ａの前端は、前部ストラット３１の後端と結合している。後部ストラット３０ａの後端Ｅ１は、平面視（舵軸Ｄに垂直な平面視）で、ケーシング１１の後端Ｅ０よりも後方に伸びている。後部ストラット３０の下端は、プロペラ１３の軸とほぼ同じ高さである。言い換えると、後部ストラット３０の下端は、プロペラ１３のプロペラ軸の高さまで下方に下がっている。ストラット１２ａ（断面ＡＡ’）およびフィン１４（断面ＣＣ’）は、流体抵抗を低減するために流線形又は翼形（前縁が丸く後縁が尖った湾曲していない翼形）であることが好ましい。

この場合にも、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、後部ストラット３０ａの大きさを大きくできる。それにより、より確実に、首振り推進器１ａにおいて、旋回時生じる力、モーメント（旋回トルク）を抑制することができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る首振り推進器および船舶の構成について説明する。本実施の形態は、首振り推進器１ｂのストラット１２ｂの大きさが更に大きい点で、第２の実施の形態と相違している。以下では、その相違点について主に説明する。

図７は、本実施の形態に係る首振り推進器の構成を示す側面図である。首振り推進器１ｂは、ケーシング１１と、プロペラ１３と、ストラット１２ｂとを備えている。ケーシング１１およびプロペラ１３は、第２の実施の形態と同様である。ストラット１２ｂは、ケーシング１１の上側に固定され、ケーシング１１を船体２０に対して舵軸Ｄ回りに回転可能に支持している。言い換えると、ストラット１２ｂは、ケーシング１１とストラット１２ｂとが一体で船体２０に対して舵軸Ｄ回りに回転可能となるように、ケーシング１１を船体２０に支持している。首振り推進器１ｂは、更にフィン１４をケーシング１１の後部下方に設けられている。

ストラット１２ｂは、前部ストラット３１と、後部ストラット３０ｂとを備えている。後部ストラット３０ｂは、前部ストラット３１と一体に設けられている。前部ストラット３１の後端は、平面視（舵軸Ｄに垂直な平面視）で、ケーシング１１の後端Ｅ０まで後方に伸びている。前部ストラット３１の後端の下端は、ケーシング１１の後端Ｅ０に接している。後部ストラット３０ｂにおけるケーシング１１の上側の前端は、前部ストラット３１の後端と結合している。後部ストラット３０ｂにおけるケーシング１１の下側の前端は、フィン１４の後端と結合している。後部ストラット３０ｂの後端Ｅ１は、平面視（舵軸Ｄに垂直な平面視）で、ケーシング１１の後端Ｅ０よりも後方に伸びている。後部ストラット３０の下端は、プロペラ１３の軸よりも低い高さである。言い換えると、後部ストラット３０ｂの下端は、ケーシング１１よりも下方に伸びている（プロペラ１３の軸よりも下がっている）。ストラット１２ｂ（断面ＡＡ’）およびフィン１４（断面ＣＣ’）は、流体抵抗を低減するために流線形又は翼形（前縁が丸く後縁が尖った湾曲していない翼形）であることが好ましい。ここで、ストラット１２ｂ（の後部ストラット３０ｂ）とフィン１４とは、一体に設けられていても良い。

この場合にも、第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、後部ストラット３０ｂの大きさを大きくできる。それにより、より確実に、首振り推進器１ｂにおいて、旋回時生じる力、モーメント（旋回トルク）を抑制することができる。

以上説明されるように、上記各実施の形態の首振り推進器は、プロペラに作用する力によるモーメントを後部ストラット（およびフィン）に作用する力に基づくモーメントで相殺すことができる。それにより、首振り推進器において、旋回時生じる力、モーメント（旋回トルク）を抑制することができる。その結果、旋回時の推進効率を高めることが可能となる。

また、後部ストラット（およびフィン）に作用する力に基づくモーメントをプロペラに作用する力によるモーメントよりも僅かに大きくすれば、プロペラの作動状態により、両者のバランスが崩れ旋回トルクが増大することを更に防止することができる。それにより、船の針路安定性を更に向上させることができる。

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。

１、１ａ、１ｂ：首振り推進器
１１：ケーシング
１２、１２ａ、１２ｂ：ストラット
１３：プロペラ
１４：フィン
２０：船体
２１：船首
２２：船尾
２３：船底
２５：船舶
３０、３０ａ、３０ｂ：後部ストラット
３１：前部ストラット

Claims (6)

1. プロペラと、
   前記プロペラを回転可能に支持するケーシングと、
   前記ケーシングの上側に固定され、前記ケーシングを船体に対して回転可能に支持するストラットと
   を具備し、
   前記ストラットは、
   前部ストラットと、
   前記前部ストラットと一体に設けられた後部ストラットと
   を備え、
   前記前部ストラットの後端は、平面視で、前記ケーシングの後端まで後方に伸び、
   前記後部ストラットの前端は、前記前部ストラットの後端と結合し、前記後部ストラットの後端は、平面視で、前記ケーシングの後端よりも後方に伸びる
   首振り推進器。
2. 請求項１に記載の首振り推進器において、
   前記後部ストラットの下端は、前記プロペラのプロペラ軸の高さまで下方に伸びる
   首振り推進器。
3. 請求項１又は２に記載の首振り推進器において、
   前記ケーシングの後部下側に設けられたフィンを更に具備する
   首振り推進器。
4. 請求項１に記載の首振り推進器において、
   前記ケーシングの後部下側に設けられたフィンを更に具備し、
   前記後部ストラットの下端は、前記ケーシングよりも下方に伸び、
   前記後部ストラットにおける前記ケーシングよりも下方の前端は、前記フィンの後端と結合する
   首振り推進器。
5. 請求項４に記載の首振り推進器において、
   前記後部ストラットと前記フィンとは一体に設けられる
   首振り推進器。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の首振り推進器を備えた船舶。

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