JP2014151876A - 船舶用リアクションフィン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】船体に大きな推進力を付与する位置にのみリアクションフィンを設ける。
【解決手段】プロペラの船首側に、プロペラ軸５を中心としてリアクションフィン１〜４を放射状に配置して船体に固定している。リアクションフィン１〜４は、プロペラ軸５の左右に位置する水平状態のリアクションフィン１，４と、プロペラ軸５を中心としてこれらと略４５度をなす上方に位置する傾斜状態のリアクションフィン２，３とで構成されている。リアクションフィン１〜４の外周側１ａ〜４ａの取付角は、下から上へ斜めに上昇する水流により船体に推進力Ｆ_２を発生させる角度である。プロペラ軸５の方向への水の流速の成分の平均値をＶｘ_１とし、プロペラ軸５の方向およびリアクションフィン１〜４の長さ方向に対して直角な方向の水の流速の成分の平均値をＶｔ_１とすると、リアクションフィン１〜４の外周側１ａ〜４ａの取付角αは、α＝ｔａｎ^−１（Ｖｔ_１／Ｖｘ_１）である。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶用リアクションフィン装置に関する。

船舶には、推進性能向上のために船体の船尾にリアクションフィン装置が設けられている。このリアクションフィン装置は、図７に示すように構成されている。即ち、プロペラ１１よりも船体の船首側であって、プロペラ軸を回転可能に支持するボッシング１２の外側に、プロペラ軸の軸心に対して放射方向に沿ってリアクションフィン１３を延出形成している。リアクションフィン１３には、船体を前進させる推進力を生じるプロペラ１１の矢印（イ）で示す回転方向とは逆の矢印（ロ）で示す回転方向の流れを水に対して与えるように、ひねりが付けられている。

このような船舶用リアクションフィン装置では、プロペラ１１が回転して船舶が前進するとき、リアクションフィン１３が、プロペラ１１の回転方向と逆方向の水の流れを起こしてプロペラ１に送り込む。このため、プロペラ１１の回転方向と同じ方向の回転流がプロペラ１１の後方で生じるのを減少させることになる。この結果、回転流によるプロペラ１１の推進効率の低下が抑えられ、プロペラ１１の推進性能が向上する。

従来の船舶用リアクションフィン装置としては、特許文献１に記載のものがある。

この発明は、プロペラ軸の上方に設けた長い上部リアクションフィンと、該上部リアクションフィンよりも下方に張り出され上部リアクションフィンよりも短い中部リアクションフィンと、該中部リアクションフィンよりも下方に張り出され該中部リアクションフィンよりも短い下部リアクションフィンとを備えたことを特徴としている。

プロペラ軸の下方の短い下部リアクションフィンでは、逆向きの回転流の発生によるメリットを、逆向きの回転流を与えることによる抗力の増加というデメリット以上にすることができ、長い上部リアクションフィンと協働して推進性能が大きく向上する。

特開平５−１８５９８６号公報

本発明の目的は、プロペラの船首側の位置での水の流れる方向を予め調べておき、プロペラ軸を中心として放射状に設けられるリアクションフィンのうち、前記水の流れによって船体に大きな推進力を付与することになる位置にのみ、リアクションフィンを設けるようにしたものである。

以下に、「発明を実施するための形態」で使用される番号を用いて、「課題を解決するための手段」を説明する。これらの番号は、「特許請求の範囲」の記載と「発明を実施するための形態」の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものである。但し、それらの番号は、「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。

本発明による船舶用リアクションフィン装置は、船体のプロペラ軸（５）に設けられたプロペラの船首側に、前記プロペラ軸（５）を中心として４枚のリアクションフィン（１）〜（４）を放射状に配置して船体に固定している。

前記リアクションフィン（１）〜（４）は、前記プロペラ軸（５）の左右に位置する水平状態と、該水平状態のリアクションフィン（１）（４）に対して前記プロペラ軸（５）を中心として略４５度をなす上方に位置する傾斜状態にして船体に固定されている。前記リアクションフィン（１）〜（４）の外周側（１ａ）〜（４ａ）の取付角αは、下から上へ斜めに上昇する水流により船体に推進力（Ｆ_２）を発生させる角度である。

プロペラ軸（５）の方向への水の流速の成分の平均値をＶｘ_１とし、前記プロペラ軸（５）の方向および前記リアクションフィン（１）〜（４）の長さ方向に対して直角な方向の水の流速の成分の平均値をＶｔ_１とすると、前記リアクションフィン（１）〜（４）の外周側（１ａ）〜（４ａ）の取付角αは、α＝ｔａｎ^−１（Ｖｔ_１／Ｖｘ_１）である。

前記リアクションフィン（１）〜（４）の外周側（１ａ）〜（４ａ）のキャンバー比が略０．３５である。

前記リアクションフィン（１）〜（４）の内周側（１ｃ）〜（４ｃ）の取付角は、上から下へ斜めに下降する水流により船体に推進力（Ｆ_２）を発生させる角度である。

プロペラ軸（５）の方向への水の流速の平均値をＶｘ_２とし、前記プロペラ軸（５）の方向および前記リアクションフィン（１）〜（４）の長さ方向に対して直角な方向の水の流速の平均値をＶｔ_２とすると、前記リアクションフィン（１）〜（４）の内周側（１ｃ）〜（４ｃ）の取付角βは、β＝ｔａｎ^−１（Ｖｔ_２／Ｖｘ_２）である

前記リアクションフィン（１）〜（４）の内周側（１ｃ）〜（４ｃ）のキャンバー比が略０．３５またはゼロである。

フランジ部（７）にフィン部（８）を立設して一対のフィン構成体（９）を設け、
前記フランジ部（７）どうしを結合して前記内周側（１ｃ）〜（４ｃ）と前記外周側（１ａ）〜（４ａ）とを有する前記リアクションフィン（１）〜（４）とした。

本発明による船舶用リアクションフィン装置によれば、リアクションフィンの外周側には斜め上方へ向かう水の流れがあり、この流れによりアクションフィンの面に対して直角な方向の揚力が生じる。この揚力のうちのプロペラ軸方向の成分が船体に推進力を生じさせる。

図１は、船尾から見たリアクションフィンと、各リアクションフィンをプロぺラ軸へ向かって半径方向に見た断面図である（実施の形態１）。 図２は、リアクションフィンの取付角を示す説明図である（実施の形態１）。 図３は、リアクションフィンのキャンバー比を示す説明図である（実施の形態１）。 図４は、プロペラの船尾側の縦断面の水の流れる方向を示す説明図である（実施の形態１）。 図５は、船尾から見たリアクションフィンと、各リアクションフィンをプロペラ軸へ向かって半径方向に見た断面図である（実施の形態２）。 図６は、フィン構成体の構成図と、フィン部を右方からみた断面図である（実施の形態３）。 図７は、従来のリアクションフィンの斜視図である。

以下、本発明による船舶用リアクションフィン装置を実施するための実施の形態を説明する。
（実施の形態１）

まず、実施の形態１を、図１〜４に基づいて説明する。この実施の形態は、プロペラ軸の船首側であって、左右両側の外周側に斜め上方へ向かう水の流れが存在するので、この流れを利用して船体に推進力を付与するものである。

図１に示すように、船体のプロペラ軸５に設けられた図示しないプロペラの船首側に、前記プロペラ軸５を中心としてリアクションフィン１〜４が放射状に配置され、その中心側が船体に固定されている。

前記リアクションフィン１〜４は、前記プロペラ軸５の左右に位置する水平状態のリアクションフィン１，４と、該水平状態のリアクションフィン１，４に対して前記プロペラ軸５を中心として略４５度をなす上方に位置する傾斜状態のリアクションフィン２，３とがある。これらのリアクションフィン１〜４は、外周側１ａ〜４ａ（幅の大きい部分）と内周側１ｂ〜４ｂとに分かれ、後者の部分が溶接等により船体のボッシング６に固定されている。

前記リアクションフィン１〜４の外周側１ａ〜４ａの部分の取付角αは、下から上へ斜めに上昇する水流により外周側１ａ〜４ａの部分を上に押し上げる揚力が発生する角度になっている。そして、この揚力のうちのプロペラ軸５の軸線方向の成分が、船体に推進力を発生させる。プロペラの船尾側の縦断面の水の流れる方向を図４に示す。図のようにプロペラ軸５の中心をＯ点とし、プロペラの外周部位置を（ハ）の円弧で示すと、Ｏ点の左右両側とその上方には斜め上向きの流れが存在する。この斜め上向きの流れを利用して船体に推進力を生じさせるため、リアクションフィン１〜４は前述した位置に配置されている。

前記リアクションフィン１〜４の外周側１ａ〜４ａの部分の取付角αについて以下に説明する。図１に示すように、外周側１ａ〜４ａをその外周側の端部から内周側へ向かって（プロペラの半径方向）見た時の矢視図がリアクションフィン１〜４毎に描かれている。例えばリアクションフィン４の矢視図を拡大して図２に示すように、水の流速Ｖに対して、プロペラ軸５の軸線５ａの方向への水の流速の成分の平均値をＶｘ_１とし、プロペラ軸５の方向およびリアクションフィン４の長さ方向に対して直角な方向の水の流速の成分の平均値をＶｔ_１とする。すると、前記リアクションフィン４の外周側４ａの取付角αは、α＝ｔａｎ^−１（Ｖｔ_１／Ｖｘ_１）となる。これは、リアクションフィン４の外周側４ａの角度を、水の流れる方向に一致させたものである。

前記リアクションフィン１〜４の外周側１ａ〜４ａのキャンバー比は、略０．３５に設定されている。外周側１ａ〜４ａの断面図を図３の上部に示す。翼弦線（ホ）とキャンバー線（ヘ）とがあり、翼弦線（ホ）とキャンバー線（ヘ）との距離がキャンバーＣで表わされる。翼弦長Ｌとすると、キャンバー比はＣ／Ｌで表わされ、キャンバー比がゼロの場合は図３の下部に示すように上下が対称な形状になる。

前記リアクションフィン１〜４の内周側１ｂ〜４ｂの部分には揚力の生じる翼形状は形成されていない。

船舶が走行する際には、図４に示すようにプロペラ軸５の中心０の左右両側とその上方には斜め上方へ向かう水の流れがある。そして、この水の流れに沿うようにリアクションフィン１〜４の外周側１ａ〜４ａが図１のように取付角αに設定されている。外周側１ａ〜４ａの夫々に、斜め上方へ向かう水の流れがあると、外周側１ａ〜４ａには、外周側４ａの場合を拡大して図２に示すように、外周側４ａの面と直角な方向である斜め上方へ向かって揚力Ｆ_１が生じる。この揚力Ｆ_１のプロペラ軸５の軸線５ａと平行な方向の成分であるＦ_２が図２の右方向（船首の方向）を向いており、Ｆ_２が船体の推進力となる。ここで、Ｆ_２＝Ｆ_１ｓｉｎαで表わされる。図１に示すように、外周側１ａ〜３ａについてもＦ_２がいずれも船首の方向を向いており、外周側１ａ〜４ａが存在することにより、船体の推進力は４Ｆ_２となる。

本発明による船舶用リアクションフィン装置によれば、リアクションフィン１〜４の外周側１ａ〜４ａには斜め上方へ向かう水の流れがあり、この流れによりアクションフィン１〜４の面に対して直角な方向の揚力Ｆ_１が生じる。この揚力Ｆ_１のうちのプロペラ軸５の方向の成分Ｆ_２が船体に推進力を生じさせる。
（実施の形態２）

次に、実施の形態２について説明する。この実施の形態は、左右両側の外周側の流れだけでなく内周側には斜め下方へ向かう水の流れが存在するので、この流れも利用して船体に推進力を付与するものである。なお、実施の形態２は実施の形態１の一部を変更したものなので、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

図５に示すように、リアクションフィン１〜４は、外周側１ａ〜４ａと内周側１ｃ〜４ｃとに分かれている。外周側１ａ〜４ａと内周側１ｃ〜４ｃとの境界位置は、図４の（ニ）で示す円弧の位置と対応している。外周側１ａ〜４ａの取付角αは、実施の形態１と同じである。内周側１ｃ〜４ｃの取付角βは、上から下へ斜めに下降する水流により内周側１ｃ〜４ｃの部分を下に押し上げる揚力が発生する角度になっている。そして、この揚力のうちのプロペラ軸の軸線方向の成分が、船体に推進力を発生させる。

即ち、図５に示すように構成されている。図５は図１と同様にリアクションフィン１〜４を半径方向に見たときの断面図を、リアクションフィン１〜４ごとに描いたものである。２つの断面図のうち、プロペラ軸５に近いほうの断面図が内周側１ｃ〜４ｃの断面図であり、遠いほうの断面図が外周側１ａ〜４ａの断面図である。既に述べたように、外周側１ａ〜４ａの断面図は、実施の形態１と同じである。内周側１ｃ〜４ｃの断面図は、外周側１ａ〜４ａの断面図と略線対称に設定し、更に内周側１ｃ〜４ｃの部分を下に押し上げる揚力が発生する角度となるように取付角を設定したものである。

リアクションフィン１〜４の内周側１ｃ〜４ｃの部分の取付角βを以下に説明する。プロペラ軸５の方向への水の流速の成分の平均値をＶｘ_２とし、プロペラ軸５の方向およびリアクションフィン１〜４の長さ方向に対して直角な方向の水の流速の成分の平均値をＶｔ_２とすると、前記リアクションフィン１〜４の内周側１ｃ〜４ｃの取付角βは、β＝ｔａｎ^−１（Ｖｔ_２／Ｖｘ_２）となる。

前記リアクションフィン１〜４の内周側１ｃ〜４ｃのキャンバー比も略０．３５に設定されている。なお、図３の下部の形状のように、内周側１ｃ〜４ｃのキャンバー比をゼロに設定してもよい。この場合は実施の形態１と同じになり、内周側１ｃ〜４ｃによって揚力や推進力は生じない。

船舶が走行する際には、図４に示すようにプロペラ軸５の中心０の左右両側のプロペラ軸５に近い位置には斜め下方へ向かう水の流れがある。そして、この水の流れに沿うようにして、図５に示すようにリアクションフィン１〜４の内周側１ｃ〜４ｃの取付角βが設定されている。内周側１ｃ〜４ｃの夫々に、斜め下方へ向かう水の流れがあると、内周側１ｃ〜４ｃには、内周側１ｃ〜４ｃの面と直角な方向である斜め下方へ向かって揚力Ｆ_１が生じる。この揚力Ｆ_１におけるプロペラ軸５の軸線５ａと平行な方向の成分であるＦ_２が船首の方向を向いており、Ｆ_２が船体の推進力となる。ここで、Ｆ_２＝Ｆ_１ｓｉｎβで表わされる。図５に示すように、内周側１ｃ〜４ｃの夫々に推進力Ｆ_２が生じるので、合計で４Ｆ_２の推進力となる。従って、外周側１ａ〜４ａによる４Ｆ_２の推進力と、内周側１ｃ〜４ｃによる４Ｆ_２の推進力とが船体に作用することになる。

リアクションフィン１〜４の内周側１ｃ〜４ｃには斜め下方へ向かう水の流れがあり、この流れによりリアクションフィン１〜４の面に対して直角な方向の揚力Ｆ_１が生じる。この揚力Ｆ_１のうちのプロペラ軸５の方向の成分Ｆ_２が船体に推進力を生じさせる。

（実施の形態３）

最後に、実施の形態３について説明する。この実施の形態は、実施の形態２のように内周側と外周側とで取付角が異なるリアクションフィンを製造するのはコストがかかることから、一対のフィン構成体を結合して単一のリアクションフィンを作るようにしたものである。なお、実施の形態３は実施の形態２の一部を変更したものなので、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

図６に示すように、フランジ部７にフィン部８を立設してフィン構成体９が構成され、該フィン構成体９が一対設けられている。これらのフィン構成体９どうしは、フランジ部７を貫通する複数のボルト１０ａとナット１０ｂとにより結合されている。図中の左方のフィン構成体９の左端がボッシング６に結合されている。

図６の右方からフィン部８を見た時の断面形状を右側に示す。右側の断面形状は右側のフィン部８の断面形状であり、左側の断面形状は左側のフィン部８の断面形状である。左右のフィン部８は同じものを用いることができ、左右のフィン部８の回転角度を変えることにより取付角α，βを変更することができる。左側のフィン部８が実施の形態２の内周側１ｃ〜４ｃに相当し、右側のフィン部８が外周側１ａ〜４ａに相当する。

リアクションフィンの内周側と外周側との断面形状が同一である場合は、同一のフィン構成体９を連結して用いることができる。フィン部８の開放端を相互に反対方向に向けて、フランジ部７どうしを結合する。これにより、外周側１ａ〜４ａの断面形状と内周側１ｃ〜４ｃの断面形状とが略線対称な、実施の形態２の船舶用リアクションフィン装置を構成することができる。

前記取付角α，βは、ボッシング６に対して、二つのフィン部８の部分の角度を決めることにより設定される。

リアクションフィンの内周側と外周側とのキャンバー比が同一で同一断面形状であれば、同一のフィン構成体９を二つ結合することにより、実施の形態２に用いるリアクションフィンとして使用することができる。

以上、実施の形態を参照して本発明による船舶用リアクションフィン装置を説明したが、本発明による船舶用リアクションフィン装置は、前記の実施の形態に限定されるものではない。前記の実施の形態に様々な変更を行うことが可能であり、前記の実施の形態に記載された構成と前記の他の実施の形態に記載された構成とを組み合わせることが可能である。

１〜４・・・リアクションフィン
１ａ〜４ａ・・・外周側
１ｃ〜４ｃ・・・内周側
５・・・プロペラ軸
７・・・フランジ部
８・・・フィン部
９・・・フィン構成体
Ｆ_２・・・推進力

Claims (7)

1. 船体のプロペラ軸に設けられたプロペラの船首側に、前記プロペラ軸を中心としてリアクションフィンが放射状に配置して船体に固定され、
   前記リアクションフィンは、前記プロペラ軸の左右に位置する水平状態と、該水平状態のリアクションフィンに対して前記プロペラ軸を中心として略４５度をなす上方に位置する傾斜状態にして船体に固定され、
   前記リアクションフィンの外周側の取付角は、下から上へ斜めに上昇する水流により船体に推進力を発生させる角度である
   船舶用リアクションフィン装置。
2. プロペラ軸の方向への水の流速の成分の平均値をＶｘ_１とし、
   前記プロペラ軸の方向および前記リアクションフィンの長さ方向に対して直角な方向の水の流速の成分の平均値をＶｔ_１とすると、
   前記リアクションフィンの外周側の取付角αは、
   α＝ｔａｎ^−１（Ｖｔ_１／Ｖｘ_１）である
   請求項１に記載の船舶用リアクションフィン装置。
3. 前記リアクションフィンの外周側のキャンバー比が略０．３５である
   請求項１または２に記載の船舶用リアクションフィン装置。
4. 前記リアクションフィンの内周側の取付角は、上から下へ斜めに下降する水流により船体に推進力を発生させる角度である
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶用リアクションフィン装置。
5. プロペラ軸の方向への水の流速の平均値をＶｘ_２とし、
   前記プロペラ軸の方向および前記リアクションフィンの長さ方向に対して直角な方向の水の流速の平均値をＶｔ_２とすると、
   前記リアクションフィンの内周側の取付角βは、
   β＝ｔａｎ^−１（Ｖｔ_２／Ｖｘ_２）である
   請求項４に記載の船舶用リアクションフィン装置。
6. 前記リアクションフィンの内周側のキャンバー比が略０．３５またはゼロである
   請求項４または５に記載の船舶用リアクションフィン装置。
7. フランジ部にフィン部を立設して一対のフィン構成体を設け、
   前記フランジ部どうしを結合して前記内周側と前記外周側とを有する前記リアクションフィンとした
   請求項４〜６に記載の船舶用リアクションフィン装置。

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