JP2014156185A - プロペラ後流整流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶の操舵時における推進性能を改善するラダーホーンを提供する。
【解決手段】プロペラ後流整流装置１０は、船体３０のプロペラ２０の後方に配置され、方向舵１６を揺動可能に支持するラダーホーン１２に関する発明である。ラダーホーン１２のプロペラ軸ＰＣの延長線上における側壁面に、流線型の膨出部１４を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶の方向舵を揺動可能に支持するラダーホーンに関する。

船舶を推進させるスクリュープロペラ（以下、単にプロペラと記載する。）の推進効率を高めるための付加物として、プロペラ軸線上の方向舵における舵面に流線型の膨らみを成形したコスタバルブが知られている。コスタバルブをプロペラ後方の舵面に形成することによって、プロペラの推進効率を向上させることができる。

特許文献１は、舵ブレード（舵面）にコスタバルブを形成した推進舵取り装置を開示している。特許文献１に記載されている推進舵取り装置は、プロペラと、当該プロペラ後部に配置したフェアリングと、該プロペラの後方に配置された方向舵と、当該方向舵の舵ブレード上に形成されたバルブ状本体とを有している。そして、前記フェアリングと前記バルブ状本体とによって、流線型本体部が形成されている。

当該流線型本体部は、前記フェアリングと前記バルブ状本体の間の狭小ギャップを除き、連続的に形成されている。更に特許文献１に記載されている推進舵取り装置は、前記舵ブレードが回転した際に、前記フェアリングに相対して、前記バルブ状本体のスイングの動きが可能になる。前記舵ブレードの後部には、フラップが配置される。

特許文献２は、キャビテーション生成による舵の腐食現象が回避され、燃料消費量を抑える船舶用舵を開示している。特許文献２に記載されている船舶用舵は、プロペラ軸延長後の上下で異なる迎え角に形成した二面を有するツイストラダーにおいて、前記迎え角が異なる二面の遷移部に、流れ体が設けられている。

特開２０１０−６４７３９号公報 特開２００９−１２０１７０号公報

本発明の目的は、船舶の操舵時における推進性能を改善するラダーホーンを提供することである。

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）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。ただし、それらの番号を、（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。

本発明によるプロペラ後流整流装置（１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）は、船体（３０）におけるプロペラ（２０）の後方に配置され、方向舵（１６、４１６）を揺動可能に支持するラダーホーン（１２、４１２）であって、プロペラ軸（ＰＣ）の延長線上における側壁面に、流線型の膨出部（１４、２１４、３１４、４１４、５１４、６１４）を形成した。

本発明によるプロペラ後流整流装置（５１０、６１０）は、前記流線型の膨出部（５１４、６１４）と繋がる形状の舵面膨出部（５１５、６１５）を形成した方向舵（１６）を備える。

本発明によるプロペラ後流整流装置（４１０）は、水平断面形状が魚型に形成されている高揚力の方向舵（４１６）を備える。

前記方向舵（４１６）の上端又は下端に、左右方向に延出する形状の整流板（４１５）を配置した。

前記ラダーホーン（１２）は、半釣合舵の方向舵（１６）を支持する。

前記ラダーホーン（４１２）は、舵軸（ＲＣ）において前記方向舵（４１６）の下部を支持する舵針（１７）を備える。

前記ラダーホーン（４１２）は、非釣合舵の方向舵（４１６）を支持する。

前記プロペラ軸（ＰＣ）の後端部に取り付けられ、前記流線型の膨出部（３１４、５１４、６１４）と繋がる形状に成形した側壁面を有するボスキャップ（２６）を備える。

本発明によれば、ラダーホーンにおけるプロペラ軸の延長線上の側壁面に、流線型の膨出部を形成することで、船舶の操舵時に生じる推進性能低下を抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るプロペラ後流整流装置の側面図である。 図２は、図１に示したプロペラ後流整流装置付近の、Ａ−Ａ矢視断面図である。 図３は、図１に示した膨出部の構成例を示すＢ−Ｂ矢視断面図である。 図４は、図１に示した膨出部の構成例を示すＢ−Ｂ矢視断面図である。 図５は、図１に示した膨出部の構成例を示すＢ−Ｂ矢視断面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態に係るプロペラ後流整流装置の側面図である。 図７は、本発明の第３の実施形態に係るプロペラ後流整流装置の側面図である。 図８は、本発明の第４の実施形態に係るプロペラ後流整流装置の側面図である。 図９は、図８に示した方向舵の、Ｃ−Ｃ矢視断面図である。 図１０は、本発明の第５の実施形態に係るプロペラ後流整流装置の側面図である。 図１１は、図１０に示したプロペラ後流整流装置付近の、Ｄ−Ｄ矢視断面図である。 図１２は、本発明の第６の実施形態に係るプロペラ後流整流装置の側面図である。

添付図面を参照して、本発明によるプロペラ後流整流装置を実施するための形態を、以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプロペラ後流整流装置１０を説明する図であり、船舶後部の水中に配置される推進装置と、舵取り装置付近の側面図である。図２は、図１に示したプロペラ後流整流装置１０を水平面で切断したＡ−Ａ矢視断面図である。

図１及び図２を参照して、船体３０の後部における船底付近には、船体３０を推進させるプロペラ２０と、船体３０のヨー方向の姿勢を制御する半釣合舵の方向舵１６と、舵軸ＲＣを中心に左舷及び右舷方向（図２に示すＬ−Ｒ方向）へ方向舵１６を揺動可能に支持するラダーホーン１２とが配置されている。方向舵１６の舵軸ＲＣ上には舵頭材が適宜配置され、ラダーホーン１２の舵軸ＲＣ上には舵針が適宜配置される。

プロペラハブ２２は、プロペラ軸ＰＣを中心に回転する。プロペラ２０は、プロペラハブ２２の側壁面に放射状に取り付けられている。プロペラハブ２２は、船体３０から後方に向けて突出したプロペラシャフト（図示せず）に取り付けられている。ラダーホーン１２は、プロペラ２０の後方であって、方向舵１６との間の位置に、船底から吊り下げる形で配置してある。

プロペラ軸ＰＣの延長線上におけるプロペラハブ２２の後方には、側壁面から後縁にかけて流線型に成形した膨出部１４を配置してある。本発明では、方向舵１６を操舵してもプロペラ軸ＰＣとの位置関係が変化しないラダーホーン１２の側壁面に、膨出部１４を形成してある。

図１に示す実施形態では、プロペラハブ２２の後端面と膨出部１４の前端面とは、僅かな間隙（約１０〜８００ｍｍ、以下同様。）を介して配置されており、プロペラハブ２２と膨出部１４との側壁面同士が、流線型で繋がる形状に成形してある。これにより、水流による抵抗を減ずることができる。膨出部１４は、中空構造とすることもできるし、中実構造とすることもできる。膨出部１４におけるプロペラ軸ＰＣに直角な断面積の最大値は、プロペラハブ２２の断面積の８０〜１５０％とすることができる。プロペラハブ２２と膨出部１４との位置関係は、操舵を行っても変化しないので、プロペラハブ２２の後端面と膨出部１４の前端面とは、平面で構成することができると共に、間隙も狭くすることができる。

ラダーホーン１２は、着脱部１３において船体３０に対してボルト等により着脱可能に固定されている。船舶のメンテナンス時において、プロペラ２０を取り外す際や、プロペラシャフトを取り外す際には、船体３０からラダーホーン１２を取り外して、作業性を向上させることができる。なお、着脱部１３の配置は、船体３０の構造に応じて適宜設定することができる。

膨出部１４は、プロペラ後流を整流する付加部材であり、プロペラ後流の縮流を減じると共に、コーンボルテックス（ハブボルテックス）の成形を抑制し、伴流を均一にし、伴流利得を得ることができる。また、膨出部１４とプロペラハブ２２とを、流線型を維持しながら滑らかに繋げる形状にすることによって、プロペラ２０の翼根部分から発生するハブボルテックスの拡散効果を得やすくすることができる。更に、方向舵１６での抵抗増加も少なくすることができるため、比較的安価な構造を用いつつ、推進性能を向上させ、燃料消費率を改善することができる。

この、推進性能の向上により、数％から１０％程度の所要馬力低減が可能になるため、性能向上と共に、燃料の消費量を低減することができる。従来は、コスタバルブを方向舵１６に形成していた。従来は、直進時においてはコスタバルブがプロペラ軸ＰＣと一致するものの、操舵時においてはプロペラ軸ＰＣからずれてしまうために、操舵時におけるプロペラ後流の整流作用が著しく低下していた。

本発明に係るプロペラ後流整流装置１０では、操舵時においてもプロペラハブ２２との位置関係が変化しないラダーホーン１２に膨出部１４を形成したので、直進時及び操舵時の双方において、プロペラ２０による推進性能向上を実現することができる。

次に、本発明に係るプロペラ後流整流装置１０における膨出部１４の断面形状の構成例について、図３乃至図５を用いて説明する。図３乃至図５は、図１に示した膨出部１４付近のＢ−Ｂ矢視断面図である。

膨出部１４の鉛直方向の断面形状は、図３に示すように、円形の断面形状とすることができる。また、膨出部１４の断面形状は、図４に示すように、水平方向にフィンを突出させた断面形状を用いることもできる。また、膨出部１４の断面形状として、図５に示すように、長円の断面形状、又は楕円の断面形状を用いることもできる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るプロペラ後流整流装置２１０について、図６を用いて説明する。なお、図１に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図６を参照して、プロペラ軸ＰＣの延長線上におけるプロペラハブ２２の後方のラダーホーン１２には、前縁から側壁面、及び後縁にかけて流線型に成形した膨出部２１４を配置してある。図６に示すように、プロペラハブ２２の後方の離間した位置に膨出部２１４を形成することによっても、直進時及び操舵時の双方において、プロペラ２０による推進性能向上を実現して、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係るプロペラ後流整流装置３１０について、図７を用いて説明する。なお、図１に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図７を参照して、プロペラハブ２２の後部には、当該プロペラハブ２２と一体となって回転するボスキャップ２６が取り付けられている。プロペラ軸ＰＣの延長線上におけるボスキャップ２６の後方のラダーホーン１２には、側壁面から後縁にかけて流線型に成形した膨出部３１４を配置してある。

図７に示す実施形態では、ボスキャップ２６の後端面と膨出部３１４の前端面とは、僅かな間隙を介して配置されており、ボスキャップ２６と膨出部３１４との側壁面同士が、流線型で繋がる形状に成形してある。これにより、水流による抵抗を減ずることができる。

図７に示すように、プロペラハブ２２の後部にボスキャップ２６を取り付け、当該ボスキャップ２６の後方の間隙を介した位置に膨出部３１４を形成することによっても、直進時及び操舵時の双方において、プロペラ２０による推進性能向上を実現して、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ボスキャップ２６側壁面の外観形状は、図７に示すような鼓形とすることもできるし、必要に応じて、側面視凸形状の太鼓形とすることもできる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係るプロペラ後流整流装置４１０について、図８及び図９を用いて説明する。図９は、図８に示す方向舵のＣ−Ｃ矢視断面図である。なお、図１及び図２に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図８及び図９を参照して、プロペラ軸ＰＣの延長線上におけるプロペラハブ２２の後方のラダーホーン４１２には、側壁面から後縁にかけて流線型に成形した膨出部４１４を配置してある。図８に示す実施形態では、ラダーホーン４１２を、非釣合舵の方向舵４１６の下方まで延伸させてあり、ラダーホーン４１２が方向舵４１６を上下２箇所で支持（下部ピントル型）している。図８に示すように、ラダーホーン４１２は、舵軸ＲＣにおいて方向舵４１６の下部を支持する舵針１７を備える。

図８及び図９に示す実施形態では、プロペラハブ２２の後端面と膨出部４１４の前端面とは、僅かな間隙を介して配置されており、プロペラハブ２２と膨出部４１４との側壁面同士が、流線型で繋がる形状に成形してある。これにより、水流による抵抗を減ずることができる。

本発明に用いる方向舵として、図８及び図９に示すような魚型水平断面形状を有する高揚力の方向舵４１６（シリング舵）を用いることができる。高揚力の方向舵４１６は、所定の旋回力を得る際における抵抗（抗力）が少ないので、本発明に係るプロペラ後流整流装置と組み合わせることによって、更なる燃料消費率の改善を行うことができる。また、図８及び図９に示すように、方向舵４１６の上端又は下端に、左右方向に延出する形状の整流板４１５を配置することもできる。この整流板４１５を配置することによって、操舵時における方向舵４１６の揚力を増すことができる。この整流板４１５は、他の実施形態の方向舵に適用することができる。

図８に示すように、ラダーホーン４１２に膨出部４１４を形成することによって、直進時及び操舵時の双方において、プロペラ２０による推進性能向上を実現して、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ラダーホーンの下部において、プロペラ２０の下部を通るシューピースを介して船体３０の船底と接続する構成を採用することもできる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係るプロペラ後流整流装置５１０について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１１は、図１０に示したプロペラ後流整流装置５１０付近のＤ−Ｄ矢視断面図である。なお、図１１では、プロペラシャフトや軸受け等の構造物の記載は省略してある。また、図１及び図２に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１０及び図１１を参照して、プロペラハブ２２の後部には、当該プロペラハブ２２と一体となって回転するボスキャップ２６が取り付けられている。プロペラ軸ＰＣの延長線上におけるボスキャップ２６の後方のラダーホーン１２には、側壁面を流線型に成形した膨出部５１４を配置してある。

膨出部５１４の更に後方の方向舵１６の舵面には、膨出部５１４の側壁面と流線型で繋がる形状に成形した舵面膨出部５１５を形成してある。なお、図１１に示すように、方向舵１６の舵面に舵面膨出部５１５を形成することによって舵厚が厚くなるので、舵面膨出部５１５の前縁付近の水平断面形状は、舵軸ＲＣを中心とした円弧状に形成する必要がある。

そして、膨出部５１４の後端の形状も、舵面膨出部５１５及び方向舵１６の前縁形状に合わせて、舵軸ＲＣを中心とした円弧状に形成する必要がある。すると、図１０に示すように、膨出部５１４の後端部を側面から観察した側面形状は、後方に向かって凸状の後端凸形状５１３となる。

図１０及び図１１に示すように、ボスキャップ２６の後方に僅かな間隙を介して膨出部５１４を形成し、その更に後方に僅かな間隙を介して舵面膨出部５１５を形成することによっても、直進時及び操舵時の双方において、プロペラ２０による推進性能向上を実現して、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係るプロペラ後流整流装置６１０について、図１２を用いて説明する。なお、図１に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１２を参照して、プロペラハブ２２の後部には、当該プロペラハブ２２と一体となって回転するボスキャップ２６が取り付けられている。プロペラ軸ＰＣの延長線上におけるボスキャップ２６の後方のラダーホーン１２には、側壁面を流線型に成形した膨出部６１４を配置してある。

膨出部６１４の更に後方の方向舵１６の舵面には、膨出部６１４の側壁面と流線型で繋がる形状に成形した舵面膨出部６１５を形成してある。図１０及び図１１に示した実施形態では、膨出部５１４の側面視形状は、後方に向かって凸状の後端凸形状５１３であった。これに対し、図１２に示す実施形態における膨出部６１４の側面視形状は、後方に向かって凹状の後端凹形状６１３である。このように、後方に向かって凹状の後端凹形状６１３を形成することによって、方向舵１６の舵角を大きくした際における、舵面膨出部６１５と膨出部６１４との干渉を避けることができる。

図１２に示すように、ボスキャップ２６の後方に僅かな間隙を介して膨出部６１４を形成し、その更に後方に僅かな間隙を介して舵面膨出部６１５を形成することによっても、直進時及び操舵時の双方において、プロペラ２０による推進性能向上を実現して、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、実施の形態を参照して本発明によるプロペラ後流整流装置を説明したが、本は発明によるプロペラ後流整流装置は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。

１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０...プロペラ後流整流装置
１２、４１２...ラダーホーン
１４、２１４、３１４、４１４、５１４、６１４...膨出部
１６、４１６...方向舵
１７...舵針
２０...プロペラ
２２...プロペラハブ
２６...ボスキャップ
３０...船体
４１５...整流板
５１５、６１５...舵面膨出部
ＲＣ...舵軸
ＰＣ...プロペラ軸

Claims (9)

1. 船体におけるプロペラの後方に配置され、方向舵を揺動可能に支持するラダーホーンであって、プロペラ軸の延長線上における側壁面に、流線型の膨出部を形成したプロペラ後流整流装置。
2. 前記流線型の膨出部と繋がる形状の舵面膨出部を形成した方向舵を備える請求項１に記載のプロペラ後流整流装置。
3. 前記方向舵は、水平断面形状が魚型に形成されている高揚力舵である請求項２に記載のプロペラ後流整流装置。
4. 水平断面形状が魚型に形成されている高揚力の方向舵を備える請求項１に記載のプロペラ後流整流装置。
5. 前記方向舵の上端又は下端に、左右方向に延出する形状の整流板を配置した請求項２乃至４のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
6. 前記ラダーホーンは、半釣合舵の方向舵を支持する請求項１乃至５のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
7. 前記ラダーホーンは、舵軸において前記方向舵の下部を支持する舵針を備える請求項１乃至５のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
8. 前記ラダーホーンは、非釣合舵の方向舵を支持する請求項７に記載のプロペラ後流整流装置。
9. 前記プロペラ軸の後端部に取り付けられ、前記流線型の膨出部と繋がる形状に成形した側壁面を有するボスキャップを備える請求項１乃至８のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。

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