JP2014156193A - プロペラ後流整流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶の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８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を揺動可能に支持すると共に、螺旋状のプロペラ後流に従った取付角を有するラダーホーン１２を備える。ラダーホーン１２は鉛直軸に対してツイスト型を成している。
【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、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１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取付角に形成した二面を有するツイストラダーにおいて、前記取付角が異なる二面の遷移部に、流れ体が設けられている。

特許文献２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２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２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。

特開２００９−１２０１７０号公報 特開２０１０−６４７３９号公報

本発明の目的は、船舶の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（８、９、１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０）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、１１６、４１６、７１６、７１７、８１６）を揺動可能に支持すると共に、螺旋状のプロペラ後流（ＰＦ）に従った取付角（α）を有するラダーホーン（１２、１１２、４１２、７１２、８１２）を備える。

また、本発明によるプロペラ後流整流装置（８、９、１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０）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、１１６、４１６、７１６、７１７、８１６）を揺動可能に支持すると共に、前縁翼弦角（β）が螺旋状のプロペラ後流（ＰＦ）に従った角度で形成されているラダーホーン（１２、１１２、４１２、７１２、８１２）を備える。

また、本発明によるプロペラ後流整流装置（８、１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）は、舵角０°の状態において、螺旋状のプロペラ後流（ＰＦ）に従った取付角αを有する方向舵（１６、４１６）を備える。

また、本発明によるプロペラ後流整流装置（８、１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）は、舵角０°の状態において、前縁翼弦角（β）が螺旋状のプロペラ後流（ＰＦ）に従った角度で形成されている方向舵（１６、４１６）を備える。

前記方向舵（４１６）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。

前記方向舵（１６、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。

前記方向舵（４１６、７１６、７１７）の水平断面形状は、プロペラ軸（ＰＣ）に対して対称の断面形状の部分を有する。

前記ラダーホーン（１２、４１２、８１２）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、２１４、３１４、４１４、５１４、６１４、８１４）を形成した。

前記方向舵（１６、８１６）に、前記流線型の膨出部（５１４、６１４、８１４）と繋がる形状の舵面膨出部（５１５、６１５、８１５）を形成した。

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。

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（１１２、４１２、７１２、８１２）は、舵軸（ＲＣ）において前記方向舵（１１６、４１６、７１６、７１７、８１６）の下部を支持する舵針（１７）を備える。

前記ラダーホーン（１１２、４１２、７１２、８１２）は、非釣合舵の前記方向舵（１１６、４１６、７１６、７１７、８１６）を支持する。

前記方向舵（１６、１１６、４１６）の舵幅（ＲＬ）は、前記ラダーホーン（１２、１１２、４１２）と方向舵（１６、１１６、４１６）との合計の全幅（ＨＬ）の５０％以上とした。

前記方向舵（７１６、７１７、８１６）の舵幅（ＲＬ）は、前記ラダーホーン（７１２、８１２）と方向舵（７１６、７１７、８１６）との合計の全幅（ＨＬ）の５０％以下とした。

前記方向舵（８１６）の舵角０°における後縁翼弦角（θ）は、螺旋状のプロペラ後流（ＰＦ）に従った角度を有する。

前記方向舵（８１６）のプロペラ軸（ＰＣ）に対する最大後縁舵角（εＬ、εＲ）は、左右で異なる角度である。

本発明によれば、プロペラ軸の上方又は下方におけるラダーホーンの前縁を、プロペラ後流に従ってツイストさせることによって、船舶の推進性能を改善することができる。

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の、Ａ１−Ａ１矢視断面図である。 図３は、図１に示したプロペラ後流整流装置の、Ａ２−Ａ２矢視断面図である。 図４は、図１に示したプロペラ後流整流装置の、Ａ３−Ａ３矢視断面図である。 図５は、図１に示したプロペラ後流整流装置の、Ａ４−Ａ４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、図６に示したプロペラ後流整流装置の、Ａ５−Ａ５矢視断面図である。 図８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９は、図８に示したプロペラ後流整流装置の、Ａ６−Ａ６矢視断面図である。 図１０は、図８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１１は、図８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１２は、図８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１３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１４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１５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。 図１６は、図１５に示したプロペラ後流整流装置の、Ｃ２−Ｃ２矢視断面図である。 図１７は、図１５に示したプロペラ後流整流装置の、Ｃ３−Ｃ３矢視断面図である。 図１８は、図１５に示したプロペラ後流整流装置の、Ｃ４−Ｃ４矢視断面図である。 図１９は、本発明の第７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２０は、図１９に示したプロペラ後流整流装置の、Ｄ−Ｄ矢視断面図である。 図２１は、本発明の第８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２２は、本発明のプロペラ後流整流装置において、プロペラ軸ＰＣに対して対称な断面形状の方向舵を用いた状態を示す断面図である。 図２３は、本発明の第９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２４は、図２３に示したプロペラ後流整流装置の、Ｅ−Ｅ矢視断面図である。 図２５は、本発明のプロペラ後流整流装置において、プロペラ軸ＰＣに対して対称な断面形状の方向舵を用いた状態を示す断面図である。 図２６は、本発明の第１０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２７は、図２６に示したプロペラ後流整流装置の、Ｆ−Ｆ矢視断面図である。

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８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乃至図５は、図１に示したプロペラ後流整流装置８を、プロペラ軸ＰＣと平行な水平面で切断したＡ１〜Ａ４矢視断面図である。

図１乃至図５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方向舵１６と、舵軸ＲＣを中心に左舷方向及び右舷方向（図３乃至図５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されている。

本発明に係るラダーホーン１２におけるプロペラ軸ＰＣと平行な水平断面形状は、螺旋状となるプロペラ後流ＰＦ（図２乃至図４参照）に従った迎角（プロペラ後流角γ−取付角α）を有しており、鉛直軸に対してツイスト型を成している。図２乃至図４を参照して、図１に示すプロペラ後流整流装置８におけるＡ１〜Ａ４矢視断面形状と、そのツイスト形状とについて説明する。

先ず図２を参照して、ツイスト型のラダーホーン１２の断面形状（図１に示すＡ１−Ａ１矢視断面。）について説明する。ラダーホーン１２のプロペラ軸ＰＣと平行な水平断面形状は、翼型断面形状をしている。翼型断面形状を表現する方法は多様であるが、ここでは、ラダーホーン１２の最も後端縁を後縁ＴＥ（Ｔｒａｉｌｉｎｇ Ｅｄｇｅ）と定義し、後縁ＴＥから最も遠方の先端縁を前縁ＬＥ（Ｌｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ）と定義する。

そして、後縁ＴＥと前縁ＬＥとを結ぶ直線を翼弦線ＹＬと定義する。また、翼弦線ＹＬに対する垂線とラダーホーン１２における左右両表面との両交点の中点の点列を平均翼弦線ＣＬ（Ｃａｍｂｅｒ Ｌｉｎｅ）と定義する。更に、前縁ＬＥにおける平均翼弦線ＣＬの出射方向を前縁翼弦ベクトルＶＥと定義する。また、プロペラ軸ＰＣと翼弦線ＹＬとがなす角度を取付角α、プロペラ軸ＰＣと前縁翼弦ベクトルＶＥとがなす角度を前縁翼弦角β、プロペラ軸ＰＣとプロペラ後流ＰＦとがなす角度をプロペラ後流角γと定義する。

本発明では、ラダーホーン１２におけるプロペラ軸ＰＣと平行な水平断面形状における取付角αを、螺旋状となるプロペラ後流ＰＦに従った角度としている。取付角αの最大角度として、０．５°〜１０°を用いることができる。また、ラダーホーン１２におけるプロペラ軸ＰＣと平行な水平断面形状について、前縁ＬＥの平均翼弦線ＣＬが、螺旋状となるプロペラ後流ＰＦに従った前縁翼弦角βを有する形状としている。前縁翼弦角βの最大角度として、５°〜３０°を用いることができる。

図２に示すように、ラダーホーン１２に対してプロペラ後流ＰＦがプロペラ後流角γで当たると、ラダーホーン１２に対して抗力ＰＤが働くとともに、揚力ＰＬが働く。この揚力ＰＬには、成分にプロペラ軸ＰＣに対して平行な推力ＴＰが含まれることから、プロペラ２０の推進性能向上による高速化を図り、燃料消費率を改善することができる。

次に、図３を参照して、ツイスト型のラダーホーン１２及び方向舵１６の断面形状（図１に示すＡ２−Ａ２矢視断面。）について説明する。ラダーホーン１２及び方向舵１６のプロペラ軸ＰＣ上方における水平断面形状は、図３に示すような非対称な翼型断面形状をしている。ラダーホーン１２は、舵軸ＲＣを中心に、方向舵１６を左右方向（図３に示すＬ−Ｒ方向）へ揺動可能に支持している。なお、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３に示す平均翼弦線ＣＬ、前縁翼弦ベクトルＶＥ、取付角α、又は前縁翼弦角β等の値は、Ａ２−Ａ２矢視断面におけるプロペラ後流角γに応じて、適宜変更することができる。また、取付角α又は前縁翼弦角βは、プロペラ軸ＰＣから遠ざかるにつれて、直線的、二次直線的、又はｓｉｎカープ等に従った値を用いて減少させてゆくこともできる。

次に、図４を参照して、ツイスト型のラダーホーン１２及び方向舵１６の断面形状（図１に示すプロペラ軸ＰＣ上のＡ３−Ａ３矢視断面。）について説明する。ラダーホーン１２及び方向舵１６のプロペラ軸ＰＣ付近における水平断面形状は、図４に示すような、プロペラ軸ＰＣに対して対称な翼型断面形状とすることができる。なお、図２及び図３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４に示す実施例では、ラダーホーン１２及び方向舵１６の平均翼弦線ＣＬ、翼弦線ＹＬは、プロペラ軸ＰＣと一致する。よって、取付角α、及び前縁翼弦角βの値は０°である。

次に、図５を参照して、ツイスト型の方向舵１６の断面形状（図１に示すＡ４−Ａ４矢視断面。）について説明する。方向舵１６のプロペラ軸ＰＣ下方における水平断面形状は、図５に示すような、プロペラ軸ＰＣに対して非対称な翼型断面形状をしており、図２及び図３に示したラダーホーン１２とは逆の方向に方向舵１６の取付角α、前縁翼弦角βを形成してある。Ａ２−Ａ２矢視断面及びＡ４−Ａ４矢視断面が、プロペラ軸ＰＣに対して同距離にある場合には、方向舵１６のＡ４−Ａ４矢視断面形状は、Ａ２−Ａ２矢視断面おけるラダーホーン１２及び方向舵１６の断面形状を反転させた鏡像とすることができる。なお、図２及び図３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５に示す平均翼弦線ＣＬ、前縁翼弦ベクトルＶＥ、取付角α、又は前縁翼弦角β等の値は、プロペラ後流角γに応じて、適宜変更することができる。また、取付角α又は前縁翼弦角βは、プロペラ軸ＰＣから遠ざかるにつれて、直線的、二次直線的、又はｓｉｎカープ等に従った値を用いて減少させてゆくこともできる。

図５に示すように、方向舵１６に対してプロペラ後流ＰＦがプロペラ後流角γで当たると、方向舵１６に対して抗力ＰＤが働くとともに、揚力ＰＬが働く。この揚力ＰＬには、成分にプロペラ軸ＰＣに対して平行な推力ＴＰが含まれることから、プロペラ２０の推進性能向上による高速化を図り、燃料消費率を改善することができる。

なお、この、取付角α又は前縁翼弦角βは、図３に示したＡ２−Ａ２矢視断面から図４に示したプロペラ軸ＰＣ付近のＡ３−Ａ３矢視断面、及び図５に示したＡ４−Ａ４矢視断面まで、直線的、二次直線的、又はｓｉｎカープ等に従った値を用いて連続的に減少及び増加させてゆくことができる。ラダーホーン１２及び方向舵１６の水平断面形状を連続的に減少及び増加させることによって、ラダーホーン１２及び方向舵１６の捩じり、及び曲げに対する強度を高く保つことができる。また、取付角α又は前縁翼弦角βは、図４に示したプロペラ軸ＰＣ付近において不連続として、側面形状に段差を設けることもできる。

（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９について、図６及び図７を用いて説明する。図７は、図６に示すプロペラ後流整流装置９のＡ５−Ａ５矢視断面図である。なお、図１乃至図４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及び図７に示すラダーホーン１１２は、プロペラ軸ＰＣの上方と下方とで異なる取付角α、前縁翼弦角βを有するツイスト型に形成してある。また図６に示す実施形態では、ラダーホーン１１２を方向舵１１６の下方まで延伸させてあり、ラダーホーン１１２が方向舵１１６を上下２箇所で支持（下部ピントル型）している。図６に示すように、ラダーホーン１１２は、舵軸ＲＣにおいて方向舵１１６の下部を支持する舵針１７を備える。このようにラダーホーン１１２及び方向舵１１６を構成することによって、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。

図６に示すＡ２−Ａ２矢視断面及びＡ５−Ａ５矢視断面が、プロペラ軸ＰＣに対して同距離にある場合には、ラダーホーン１１２及び方向舵１１６のＡ５−Ａ５矢視断面形状は、Ａ２−Ａ２矢視断面形状を反転させた鏡像とすることができる。

（第３の実施形態）
図８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９は、図８に示したプロペラ後流整流装置１０を水平面で切断したＡ６−Ａ６矢視断面図である。なお、図１乃至図５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。本実施形態では、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８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。また、キャビテーションの発生を減少させることができる。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に形成して性能向上を図っていた。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。

本発明では、ラダーホーン１２及び方向舵１６の取付角α、又は前縁翼弦角β等の値は、プロペラ後流角γに応じて、プロペラ軸ＰＣに近づくにつれて大きな値とすることが好ましい。しかし、ツイスト形状のラダーホーン１２を構成する際に、プロペラ軸ＰＣ近傍で取付角α、又は前縁翼弦角βを急激に変化させたり、不連続な段差を設けると、プロペラ２０の推進効率が低下したり、キャビテーションを誘発したり、ラダーホーン１２及び方向舵１６の構造上の強度を保つことが困難になる場合がある。

図８に示すように、プロペラ軸ＰＣの延長線上るおけるラダーホーン１２に膨出部１４を成形することによって、プロペラ軸ＰＣの上下にて取付角α、又は前縁翼弦角βを急激に変化させることなく、ラダーホーン１２にツイスト形状を形成することができる。

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１０乃至図１２を用いて説明する。図１０乃至図１２は、図８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１０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１１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１２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２１０について、図１３を用いて説明する。なお、図１及び図８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１３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１３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３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（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３１０について、図１４を用いて説明する。なお、図１及び図８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１４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１４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１４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３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１４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４１０について、図１５乃至図１８を用いて説明する。このうち図１６乃至図１８は、図１５に示すプロペラ後流整流装置４１０のＣ２〜Ｃ４矢視断面図である。なお、図１及び図８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１５乃至図１８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１５に示す実施形態では、ラダーホーン４１２を方向舵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箇所で支持している。図１５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。

また、図１５及び図１８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１５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。

次に図１６を参照して、ツイスト型のラダーホーン４１２の断面形状（図１５に示すＣ２−Ｃ２矢視断面。）について説明する。ラダーホーン４１２のプロペラ軸ＰＣと平行な水平断面形状は、翼型断面形状の一部（先端部）を形成している。一方、方向舵４１６は、魚型水平断面形状を有している。この魚型水平断面形状を有する方向舵４１６（シリング舵）は、高揚力舵であり、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。

図１６において、図２及び図３に示した定義と同様に、方向舵４１６の後縁ＴＥとラダーホーン４１２の前縁ＬＥとを結ぶ直線を翼弦線ＹＬと定義する。そして、翼弦線ＹＬに対する垂線と、ラダーホーン４１２及び方向舵４１６における左右両表面との両交点の中点の点列を、平均翼弦線ＣＬと定義する。更に、図２乃至図５における定義と同様に、前縁翼弦ベクトルＶＥ、取付角α、前縁翼弦角β、及びプロペラ後流角γをそれぞれ定義する。図１６に示す構成を用いることによって、図３に示した構成と同様の効果を得ることができる。

図１６に示すように、方向舵４１６の水平断面形状は、プロペラ軸ＰＣに対して非対称な翼型断面形状をしているが、必要に応じてプロペラ軸ＰＣに対して対称な水平断面形状を用いることができる。ラダーホーン４１２は、舵軸ＲＣを中心に、方向舵４１６を左右方向（図１６に示すＬ−Ｒ方向）へ揺動可能に支持している。

次に、図１７を参照して、ツイスト型のラダーホーン４１２及び方向舵４１６の断面形状（図１５に示すプロペラ軸ＰＣ上のＣ３−Ｃ３矢視断面。）について説明する。ラダーホーン４１２のプロペラ軸ＰＣ付近には、プロペラ２０による推進性能向上を実現する膨出部４１４を形成してある。

膨出部４１４、及び方向舵４１６のプロペラ軸ＰＣ付近における水平断面形状は、図１７に示すように、プロペラ軸ＰＣに対して対称な断面形状とすることができる。なお、図１６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１７に示す実施例では、ラダーホーン４１２及び方向舵４１６の平均翼弦線ＣＬ、翼弦線ＹＬは、プロペラ軸ＰＣと一致する。よって、取付角α、及び前縁翼弦角βの値は０°である。

次に、図１８を参照して、ツイスト型のラダーホーン４１２及び方向舵４１６の断面形状（図１５に示すＣ４−Ｃ４矢視断面。）について説明する。図１８に示すように、ラダーホーン４１２及び方向舵４１６のプロペラ軸ＰＣと平行な水平断面形状は、プロペラ軸ＰＣに対して非対称な翼型断面形状をしており、図１６に示したラダーホーン４１２とは逆向きに取付角α、前縁翼弦角βを形成してある。

Ｃ２−Ｃ２矢視断面及びＣ４−Ｃ４矢視断面が、プロペラ軸ＰＣに対して同距離にある場合には、ラダーホーン４１２及び方向舵４１６のＣ４−Ｃ４矢視断面形状は、Ｃ２−Ｃ２矢視断面形状を反転させた鏡像とすることができる。なお、図１５及び図１６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１８に示す平均翼弦線ＣＬ、前縁翼弦ベクトルＶＥ、取付角α、又は前縁翼弦角β等の値は、プロペラ後流角γに応じて、適宜変更することができる。なお、図１５乃至図１８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３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態に係るプロペラ後流整流装置５１０について、図１９及び図２０を用いて説明する。図２０は、図１９に示したプロペラ後流整流装置５１０のＤ−Ｄ矢視断面図である。なお、図２０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８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１９及び図２０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２０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１９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１９及び図２０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３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態に係るプロペラ後流整流装置６１０について、図２１を用いて説明する。なお、図１及び図８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２１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１９及び図２０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２１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２１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３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、図２２を参照して、プロペラ軸ＰＣに対して対称な断面形状の方向舵４１６を用いた実施形態について説明する。図３及び図１６に示した方向舵１６、４１６に代えて、図２２に示すような対称な断面形状を有する方向舵４１６を用いることもできる。なお、図３及び図１６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２２に示す方向舵４１６を用いることによっても、ラダーホーン４１２及び方向舵４１６の組み合わせにより揚力ＰＬを発生させることができる。そして、推力ＴＰを得て、プロペラ２０の推進効率を向上させることができる。

なお、図２２に示す方向舵４１６における後縁ＴＥと舵軸ＲＣとの間の舵幅ＲＬは、ラダーホーン４１２と方向舵４１６との合計の全幅ＨＬの５０％以上で記載してあるが、後段にて図２３乃至図２７を用いて示すように、舵幅ＲＬを全幅ＨＬの５０％以下とすることもできる。

（第９の実施形態）
次に、本発明の第９の実施形態に係るプロペラ後流整流装置７１０について、図２３乃至図２５を用いて説明する。このうち、図２４及び図２５は、共に図２３に示すプロペラ後流整流装置７１０のＥ−Ｅ矢視断面図であり、図２４はプロペラ軸ＰＣに対して非対称な断面形状で形成した方向舵７１６を有する実施形態である。これに対し図２５は、プロペラ軸ＰＣに対して対称な断面形状で形成した方向舵７１７を有する実施形態である。図２４及び図２５では、プロペラ軸ＰＣよりも下方のラダーホーン７１２及び方向舵７１６も記載してある。なお、図１及び図１５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２３乃至図２５に示す実施形態では、ラダーホーン７１２を方向舵７１６（７１７）の下方まで延伸させてあり、ラダーホーン７１２が方向舵７１６（７１７）を上下２箇所で支持している。図２３に示すように、ラダーホーン７１２は、舵軸ＲＣにおいて方向舵７１６（７１７）の上部及び下部をそれぞれ支持する舵針１７を備える。

図２３乃至図２５に示すラダーホーン７１２は、プロペラ軸ＰＣの上方と下方とで異なる取付角α、前縁翼弦角βを有するツイスト型である。ラダーホーン７１２の取付角α、又は前縁翼弦角β等の値は、プロペラ後流角γに応じて、プロペラ軸ＰＣに近づくにつれて大きな値とすることが好ましい。図２３乃至図２５に示す実施形態では、ツイスト形状のラダーホーン７１２を構成する際に、プロペラ軸ＰＣ近傍で取付角α、又は前縁翼弦角βを急激に変化させている。従って、プロペラ軸ＰＣ上に不連続面１９を有している。

ところが、図２４及び図２５を参照すると明らかなように、方向舵７１６（７１７）における後縁ＴＥと舵軸ＲＣとの間の舵幅ＲＬを、ラダーホーン７１２と方向舵７１６（７１７）との合計の全幅ＨＬの５０％以下とすることによって、ラダーホーン７１２のプロペラ軸ＰＣの位置の平面断面積に占める不連続面１９の割合を減少させることができる。

従って、プロペラ軸ＰＣ近傍の不連続面１９にて取付角α、又は前縁翼弦角βを急激に変化させた形状を用いた場合であっても、ツイスト型のラダーホーン７１２の曲げ及び捩じりの強度を確保することができる。なお、プロペラ軸ＰＣ近傍を不連続面１９な形状に成形する他にも、ラダーホーン７１２における取付角α、又は前縁翼弦角βを、プロペラ軸ＰＣ近傍で連続で変化させる形状を採用することもできる。

また、方向舵７１６（７１７）の舵幅ＲＬを、ラダーホーン７１２と方向舵７１６（７１７）との合計の全幅ＨＬの５０％以下とすることによって、図２４に示す方向舵７１６のツイスト量を減少させることができる。従って、方向舵７１６の曲げ及び捩じりに対する強度を確保し、価格の低減を図ることができる。

更に、舵幅ＲＬを全幅ＨＬの５０％以下とすることによって、図２５に示すようなツイスト無しの対称型の方向舵７１７を用いることが容易となる。これにより、方向舵７１６の曲げ及び捩じりに対する強度を確保し、価格の低減を図ることができる。

（第１０の実施形態）
次に、本発明の第１０の実施形態に係るプロペラ後流整流装置８１０について、図２６及び図２７を用いて説明する。このうち、図２７は、図２６に示すプロペラ後流整流装置８１０のＦ−Ｆ矢視断面図である。図２６に示す実施形態では、ラダーホーン８１２を方向舵８１６の下方まで延伸させてあり、ラダーホーン８１２が方向舵８１６を上下２箇所で支持している。

図２６及び図２７に示すラダーホーン８１２は、プロペラ軸ＰＣの上方と下方とで異なる取付角α、前縁翼弦角βを有するツイスト型である。なお、図２３乃至図２５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２６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８１２には、側壁面から後縁にかけて流線型に成形した膨出部８１４を配置してある。膨出部８１４の更に後方の方向舵８１６の舵面には、膨出部８１４の側壁面と流線型で繋がる形状に成形した舵面膨出部８１５を形成してある。図２６に示す実施形態では、方向舵８１６の後縁ＴＥを超えて、舵面膨出部８１５を形成してある。

図２６に示すように、膨出部８１４の後方に僅かな間隙を介して舵面膨出部８１５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３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、図２７を参照して、ラダーホーン８１２における水平断面形状は、螺旋状となるプロペラ後流ＰＦに従った迎角（プロペラ後流角γ−取付角α）を有している。ラダーホーン８１２はツイスト型であるため、プロペラ軸ＰＣよりも下方においては、プロペラ後流ＰＦによるプロペラ後流角γは逆向きとなり、取付角α、前縁翼弦角β、及び後縁翼弦角θもそれぞれ逆向きとなる。なお、ツイスト型のラダーホーン８１２の前縁ＬＥ付近の断面形状、及び定義した名称とその効果については、図２にて説明した内容と同一であるので、説明は省略する。

これに加えて、ラダーホーン８１２の後縁ＴＥ付近において、後縁ＴＥにおける平均翼弦線ＣＬの出射方向を、後縁翼弦ベクトルＶＴと定義する。また、舵角０°の時のプロペラ軸ＰＣと後縁翼弦ベクトルＶＴとがなす角度を、後縁翼弦角θと定義する。

図２７に示す実施形態では、方向舵８１６の後縁ＴＥにおける平均翼弦線ＣＬが、螺旋状となるプロペラ後流ＰＦに従った後縁翼弦角θを有する形状としている。また、方向舵８１６の後縁ＴＥにおけるプロペラ軸ＰＣと平行な水平断面形状を、螺旋状となるプロペラ後流ＰＦに従った取付角α（図２７では、舵軸ＲＣと後縁ＴＥとを結ぶ直線と、プロペラ軸ＰＣとがなす角度と一致している。）を有する形状としている。

次に、図２７に示す方向舵８１６を、舵角０°のδ０から左舷方向に舵角δＬで操舵した場合、及び右舷方向に舵角δＲで操舵した場合について説明する（但し、舵角δＬ＝舵角δＲとする。）。方向舵８１６の後縁ＴＥは、予め取付角αだけ右舷方向に傾いている状態である。

ここで方向舵８１６を、舵角δＬで左舷方向に操舵した場合には、プロペラ軸ＰＣに対する後縁ＴＥの舵角は後縁舵角εＬとなる。また、逆の舵角δＲで右舷方向に操舵した場合には、プロペラ軸ＰＣに対する後縁ＴＥの舵角は後縁舵角εＲとなる。

図２７に示すように、後縁舵角εＬと後縁舵角εＲとの関係は、後縁舵角εＬ＜後縁舵角εＲである。なお、最大後縁舵角εＬと最大後縁舵角εＲとの関係も最大後縁舵角εＬ＜最大後縁舵角εＲとなる。よって、揚力ＰＬを増す方向に大きな舵角δＬを与えた場合であっても、実際の後縁舵角は、舵角δＬよりも少ない後縁舵角εＬとなる。これにより、ラダーホーン８１２及び方向舵８１６の失速を遅らせることができる。なお、揚力ＰＬを減ずる方向の後縁舵角εＲが大きくても、失速は起こり難い。

図２７に示すように、方向舵８１６の後縁ＴＥにおける水平断面形状を、プロペラ後流ＰＦに従った後縁翼弦角θを有する形状、又はプロペラ後流ＰＦに従った取付角αを有する形状とすることによって、操舵時における失速を遅らせることができる。そして、抗力を増大させることなく、効率良く船体３０を回頭させて進路を変更することができる。

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。

８、９、１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０...プロペラ後流整流装置
１２、１１２、４１２、７１２、８１２...ラダーホーン
１４、２１４、３１４、４１４、５１４、６１４、８１４...膨出部
１６、１１６、４１６、７１６、７１７、８１６...方向舵
１７...舵針
１９...不連続面
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
８１５...舵面膨出部
ＣＬ...平均翼弦線
ＨＬ...全幅
ＬＥ...前縁
ＰＣ...プロペラ軸
ＰＦ...プロペラ後流
ＰＬ...揚力
ＲＣ...舵軸
ＲＬ...舵幅
ＴＥ...後縁
ＴＰ...推力
ＶＥ...前縁翼弦ベクトル
ＶＴ...後縁翼弦ベクトル
ＹＬ...翼弦線
α...取付角
β...前縁翼弦角
γ...プロペラ後流角
δＬ、δＲ...舵角
εＬ、εＲ...後縁舵角
θ...後縁翼弦角

Claims (22)

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と共に、螺旋状のプロペラ後流に従った取付角を有するラダーホーンを備えるプロペラ後流整流装置。
2. 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と共に、前縁翼弦角が螺旋状のプロペラ後流に従った角度で形成されているラダーホーンを備えるプロペラ後流整流装置。
3. 舵角０°の状態において、螺旋状のプロペラ後流に従った取付角を有する方向舵を備える請求項１又は２に記載のプロペラ後流整流装置。
4. 舵角０°の状態において、前縁翼弦角が螺旋状のプロペラ後流に従った角度で形成されている方向舵を備える請求項１乃至３のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
5. 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３又は４に記載のプロペラ後流整流装置。
6. 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３乃至５に記載のプロペラ後流整流装置。
7. 前記方向舵の水平断面形状は、プロペラ軸に対して対称な断面形状の部分を有する請求項３乃至６のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
8. 前記ラダーホーンの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請求項３乃至７のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
9. 前記方向舵に、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請求項８に記載のプロペラ後流整流装置。
10. 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又は２に記載のプロペラ後流整流装置。
11. 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１０に記載のプロペラ後流整流装置。
12. 前記方向舵の水平断面形状は、プロペラ軸に対して対称な断面形状である請求項１０又は１１に記載のプロペラ後流整流装置。
13. 前記ラダーホーンの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請求項１、２、１０乃至１２のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
14. 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１３に記載のプロペラ後流整流装置。
15. 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８、９、１３、又は１４のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
16. 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３乃至１５のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
17. 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１０乃至１５のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
18. 前記ラダーホーンは、非釣合舵の前記方向舵を支持する請求項１７に記載のプロペラ後流整流装置。
19. 前記方向舵の舵幅は、前記ラダーホーンと方向舵との合計の全幅の５０％以上とした請求項１７又は１８に記載のプロペラ後流整流装置。
20. 前記方向舵の舵幅は、前記ラダーホーンと方向舵との合計の全幅の５０％以下とした請求項１７又は１８に記載のプロペラ後流整流装置。
21. 前記方向舵の舵角０°における後縁翼弦角は、螺旋状のプロペラ後流に従った角度を有する請求項３乃至２０のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。
22. 前記方向舵のプロペラ軸に対する最大後縁舵角は、左右で異なる角度である請求項３乃至１８のいずれかに記載のプロペラ後流整流装置。

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