JP2014156200A - フィン装置及び船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】船体振動や騒音の原因となるキャビテーションを抑制するフィン装置を提供する。
【解決手段】フィン装置７は、船舶の船尾部２においてプロペラ３の前方に配置される。フィン装置は、プロペラの回転軸に対して上方に配置され、且つ船尾方向に向かってプロペラの回転軸５に近づくように傾いて配置された板状部材である第１フィン９を備える。第１フィンのプロペラに近い側の端部である後縁は、プロペラの回転面の半径を１．０Ｒとして０．７Ｒ以上１．０Ｒ以内に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶のプロペラに流入する流場に影響を与えるフィン装置に関する。

船舶が推進するとき、船尾のプロペラには、周方向に流速の異なる水流が流入する。プロペラの上端付近において遅い水流が流入し、下端付近においては速い水流が流入する。プロペラの上端付近においては、流速が遅いことにより、キャビテーションが発生しやすい。

参考技術として、特許文献１に、船舶の推進効率を向上するためにプロペラの前方に配置するダクト装置が開示されている。

特開２００８−１３７４６２号公報

船体振動や騒音の原因となるキャビテーションを抑制する技術が望まれる。

フィン装置は、船舶の船尾部においてプロペラの前方に配置される。フィン装置は、プロペラの回転軸に対して上方に配置され、且つ船尾方向に向かってプロペラの回転軸に近づくように傾いて配置された板状部材である第１フィンを備える。第１フィンのプロペラに近い側の端部である後縁は、プロペラの回転面の半径を１．０Ｒとして０．７Ｒ以上１．０Ｒ以内に配置される。

本発明により、船体振動や騒音の原因となるキャビテーションを抑制する技術が提供される。

図１は、船体の側面図である。 図２は、第１実施形態におけるフィン装置を船尾側から見た図である。 図３は、第１フィンとプロペラの位置関係を示す側面図である。 図４は、船尾部における流場を示す。 図５は、第１フィンに働く力を示す。 図６は、第２実施形態におけるフィン装置を船尾側から見た図である。 図７は、第１フィンと第２フィンとプロペラの位置関係を示す側面図である。 図８は、第２フィンに働く力を示す。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態におけるフィン装置が適用される船舶の船尾部を示す。船体１は、船尾部２にプロペラ３と、プロペラ３の後方に配置された舵４を備える。プロペラ３は、図示しないエンジンによって駆動され、回転軸５を中心に回転することによって推進力を発生する。船尾部２には、船体１から後方に突出するボッシング６が設けられる。ボッシング６は、プロペラ３の回転軸５を収納する。

ボッシング６の上部に、フィン装置７が取り付けられる。フィン装置７は、第１フィン９と、第１フィン９をボッシング６に固定するための支持部８とを備える。第１フィン９は、プロペラ３の前方に、且つ回転軸５に対して上方に配置される。第１フィン９は、回転軸５を含む鉛直面に対して左右対称の概ね平板状の部材である。第１フィン９は、船体１の幅方向に概ね一様な翼断面形状を有する。第１フィン９は、後方に行くに従って回転軸５に近づくように傾きを持って支持部８に取り付けられる。

図２は、フィン装置７を船体１の後方側から見た図である。第１フィン９は、船首側の端部である前縁１０と、船尾側の端部である後縁１１とを有する。第１フィン９は、回転軸５を通る上向きの鉛直線Ｖから、回転軸５を中心とする円の周方向の左右にそれぞれ角度φの範囲内に収まるように設けられる。第１フィン９の後縁１１は、プロペラ３の回転面Ｃの半径を１．０Ｒとして、回転軸５からの鉛直方向の距離が０．７Ｒ以上１．０Ｒ以下の範囲に配置される。

図３は、第１フィン９とプロペラ３との関係を示す側面図である。第１フィン９の前縁１０と後縁１１とを結ぶ輪郭は翼形状を有する。第１フィン９のプロペラ３の回転軸５に近い下面側が負圧面１４であり、上面側が正圧面１３である。第１フィン９は、後縁１１が前縁１０より低く、水平面に対して翼弦線が角度θ１となるように配置される。後縁１１の高さ方向の位置は、プロペラ３の回転面Ｃの半径を１．０Ｒとして、回転軸５から０．７Ｒ以上１.０Ｒ以下の位置に配置される。

プロペラ３が回転して船体１が前方に推進すると、船体１に対して相対的な水流が発生する。プロペラ３の上端付近においては、その水流１５−１の軸方向（船長方向）の成分が比較的小さく鉛直下向きの成分が比較的大きい。そのため水流１５−１は図３に示すように上方から下方に向かう方向に流れ、翼弦線に対して迎角α１の角度で正圧面１３側から第１フィン９に流入する。

水流１５−１は第１フィン９によって流れの向きが変わり、見かけ上、軸方向に加速された水流１５−２となって、プロペラ３に流入する。そのためプロペラ３の上端付近には、第１フィン９が無い場合に比べて、軸方向の流速が大きい水流が供給される。その結果、プロペラ３の上端付近において負圧面の圧力が低くなりにくくなり、けるキャビテーションの発生が抑制される。

図４は、第１フィン９が無い場合におけるプロペラ３に流入する水流を船尾方向から見た流速分布を示す。図中の矢印が流速のベクトルを示し、連続線は軸方向の流速の等高線を示す。回転軸５を中心とした円の周方向における鉛直線Ｖからの角度が大きい領域では、プロペラ３の先端付近において軸方向の流速が速いことを示す等高線Ｌ２が描かれている。それに対して、鉛直線Ｖからの角度が小さい領域においては、軸方向の流速が遅いことを示す等高線Ｌ１が描かれている。この鉛直線Ｖからの角度が小さい領域の水流を第１フィン９で軸方向に加速することによって、プロペラ３の負圧面（背面）の圧力が低くなりにくくなり、キャビテーションリスクが低減される。

図５は、第１フィン９の拡大図である。船体１が推進中、船尾部２において水の流れ１５−１が迎角α１で上方から第１フィン９に流入する。その流れ１５−１により、第１フィン９に、流れに垂直な揚力Ｆ１と、流れに平行な抗力Ｆ２とが発生する。揚力Ｆ１と抗力Ｆ２の合力Ｆ３の船首方向の成分が、第１フィン９に働く推進力となる。第１フィン９に推進力が発生することで、船体１の推進効率が向上する。水の流れ１５−１が流れ１５−２へと軸方向へ加速されたことでプロペラ効率の悪化が懸念されるが、第１フィン９が推進力を得ることができるためその悪化を補うことが期待できる。

図２に示した第１フィン９の角度φは、プロペラ３上端の軸方向の流速が遅い領域を十分に覆う程度に大きいことが望ましい。且つ、プロペラ３が十分に推進力を発揮する領域の水流を妨げないように、角度φが大きすぎないことが望ましい。そのような角度範囲として、１０°≦φ≦２０°、より好ましくはφ≒１５°程度が望ましい。

第１フィン９は、例えばボッシング６に取り付けられた左右一対の板状部材である支持部８によって左右両端から支持される。第１フィン９を船体１に固定する手段は、この例に限られず、どのような構造を用いてもよい。しかしながら、第１フィン９には、回転軸５を中心とする円の周方向には水流による大きな力が掛からない。第１フィン９に掛かる力は、主に軸方向（回転軸５の延長方向）の力である。従って、軸方向に延長しているボッシング６に対して板状の部材を支持部８として設けることで、第１フィン９を十分に固定できると考えられる。

図６は、本発明の第２実施形態におけるフィン装置７ａを示す。本実施形態においては、図１乃至図３に示したフィン装置７に更に、第２フィン１６が設けられる。第２フィン１６は、第１フィン９を取り付けるための支持部８によって、第１フィン９よりも回転軸５に近い側に取り付けられる。第１フィン９は、回転軸５を含む鉛直面に対して左右対称の概ね板状の部材である。

図７は、本実施形態における第１フィン９、第２フィン１６、及びプロペラ３の位置関係を示す側面図である。第２フィン１６は、後方に行くに従って回転軸５に近づくように傾きを持って支持部８に取り付けられる。第２フィン１６の船首側の前縁１７と船尾側の後縁１８とを結ぶ輪郭線は、翼形状を有する。その回転軸５に近い側である下面は負圧面であり、上面は正圧面である。後縁１８の高さ方向の位置は、プロペラ３の回転面Ｃの半径を１．０Ｒとして、回転軸５から０．２Ｒ以上０．５Ｒ以下の位置に配置される。

図８は、第２フィン１６の拡大図である。第２フィン１６は、翼形状の前縁１７と後縁１８とを結ぶ翼弦線が水平面Ｈに対して角度θ２をなして船尾側に向かって下側に傾くように取り付けられる。

船体１が推進中、船尾部２において水の流れ１５が迎角α２で上方から第２フィン１６に流入する。その流れ１５により、第２フィン１６に、流れに垂直な揚力Ｆ１と、流れに平行な抗力Ｆ２とが発生する。揚力Ｆ１と抗力Ｆ２の合力Ｆ３の船首方向の成分が、第２フィン１６に働く推進力となる。第２フィン１６に推進力が発生することで、船体１の推進効率が向上する。第２フィン１６を設けることによって、その下流側の水流が影響を受けるが、第２フィン１６の後縁１８が配置される０．２Ｒ〜０．５Ｒの付近ではプロペラ３の仕事が比較的小さい。そのため、第２フィン１６によって、プロペラ３の効率にあまり影響を与えることなく、追加の推進力を得ることができる。

第１フィン９と第２フィン１６は、図７に描かれているように互いに平行でもよい。しかしながら、一般的な船舶においては、第１フィン９が配置される位置における水流の方が、第２フィン１６が配置される位置における水流よりも水平面Ｈから大きい角度を持って上から流入する場合が多い。そのような場合は、第２フィン１６の水平面からの角度θ２よりも第１フィン９の水平面からの角度θ１の方が大きくなるようにフィン装置７ａが製造される。

１ 船体
２ 船尾部
３ プロペラ
４ 舵
５ 回転軸
６ ボッシング
７ フィン装置
８ 支持部
９ 第１フィン
１０ 前縁
１１ 後縁
１３ 正圧面
１４ 負圧面
１５−１、１５−２ 流れ
１６ 第２フィン
１７ 前縁
１８ 後縁
２０ 正圧面
２１ 負圧面
Ｃ 回転面
Ｆ１ 揚力
Ｆ２ 抗力
Ｆ３ 合力
Ｈ 水平線
Ｖ 鉛直線
α１、α２ 迎角

Claims (6)

1. 船舶の船尾部においてプロペラの前方に配置されるフィン装置であって、
   前記フィン装置は、前記プロペラの回転軸に対して上方に配置され、且つ船尾方向に向かって前記プロペラの回転軸に近づくように傾いて配置された板状部材である第１フィンを具備し、
   前記第１フィンの前記プロペラに近い側の端部である後縁は、前記プロペラの回転面の半径を１．０Ｒとして０．７Ｒ以上１．０Ｒ以内に配置される
   フィン装置。
2. 前記第１フィンは、前記回転軸の側を負圧面とする翼形状を有する
   請求項１に記載のフィン装置。
3. 前記第１フィンの幅方向の端部は、前記回転軸を通る鉛直線を中心とした周方向の角度が１０度以上２０度以内の範囲に配置される
   請求項１又は２に記載のフィン装置。
4. 更に、前記プロペラのボッシングに取り付けられ、前記第１フィンを支持する支持部を具備する
   請求項１から３のいずれかに記載のフィン装置。
5. 前記フィン装置は更に、前記プロペラの回転軸に対して上方に、且つ前記第１フィンよりも下方に、且つ船尾方向に向かって前記プロペラの回転軸に近づくように傾いて配置された第２フィンを具備し、
   前記第２フィンの前記プロペラに近い側の端部である後縁は、前記プロペラの回転面の半径を１．０Ｒとして０．２Ｒ以上０．５Ｒ以内に配置される
   フィン装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のフィン装置を具備する船舶。

Images