JP2019177813A - Rudder device and vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロペラにより推進する船舶の舵装置及び船舶に関する。 The present invention relates to a ship rudder device and a ship propelled by a propeller.
従来、舵の前縁部をプロペラ軸心の上下で左右に捩り、プロペラの誘起する回転流を利用して舵翼断面が推進方向の力を発生させることで、プロペラと舵との干渉により推進効率を向上させる舵装置が開発されている。この従来例では、プロペラと舵のみの干渉に着目し、プロペラの回転流によるプロペラ軸上下で対象な流れを想定し、上下対称または、工作上の都合から上下片一方で舵の前縁部をねじっている(特許文献1)。
図7は、プロペラ面における船尾伴流の流速分布図であり、プロペラは上下対称の流れを実際には誘起していないことを示している。
Conventionally, the front edge of the rudder is twisted left and right above and below the propeller shaft center, and the cross section of the rudder blade generates propulsion direction force using the propeller-induced rotational flow, which is propelled by interference between the propeller and rudder. Rudder devices that improve efficiency have been developed. In this conventional example, focusing on the interference between the propeller and the rudder only, assuming the target flow up and down the propeller axis due to the propeller's rotational flow, the front edge of the rudder is either vertically symmetrical or the upper and lower parts for work convenience. It is twisted (Patent Document 1).
FIG. 7 is a flow velocity distribution diagram of the stern wake on the propeller surface, and shows that the propeller does not actually induce a vertically symmetric flow.
なお、特許文献2には、舵板が上下に分割され、分割されたそれぞれの舵板をボルトによって連結することが開示されている。 Patent Document 2 discloses that a rudder plate is divided into upper and lower parts and the divided rudder plates are connected by bolts.
また、特許文献3には、舵板にナットによって舵軸を取り付けること、このナットによる取付部に窓を形成すること、この窓を覆い板で閉鎖することが開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses that a rudder shaft is attached to a rudder plate with a nut, a window is formed in an attachment portion with the nut, and the window is closed with a cover plate.
また、特許文献4には、舵板にプロペラの中心軸に沿ってラダーバルブを設けることが開示されている。 Patent Document 4 discloses that a rudder valve is provided on a rudder plate along the central axis of a propeller.
プロペラ及び舵は、船体の後方に位置し、船体の誘起する流れ(船尾伴流)の中で共に動作するため、図7に示すように、プロペラは上下対称の流れを実際には誘起せず、かつ舵の捩りも上下対称、又は上下いずれか一方の捩りでは、より高い推進効率が得られないという問題点がある。
特許文献1から特許文献4については、いずれもプロペラが上下対称の流れを実際には誘起しないことを考慮したものではない。
Since the propeller and rudder are located behind the hull and operate together in the hull-induced flow (stern wake), the propeller does not actually induce a vertically symmetric flow as shown in FIG. In addition, there is a problem that higher propulsion efficiency cannot be obtained if the torsion of the rudder is also symmetrical in the vertical direction or in either of the upper and lower directions.
None of Patent Documents 1 to 4 considers that the propeller does not actually induce a vertically symmetric flow.
そこで本発明は、舵、プロペラ、及び船体の3つの流れの干渉を考慮して、より高い推進効率が得られる舵装置及び船舶を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rudder device and a ship that can obtain higher propulsion efficiency in consideration of interference between three flows of a rudder, a propeller, and a hull.
請求項1記載に対応した舵装置においては、船舶のプロペラの後方に取り付けられる舵の舵板として、プロペラの中心軸よりも上方に位置する舵板上部に設けた上部捩り部と、プロペラの中心軸よりも下方に位置する舵板下部に設けた下部捩り部とを、プロペラの回転流に対向するように反対方向に捩るとともに、下部捩り部の捩り量を上部捩り部の捩り量よりも大きく設定した舵形状を備えたことを特徴とする。
請求項1に記載の本発明によれば、下部捩り部の捩り量を上部捩り部の捩り量よりも大きく設定することで、舵とプロペラだけでなく、船体の流れを考慮した高い推進効率を得ることができる。なお、上部捩り部は舵板上部全体に亘って、また下部捩り部は舵板下部全体に亘って形成することも可能である。
In the rudder apparatus according to claim 1, as a rudder rudder mounted on the rear side of the propeller of the ship, an upper torsion part provided at the upper part of the rudder plate located above the central axis of the propeller, and the center of the propeller Twist the lower torsion part provided at the lower part of the rudder plate located below the shaft in the opposite direction so as to face the rotational flow of the propeller, and the torsion amount of the lower torsion part is larger than the torsion amount of the upper torsion part It is characterized by having a set rudder shape.
According to the first aspect of the present invention, by setting the torsion amount of the lower torsion portion to be larger than the torsion amount of the upper torsion portion, high propulsion efficiency considering not only the rudder and propeller but also the flow of the hull can be achieved. Obtainable. The upper twisted portion can be formed over the entire upper portion of the rudder plate, and the lower twisted portion can be formed over the entire lower portion of the rudder plate.
請求項2記載の本発明は、舵板の横断面を翼型に構成し、上部捩り部及び下部捩り部の捩り量を翼型のキャンバーの大小により設定することを特徴とする。
請求項2に記載の本発明によれば、キャンバーによって捩り量を設定することで設計を容易にすることができる。
The present invention according to claim 2 is characterized in that the cross section of the rudder plate is formed into an airfoil, and the torsion amounts of the upper torsion part and the lower torsion part are set according to the size of the airfoil camber.
According to the second aspect of the present invention, the design can be facilitated by setting the torsion amount by the camber.
請求項3記載の本発明は、キャンバーを翼型のコード長で除したキャンバー比を、舵板下部においては−0.04以上−0.005以下の範囲に、舵板上部においては+0.005以上+0.03以下の範囲に設定したことを特徴とする。
請求項3に記載の本発明によれば、下部捩り量を上部捩り量よりも大きくし、かつキャンバー比をこれらの範囲に設定することで、大きな推力を発生させ、舵板の推進方向の推力を主とした省エネ効果を効率的に得ることができる。
According to the third aspect of the present invention, the camber ratio obtained by dividing the camber by the wing-shaped cord length is in the range of -0.04 or more and -0.005 or less at the lower part of the steering plate, and +0.005 at the upper part of the steering plate. It is characterized by being set in the range of +0.03 or less.
According to the third aspect of the present invention, by setting the lower torsion amount to be larger than the upper torsion amount and setting the camber ratio within these ranges, a large thrust is generated, and the thrust in the propulsion direction of the steering plate is generated. It is possible to efficiently obtain the energy saving effect mainly.
請求項4記載の本発明は、キャンバーを、舵板下部においては舵板下部の上下方向の−0.5以上0.0以下の範囲に、舵板上部においては舵板上部の上下方向の0.0以上+0.4以下の範囲に形成したことを特徴とする。
請求項4に記載の本発明によれば、流向角が大きく流速の速い流れを有効に利用することができる。
According to the present invention, the camber is set within a range of −0.5 or more and 0.0 or less in the vertical direction of the lower portion of the steering plate at the lower portion of the steering plate, and 0 in the vertical direction of the upper portion of the steering plate at the upper portion of the steering plate. It is formed in the range of not less than 0.0 and not more than +0.4.
According to the fourth aspect of the present invention, a flow having a large flow direction angle and a high flow velocity can be used effectively.
請求項5記載の本発明は、舵板のキャンバーを有さない部分を対称翼型に構成し、キャンバーを有する部分をキャンバー有さない部分になだらかに収束させたことを特徴とする。
請求項5に記載の本発明によれば、スムーズな流れによって抵抗増加を防ぐことができる。
The present invention according to claim 5 is characterized in that a portion of the rudder plate not having a camber is configured in a symmetrical wing shape, and a portion having the camber is smoothly converged to a portion having no camber.
According to the fifth aspect of the present invention, an increase in resistance can be prevented by a smooth flow.
請求項6記載の本発明は、上部捩り部の少なくとも一部及び/又は下部捩り部の少なくとも一部を、舵板の前縁部で形成したことを特徴とする。
請求項6に記載の本発明によれば、前縁部の形状を変えるだけでも捩りを設定できる。
The present invention according to claim 6 is characterized in that at least a part of the upper torsion part and / or at least a part of the lower torsion part is formed by the front edge part of the rudder plate.
According to the present invention, the torsion can be set only by changing the shape of the front edge portion.
請求項7記載の本発明は、舵板の前縁端とプロペラの後縁端との距離を、プロペラの直径との比で0.05以上0.5以下に設定したことを特徴とする。
請求項7に記載の本発明によれば、舵板をプロペラに近づけることで、省エネ効果を更に高めることができる。
The present invention according to claim 7 is characterized in that the distance between the front edge of the rudder blade and the rear edge of the propeller is set to 0.05 or more and 0.5 or less in a ratio to the diameter of the propeller.
According to this invention of Claim 7, an energy-saving effect can further be heightened by bringing a steering plate close to a propeller.
請求項8記載の本発明は、舵板上部と舵板下部とを別々の上部ユニットと下部ユニットとで構成し、舵板を上部ユニットと下部ユニットとを組み合わせて構成することを特徴とする。
請求項8に記載の本発明によれば、ユニット化によって組み合わせの自由度を高めることができる。
The present invention according to claim 8 is characterized in that the rudder plate upper portion and the rudder plate lower portion are constituted by separate upper units and lower units, and the rudder plate is constituted by combining the upper unit and the lower unit.
According to the present invention described in claim 8, the degree of freedom of combination can be increased by unitization.
請求項9記載の本発明は、上部ユニットと下部ユニットが舵軸に装着され、下部ユニットに設けた開口部において固定手段により舵軸に下部ユニットが固定されていることを特徴とする。
請求項9に記載の本発明によれば、ユニット化した上部ユニット及び下部ユニットの取り付けを開口部によって容易にできる。
The present invention according to claim 9 is characterized in that the upper unit and the lower unit are mounted on the rudder shaft, and the lower unit is fixed to the rudder shaft by a fixing means in an opening provided in the lower unit.
According to the ninth aspect of the present invention, the unitized upper unit and lower unit can be easily attached by the opening.
請求項10記載の本発明は、舵板に省エネルギー効果を得るための付加物を備えたことを特徴とする。
請求項10に記載の本発明によれば、付加物により、例えば、ハブ渦を低減し、舵板の流れを改善して推進効率を高めることができる。
The present invention according to claim 10 is characterized in that the steering plate is provided with an appendage for obtaining an energy saving effect.
According to the present invention of the tenth aspect, the propulsion efficiency can be increased by reducing the hub vortex and improving the flow of the rudder plate, for example, by the addition.
請求項11記載の本発明は、開口部を付加物で覆う構成としたことを特徴とする。
請求項11に記載の本発明によれば、開口部の流れの抵抗を低減する蓋を兼ねることができる。
The present invention according to claim 11 is characterized in that the opening is covered with an appendage.
According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to serve as a lid for reducing the flow resistance of the opening.
請求項12記載の本発明は、これらの舵装置を備えた船舶であることを特徴とする。
請求項12に記載の本発明によれば、舵とプロペラだけでなく、船体の流れを考慮した高い推進効率を得ることができる船舶を提供することができる。
The present invention according to claim 12 is a ship equipped with these rudder devices.
According to the present invention described in claim 12, it is possible to provide a ship capable of obtaining high propulsion efficiency in consideration of the flow of the hull as well as the rudder and propeller.
本発明の舵装置によれば、下部捩り部の捩り量を上部捩り部の捩り量よりも大きく設定することで、舵とプロペラだけでなく、船体の流れを考慮した高い推進効率を得ることができる。 According to the rudder device of the present invention, by setting the torsion amount of the lower torsion part to be larger than the torsion amount of the upper torsion part, it is possible to obtain high propulsion efficiency considering not only the rudder and propeller but also the flow of the hull. it can.
また、上部捩り部及び下部捩り部の捩り量を翼型のキャンバーの大小により設定する場合には、キャンバーによって捩り量を設定することで設計を容易にすることができる。 Further, when the torsion amounts of the upper torsion part and the lower torsion part are set according to the size of the wing-shaped camber, the design can be facilitated by setting the torsion amount by the camber.
また、キャンバーを翼型のコード長で除したキャンバー比を、舵板下部においては−0.04以上−0.005以下の範囲に、舵板上部においては+0.005以上+0.03以下の範囲に設定した場合には、下部捩り量を上部捩り量よりも大きくし、かつキャンバー比をこれらの範囲に設定することで、大きな推力を発生させ、舵板の推進方向の推力を主とした省エネ効果を効率的に得ることができる。 Also, the camber ratio obtained by dividing the camber by the wing-shaped cord length is in the range of -0.04 to -0.005 at the lower part of the steering plate, and the range of +0.005 to +0.03 at the upper part of the steering plate. When set to, the lower torsion amount is made larger than the upper torsion amount and the camber ratio is set within these ranges, thereby generating a large thrust and energy saving mainly in the thrust in the propulsion direction of the rudder blade. The effect can be obtained efficiently.
また、キャンバーを、舵板下部においては舵板下部の上下方向の−0.5以上0.0以下の範囲に、舵板上部においては舵板上部の上下方向の0.0以上+0.4以下の範囲に形成した場合には、流向角が大きく流速の速い流れを有効に利用することができる。 Further, the camber is in the range of −0.5 or more and 0.0 or less in the vertical direction of the lower part of the rudder plate at the lower part of the rudder plate, and 0.0 or more and +0.4 or less of the vertical direction of the upper part of the rudder plate at the upper part of the rudder plate. When formed in this range, a flow having a large flow direction angle and a high flow velocity can be used effectively.
また、舵板のキャンバーを有さない部分を対称翼型に構成し、キャンバーを有する部分をキャンバー有さない部分になだらかに収束させた場合には、スムーズな流れによって抵抗増加を防ぐことができる。 In addition, when the portion of the rudder plate that does not have the camber is configured in a symmetrical wing shape, and the portion that has the camber is smoothly converged to the portion that does not have the camber, the increase in resistance can be prevented by a smooth flow. .
また、上部捩り部の少なくとも一部及び/又は下部捩り部の少なくとも一部を、舵板の前縁部で形成した場合には、前縁部の形状を変えるだけでも捩りを設定できる。 Further, when at least a part of the upper torsion part and / or at least a part of the lower torsion part is formed by the front edge part of the rudder plate, the twist can be set only by changing the shape of the front edge part.
また、舵板の前縁端とプロペラの後縁端との距離を、プロペラの直径との比で0.05以上0.5以下に設定した場合には、舵板をプロペラに近づけることで、省エネ効果を更に高めることができる。 In addition, when the distance between the front edge of the rudder blade and the rear edge of the propeller is set to 0.05 or more and 0.5 or less in the ratio to the diameter of the propeller, the rudder blade is brought closer to the propeller, The energy saving effect can be further enhanced.
また、舵板上部と舵板下部とを別々の上部ユニットと下部ユニットとで構成し、舵板を上部ユニットと下部ユニットとを組み合わせて構成する場合には、ユニット化によって組み合わせの自由度を高めることができる。 In addition, when the upper part of the rudder plate and the lower part of the rudder plate are configured by separate upper units and lower units, and the rudder plate is configured by combining the upper unit and the lower unit, the unitization increases the degree of freedom of the combination. be able to.
また、上部ユニットと下部ユニットが舵軸に装着され、下部ユニットに設けた開口部において固定手段により舵軸に下部ユニットが固定されている場合には、ユニット化した上部ユニット及び下部ユニットの取り付けを開口部によって容易にできる。 In addition, when the upper unit and the lower unit are mounted on the rudder shaft, and the lower unit is fixed to the rudder shaft by the fixing means in the opening provided in the lower unit, the unitized upper unit and lower unit are attached. It can be easily done by the opening.
また、舵板に省エネルギー効果を得るための付加物を備えた場合には、付加物により、例えば、ハブ渦を低減し、舵板の流れを改善して推進効率を高めることができる。 Moreover, when the steering plate is provided with an additive for obtaining an energy saving effect, for example, the hub vortex can be reduced and the flow of the steering plate can be improved and the propulsion efficiency can be increased.
また、開口部を付加物で覆う構成とした場合には、開口部の流れの抵抗を低減する蓋を兼ねることができる。 Moreover, when it is set as the structure which covers an opening part with an appendage, it can serve as the lid | cover which reduces the resistance of the flow of an opening part.
また、本発明の船舶によれば、これらの舵装置を備えることで、舵とプロペラだけでなく、船体の流れを考慮した高い推進効率を得ることができる船舶を提供することができる。 Moreover, according to the ship of this invention, the ship which can obtain the high propulsion efficiency which considered not only the rudder and the propeller but the flow of the hull can be provided by providing these rudder apparatuses.
以下に、本発明の実施形態による舵装置について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による舵装置を備えた船舶の要部構成図である。
本実施形態の舵装置は、船舶1のプロペラ2の後方に取り付けられる舵板10として、プロペラ2の中心軸Aよりも上方に位置する舵板上部10aに設けた上部捩り部20aと、プロペラ2の中心軸Aよりも下方に位置する舵板下部10dに設けた下部捩り部20dとを、プロペラ2の回転流Bに対向するように反対方向に捩るとともに、下部捩り部20dの捩り量を上部捩り部20aの捩り量よりも大きく設定した舵形状を備えている。
Below, the rudder apparatus by embodiment of this invention is demonstrated.
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a ship provided with a rudder device according to an embodiment of the present invention.
The rudder device of the present embodiment includes an upper twisted portion 20a provided on a rudder plate upper portion 10a positioned above the central axis A of the propeller 2 as a rudder plate 10 attached to the rear of the propeller 2 of the ship 1, and the propeller 2 The lower twisted portion 20d provided on the lower portion 10d of the steering plate located below the central axis A of the rotor is twisted in the opposite direction so as to face the rotational flow B of the propeller 2, and the amount of twist of the lower twisted portion 20d is increased A rudder shape that is set larger than the twist amount of the twisted portion 20a is provided.
舵板10の横断面は翼型に構成し、上部捩り部20a及び下部捩り部20dの捩り量は翼型のキャンバー21a、21dの大小により設定する。キャンバー21a、21dによって捩り量を設定することで設計を容易にすることができる。
舵板10のキャンバー21a、21dを有さない部分30は、対称翼型31に構成し、キャンバー21a、21dを有する部分20、すなわち上部捩り部20a及び下部捩り部20dをキャンバー21a、21d有さない部分30になだらかに収束させている。キャンバー21a、21dを有する部分20をキャンバー21a、21dを有さない部分30になだらかに収束させることで、スムーズな流れによって抵抗増加を防ぐことができる。
The cross section of the rudder plate 10 is formed into an airfoil, and the torsion amounts of the upper torsion part 20a and the lower torsion part 20d are set according to the size of the airfoil cambers 21a and 21d. The design can be facilitated by setting the amount of twist by the cambers 21a and 21d.
The portion 30 of the rudder plate 10 that does not have the cambers 21a and 21d is configured as a symmetrical airfoil 31, and the portion 20 that has the cambers 21a and 21d, that is, the upper twisted portion 20a and the lower twisted portion 20d have cambers 21a and 21d. It smoothly converges to the non-part 30. By smoothly converging the portion 20 having the cambers 21a and 21d to the portion 30 not having the cambers 21a and 21d, an increase in resistance can be prevented by a smooth flow.
舵板10の前縁端10fとプロペラ2の後縁端2bとの距離Cは、プロペラ2の直径Dとの比で0.05以上0.5以下に、より好ましくは0.05以上0.3以下に設定する。C/Dを0.05以上0.5以下に設定し、舵板10をプロペラ2に近づけることで、省エネ効果を更に高めることができる。 The distance C between the front edge 10f of the rudder plate 10 and the rear edge 2b of the propeller 2 is 0.05 or more and 0.5 or less, more preferably 0.05 or more and 0.0. Set to 3 or less. By setting C / D to 0.05 or more and 0.5 or less and bringing the rudder plate 10 closer to the propeller 2, the energy saving effect can be further enhanced.
舵板上部10aと舵板下部10dとを別々の上部ユニット10Aと下部ユニット10Dとで構成し、舵板10を上部ユニット10Aと下部ユニット10Dとを組み合わせて構成することができる。このように、ユニット化することによって組み合わせの自由度を高めることができる。
上部ユニット10Aと下部ユニット10Dは舵軸40に装着され、下部ユニット10Dに設けた開口部50において、ボルトやナットなどの固定手段60により舵軸40に下部ユニット10Dが固定される。開口部50で固定手段60によって舵軸40に下部ユニット10Dを固定することで、ユニット化した上部ユニット10A及び下部ユニット10Dの取り付けを開口部50によって容易にできる。
また、開口部50を付加物(図示せず)で覆う構成とした場合には、開口部の流れの抵抗を低減する蓋を兼ねることができる。
The rudder plate upper portion 10a and the rudder plate lower portion 10d can be constituted by separate upper units 10A and lower units 10D, and the rudder plate 10 can be constituted by combining the upper unit 10A and the lower unit 10D. In this way, the degree of freedom of combination can be increased by unitization.
The upper unit 10A and the lower unit 10D are mounted on the rudder shaft 40, and the lower unit 10D is fixed to the rudder shaft 40 by fixing means 60 such as bolts and nuts in an opening 50 provided in the lower unit 10D. By fixing the lower unit 10D to the rudder shaft 40 by the fixing means 60 at the opening 50, the unitized upper unit 10A and the lower unit 10D can be easily attached by the opening 50.
Moreover, when it is set as the structure which covers the opening part 50 with an appendage (not shown), it can serve as the lid | cover which reduces the resistance of the flow of an opening part.
図2は、本発明の他の実施形態による舵装置の上部捩り部及び下部捩り部を示す断面図である。なお、他の構成は図1に示す構成と同一であるので説明を省略する。
図1に示す上部捩り部20a及び下部捩り部20dは、舵板10の前縁端10fから後縁端までの全体を捩ったキャンバー21a、21dで構成したが、図2では、上部捩り部20a及び下部捩り部20dを舵板10の前縁部11で形成している。
本実施形態による舵板10は、前縁部11を除く後縁部12を対称翼型としている。上部前縁部11aと下部前縁部11dとは、プロペラ2の回転流Bに対向するように反対方向に捩るとともに、下部前縁部11dの捩り量を上部前縁部11aの捩り量よりも大きく設定している。このように、前縁部11の形状を変えるだけでも捩りを設定できる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an upper twist portion and a lower twist portion of a rudder device according to another embodiment of the present invention. Other configurations are the same as those shown in FIG.
The upper twisted portion 20a and the lower twisted portion 20d shown in FIG. 1 are composed of cambers 21a and 21d that are twisted from the front edge end 10f to the rear edge end of the rudder plate 10, but in FIG. 20a and the lower twist part 20d are formed by the front edge part 11 of the steering plate 10. As shown in FIG.
In the rudder plate 10 according to the present embodiment, the rear edge portion 12 excluding the front edge portion 11 has a symmetrical wing shape. The upper front edge portion 11a and the lower front edge portion 11d are twisted in opposite directions so as to face the rotational flow B of the propeller 2, and the twist amount of the lower front edge portion 11d is set to be larger than the twist amount of the upper front edge portion 11a. It is set large. Thus, the twist can be set only by changing the shape of the front edge portion 11.
なお、図1では、舵板10の前縁端10fから後縁端までの全体を捩ったキャンバー21a、21dで構成した場合を示し、図2では、舵板10の前縁部11だけを捩る場合を示したが、図1に示すキャンバー21a、21dの前縁部を図2に示す前縁部11で更に捩った構成であってもよい。
このように、上部捩り部20aの少なくとも一部及び/又は下部捩り部20dの少なくとも一部を、舵板10の前縁部11で形成することができる。
FIG. 1 shows a case where cambers 21a and 21d are twisted from the front edge 10f to the rear edge of the rudder plate 10, and only the front edge 11 of the rudder plate 10 is shown in FIG. Although the case where it twists was shown, the structure which twisted further the front edge part of camber 21a, 21d shown in FIG. 1 with the front edge part 11 shown in FIG. 2 may be sufficient.
As described above, at least a part of the upper twisted part 20 a and / or at least a part of the lower twisted part 20 d can be formed by the front edge part 11 of the rudder plate 10.
また、図示は省略するが、バルブやフィン、フィッシュテールのような、省エネルギー効果を得るための付加物を舵板10に、例えば舵板10の左右側面に更に備えてもよい。これらの付加物により、例えば、ハブ渦を低減し、舵板の流れを改善して推進効率を高めることができる。
図1及び図2で示すような舵装置を備えることで、舵板10とプロペラ2だけでなく、船体の流れを考慮した高い推進効率を得ることができる船舶1を提供することができる。
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, the additional material for obtaining an energy saving effect like a valve | bulb, a fin, and a fish tail may be further provided in the steering plate 10, for example, the left and right side surfaces of the steering plate 10. With these additions, for example, the hub vortex can be reduced, the flow of the rudder can be improved, and the propulsion efficiency can be increased.
By providing the rudder device as shown in FIGS. 1 and 2, not only the rudder plate 10 and the propeller 2, but also the ship 1 that can obtain high propulsion efficiency in consideration of the flow of the hull can be provided.
なお、本実施形態による舵装置は、V型船型(例えば、肥大度0.87、接線角度40度)及びU型船型(例えば肥大度0.87、接線角度75度)のいずれにも適用できるが、V型船型の船舶に適している。ここで、V型船型とU型船型は、船尾垂線A.P.から船長(垂線間長)L.P.P.の10%前方の位置における船体のプロペラ軸(軸心)を通る水平な線と船体の接線との成す接線角度と、船体の肥大度とにより区分して定義され、接線角度θ1、θ2が、57度を超える場合の船型がU型船型、57度以下の場合の船型がV型船型と定義される。 Note that the rudder device according to this embodiment can be applied to both a V-shaped hull form (for example, an enlarged degree of 0.87 and a tangent angle of 40 degrees) and a U-shaped ship form (for example, an enlarged degree of 0.87 and a tangent angle of 75 degrees). However, it is suitable for V-shaped ships. Here, the V-shaped and U-shaped hulls are stern vertical lines A. P. To captain (length between perpendiculars) P. P. The tangent angle between the horizontal line passing through the propeller axis (axial center) of the hull and the tangent of the hull at a position 10% ahead of the hull and the enlargement degree of the hull are defined. The hull shape when the angle exceeds 57 degrees is defined as a U-shaped hull shape, and the hull shape when the angle is less than 57 degrees is defined as a V-shaped hull shape.
図3に、船体船尾で作動するプロペラが舵板に誘起する流れを数値シミュレーションした結果を示す。
図3(a)は、船長方向の軸を基準としたときの流向角の舵板高さ方向の分布を示す図、図3(b)はそのときの流速分布を示す図である。
図3の縦軸で示す舵板高さ方向は、プロペラ軸中心を0.0とし、舵板上方をプラス、舵板下方をマイナスとし、プロペラ2の直径Dで無次元化した値で、+0.5はプロペラ2の上端位置、−0.5はプロペラ2の下端位置を表している。
FIG. 3 shows the result of numerical simulation of the flow induced by the propeller operating at the hull stern on the rudder blade.
FIG. 3A is a diagram showing the distribution of the flow direction angle in the rudder plate height direction with reference to the ship length direction axis, and FIG. 3B is a diagram showing the flow velocity distribution at that time.
The rudder plate height direction indicated by the vertical axis in FIG. 3 is a value obtained by making the propeller shaft center 0.0, plus the rudder plate upper side, minus the rudder plate lower side, and non-dimensional with the diameter D of the propeller 2, and +0 .5 represents the upper end position of the propeller 2, and -0.5 represents the lower end position of the propeller 2.
図3(a)に示すように、プロペラ2の中心軸Aよりも下方では、流向角は−0.3Rpより中心側で大きく変化し、その値は最大で30度である。また、プロペラ2の中心軸Aよりも上方では、プロペラ2の中心軸Aよりも下方と比較し、船尾伴流の影響で舵高さ方向の流向角の変化が小さい。
一方、図3(b)に示すように、流速はプロペラ2の中心軸Aよりも下方が速く、プロペラ2の中心軸Aよりも上方では船体伴流の影響により0.1Rpより急速に減速する。このことから、舵の推進方向の推力を主とした省エネ効果(推進性能の向上)を効率的に得るためには、−0.3Rp〜0.2Rpの範囲かつ特にプロペラ2の中心軸Aよりも下方に大きな捩り量を持たせることで、大きな推力を発生させることができる。
As shown in FIG. 3A, below the central axis A of the propeller 2, the flow direction angle changes greatly on the center side from -0.3 Rp, and the value is 30 degrees at the maximum. Further, the change in the flow direction angle in the rudder height direction is small above the center axis A of the propeller 2 as compared to below the center axis A of the propeller 2 due to the influence of the stern wake.
On the other hand, as shown in FIG. 3B, the flow velocity is faster below the central axis A of the propeller 2 and decelerates more rapidly than 0.1 Rp above the central axis A of the propeller 2 due to the influence of the hull wake. . From this, in order to efficiently obtain the energy saving effect (improvement of propulsion performance) mainly in the thrust in the propulsion direction of the rudder, the range is from -0.3 Rp to 0.2 Rp and particularly from the central axis A of the propeller 2. Also, a large thrust can be generated by giving a large amount of twist downward.
このように、舵高さ−0.3Rp〜0.2Rp、特にプロペラ2の中心軸Aよりも下方のキャンバー比0.00〜0.04の範囲で可能な限り大きなキャンバー比をとると大きな推力が得られる。また、舵板上部10aでは、船体伴流の影響により流速が0.1Rpより極端に遅くなるため、翼断面に変化を付けることは、省エネの観点からも舵軸40が舵内部に入るため、構造上の観点からも好ましくない。 Thus, when the camber ratio is as high as possible within the range of the camber ratio of 0.00 to 0.04 below the center axis A of the propeller 2, the thrust is -0.3 Rp to 0.2 Rp. Is obtained. Moreover, in the rudder plate upper part 10a, since the flow velocity becomes extremely slower than 0.1 Rp due to the influence of the hull wake, the change in the wing cross section is because the rudder shaft 40 enters the rudder from the viewpoint of energy saving. It is not preferable from the viewpoint of structure.
図4及び図5を用いて模型船を用いた水槽試験による舵装置の省エネ効果について説明する。
図4は、比較例1、実施例1、及び比較例2のキャンバー分布と前縁比とを示しており、図4(a)は比較例1のキャンバー分布、図4(b)は実施例1のキャンバー分布、図4(c)は比較例2のキャンバー分布、図4(d)は比較例1の前縁比、図4(e)は実施例1の前縁比、図4(f)は比較例2の前縁比である。図4における縦軸は、舵板高さである。図4(a)(b)(c)における横軸は、キャンバー21a、21dを翼型のコード長で除したキャンバー比、図4(d)(e)(f)における横軸は、前縁部11の前端の変化量を翼型のコード長で除した前縁比である。
The energy-saving effect of the rudder apparatus by the water tank test using a model ship is demonstrated using FIG.4 and FIG.5.
4 shows the camber distribution and the leading edge ratio of Comparative Example 1, Example 1, and Comparative Example 2. FIG. 4A shows the camber distribution of Comparative Example 1, and FIG. 4B shows the example. 4 (c) is the camber distribution of Comparative Example 2, FIG. 4 (d) is the leading edge ratio of Comparative Example 1, FIG. 4 (e) is the leading edge ratio of Example 1, and FIG. ) Is the leading edge ratio of Comparative Example 2. The vertical axis in FIG. 4 is the rudder plate height. 4A, 4B, and 4C, the horizontal axis represents the camber ratio obtained by dividing the cambers 21a and 21d by the airfoil cord length, and the horizontal axis in FIGS. 4D, 4E, and 4F represents the leading edge. This is the leading edge ratio obtained by dividing the change amount of the front end of the portion 11 by the airfoil cord length.
比較例1は、標準舵を実用的範囲としたもの、実施例1は舵板高さが−0.3Rp〜+0.2Rpの範囲において、上下非対称にキャンバー比と前縁部11の変化を加えたもの、比較例2は実施例1のリアクション量を舵板10上下で対称な変化としたものである。 In Comparative Example 1, the standard rudder is in a practical range, and in Example 1, the camber ratio and the change in the front edge portion 11 are added asymmetrically in the vertical direction when the rudder plate height is in the range of -0.3 Rp to +0.2 Rp. In Comparative Example 2, the reaction amount of Example 1 is changed symmetrically on the top and bottom of the steering plate 10.
図5は、比較例1、実施例1、及び比較例2の省エネ率の変化と推力減少係数の変化を示すグラフである。
図5(a)に示すように、模型船を用いた水槽試験による燃料削減効果は、比較例1に対して比較例2は省エネ率が向上しているが、実施例1は比較例2に対して高い省エネ率を示している。
また図5(b)に示すように、スラスト力の寄与率を示す推力減少係数においても、実施例1は、比較例1及び比較例2に対して高い効果を示している。
FIG. 5 is a graph showing a change in energy saving rate and a change in thrust reduction coefficient in Comparative Example 1, Example 1, and Comparative Example 2.
As shown in FIG. 5 (a), the fuel saving effect by the water tank test using the model ship is that the energy saving rate of Comparative Example 2 is improved compared to Comparative Example 1, but Example 1 is Comparative Example 2. On the other hand, it shows a high energy saving rate.
Further, as shown in FIG. 5B, also in the thrust reduction coefficient indicating the contribution ratio of the thrust force, Example 1 shows a high effect over Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
図6は、数値解析によるキャンバー比と前縁比による省エネ率に与える影響を示すグラフであり、縦軸は省エネ率の推定値である。図6(a)は横軸がキャンバー比、それぞれの折れ線が前縁比、図6(b)は横軸が前縁比、それぞれの折れ線がキャンバー比を示している。
図6(a)に示すように、キャンバー比は0.005以上0.04以下で省エネ効果が高いが、0.005以上0.03以下、更には0.01以上0.02以下がより好ましい。
また、図6(b)に示すように、前縁比は、0.1以上で省エネ効果が高いが、0.1以上0.2以下がより好ましい。
FIG. 6 is a graph showing the influence of the camber ratio and the leading edge ratio on the energy saving rate by numerical analysis, and the vertical axis is the estimated value of the energy saving rate. 6A, the horizontal axis represents the camber ratio, each broken line represents the leading edge ratio, and FIG. 6B, the horizontal axis represents the leading edge ratio, and each broken line represents the camber ratio.
As shown in FIG. 6 (a), the camber ratio is 0.005 or more and 0.04 or less, and the energy saving effect is high, but 0.005 or more and 0.03 or less, and more preferably 0.01 or more and 0.02 or less. .
Moreover, as shown in FIG.6 (b), although the leading edge ratio is 0.1 or more and an energy-saving effect is high, 0.1 or more and 0.2 or less are more preferable.
図3に示す数値シミュレーションの結果、図4及び図5に示す模型船を用いた水槽試験による舵装置の省エネ効果、図6に示す数値解析によるキャンバー比と前縁比による省エネ率に与える影響から、キャンバー21a、21dを翼型のコード長で除したキャンバー比を、舵板下部10dにおいては−0.04以上−0.005以下の範囲に、舵板上部10aにおいては+0.005以上+0.03以下の範囲に設定することが好ましい。下部捩り量を上部捩り量よりも大きくし、かつキャンバー比をこれらの範囲に設定することで、大きな推力を発生させ、舵板10の推進方向の推力を主とした省エネ効果を効率的に得ることができる。
また、キャンバー21a、21dは、舵板下部10dにおいては舵板下部10dの上下方向の−0.5以上0.0以下の範囲に、舵板上部10aにおいては舵板上部10aの上下方向の0.0以上+0.4以下の範囲に形成することが好ましく、流向角が大きく流速の速い流れを有効に利用することができる。
As a result of the numerical simulation shown in FIG. 3, the energy saving effect of the rudder device by the water tank test using the model ship shown in FIGS. 4 and 5, and the influence on the energy saving rate by the camber ratio and the leading edge ratio by the numerical analysis shown in FIG. The camber ratio obtained by dividing the cambers 21a and 21d by the wing-shaped cord length is in a range of −0.04 to −0.005 at the steering plate lower portion 10d, and +0.005 to +0. It is preferable to set it in the range of 03 or less. By making the lower torsion amount larger than the upper torsion amount and setting the camber ratio within these ranges, a large thrust is generated, and an energy-saving effect mainly based on the thrust in the propulsion direction of the rudder plate 10 is efficiently obtained. be able to.
The cambers 21a and 21d are within a range of −0.5 or more and 0.0 or less in the vertical direction of the steering plate lower portion 10d in the steering plate lower portion 10d, and 0 in the vertical direction of the steering plate upper portion 10a in the steering plate upper portion 10a. It is preferably formed in the range of not less than 0.0 and not more than +0.4, and a flow having a large flow direction angle and a high flow velocity can be used effectively.
本発明の舵装置によれば、船体の流れを考慮した高い推進効率を得ることができ、V型船型及びU型船型のいずれの船舶にも適用できる。 According to the rudder device of the present invention, high propulsion efficiency in consideration of the flow of the hull can be obtained, and the present invention can be applied to both V-shaped and U-shaped ships.
1 船舶
2 プロペラ
2b 後縁端
10 舵板
10a 舵板上部
10d 舵板下部
10f 前縁端
10A 上部ユニット
10D 下部ユニット
11 前縁部
11a 上部前縁部
11b 下部前縁部
12 後縁部
20 キャンバー有する部分
20a 上部捩り部
20d 下部捩り部
21a、21d キャンバー
30 キャンバー有さない部分
31 対象翼型
40 舵軸
50 開口部
60 固定手段
A 中心軸
B 回転流
C 距離
D 直径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ship 2 Propeller 2b Rear edge 10 Rudder board 10a Rudder board upper part 10d Rudder board lower part 10f Front edge end 10A Upper unit 10D Lower unit 11 Front edge part 11a Upper front edge part 11b Lower front edge part 12 Rear edge part 20 Camber Portion 20a Upper twisted portion 20d Lower twisted portion 21a, 21d Camber 30 Portion 31 without camber Target airfoil 40 Rudder shaft 50 Opening portion 60 Fixing means A Center axis B Rotating flow C Distance D Diameter
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