JP2020006797A - 舵システム - Google Patents

Abstract

【課題】推進効率の向上を図った舵システムを提供する。【解決手段】船尾側から船首側を見る視点において時計方向に回転する一基の推進プロペラ２０と、推進プロペラの軸心線上に配置した舵１０を備え、推進プロペラ２０は、プロペラボスキャップ２１を有し、プロペラボスキャップ２１は、推進プロペラ後流の旋回流と同方向に旋回する後流を発生させるボスキャップフィン２２を有し、舵１０は、推進プロペラ２０の軸心線上にラダーバルブ６０を有し、ラダーバルブ６０は舵板３０の左右両舷側にそれぞれの舷側方向に張り出す左舷フィン６２と右舷フィン６３を有し、左舷フィン６２と右舷フィン６３は、推進プロペラ２０の軸心線に対して対称の位置に、かつラダーバルブ６０から推進プロペラ２０の軸心線に沿って存在する。【選択図】図１

Description

本発明は舵システムに関し、舵の推進効率の向上に資する技術に係るものである。

従来、例えば特許文献１に記載するように、二枚舵システムにおいては、一基の推進プロペラの後方に一対の平行な舵を配設し、推進プロペラのプロペラボスキャップに、推進プロペラ翼が発生させる推進プロペラ後流と同じ方向に後流を発生させるフィンを設けるものがある。

これは、推進プロペラ後流の流束の中心部におけるハブ渦の発生を減らすものである。すなわち、推進プロペラの後方中心に舵が存在する場合には、舵がハブ渦の発生をある程度抑制する効果を持つ。しかし、特許文献１においては推進プロペラの後方中心には舵が存在しない。このため、プロペラボスキャップにプロペラボスキャップフィンを設けることで、推進プロペラ後流流束の中心部におけるハブ渦の発生を低減し、推進プロペラ翼を通過した水流を推進効率の向上に寄与させている。

特許文献２のものは、船舶の縦方向に延びる舵が両面から横方向に延出するラダーフィンを有し、舵の前縁でラダーフィンの取付位置にラダーバルブを有している。このラダーバルブは、プロペラボスキャップに近接するように突出し、プロペラボスキャップに向けて前方に略半球面状に突出している。また、突部はラダーフィンの前縁と後縁の間の範囲に収まるように設けられている。

特許第３７５１２６０号 特許第２８３７９４８号

ハブ渦は、プロペラ翼の翼上面を通過する水流の速力と、翼下面を通過する水流の速力との速力差により生じ、プロペラ翼を通過した水流は強く回転方向に曲げられてハブ渦を作る。プロペラ後流の旋回流は、舵板の左舷側、右舷側において異なった流れとなる。船尾側から船首側を見る視点において、旋回流が時計回りに回転する場合に、旋回流は右舷側において上方から下方に向けて流れ、左舷側において下方から上方に向けて流れる。ハブ渦は舵板の左舷側に流れ込むので、プロペラ後流の旋回流は舵板の左舷側において複雑な流れとなる。

このため、プロペラ翼を通過した水流をボスキャップフィンで受け止めることにより、ハブ渦の発生を抑制するとともに、推進効率の向上に寄与させることができる。

また、ラダーバルブによりハブ渦の発生を抑制しつつ、ラダーバルブに設けたラダーフィンによりプロペラ後流を受け止めて推進効率の向上に寄与させることができる。

しかし、ラダーバルブは大きすぎると推進抵抗となり、小さすぎるとハブ渦の発生を抑制する効果が少なくなる。また、旋回流の水流が乱れると、ラダーフィンに発生する揚力が減少し、推進抵抗となりえる。

本発明は上記した課題を解決するものであり、推進効率の向上を図った舵システムを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の舵システムは、船尾側から船首側を見る視点において時計方向に回転する一基の推進プロペラと、推進プロペラの軸心線上に配置した舵を備え、推進プロペラは、プロペラボスキャップを有し、プロペラボスキャップは、推進プロペラ後流の旋回流と同方向に旋回する後流を発生させるボスキャップフィンを有し、舵は、推進プロペラの軸心線上にラダーバルブを有し、ラダーバルブは舵板の左右両舷側にそれぞれの舷側方向に張り出す左舷フィンと右舷フィンを有し、左舷フィンと右舷フィンは、推進プロペラの軸心線に対して対称の位置に、かつラダーバルブから推進プロペラの軸心線に沿って存在することを特徴とする。

また、本発明の舵システムにおいて、プロペラボスキャップは、キャップ後端面が軸心線と直交する円形の平坦面をなし、ラダーバルブは、キャップ後端面に対向するバルブ前端面が半球状面をなし、キャップ後端面とバルブ前端面との間に、死水域を形成する空間を有する構成とすることも可能である。

あるいは、本発明の舵システムにおいて、プロペラボスキャップは、キャップ後端面が半球状面をなし、ラダーバルブは、キャップ後端面に対向するバルブ前端面が半球状面をなし、キャップ後端面とバルブ前端面との間に、死水域を形成する空間を有する構成とすることも可能である。

あるいは、本発明の舵システムにおいて、プロペラボスキャップは、キャップ後端面が軸心線と直交する円形の平坦面をなし、ラダーバルブは、キャップ後端面に対向するバルブ前端面が軸心線と直交する円形の平坦面をなし、キャップ後端面とバルブ前端面との間に、死水域を形成する空間を有する構成とすることも可能である。

また、本発明の舵システムにおいて、ラダーバルブは、舵板から前方に突出する部位の最大外径がボスキャップフィンの前縁直径の４０〜７０％である。

また、本発明の舵システムにおいて、ラダーバルブは、舵板上にある部位の最大幅をボスキャップフィンの前縁直径の１００％まで拡張可能である。

また、本発明の舵システムにおいて、左舷フィンと右舷フィンは、舷側方向にプロペラ直径の２０〜３０％の同じ長さを有する構成とすることも可能である。

あるいは、本発明の舵システムにおいて、舷側方向における左舷フィンの幅が右舷フィンより短く、左舷フィンは舷側方向にプロペラ直径の２０％の長さを有し、右舷フィンは舷側方向にプロペラ直径の３０％の長さを有し、それぞれの長さは−５％から＋５％の許容範囲を有する構成とすることも可能である。

本発明の船舶は、上記した構成の何れかの舵システムを有することを特徴とする。

上記した構成により、プロペラ翼の翼上面を通過する水流の速力と、翼下面を通過する水流の速力との速力差に起因してプロペラ翼を通過した水流に生じる変向が緩和される。すなわち、プロペラ翼まわりの水流がボスキャップフィンのフィン上面から地面効果を受けることで、推進プロペラによる推力が増加する。

また、ラダーバルブの存在によってハブ渦が発生する領域がなくなり、ハブ渦の発生が抑制される。このため、舵板の左舷側に流れ込むハブ渦が減少し、プロペラ後流の旋回流が舵板の左舷側で乱れる要因が減少し、左舷フィンで生じる揚力が増加し、推進効率が向上する。

さらに、ボスキャップフィンによるハブ渦の抑制により、プロペラボスキャップの後方においてラダーバルブが占める領域を抑制することができ、ラダーバルブが推進抵抗となることを軽減できる。

また、キャップ後端面とバルブ前端面との間の死水域において圧力が高くなり、この圧力がプロペラボスキャップを押す力として貢献し、推進効率の向上に寄与する。

本発明の実施の形態における舵システムを示す平面図 同舵システムを示す底面図 同舵システムを示す右側面図 同舵システムを示す左側面図 同舵システムの舵を示す正面図 同舵システムの舵を示す背面図 同舵システムの舵を示す左前上方斜視図 同舵システムの舵を示す左前下方斜視図 同舵システムの舵を示す左後上方斜視図 同舵システムの舵を示す左後下方斜視図

以下、本発明の舵システムに係る実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図１０において、船舶用舵１０は高揚力舵を示しているが、本発明は普通舵にも適用可能である。船舶用舵１０は、推進プロペラ２０の後方に同軸心上に配設しており、推進プロペラ２０は船尾側から船首側を見る視点において時計方向に回転する。船舶用舵１０は、舵板３０の頂端部と底端部にそれぞれ左右両舷側に張り出した頂端板４０と底端板５０を有している。

舵板３０は、水平断面の輪郭において前縁部３１と中間部３２と後縁部３３からなり、前縁部３１は前方へ半円形状に突出した形状をなす。前縁部３１に続く中間部３２は、最大幅部３２ａに向けて流線型状に幅が増大した後に最小幅部３２ｂに向けて徐々に幅が減少した形状をなす。最大幅部３２ａは舵板３０の最大舵厚さに一致する。中間部３２の最小幅部３２ｂに連続する後縁部３３は、所定幅の後縁最大幅部３３ａに向けて徐々に幅が増大した後に、後端３３ｂが後方へ半円形状に突出した形状をなす。頂端板４０および底端板５０は前端縁４１、５１と後端縁４２、５２が円弧状に突出する形状をなす。

推進プロペラ２０は、プロペラボスキャップ２１を有し、プロペラボスキャップ２１にボスキャップフィン２２を有しており、ボスキャップフィン２２は推進プロペラ後流の旋回流と同方向に旋回する後流を発生させる翼形態をなす。

舵板３０の前縁部３１には推進プロペラ２０の軸心上にラダーバルブ６０を設けている。ラダーバルブ６０は、推進プロペラ２０のプロペラボスキャップ２１と対向し、舵板３０の前縁からプロペラボスキャップ２１へ向けて前方へ突出している。

本実施の形態において、ラダーバルブ６０は、舵板３０から前方に突出する部位の最大外径がボスキャップフィン２２の前縁直径の４０〜７０％であり、舵板３０の上にある部位の最大幅はボスキャップフィン２２の前縁直径の１００％まで拡張可能である。

本実施の形態では、プロペラボスキャップ２１は、キャップ後端面２３が軸心線と直交する円形の平坦面をなし、ラダーバルブ６０は、キャップ後端面に対向するバルブ前端面６１が半球状面をなし、キャップ後端面２３とバルブ前端面６１との間に、死水域を形成する空間を有している。

ラダーバルブ６０は、ラダーバルブ６０の側面から舵板３０の舵面にかけて推進プロペラの軸心線に沿って存在し、かつ左右両舷側に張り出した左舷フィン６２、右舷フィン６３、いわゆるフィンバルブを有している。左舷フィン６２、右舷フィン６３は、舵板３０の上下方向において推進プロペラ２０の軸心と同レベルに位置し、かつ推進プロペラの軸心線に対して対称の位置にある。左舷フィン６２と右舷フィン６３は、舷側方向にプロペラ直径の２０〜３０％の同じ長さを有している。

上記した構成において、推進プロペラ２０のプロペラ翼の翼上面を通過する水流の速力と、翼下面を通過する水流の速力との速力差に起因してプロペラ翼を通過した水流が回転方向に強く変向することで、ハブ渦が発生する原因となる。

しかし、本実施の形態では、プロペラボスキャップ２１がボスキャップフィン２２を有することで、水流の変向が緩和される。すなわち、プロペラ翼まわりの水流がボスキャップフィン２２のフィン上面から地面効果を受けることで、推力が増加する。また、ラダーバルブ６０の存在によってハブ渦が発生する領域がなくなり、ハブ渦の発生が抑制される。

このため、ボスキャップフィン２２、ラダーバルブ６０が存在しない場合に、舵板３０の左舷側に流れ込んでいたハブ渦が減少する。その結果、プロペラ後流の旋回流が舵板３０の左舷側で乱れる要因が減少し、左舷フィン６２で生じる揚力が増加し、推進効率が向上する。

さらに、ボスキャップフィン２２によるハブ渦の抑制により、プロペラボスキャップ２１の後方においてラダーバルブ６０が占める領域を抑制することができ、ラダーバルブ６０が推進抵抗となることを軽減できる。

また、キャップ後端面２３が軸心線と直交する円形の平坦面をなし、バルブ前端面６１が半球状面をなすことで、キャップ後端面２３とバルブ前端面６１との間の死水域において発生する圧力がキャップ後端面２３の平坦面を押圧し、推力に貢献する。一方、バルブ前端面６１は半球状面をなすので、死水域から受ける圧力を逃がすことができ、推進抵抗を軽減できる。

本発明の他の実施の形態として、プロペラボスキャップ２１のキャップ後端面２３を半球状面に形成し、キャップ後端面２３に対向するラダーバルブ６０のバルブ前端面６１を半球状面に形成することも可能である。

この場合、上述した本発明の基本的な効果は変わらずに実現することができる。キャップ後端面２３に作用する死水域の圧力の貢献度は減少するが、バルブ前端面６１が半球状面をなすことで、死水域から受ける圧力を逃がすことはでき、推進抵抗を軽減できる。

さらに、本発明の他の実施の形態として、プロペラボスキャップ２１のキャップ後端面２３を軸心線と直交する円形の平坦面に形成し、キャップ後端面２３に対向するラダーバルブ６０のバルブ前端面６１を軸心線と直交する円形の平坦面に形成することも可能である。

この場合、上述した本発明の基本的な効果は変わらずに実現することができる。バルブ前端面に作用する死水域の圧力の影響は増加するが、キャップ後端面２３が平坦面をなすことで、死水域から受ける圧力が推力に貢献する。

また、本発明の他の実施の形態として、舷側方向における左舷フィン６２の幅が右舷フィン６３より短く、左舷フィン６２は舷側方向にプロペラ直径の２０％の長さを有し、右舷フィン６３は舷側方向にプロペラ直径の３０％の長さを有し、それぞれの長さは−５％から＋５％の許容範囲を有する構成とすることも可能である。推進プロペラ２０が反時方向に回転する場合には、左舷フィン６２、右舷フィン６３の長さが逆転する。

プロペラ後流の旋回流は、ハブ渦等に起因して舵板３０の左舷側において複雑な流れとなるが、舷側方向における左舷フィン６２の幅が右舷フィン６３より短くなっており、左舷フィン６４は舷側方向にプロペラ直径の２０％の長さを有し、右舷フィン６３は舷側方向にプロペラ直径の３０％の長さを有するので、左舷側の乱れた旋回流の中にある左舷フィン６４の抵抗が減少し、推進効率が向上する。

さらに、プロペラ後流の旋回流が乱れることなく流れる右舷側においては、舷側方向の右舷フィン６３の幅を左舷フィン６４よりも長くすることで、右舷フィン６３に生じる揚力が増加して推進効率が向上する。

１０ 船舶用舵
２０ 推進プロペラ
２１ プロペラボスキャップ
２２ ボスキャップフィン
２３ キャップ後端面
３０ 舵板
３１ 前縁部
３２ 中間部
３３ 後縁部
３２ｂ 最小幅部
４０ 頂端板
４１、５１ 前端縁
４２、５２ 後端縁
５０ 底端板
６０ ラダーバルブ
６１ バルブ前端面
６２ 左舷フィン
６３ 右舷フィン

Claims (9)

1. 船尾側から船首側を見る視点において時計方向に回転する一基の推進プロペラと、推進プロペラの軸心線上に配置した舵を備え、
   推進プロペラは、プロペラボスキャップを有し、プロペラボスキャップは、推進プロペラ後流の旋回流と同方向に旋回する後流を発生させるボスキャップフィンを有し、
   舵は、推進プロペラの軸心線上にラダーバルブを有し、ラダーバルブは舵板の左右両舷側にそれぞれの舷側方向に張り出す左舷フィンと右舷フィンを有し、
   左舷フィンと右舷フィンは、推進プロペラの軸心線に対して対称の位置に、かつラダーバルブから推進プロペラの軸心線に沿って存在することを特徴とする舵システム。
2. プロペラボスキャップは、キャップ後端面が軸心線と直交する円形の平坦面をなし、
   ラダーバルブは、キャップ後端面に対向するバルブ前端面が半球状面をなし、
   キャップ後端面とバルブ前端面との間に、死水域を形成する空間を有することを特徴とする請求項１に記載の舵システム。
3. プロペラボスキャップは、キャップ後端面が半球状面をなし、
   ラダーバルブは、キャップ後端面に対向するバルブ前端面が半球状面をなし、
   キャップ後端面とバルブ前端面との間に、死水域を形成する空間を有することを特徴とする請求項１に記載の舵システム。
4. プロペラボスキャップは、キャップ後端面が軸心線と直交する円形の平坦面をなし、
   ラダーバルブは、キャップ後端面に対向するバルブ前端面が軸心線と直交する円形の平坦面をなし、
   キャップ後端面とバルブ前端面との間に、死水域 を形成する空間を有することを特徴とする請求項１に記載の舵システム。
5. ラダーバルブは、舵板から前方に突出する部位の最大外径がボスキャップフィンの前縁直径の４０〜７０％であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の舵システム。
6. ラダーバルブは、舵板上にある部位の最大幅をボスキャップフィンの前縁直径の１００％まで拡張可能であることを特徴とする請求項５に記載の舵システム。
7. 左舷フィンと右舷フィンは、舷側方向にプロペラ直径の２０〜３０％の同じ長さを有することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の舵システム。
8. 舷側方向における左舷フィンの幅が右舷フィンより短く、左舷フィンは舷側方向にプロペラ直径の２０％の長さを有し、右舷フィンは舷側方向にプロペラ直径の３０％の長さを有し、それぞれの長さは−５％から＋５％の許容範囲を有することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の舵システム。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載の舵システムを有することを特徴とする船舶。

Images