JP3134464U

JP3134464U - 船舶用複合型フィン装置

Info

Publication number: JP3134464U
Application number: JP2007004142U
Authority: JP
Inventors: 克明濱田
Original assignee: 株式会社名村造船所
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2017-06-04

Abstract

【課題】従来のラダーフィンあるいは整流フィンを装備した船舶よりも、その推進効率を高めることのできる船舶用複合型フィン装置の提供。
【解決手段】プロペラ２よりも後方にラダーフィン５を設ける。プロペラ２よりも前方の船尾外面に、Ｖ字形の整流フィン６を取り付ける。整流フィン６で、前方からプロペラ２に至る流れを整流及び増速することにより、プロペラ２よりも後方の回転流をも整流及び増速する。整流及び増速された回転流からラダーフィン５でエネルギーを回収して推力に変換する。ラダーフィン５及び整流フィン６による各々の効果を加えたものを上回る効果が得られる。
【選択図】図１

Description

本考案は、船舶の推進効率を向上させるための船舶用複合型フィン装置に関するものである。

一般に、船舶の船速や燃費を高めるには、その推進効率の向上が求められ、船尾のプロペラよりも後方に装備された舵に、船舶の推進効率を向上させるためのラダーフィンを設けることがある（例えば特許文献１、特許文献２）。このラダーフィンは、コア部分を構成するバルブや二次元翼型フィンから左右にフィンを延設してなり、プロペラの回転によって生じる回転流のエネルギーを回収して推力に変換することにより、船舶の推進効率を向上させるようになっている。

また、特許文献３は、船尾におけるプロペラの前方で船体外板の両側に渡って取り付けることにより、プロペラ周りの流場の乱れを抑えて推進効率を向上させると共に、起振力の増大を防ぐようにした整流フィンを開示している。
特許第３００４２３８号公報（段落番号０００９）特開２００５−１４５３９７号公報（段落番号０００８、００３３）実願２０００−００４１０１号公報（段落番号０００２〜０００５）

ところが、上記のラダーフィンあるいは整流フィンを装備した船舶であっても、その推進効率が十分でなく、ある程度以上に船速をアップすることができない。

本考案は、従来のラダーフィンあるいは整流フィンを装備した船舶よりも、その推進効率を高めることのできる船舶用複合型フィン装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本考案に係る船舶用複合型フィン装置は、船尾かつプロペラよりも後方に位置する舵の前縁可動部に設けられたラダーフィンと、プロペラよりも前方に位置するよう船尾の外面に船体両側に渡って取り付けられたＶ字形の整流フィンとを備えたものであり、その整流フィンで、前方からプロペラに至る流れを整流及び増速するようにしたものである。

上記構成によれば、整流フィンで前方からプロペラに至る流れを整流及び増速するので、プロペラ後方の回転流をも整流及び増速することができ、この整流及び増速された回転流からラダーフィンでエネルギーを回収することにより、推力をより高めると共に有効伴流を増加させることができる。これにより、ラダーフィン及び整流フィンによる各々の効果を単に加えたものを上回る効果を得ることができ、船舶の推進効率をより向上させて、船速を高めると共に省エネルギーを図ることができる。

つまり、ラダーフィン及び整流フィンの両方を装備することにより、プロペラの回転によって生じる回転流のエネルギーを回収して推力に変換するというラダーフィンによる効果と、プロペラ周りの流場の乱れを抑えて推進効率を向上させつつ起振力の増大を防ぐという整流フィンによる効果と、さらに、ラダーフィンでエネルギーを回収するプロペラ後方の回転流を整流フィンが整流及び増速するというラダーフィン及び整流フィンの組合せによる効果とを得ることができる。

また、ラダーフィンで回転流のエネルギーを効率よく回収するには、ラダーフィンの位置をプロペラ軸と合わせて設けるのがよく、少なくとも、プロペラ半径をＲとしたとき、プロペラ軸を中心に±０．１０Ｒの範囲の高さにラダーフィンを設けるのがよい。

ラダーフィンを、舵の中心面に直交して設けられる平板状の台座と、この台座の左右端面から台座と同一平面内で突出する左舷フィン及び右舷フィンとから構成すれば、従来のラダーフィンと比較して、その構造を極めて簡単にすることができる。なお、従来のラダーフィンは、例えば、コア部分をなすバルブや二次元翼型フィンから左右のフィンを延設した構造であり、そのバルブや二次元翼型フィンに代えて平板状の台座を設けることにより、剥離渦の発生を抑える機能やプロペラハブボルテックスを整流する機能が低下するが、プロペラハブボルテックスを生じにくいプロペラを採用することで、平板状の台座を設けることによるラダーフィンの機能低下を十分に補うことができる。

ラダーフィンの設置角度及び大きさとして、その迎角を５°以下に設定し、左舷フィン及び右舷フィンの最大弦長を舵幅の３５％以下に設定すれば、ラダーフィンによる抵抗を増大させることなく回転流のエネルギーを効率よく回収することができる。ここで、ラダーフィンの迎角とは、平板状の台座及び左右舷フィンの翼断面ミーンラインが水平面に対してなす角度のことをいい、左舷フィン及び右舷フィンの最大弦長とは、左舷フィン及び右舷フィンのミーンラインに沿って前後方向に測った弦長のうちの最大長のことをいう。

また、ラダーフィンは、右回転するプロペラによる回転流と船底近傍を通る上昇流とを加えた流れの圧力を受ける圧力面が左舷フィンで下面かつ右舷フィンで上面となるよう、プロペラ半径をＲとしたとき、舵の中心面から左舷フィンの先端までのスパンを０．５Ｒ〜０．８Ｒの範囲に設定すると共に、舵の中心面から右舷フィンの先端までのスパンを０．４Ｒ〜０．６Ｒの範囲に設定することにより、左舷フィン及び右舷フィンのスパンが互いに異なる非対称形状とするのがよい。これにより、左舷フィン及び右舷フィンによる抵抗を増大させることなく、プロペラによる回転流のエネルギーを効率よく回収することができる。

つまり、通常の船舶のプロペラは右回転であり、このプロペラによる回転流として、左舷に上向きの流れが生じ、右舷に下向きの流れが生じるので、ラダーフィンを設けることにより、その左舷フィン及び右舷フィンが、左舷及び右舷の流れのエネルギーを回収して推力に変換する。

ただ、回転流に、船底近傍を通る上昇流が加わることにより、左舷では上向きの流れが強められてエネルギーを回収しやすくなるのに対し、右舷では回転流及び上昇流が相殺されてエネルギーを回収しにくくなる。しかも、回転流はプロペラ軸から離れるほど小さく、プロペラ半径をＲとしたとき、プロペラ軸から右舷側に０．６Ｒ程度の位置では、回転流としての下向きの流れが上昇流によってほぼ相殺されるため、この０．６Ｒ程度の位置に先端が達するまで右舷フィンを伸ばしたとしても、回転流のエネルギーを十分に回収することなく、抵抗のみを増大させることになる。

そこで、左舷フィン及び右舷フィンのスパンが互いに異なる非対称形状として、流れの圧力を受ける圧力面が左舷フィンで下面かつ右舷フィンで上面となるようにすることにより、左舷フィン及び右舷フィンによる抵抗を増大させることなく、プロペラによる回転流のエネルギーを効率よく回収することができる。なお、左舷フィンのスパンを０．５Ｒ未満の長さ、あるいは右舷フィンのスパンを０．４Ｒ未満の長さにすると、回転流のエネルギーを十分に回収することができず、左舷フィンのスパンを０．８Ｒを超過する長さ、あるいは右舷フィンのスパンを０．６Ｒを超過する長さにすると、左舷フィンや右舷フィンによる抵抗が大きくなりすぎる。

以上の説明から明らかな通り、本考案によると、ラダーフィン及び整流フィンの両方を装備するので、ラダーフィン及び整流フィンによる各々の効果を得ると共に、これらの組合せの効果を得ることができ、船舶の推進効率をより向上させて、船速を高めると共に省エネルギーを図ることができる。

以下、本考案に係る船舶用複合型フィン装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本考案に係る船舶用複合型フィン装置を備えた船舶の船尾の側面図、図２は船舶用複合型フィン装置の配置を示す要部平面図である。図３はラダーフィンを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は平面図である。

船舶用複合型フィン装置は、船尾１に装備して船舶の推進効率を向上させるためのものであり、船尾１かつプロペラ２よりも後方に位置する舵３の前縁可動部４に設けられたラダーフィン５と、プロペラ２よりも前方に位置するよう船尾１の外面に船体両側に渡って取り付けられたＶ字形の整流フィン６とを備えている。

プロペラ２は、船尾１に装備されてプロペラ軸７を中心に右回転して推進力を得る通常のプロペラであり、その後方に右回りの回転流を生じさせる。

舵３は、船尾１から垂下された矩形状とされ、プロペラ軸７と左右の位置を合わせて鉛直方向に配された回動軸８を中心に回動自在に設けられている。舵３のうち、回動軸８よりも前方が前縁可動部４とされ、この前縁可動部４にラダーフィン５が取り付けられている。

ラダーフィン５は、舵３の中心面に直交して設けられるシンプルな平板状の台座９と、台座９の左右端面から台座９と同一平面内で突出する左舷フィン１０及び右舷フィン１１とからなり、プロペラ２による回転流のエネルギーを回収して推力に変換するようになっている。このラダーフィン５は、中心面の高さが、プロペラ軸７を中心に±０．１０Ｒの範囲に設定され（Ｒ：プロペラ半径）、水平面に対する台座９の取り付け迎角、及び左舷フィン１０及び右舷フィン１１の翼断面ミーンライン角が５°以下に設定される。

左舷フィン１０及び右舷フィン１１は、台座９に取付く翼根部の弦長（Ｂ１）、すなわち最大弦長が舵３の幅の３５％以下に設定される。また、舵３の中心面から左舷フィン１０の先端までのスパン（Ｌ１）が０．５Ｒ〜０．８Ｒの範囲に設定されると共に、舵３の中心面から右舷フィン１１の先端までのスパン（Ｌ２）が０．４Ｒ〜０．６Ｒの範囲に設定され（Ｒ：プロペラ半径）、ラダーフィン５が、左舷フィン１０及び右舷フィン１１のスパンが互いに異なる非対称形状とされる。

これにより、プロペラ２による回転流と船底近傍を通る上昇流とを加えた流れの圧力を受ける圧力面が、左舷フィン１０で下面、右舷フィン１１で上面とされ、回転流のエネルギーを効率よく回収する。

つまり、プロペラ２による右回りの回転流は、左舷で上向きの流れ、右舷で下向きの流れとなり、この回転流に船底近傍を通る上昇流が加わることにより、左舷で上向きの流れが生じ、右舷のうち、プロペラ軸７に近い範囲では下向きの流れ、プロペラ軸７から離れた範囲では上向きの流れが生じる。このように、左舷では、上向きの流れのみが生じるので左舷フィン１０のスパンを長くし、右舷では、プロペラ軸７に近い範囲と離れた範囲とで流れの向きが反転するので、その流れの反転を生じない程度の範囲に位置するよう右舷フィン１１のスパンを短くして、回転流のエネルギーを効率よく回収する。

整流フィン６は、フィン幅（Ｂ２）で先端が下方に傾斜する楔形断面で、船尾１の外面に船体両側に渡って配置されるよう、船体中心線（ＣＬ）方向に長さ（Ｌ３）で全体としてＶ字形に構成され、図１において矢印で示すように、前方からプロペラ２に至る流れを整流及び増速すると共に、渦抵抗を減少させ、推進性能を向上させるようになっている。また、整流フィン６により、プロペラサクション効果を得て、推進効率をさらに向上、すなわち、１−Ｔ及びプロペラ効率比ＥＴＲをアップし、１−Ｗをダウンさせるようになっている。

この整流フィン６は、船体中心線（ＣＬ）上に位置する後端１２がプロペラ軸７からプロペラ半径（Ｒ）の６０〜７０％に相当する長さだけ上方にずれた高さに設定されると共に、船体取付部の側面迎角（α）が後方に向かって上向の６°〜１５°に設定される。また、整流フィン６の後端１２の位置は、プロペラ半径（Ｒ）の６０％に相当する長さだけプロペラ２よりも前方に設定され、整流フィン６の前端１３の位置は、船尾１の後部垂線より前方に、船長の７％〜１０％に相当する長さだけずれた位置に設定される。なお、整流フィン６の前端１３の位置は、この範囲に限定することなく、限界流線の変化と、剥離渦域の変化に応じて設定するのがよい。

上記構成によれば、ラダーフィン５及び整流フィン６の両方を備えるので、ラダーフィン５による効果と、整流フィン６による効果と、さらに、ラダーフィン５及び整流フィン６の組合せによる相乗効果とを得ることができる。ここで、実験によって求められた省エネルギー効果は、ラダーフィン５及び整流フィン６をそれぞれ単独で採用することによる効果を合わせたものよりも大きく、６％〜７％の馬力節減を達成するなど、推進性能を十分に向上させるという効果を得ている。

具体的には、ラダーフィン５により、プロペラ２による回転流のエネルギーを回収して推力に変換するという効果を得ることができる。また、整流フィン３により、プロペラ位置における伴流分布の流場の改善して、プロペラチップ付近の遅い流れと外側の回転流を減少させ、プロペラキャビテーション性能を向上させると共に、プロペラ起振力を減少させて船体振動の軽減に寄与し、推進性能の向上と船体振動の軽減とを同時に達成するという効果を得ることができる。

さらに、ラダーフィン５及び整流フィン６を組合せることにより、整流フィン６で、プロペラ２に入る流線を整流及び増速して、プロペラ２よりも後方の回転流をも増速させ、その回転エネルギーをラダーフィン５で回収することができるので、推力を向上させると共に、有効伴流を増加させて推進効率を向上させることができる。

また、ラダーフィン５は、平板状の台座９から左舷フィン１０及び右舷フィン１１を突出させた簡単な構造であり、その製造を容易にすることができる。なお、プロペラハブボルテックスの発生が少ないプロペラを採用することで、プロペラハブボルテックスに対しても、バルブなどを備えた従来のラダーフィン同程度の性能を得ることができる。

本考案に係る船舶用複合型フィン装置を備えた船舶の船尾の側面図船舶用複合型フィン装置の配置を示す要部平面図ラダーフィンを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は平面図

符号の説明

１船尾
２プロペラ
３舵
４前縁可動部
５ラダーフィン
６整流フィン
７プロペラ軸
８回動軸
９台座
１０左舷フィン
１１右舷フィン
１２後端（整流フィン）
１３前端（整流フィン）

Claims

船尾かつプロペラよりも後方に位置する舵の前縁可動部に設けられたラダーフィンと、前記プロペラよりも前方に位置するよう船尾の外面に船体両側に渡って取り付けられたＶ字形の整流フィンとを備え、前記整流フィンは、前方からプロペラに至る流れを整流及び増速することを特徴とする船舶用複合型フィン装置。
前記ラダーフィンは、プロペラ半径をＲとしたとき、プロペラ軸を中心に±０．１０Ｒの範囲の高さに設けられたことを特徴とする請求項１に記載の船舶用複合型フィン装置。
前記ラダーフィンは、舵の中心面に直交して設けられる平板状の台座と、該台座の左右端面から台座と同一平面内で突出する左舷フィン及び右舷フィンとからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用複合型フィン装置。
前記ラダーフィンは、その迎角が５°以下に設定され、左舷フィン及び右舷フィンの最大弦長が舵幅の３５％以下に設定されたことを特徴とする請求項３に記載の船舶用複合型フィン装置。
前記ラダーフィンは、右回転するプロペラによる回転流と船底近傍を通る上昇流とを加えた流れの圧力を受ける圧力面が左舷フィンで下面かつ右舷フィンで上面となるよう、プロペラ半径をＲとしたとき、舵の中心面から左舷フィンの先端までのスパンを０．５Ｒ〜０．８Ｒの範囲に設定すると共に、舵の中心面から右舷フィンの先端までのスパンを０．４Ｒ〜０．６Ｒの範囲に設定することにより、左舷フィン及び右舷フィンのスパンが互いに異なる非対称形状とされたことを特徴とする請求項３又は４に記載の船舶用複合型フィン装置。