JP3477564B2 - 船舶用ビルジ渦エネルギー回収装置 - Google Patents
船舶用ビルジ渦エネルギー回収装置Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T70/00—Maritime or waterways transport
- Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プロペラ前方の船
尾船体表面上に取り付けて船体抵抗の低減および推進効
率の向上を達成するための船舶用ビルジ渦エネルギー回
収装置に関する発明である。 【０００２】 【従来の技術】船舶においては、図１２（船底面からみ
た斜視図）に示すように船尾両舷のビルジ部１ａ後端付
近では、船底１ｂから上方に回り込む上向き流４と、船
側から内側へ流れ込もうとする下降流５とが交差して、
この部分を発生源とするビルジ渦７が発生する。特に肥
大船等では、前記ビルジ渦７はプロペラ３前方の船体表
面上に大規模な３次元剥離を生じさせて船舶の抵抗増加
の大きな原因となっている。 【０００３】前記ビルジ渦７は、図１２に示すような船
尾から見て左舷と右舷で反対方向に回転する流れを誘導
し、発達しながらプロペラ位置まで流れてきて船舶の後
方へ流れ去る。 【０００４】前記ビルジ渦７は、中心６よりも船体側で
は斜め下方を向いた下降流となり、該ビルジ渦中心６よ
りも外側では斜め上方を向いた上昇流となっている。該
ビルジ渦中心周りの流れは、回転流となっており、この
回転速度を誘起するエネルギーは、船舶が抵抗に逆らっ
て流体中を進むことによって流体に与えられたものであ
り、船舶の抵抗増加の原因になっている。 【０００５】図１３は、曳航水槽における水槽試験で計
測されたプロペラ位置における垂直断面内の回転流れの
速度ベクトルの一例であり、円はプロペラ回転径を示
し、プロペラより前方を見た図である。 【０００６】図１４は、前記速度ベクトルから次式によ
り求めた船舶の長さ方向（ｘ方向）に軸を持つ渦強さを
表す渦度（ωx ）の分布を表した図である。 【０００７】ωx ＝∂ｗ／∂ｙ−∂ｖ／∂ｚ ここに、ｘ ： 船長方向の座標 ｙ ： 船幅方向の座標（水平方向） ｚ ： 船の深さ方向の座標（垂直方向） ｖ ： ｙ方向の流速 ｗ ： ｚ方向の流速 ωx ： ｘ方向に軸を持つ渦度 図１４から、回転流れが存在しており、プロペラ軸心高
さ（B0SS）よりやや上方に渦の最も強い部分、即ち渦中
心ａ、ｂが存在しており、左右舷で反対向きに回るほぼ
同じ強さの渦が存在することがわかる。 【０００８】従来、前述の渦現象を解明して船舶の推進
性能を向上させるために、プロペラ前方の船体にフィン
等の整流装置を設ける技術が開示されている。 【０００９】特開昭６０−３５６９３号公報（以下、先
行例１という。）に開示された発明は、図１５に示すよ
うに、船体１にフィン１７を複数取り付けてプロペラ３
への流入角度や流入速度を変えることにより推進性能の
向上を図るものである。 【００１０】また、特開昭５９−５０８８９号公報（以
下、先行例２という。）に開示された発明は、図１６に
示すように、プロペラ３前方の船体流線イ、ロに沿って
非常に細長いフィン１８を設けて船尾１′に発生する３
次元剥離に伴う渦（いわゆるビルジ渦）を弱めるもので
ある。 【００１１】さらに、特開平３−２８４４９７号公報
（以下、先行例３という。）に開示された発明は、図１
７に示すように、プロペラ３前方の船体１に水線ハに平
行な細長い水平フィン１９を配置してビルジ渦を弱めて
船尾の圧力回復を図って船体抵抗を減少させるものであ
る。 【００１２】最後に、実公平７−３４７９６号公報（以
下、先行例４という。）に開示された考案は、図１８に
示すように、プロペラ３前方に端板２０等のついたフィ
ン２１を配置してプロペラ３への流入速度を遅くさせる
ことにより伴流係数の増加により推進効率の向上を図っ
たものである。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記先
行例１の整流装置は、プロペラ３前方の船体表面上に同
一形状のフィン１７を多数配置することにより水流の方
向を強制的に変更するものであり、船尾船体１表面付近
の流れは複雑な構造を持っており、フィン１７取付け場
所によって流れの流入方向が異なっているために、プロ
ペラ３の推進効率の上昇をもたらす流入角は部分的にし
か得られず、流れに対する取付け角度が厳密でない残り
のフィン１７は、フィン１７自体に働く圧力抵抗や摩擦
抵抗のために抵抗がますます増大化する問題がある。 【００１４】前記先行例２の整流装置は、ポテンシャル
流線にほぼ沿って設けられるフィン１８であること、お
よび、３次元剥離の船体１表面域の中において、船体１
表面にほぼ直角に取付けられることが規定されている
が、船尾１′の剥離流れは大規模な構造の渦であるため
に、フィン１８の配置によってこれを消滅させようとす
る場合には、当該剥離渦の渦中心位置と船体表面からの
フィンの張出量を関係づけることが最も重要である。し
かし、この先行例２には、この点が開示されておらず不
明確であり、実用上問題がある。また、ポテンシャル流
線に沿うように配置されたフィン１８は、３次元剥離を
伴う船尾粘性流れの流線と交差することになるために、
フィン１８の背面に剥離を生じる可能性が大であり、剥
離渦は弱まってもフィン１８背面に発生する剥離に伴っ
てフィン１８に大きな抵抗が作用することとなり、この
結果として、船体抵抗が増大する可能性が非常に高いと
いう問題がある。 【００１５】先行例３の整流装置は、プロペラ３の軸芯
近傍に位置するように整流板１９をほぼ平行になるよう
に水平方向に張り出させ、船尾ビルジ部１ａからの上昇
流４および船尾フレア部ニからの下降流５を規制して軸
流方向に整流させる船体１の粘性圧力抵抗を回復するも
のである。この技術も整流板１９を取り付ける方向を、
前述の先行例１とは異なる方向に規定している点がこと
なるのみで、先行例１と同様の問題点を含んでいる。さ
らに、本技術のような非常にアスペクト比の小さな整流
板では、これに交差する流れの角度が強く、整流板１９
に対する迎角が大きい場合には、整流板１９の外端部か
ら強い渦が発生して、大きな抵抗を生じ、船体の抵抗増
加につながる場合が多いという問題がある。 【００１６】先行例４の整流装置は、プロペラ３前方の
３次元剥離渦（ビルジ渦）中心周りの船体近傍側の下降
流と渦中心よりも外側の上昇流を利用するものである。 【００１７】３次元剥離渦の中に突き出したフィン２１
の船体１に近い部分で剥離を起こしてプロペラ３面へ流
入する流れを遅くし、フィン２１の外側部分の上昇流で
フィン２１に揚力を発生させて、その前向き成分を水力
として利用してフィンの内側部分に働く剥離に伴う抵抗
を相殺し、プロペラ３流入速度を小さくして推進効率を
増大させようとするものであるが、実際には、一枚のフ
ィンの内側と外側で反対の作用をさせるのは困難であ
り、特に、アスペクト比が小の翼（翼のコード長さに比
べてスパンの小なる翼）では、翼面上の流れは３次元性
が非常に強く、このような相反する作用を一枚のフィン
２１で実現することは非常に困難である。 【００１８】以上のとおり、先行技術１、２、３、４に
おいては前述の問題があり、整流板やフィンによる抵抗
増加を招くことなくビルジ渦のエネルギーをより効率的
に利用して船の推進性能を向上させる装置の出現が望ま
れている。 【００１９】本発明は、船尾の３次元剥離に伴うビルジ
渦に起因する回転流のエネルギーを推力に変換して船体
抵抗の低減を図り、さらに、プロペラにおける伴流係数
を増加させることにより推進効率の増大をも図ることを
目的とするものである。 【００２０】 【課題を解決するための手段】前述の課題は、プロペラ
前方の左右舷の船体表面上に各々一枚のフィンを取付
け、前記フィンはその翼根部が船体表面上にあり、翼端
部がビルジ渦のほぼ中心に位置し、前記フィンは下向き
のキャンバーを有してなる船舶用ビルジ渦エネルギー回
収装置により解決される。 【００２１】船尾のプロペラ前方の左右両舷の船体表面
上に一対のフィンを配置することによってフィンに発生
する揚力の進行方向成分を推力として回収し、船の抵抗
を減少させ船舶の省エネルギー化を図る。 【００２２】また、プロペラの前方のフィンには摩擦抵
抗および圧力抵抗が働くために翼後部の流れに運動量欠
損を生じさせ、その結果、プロペラへの流入速度がフィ
ンの存在しない場合に比べて遅くなり、次式に示すよう
に船の推進効率のうちの伴流係数ｗが大きくなり推進効
率ηが向上する。 【００２３】η＝ηr ・ηH ・ηO ・ηt ＝ηr ・（１
−Ｔ）／（１−ｗ）・ηO ・ηt ここに、 η ： 推進効率 ηr ： プロペラ効率比 ηH ： 船殻効率 ηO ： プロペラ単独効率 ηt ： 伝達効率 Ｔ ： 推力減少率 ｗ ： 伴流係数 フィンの前後方向の取付け位置は、特に規定しないが、
ビルジ渦が最も発達するプロペラ前方の船体後端部に近
い場所が望ましく、フィン後方の流れが遅くなる効果に
よって推進効率が上昇するのでプロペラからあまり前方
に離れた位置は望ましくない。 【００２４】フィンを取り付ける高さ位置は、フィンを
ほぼ水平に側方へ張り出す場合は、フィン取付け前後位
置におけるビルジ渦の中心とする。フィン取付け位置に
おけるビルジ渦の渦中心位置は縮尺模型の水槽試験によ
って模型に関するものは知ることができ、実船の場合に
は模型ー実船間のレイノズル数の差に基づく尺度影響を
考慮して実船の船尾流場を推定する方法が公表されてい
るので容易に求めることが可能である。 【００２５】フィンの断面形状は、翼断面形状とし渦中
心より船体側の下降流を利用して揚力の前向き成分の力
を得るために、下向きにキャンバーを持つ翼断面とす
る。 【００２６】 【発明の実施の形態】図１は、本発明における船舶用ビ
ルジ渦エネルギー回収装置の側面図である。 【００２７】図１において、１は船体、２は舵、３はプ
ロペラである。４はビルジ部１ａからの上向流、５は船
体１の表面に沿って斜め方向に流れる下降流であり、６
は前記上向き流４と下降流５とで形成されたビルジ渦７
の中心である。 【００２８】８はフィンで、下向きにキャンバー８ａを
有し前記下降流６に対し、良好な揚抗比を持ち、かつ、
所定の揚力９が得られるように、適切な迎角を設定して
フィン８の翼根部が船体１に取付けられている。 【００２９】１０は前記フィン８により得られた揚力９
の前向き成分の推力である。当該推力１０が船体１に作
用するために船体抵抗が減少する。 【００３０】図２は、図１の平断面図（舵２は省略）
で、ビルジ渦７がフィン８位置を通過する渦中心６位置
に該フィン翼端部８ｂが位置するようにフィン８の翼根
部８ｃを取付けることにより、フィン８の上面８ｄ、即
ち正圧面側からフィン８の下面８ｅ、即ち負圧面側へ回
り込む流れが生じ、フィン翼端部８ｂから下流へ流れ出
すビルジ渦７とは逆方向に回転する翼端渦１１が形成さ
れる。当該翼端渦１１の強さがちょうどビルジ渦７と反
対向きで同じ強さを持つようにフィン取付け位置の流場
に適合させてフィン８の形状を決定すれば、ビルジ渦７
と翼端渦１１は打ち消し合ってフィン８よりも後方で
は、縦渦（船体の長さ方向に軸を持つビルジ渦）が存在
しないようにすることが可能となる。尚、１１′は翼端
渦１１の中心を示し、ビルジ渦７の渦中心６と一致する
が、図示では理解を容易にするため分けて図示した。 【００３１】即ち、ビルジ渦７の回転エネルギーをほぼ
完全に吸収し、該回転エネルギーをフィン８に働く前向
きの力に変換して船舶の推進力の一部として利用するこ
とができる。 【００３２】図３は、ビルジ渦７とフィン８との作用に
よりビルジ渦７を消去し、推力を得る本発明の原理を説
明したもので、船体幅中心線から左側を図示し船体後方
から前方向きに見た断面図である。 【００３３】図３において、 （ａ）船体１の左舷側ではビルジ渦の渦中心６の回りに
時計回りの回転流が発生する。 （ｂ）この回転流７の場の中にフィン８を配置し、下向
きの揚力を発生させるとフィン上面８ｃは正圧（＋）、
フィン下面８ｄは負圧（−）となり、フィン翼端部８ｂ
から正圧面側から負圧面側へ回り込む半時計回りの流れ
が発生し翼端渦１１に発達する。 （ｃ）フィン８により発生される翼端渦１１の強さをビ
ルジ渦７と反対回りで同じ強さにすればフィン８より下
流側では２つの渦どうしが打ち消し合ってビルジ渦（縦
渦）が無くなる。 【００３４】図４から図７に示した実施例は、フィン８
の船体１への取付け方法についての実施例を示したもの
である。 【００３５】図４（ａ）（側面図）、図４（ｂ）（図４
（ａ）のＡ−Ａ断面図）は、フィン８を所定の迎角を形
成して船体１からほぼ水平に張り出した実施例である。 【００３６】図５（ａ）（側面図）、図５（ｂ）（図５
（ａ）のＡ−Ａ断面図）は、フィン８を所定の迎角を形
成して船体１から斜め上方に張り出したものである。 【００３７】図６（ａ）（側面図）、図６（ｂ）（図６
（ａ）のＡ−Ａ断面図）は、フィン８を所定の迎角を形
成して船体１から斜め下方に張り出したものである。 【００３８】図７（ａ）（側面図）、図７（ｂ）（図７
（ａ）のＡ−Ａ断面図）は、フィン８の翼根部８ｃを船
体１に取付け、所定の迎角を形成して船体１からほぼ真
下に向かって張り出したものである。 【００３９】図５〜図７に示したフィン８は、水平に張
り出した図４、の実施例のフィン８に比べキャンバー８
ａはビルジ渦を弱める方向に取り付けることになる。 【００４０】次に、前述のフィン８は、翼端部８ｂを工
夫することにより翼端渦１１をビルジ渦７と同程度の広
い領域に拡散させ、また、揚抗比を上昇させることがで
きる。 【００４１】以下、図８から図１１にその実施例を示
す。尚、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は（ａ）図を右方向
から見た（船尾方向から船首方向を見た）正面図であ
る。 【００４２】図８（ａ）（ｂ）は、フィン８の第一の形
状で、翼端部８ｂに翼端板１２を設けたものである。 【００４３】図９（ａ）（ｂ）は、フィン８の第二の形
状で、翼端部８ｂに立型の翼端小翼（ウィングレット）
１３を設けたものである。 【００４４】図１０（ａ）（ｂ）は、フィン８の第三の
形状で、翼端部８ｂに翼端小翼（ウィングレット）１４
を設けたものである。 【００４５】図１１（ａ）（ｂ）は、フィン８の第四の
形状で、翼端部８ｂに翼端小翼（ウィングレット）１５
と翼端小翼（ウィングレット）１６を上下に設けたもの
である。 【００４６】また、フィン８の平面形状は、船体の載貨
状態の変化に対して、フィン８への流入迎角が変化する
ことに対応するために、図８から図１１の（ａ）に示す
ように、フィン前縁がフィン翼根部からフィン翼端部に
向けて後方へ傾斜する、いわゆる後退翼形状とする必要
がある。これは、短形翼に比べて後退翼の方がより広い
範囲の流入迎角の変化に対して失速しにくい特性を持つ
ことによるものである。 【００４７】また、強度上の理由から、船体１へのフィ
ン８の取付け部に近いフィン翼根部では翼弦長を長く
し、フィン翼端部では短くする必要がある。 【００４８】さらに、フィン８の翼断面形状については
フィン８の抵抗を極力小とするためには、翼断面形状で
あることが望ましいが、効果は若干劣っても良い場合に
は、平板を曲げて下向きのキャンバーを設けたフィンと
してもよい。 【００４９】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、左右舷
にそれぞれ一枚ずつの下向きのキャンバーを持ち、か
つ、翼根部が船体表面上にあり翼端部がその取付け位置
におけるビルジ渦中心にほぼ一致するようにフィンを配
置し、さらに当該フィンの翼端渦がほぼビルジ渦と反対
向きで同じ強さを持つようにフィンの発生する揚力を設
定することにより、ビルジ渦の回転エネルギーをほぼ完
全に推進エネルギーに変換して回収する効果がある。 【００５０】また、プロペラに流入する流れがフィンに
より減速されるので船の推進効率を上昇させる効果があ
る。
尾船体表面上に取り付けて船体抵抗の低減および推進効
率の向上を達成するための船舶用ビルジ渦エネルギー回
収装置に関する発明である。 【０００２】 【従来の技術】船舶においては、図１２（船底面からみ
た斜視図）に示すように船尾両舷のビルジ部１ａ後端付
近では、船底１ｂから上方に回り込む上向き流４と、船
側から内側へ流れ込もうとする下降流５とが交差して、
この部分を発生源とするビルジ渦７が発生する。特に肥
大船等では、前記ビルジ渦７はプロペラ３前方の船体表
面上に大規模な３次元剥離を生じさせて船舶の抵抗増加
の大きな原因となっている。 【０００３】前記ビルジ渦７は、図１２に示すような船
尾から見て左舷と右舷で反対方向に回転する流れを誘導
し、発達しながらプロペラ位置まで流れてきて船舶の後
方へ流れ去る。 【０００４】前記ビルジ渦７は、中心６よりも船体側で
は斜め下方を向いた下降流となり、該ビルジ渦中心６よ
りも外側では斜め上方を向いた上昇流となっている。該
ビルジ渦中心周りの流れは、回転流となっており、この
回転速度を誘起するエネルギーは、船舶が抵抗に逆らっ
て流体中を進むことによって流体に与えられたものであ
り、船舶の抵抗増加の原因になっている。 【０００５】図１３は、曳航水槽における水槽試験で計
測されたプロペラ位置における垂直断面内の回転流れの
速度ベクトルの一例であり、円はプロペラ回転径を示
し、プロペラより前方を見た図である。 【０００６】図１４は、前記速度ベクトルから次式によ
り求めた船舶の長さ方向（ｘ方向）に軸を持つ渦強さを
表す渦度（ωx ）の分布を表した図である。 【０００７】ωx ＝∂ｗ／∂ｙ−∂ｖ／∂ｚ ここに、ｘ ： 船長方向の座標 ｙ ： 船幅方向の座標（水平方向） ｚ ： 船の深さ方向の座標（垂直方向） ｖ ： ｙ方向の流速 ｗ ： ｚ方向の流速 ωx ： ｘ方向に軸を持つ渦度 図１４から、回転流れが存在しており、プロペラ軸心高
さ（B0SS）よりやや上方に渦の最も強い部分、即ち渦中
心ａ、ｂが存在しており、左右舷で反対向きに回るほぼ
同じ強さの渦が存在することがわかる。 【０００８】従来、前述の渦現象を解明して船舶の推進
性能を向上させるために、プロペラ前方の船体にフィン
等の整流装置を設ける技術が開示されている。 【０００９】特開昭６０−３５６９３号公報（以下、先
行例１という。）に開示された発明は、図１５に示すよ
うに、船体１にフィン１７を複数取り付けてプロペラ３
への流入角度や流入速度を変えることにより推進性能の
向上を図るものである。 【００１０】また、特開昭５９−５０８８９号公報（以
下、先行例２という。）に開示された発明は、図１６に
示すように、プロペラ３前方の船体流線イ、ロに沿って
非常に細長いフィン１８を設けて船尾１′に発生する３
次元剥離に伴う渦（いわゆるビルジ渦）を弱めるもので
ある。 【００１１】さらに、特開平３−２８４４９７号公報
（以下、先行例３という。）に開示された発明は、図１
７に示すように、プロペラ３前方の船体１に水線ハに平
行な細長い水平フィン１９を配置してビルジ渦を弱めて
船尾の圧力回復を図って船体抵抗を減少させるものであ
る。 【００１２】最後に、実公平７−３４７９６号公報（以
下、先行例４という。）に開示された考案は、図１８に
示すように、プロペラ３前方に端板２０等のついたフィ
ン２１を配置してプロペラ３への流入速度を遅くさせる
ことにより伴流係数の増加により推進効率の向上を図っ
たものである。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記先
行例１の整流装置は、プロペラ３前方の船体表面上に同
一形状のフィン１７を多数配置することにより水流の方
向を強制的に変更するものであり、船尾船体１表面付近
の流れは複雑な構造を持っており、フィン１７取付け場
所によって流れの流入方向が異なっているために、プロ
ペラ３の推進効率の上昇をもたらす流入角は部分的にし
か得られず、流れに対する取付け角度が厳密でない残り
のフィン１７は、フィン１７自体に働く圧力抵抗や摩擦
抵抗のために抵抗がますます増大化する問題がある。 【００１４】前記先行例２の整流装置は、ポテンシャル
流線にほぼ沿って設けられるフィン１８であること、お
よび、３次元剥離の船体１表面域の中において、船体１
表面にほぼ直角に取付けられることが規定されている
が、船尾１′の剥離流れは大規模な構造の渦であるため
に、フィン１８の配置によってこれを消滅させようとす
る場合には、当該剥離渦の渦中心位置と船体表面からの
フィンの張出量を関係づけることが最も重要である。し
かし、この先行例２には、この点が開示されておらず不
明確であり、実用上問題がある。また、ポテンシャル流
線に沿うように配置されたフィン１８は、３次元剥離を
伴う船尾粘性流れの流線と交差することになるために、
フィン１８の背面に剥離を生じる可能性が大であり、剥
離渦は弱まってもフィン１８背面に発生する剥離に伴っ
てフィン１８に大きな抵抗が作用することとなり、この
結果として、船体抵抗が増大する可能性が非常に高いと
いう問題がある。 【００１５】先行例３の整流装置は、プロペラ３の軸芯
近傍に位置するように整流板１９をほぼ平行になるよう
に水平方向に張り出させ、船尾ビルジ部１ａからの上昇
流４および船尾フレア部ニからの下降流５を規制して軸
流方向に整流させる船体１の粘性圧力抵抗を回復するも
のである。この技術も整流板１９を取り付ける方向を、
前述の先行例１とは異なる方向に規定している点がこと
なるのみで、先行例１と同様の問題点を含んでいる。さ
らに、本技術のような非常にアスペクト比の小さな整流
板では、これに交差する流れの角度が強く、整流板１９
に対する迎角が大きい場合には、整流板１９の外端部か
ら強い渦が発生して、大きな抵抗を生じ、船体の抵抗増
加につながる場合が多いという問題がある。 【００１６】先行例４の整流装置は、プロペラ３前方の
３次元剥離渦（ビルジ渦）中心周りの船体近傍側の下降
流と渦中心よりも外側の上昇流を利用するものである。 【００１７】３次元剥離渦の中に突き出したフィン２１
の船体１に近い部分で剥離を起こしてプロペラ３面へ流
入する流れを遅くし、フィン２１の外側部分の上昇流で
フィン２１に揚力を発生させて、その前向き成分を水力
として利用してフィンの内側部分に働く剥離に伴う抵抗
を相殺し、プロペラ３流入速度を小さくして推進効率を
増大させようとするものであるが、実際には、一枚のフ
ィンの内側と外側で反対の作用をさせるのは困難であ
り、特に、アスペクト比が小の翼（翼のコード長さに比
べてスパンの小なる翼）では、翼面上の流れは３次元性
が非常に強く、このような相反する作用を一枚のフィン
２１で実現することは非常に困難である。 【００１８】以上のとおり、先行技術１、２、３、４に
おいては前述の問題があり、整流板やフィンによる抵抗
増加を招くことなくビルジ渦のエネルギーをより効率的
に利用して船の推進性能を向上させる装置の出現が望ま
れている。 【００１９】本発明は、船尾の３次元剥離に伴うビルジ
渦に起因する回転流のエネルギーを推力に変換して船体
抵抗の低減を図り、さらに、プロペラにおける伴流係数
を増加させることにより推進効率の増大をも図ることを
目的とするものである。 【００２０】 【課題を解決するための手段】前述の課題は、プロペラ
前方の左右舷の船体表面上に各々一枚のフィンを取付
け、前記フィンはその翼根部が船体表面上にあり、翼端
部がビルジ渦のほぼ中心に位置し、前記フィンは下向き
のキャンバーを有してなる船舶用ビルジ渦エネルギー回
収装置により解決される。 【００２１】船尾のプロペラ前方の左右両舷の船体表面
上に一対のフィンを配置することによってフィンに発生
する揚力の進行方向成分を推力として回収し、船の抵抗
を減少させ船舶の省エネルギー化を図る。 【００２２】また、プロペラの前方のフィンには摩擦抵
抗および圧力抵抗が働くために翼後部の流れに運動量欠
損を生じさせ、その結果、プロペラへの流入速度がフィ
ンの存在しない場合に比べて遅くなり、次式に示すよう
に船の推進効率のうちの伴流係数ｗが大きくなり推進効
率ηが向上する。 【００２３】η＝ηr ・ηH ・ηO ・ηt ＝ηr ・（１
−Ｔ）／（１−ｗ）・ηO ・ηt ここに、 η ： 推進効率 ηr ： プロペラ効率比 ηH ： 船殻効率 ηO ： プロペラ単独効率 ηt ： 伝達効率 Ｔ ： 推力減少率 ｗ ： 伴流係数 フィンの前後方向の取付け位置は、特に規定しないが、
ビルジ渦が最も発達するプロペラ前方の船体後端部に近
い場所が望ましく、フィン後方の流れが遅くなる効果に
よって推進効率が上昇するのでプロペラからあまり前方
に離れた位置は望ましくない。 【００２４】フィンを取り付ける高さ位置は、フィンを
ほぼ水平に側方へ張り出す場合は、フィン取付け前後位
置におけるビルジ渦の中心とする。フィン取付け位置に
おけるビルジ渦の渦中心位置は縮尺模型の水槽試験によ
って模型に関するものは知ることができ、実船の場合に
は模型ー実船間のレイノズル数の差に基づく尺度影響を
考慮して実船の船尾流場を推定する方法が公表されてい
るので容易に求めることが可能である。 【００２５】フィンの断面形状は、翼断面形状とし渦中
心より船体側の下降流を利用して揚力の前向き成分の力
を得るために、下向きにキャンバーを持つ翼断面とす
る。 【００２６】 【発明の実施の形態】図１は、本発明における船舶用ビ
ルジ渦エネルギー回収装置の側面図である。 【００２７】図１において、１は船体、２は舵、３はプ
ロペラである。４はビルジ部１ａからの上向流、５は船
体１の表面に沿って斜め方向に流れる下降流であり、６
は前記上向き流４と下降流５とで形成されたビルジ渦７
の中心である。 【００２８】８はフィンで、下向きにキャンバー８ａを
有し前記下降流６に対し、良好な揚抗比を持ち、かつ、
所定の揚力９が得られるように、適切な迎角を設定して
フィン８の翼根部が船体１に取付けられている。 【００２９】１０は前記フィン８により得られた揚力９
の前向き成分の推力である。当該推力１０が船体１に作
用するために船体抵抗が減少する。 【００３０】図２は、図１の平断面図（舵２は省略）
で、ビルジ渦７がフィン８位置を通過する渦中心６位置
に該フィン翼端部８ｂが位置するようにフィン８の翼根
部８ｃを取付けることにより、フィン８の上面８ｄ、即
ち正圧面側からフィン８の下面８ｅ、即ち負圧面側へ回
り込む流れが生じ、フィン翼端部８ｂから下流へ流れ出
すビルジ渦７とは逆方向に回転する翼端渦１１が形成さ
れる。当該翼端渦１１の強さがちょうどビルジ渦７と反
対向きで同じ強さを持つようにフィン取付け位置の流場
に適合させてフィン８の形状を決定すれば、ビルジ渦７
と翼端渦１１は打ち消し合ってフィン８よりも後方で
は、縦渦（船体の長さ方向に軸を持つビルジ渦）が存在
しないようにすることが可能となる。尚、１１′は翼端
渦１１の中心を示し、ビルジ渦７の渦中心６と一致する
が、図示では理解を容易にするため分けて図示した。 【００３１】即ち、ビルジ渦７の回転エネルギーをほぼ
完全に吸収し、該回転エネルギーをフィン８に働く前向
きの力に変換して船舶の推進力の一部として利用するこ
とができる。 【００３２】図３は、ビルジ渦７とフィン８との作用に
よりビルジ渦７を消去し、推力を得る本発明の原理を説
明したもので、船体幅中心線から左側を図示し船体後方
から前方向きに見た断面図である。 【００３３】図３において、 （ａ）船体１の左舷側ではビルジ渦の渦中心６の回りに
時計回りの回転流が発生する。 （ｂ）この回転流７の場の中にフィン８を配置し、下向
きの揚力を発生させるとフィン上面８ｃは正圧（＋）、
フィン下面８ｄは負圧（−）となり、フィン翼端部８ｂ
から正圧面側から負圧面側へ回り込む半時計回りの流れ
が発生し翼端渦１１に発達する。 （ｃ）フィン８により発生される翼端渦１１の強さをビ
ルジ渦７と反対回りで同じ強さにすればフィン８より下
流側では２つの渦どうしが打ち消し合ってビルジ渦（縦
渦）が無くなる。 【００３４】図４から図７に示した実施例は、フィン８
の船体１への取付け方法についての実施例を示したもの
である。 【００３５】図４（ａ）（側面図）、図４（ｂ）（図４
（ａ）のＡ−Ａ断面図）は、フィン８を所定の迎角を形
成して船体１からほぼ水平に張り出した実施例である。 【００３６】図５（ａ）（側面図）、図５（ｂ）（図５
（ａ）のＡ−Ａ断面図）は、フィン８を所定の迎角を形
成して船体１から斜め上方に張り出したものである。 【００３７】図６（ａ）（側面図）、図６（ｂ）（図６
（ａ）のＡ−Ａ断面図）は、フィン８を所定の迎角を形
成して船体１から斜め下方に張り出したものである。 【００３８】図７（ａ）（側面図）、図７（ｂ）（図７
（ａ）のＡ−Ａ断面図）は、フィン８の翼根部８ｃを船
体１に取付け、所定の迎角を形成して船体１からほぼ真
下に向かって張り出したものである。 【００３９】図５〜図７に示したフィン８は、水平に張
り出した図４、の実施例のフィン８に比べキャンバー８
ａはビルジ渦を弱める方向に取り付けることになる。 【００４０】次に、前述のフィン８は、翼端部８ｂを工
夫することにより翼端渦１１をビルジ渦７と同程度の広
い領域に拡散させ、また、揚抗比を上昇させることがで
きる。 【００４１】以下、図８から図１１にその実施例を示
す。尚、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は（ａ）図を右方向
から見た（船尾方向から船首方向を見た）正面図であ
る。 【００４２】図８（ａ）（ｂ）は、フィン８の第一の形
状で、翼端部８ｂに翼端板１２を設けたものである。 【００４３】図９（ａ）（ｂ）は、フィン８の第二の形
状で、翼端部８ｂに立型の翼端小翼（ウィングレット）
１３を設けたものである。 【００４４】図１０（ａ）（ｂ）は、フィン８の第三の
形状で、翼端部８ｂに翼端小翼（ウィングレット）１４
を設けたものである。 【００４５】図１１（ａ）（ｂ）は、フィン８の第四の
形状で、翼端部８ｂに翼端小翼（ウィングレット）１５
と翼端小翼（ウィングレット）１６を上下に設けたもの
である。 【００４６】また、フィン８の平面形状は、船体の載貨
状態の変化に対して、フィン８への流入迎角が変化する
ことに対応するために、図８から図１１の（ａ）に示す
ように、フィン前縁がフィン翼根部からフィン翼端部に
向けて後方へ傾斜する、いわゆる後退翼形状とする必要
がある。これは、短形翼に比べて後退翼の方がより広い
範囲の流入迎角の変化に対して失速しにくい特性を持つ
ことによるものである。 【００４７】また、強度上の理由から、船体１へのフィ
ン８の取付け部に近いフィン翼根部では翼弦長を長く
し、フィン翼端部では短くする必要がある。 【００４８】さらに、フィン８の翼断面形状については
フィン８の抵抗を極力小とするためには、翼断面形状で
あることが望ましいが、効果は若干劣っても良い場合に
は、平板を曲げて下向きのキャンバーを設けたフィンと
してもよい。 【００４９】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、左右舷
にそれぞれ一枚ずつの下向きのキャンバーを持ち、か
つ、翼根部が船体表面上にあり翼端部がその取付け位置
におけるビルジ渦中心にほぼ一致するようにフィンを配
置し、さらに当該フィンの翼端渦がほぼビルジ渦と反対
向きで同じ強さを持つようにフィンの発生する揚力を設
定することにより、ビルジ渦の回転エネルギーをほぼ完
全に推進エネルギーに変換して回収する効果がある。 【００５０】また、プロペラに流入する流れがフィンに
より減速されるので船の推進効率を上昇させる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる船舶用ビルジ渦エネルギー回収
装置の側面図。 【図２】図１の平面図。 【図３】本発明を船体後方から前方向きに見た断面図
で、左舷側を示す。 【図４】（ａ）本発明のフィンの取付け状態を示す側面
図。 （ｂ）図４（ａ）のＡ−Ａ断面図。 【図５】（ａ）本発明のフィンの取付け状態を示す側面
図。 （ｂ）図５（ａ）のＡ−Ａ断面図。 【図６】（ａ）本発明のフィンの取付け状態を示す側面
図。 （ｂ）図６（ａ）のＡ−Ａ断面図。 【図７】（ａ）本発明のフィンの取付け状態を示す側面
図。 （ｂ）図７（ａ）のＡ−Ａ断面図。 【図８】（ａ）（ｂ）本発明のフィンの第一の形状を示
す斜視図および正面図。 【図９】（ａ）（ｂ）本発明のフィンの第二の形状を示
す斜視図および正面図。 【図１０】（ａ）（ｂ）本発明のフィンの第三の形状を
示す斜視図および正面図。 【図１１】（ａ）（ｂ）本発明のフィンの第三の形状を
示す斜視図および正面図。 【図１２】船底面より見た斜視図。 【図１３】プロペラ位置の回転流れの速度ベクトル図。 【図１４】プロペラ位置での伴流分布図。 【図１５】従来技術（特開昭６０ー３５６９３号）の斜
視図。 【図１６】従来技術（特開昭５９ー５０８８９号）の側
面図。 【図１７】従来技術（特開平３ー２８４４９７号）の側
面図。 【図１８】従来技術（実公平７ー３４７９６号）の斜視
図。 【符号の説明】 １ 船体 １ａ ビルジ部 １ｂ 船底 ２ 舵 ３ プロペラ ４ 上向流 ５ 下降流 ６ ビルジ渦中心 ７ ビルジ渦 ８ フィン ８ａ キャンバー ８ｂ 翼端部 ８ｃ 翼根部 ８ｄ フィン上面 ８ｅ フィン下面 ９ 揚力 １０ 推力 １１ 翼端渦 １２ 翼端板 １３ 翼端小翼 １４ 翼端小翼 １５ 翼端小翼 １６ 翼端小翼
装置の側面図。 【図２】図１の平面図。 【図３】本発明を船体後方から前方向きに見た断面図
で、左舷側を示す。 【図４】（ａ）本発明のフィンの取付け状態を示す側面
図。 （ｂ）図４（ａ）のＡ−Ａ断面図。 【図５】（ａ）本発明のフィンの取付け状態を示す側面
図。 （ｂ）図５（ａ）のＡ−Ａ断面図。 【図６】（ａ）本発明のフィンの取付け状態を示す側面
図。 （ｂ）図６（ａ）のＡ−Ａ断面図。 【図７】（ａ）本発明のフィンの取付け状態を示す側面
図。 （ｂ）図７（ａ）のＡ−Ａ断面図。 【図８】（ａ）（ｂ）本発明のフィンの第一の形状を示
す斜視図および正面図。 【図９】（ａ）（ｂ）本発明のフィンの第二の形状を示
す斜視図および正面図。 【図１０】（ａ）（ｂ）本発明のフィンの第三の形状を
示す斜視図および正面図。 【図１１】（ａ）（ｂ）本発明のフィンの第三の形状を
示す斜視図および正面図。 【図１２】船底面より見た斜視図。 【図１３】プロペラ位置の回転流れの速度ベクトル図。 【図１４】プロペラ位置での伴流分布図。 【図１５】従来技術（特開昭６０ー３５６９３号）の斜
視図。 【図１６】従来技術（特開昭５９ー５０８８９号）の側
面図。 【図１７】従来技術（特開平３ー２８４４９７号）の側
面図。 【図１８】従来技術（実公平７ー３４７９６号）の斜視
図。 【符号の説明】 １ 船体 １ａ ビルジ部 １ｂ 船底 ２ 舵 ３ プロペラ ４ 上向流 ５ 下降流 ６ ビルジ渦中心 ７ ビルジ渦 ８ フィン ８ａ キャンバー ８ｂ 翼端部 ８ｃ 翼根部 ８ｄ フィン上面 ８ｅ フィン下面 ９ 揚力 １０ 推力 １１ 翼端渦 １２ 翼端板 １３ 翼端小翼 １４ 翼端小翼 １５ 翼端小翼 １６ 翼端小翼
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B63H 5/16
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 プロペラ前方の左右舷の船体表面上に各
々１枚のフィンを取付け、前記フィンはその翼根部が船
体表面上にあり、翼端部がビルジ渦のほぼ中心に位置
し、前記フィンは下向きのキャンバーを有してなる船舶
用ビルジ渦エネルギー回収装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29687195A JP3477564B2 (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | 船舶用ビルジ渦エネルギー回収装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29687195A JP3477564B2 (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | 船舶用ビルジ渦エネルギー回収装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09136693A JPH09136693A (ja) | 1997-05-27 |
| JP3477564B2 true JP3477564B2 (ja) | 2003-12-10 |
Family
ID=17839250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29687195A Expired - Lifetime JP3477564B2 (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | 船舶用ビルジ渦エネルギー回収装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3477564B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200078669A (ko) | 2017-11-22 | 2020-07-01 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | 선미 핀 및 그것을 구비한 선박 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100650613B1 (ko) * | 2004-12-31 | 2006-11-29 | 삼성중공업 주식회사 | Ｌｎｇ선의 유량 배출구 배치 방법 |
| WO2006095774A1 (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-14 | Kabushiki Kaisha Kawasaki Zosen | 船舶の船尾構造 |
| JP4909380B2 (ja) * | 2009-06-16 | 2012-04-04 | 三菱重工業株式会社 | 船舶 |
| JP6361033B2 (ja) * | 2014-06-17 | 2018-07-25 | 三井Ｅ＆Ｓ造船株式会社 | 船舶 |
| KR102209080B1 (ko) | 2015-06-19 | 2021-01-27 | 한국조선해양 주식회사 | 선박용 추진 장치 |
| KR102211152B1 (ko) * | 2015-06-19 | 2021-02-01 | 한국조선해양 주식회사 | 선박용 추진 장치 |
| JP6583820B2 (ja) * | 2015-11-02 | 2019-10-02 | 三井Ｅ＆Ｓ造船株式会社 | 船尾整流構造及び船舶 |
| JP6722340B1 (ja) * | 2019-12-06 | 2020-07-15 | 川崎重工業株式会社 | 船尾構造 |
| CN114056525A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-02-18 | 上海船舶研究设计院（中国船舶工业集团公司第六0四研究院） | 桨前节能结构及桨前预旋节能装置 |
-
1995
- 1995-11-15 JP JP29687195A patent/JP3477564B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200078669A (ko) | 2017-11-22 | 2020-07-01 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | 선미 핀 및 그것을 구비한 선박 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09136693A (ja) | 1997-05-27 |
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Legal Events
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