JP3808726B2 - 船舶フィン装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、船体付加物により船舶の省エネルギー化を図る船舶フィン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、船舶の推進性能の向上を図り、省エネルギー化を実現するという目的で種々の工夫が行われており、例えば図６（ａ）に示されるように、細長く延びた板状のフィン５０をプロペラ５１の前方で船尾船体５２に向って上り勾配となるように船体両舷に装着したり、また図６（ｂ）に示されるように、三角形状のフィン６０をプロペラ５１Ａの前方の船尾船体５２Ａに左右一対で装着したりするなどの工夫が行われている。前者に係るフィン（以下、「一条フィン」と称する。）５０は、船側におけるビルジ渦を制御し推進性能を改善することで省エネルギー化に供するものとされ、後者に係るフィン（以下、「三角形状フィン」と称する。）６０は、船尾部における整流作用で船体抵抗を低減し省エネルギー化に供するものとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、船舶における省エネルギー化の観点では、推進効率の向上と船体抵抗の低減とを共に図るのが肝要であり、前記一条フィン５０では、推進効率の向上と船体抵抗の低減とを同時に図る設置位置を見出すのが困難で、いずれか一方が良ければ他方が変わらないか、もしくは悪化するなどという問題点がある。一方、前記三角形状フィン６０では、プロペラ直前の流れは制御できても、広い範囲のビルジ渦を制御することができないため、推進効率の向上が不十分で、かつトータルな意味での船体抵抗の低減が小さいという問題点がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構成で推進効率の向上と船体抵抗の低減とが図れて省エネルギー化が可能な船舶フィン装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、第１発明による船舶フィン装置は、
一軸または複数軸船舶の船尾水線下の両舷または片舷に、片舷につき２条の短冊状のフィンを、各フィンの長辺が外板に沿うように、かつ各フィンの短辺が外板から略直角方向に突出するように、それぞれ前後に間隔をもって装備してなる船舶フィン装置であって、
これら前後に装備されるフィンのうち、前部に装備されるフィンは、船体中央より後方でプロペラ中心線高さ以下の位置を起点として後方に向かって上り勾配とされ、後部に装備されるフィンは、船体に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備されることを特徴とするものである。
【０００６】
一般に、通常の船舶では、船体中央部から船幅が狭くなる船尾にかけて、船舶の進行方向に沿った軸をもち船底から船側へ回り込む渦、いわゆるビルジ渦が発生する。また、このビルジ渦が船側に当ることで、その船側の近傍に斜め下方の流れが発生する。
【０００７】
本発明によれば、前記斜め下方の流れは前部フィンによって遮られて制御され、前記ビルジ渦は弱められる。この弱められたビルジ渦は、その前部フィンによって渦形成が保護されつつ順次プロペラ前方の後部フィン近傍へと誘導される。そして、この後部フィンにより、そのビルジ渦はその拡散が防止されつつプロペラへと導かれるとともに、そのビルジ渦に誘発される二次流れ（進行方向に対する直角面内流れ）が抑制され、かつプロペラ前方における船長方向流れが整流される。ここで、そのビルジ渦の拡散防止作用およびプロペラ前方における整流作用は、前部フィンと後部フィンとの間隙から取り込まれる船側に沿った流れによって助長される。こうして、プロペラには、ビルジ渦によってもたらされる伴流と、より均一にされた流れとが導かれることとなり、伴流利得と推進器効率比とを高めることができ、その結果、船舶の推進効率を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明によれば、前述したように前部フィンによってビルジ渦が弱められるとともに、後部フィンによってビルジ渦の拡散が防止され、かつビルジ渦に誘発される二次流れが抑制されるので、ビルジ渦に起因する誘導抵抗が減じられ、船舶の船体抵抗をも低減することができる。さらに、前部フィンと後部フィンとの間隙から取り込まれる船側に沿った流れによる整流作用および後部フィンによるプロペラ前方での整流作用により、船尾部での圧力が高められて圧力回復が図られるので、更に船体抵抗を低減することができる。以上述べたように、本発明によれば、推進効率の向上と船体抵抗の低減とを図ることができ、省エネルギー化が図れるという効果を奏する。また、本発明においては、船側の前後に装備されるフィンがいずれも短冊状の簡易な形状とされ、しかもそれぞれのフィンが独立して配置される構造とされているので、それらフィンの製作や船体への装着が簡単に行えて実用化が容易となり、費用対効果に優れるという効果を奏する。
【０００９】
続いて、前記目的を達成するために、第２発明による船舶フィン装置は、
一軸または複数軸船舶の船尾水線下の両舷のうち、プロペラの回転方向と順廻りのビルジ渦が発生する側の船舷に、２条の短冊状のフィンを、各フィンの長辺が外板に沿うように、かつ各フィンの短辺が外板から略直角方向に突出するように、それぞれ前後に間隔をもって装備し、プロペラの回転方向と逆廻りのビルジ渦が発生する側の船舷に、１条の短冊状のフィンを、その長辺が外板に沿うように、かつその短辺が外板から略直角方向に突出するように装備してなる船舶フィン装置であって、
前記２条の短冊状のフィンのうち、前部に装備されるフィンは、船体中央より後方でプロペラ中心線高さ以下の位置を起点として後方に向かって上り勾配とされ、後部に装備されるフィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備され、
前記１条の短冊状のフィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備されることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、プロペラの回転方向と順廻りのビルジ渦は、前記２条の短冊状フィンにおける前部フィンによって弱められ、この弱められた順廻りのビルジ渦が前記第１発明において述べたのと同様の作用によりプロペラへと導かれる。一方、プロペラの回転方向と逆廻りのビルジ渦は、弱められることなく前記１条の短冊状フィンによってその拡散が防止されつつプロペラへと導かれる。このため、プロペラ面内では、平均すると、プロペラの回転と逆廻りの回転流が優勢となり、その結果、回転エネルギーがプロペラにて回収されることとなる。したがって、本発明によれば、前記第１発明の効果に加え、更に推進効率の向上が図れるという効果を奏する。
【００１１】
前記第１発明または第２発明において、前記２条の短冊状のフィンのうち、前部に装備されるフィンと後部に装備されるフィンとの間の略中間位置に、別体のフィンが装備される（第３発明）ことで、ビルジ渦が前部フィンから後部フィンにスムーズに誘導されるという効果を奏する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による船舶フィン装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１には、本発明の一実施形態に係る船舶の要部概略構成図が示されており、右舷側面図（ａ）、（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図（ｂ）および（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図（ｃ）がそれぞれ示されている。また、図２には、本実施形態の船舶フィン装置により、船尾流れが制御される状態を表す図が示されている。
【００１４】
図１に示されるように、本実施形態に係る船舶１５は、一軸船の船尾構造を有する肥大船型船舶であって、船体中央部から船幅が狭くなる船尾１に、舵３と、後方から見て右回りの回転方向のプロペラ４とが設けられて構成されている。
【００１５】
このような構成の船舶１５において、本実施形態の船舶フィン装置２０は、船尾水線２下の両舷１１，１２に、片舷につき２条の短冊状のフィン５，６を有してなり、それら両フィン５，６がそれぞれ前後に間隙をもって外板７に装着されて構成されている。ここで、それら両フィン５，６は、共に各フィンの長辺が外板７に沿い、かつ各フィンの短辺が外板７から略直角方向に突出するように装着されている。また、それら両フィン５，６のうち、前方に配されるフィン（以下、「前部フィン」と称する。）５は、船体中央より後方であって船尾垂線８から前方に距離Ｓ（距離Ｓは垂線間長さ（Ｌｐｐ）の１５％以内）の位置にその取付起点を有し、またその取付位置がプロペラ４中心線高さ以下で、かつその取付終点が後方に装着されるフィン６の高さ以下となるように、後方に向かって上り勾配で装着されている。一方、後方に配されるフィン（以下、「後部フィン」と称する。）６は、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その取付高さがプロペラ４中心線からプロペラチップ高さの間となるように、プロペラ４直前の船体に装着されている。なお、本実施形態において、前部フィン５は、その長辺長さＬ_１がプロペラ４の直径Ｄ以下とされ、また外板７からの突出幅Ｗ_１がプロペラ４の直径Ｄの１０％以下とされている。一方、後部フィン６は、その長辺長さＬ_２がプロペラ４の直径Ｄ以下とされ、外板７からの突出幅Ｗ_２がプロペラ４の直径Ｄの２０％以下とされている。
【００１６】
このように構成される船舶フィン装置２０を装備する船舶１５においては、図２に示されるように、船体中央部から船幅が狭くなる船尾１にかけて、船舶１５の進行方向に沿った軸をもち船底から船側へ回り込む渦、いわゆるビルジ渦９が発生するとともに、このビルジ渦９が船側に当ることで、その船側の近傍に斜め下方の流れ９ａが発生するが、前部フィン５がその斜め下方の流れ９ａを遮って、ビルジ渦９を弱めるとともに、その前部フィン５の下方におけるビルジ渦９の渦形成を保護しつつ、そのビルジ渦９を順次プロペラ４の前方へと誘導する。次いで、後部フィン６がこのプロペラ４の前方に導かれたビルジ渦９の拡散を防止し、かつそのビルジ渦９による二次流れを抑制するとともに、プロペラ４の前方における船長方向流れを整流する。この際、前部フィン５と後部フィン６との間隙から取り込まれた船側に沿う流れ１０が先に述べた後部フィン６によるビルジ渦９の拡散防止作用およびプロペラ４の前方における整流作用を助長する。こうして、ビルジ渦９に捲き込まれた境界層の伴流と、より均一にされた流れとをプロペラ４面内に確実に誘導する。
【００１７】
本実施形態によれば、前部フィン５および後部フィン６、加えてこれらフィン５，６の間隙から取り込まれる船側に沿った流れ１０により、プロペラ４面内には、伴流と、より均一な流れとが確実に導かれるので、伴流利得と推進器効率比とを高めることができ、船舶１５の推進効率を向上させることができる。また、前部フィン５によるビルジ渦９の弱勢化、並びに後部フィン６によるビルジ渦９の拡散防止作用およびビルジ渦９に誘発される二次流れの抑制により、ビルジ渦９に起因する誘導抵抗が減じられので、船舶１５の船体抵抗を低減することができる。加えて、前部フィン５と後部フィン６との間隙から取り込まれる船側に沿った流れ１０による整流作用、並びに後部フィン６によるプロペラ４の前方における整流作用により、船尾１近傍での圧力回復が成されることから、船舶１５の船体抵抗を更に低減することができる。こうして、推進効率を向上させることができ、また船体抵抗を低減させることができるので、船舶１５の省エネルギー化が図れるという効果を奏する。さらに、本実施形態においては、前部フィン５および後部フィン６がいずれも短冊状の簡易な形状とされ、しかもそれぞれのフィン５，６が独立して配置される構造とされているので、それらフィン５，６の製作や船体への装着が簡単に行えて実用化が容易となり、費用対効果に優れるという効果を奏する。
【００１８】
以上述べた本実施形態の省エネ効果を確認するために、本発明者らは、本実施形態の主旨に沿い模型船による抵抗試験および自航試験を行った。これらの試験は、模型船に本実施形態で述べた船舶フィン装置２０を装備した場合と装備しない場合とを比較して行われた。その結果が図３乃至図５に示されている。ここで、図３には、満載状態およびバラスト状態におけるそれぞれの抵抗試験結果の剰余抵抗係数を比較する図が、図４には、満載状態における自航試験結果の自航要素を比較する図が、図５には、バラスト状態における自航試験結果の自航要素を比較する図がそれぞれ示されている。なお、模型船に装着される本実施形態に係る前部フィン５の主要寸法は、プロペラ直径Dに対して、長辺長さL_１＝D、突出幅W_１＝０．０７Dであり、一方、同後部フィン６の主要寸法は、長辺長さL_２＝０．８０D、突出幅W_２＝０．１０Dである。
【００１９】
図３乃至図５に示されるように、満載状態およびバラスト状態のいずれにおいても、本実施形態の船舶フィン装置２０を装備することにより、抵抗および自航要素が改善されているのが読み取れ、同一船速で推進馬力を比較すると、本実施形態の船舶フィン装置２０を装備しない場合に比べて、満載状態では約３．５％の改善が、バラスト状態では６．５％の改善がそれぞれ図られているのが確認された。
【００２０】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
【００２１】
本変形例は、本実施形態において、プロペラ４の回転方向と順廻りのビルジ渦が発生する側の船舷、すなわち左舷１２には本実施形態に係る前部フィン５および後部フィン６をそれぞれ当該実施形態で述べたのと同様にして装備し、一方、プロペラ４の回転方向と逆廻りのビルジ渦が発生する側の船舷、すなわち右舷１１には本実施形態に係る後部フィン６のみを当該実施形態で述べたのと同様にして装備してなる例である。
【００２２】
このような構成の本変形例では、左舷１２における前部フィン５がそのプロペラ４の回転方向と順廻りのビルジ渦を弱め、本実施形態と同様に、その弱められた順廻りのビルジ渦をプロペラ４へと誘導する。一方、プロペラ４の回転方向と逆廻りのビルジ渦についてはその勢力を弱めることなく右舷１１の後部フィン６でその拡散を防止しつつプロペラ４へと誘導する。こうして、プロペラ４面内において、プロペラ４の回転方向に対して逆廻りの回転流が平均して優勢となるようにする。
【００２３】
本変形例によれば、プロペラ４面内においては、プロペラ４の回転方向に対して逆廻りの回転流が平均して優勢である状態とされるので、回転エネルギーをプロペラ４で回収することができ、本実施形態の効果に加えて、更に推進効率の向上が図れるという効果を奏する。
【００２４】
ここで、本変形例の主旨は、プロペラ４面内において、プロペラ４の回転方向に対して逆廻りの回転流が平均して優勢となるようにし、回転エネルギーをプロペラ４で回収することによって、推進効率を向上させようとすることであるが、この主旨に沿えば、前述した本実施形態において、左舷１２および右舷１１の各舷にそれぞれ装備される前部フィン５および後部フィン６の配置を適宜調整することにより、特に、左舷１２側の前部フィン５はビルジ渦を弱勢化させる観点での配置とし、これに対して、右舷１１側の前部フィン５は左舷１２側に対して相対的にビルジ渦を強勢化させる観点での配置とすることにより、本変形例で述べたような回転エネルギーのプロペラ４での回収による推進効率の向上を図ることができる。
【００２５】
本実施形態または本変形例において、前部フィン５と後部フィン６との間の略中間位置の外板７に、別体のフィンを装着しても良い。このようにすれば、ビルジ渦９を前部フィン５から後部フィン６へ向けてスムーズに誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る船舶の要部概略構成図であり、（ａ）は右舷側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。
【図２】図２は、本実施形態の船舶フィン装置により、船尾流れが制御される状態を表す図である。
【図３】図３は、満載状態およびバラスト状態におけるそれぞれの抵抗試験結果の剰余抵抗係数を比較する図である。
【図４】図４は、満載状態における自航試験結果の自航要素を比較する図である。
【図５】図５は、バラスト状態における自航試験結果の自航要素を比較する図である。
【図６】図６（ａ）（ｂ）は、従来の船舶フィン装置を説明する図であり、（ａ）は船尾船体に一条フィンが装着された例、（ｂ）は船尾船体に三角形状フィンが装着された例である。
【符号の説明】
１ 船尾船体
２ 水線
３ 舵
４ プロペラ
５ 前部フィン
６ 後部フィン
７ 外板
８ 船尾垂線
９ ビルジ渦
１１ 右舷
１２ 左舷
１５ 船舶
２０ 船舶フィン装置

Claims (3)

1. 一軸または複数軸船舶の船尾水線下の両舷または片舷に、片舷につき２条の短冊状のフィンを、各フィンの長辺が外板に沿うように、かつ各フィンの短辺が外板から略直角方向に突出するように、それぞれ前後に間隔をもって装備してなる船舶フィン装置であって、
   これら前後に装備されるフィンのうち、前部に装備されるフィンは、船体中央より後方でプロペラ中心線高さ以下の位置を起点として後方に向かって上り勾配とされ、後部に装備されるフィンは、船体に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備されることを特徴とする船舶フィン装置。
2. 一軸または複数軸船舶の船尾水線下の両舷のうち、プロペラの回転方向と順廻りのビルジ渦が発生する側の船舷に、２条の短冊状のフィンを、各フィンの長辺が外板に沿うように、かつ各フィンの短辺が外板から略直角方向に突出するように、それぞれ前後に間隔をもって装備し、プロペラの回転方向と逆廻りのビルジ渦が発生する側の船舷に、１条の短冊状のフィンを、その長辺が外板に沿うように、かつその短辺が外板から略直角方向に突出するように装備してなる船舶フィン装置であって、
   前記２条の短冊状のフィンのうち、前部に装備されるフィンは、船体中央より後方でプロペラ中心線高さ以下の位置を起点として後方に向かって上り勾配とされ、後部に装備されるフィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備され、
   前記１条の短冊状のフィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備されることを特徴とする船舶フィン装置。
3. 前記２条の短冊状のフィンのうち、前部に装備されるフィンと後部に装備されるフィンとの間の略中間位置に、別体のフィンが装備される請求項１または請求項２に記載の船舶フィン装置。

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