JP4689384B2 - ２軸船 - Google Patents

Description

本発明は、２体のプロペラと、各プロペラごと設けられた２つのスケグとを備えた２軸船に関する。

従来から、２体のプロペラを備えた２軸船が知られている。この種の２軸船としては、後半部船体の下方の一部に形成されたナックル状の曲がりを有するものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。この２軸船の後半部船体に設けられたナックル状の曲がりは、船体に伴う水流の流速を摩擦抵抗により低下させてプロペラによる伴流回収効率を増加させ、それにより、２軸船における推進効率を向上させるものである。また、従来から、左右一対のプロペラ軸間に画成された船底凹部に各プロペラへの水の流入を増加させるためのフィンが設けられているものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。このように、２軸船の船底凹部にフィン設けることにより、左右のプロペラを円滑に作動させて船体振動を軽減することが可能となる。また、左右一対のスケグ間に画成されるトンネル状船底凹部の天井面がプロペラ近傍位置より後方部に亘り湾曲して垂れ下がるように形成された２軸船も知られている（例えば、特許文献３参照。）。このような２軸船においては、上記天井面の湾曲して垂れ下がった部分が障害となってトンネル状船底凹部内へ波や空気が入り難くなるので、船体振動や騒音が低減される。
特開昭５７−３７０８６号公報 実開昭５７−６９７９１号公報 特開平８−１３３１７２号公報

上述のように、２体のプロペラを備えた２軸船は、船体振動を抑制しつつ良好な運航性能を発揮し得るものである。しかしながら、２軸船は、主機、プロペラ、舵、操舵機といった艤装品をそれぞれ２体ずつ有するものであることから、一般に船価が割高になり、１軸船に比して運航経済性の面で劣ると考えられている。

そこで、本発明は、良好な運航性能と高い運航経済性との両立を図ることができる２軸船の提供を目的とする。

本発明による２軸船は、０．７５以上の方形係数Ｃｂを有する２軸船であって、２体のプロペラと、各プロペラごと設けられた２つのスケグとを備え、各プロペラの直径Ｄｐは、これら各プロペラの全円面積の合計が、この２軸船と概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する１軸船のプロペラの全円面積よりも大きく、かつ、当該１軸船のプロペラの全円面積の２倍よりも小さくなるように定められており、２つのスケグ間に画成されるトンネル部の起点部から船尾垂線までの水平距離Ｓと船長Ｌｐｐとの比が、
０＜Ｓ／Ｌｐｐ≦０．１５
という関係を満たすことを特徴とする。

この２軸船において、各プロペラの直径Ｄｐは、これら各プロペラの全円面積の合計が、この２軸船と概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する１軸船のプロペラの全円面積よりも大きく、かつ、当該１軸船のプロペラの全円面積の２倍よりも小さくなるように定められている。すなわち、当該１軸船のプロペラの直径Ｄｐ１とすると、各プロペラの直径Ｄｐは、
１／√２＜Ｄｐ／Ｄｐ１＜１．０
という関係を満たしている。従って、２体のプロペラは、この２軸船と概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する１軸船のプロペラよりも何れも小さいものとなるが、これによって、２軸船が本来有する良好な保針性能（操縦性能）が損なわれることはなく、また、プロペラの直径を小さくしたことによる推進性能の低下は実用上許容される範囲内に抑えられる。

そして、このように２体のプロペラの直径Ｄｐを小さくしたことにより、この２軸船では、２つのスケグ間に、起点部から船尾垂線までの水平距離Ｓと船長Ｌｐｐとの比が、
０＜Ｓ／Ｌｐｐ≦０．１５（＝１．５／１０）
という関係を満たすようにトンネル部を形成することが可能となる。すなわち、この２軸船では、トンネル部の起点部が、スクエアステーション１．５、あるいはそれよりも船尾側に位置することになる。これにより、この２軸船では、船尾側を肥大化させることが可能となるので、概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する従来型２軸船に比較して排水量を更に多くして船価高を相殺するように積載量（載荷重量）を増加させることが可能となる。この結果、この２軸船によれば、良好な運航性能と高い運航経済性との両立を図ることが可能となる。

また、各プロペラの直径Ｄｐは、
０．８×Ｄｐ１≦Ｄｐ≦０．９×Ｄｐ１
という関係を満たすと好ましい。

この態様によれば、２体のプロペラを１軸船や従来型２軸船に比して小さくしたとしても、２軸船の推進性能を実用上良好な範囲内に保つことが可能となる。

更に、各スケグは、プロペラの軸心を通って鉛直方向に延びるスケグ中心面に関して非対称に形成されると共に、スケグ後端を通る平面とスケグ中心面とが交差するように下端側が船体側部に向けて傾けられていると好ましい。

一般に、２軸船のスケグは、船首から船尾に向かうにつれて先細に形成される。このため、スケグがスケグ中心面に関して左右対称であって傾けられていない場合、トンネル部の船尾側が船首側に比べて拡げられることになるので、トンネル部に流入した水流は船首から船尾に向かうに従って拡散・減速させられ、船体抵抗の増加を招く剥離を引き起こすおそれがある。これに対して、各スケグを左右非対称に形成すると共にその下端側を船体側部に向けて傾けることにより、各スケグの船体中心側に位置する側面の延在方向は全体に船長方向に近づき、トンネル部の船長方向における断面積の変化率が小さくなる。これにより、トンネル部における水流の拡散・減速を抑制して、トンネル部における剥離の発生を抑制すると共にトンネル部から各プロペラに流入する水流の流速を高めることができる。また、各スケグの船体外側に位置する側面のみを外方に膨らまして各スケグの外側における伴流率を高めることにより、船体効率を高めると共に各スケグの船体外側から各プロペラに流入する水流の流速を低下させることができる。従って、この態様のもとでは、各プロペラに対してスケグ内側から流入する水流とスケグ外側から流入する水流との間の流速差を生じさせ、いわゆる伴流利得を得ると共に、船体効率を高めることができるので、２軸船の推進性能を良好に向上させることが可能となる。

また、本発明による２軸船においては、船体中心面とスケグ中心面との距離Ｂｓが、
１．２×Ｄｐ≦Ｂｓ≦１．６×Ｄｐ
という関係を満たすと好ましい。

一般に、船舶の排水量が多くなり浸水面積が増加すると、船体抵抗が増加すると共に伴流率が低下することにより推進性能が低下する。このため、推進性能を向上させるためには、船体中心面とスケグ中心面との距離Ｂｓをできるだけ小さくして、スケグ間のトンネル部における流れを加速させ、かつ、スケグ外側における伴流率を高めることにより、船体抵抗の増加と伴流率の低下とを抑えるとよい。ただし、主機、補機類等の搭載スペースや船内交通性の確保、更には、２体のプロペラの相互干渉によるキャビテーションや振動の発生を考慮すると、船体中心面とスケグ中心面との距離Ｂｓを小さくすることには限界がある。これらの観点から、船体中心面とスケグ中心面との距離Ｂｓが、
１．２×Ｄｐ≦Ｂｓ≦１．６×Ｄｐ
という関係を満たすようにすれば、スペース効率や船内交通性を損なうことなく、また、キャビテーションや振動の発生を抑制しつつ、２軸船の推進性能を向上させることが可能となる。

更に、本発明による２軸船においては、船底後端部が上方に湾曲することなく概ね平坦に延びるように形成されるとよく、船体後端部の深さｈａと満載時喫水ｄとの比が、
０．１５≦ｈａ／ｄ≦０．２５
という関係を満たすと好ましい。

このように、船底後端部、好ましくはプロペラ面よりも後方の船底を概ね平坦に形成することにより、流れの剥離を抑制し、船体抵抗の減少させることが可能となる。更に、船体後端部の深さｈａと満載時喫水ｄとの比が上記関係を満たすようにすれば、剥離範囲や死水領域の増加を抑制し、船体抵抗の減少させることが可能となる。この結果、この態様によれば、船体抵抗を増加を抑えて２軸船の推進性能を向上させることが可能となる。

本発明によれば、良好な推進性能と高い運航経済性との両立を図ることができる２軸船の実現が可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明による２軸船の要部を示す模式図であり、図２は、図１の２軸船を後方から見た状態を示す模式図である。これらの図面に示される２軸船１０は、２体のプロペラ１１と、各プロペラ１１に対応して設けられた図示されない主機、それに関連する補機類等を備えるものである。本実施形態の２軸船１０は、船長Ｌｐｐ＝２２６ｍ、船幅Ｂ＝４３ｍ、満載時喫水ｄ＝１２．７ｍ、方形係数Ｃｂ＝▽／（Ｌｐｐ×Ｂ×ｄ）＝０．８８という諸元を有するものであり、これらの寸法に関しては、方形係数Ｃｂが０．７５以上である一般的な２軸船として構成されている。また、２軸船１０は、保針性能（針路安定性）を良好に保つべく、２体のプロペラ１１に対応するように船体後部に設けられた２つのスケグ１２を有しており、各プロペラ１１および各スケグ１２の後方には、各１体の舵１４が設けられている。そして、左右一対のスケグ１２同士間には、トンネル部１５が画成されている。

このような基本構成を有する本実施形態の２軸船１０において、各プロペラ１１の直径Ｄｐは、これら各プロペラ１１の全円面積の合計が、２軸船１０と概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する１軸船のプロペラの全円面積よりも大きく、かつ、当該１軸船のプロペラの全円面積の２倍よりも小さくなるように定められている。すなわち、各プロペラ１１の直径Ｄｐは、当該１軸船のプロペラの直径をＤｐ１とすると、
１／√２＜Ｄｐ／Ｄｐ１＜１．０
という関係を満たしている。そして、本実施形態では、各プロペラ１１の直径Ｄｐが、
０．８×Ｄｐ１≦Ｄｐ≦０．９×Ｄｐ１
という範囲内から選択されており、例えば、Ｄｐ＝０．８８×Ｄｐ１とされている。なお、全円面積は、プロペラ１１が回転した際にプロペラ羽根の先端により描かれる円の面積であり、π／４・Ｄｐ^２として表される。

各プロペラ１１の直径Ｄｐが上述のような範囲から選択される結果、２軸船１０に含まれる２体のプロペラ１１は、２軸船１０と概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する１軸船や従来型２軸船のプロペラよりも何れも小さいものとなるが、これによって、２軸船１０が本来有する良好な保針性能（操縦性能）は損なわれることはない。また、直径Ｄｐを小さくしたことによる推進性能の低下は実用上許容される範囲内に抑えられ、２軸船１０の推進性能は実用上良好な範囲内に保たれる。

そして、本実施形態の２軸船１０では、上述のように２体のプロペラ１１の直径Ｄｐを小さくした上で、２つのスケグ１２同士の間のトンネル部１５が、スクエアステーション１．５、若しくはそれよりも船尾側で立ち上がるように形成されている。すなわち、トンネル部１５は、その起点部１５ｓから船尾垂線ＡＰまでの水平距離Ｓと船長Ｌｐｐとの比が、
０＜Ｓ／Ｌｐｐ≦０．１５
という関係を満たすように形成されている。これにより、２軸船１０では、船尾側を肥大化させることが可能となるので、概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する１軸船や従来型２軸船に比較して排水量を更に多くして船価高を相殺するように積載量（載荷重量）を増加させることが可能となる。上述のようなトンネル部１５の設計により、本実施形態の２軸船１０の積載量は、概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する従来型２軸船に対しておよそ５％程度増加することになる。

このように、２軸船１０では、推進性能を実用上良好な範囲内に保ちつつ、船尾側を肥大化させて積載量を増加させることができるので、良好な運航性能と高い運航経済性との両立を図ることが可能となる。

ところで、本実施形態の２軸船１０では、排水量の増加、およびそれに伴う浸水面積の増加により、特に満載時において船体抵抗が増加すると共に特に各スケグ１２の外側において伴流率が低下するおそれがある。このため、２軸船１０では、かかる船体抵抗の増加等に起因する推進性能の低下を抑える共に、推進性能を従来型２軸船よりも向上させるべく、次のような対策が講じられている。

まず、２軸船１０の各スケグ１２は、図２に示されるように、スケグ中心面Ｐ１に関して非対称に形成される。加えて、各スケグ１２は、スケグ後端線１２ａ（図１参照）を通る平面Ｐ２と、スケグ中心面Ｐ１とが交差するように、その下端側が船体側部に向けて傾けられている。なお、スケグ後端線１２ａは、スケグ１２を側方から見た際のスケグ後端部の稜線である。

ここで、一般に２軸船のスケグは、下方から見た状態で船首から船尾に向かうにつれて先細に形成される。このため、スケグがスケグ中心面に関して左右対称であって傾けられていない場合、トンネル部の船尾側が船首側に比べて拡げられ、トンネル入口に比べてトンネル出口が大きくなるので、トンネル部に流入した水流は船首から船尾に向かうに従って拡散・減速させられ、船体抵抗の増加を招く剥離を引き起こすおそれがある。

これに対して、本実施形態のように、各スケグ１２を左右非対称に形成すると共に、それぞれの下端側を船体側部に向けて傾けることにより、各スケグ１２の船体中心側に位置する側面１２ｉの延在方向は、図３に示されるように、各スケグ１２の船体外側に位置する側面１２ｏに比べて全体に船長方向に近づくことになる。これにより、トンネル部１５の船長方向における断面積の変化率が比較的小さくなるので、トンネル部１５における水流の拡散・減速が抑制される。従って、２軸船１０では、船体抵抗の増加を招くトンネル部１５における剥離の発生を抑制すると共に、トンネル部１５から各プロペラ１１に流入する水流の流速を高めることができる。また、各スケグ１２の船体外側に位置する側面１２ｏのみを外方に膨らまして各スケグ１２の外側における伴流率を高めることにより、船体効率を高めると共に各スケグ１２の船体外側から各プロペラ１１に流入する水流の流速を低下させることができる。

これにより、各プロペラ面１１ｂ（図２参照）に流れ込む水流の非対称性、すなわち、各プロペラ１１に対してスケグ１２の内側すなわちトンネル部１５から流入する水流とスケグ１２の外側から流入する水流との間の流速差を生じさせ、いわゆる伴流利得を得ると共に、船体効率を高めることが可能となる。このように、各スケグ１２を左右非対称に形成すると共にその下端側を船体側部に向けて傾ければ、２軸船１０の推進性能を良好に向上させることが可能となる。

なお、２軸船１０の各スケグ１２をスケグ中心面Ｐ１に関して非対称に形成するに際しては、スクエアステーション０．５にて、プロペラ１１の軸心１１ａの高さにおけるスケグ内側半部（スケグ中心面Ｐ１よりも内側の部位）の幅Ｂｉとスケグ外側半部（スケグ中心面Ｐ１よりも外側の部位）の幅Ｂｏとの比が、
０．５≦Ｂｉ／Ｂｏ＜１
という関係を満たすように各スケグ１２を構成するとよい。本実施形態では、スケグ内側半部の幅Ｂｉとスケグ外側半部の幅Ｂｏとの比が、Ｂｉ／Ｂｏ＝０．７３として定められている。また、各スケグ１２を傾斜させるに際しては、スケグ中心面Ｐ１とスケグ後端線１２ａを通る平面Ｐ２とのなす角度θが、
０°＜θ≦１５°
という関係をみたすようにするとよい。これらの構成を採用すれば、プロペラ面１１ｂ（図２参照）に流れ込む水流に非対称性を良好に生じさせて伴流利得を確実に得ることが可能となる。

また、本実施形態の２軸船１０では、船体中心線を通って鉛直方向に延びる船体中心面Ｐｃと、各プロペラ１１の軸心１１ａ（図１参照）を通って鉛直方向に延びるスケグ中心面Ｐ１との距離Ｂｓ（図２参照）が、プロペラ１１の直径Ｄｐを基準として、
１．２×Ｄｐ≦Ｂｓ≦１．６×Ｄｐ
という関係を満たすように各スケグ１２が形成されている。

すなわち、２軸船１０の推進性能を向上させるためには、船体中心面Ｐｃとスケグ中心面Ｐ１との距離Ｂｓ、つまりトンネル部１５の幅をできるだけ小さくして、スケグ１２同士間のトンネル部１５における流れを加速させ、かつ、各スケグ１２の外側における伴流率を高めることにより、船体抵抗の増加と伴流率の低下とを抑えるとよい。ただし、主機、補機の搭載スペースや船内交通性の確保、更には、２体のプロペラ１１の相互干渉によるキャビテーションや振動の発生を考慮すると、船体中心面Ｐｃとスケグ中心面Ｐ１との距離Ｂｓを小さくすることには限界がある。これらの観点から、船体中心面Ｐｃとスケグ中心面Ｐ１との距離Ｂｓが上記関係を満たすようにすれば、スペース効率や船内交通性を損なうことなく、また、キャビテーションや振動の発生を抑制すると共に、上述のように左右非対称かつ傾斜したスケグ１２を実現しつつ、２軸船１０の推進性能を向上させることが可能となる。なお、本実施形態の２軸船１０では、船体中心面Ｐｃとスケグ中心面Ｐ１との距離Ｂｓが、Ｂｓ＝１．４０４×Ｄｐとして定められている。

更に、本実施形態の２軸船１０では、図４に示されるように、船底１６の後端部、より詳しくは、プロペラ面１１ｂよりも後方の船底１６が上方に湾曲することなく概ね平坦に延びるように形成されている。更に、２軸船１０において、その船体後端部１７は、満載時における船体後端部１７の没水深さｈａと満載時喫水ｄとの比が、
０．１５≦ｈａ／ｄ≦０．２５
という関係を満たすように形成されている。

一般に、船体後端部１７周辺では水流が船体から離れるため、この周辺の部位を図４において破線で示されるように上方に湾曲する曲面状に形成すると流れの剥離が起こり、船体抵抗の増加を招いてしまう。また、船体後端部１７の没水深さｈａを必要以上に大きくすると、流れの剥離範囲や死水領域が増加し、やはり船体抵抗の増加を招いてしまう。これに対して、上述のように、好ましくはプロペラ面１１ｂよりも後方の船底１６を概ね平坦に形成することにより、流れの剥離を抑制し、船体抵抗の減少させることが可能となる。更に、船体後端部１７の深さｈａと満載時喫水ｄとの比が上記関係を満たすようにすれば、剥離範囲や死水領域の増加を抑制し、船体抵抗の減少させることが可能となる。従って、このように船尾付近の形状を工夫することにより、船体抵抗を増加を抑えて２軸船１０の推進性能を向上させることが可能となる。

以上説明されたように、本実施形態の２軸船１０は、満載状態では概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する１軸船や従来型２軸船と同等あるいはそれ以上の推進性能を発揮し得るものであり、しかも、従来型２軸船よりも多い積荷等を積載可能とするものである。また、本実施形態の２軸船１０は、１軸船や従来型２軸船に比べて小さい直径Ｄｐを有するプロペラを備えていることから、バラスト状態では、喫水をより浅くすることができるので１軸船や従来型２軸船よりも早い速力を得ることが可能である。

本発明による２軸船を示す模式図である。 図１に示される２軸船を後方から見た状態を示す模式図である。 図１に示される２軸船を下方から見た状態を示す模式図である。 図１に示される２軸船のトンネル部の構成を説明するための模式図である。

符号の説明

１０ ２軸船、１１ プロペラ、１１ａ プロペラの軸心、１１ｂ プロペラ面、１２ スケグ、１２ａ スケグ後端線、１２ｉ，１２ｏ 側面、１４ 舵、１５ トンネル部、１５ｓ 起点部、１６ 船底、１７ 船体後端部、Ｐｃ 船体中心面、Ｐ１ スケグ中心面、Ｐ２ スケグ後端線を通る平面。

Claims (5)

1. ０．７５以上の方形係数Ｃｂを有する２軸船であって、
   ２体のプロペラと、各プロペラごと設けられた２つのスケグとを備え、
   前記各プロペラの直径Ｄｐは、前記各プロペラの全円面積の合計が、この２軸船と概ね同一の船長、船幅および満載時喫水を有する１軸船のプロペラの全円面積よりも大きく、かつ、当該１軸船のプロペラの全円面積の２倍よりも小さくなるように定められており、
   前記２つのスケグ間に画成されるトンネル部の起点部から船尾垂線までの水平距離Ｓと船長Ｌｐｐとの比が、
   ０＜Ｓ／Ｌｐｐ≦０．１５
   という関係を満たし、
   各スケグの船体外側に位置する側面のみを外方に膨らまして各スケグの外側における伴流率を高めるように構成されることを特徴とする２軸船。
2. 前記各プロペラの直径Ｄｐは、前記１軸船のプロペラの直径をＤｐ１としたときに、
   ０．８×Ｄｐ１≦Ｄｐ≦０．９×Ｄｐ１
   という関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の２軸船。
3. 前記各スケグは、前記プロペラの軸心を通って鉛直方向に延びるスケグ中心面に関して非対称に形成されると共に、スケグ後端を通る平面と前記スケグ中心面とが交差するように下端側が船体側部に向けて傾けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の２軸船。
4. 船体中心面とスケグ中心面との距離Ｂｓが、
   １．２×Ｄｐ≦Ｂｓ≦１．６×Ｄｐ
   という関係を満たすことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の２軸船。
5. 船底後端部が上方に湾曲することなく概ね平坦に延びるように形成されており、
   船体後端部の深さｈａと満載時喫水ｄとの比が、
   ０．１５≦ｈａ／ｄ≦０．２５
   という関係を満たすことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の２軸船。

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