JP4909380B2 - 船舶 - Google Patents

Description

本発明は、ビルジ渦による船体抵抗を低減し、またビルジ渦の下降流を推力として利用する船舶に関するものである。

船舶においては、船底側から見た斜視図である図９に示すように、船体１の船尾１’両舷のビルジ部１ａ後端付近で、船底１ｂから上方に回り込む上向き流２と、船体側から内側へ流れ込もうとする下降流３とが交差し、この部分を発生源としたビルジ渦中心４を有するビルジ渦５が発生する。
ビルジ渦４は左舷側にも右舷側と逆向きのビルジ渦５’を形成する。特に肥大船では、ビルジ渦５，５’はプロペラ６前方の船尾船底外板上に大規模な３次元剥離を生じさせて船体抵抗を増加させる大きな原因となっている。

これらビルジ渦５，５’は船尾側から見て左舷側と右舷側とで反対方向に回転する回転流を誘導し、発達しながらプロペラ６位置まで流れてきて船体１の後方へ流れ去る。そして、ビルジ渦５，５’は、ビルジ渦中心４よりも船体側では斜め下方あるいは下方を向いた下降流となり、ビルジ渦中心４よりも外側では斜め上方あるいは上方を向いた上昇流となっている。ビルジ渦中心４周りの流れは回転流となっていて、この回転速度を誘起するエネルギーは船体１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る。

従来、このような渦現象を解明して船舶の推進性能を向上させた発明としては、プロペラ前方の左右舷の船体表面上に各々１枚のフィンを取り付け、この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、下向きのキャンバーを有してなるものがある。
この発明では船尾の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ろうとしている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平０９−１３６６９３号公報（図１）

これに対して、本発明はビルジ部に発生するビルジ渦によって、プロペラ軸の略軸上に発生する下降流の流れを、プロペラの回転により発生する回転流を打ち消す流れに変えることにより船体抵抗を低減させ、かつ推進効率を向上させようとするものである。

本発明の船舶では、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の船舶によれば、１軸船の船尾に配置されたプロペラの前方に位置する船尾船底外板のいずれか一方の舷側のみに、ボッシングよりも上方に位置する前記船尾船底外板から、船幅方向外側で、かつ、上方に向かって傾斜する少なくとも１枚のフィンが延設されており、前記フィンは、その前記船幅方向外側から前記船尾船底外板に向かう傾斜方向が、前記プロペラの回転方向に対向するように設けられ、前記フィンにより、船体が航走することによりビルジ部に発生するビルジ渦によって、プロペラ軸の略軸上に発生する下降流の流れが、前記フィンの上面に沿って船体の中心に導かれる、前記プロペラの回転により発生する回転流を打ち消す流れに変えられることを特徴とする。

この船舶においては、プロペラの前方に位置する船尾船底外板のいずれか一方の舷側のみに、少なくとも１枚のフィンが設けられており、プロペラ軸の略軸上に発生するビルジ渦による下降流がこのフィンの上面に沿って流れ、プロペラの回転により発生する回転流を打ち消すこととなる。

請求項２に記載の船舶によれば、前記フィンは、前縁部が後縁部よりも上方に位置するように配置されていることを特徴とする。

この船舶においては、フィンの前縁部がフィンの後縁部よりも上方に位置するように配置されている、すなわち下降流の流れ方向に対してフィンが傾斜するように取り付けられている。

請求項３に記載の船舶によれば、前記フィンの断面視形状が翼形とされていることを特徴とする。

この船舶においては、フィンの断面視形状が翼形とされているので、前縁部に衝突する流れが円滑に上面あるいは下面に導かれ、かつ後縁部から流れ去る流れが円滑な流れとされる。

請求項４に記載の船舶によれば、前記翼形は下向きのキャンバーを有してなるものであることを特徴とする。

この船舶においては、フィンの断面視形状が下向きのキャンバーを有する翼形とされているので、下降流がフィンに衝突することにより、より大きな揚力が発生されることとなる。

請求項５に記載の船舶によれば、前記フィンの後縁部は、前記船尾船底外板よりも前記プロペラ側に突出して設けられていることを特徴とする。

この船舶においては、フィンの後縁部が船尾船底外板よりもプロペラ側に突出して設けられているので、下降流がプロペラにより近いところまで導かれることとなる。

本発明の船舶によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の船舶によれば、プロペラの前方に位置する船尾船底外板のいずれか一方の舷側のみに、少なくとも１枚のフィンが設けられており、プロペラ軸の略軸上に発生するビルジ渦による下降流がこのフィンの上面に沿って流れ、プロペラの回転により発生する回転流を打ち消すこととなるので、船体抵抗を減少させることができるとともに、推進効率を向上させることができる。

請求項２に記載の船舶によれば、プロペラの前方に位置する船尾船底外板の両舷側に、少なくとも１枚のフィンがそれぞれ設けられており、プロペラ軸の略軸上に発生するビルジ渦による下降流がこのフィンの上面に沿って流れ、プロペラの回転により発生する回転流を打ち消すこととなるので、船体抵抗を減少させることができるとともに、推進効率を向上させることができる。

請求項３に記載の船舶によれば、フィンの前縁部が後縁部よりも上方に位置するように、フィンが右舷側の船尾船底外板に取り付けられているので、フィンに前進側（船首側）への推力が発生することとなって、船体の推進効率を向上させることができる。

請求項４に記載の船舶によれば、フィンの断面視形状が翼形とされており、前縁部に衝突する流れが円滑にフィンの上面あるいは下面に導かれ、かつ後縁部から流れ去る流れが円滑な流れとされるので、前縁部に衝突して発生する乱流および剥離を抑制することができるとともに、後縁部に発生する後流を抑制することができて、渦抵抗を減少させることができ、船体抵抗を減少させることができて、推進効率を向上させることができる。

請求項５に記載の船舶によれば、フィンの断面視形状が下向きのキャンバーを有する翼形とされており、下降流がフィンに衝突することにより、より大きな揚力が発生することとなるので、推進効率をさらに向上させることができる。

請求項６に記載の船舶によれば、フィンの後端部が船尾船底外板よりもプロペラ側に突出して設けられているので、下降流をより効率よくプロペラの側に導くことができて、推進効率をより一層向上させることができる。

本発明による船舶の一実施形態を示す図であって、（ａ）は右側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ１−ｂ１矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ１−ｃ１矢視断面図である。 図１（ｃ）と同様の図であって、下後流の流れを説明するための図である。 図１（ａ）に示すフィンの翼端部を示す図であって、下降流によってフィンに揚力が発生することを説明するための図である。 図１（ｂ）と同様の図であって、本発明による船舶の他の実施形態を示す図である。 本発明による船舶の別の実施形態を示す図であって、（ａ）は右側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ５−ｂ５矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ５−ｃ５矢視断面図である。 本発明による船舶のさらに別の実施形態を示す図であって、図５に示すフィンに翼形状を採用したものを説明するための図である。 本発明による船舶のさらに別の実施形態を示す図であって、（ａ）は右側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ７−ｂ７矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ７−ｃ７矢視断面図である。 本発明による船舶のさらに別の実施形態を示す図であって、（ａ）は図７（ｂ）と同様の図、（ｂ）は図７（ｃ）と同様の図である。 船底側から見た船舶の斜視図であって、ビルジ渦の発生状況を説明するための図である。

以下、本発明に係る船舶の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、上述した従来技術と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１は船尾１’の要部を示す図であって、（ａ）は右側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ１−ｂ１矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ１−ｃ１矢視断面図である。
図１（ａ）において符号１０は船体１（図９参照）の進路を変更するための舵、符号１１は船尾１’の船底部を形成する船尾船底外板、符号１２はボッシングであり、図１（ｂ）における符号Ｃ．Ｌ．は船首と船尾を結ぶ中心線（センターライン）、および図１（ｃ）における符号Ｖ．Ｌ．は船体１の中心に位置する鉛直軸線を示している。また、図１（ｃ）に実線で示す円は、プロペラ６の回転径を示している。以下に説明する実施形態において、プロペラ６は船尾側から見て右回転（時計方向に回転）するものとする。

図１に示すように、本発明に係る船舶には、プロペラ６の前方に位置する船尾船底外板１１、この場合、プロペラ６が右回転するため右舷側の船尾船底外板１１に１枚のフィン２０が設けられている。
このフィン２０は、ボッシング１２よりも上方に位置する右舷側の船尾船底外板１１にその翼根部２０ａが位置し、かつこの翼根部２０ａよりも上方にその翼端部２０ｂが位置するように配置されたものである。
すなわち、フィン２０は、図１（ｃ）において右側に位置する翼端部２０ｂが左側に位置する翼根部２０ａよりも上方に位置して、フィン２０の上面２０ｃが右上から左下に傾斜するように設けられている。
図１（ｂ）に示すように、翼端部２０ｂを結ぶ線は中心線Ｃ．Ｌ．と平行となっている。
そして、翼根部２０ａは対応する右舷側の船尾船底外板１１の形状と合致するように形成されている。

また、フィン２０の後端面（後縁部）２０ｄが、フィン２０が取り付けられる船尾船底外板１１の後端１１ａよりも後方側（プロペラ６側）に突出しないように、すなわちフィン２０の後端面２０ｄと船尾船底外板１１の後端１１ａとが、中心線Ｃ．Ｌ．に直交する線と平行な線上に位置するように配置されている。

このようなフィン２０は、図１（ｃ）と同様の図である図２に示すように、右舷側に発生するビルジ渦５の下降流、すなわちプロペラ軸の略軸上に発生する下降流の流れをプロペラ６の回転により発生する回転流を打ち消す方向の流れに変える働きをするものである。

このようなフィン２０を設けることにより、プロペラ軸の略軸上に発生するビルジ渦５の下降流が、フィン２０の上面２０ｃに沿ってプロペラ６の回転により発生する回転流を打ち消す方向にその向きが変えられることとなり、推進効率を向上させることができる。

図１（ａ）および図３に示すように、フィン２０の前端（前縁部）２０ｅが後端面２０ｄよりも上方に位置するように、フィン２０が取り付けられていればさらに有利である。
すなわち、図３に示すようにビルジ渦５（図２参照）の下後流２０１に対してフィン２０が傾斜して取り付けられている（すなわち、水面と平行となる水平線ｌに対して傾斜角αを有している）ため、揚力２０２が発生することになる。また、揚力２０２の前向き成分は推力２０３となるため、この推力２０３が船体１に作用して船体抵抗が低減する。
このように、フィン２０の前端２０ｅが後端面２０ｄよりも上方に位置するように、フィン２０を右舷側の船尾船底外板１１に取り付けることにより、フィン２０に前進側（船首側）への推力２０３が発生することとなって、船体の推進効率を向上させることができる。

次に、図４に基づいて本発明に係る他の実施形態について説明する。図４は図１（ｂ）と同様の図である。本実施形態と、図１ないし図３に基づいて説明した実施形態との異なる点は、フィン２０が取り付けられる船尾船底外板１１の後端１１ａよりもフィン２０の後端面２０ｄが後方に突出しているか否かという点である。すなわち、本実施形態のフィン２１は、その後端面２０ｄが船尾船底外板１１の後端１１ａよりも後方（プロペラ６側）に突出するように配置されている。その他の構成および取り付け状態については図１ないし図３に基づいて説明した実施形態のものと同様であるので、ここではその説明を省略する。

このように、フィン２１の後端面２０ｄを船尾船底外板１１の後端１１ａよりも後方（プロペラ６側）に突出させることにより、フィン２１の面積（下降流を受け止める面積）が増加し、より多くの下降流をプロペラ６の側に導くことができて、推進効率をさらに向上させることができる。
また、フィン２１の後端面２０ｄが船尾船底外板１１の後端１１ａよりも後方（プロペラ６側）に突出しているため、下降流をより効率よくプロペラ６の側に導くことができて、推進効率をより一層向上させることができる。

図５に基づいて本発明に係る別の実施形態について説明する。図５は船尾１’の要部を示す図１と同様の図であって、（ａ）は右側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ５−ｂ５矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ５−ｃ５矢視断面図である。本実施形態と、図１ないし図３に基づいて説明した実施形態との異なる点は、フィン２２の翼端部２０ｂがビルジ渦５の略中心に位置するように配置されているか否かという点である。すなわち、本実施形態のフィン２２は、その翼端部２０ｂが長手方向（船首尾方向）に沿ってビルジ渦５の略中心に位置するように配置されている。したがって、船尾船底外板１１に対する取り付け位置および取り付け角度は前述したフィン２０と同様であるが、フィン２２の翼端部２０ｂをビルジ渦５の略中心に位置させるため、フィン２２の水中への突出長さ、すなわち翼幅がフィン２０よりも長くなっていることが図５からわかる。このため前端２０ｅが後端面２０ｄと平行となる辺で形成されている。
なお、その他の構成および取り付け状態については図１ないし図３に基づいて説明した実施形態のものと同様であるので、ここではその説明を省略する。

このように、フィン２２の翼端部２０ｂをビルジ渦５の略中心に配置させることにより、ビルジ渦５の下降流の略全てをプロペラ６の側に導くことができるようになるので、推進効率をさらに向上させることができる。
また、図４に示したように、本実施形態においてもフィン２２の後端面２０ｄを船尾船底外板１１の後端１１ａよりも後方（プロペラ６側）に突出させることができる。これにより、フィン２２の面積が増加し、より多くの下降流をプロペラ６の側に導くことができて、推進効率をさらに向上させることができる。
さらに、フィン２２の後端面２０ｄが船尾船底外板１１の後端１１ａよりも後方（プロペラ６側）に突出しているため、下降流をより効率よくプロペラ６の側に導くことができて、推進効率をより一層向上させることができる。

図５に示すフィン２２の断面形状、すなわち中心線Ｃ．Ｌ．と平行となる面で切った断面形状が、図６に示すような翼形とされていればさらに有利である。
このようにフィン２０の断面形状が翼形とされることにより、前縁部２０ｅに衝突して発生する乱流および剥離を抑制することができるとともに、後縁部２０ｄに発生する後流を抑制することができて、渦抵抗を減少させることができ、船体抵抗を減少させることができて、推進効率を向上させることができる。

また、図６に示すように、この翼形に下向きのキャンバをつけることにより、図３を用いて説明した揚力２０２をより大きく発生させることができるので、これにより推力２０３をより大きく発生させることができて、推進効率をさらに向上させることができる。

図７に基づいて本発明に係るさらに別の実施形態について説明する。図７は船尾１’の要部を示す図１および図５と同様の図であって、（ａ）は右側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ７−ｂ７矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ７−ｃ７矢視断面図である。本実施形態が、図５に基づいて説明した実施形態と異なる点は、図５に示すフィン２０の他に、図１に示すフィン２０と同様のフィン２０’が図５に示すフィン２０の上方に設けられているという点である。すなわち、本実施形態では、フィン２５が上下方向に２枚設けられている。
フィン２５は図５に示すフィン２２と、このフィン２２の上方に取り付けられる図１と同様のフィン２０’と有するものである。

フィン２２は、図５を用いて説明したように、その翼端部２０ｂが長手方向（船首尾方向）に沿ってビルジ渦５の略中心に位置するように配置されているものである。その他の構成および取り付け状態については図５に基づいて説明した実施形態のものと同様であるので、ここではその説明を省略する。
一方、フィン２０’は、その取り付け位置が図１のものよりも上側に位置している点で図１のものと異なるが、その他の構成および取り付け状態については図１に基づいて説明した実施形態のものと同様である。

フィン２０’とフィン２２とは、互いの上面２０ｃ’と上面２０ｃとが平行になるように配置されている。また、フィンの幅方向の長さ、すなわち中心線Ｃ．Ｌ．と直交する方向の長さ（言い換えれば船尾船底外板１１から水中に向かって突出する長さ）は、上方に位置するフィン２０’が下方に位置するフィン２２よりも短くなるように形成されている。
これらの状態をわかりやすく示したものが図７（ｃ）である。フィン２０’とフィン２２とをこのように（すなわち図７に示すように）構成・配置することにより、ビルジ渦５の外側（すなわち船体に近い側）に位置する下降流はフィン２０’の上面２０ｃ’に沿って鉛直軸線Ｖ．Ｌ．の方に流れ、ビルジ渦５の内側（中心側）に位置する下降流はフィン２２の上面２０ｃに沿って鉛直軸線Ｖ．Ｌ．の方に流れることとなる。

フィン２０’の上面２０ｃ’に沿う流れは、プロペラ６の回転径の外側、すなわちプロペラ６の翼端付近に導かれるとともに、フィン２２の上面２０ｃに沿う流れは、プロペラ６の回転径の内側、すなわちプロペラ６の翼端と翼根（プロペラボス）との間の翼中間部付近に導かれる。
このように、ビルジ渦５の下降流がプロペラ６の回転径の外側、およびプロペラ６の回転径の内側の異なる位置に分散して導かれることとなるので、図５に示すようにビルジ渦５の下降流がプロペラ６の回転径の内側に集中して導かれる場合に比べて推進効率を向上させることができる。

図８に基づいて本発明に係るさらに別の実施形態について説明する。図８（ａ）は図１（ｂ）、図４、図５（ｂ）、および図７（ｂ）と同様の図である。また図８（ｂ）は図１（ｃ）、図５（ｃ）、および図７（ｃ）と同様の図である。本実施形態が図１ないし図３に基づいて説明した実施形態と異なる点は、図８（ａ）に示すように、フィン３０が船尾船底外板１１の後端１１ａから図４同様プロペラ６側に突出して設けられているとともに、左舷側の船尾船底外板１１から左舷水中側に突出して設けられている点である。本実施形態の場合、フィン３０の上面３０ｃは一平面となるように構成されている。

フィン３０をこのように（すなわち図８に示すように）構成・配置することにより、右舷側に発生するビルジ渦５の下降流を船体の中心に位置する鉛直軸線Ｖ．Ｌ．を越えて左舷側に導くことができるとともに、左舷側に発生するビルジ渦５’の下後流の向きを、プロペラ６の回転により発生する回転流をより打ち消す方向に変えることができるので、推進効率をさらに向上させることができる。

なお、上述してきた実施形態において、図６を用いて説明したもの以外はすべてフィンの端部が角部を有する単なる板状部材として説明してきた。しかしながら本発明はこれに限定されるものではなく、フィンの前縁部、翼端部、および後縁部を面取り、あるいは適切な丸み（Ｒ部）を持たせて、乱流、剥離、後流の発生を防止するための措置を適宜講じてももちろん良い。
また、今まで述べてきた実施形態は必要に応じて適宜組み合わせ可能である。

１ 船体
１’ 船尾
１ａ ビルジ部
５ ビルジ渦
５’ ビルジ渦
６ プロペラ
１１ 船尾船底外板
２０ フィン
２０’ フィン
２０ａ 翼根部
２０ｂ 翼端部
２０ｄ 後端面（後縁部）
２０ｅ 前端（前縁部）
２１ フィン
２２ フィン
３０ フィン
２０１ 下降流

Claims (5)

1. １軸船の船尾に配置されたプロペラの前方に位置する船尾船底外板のいずれか一方の舷側のみに、ボッシングよりも上方に位置する前記船尾船底外板から、船幅方向外側で、かつ、上方に向かって傾斜する少なくとも１枚のフィンが延設されており、前記フィンは、その前記船幅方向外側から前記船尾船底外板に向かう傾斜方向が、前記プロペラの回転方向に対向するように設けられ、前記フィンにより、船体が航走することによりビルジ部に発生するビルジ渦によって、プロペラ軸の略軸上に発生する下降流の流れが、前記フィンの上面に沿って船体の中心に導かれる、前記プロペラの回転により発生する回転流を打ち消す流れに変えられることを特徴とする船舶。
2. 前記フィンは、前縁部が後縁部よりも上方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の船舶。
3. 前記フィンの断面視形状が翼形とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の船舶。
4. 前記翼形は下向きのキャンバーを有してなるものであることを特徴とする請求項３に記載の船舶。
5. 前記フィンの後縁部は、前記船尾船底外板よりも前記プロペラ側に突出して設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の船舶。

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