JP5002378B2 - Marine propulsion efficiency improvement device and its construction method - Google Patents

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    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/16Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in recesses; with stationary water-guiding elements; Means to prevent fouling of the propeller, e.g. guards, cages or screens

Description

本発明は、推力を発生するプロペラを含む船舶に適用される舶用推進効率改善装置およびその施工方法に関する。   The present invention relates to a marine vessel propulsion efficiency improving apparatus applied to a marine vessel including a propeller that generates thrust, and a construction method thereof.

従来から、この種の技術として、プロペラよりも船首側に位置するように配設された複数のフィンを備えたものが多数知られている(特許文献1から6参照)。これらの舶用推進効率改善装置のうち、特許文献1に記載の船舶推進性能向上装置では、プロペラが船舶を前進させる方向に回転するときにプロペラ翼が下降する側に配置されるフィンがプロペラ軸に対して後縁上りに設けられると共に、プロペラが船舶を前進させる方向に回転するときにプロペラ翼が上昇する側に配置されるフィンがプロペラ軸に対して後縁下りに設けられ、各フィンのプロペラ軸に対する取付角がフィン根元部から先端に向かって大きく設定されている。また、特許文献2に記載の船舶のリアクションフィンでは、フィンブレードの先端から渦が発生するのを抑制するために、各フィンブレードの先端部が他の部分に比べて流入する水の流れに対する迎角が小さくなるように捩れられている。更に、特許文献3に記載の船舶のリアクションフィンでは、同様にフィンブレードの先端から渦が発生するのを抑制するために、各フィンブレードの先端に当該フィンブレードと交叉するように平板部材が固定されている。また、特許文献4に記載の船舶のリアクションフィンでは、推進効率をより改善するために、プロペラが船舶を前進させる方向に回転するときにプロペラ翼が下降する側に配置されるフィンの厚みが上昇する側のフィンの厚みよりも薄くされている。更に、特許文献5に記載の船舶のリアクションフィンでは、同様に推進効率をより改善するために、プロペラ軸心から各フィンの翼端までの長さがプロペラの半径と概ね同一とされている。また、特許文献6に記載の船舶の振動低減装置は、プロペラの前方かつプロペラ軸心よりも上方の領域に位置するようにスタンフレームまたはボッシングに取り付けられた複数のフィンを有している。
特公昭62−016878号公報 実開昭61−109898号公報 実開昭61−098698号公報 実開昭60−127299号公報 特開平05−185986号公報 登録実用新案第3093097号公報
Conventionally, as this type of technology, many devices having a plurality of fins arranged so as to be positioned on the bow side of the propeller are known (see Patent Documents 1 to 6). Among these marine propulsion efficiency improving devices, in the marine vessel propulsion performance improving device described in Patent Document 1, when the propeller rotates in the direction to advance the marine vessel, fins arranged on the side where the propeller blades descend are provided on the propeller shaft. On the other hand, fins provided on the trailing edge rising side and provided on the side where the propeller wing rises when the propeller rotates in the direction of advancing the ship are provided on the trailing edge descending with respect to the propeller shaft. A mounting angle with respect to the shaft is set to be large from the fin base toward the tip. Further, in the reaction fin of a ship described in Patent Document 2, in order to suppress the generation of vortices from the tip of the fin blade, the tip of each fin blade receives an incoming water flow compared to other portions. It is twisted to reduce the corners. Furthermore, in the reaction fin of the ship described in Patent Document 3, a flat plate member is fixed to the tip of each fin blade so as to cross the fin blade in order to suppress the vortex from the tip of the fin blade. Has been. Moreover, in the reaction fin of the ship described in Patent Document 4, in order to further improve the propulsion efficiency, the thickness of the fin disposed on the side where the propeller blades descend is increased when the propeller rotates in the direction of moving the ship forward. It is made thinner than the thickness of the fin on the side. Furthermore, in the reaction fin of the ship described in Patent Document 5, the length from the propeller shaft center to the blade tip of each fin is substantially the same as the propeller radius in order to further improve the propulsion efficiency. The ship vibration reducing device described in Patent Document 6 has a plurality of fins attached to the stan frame or the bossing so as to be located in a region in front of the propeller and above the propeller shaft center.
Japanese Examined Patent Publication No. 62-016878 Japanese Utility Model Publication No. 61-109898 Japanese Utility Model Publication No. 61-098698 Japanese Utility Model Publication No. 60-127299 JP 05-185986 A Registered Utility Model No. 3093097

上述のように、船体に固定された複数のフィン(以下「ステータフィン」という)からなる舶用推進効率改善装置によれば、ステータフィンによりプロペラに対する流体の流れをプロペラの回転方向と逆向きに変換して船舶の推進効率を改善することができる。ただし、上述のような舶用推進効率改善装置を比較的大型の船舶に対して適用するには、次のような課題が存在している。すなわち、推進効率を改善する上では、上記特許文献5に記載の技術のようにプロペラ軸心から各フィンの翼端までの長さがプロペラの半径と概ね同一になるようにステータフィンのスパン(ルート部からフィン翼端までの長さ)を大きくとることが好ましいが、大型船舶ではプロペラの外径が大きくなることから、ステータフィン自体およびその取付強度を充分に確保することが困難となる。この場合、強度を確保するために、複数のステータフィンを一体の鋳物として製造することも考えられるが、これでは、舶用推進効率改善装置の施工コストが極めて高額になってしまう。   As described above, according to the marine vessel propulsion efficiency improving apparatus composed of a plurality of fins (hereinafter referred to as “stator fins”) fixed to the hull, the stator fin converts the flow of fluid to the propeller in the direction opposite to the propeller rotation direction. As a result, the propulsion efficiency of the ship can be improved. However, in order to apply the marine vessel propulsion efficiency improving apparatus as described above to a relatively large vessel, there are the following problems. That is, in order to improve the propulsion efficiency, as in the technique described in the above-mentioned Patent Document 5, the span of the stator fin (so that the length from the propeller shaft center to the blade tip of each fin is substantially the same as the radius of the propeller. It is preferable to increase the length from the root portion to the fin blade tip. However, since the outer diameter of the propeller is large in a large vessel, it is difficult to sufficiently secure the stator fin itself and its mounting strength. In this case, in order to ensure strength, it may be possible to manufacture a plurality of stator fins as an integral casting. However, this increases the construction cost of the marine vessel propulsion efficiency improvement device.

そこで、本発明は、低コストかつ容易に施工可能であると共に比較的大型の船舶に好適な舶用推進効率改善装置の提供を主目的とする。   Accordingly, the main object of the present invention is to provide a marine vessel propulsion efficiency improving apparatus that can be easily constructed at low cost and is suitable for a relatively large vessel.

本発明による舶用推進効率改善装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採っている。   The marine vessel propulsion efficiency improving apparatus according to the present invention adopts the following means in order to achieve the above-mentioned main object.

本発明による舶用推進効率改善装置は、
推力を発生するプロペラを含む船舶の船体に対して前記プロペラよりも船首側に位置するように放射状に配設される複数のステータフィンからなる舶用推進効率改善装置であって、
前記複数のステータフィンは、前記船体に取り付けられたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さが前記プロペラの半径の70%以下となるように形成されると共に、前記ステータフィンのフィン後縁と前記プロペラ軸心とを含む平面と前記ステータフィンのルート部における断面上の翼弦と前記フィン後縁とを含む平面とのなす角度を前記ステータフィンの取付角としたときに、前記取付角が20°〜40°となるよう前記船体に配設されることを要旨とする。
The marine vessel propulsion efficiency improving apparatus according to the present invention is
A marine vessel propulsion efficiency improvement device comprising a plurality of stator fins radially disposed so as to be located on the bow side of the propeller with respect to a hull of a ship including a propeller that generates thrust,
The plurality of stator fins are formed such that when attached to the hull, the length from the propeller shaft center to the fin wing tip is 70% or less of the radius of the propeller, and When the angle between the plane including the edge and the propeller axis and the plane including the chord on the cross section of the root portion of the stator fin and the fin trailing edge is defined as the mounting angle of the stator fin, the mounting The gist is to be arranged in the hull so that the angle is 20 ° to 40 °.

この舶用推進効率改善装置において、複数のステータフィンは、船体に取り付けられたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さがプロペラの半径の70%以下となるように形成される。そして、複数のステータフィンは、ステータフィンのフィン後縁とプロペラ軸心とを含む平面とステータフィンのルート部における断面上の翼弦とフィン後縁とを含む平面とのなす角度をステータフィンの取付角としたときに、取付角が20°〜40°となるよう船体に配設される。このように、船体に取り付けたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さがプロペラの半径の70%以下となるように複数のステータフィンを形成すれば、各ステータフィンのルート部から翼端までの長さが比較的短くなることから各ステータフィン自体の強度を充分に確保することが可能となる。また、各ステータフィンを溶接等により船体に固定しても各ステータフィンの船体に対する取付強度を充分に確保することができると共に、舶用推進効率改善装置を船舶に対して低コストかつ容易に施工することが可能となる。更に、ステータフィンのフィン後縁とプロペラ軸心とを含む平面とステータフィンのルート部における断面上の翼弦とフィン後縁とを含む平面とのなす角度をステータフィンの取付角として、取付角が20°〜40°となるように複数のステータフィンを船体に配設すれば、各ステータフィンによりプロペラに対する流体の流れを良好にプロペラの回転方向と逆向きに変換して推進効率を向上させることが可能となる。この結果、この舶用推進効率改善装置は、低コストかつ容易に施工可能であると共に比較的大型の船舶に極めて好適なものとなる。   In this marine propulsion efficiency improving apparatus, the plurality of stator fins are formed such that the length from the propeller shaft center to the fin blade tip is 70% or less of the propeller radius when attached to the hull. The plurality of stator fins have an angle formed between a plane including the fin trailing edge of the stator fin and the propeller axis and a plane including the chord and the fin trailing edge on the cross section at the root portion of the stator fin. When the mounting angle is set, the mounting angle is set to 20 ° to 40 ° on the hull. In this way, if a plurality of stator fins are formed so that the length from the propeller axis to the fin blade tip is 70% or less of the propeller radius when attached to the hull, the blades from the root portion of each stator fin to the blades. Since the length to the end is relatively short, the strength of each stator fin itself can be sufficiently secured. In addition, even if each stator fin is fixed to the hull by welding or the like, the mounting strength of each stator fin to the hull can be sufficiently secured, and the marine vessel propulsion efficiency improving device can be easily and inexpensively installed on the ship. It becomes possible. Further, the angle between the plane including the fin trailing edge of the stator fin and the propeller axis and the plane including the chord and the fin trailing edge on the cross section in the root portion of the stator fin is defined as the mounting angle of the stator fin. If a plurality of stator fins are arranged in the hull so that the angle becomes 20 ° to 40 °, the flow of fluid to the propeller is favorably converted to the direction opposite to the propeller rotation direction by each stator fin to improve the propulsion efficiency. It becomes possible. As a result, this marine propulsion efficiency improving device can be easily constructed at low cost and is extremely suitable for relatively large vessels.

また、前記複数のステータフィンのうち、少なくとも前記プロペラの正転時にプロペラ翼端が上昇するプロペラ上昇領域に配置されるステータフィンは、30°以下の捩り角をもって流入する流体を整流するように捩られてもよい。これにより、流入する流体に対する各ステータフィンの迎え角をスパン方向(ルート部からフィン翼端までの間)において概ね一定としてプロペラの回転方向と逆向きの流れをより良好に発生させると共に揚抗比をより大きくすることが可能となる。そして、前記複数のステータフィンのうち、少なくとも前記プロペラの正転時にプロペラ翼端が上昇するプロペラ上昇領域に配置されるステータフィンは、該ステータフィンの取付角よりも小さい捩り角をもって流入する流体を整流するように捩られてもよい。   In addition, among the plurality of stator fins, the stator fin disposed at least in the propeller ascending region where the propeller blade tip rises during forward rotation of the propeller is twisted so as to rectify the inflowing fluid with a torsion angle of 30 ° or less. May be. As a result, the angle of attack of each stator fin with respect to the inflowing fluid is made substantially constant in the span direction (between the root part and the fin blade tip), and a flow in the direction opposite to the rotation direction of the propeller is generated more favorably. Can be made larger. And among the plurality of stator fins, the stator fin disposed at least in the propeller ascending region where the propeller blade tip rises during forward rotation of the propeller, the fluid flowing in with a torsion angle smaller than the mounting angle of the stator fin. It may be twisted to rectify.

更に、前記複数のステータフィンは、ルート部の長さが前記プロペラの直径の10〜20%となると共に、フィン翼端の長さが前記プロペラの直径の5〜10%となるように形成されてもよい。これにより、各ステータフィンの迎え角を大きくすると共に揚抗比を良好なものとすることができる。   Further, the plurality of stator fins are formed such that the length of the root portion is 10 to 20% of the diameter of the propeller and the length of the fin blade tip is 5 to 10% of the diameter of the propeller. May be. Thereby, the angle of attack of each stator fin can be increased and the lift-drag ratio can be improved.

また、前記複数のステータフィンは、フィン前縁とフィン翼端とのなす角度が45°〜75°となるように形成されてもよい。これにより、ステータフィンの翼端付近における渦の発生を抑制して船舶の推進効率をより向上させることが可能となる。   The plurality of stator fins may be formed such that an angle formed between the fin leading edge and the fin blade tip is 45 ° to 75 °. As a result, it is possible to improve the propulsion efficiency of the ship by suppressing the generation of vortices in the vicinity of the blade tip of the stator fin.

そして、本発明による舶用推進効率改善装置が適用される船舶は、例えば方形係数(Cb)が値0.75以上である肥大船に適用されると好ましい。   The ship to which the marine vessel propulsion efficiency improving apparatus according to the present invention is applied is preferably applied to, for example, an enlarged ship having a square coefficient (Cb) of 0.75 or more.

本発明による舶用推進効率改善装置の施工方法は、
推力を発生するプロペラを含む船舶の船体に対して前記プロペラよりも船首側に位置するように放射状に配設される複数のステータフィンからなる舶用推進効率改善装置の施工方法であって、
(a)前記船体に取り付けたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さが前記プロペラの半径の70%以下となるように前記複数のステータフィンを形成するステップと、
(b)前記ステータフィンのフィン後縁と前記プロペラ軸心とを含む平面と前記ステータフィンのルート部における断面上の翼弦と前記フィン後縁とを含む平面とのなす角度を前記ステータフィンの取付角としたときに、前記取付角が20°〜40°となるように前記複数のステータフィンを前記船体に固定するステップと、
を含むものである。
The construction method of the marine propulsion efficiency improving device according to the present invention is as follows.
A method for constructing a marine vessel propulsion efficiency improving apparatus comprising a plurality of stator fins radially disposed so as to be located on the bow side of the propeller with respect to a hull of a ship including a propeller that generates thrust,
(A) forming the plurality of stator fins such that when attached to the hull, the length from the propeller axis to the fin blade tip is 70% or less of the radius of the propeller;
(B) An angle formed between a plane including the fin trailing edge of the stator fin and the propeller axis and a plane including the chord on the cross section of the root portion of the stator fin and the fin trailing edge of the stator fin. Fixing the plurality of stator fins to the hull so that the mounting angle is 20 ° to 40 ° when the mounting angle is set;
Is included.

この方法のように、船体に取り付けたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さがプロペラの半径の70%以下となるように複数のステータフィンを形成すると共に、ステータフィンのフィン後縁とプロペラ軸心とを含む平面とステータフィンのルート部における断面上の翼弦とフィン後縁とを含む平面とのなす角度をステータフィンの取付角としたときに、取付角が20°〜40°となるように複数のステータフィンを船体に固定すれば、比較的大型の船舶に好適な舶用推進効率改善装置を低コストかつ容易に施工することが可能となる。   As in this method, a plurality of stator fins are formed such that the length from the propeller shaft center to the fin blade tip is 70% or less of the propeller radius when attached to the hull, and the fin trailing edge of the stator fin And the angle between the plane including the propeller axis and the plane including the chord and the fin trailing edge on the cross section at the root portion of the stator fin, the mounting angle is 20 ° to 40 °. If a plurality of stator fins are fixed to the hull so as to be at an angle, a marine vessel propulsion efficiency improving device suitable for a relatively large vessel can be easily constructed at low cost.

次に、実施例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説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to examples.

図1は、本発明の一実施例に係る舶用推進効率改善装置20を備えた船舶10を示す概略構成図であり、図2は、船舶10の要部拡大斜視図である。これらの図面に示す船舶10は、例えば、油槽船やバルクキャリアといった、いわゆる肥大船として構成されており、実施例では図2において時計回りに回転したときに前進方向の推力を発生する1体のプロペラ11や、舵12、プロペラ11と連結される図示されない主機、それに関連する補機類等を備えるものである。また、舶用推進効率改善装置20は、船舶10のボッシング15(船体)に対してプロペラ11よりも船首側に位置するように放射状に溶接固定される複数のステータフィンP1,P2,P3,S1およびS2からなる。ステータフィンP1〜P3は、プロペラ11の正転時にプロペラ翼端が上昇するプロペラ上昇領域、すなわちプロペラ11が船尾側から見て時計回りに回転すると船舶10が前進する場合、プロペラ軸心を含んで鉛直方向に延びる平面よりも左舷側の領域に配置されるものである。以下、プロペラ上昇領域に配置されるステータフィンP1〜P3を総称して「ステータフィンPn」という。また、ステータフィンS1〜S2は、プロペラ11の正転時にプロペラ翼端が下降するプロペラ下降領域、すなわちプロペラ11が船尾側から見て時計回りに回転すると船舶10が前進する場合、プロペラ軸心を含んで鉛直方向に延びる平面よりも右舷側の領域に配置されるものである。以下、プロペラ下降領域に配置されるステータフィンS1,S2を総称して「ステータフィンSn」という。実施例において、ステータフィンPn,Snは、ボッシング15に取り付けられたときにプロペラ軸心からフィン翼端(先端部)までの長さdsがプロペラの半径dpの70%以下となるような寸法をもつものとして形成されている。ステータフィンPn,Snの寸法の決定に際しては、舶用推進効率改善装置20による推進効率の改善度合と、ステータフィンPn,Sn自体の強度およびボッシング15に対する取付強度との両面から検討した。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a ship 10 including a marine vessel propulsion efficiency improving apparatus 20 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged perspective view of a main part of the ship 10. A ship 10 shown in these drawings is configured as a so-called enlargement ship such as an oil tank ship or a bulk carrier, and in the embodiment, a single body that generates thrust in the forward direction when rotated clockwise in FIG. A propeller 11, a rudder 12, a main machine (not shown) connected to the propeller 11, auxiliary equipment related thereto, and the like are provided. Further, the marine vessel propulsion efficiency improving apparatus 20 includes a plurality of stator fins P1, P2, P3, S1 that are radially welded and fixed to the bowing 15 (hull) of the vessel 10 so as to be positioned on the bow side of the propeller 11. Consists of S2. The stator fins P1 to P3 include a propeller shaft center when the propeller 11 is rotated forward when the propeller 11 rotates in the forward direction of the propeller 11, that is, when the propeller 11 rotates clockwise as viewed from the stern side. It is arranged in a region on the port side of the plane extending in the vertical direction. Hereinafter, the stator fins P1 to P3 arranged in the propeller ascending region are collectively referred to as “stator fins Pn”. Further, the stator fins S1 to S2 are arranged in a propeller descending region where the propeller blade tip descends when the propeller 11 rotates forward, that is, when the propeller 11 rotates clockwise as viewed from the stern side, the propeller shaft is centered. It is arranged in the region on the starboard side with respect to the plane extending in the vertical direction. Hereinafter, the stator fins S1 and S2 arranged in the propeller descending region are collectively referred to as “stator fin Sn”. In the embodiment, the stator fins Pn and Sn are dimensioned so that the length ds from the propeller shaft center to the fin blade tip (tip) is 70% or less of the propeller radius dp when attached to the boshing 15. It is formed as having. In determining the dimensions of the stator fins Pn and Sn, examination was made from both aspects of the propulsion efficiency improvement by the marine propulsion efficiency improvement device 20, the strength of the stator fins Pn and Sn itself, and the attachment strength to the bossing 15.

まず、プロペラの翼が無限個であると仮定すれば、当該プロペラを1枚の作動円板(actuator disk)であるとみなすことが可能である。そこで、この作動円板が角速度Ωで回転しながら一定速度VAで無限に拡がった水の中を進行しているものとすると共に、作動円板の中心を原点とする円筒座標系を導入し、作動円板の半径rの位置における微少厚さdrの環状要素を通過する流線上の流速と圧力とを考えることにする。この場合、円板面(x=0)と、その遙か前方(x=xf<0)と、その遙か後方(x=xa>0)という3つの断面に関して、x方向における速度成分は円板面において連続であり、各断面x=0,x=xf,x=xaでのx方向における速度成分をそれぞれVA,VA+wa1,Va+waとする。また、作動円板の回転方向における速度成分は、円板面において不連続となり、その前方では値0、その後方では一定速度−wt(<0)となる。更に、作動円板の径方向における速度成分は小さいものとして無視することができる。これら3つの断面に関しては、質量保存則、運動量保存則、角運動保存則およびエネルギ保存則が適用可能であるから、上記環状要素に作用するX方向の力すなわち推力dTと、上記環状要素に作用するモーメントすなわちトルクdQは、それぞれ次式(1)および(2)のように表すことが可能である。更に、式(1)および(2)を用いることにより、作動円板すなわちプロペラ全体に作用する推力TおよびトルクQは、次式(3)および(4)のように表すことができる。ただし、式(1)および(2)において、Va=2π・r・dr,a=wa/(2・VA),a’=wt/(2・Ω・r)である。そして、これらの式(1)〜(4)の関係に対しては、あるプロペラの後方における流れの計測結果を当てはめることにより、当該プロペラに作用する推力やトルクを求めることができる。図3に、あるプロペラの後方における流れの計測結果と上記(1)〜(4)式とに基づいて当該プロペラの各半径方向位置に作用するトルクを導出した結果を示す。図3において、実線は、プロペラ後方の回転方向における速度成分−wtすなわち式(2)における回転方向の速度成分a’を考慮したときのトルクを示し、破線は、作動円板後方の回転方向における速度成分−wtすなわち式(2)における回転方向の速度成分a’を無視したときのトルクを示し、二点鎖線は、実線のトルクと破線のトルクとの差分すなわちプロペラ後方の回転成分の発生によるトルクの増加分を示す。図3の例では、プロペラ後方の回転成分の発生によるトルクの増加分は、全トルク(実線)のおよそ12.5%を占めており、かかるプロペラ後方の回転成分を回収できれば、その分だけ船舶の推進効率を向上させることが可能である。   First, assuming that there are an infinite number of wings of a propeller, the propeller can be regarded as one actuator disk. Therefore, it is assumed that the working disk is traveling in water that is infinitely spread at a constant speed VA while rotating at an angular speed Ω, and a cylindrical coordinate system having the origin at the center of the working disk is introduced, Let us consider the flow velocity and pressure on the streamline passing through the annular element of minute thickness dr at the position of radius r of the working disc. In this case, the velocity component in the x direction is circular with respect to three cross sections: the disk surface (x = 0), its heel or front (x = xf <0), and its heel or rear (x = xa> 0). The velocity components in the x direction at the cross sections x = 0, x = xf, and x = xa are assumed to be VA, VA + wa1, and Va + wa, respectively. Further, the speed component in the rotation direction of the working disk is discontinuous on the disk surface, and has a value 0 in front of the disk and a constant speed −wt (<0) in the rear. Furthermore, the velocity component in the radial direction of the working disk can be ignored as being small. Regarding these three cross sections, the law of conservation of mass, the law of conservation of momentum, the law of conservation of angular motion, and the law of conservation of energy are applicable, so that the force in the X direction acting on the annular element, that is, the thrust dT, and the action on the annular element. The moment, that is, the torque dQ to be expressed can be expressed by the following equations (1) and (2), respectively. Further, by using the equations (1) and (2), the thrust T and the torque Q acting on the operating disk, that is, the entire propeller, can be expressed as the following equations (3) and (4). However, in the formulas (1) and (2), Va = 2π · r · dr, a = wa / (2 · VA), and a ′ = wt / (2 · Ω · r). And the thrust and torque which act on the said propeller can be calculated | required by applying the measurement result of the flow behind a certain propeller with respect to the relationship of these Formula (1)-(4). FIG. 3 shows the result of deriving the torque acting on each propeller radial position based on the measurement result of the flow behind a certain propeller and the above formulas (1) to (4). In FIG. 3, the solid line indicates the torque when the speed component −wt in the rotation direction behind the propeller, that is, the torque component a ′ in the rotation direction in Equation (2) is considered, and the broken line indicates the rotation direction behind the working disk. The speed component -wt, that is, the torque when the speed component a 'in the rotational direction in the equation (2) is ignored is shown. The two-dot chain line is due to the difference between the solid line torque and the broken line torque, that is, the generation of the rotation component behind the propeller. Indicates the increase in torque. In the example of FIG. 3, the increase in torque due to the generation of the rotational component behind the propeller accounts for about 12.5% of the total torque (solid line). It is possible to improve the propulsion efficiency.

dT = 2・ρ・dA0・VA2・(1+a)・a …(1)
dQ = 2・ρ・dA0・(VA3/Ω)・(1+a)2・a/(1+a') …(2)
T = 2π・∫dT/dA0・r・dr …(3)
Q = 2π・∫dQ/dA0・r・dr …(4)
dT = 2 ・ ρ ・ dA0 ・ VA 2・ (1 + a) ・ a (1)
dQ = 2 ・ ρ ・ dA0 ・ (VA 3 / Ω) ・ (1 + a) 2・ a / (1 + a ') (2)
T = 2π · ∫dT / dA0 · r · dr (3)
Q = 2π · ∫dQ / dA0 · r · dr (4)

ここで、複数のステータフィンを含む舶用推進効率改善装置は、プロペラに対する流体の流れをプロペラの回転方向と逆向きに変換することにより、プロペラ後方における旋回流を弱めてプロペラによる推力を増加させるものである。従って、上述のようにプロペラ後方の回転成分をできるだけ多く回収するためには、本来、ステータフィンをボッシングに取り付けたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さがプロペラの半径と同程度になるようにすることが好ましい。ただし、図3からわかるように、プロペラの外周側、特に船体取付時におけるステータフィンの外径とプロペラ外径との比であるr/Rが0.8以上となる領域では、回転成分の発生によるトルクの増加分が極めて少なくなる。従って、回転成分の回収率が若干悪化することを許容すれば、プロペラ外周側における回転成分の回収を断念してステータフィン自体の強度および取付強度を確保するために各ステータフィンのスパンを小さくしてもよいと考えられる。   Here, the marine vessel propulsion efficiency improvement device including a plurality of stator fins is designed to increase the thrust by the propeller by weakening the swirl flow behind the propeller by converting the flow of fluid to the propeller in the direction opposite to the rotation direction of the propeller. It is. Therefore, in order to recover as much of the rotational component behind the propeller as possible as described above, the length from the propeller shaft center to the fin blade tip is essentially the same as the propeller radius when the stator fin is attached to the boshing. It is preferable to do so. However, as can be seen from FIG. 3, in the region where the ratio r / R of the outer diameter of the propeller and the outer diameter of the stator fin and the outer diameter of the propeller when the hull is mounted is 0.8 or more, rotation components are generated. The increase in torque due to is very small. Therefore, if the recovery rate of the rotational component is allowed to deteriorate slightly, the span of each stator fin is reduced in order to abandon the recovery of the rotational component on the outer periphery of the propeller and ensure the strength and mounting strength of the stator fin itself. It is thought that it may be.

また、図4に所定のステータフィンについての曲げ応力の計算結果を示すと共に、図5に曲げ応力の計算を行ったステータフィンの諸元を示す。ここで、例示した曲げ応力の計算における安全率は値2であり、プロペラ翼数は値4であり、プロペラ回転数は113rpmであり、プロペラブレード振動数は452cpmである。図4に示す結果からわかるように、ステータフィンのスパンが1.5m程度であれば、強度面ではまず問題ないことがわかる。そして、このようにステータフィンのスパンを1.5m程度にした場合、一般的な油槽船やバルクキャリアといった肥大船のボッシングの寸法を考慮すれば、ボッシングへの取付時にプロペラ軸心からステータフィンのフィン翼端までの長さはプロペラの半径のおよそ70%以下となる。   FIG. 4 shows the calculation result of the bending stress for a predetermined stator fin, and FIG. 5 shows the specifications of the stator fin for which the bending stress was calculated. Here, the safety factor in the calculation of the bending stress illustrated is the value 2, the propeller blade number is the value 4, the propeller rotation speed is 113 rpm, and the propeller blade frequency is 452 cpm. As can be seen from the results shown in FIG. 4, if the span of the stator fin is about 1.5 m, there is no problem in terms of strength. If the span of the stator fin is set to about 1.5 m as described above, the dimensions of the stator fin from the propeller shaft can be reduced when mounting to the boshing, considering the dimensions of the boring of a large ship such as a general oil tank ship or bulk carrier. The length to the fin blade tip is approximately 70% or less of the propeller radius.

このような推進効率の改善度合および強度に関連した検討結果に基づいて、実施例の舶用推進効率改善装置20では、ボッシング15に取り付けたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さdsがプロペラ11の半径dpの70%以下、より好ましくは35%〜70%となるスパンをもつようにステータフィンPn,Snが形成される。更に、実施例の舶用推進効率改善装置20では、ステータフィンPn,Snの迎え角を大きくすると共に揚抗比を良好なものとするために、ステータフィンPn,Snのルート部の長さをプロペラ11の直径の10〜20%とすると共に、フィン翼端の長さをプロペラ11の直径の5〜10%とした。なお、ステータフィンPn,Snをボッシング15に対して溶接固定するとすれば、ステータフィンPn,Snに対する海水の流入速度の上限はおよそ6m/sとなるが、このような条件下でも、1.5m程度のスパンを有するステータフィンPn,Snは、伴流係数(1−Ws)がおよそ0.7であると共に船速がおよそ16〜17knであって外径10m程度のプロペラを有する船舶に対しても適用され得る。   Based on the examination results related to the improvement degree and strength of the propulsion efficiency, the marine propulsion efficiency improvement apparatus 20 according to the embodiment has a length ds from the propeller shaft center to the fin blade tip when attached to the bossing 15. The stator fins Pn and Sn are formed so as to have a span of 70% or less of the radius dp of the propeller 11, more preferably 35% to 70%. Furthermore, in the marine vessel propulsion efficiency improving apparatus 20 of the embodiment, in order to increase the angle of attack of the stator fins Pn and Sn and improve the lift-drag ratio, the length of the root portion of the stator fins Pn and Sn is set to the propeller. 11 to 10 to 20% of the diameter of the fin 11, and the length of the fin blade tip was set to 5 to 10% of the diameter of the propeller 11. If the stator fins Pn and Sn are fixed to the bossing 15 by welding, the upper limit of the inflow speed of seawater to the stator fins Pn and Sn is about 6 m / s. Stator fins Pn and Sn having a span of a degree are suitable for a ship having a propeller having a wake coefficient (1-Ws) of about 0.7 and a ship speed of about 16 to 17 kn and an outer diameter of about 10 m. Can also be applied.

続いて、上述のステータフィンPn,Snの取付角等について説明する。以下の説明において、図2に示すように、プロペラ軸心を含んで鉛直上方に延びる平面と、ステータフィンPn,Snのフィン後縁とプロペラ軸心とを含む平面とのなす角度をステータフィンPn,Snの周方向における取付位置φp1,φP2,…,φS1,φS2、…(deg)という(以下、適宜、取付位置を単に「φ」と称する)。取付位置φは、図2に示すように、船舶10の左舷側については鉛直上方に延びる軸から反時計回りを正とし、船舶10の右舷側については鉛直上方に延びる軸から時計回りを正とする。また、図6に示すように、ステータフィンPn,Snのフィン後縁とプロペラ軸心とを含む平面とステータフィンPn,Snのルート部(ボッシング15の表面)における断面上の翼弦(nose-tail線)とフィン後縁とを含む平面とのなす角度をステータフィンPn,Snの取付角ψ(deg)という。取付角ψは、船舶10の左舷側については船体を左舷側から見たときにプロペラ軸心を基準として時計回りを正とし、船舶10の右舷側については船体を右舷舷側から見たときにプロペラ軸心を基準として時計回りを正とする。更に、図6に示すように、ステータフィンPn,Snの取付角ψとステータフィンPn,Snのフィン翼端における翼弦(nose-tail線)とフィン後縁とを含む平面とのなす角度ψtとの差をステータフィンPn,Snの捩り角γ(deg)という。そして、図7に示すように、ステータフィンPn,Snのフィン後縁とプロペラ軸心とを含む平面とステータフィンPn,Snの任意の径方向位置における断面上の翼弦(nose-tail線)とフィン後縁とを含む平面とのなす角度ψrから当該径方向位置における流体(海水)の流入角βを差し引いた値を迎え角αという。なお、流入角βは、当該径方向位置における軸方向流速、円周方向流速および半径方向流速に基づいて算出することができる。   Next, the mounting angles of the above-described stator fins Pn and Sn will be described. In the following description, as shown in FIG. 2, an angle formed by a plane extending vertically upward including the propeller axis and a plane including the fin trailing edges of the stator fins Pn and Sn and the propeller axis is defined as the stator fin Pn. , Sn in the circumferential direction are referred to as φp1, φP2,..., ΦS1, φS2,... (Deg) (hereinafter, the mounting position is simply referred to as “φ” as appropriate). As shown in FIG. 2, the mounting position φ is positive on the port side of the ship 10 from the axis extending vertically upward, and positive on the starboard side of the ship 10 from the axis extending vertically upward. To do. Further, as shown in FIG. 6, a plane including the fin trailing edges of the stator fins Pn and Sn and the propeller axis, and a chord (nose−) on the cross section at the root portion (surface of the boshing 15) of the stator fins Pn and Sn. The angle formed between the tail line) and the plane including the fin trailing edge is referred to as the mounting angle ψ (deg) of the stator fins Pn and Sn. The mounting angle ψ is positive on the port side of the ship 10 when the hull is viewed from the port side, and the clockwise direction is positive with respect to the propeller axis, and on the starboard side of the ship 10, the propeller is viewed from the starboard side. Clockwise with respect to the axis is positive. Further, as shown in FIG. 6, the angle ψt formed between the mounting angle ψ of the stator fins Pn and Sn and the plane including the chord (nose-tail line) and the fin trailing edge at the fin blade tip of the stator fins Pn and Sn. This difference is called the twist angle γ (deg) of the stator fins Pn and Sn. Then, as shown in FIG. 7, a plane including the fin trailing edges and the propeller shafts of the stator fins Pn and Sn, and a chord on a cross section (nose-tail line) at an arbitrary radial position of the stator fins Pn and Sn. The angle obtained by subtracting the inflow angle β of the fluid (seawater) at the radial position from the angle ψr formed by the plane including the fin and the trailing edge of the fin is referred to as an angle of attack α. The inflow angle β can be calculated based on the axial flow velocity, the circumferential flow velocity, and the radial flow velocity at the radial position.

ステータフィンPn,Snの取付角を決定するにあたって、本発明者らは、肥大船のプロペラ周辺における流れの解析を行い、その結果、ステータフィンPn,Snに対する流体の流入角βに着目するに至った。すなわち、ステータフィンPn,Snが捩られていないとすれば、流入角βとステータフィンPn,Snの迎え角αとの和がステータフィンPn,Snの取付角ψとなることから、流入角βは、揚抗比と密接に関連するステータフィンPn,Snの迎え角αや、ステータフィンPn,Snの取付角ψを決定する重要なファクターとなる。そこで、本発明者らは、ステータフィンPn,Snが存在しない状態における上述した取付位置φごとのボッシング15の表面(ステータフィンPn,Snのルート部)における流体の流入角βを解析により求めた。図8に、取付位置φと流入角βとの関係の解析結果を示す。なお、この解析は例1および2という2隻の船舶について行われ、例1の船舶の諸元は、Cb=0.85,L/B=5.76,B/d=2.85,γA(船尾肥大度)=0.66であり、例2の船舶の諸元は、Cb=0.79,L/B=5.95,B/d=3.32,γA(船尾肥大度)=0.49である。図8に示すように、例1の船舶では、流入角βはおよそ0°〜30°の範囲内の値となり、例1の船舶に比べて痩せた船形を有する例2の船舶では、流入角βはおよそ0°〜20°の範囲内の値となることが判明した。   In determining the mounting angles of the stator fins Pn and Sn, the present inventors have analyzed the flow around the propeller of the enlarged ship, and as a result, focused on the fluid inflow angle β with respect to the stator fins Pn and Sn. It was. That is, if the stator fins Pn and Sn are not twisted, the sum of the inflow angle β and the angle of attack α of the stator fins Pn and Sn becomes the mounting angle ψ of the stator fins Pn and Sn. Is an important factor that determines the angle of attack α of the stator fins Pn and Sn and the mounting angle ψ of the stator fins Pn and Sn that are closely related to the lift-drag ratio. Therefore, the present inventors have obtained the inflow angle β of the fluid by analysis on the surface of the bossing 15 (the root portion of the stator fins Pn and Sn) at each mounting position φ described above in a state where the stator fins Pn and Sn are not present. . FIG. 8 shows the analysis result of the relationship between the mounting position φ and the inflow angle β. This analysis was performed on two ships of Examples 1 and 2. The specifications of the ship of Example 1 were Cb = 0.85, L / B = 5.76, B / d = 2.85, γA. (Stern hypertrophy) = 0.66, and the specifications of the ship of Example 2 are Cb = 0.79, L / B = 5.95, B / d = 3.32, γA (stern hypertrophy) = 0.49. As shown in FIG. 8, in the ship of Example 1, the inflow angle β is a value in the range of approximately 0 ° to 30 °, and in the ship of Example 2 having a thin ship shape as compared with the ship of Example 1, the inflow angle It turned out that (beta) becomes a value within the range of about 0 degree-20 degrees.

ここで、一般的な翼理論を踏まえれば、プロペラ11の正転時にプロペラ翼端が上昇するプロペラ上昇領域(左舷側)に配置されるステータフィンPnについては、揚抗比をより大きくして循環をより大きくするために迎え角αをおよそ10°程度とすることが好ましい。一方、プロペラ11の正転時にプロペラ翼端が下降するプロペラ下降領域(右舷側)については、本発明者らが実験・解析を行った結果、翼理論に基づいて揚抗比を重視するよりも伴流回収を重視し、ステータフィンSnによりプロペラ11に対する流体の流れを良好にプロペラ11の回転方向と逆向きに変換すると共にステータフィンSnの表面で剥離を生じさせてステータフィンSn周りの流体の流速を低下させ、それにより伴流のエネルギを良好に回収することができるよう迎え角αを比較的大きくするとよいことが見い出された。そして、本発明者らの更なる実験・解析の結果、プロペラ下降領域において流れの方向を変化させると共にステータフィンSnの表面で剥離を生じさせるためには、ステータフィンSnの迎え角αをおよそ45°〜60°の範囲、より好ましくは50°程度にすると実用上良好な結果が得られることが判明した。このような観点から、本発明の舶用推進効率改善装置20では、解析により得られた流入角βと上述の好適な迎え角αとに基づいて、ステータフィンPn,Snの取付角ψを定めると共に少なくともプロペラ上昇領域に配置されるステータフィンSnに対して捩り角γを付与することとした。すなわち、本発明では、プロペラ上昇領域のステータフィンPnについては、ルート部からフィン翼端までの間における迎え角αが平均して例えばおよそ10°で概ね一定となるように取付角ψと捩り角γとを定めると共に、特に取付位置φの値が大きくなるプロペラ下降領域のステータフィンSnについては、ルート部からフィン翼端までの間における迎え角αが平均して例えば45°〜60°の範囲内の値(より好ましくは50°)で概ね一定となるように取付角ψを設定することとした。そして、迎え角αをこのような好適な値とするために、取付角ψを20°〜40°の範囲内の値に設定した上で、捩り角γを30°以下の値に設定することとした。また、プロペラ周辺の流れの解析結果より、本発明では、ステータフィンPn,Snの翼端付近における渦の発生を抑制して船舶10の推進効率をより向上させるべく、フィン前縁とフィン翼端とのなす角度θ(図2参照)が45°〜75°となるようにステータフィンPn,Snを形成することとした。   Here, based on general blade theory, the stator fin Pn disposed in the propeller ascending region (port side) where the propeller blade tip rises when the propeller 11 rotates forward is circulated with a higher lift-drag ratio. In order to further increase the angle, it is preferable to set the angle of attack α to about 10 °. On the other hand, as for the propeller descending region (starboard side) where the propeller blade tip descends when the propeller 11 rotates forward, the results of experiments and analysis by the present inventors show that the emphasis is on the lift-drag ratio based on the blade theory. Emphasizing wake recovery, the stator fin Sn converts the flow of fluid to the propeller 11 well in the direction opposite to the rotation direction of the propeller 11, and causes separation on the surface of the stator fin Sn to cause fluid flow around the stator fin Sn. It has been found that the angle of attack α should be relatively large so that the flow velocity can be reduced and thereby the wake energy can be recovered well. As a result of further experiments and analysis by the present inventors, in order to change the flow direction in the propeller descending region and cause separation on the surface of the stator fin Sn, the angle of attack α of the stator fin Sn is set to about 45. It has been found that practically good results can be obtained when the angle is in the range of 60 ° to 60 °, more preferably about 50 °. From such a viewpoint, the marine vessel propulsion efficiency improving apparatus 20 according to the present invention determines the mounting angle ψ of the stator fins Pn and Sn based on the inflow angle β obtained by the analysis and the above-mentioned preferred angle of attack α. The torsion angle γ is given to the stator fin Sn arranged at least in the propeller ascending region. That is, in the present invention, for the stator fin Pn in the propeller ascending region, the mounting angle ψ and the torsion angle so that the angle of attack α between the root portion and the fin blade tip is approximately constant, for example, approximately 10 ° on average. In particular, for the stator fin Sn in the propeller descending region where the value of the mounting position φ is large, the angle of attack α between the root portion and the fin blade tip is, for example, in the range of 45 ° to 60 °. The mounting angle ψ is set so as to be substantially constant at an inner value (more preferably 50 °). In order to set the angle of attack α to such a suitable value, the mounting angle ψ is set to a value within the range of 20 ° to 40 °, and the torsion angle γ is set to a value of 30 ° or less. It was. Further, from the analysis result of the flow around the propeller, in the present invention, in order to suppress the generation of vortices in the vicinity of the blade tips of the stator fins Pn and Sn and to improve the propulsion efficiency of the ship 10, the fin leading edge and the fin blade tip are further improved. The stator fins Pn and Sn are formed so that the angle θ (see FIG. 2) formed by

このような設計指針のもと、本発明者らは、CFD(数値流体力学:Computational Fluid Dynamics)による解析や模型船を用いた水槽試験を行い、複数の舶用推進効率改善装置間における性能比較を行った。図9に複数の舶用推進効率改善装置の諸元および性能比較結果を示す。図9において、例1は、上記例1の船舶への適用を前提とした舶用推進効率改善装置であり、例2は、上記例2の船舶への適用を前提とした舶用推進効率改善装置である。なお、例1の船舶への適用を前提とした舶用推進効率改善装置は、プロペラ上昇領域(左舷側)とプロペラ下降領域(右舷側)とにそれぞれ3枚ずつのステータフィン(P1〜P3およびS1〜S3)を含むものである。また、例2の船舶への適用を前提とした舶用推進効率改善装置は、プロペラ上昇領域(左舷側)に2枚のステータフィン(P2およびP3)を含むと共にプロペラ下降領域(右舷側)に3枚のステータフィン(S1〜S3)を含むものである。また、図9に示す性能評価指標εEHPは、所定条件下(一定船速、一定フルード数等)での舶用推進効率改善装置を備えた例1および例2の船舶(肥大船)における有効馬力(EHP)の計算値を当該船舶から舶用推進効率改善装置を省略した場合の有効馬力の計算値で除した値である。更に、性能評価指標εBHPは、上記所定条件下での舶用推進効率改善装置を備えた例1および例2の船舶における制動馬力(BHP)の計算値を当該船舶から舶用推進効率改善装置を省略した場合の制動馬力の計算値で除した値である。図9の性能比較結果からわかるように、本発明による舶用推進効率改善装置を備えた例1および例2の船舶では、性能評価指標εBHPが値1を下回っており、この点から、本発明による舶用推進効率改善装置は、船舶の推進効率を向上させる上で実用上有効なものであるといえる。また、図9の結果から、ステータフィンPn,Snの取付角ψを20°〜40°の範囲内の値に設定すると共に、流入する流体に対するステータフィンPn,Snの迎え角αをスパン方向において概ね一定とすべく、少なくともプロペラ上昇領域に配置されるステータフィンPnを30°以下の捩り角γをもって流入する流体を整流するように捩ることは、実用上極めて有効であることがわかる。更に、図9の例1のように、船舶によっては、少なくともプロペラ上昇領域に配置されるステータフィンPnに対して、取付角ψよりも小さい捩り角γを付与すると実用上良好な結果が得られることも判明した。   Based on such design guidelines, the present inventors conducted analysis by CFD (Computational Fluid Dynamics) and a tank test using a model ship, and compared performance among a plurality of marine propulsion efficiency improvement devices. went. FIG. 9 shows specifications and performance comparison results of a plurality of marine propulsion efficiency improvement devices. In FIG. 9, Example 1 is a marine vessel propulsion efficiency improving apparatus that is premised on application to the ship of Example 1 above, and Example 2 is a marine vessel propulsion efficiency improving apparatus that is assumed to be applied to the ship of Example 2 above. is there. In addition, the marine vessel propulsion efficiency improving device based on the assumption that the example 1 is applied to a ship has three stator fins (P1 to P3 and S1) in each of a propeller ascending region (port side) and a propeller descending region (star side). To S3). Further, the marine vessel propulsion efficiency improving device that is assumed to be applied to the ship of Example 2 includes two stator fins (P2 and P3) in the propeller ascending region (port side) and 3 in the propeller descending region (star side). This includes a single stator fin (S1 to S3). Further, the performance evaluation index εEHP shown in FIG. 9 is an effective horsepower (in the ship (large ship)) of Examples 1 and 2 equipped with the marine vessel propulsion efficiency improvement device under a predetermined condition (constant ship speed, constant fluid number, etc.). EHP) is a value obtained by dividing the calculated value of effective horsepower when the ship propulsion efficiency improving device is omitted from the ship. Further, the performance evaluation index εBHP omits the calculated value of the braking propulsion efficiency (BHP) in the ships of Example 1 and Example 2 equipped with the marine vessel propulsion efficiency improving device under the predetermined conditions from the vessel. It is the value divided by the calculated value of braking horsepower in the case. As can be seen from the performance comparison results in FIG. 9, in the ships of Examples 1 and 2 equipped with the marine vessel propulsion efficiency improvement device according to the present invention, the performance evaluation index εBHP is below the value 1, and from this point, according to the present invention. It can be said that the marine vessel propulsion efficiency improving device is practically effective in improving the vessel propulsion efficiency. Further, from the result of FIG. 9, the mounting angle ψ of the stator fins Pn and Sn is set to a value within the range of 20 ° to 40 °, and the angle of attack α of the stator fins Pn and Sn with respect to the flowing fluid is set in the span direction. It turns out that it is practically very effective to twist the stator fin Pn arranged at least in the propeller ascending region so as to rectify the inflowing fluid with a torsion angle γ of 30 ° or less so as to be substantially constant. Furthermore, as in Example 1 of FIG. 9, depending on the ship, if a torsion angle γ smaller than the mounting angle ψ is given to the stator fin Pn arranged at least in the propeller ascending region, a practically good result can be obtained. It was also found out.

以上説明したように、上述の舶用推進効率改善装置20では、ボッシング15に取り付けられたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さがプロペラ11の半径の70%以下となるように複数のステータフィンPn,Snが形成される。これにより、ステータフィンPn,Snの強度を充分に確保することが可能となり、ステータフィンPn,Snを溶接によりボッシング15に固定してもステータフィンPn,Snのボッシング15に対する取付強度を充分に確保することができる。また、ステータフィンPn,Snのフィン後縁とプロペラ軸心とを含む平面とステータフィンPn,Snのルート部における断面上の翼弦とフィン後縁とを含む平面とのなす角度をステータフィンの取付角ψとして、取付角ψが20°〜40°となるように複数のステータフィンPn,Snをボッシング15(船体)に配設すれば、プロペラ上昇領域では、揚抗比をより大きくして循環がより大きくなるようにステータフィンPnの迎え角αを設定すると共に、プロペラ下降領域では、ステータフィンSnによりプロペラ11に対する流体の流れを良好にプロペラ11の回転方向と逆向きに変換すると共にステータフィンSnの表面で剥離を生じさせてステータフィンSn周りの流体の流速を低下させることができるようにステータフィンSnの迎え角αを設定することが可能となる。従って、舶用推進効率改善装置20では、ステータフィンPn,Snによりプロペラ11に対する流体の流れを良好にプロペラ11の回転方向と逆向きに変換して推進効率を向上させることが可能となる。この結果、舶用推進効率改善装置20は、低コストかつ容易に施工可能であると共に比較的大型の船舶に極めて好適なものとなる。   As described above, in the above-described marine propulsion efficiency improving device 20, a plurality of lengths from the propeller shaft center to the fin blade tip when attached to the bossing 15 are 70% or less of the radius of the propeller 11. Stator fins Pn and Sn are formed. As a result, the strength of the stator fins Pn and Sn can be sufficiently secured, and the mounting strength of the stator fins Pn and Sn to the boshing 15 can be sufficiently secured even if the stator fins Pn and Sn are fixed to the boshing 15 by welding. can do. In addition, the angle formed by the plane including the fin trailing edge and the propeller axis of the stator fins Pn and Sn and the plane including the chord and the fin trailing edge on the cross section at the root portion of the stator fin Pn and Sn If a plurality of stator fins Pn and Sn are disposed on the boshing 15 (hull) so that the mounting angle ψ is 20 ° to 40 °, the lift-drag ratio is increased in the propeller ascending region. The angle of attack α of the stator fin Pn is set so as to increase the circulation, and in the propeller descending region, the flow of the fluid with respect to the propeller 11 is favorably converted to the direction opposite to the rotation direction of the propeller 11 by the stator fin Sn. In order to reduce the flow velocity of the fluid around the stator fin Sn by causing separation on the surface of the fin Sn, the stator fin Sn The angle of attack α can be set. Therefore, in the marine vessel propulsion efficiency improving device 20, it is possible to improve the propulsion efficiency by converting the flow of the fluid to the propeller 11 favorably in the direction opposite to the rotation direction of the propeller 11 by the stator fins Pn and Sn. As a result, the marine vessel propulsion efficiency improving device 20 can be easily constructed at low cost and is extremely suitable for a relatively large vessel.

更に、少なくともプロペラ上昇領域に配置されるステータフィンPnに対して、30°以下の捩り角γを付与すれば、流入する流体に対するステータフィンPnの迎え角αをスパン方向において概ね一定としてプロペラ11の回転方向と逆向きの流れをより良好に発生させると共に揚抗比をより大きくすることが可能となる。そして、船舶によっては、少なくともプロペラ上昇領域に配置されるステータフィンPnの捻り角γを取付角ψよりも小さくすると、実用上良好な結果を得ることができる。もちろん、すべてのステータフィンPn,Snに対して捩り角γを付与してもよいことはいうまでもない。また、ステータフィンPn,Snのルート部の長さをプロペラ11の直径の10〜20%とすると共に、フィン翼端の長さをプロペラ11の直径の5〜10%とすれば、ステータフィンPn,Snの迎え角αを大きくすると共に揚抗比を良好なものとすることができる。更に、フィン前縁とフィン翼端とのなす角度が45°〜75°となるようにステータフィンPn,Snを形成すれば、ブレードレット(翼端小翼)等を用いることなく、ステータフィンPn,Snの翼端付近における渦の発生を抑制して船舶10の推進効率をより向上させることが可能となる。   Furthermore, if a torsion angle γ of 30 ° or less is given to the stator fin Pn arranged at least in the propeller ascending region, the angle of attack α of the stator fin Pn with respect to the flowing fluid is made substantially constant in the span direction. It is possible to generate a flow in the direction opposite to the rotation direction better and to increase the lift-drag ratio. Depending on the ship, if the twist angle γ of the stator fin Pn disposed at least in the propeller ascending region is smaller than the attachment angle ψ, a practically good result can be obtained. Of course, it goes without saying that the torsion angle γ may be applied to all the stator fins Pn and Sn. Further, if the length of the root portion of the stator fins Pn and Sn is 10 to 20% of the diameter of the propeller 11 and the length of the fin blade tip is 5 to 10% of the diameter of the propeller 11, the stator fin Pn , Sn can be increased in angle of attack and the lift-drag ratio can be improved. Furthermore, if the stator fins Pn and Sn are formed so that the angle between the fin leading edge and the fin blade tip is 45 ° to 75 °, the stator fin Pn can be used without using bladelets (blade tip blades) or the like. , It is possible to further improve the propulsion efficiency of the ship 10 by suppressing the generation of vortices near the tip of Sn.

以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。   The embodiments of the present invention have been described above using the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Needless to say.

本発明は、船舶の製造産業等において利用可能である。   The present invention can be used in the ship manufacturing industry and the like.

本発明の一実施例に係る舶用推進効率改善装置20を備えた船舶10を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the ship 10 provided with the ship propulsion efficiency improvement apparatus 20 which concerns on one Example of this invention. 船舶10の要部拡大斜視図である。1 is an enlarged perspective view of a main part of a ship 10. あるプロペラの後方における流れの計測結果等とに基づいて当該プロペラの各半径方向位置に作用するトルクを導出した結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of having derived the torque which acts on each radial direction position of the said propeller based on the measurement result etc. of the flow in the back of a certain propeller. ステータフィンについての曲げ応力の計算結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the calculation result of the bending stress about a stator fin. 図4に関連した曲げ応力の計算を行ったステータフィンの諸元を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the item of the stator fin which performed the calculation of the bending stress relevant to FIG. 船舶10の要部拡大斜視図である。1 is an enlarged perspective view of a main part of a ship 10. 船舶10の要部拡大斜視図である。1 is an enlarged perspective view of a main part of a ship 10. 取付位置φと流入角βとの関係についての解析結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the analysis result about the relationship between attachment position (phi) and inflow angle (beta). 複数の舶用推進効率改善装置の諸元および性能比較結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the item of several marine propulsion efficiency improvement apparatuses, and a performance comparison result.

符号の説明Explanation of symbols

10 船舶、11 プロペラ、12 舵、15 ボッシング、20 舶用推進効率改善装置、P1,P2,P3,S1,S2,S3 ステータフィン。   10 ship, 11 propeller, 12 rudder, 15 boshing, 20 ship propulsion efficiency improvement device, P1, P2, P3, S1, S2, S3 stator fin.

Claims (7)

推力を発生するプロペラを含む船舶の船体に対して前記プロペラよりも船首側に位置するように放射状に配設される複数のステータフィンからなる舶用推進効率改善装置であって、
前記複数のステータフィンは、前記船体に取り付けられたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さが前記プロペラの半径の35%〜70%となるように形成されると共に、前記ステータフィンのフィン後縁と前記プロペラ軸心とを含む平面と前記ステータフィンのルート部における断面上の翼弦と前記フィン後縁とを含む平面とのなす角度を前記ステータフィンの取付角としたときに、すべてのステータフィンの前記取付角が20°〜40°の範囲の値となるよう前記船体に配設される舶用推進効率改善装置。
A marine vessel propulsion efficiency improvement device comprising a plurality of stator fins radially disposed so as to be located on the bow side of the propeller with respect to a hull of a ship including a propeller that generates thrust,
The plurality of stator fins are formed such that when attached to the hull, the length from the propeller axis to the fin wing tip is 35% to 70% of the radius of the propeller. When the angle formed between the plane including the fin trailing edge and the propeller axis and the plane including the chord on the cross section of the root portion of the stator fin and the fin trailing edge is defined as the mounting angle of the stator fin, A marine vessel propulsion efficiency improving device disposed in the hull so that the mounting angles of all the stator fins are in a range of 20 ° to 40 °.
請求項1に記載の舶用推進効率改善装置において、
前記複数のステータフィンのうち、少なくとも前記プロペラの正転時にプロペラ翼端が上昇するプロペラ上昇領域に配置されるステータフィンは、30°以下の捩り角をもって流入する流体を整流するように捩られている舶用推進効率改善装置。
In the marine vessel propulsion efficiency improvement device according to claim 1,
Among the plurality of stator fins, at least a stator fin disposed in a propeller ascending region where a propeller blade tip rises during forward rotation of the propeller is twisted so as to rectify the flowing fluid with a torsion angle of 30 ° or less. Marine propulsion efficiency improvement device.
請求項1または2に記載の舶用推進効率改善装置において、
前記複数のステータフィンのうち、少なくとも前記プロペラの正転時にプロペラ翼端が上昇するプロペラ上昇領域に配置されるステータフィンは、該ステータフィンの取付角よりも小さい捩り角をもって流入する流体を整流するように捩られている舶用推進効率改善装置。
In the marine vessel propulsion efficiency improvement device according to claim 1 or 2,
Among the plurality of stator fins, at least a stator fin disposed in a propeller ascending region where a propeller blade tip rises during forward rotation of the propeller rectifies fluid flowing in with a twist angle smaller than the mounting angle of the stator fin. A marine propulsion efficiency improvement device that is twisted like so.
請求項1から3の何れか一項に記載の舶用推進効率改善装置において、
前記複数のステータフィンは、ルート部の長さが前記プロペラの直径の10〜20%となると共に、フィン翼端の長さが前記プロペラの直径の5〜10%となるように形成される舶用推進効率改善装置。
In the marine vessel propulsion efficiency improvement device according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of stator fins are formed so that the length of the root portion is 10 to 20% of the diameter of the propeller and the length of the fin blade tip is 5 to 10% of the diameter of the propeller. Propulsion efficiency improvement device.
請求項1から4の何れか一項に記載の舶用推進効率改善装置において、
前記複数のステータフィンは、フィン前縁とフィン翼端とのなす角度が45°〜75°となるように形成される舶用推進効率改善装置。
In the marine vessel propulsion efficiency improvement device according to any one of claims 1 to 4,
The plurality of stator fins are marine propulsion efficiency improving devices formed so that an angle formed between a fin leading edge and a fin blade tip is 45 ° to 75 °.
前記船舶は、肥大船である請求項1から5の何れか一項に記載の舶用推進効率改善装置。   The marine vessel propulsion efficiency improving apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the marine vessel is an enlarged vessel. 推力を発生するプロペラを含む船舶の船体に対して前記プロペラよりも船首側に位置するように放射状に配設される複数のステータフィンからなる舶用推進効率改善装置の施工方法であって、
(a)前記船体に取り付けたときにプロペラ軸心からフィン翼端までの長さが前記プロペラの半径の35%〜70%となるように前記複数のステータフィンを形成するステップと、
(b)前記ステータフィンのフィン後縁と前記プロペラ軸心とを含む平面と前記ステータフィンのルート部における断面上の翼弦と前記フィン後縁とを含む平面とのなす角度を前記ステータフィンの取付角としたときに、すべてのステータフィンの前記取付角が20°〜40°の範囲の値となるように前記複数のステータフィンを前記船体に固定するステップと、
を含む舶用推進効率改善装置の施工方法。

A method for constructing a marine vessel propulsion efficiency improving apparatus comprising a plurality of stator fins radially disposed so as to be located on the bow side of the propeller with respect to a hull of a ship including a propeller that generates thrust,
(A) forming the plurality of stator fins such that when attached to the hull, the length from the propeller axis to the fin blade tip is 35% to 70% of the radius of the propeller;
(B) An angle formed between a plane including the fin trailing edge of the stator fin and the propeller axis and a plane including the chord on the cross section of the root portion of the stator fin and the fin trailing edge of the stator fin. Fixing the plurality of stator fins to the hull so that the mounting angles of all the stator fins are in the range of 20 ° to 40 ° when set as the mounting angles;
A method for constructing a marine propulsion efficiency improving device.

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