JP5032873B2

JP5032873B2 - ２軸ツインスケグ船

Info

Publication number: JP5032873B2
Application number: JP2007094244A
Authority: JP
Inventors: 校優木村; 正竹谷; 昭彦藤井
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008247322A

Description

本発明は、２軸ツインスケグ船に関し、より詳細には、スケグ内部の上昇流の流れにおいて翼を利用して前進力を得ると共に、スケグ内部の流れを整流してプロペラ面に流入する非対称流れを抑制して、プロペラ起振力を低減することができる２軸ツインスケグ船に関する。

船尾に２つのプロペラを有する２軸船の船尾形状として、プロペラ支持を船体と一体化したスケグにて形成し、スケグ間にトンネル部を有するツインスケグ型の船舶と、プロペラをシャフトブラケットにて支持するシャフトブラケット型の船舶とがある。

この２軸ツインスケグ船においては、スケグより外側の流れは、通常の船舶と同様に、船底側から船側に沿って船尾後方に向かって流れるが、このスケグ間の船底が徐々に船尾方向に向かった上昇しているため、スケグ間の内側の流れは、両側をスケグで囲まれたトンネルの中を通ることになり、このスケグ間の内側の流れは、ビルジ渦が少ない上昇流となる。この上昇流は、スケグの内側は外側に比較して垂直壁に近い形状に形成されているため、比較的揃った流れとなり、流速も比較的速い。一方、スケグの外側の流れは船側形状がスケグ内側よりも複雑であるため、流速も遅くなる。

そのため、スケグの後端のプロペラ面では、スケグ内側から外側への斜流が発生する。この斜流の影響で、プロペラキャビテーション等の問題が生じる。更に、スケグの内側と外側の流れが大きく異なるため、プロペラに流入する流れの非対称性が顕著となり、ベアリング力などプロペラ起振力に悪影響を与えるという問題がある。

このスケグ間の流れとスケグの外側の流れとを考慮して、左右のスケグ部の内外両側に生じる船尾流れをすべて効果に整流すべく、ツインスケグ船の船尾にて、スケグ部の外側と内側の壁面の所要高さ位置に、船尾流れのうちの下降流れを規制するためのフィンを左右方向に張り出すようにそれぞれ設け、且つ上記各スケグ部の内側のフィンの幅が、外側のフィンの幅よりも小さくなるように構成したツインスケグ船の推進性能改善装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このツインスケグ船の推進性能改善装置では、下降流れの規制による船尾流れの整流し、下降流に起因する船尾における圧力損失を回復して船体抵抗を低減し、推進性能の改善を図っているが、ツインスケグ船のスケグ間のトンネル内の上昇流のエネルギーの利用とトンネル内の境界層発達の低減は十分になされていない。また、プロペラの起振力の問題にも触れられていない。
特開２００６−３４１６４０号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排水量型の２軸ツインスケグ船において、スケグ内部の上昇流の流れでフィンを利用して前進力を得ると共に、このフィンによりスケグ内部の流れを整流してプロペラ面に流入する非対称流れを抑制して、プロペラ起振力を低減することができる２軸ツインスケグ船を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の２軸ツインスケグ船は、排水量型の２軸ツインスケグ船のスケグ間に、翼弦の方向が船体の前後方向で船体の左右方向に延びるフィンを、プロペラよりも前方で、かつ、プロペラの回転軸よりも上方のスケグ内の上昇流の流れに対して配置すると共に、前記フィンを右舷スケグから左舷スケグまで連通させ、且つ、前記フィンの船底との離間距離を翼弦長の２０％〜１００％にして形成して構成する。
このフィンは左右方向、即ちフィンの幅方向に関しては水平方向に配置するのが好ましいが、水平方向に対して傾斜していてもよく、また、前進翼や後退翼の形状をしていてもよい。また、必ずしも左右方向は直線状である必要はなく、船尾方向から見たときに曲面形状や多角形形状等であってもよい。

この構成によれば、スケグ内部のビルジ渦が少なく比較的綺麗な上昇流の流れに対して配置されたフィンで安定した揚力を発生させることができるので、この揚力の一部を前進力に利用して推進効率を向上させることができる。

また、トンネル傾斜角が大きくなった場合には、トンネルに沿った正の圧力勾配が大きくなり、そのため境界層がより発達し、船尾での圧力回復が悪化するため粘性圧力抵抗が増加するが、フィンにより低減することができる。

それに合わせて、このフィンによりスケグ内部の流れを整流して、スケグ間のトンネル部からスケグの外側に回り込む流れを抑制できるので、スケグ後端のプロペラに流入する水流の非対称性な流れを対称的な流れに近づけることができる。その結果、プロペラ起振力を低減することができる。

上記の２軸ツインスケグ船において、フィンを右舷スケグから左舷スケグまで連通させて形成する。このフィンを全幅翼で形成すると、スケグ部分でフィンを固定支持できるので、フィンを船底に固定支持するためのストラットが不要になり、抵抗を少なくすることができる。

上記の２軸ツインスケグ船において、フィンを船体の前後方向に関して、プロペラよりも前方に配置して構成すると、先進力を得られると共に、よりプロペラ面に対するフィンの整流効果を高めることができる。

あるいは、上記の２軸ツインスケグ船において、フィンを船体の前後方向に関して、プロペラよりも後方に配置すると、前進力を得られると共に、船尾の流れを整流することができるので、船尾抵抗を減少することができる。

上記の２軸ツインスケグ船において、フィンを複数個配置すると、より適切な場所にフィンを配置することができると共に、１個のフィンの場合よりも、個々のフィンを小さくすることができるので、個々のフィンに作用する力を小さくすることができる。そのため、フィン自体の強度やフィンの支持構造の強度が小さくて済み、構造を単純化できる。

本発明の２軸ツインスケグ船によれば、スケグ内部の上昇流の流れに対して配置されたフィンにより前進力を得て推進効率を向上させることができる。また、このフィンの整流作用によりプロペラに流入する水流の非対称性を抑制して対称流れに近づけてプロペラ起振力を低減したり、あるいは、フィンの整流作用により船尾流れを整流して船尾部分の抵抗を減少することができる。

更に、このフィンを右舷スケグから左舷スケグまで連通させて形成すると、ストラット支持を不要にすることができるので、ストラットで支持する場合よりも、抵抗を少なくできる。

以下図面を参照して本発明に係る２軸ツインスケグ船の実施の形態について説明する。

この２軸ツインスケグ船は、排水量型の船舶であり、バルクキャリヤーやタンカーやＬＮＧ運搬船などが該当する。

図１及び図２に本発明の第１の実施の形態の２軸ツインスケグ船１Ａを示す。この２軸ツインスケグ船１Ａは、スケグ２，２の間のトンネル部に、即ち、２軸ツインスケグ船１Ａのスケグ２，２間に、翼弦の方向が２軸ツインスケグ船１Ａの前後方向で左右方向に延びるフィン１０を配置して構成する。つまり、このフィン１０は、スケグ２、２の間の全長にわたって幅を略水平方向に延ばした全幅翼のフィンとして形成される。また、翼の配置としては単翼配置となる。

このフィン１０は、右舷スケグ２から左舷スケグ２まで連通させて形成し、船底３に接続する中央のストラット１１で支持している。このフィン１０をスケグ２，２に連通させることにより、フィン１０のスケグ２側、即ちフィンの端部側のストラットを省くことができる。そのため、ストラットで支持する場合よりも、抵抗を少なくでき、また、水流の回り込みも防止できる。更に、構造が単純化し、また、ストラットが不要な分だけ軽量化ができる。なお、中央のストラット１１もフィン１０の強度によっては省略することができる。

このフィン１０の翼弦長は、垂線間長Ｌｐｐの０．５％〜３．０％とすることが好ましい。この範囲であると、抵抗及び重量が大きくなり過ぎず、効率的に前進力を得ることができる。０．５％より小さいと得られる前進力が小さくなり、また、３．０％より大きいと重量が増加し、得られる前進力とのバランスから不適当となる。また、船底３との離間距離は翼弦長の２０％〜１００％とすることが好ましい。この範囲であれば、船底３を地面と見立てた地面効果を得ることができ、効率的に推進力を得ることができ、効果的に境界層の発達を低減できる。また、船底３に対する角度、即ち、船底に沿った流れに対する迎角はフィン１０の断面形状によって異なるが、通常の翼形の断面形状の場合にはトンネル傾斜角の−２０°〜＋２０°とすることが好ましい。

なお、図１１に示すように、フィン１０を右舷スケグ２から左舷スケグ２まで連通させずに、両側のストラット１１で支持することもできるが、この場合には、両側のストラット１１の形状や方向を適切なものとすることができれば、プロペラ面における流れをより整流できる。しかし、適切な構成ができないと整流効果が悪化したり、抵抗が増加して得られる前進力が小さくなる。そのため、両側のストラット１１で支持する場合には、このストラット１１の形状や配置には十分な配慮が必要となる。

図３及び図４に本発明の第２の実施の形態の２軸ツインスケグ船１Ｂを示す。この２軸ツインスケグ船１Ｂは、スケグ２，２の間のトンネル部に翼弦の方向が２軸ツインスケグ船１Ｂの前後方向で左右方向に延びるフィン１０を複数，プロペラ４の回転軸４ｃよりも上方に配置して構成する。つまり、このフィン１０は、全幅翼として形成されるが、翼の配置としては多翼配置となる。

この構成によれば、スケグ２、２の間の各部分における流れを効率良く利用することができるので、より大きな前進力を得たり、水流の整流効果をより向上させることができる。また、単翼よりも多翼の方が、個々のフィン１０を小さくすることができるため、個々のフィン１０に作用する力が小さくなる。そのため、個々のフィン１０やその支持構造も構造が単純化し強度面でも楽になる。

図５及び図６に本発明の参考となる２軸ツインスケグ船１Ｃを示す。この２軸ツインスケグ船１Ｃは、スケグ２、２の間のトンネル部に、翼弦の方向が２軸ツインスケグ船１Ｃの前後方向で左右方向に延びるフィン１０を複数、プロペラ４の回転軸４ｃよりも上方に配置して構成する。このフィン１０の一部は、スケグ２、２から片持ち支持され、中央フィンは、ストラット１１で船底３に支持されたＴ型構造で形成される。これらのフィン１０はいずれも、右舷スケグ２から左舷スケグ２まで連通していない。このように、スケグ２、２間の水流や構造的な面を考慮して、Ｔ型翼や、片持ち翼や、両側にストラット１１を有するＵ型翼等の有限幅翼で構成してもよい。なお、ストラット１１で支持する場合には、このストラット１１の抵抗が大きくならないように、ストラット１１の形状を流線形形状に形成するのがよい。

この有限幅翼の構成によれば、少ないフィン１０の幅で、スケグ２、２の間の水流の各部分における流れを利用することができるので、より軽量化できる。なお、図５及び図６では有限幅翼のみで形成したが、スケグ２、２間の水流の状態や構造的な面によっては、図１及び図２等のような全幅翼と図５及び図６のような有限幅翼とを混在させてもよい。

図７及び図８に本発明の第３の実施の形態の２軸ツインスケグ船１Ｄを示す。この２軸ツインスケグ船１Ｄは、スケグ２、２の間のトンネル部の出口近傍に、翼弦の方向が２軸ツインスケグ船１Ｄの前後方向で左右方向に延びるフィン１０を複数、プロペラ４の回転軸４ｃよりも上方に配置して構成する。

このフィン１０は、２軸ツインスケグ船１Ｄの前後方向に関して、プロペラ４の直前に配置される。この配置により、プロペラ４の面内に流入する水流を整流する効果がより大きくなる。図７及び図８では、支持構造が単純化する全幅翼で形成しているが、船舶の左右方向に関してもプロペラ４の近傍のみに配置する片持ち支持の有限幅翼で形成することもできる。なお、片持ち支持では構造的に強度が足りない場合は、有限幅翼の船体中心側にストラットを設けて支持してもよい。

図９及び図１０に本発明の参考となる２軸ツインスケグ船１Ｅを示す。この２軸ツインスケグ船１Ｅは、船舶の前後方向に関して、スケグ２、２の間のトンネル部を出て、プロペラ４よりも後方の舵５の部分に、翼弦長の方向が２軸ツインスケグ船１Ｅの前後方向で左右方向に延びるフィン１０をプロペラ４の回転軸４よりも上方に配置して構成する。このフィン１０は、船尾スポイラーとなり、揚力による前進力を得るという役割と、船尾部分の流れを整流して船尾部分の抵抗を低減するという役割を果たす。

上記の構成の２軸ツインスケグ船１Ａ〜１Ｆによれば、スケグ２、２内部の上昇流の流れに対して配置されたフィン１１に揚力を発生させることができるので、この揚力の一部を前進力に利用して推進効率を向上させることができる。また、このフィン１１によりスケグ２、２内部の流れを整流して、スケグ２、２間のトンネル部からスケグ２、２の外側に回り込む流れを抑制して、スケグ２後端のプロペラ４に流入する水流の非対称性を抑制して対称流れに近づけることができ、プロペラ起振力を低減することができる。

また、上記の２軸ツインスケグ船１Ａ〜１Ｆは、通常の船舶でも効果があるが、方形係数Ｃｂが０．６５〜０．８８で、航海速力Ｖｓがフルード数Ｆｎ換算で０．１２〜０．３５の船舶である場合や垂線間長（Ｌｐｐ）が１００ｍ〜３５０ｍ等の中型船や大きな船舶の場合に特に大きな効果を奏することができる。

この方形係数Ｃｂは、船舶の排水容積をＶとし、船の垂線間長をＬｐｐ、型幅をＢ、型喫水をｄとした時に、Ｃｂ＝Ｖ／（Ｌｐｐ×Ｂ×ｄ）となる無次元の値である。

このフルード数Ｆｎは、船速Ｖｓ（ｍ／ｓ）に関する無次元表示であり、船の垂線間長をＬｐｐ（ｍ），重力加速度をｇ（ｍ／ｓ²）とした時に、Ｆｎ＝Ｖｓ／（ｇ×Ｌｐｐ）^1/2となる無次元の値である。なお、航海速力Ｖｓは、計画速力等と呼ばれることもあるので、ここでも、航海速力の中に計画速力を含むものとする。

本発明に係る第１の実施の形態の２軸ツインスケグ船を示す船尾側から見た図である。本発明に係る第１の実施の形態の２軸ツインスケグ船の船尾形状を示す部分側断面図である。本発明に係る第２の実施の形態の２軸ツインスケグ船を示す船尾側から見た図である。本発明に係る第２の実施の形態の２軸ツインスケグ船の船尾形状を示す部分側断面図である。本発明の参考となる２軸ツインスケグ船を示す船尾側から見た図である。本発明の参考となる２軸ツインスケグ船の船尾形状を示す部分側断面図である。本発明に係る第３の実施の形態の２軸ツインスケグ船を示す船尾側から見た図である。本発明に係る第３の実施の形態の２軸ツインスケグ船の船尾形状を示す部分側断面図である。本発明の参考となる２軸ツインスケグ船を示す船尾側から見た図である。本発明の参考となる２軸ツインスケグ船の船尾形状を示す部分側断面図である。両端をストラット支持したフィンを備えた２軸ツインスケグ船を示す船尾側から見た図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ２軸ツインスケグ船
２スケグ
３船底
４プロペラ
４ｃプロペラの回転軸
５舵
１０フィン
１１ストラット

Claims

排水量型の２軸ツインスケグ船のスケグ間に、翼弦の方向が船体の前後方向で船体の左右方向に延びるフィンを、プロペラよりも前方で、かつ、プロペラの回転軸よりも上方のスケグ内の上昇流の流れに対して配置すると共に、前記フィンを右舷スケグから左舷スケグまで連通させ、且つ、前記フィンの船底との離間距離を翼弦長の２０％〜１００％にして形成した２軸ツインスケグ船。