JP5161248B2

JP5161248B2 - 船舶用方向舵

Info

Publication number: JP5161248B2
Application number: JP2010034521A
Authority: JP
Inventors: チャンペジン; ユンボクチョイ
Original assignee: デウシップビルディングアンドマリーンエンジニアリングカンパニーリミテッド
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2030-02-19
Also published as: KR200447816Y1; EP2272751A3; EP2272751B1; CN101948006A; EP2272751A2; CN104627347A; ES2393657T3; JP2011016512A; DK2272751T3

Description

本発明は、船舶用方向舵に関する。

一般に、船舶には移動方向を調整するためにプロペラの後方に方向舵が設けられ、この船舶の方向舵は、プロペラによって引き起こされる（induced）回転入射流に置かれる。この入射流によってプロペラの軸線を中心に上下位置に応じて方向舵の左右側圧力がそれぞれ異なって形成される。船舶の後方から見るとき、右ネジ方向に回転するプロペラにより、方向舵で発生する圧力分布は、方向舵の左側上部と右側下部では圧力面（pressure side）が形成され、方向舵の右側上部と左側下部では吸込面（suction side）が形成される。この方向舵面の非対称な圧力分布特性によって、高速（２０Ｋｎｏｔｓ以上）のまたは高負荷のプロペラを装着した船舶の方向舵が左右対称の断面を有す場合、吸込面が形成される方向舵の部位でキャビテーションによる浸食損傷が発生してきた。この方向舵のキャビテーションの浸食損傷を最小化させるために、プロペラの軸線を中心に方向舵の上部翼及び下部翼の前の部分である前縁部（leading edge part）を、プロペラによって引き起こされる回転入射流方向の反対方向に偏向するように一定角度捩れた形状に形成した非対称方向舵が開発された。即ち、従来の非対称方向舵は、船舶の後方から見るとき、プロペラが方向舵を中心に右ネジ方向に回転する場合、プロペラの軸線を中心に方向舵の上部翼の前縁部及び下部翼の前縁部がそれぞれ左舷と右舷に捩れている。この構造は、方向舵の前縁部がプロペラの軸線を中心にずれた形状をとる。これにより、プロペラの一方向（右ネジ方向）の回転運動により一方向に回転する後流が方向舵に入射されて作用する非対称圧力を相殺させることが可能であり、既存の対称型方向舵の問題を解決できた。

しかし、この方向舵は、プロペラの軸線を中心に上部翼の前縁部及び下部翼の前縁部が左右に捩れることによる不連続断面が存在するので、構造的剛性確保のために剪断板（scissors plate）を設けなければならない。また、前記不連続断面を有する非対称方向舵の場合、プロペラのハブボルテックス（hub vortex）により前縁部及び剪断板の不連続面に浸食を引き起こすキャビテーションが発生する問題があった。

また、不連続面が１つである従来の方向舵の場合、１つの剪断板により捩れや剪断荷重に対抗しなければならない問題があった。

また、プロペラの軸線を中心に不連続の非対称部を有する従来の方向舵の場合、前縁部の全区間が非対称の形状を有しているので、製作過程で生産性が落ちる問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためのもので、プロペラの一方向の回転運動により一方向に回転する後流が方向舵に入射されて作用する非対称圧力が方向舵に及ぼす影響を最小化させつつ、非対称方向舵の前縁部の不連続面でキャビテーション損傷が発生するのを防止することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明の一態様は、船舶後尾のプロペラ後方に設けられて船舶の移動方向を調整する船舶用方向舵において、前記方向舵は、前記プロペラの軸線周囲に位置する中間部翼と、前記中間部翼の上部及び下部に位置する上部翼及び下部翼を備え、前記中間部翼は、前記プロペラの軸線及び前記方向舵の垂直中心線を通る平面に対して左右対称の形状に形成された前縁部を有し、前記上部翼は、前記プロペラの逆回転方向に偏向するように前記プロペラの軸線及び前記方向舵の垂直中心線を通る平面に対して捩れた形状に形成された前縁部を有し、前記下部翼は、前記プロペラの正回転方向に偏向するように前記プロペラの軸線及び前記方向舵の垂直中心線を通る平面に対して捩れた形状に形成された前縁部を有し、前記中間部翼の前縁部は、前記上部翼の前縁部及び前記下部翼の前縁部と交わる部分で、前記上部翼と前記下部翼が捩れた方向の側面では前記上部翼の前縁部及び前記下部翼の前縁部とそれぞれ段差を形成せず、捩れた方向と反対の側面では前記上部翼の前縁部及び前記下部翼の前縁部とそれぞれ段差を形成することを特徴とする。

また、船舶の後方から前記プロペラを見るとき、前記プロペラの正回転方向が時計回り方向である場合、前記上部翼の前縁部及び前記下部翼の前縁部は、前記プロペラの軸線を中心にそれぞれ左舷と右舷に捩れることが望ましい。

また、前記上部翼の前縁部及び下部翼の前縁部は、前記プロペラの軸線及び前記方向舵の垂直中心線を通る平面に対してそれぞれ２〜８゜の角度に捩れることが望ましい。

また、前記方向舵の前記上部翼の前縁部及び下部翼の前縁部は、前記プロペラの軸線及び方向舵の垂直中心線を通る平面に対して曲線的に捩れることが望ましい。

また、前記中間部翼の垂直長は、前記プロペラの直径の１５〜３０％に対応する長さであることが望ましい。

また、前記中間部翼の前縁部は、流線形状の丸みを帯びた断面を有することが望ましい。

また、前記方向舵の前記上部翼の前縁部及び下部翼の前縁部は、その側面が前記方向舵の厚さ方向の最大範囲を逸脱しないように捩れた角度を形成することが望ましい。

また、前述した目的を達成するために、本発明の他の態様は、船舶後尾のプロペラ後方に設けられて船舶の移動方向を調整する船舶用方向舵において、前記方向舵は上部翼、中間部翼及び下部翼に分けられ、前記中間部翼の前縁部は前記プロペラの軸線を中心に左右対称の断面を有し、前記上部翼の前縁部及び前記下部翼の前縁部はそれぞれ前記プロペラの軸線を中心に前記プロペラの逆回転方向及び正回転方向に捩れることを特徴とする。

前述した本発明の船舶用方向舵によれば、方向舵の上部翼の前縁部及び下部翼の前縁部がプロペラの軸線を中心に捩れるように構成されつつも、プロペラの軸線周囲に形成される中間部翼の前縁部がプロペラの軸線を中心に左右対称の形状に形成されているので、プロペラの一方向の回転運動により一方向に回転する後流が方向舵に入射されて作用する非対称圧力が方向舵に及ぼす影響を最小化させることができる。また、プロペラのハブで発生したボルテックスにより方向舵の上部翼の前縁部及び下部翼の前縁部のずれた部位の不連続面の周囲表面に浸食を引き起こすキャビテーションが発生するのを最小化させることができる効果がある。

また、不連続部が２カ所に分かれているので、捩れや剪断荷重を分散させる効果がある。

また、中間部翼の前縁部が左右対称の形状を有するので、方向舵の前縁部の全区間が非対称の形状部を有した従来のものに比べて製作過程で生産性を高めることができる。

本発明の実施形態に係る船舶用方向舵を備える船舶の一部側面図である。本発明の実施形態に係る船舶用方向舵の斜視図である。本発明の実施形態に係る船舶用方向舵を船舶の前方から見た正面図である。本発明の実施形態に係る船舶用方向舵の平断面図である。

以下、添付した図面を参照として本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は本発明の実施形態に係る船舶用方向舵を備える船舶の一部側面図であり、図２は本発明の実施形態に係る船舶用方向舵の斜視図であり、図３は本発明の実施形態に係る船舶用方向舵を船舶の前方から見た正面図であり、図４は本発明の実施形態に係る船舶用方向舵の平断面図である。図示した通り、本実施形態に係る船舶用方向舵４は、船舶１の後尾のプロペラ２の後方に設けられて船舶１の移動方向を調整するものである。

本実施形態では、方向舵４としてフルスペードラダー（full-spade rudder）を例に挙げて説明している。方向舵４は、船舶１の後尾に設けられたラダートランク（rudder trunk）３に設けられている。図１は方向舵をラダートランクに設けた状態で示したものであって、図２〜４はラダートランクを省略して方向舵のみを示したものである。

近年、フルスペードラダーが大型船舶の方向舵として開発され、用いられている。

フルスペードラダーは、その上部に舵軸（rudder stock）が形成されており、船舶の後尾に設けられたラダートランクの下部に舵軸がベアリングを介して挿入され、回転可能に支持されるように構成されている。このフルスペードラダーの構成は公知の技術なので、図１ではフルスペードラダーの構成について詳細に示してはいない。

本発明の実施形態に係る船舶用方向舵４は、プロペラ２の軸線Ｌ１の周囲に位置する（形成される）部分である中間部翼４ａと、この中間部翼４ａの上下に位置する上部翼４ｂ及び下部翼４ｃとに分けられる。また、中間部翼４ａ、上部翼４ｂ及び下部翼４ｃのそれぞれは、方向舵４の前の部分である前縁部４１ａ、４１ｂ、４１ｃと方向舵４の後ろの部分である後縁部（trailing edge part）４２ａ、４２ｂ、４２ｃに分けられる。図２〜４に示した通り、本明細書で前縁部４１ａ、４１ｂ、４１ｃは最大厚の幅方向中心線Ｌ３を基準に方向舵４の前方部分を指し、後縁部４２ａ、４２ｂ、４２ｃは最大厚の幅方向中心線Ｌ３を基準に方向舵４の後方部分を指す。

図３を参照すると、プロペラ２の軸線Ｌ１は点で表示される。方向舵４の垂直中心線Ｌ２は、方向舵４を垂直に通過する幅方向中心線であって、プロペラ２の軸線Ｌ１及び最大厚の幅方向中心線Ｌ３と交差する線である。

本発明の船舶用方向舵４によると、中間部翼４ａは、その前縁部４１ａがプロペラ２の軸線Ｌ１及び方向舵４の垂直中心線Ｌ２を通る平面に対して左右対称の形状に形成される。上部翼４ｂは、その前縁部４１ｂがプロペラ２の逆回転方向に偏向するように、プロペラの軸線Ｌ１及び方向舵の垂直中心線Ｌ２を通る平面に対して一定角度捩れた形状に形成される。ここで、プロペラの正回転方向は船舶が前進するときのプロペラの回転方向であり、プロペラの逆回転方向は船舶が後進するときのプロペラの回転方向である。

より詳細には、船舶の後方から見て前記プロペラ２の正回転方向が時計回り方向である場合、上部翼４ｂの前縁部４１ｂと下部翼４ｃの前縁部４１ｃは、プロペラ２の軸線Ｌ１を中心にそれぞれ左舷と右舷に捩れる。

プロペラ２の軸線Ｌ１を中心に方向舵４の上部翼４ｂの前縁部４１ｂ及び下部翼４ｃの前縁部４１ｃが一定角度捩れる場合には、上部翼４ｂの前縁部４１ｂ及び下部翼４ｃの前縁部４１ｃがそれぞれ左舷と右舷に捩れてこそ、プロペラの一方向（右ネジ方向）の回転運動により一方向に回転する後流が方向舵に作用する非対称圧力を相殺させることができる。

中間部翼４ａの垂直長は、プロペラ２の直径の１５〜３０％に対応する長さであることが望ましい。

また、図４に示した通り、方向舵４の上部翼４ｂの前縁部４１ｂと下部翼４ｃの前縁部４１ｃとは、プロペラ２の軸線Ｌ１及び方向舵４の垂直中心線Ｌ２を通る平面に対してそれぞれ２〜８゜の角度α、βに捩れたことが望ましい。ここで、捩れ角度αと捩れ角度βとは、互いに同一の角度に形成することもでき、互いに異なった角度に形成することもできる。

また、本実施形態では、図４に示した通り、方向舵４の上部翼４ｂ及び下部翼４ｃの断面で前縁部４１ｂ、４１ｃは方向舵の垂直中心線Ｌ２が通る点から、プロペラ２の軸線Ｌ１及び方向舵４の垂直中心線Ｌ２を通る平面上の直線に対し、それぞれ一定角度に捩れている。

本実施形態では、方向舵４の上部翼４ｂの前縁部４１ｂ及び下部翼４ｃの前縁部４１ｃが、プロペラ２の軸線Ｌ１及び方向舵４の垂直中心線Ｌ２を通る平面に対して直線的に捩れたものとして例示したが（図３参照）、プロペラ２の軸線Ｌ１及び方向舵４の垂直中心線Ｌ２を通る平面に対して曲線的に捩れて非対称の断面を形成することもできる。

また、本実施形態で、中間部翼４ａの前縁部４１ａは、上部翼４ｂの前縁部４１ｂ及び下部翼４ｃの前縁部４１ｃと交わる部分において、上部翼４ｂと下部翼４ｃとが捩れた方向の側面では上部翼４ｂの前縁部４１ｂ及び下部翼４ｃの前縁部４１ｃとそれぞれ段差を形成せず、捩れた方向の反対の側面では上部翼４ｂの前縁部４１ｂ及び下部翼４ｃの前縁部４１ｃとそれぞれ段差を形成する。

また、本実施形態では、中間部翼４ａの前縁部４１ａが流線形状の丸みを帯びた断面を有するものとして例示している。船舶用方向舵でプロペラハブボルテックスの影響を減らせる方案として、丸みを帯びた（ｂｌｕｎｔ）前縁部を有する断面を採用することが効果的なのは、既にいくつかのキャビテーション観測試験を通じてよく知られている事実であるが、船舶用方向舵固有の目的のために適当にとがった（ｓｈａｒｐ）前縁部を有する断面が採用されてきた。本実施形態では、プロペラハブボルテックスの影響を受ける中間部翼４ａのみ前縁部４１ａに流線形状の丸みを帯びた断面を採用して効果を極大化した。

本実施形態では、方向舵４の上部翼４ｂの前縁部４１ｂ及び下部翼４ｃの前縁部４１ｃは、プロペラ２の軸線Ｌ１及び方向舵４の垂直中心線Ｌ２を通る平面に対して一定角度捩れて構成されながらも、プロペラ２の軸線Ｌ１周囲に形成される中間部翼４ａの前縁部４１ａは、プロペラ２の軸線Ｌ１及び方向舵４の垂直中心線Ｌ２を通る平面に対して左右対称の形状に形成されている。従って、プロペラ２の一方向の回転運動により一方向に回転する後流が方向舵４に入射されて作用する非対称圧力が、方向舵４に及ぼす影響を最小化させることができる。また、プロペラ２のハブ２ａで発生したボルテックスにより、方向舵４の上部翼４ｂの前縁部４１ｂ及び下部翼４ｃの前縁部４１ｃのずれた部位の不連続面の周囲表面に浸食を引き起こすキャビテーションが発生するのを最小化させることができる。

また、本実施形態では、不連続部が２カ所に分かれているので、捩れや剪断荷重を分散させることができる。

また、本実施形態では、中間部翼４ａの前縁部４１ａが左右対称の形状を有するので、方向舵の前縁部の全区間が非対称の形状部を有した従来のものに比べて製作過程で生産性を高めることができる。

以上では、本発明を特定の実施形態を中心として説明したが、本発明の趣旨及び添付の特許請求の範囲内で多様な変形、変更または修正が当該技術分野で可能である。従って、前述した説明及び図面は、本発明の技術思想を限定するものではなく、本発明を例示するものと解釈しなければならない。

Claims

船舶後尾のプロペラ後方に設けられて船舶の移動方向を調整する船舶用方向舵において、
前記方向舵は、前記プロペラの軸線周囲に位置する中間部翼と、前記中間部翼の上部及び下部に位置する上部翼及び下部翼とを備え、
前記中間部翼は、前記プロペラの軸線及び前記方向舵の垂直中心線を通る平面に対して左右対称の形状に形成された前縁部を有し、
前記上部翼は、前記プロペラの逆回転方向に偏向するように前記プロペラの軸線及び前記方向舵の垂直中心線を通る平面に対して捩れた形状に形成された前縁部を有し、
前記下部翼は、前記プロペラの正回転方向に偏向するように前記プロペラの軸線及び前記方向舵の垂直中心線を通る平面に対して捩れた形状に形成された前縁部を有し、
前記中間部翼の前縁部は、前記上部翼の前縁部及び前記下部翼の前縁部と交わる部分において、前記上部翼と前記下部翼が捩れた方向の側面では前記上部翼の前縁部及び前記下部翼の前縁部とそれぞれ段差を形成せず、捩れた方向と反対の側面では前記上部翼の前縁部及び前記下部翼の前縁部とそれぞれ段差を形成し、
前記中間部翼の垂直長は、前記プロペラの直径の１５〜３０％に対応する長さであることを特徴とする船舶用方向舵。
船舶の後方から前記プロペラを見るとき、前記プロペラの正回転方向は時計回り方向であり、前記上部翼の前縁部及び前記下部翼の前縁部は、前記プロペラの軸線を中心にそれぞれ左舷と右舷に捩れたことを特徴とする請求項１に記載の船舶用方向舵。
前記上部翼の前縁部及び下部翼の前縁部は、前記プロペラの軸線及び前記方向舵の垂直中心線を通る平面に対してそれぞれ２〜８゜の角度に捩れたことを特徴とする請求項２に記載の船舶用方向舵。
前記方向舵の前記上部翼の前縁部及び下部翼の前縁部は、前記プロペラの軸線及び方向舵の垂直中心線を通る平面に対して曲線的に捩れたことを特徴とする請求項２に記載の船舶用方向舵。
前記中間部翼の前縁部は、流線形状の丸みを帯びた断面を有することを特徴とする請求項１に記載の船舶用方向舵。
前記方向舵の前記上部翼及び下部翼の各前縁部の側面が、前記方向舵の厚さ方向の最大範囲を逸脱しないように捩れ角度を形成することを特徴とする請求項３に記載の船舶用方向舵。