JP5196504B2 - 船舶 - Google Patents

Description

本発明は、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶に関する。

従来、推進性能の向上を図った船舶として種々のものが提案されている。
例えば１つのプロペラを有する船舶としては、プロペラの回転軸の延長線上に配置された舵の形状を工夫し、プロペラの旋回流を回収することにより推進性能の向上を図ったものがある（例えば特許文献１参照）。このような従来の船舶は、舵がプロペラの旋回流を回収することにより、舵に前縁推力が発生して、舵の抵抗が低下する。このため、船舶の推進性能を向上させることができる。

また例えば、１つのプロペラを有する船舶の推進性能をさらに向上させるため、互いに反対方向に回転する２つのプロペラを有する船舶（つまり、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶）が提案されている。このような二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶としては、例えば「二重反転プロペラ１は、前方プロペラ２を有する外軸３と、後方プロペラ４を有する内軸５と、外軸３および内軸５をそれぞれ反対方向に等速回転駆動する主機関６と、を有する。外軸３は、これを円筒状に形成してあるもので、船舶本体の船尾部分７に外側軸受８および外側シール９を介してこれを回転可能に設ける。内軸５は、この外軸３の内方に内側軸受１０および内側シール１１を介して反対方向に回転可能に設ける。外軸３、内軸５、外側軸受８および内側軸受１０部分に潤滑油を供給する潤滑油供給機構１２を設けてある。なお、前方プロペラ２および後方プロペラ４に対向してラダーホーン１３および舵板１４を設けてある。」というものがある（特許文献２参照）。このような二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶は、前側プロペラの旋回流を後側プロペラにおいても回収し、また個々のプロペラの単独効率を向上させることにより、推進性能のさらなる向上を図っている。

特開２００５−２４６９９６号公報 特開平８−９１２９４号公報（段落０００３〜０００５、図１８）

近年、地球温暖化対策や輸送コスト削減等により、船舶の省エネルギー化がますます求められている。このため、船舶の省エネルギー化に寄与する推進性能もさらなる向上が望まれている。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶において、従来の二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶よりも推進性能を向上させることが可能な船舶を提供することを目的とする。

本発明に係る船舶は、船首方向から延設された第１駆動軸に接続された前側プロペラ、及び船首方向から延設された第２駆動軸に接続された後側プロペラを有し、前側プロペラ及び後側プロペラを同一回転軸上に配置し、前側プロペラ及び後側プロペラを反対方向に回転駆動させる船舶において、前側プロペラ及び後側プロペラの後方に、前側プロペラ及び後側プロペラの回転軸を挟んで一対の舵が設けられており、前側プロペラ又は後側プロペラのうち、プロペラ直径が大きい方のプロペラのプロペラ直径をＤとすると、一対の舵の間隔Ｌは、０．４８Ｄ≦Ｌ≦０．７Ｄとなっているものである。

発明者らは、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶の推進力のさらなる向上を鋭意検討したところ、二重反転プロペラの回転軸の延長線上に配置された舵が有効に旋回流を回収できていないことを見いだした。換言すると、発明者らは、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶の舵にかかる抵抗が、１つのプロペラを有する船舶の舵にかかる抵抗よりも大きくなることを見いだした。そして、発明者らは、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶に二舵システムを導入し、一対の舵の間隔Ｌを０．４８Ｄ≦Ｌ≦０．７Ｄ（Ｄは、前側プロペラ又は後側プロペラのうち、プロペラ直径が大きい方のプロペラのプロペラ直径）とすることにより、舵にかかる抵抗を抑制し、推進性能のさらなる向上を可能にした。

ところで、従来より、１つのプロペラを有し、このプロペラの回転軸（駆動軸）を挟むように２つの舵が設けられている二舵システムの船舶が存在する。このような二舵システムを採用した船舶は、プロペラの旋回流を舵によって有効に回収できないため、一舵システムを採用した船舶（より詳しくは、１つのプロペラを有し、このプロペラの回転軸の延長線上に１つの舵が設けられている船舶）よりも推進性能が劣ることが知られている。このため、船舶を設計する際、一舵システムと二舵システムの双方を採用することが可能な場合、通常は一舵システムを採用して船舶を設計する。

つまり、通常は、
（１）所望の積荷量を維持しつつ船長を入港可能な寸法とするために船体を肥大化した際、推進性能を犠牲にしても劣化した低速での操作性能を回復したい場合
等、推進性能を劣化させても二舵システムを採用しなければならない場合に、二舵システムが採用されていた。

しかしながら、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶の場合、前側プロペラの旋回流を後側プロペラが回収するため、後側プロペラ後方の流れは、後側プロペラ前方の流れ（つまり前側プロペラの旋回流）よりも直線的な流れとなる。このため、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶の場合（前側プロペラ及び後側プロペラの回転軸の延長線上に１つの舵が設けられた船舶の場合）、１つのプロペラを有した一舵システムの船舶と比べて、舵で旋回流を回収できなくなるために前縁推力が低下する（又は前縁推力が発生しなくなる）。したがって、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶の場合、舵が後側プロペラ後方の流れを大きく受ける（まともに受ける）ため、舵の抵抗が増加する。

そこで、本発明においては、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶に二舵システムを採用することにより、舵を船側方向へずらして舵が受ける後側プロペラ後方の流れを低減し、舵の抵抗を低減している。これにより、本発明は、従来の二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶よりも推進性能をさらに向上させた船舶の提供を可能にした。
二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶に、従来は推進性能を劣化させていた二舵システムを採用することで、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶よりも推進性能を向上させた本発明は、非常に画期的な発明である。

実施の形態に係る船舶を示す側面図である。 実施の形態に係る船舶を示す背面図である。 実施の形態に係る二重反転プロペラ推進器の一例を示す側面断面模式図である。 １つのプロペラを有した一舵システムの船舶における舵抵抗と、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶における舵抵抗と、の比較データである。 二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶における舵抵抗と、二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶（本実施の形態に係る船舶１）における舵抵抗と、の比較データである。 本実施の形態に係る船舶における舵間隔と舵抵抗との関係を示す特性図である。

実施の形態．
図１は、本実施の形態に係る船舶１を示す側面図である。また、図２は、この船舶１の背面図であり、船舶１の船尾を示す図である。
船舶１は、２つのプロペラ（前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１）を備えた二重反転プロペラ推進器１０を搭載した船舶である。船舶１の船体２には船尾にアパーチャー部３が形成されており、二重反転プロペラ推進器１０の前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１は、このアパーチャー部３に配置されている。

二重反転プロペラ推進器１０は、前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１を反対方向に回転させるものである。２つのプロペラを使用することで、前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１のプロペラ荷重度が低減し、前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１の単独効率が向上する。また、前側プロペラ１１の旋回流を後側プロペラ２１が回収し、船舶１の推進性能を向上させている。なお、二重反転プロペラ推進器１０は、前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１が船首側から延設された駆動軸に接続されており、前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１が同一回転軸上に配置されていれば、その構成は任意である。つまり、前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１の駆動軸の配置や支持構造等は、従来より提案されている種々の構成を採用することができる。

図３は、本実施の形態に係る二重反転プロペラ推進器１０の一例を示す側面断面図である。なお図３では、シール部材等の図示を省略している。
前側プロペラ１１は、船体２から船尾方向に延設された（つまり船首側から延設された）駆動軸１２の端部に接続されている。駆動軸１２は、船体２に設けられた軸受１３によって回転自在に支持されており、図示していない駆動源によって回転駆動される。この駆動軸１２は、中空円筒形状をしており、内部には駆動軸２２が挿入されている。駆動軸２２の船尾側端部は駆動軸１２から突出しており、この端部には後側プロペラ２１が接続されている。駆動軸２２は、駆動軸１２の内周部に設けられた軸受２３によって回転自在に支持されている。そして、駆動軸２２は、図示していない駆動源によって、前側プロペラ１１とは逆方向に回転駆動される。

また、本実施の形態に係る船舶１には、船舶１の推進性能を向上させるため、２つの舵（舵３１及び舵３２）を備えた二舵システムが採用されている。これら舵３１及び舵３２は、前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１の後方に、これら前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１の回転軸を挟むように配置されている。より詳しくは、舵３１は、前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１の後方であって、これら前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１の回転軸よりも左舷側に配置されている。また、舵３２は、前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１の後方であって、これら前側プロペラ１１及び後側プロペラ２１の回転軸よりも右舷側に配置されている。

また、本実施の形態では、舵３１と舵３２の間隔Ｌが次式（１）に示す寸法となるように、舵３１及び舵３２を配置している。
Ｌ＝０．７Ｄ…（１）
ここで、Ｄは、前側プロペラ１１又は後側プロペラ２１のうち、プロペラ直径が大きい方のプロペラのプロペラ直径を示す。
なお、本実施の形態では、前側プロペラ１１のキャビテーションによる後側プロペラ２１のエロージョンや振動を回避する目的等により、前側プロペラ１１のプロペラ直径を後側プロペラ２１のプロペラ直径よりも大きくしている。このため、本実施の形態では、式（１）のＤとして、前側プロペラ１１のプロペラ直径を採用している。

舵３１及び舵３２は、舵軸３１ａ及び舵軸３２ａを介して船体２と接続されている。舵軸３１ａ及び舵軸３２ａは図示しない駆動源と接続されており、駆動源によって舵軸３１ａ及び舵軸３２ａを回転させることにより、舵３１及び舵３２の舵角を制御する。

続いて、このように構成された船舶１の推進性能について説明する。
発明者らは、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶の推進力のさらなる向上を鋭意検討した。そして、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶に一舵システム（前側プロペラ及び後側プロペラの回転軸の延長線上に１つの舵が設けられたもの）を採用した場合、１つのプロペラを有した一舵システムの船舶と比べて舵の抵抗が増加することが分かった。

図４は、１つのプロペラを有した一舵システムの船舶における舵抵抗と、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶における舵抵抗と、の比較データである。この図４では、１つのプロペラを有した一舵システムの船舶を「通常プロペラ」と示し、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶を「二重反転プロペラ」と示している。そして、図４は、「二重反転プロペラ」の舵抵抗を基準（１００％）として示している。なお、この図４に示す「二重反転プロペラ」の舵抵抗及び「通常プロペラ」の舵抵抗は、同じ船体形状（船長：３３０ｍ、船幅：６０ｍ、喫水：１９ｍ）を用いてシミュレーションにより求めた値である。

上述のように、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶は、１つのプロペラを有した一舵システムの船舶に比べ、推進性能が向上することが知られている。しかしながら、舵抵抗に着目した場合、図４に示すように、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶における舵抵抗は、１つのプロペラを有した一舵システムの船舶における舵抵抗よりも大きくなっている。より詳しくは、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶における舵抵抗を１００％とした場合、１つのプロペラを有した一舵システムの船舶における舵抵抗は約８５％となっている。

そこで、本実施の形態では、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶に二舵システムを採用することにより、舵抵抗を抑制している。
図５は、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶における舵抵抗と、二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶（本実施の形態に係る船舶１）における舵抵抗と、の比較データである。この図５では、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶を「一舵−二重反転プロペラ」と示し、二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶（本実施の形態に係る船舶１）を「二舵−二重反転プロペラ」と示している。そして、図５は、「一舵−二重反転プロペラ」の舵抵抗を基準（１００％）として示している。なお、この図５に示す「一舵−二重反転プロペラ」の舵抵抗及び「二舵−二重反転プロペラ」の舵抵抗は、図４と同様に、同じ船体形状（船長：３３０ｍ、船幅：６０ｍ、喫水：１９ｍ）を用いてシミュレーションにより求めた値である。また、図５に示す「二舵−二重反転プロペラ」の舵抵抗は、２つの舵（舵３１及び舵３２）の抵抗の和を示している。

図５に示すように、二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶（本実施の形態に係る船舶１）における舵抵抗は、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶における舵抵抗よりも小さくなっている。より詳しくは、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶における舵抵抗を１００％とした場合、二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶（本実施の形態に係る船舶１）における舵抵抗は約８８％となっている。つまり、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶に二舵システムを採用することにより（より詳しくは、さらに、舵３１と舵３２との間隔Ｌを式（１）に示す寸法とすることにより）、舵抵抗を約１２％抑制することができる。換言すると、本実施の形態に係る船舶１（二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶）は、舵３１及び舵３２を船側方向へずらすことにより、舵３１及び舵３２を流れの速いプロペラ後流から遠ざけることができる。

以上、二重反転プロペラ推進器を搭載して二舵システムを採用した本実施の形態に係る船舶１は、二重反転プロペラ推進器１０自体による船舶１の推進性能の向上に加え、舵３１及び舵３２で発生する抵抗（舵抵抗）を低減させることによって船舶１の推進性能をさらに向上させることができる。

また、本実施の形態に係る船舶１は、二舵システムを採用しているため、アパーチャー部３に占める舵３１及び舵３２の船長方向寸法が小さくなる。このため、本実施の形態に係る船舶１は、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶に比べ、積荷量を増加できる効果や船体１の肥大化を抑制できる効果を得ることもできる。

なお、本実施の形態では、舵３１と舵３２の間隔Ｌが式（１）に示す寸法となるように舵３１及び舵３２を配置したが、舵３１と舵３２の間隔Ｌは式（１）に限定されるものではない。舵３１と舵３２の間隔Ｌを式（１）に示す以外の寸法にしても、二重反転プロペラ推進器を搭載した船舶の舵抵抗を抑制することができる。

図６は、本実施の形態に係る船舶における舵間隔と舵抵抗との関係を示す特性図である。この図６は、横軸に舵３１と舵３２の間隔Ｌを示し、縦軸に舵３１及び舵３２にかかる抵抗（舵抵抗）を示している。また、図６では、図５で示した二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶における舵抵抗を１００％として、舵３１及び舵３２にかかる抵抗（舵抵抗）を示している。なお、図６に示した舵３１と舵３２の間隔Ｌは、プロペラ直径Ｄによって無次元化されたものであり、船体形状に関わらず概ね同様の値となる。

図６に示すように、舵３１と舵３２の間隔ＬがＬ＝０．４８Ｄとなったとき、本実施の形態に係る船舶１（二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶）の舵抵抗が、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶の舵抵抗と同じになっていることがわかる。そして、舵３１と舵３２の間隔ＬがＬ＞０．４８Ｄとなったとき、本実施の形態に係る船舶１（二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶）の舵抵抗が、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶の舵抵抗よりも小さくなっていることがわかる。

つまり、舵３１と舵３２の間隔ＬをＬ≧０．４８Ｄとすることにより、本実施の形態に係る船舶１（二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶）の舵抵抗を、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶の舵抵抗以下とすることができる。換言すると、舵３１と舵３２の間隔ＬをＬ≧０．４８Ｄとすることにより、本実施の形態に係る船舶１（二重反転プロペラ推進器を搭載した二舵システムの船舶）の推進性能を、二重反転プロペラ推進器を搭載した一舵システムの船舶の推進性能よりも向上させることができる。

１ 船舶、２ 船体、３ アパーチャー部、１０ 二重反転プロペラ推進器、１１ 前側プロペラ、１２ 駆動軸、１３ 軸受、２１ 後側プロペラ、２２ 駆動軸、２３ 軸受、３１ 舵、３１ａ 舵軸、３２ 舵、３２ａ 舵軸。

Claims (1)

1. 船首方向から延設された第１駆動軸に接続された前側プロペラ、及び船首方向から延設された第２駆動軸に接続された後側プロペラを有し、前記前側プロペラ及び前記後側プロペラを同一回転軸上に配置し、前記前側プロペラ及び前記後側プロペラを反対方向に回転駆動させる船舶において、
   前記前側プロペラ及び前記後側プロペラの後方に、前記前側プロペラ及び前記後側プロペラの回転軸を挟んで一対の舵が設けられており、
   前記前側プロペラ又は前記後側プロペラのうち、プロペラ直径が大きい方のプロペラのプロペラ直径をＤとすると、
   一対の前記舵の間隔Ｌは、
   ０．４８Ｄ≦Ｌ≦０．７Ｄ
   となっていることを特徴とする船舶。

Images