JP5395202B2 - フラップラダー制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、船舶に装備されるフラップラダーに関する。

操船を行うために、船舶の後方には舵が設けられて折り、この種の舵としては、例えば、第３００３０３７号登録実用新案公報に開示のものが知られている。
第３００３０３７号登録実用新案公報に開示のものは、考案名称「ベッカーラダー」に係り、「水流の向きを９０°あるいはそれ以上にも変更できてスラスタとしても使用でき、且つ、プロペラの水流を効率的に受けることができるベッカーラダーを提案する」ことの解決課題において（同公報明細書段落番号０００５参照）、「主舵板の後部にフラップをヒンジ軸によってヒンジ結合し、主舵板をこれに取り付けられる舵軸を中心に回動させるとともに、フラップを舵軸の後方に設けられる位置不動点を中心にヒンジ軸の回りに回動させるベッカーラダーにおいて、主舵板及びフラップの最大転舵角をそれぞれ４５°以上及び９０°以上に設定した」こと等により（同公報実用新案登録請求の範囲請求項１の記載等参照）、「船体の横９０°の方向転換も可能であり、更に、水流を前後反転させることもでき、後進推進力も得、・・・従って、転舵性能が鋭敏であるとともに、スラスタの代わりともなるベッカーラダーを現出でき、フラップがプロペラの後方投影面からはみ出すようなこともなく、フラップを小型化する必要はない。更に、フラップ及び主舵板の後部寄りの断面形状をそれぞれ凹形にしたことにより、主舵板及びフラップは水流に対してより強い反力を受けることになり、方向転換力が大きい」等の効果を奏するものである（同公報明細書段落番号００１６及び００１７参照）。

図５は、同第３００３０３７号登録実用新案公報に開示の考案の実施例を示すベッカーラダーの側面図（図１）である。図５において、符号１１０は、主舵板、１１２は、ヒンジ軸、１１４は、フラップ、１１６は、舵軸、１１８は、舵軸受け、１２０は、リンク機構、１２２は、位置不動点（リンク軸）、１２４は、クロスヘッド、１２６は、ピストン、１２８は、アーム、１３０は、プロペラである（なお、符号は、先行技術であることを明らかにするために、本願出願人において、３桁に変更して説明した。）

このように、ベッカーラダーは、図５に示されるように、主舵板１１０の後部にフラップ（小型の動翼）１１４が設けられて、主舵板１１０の駆動に該フラップ１１４が連動して動いて船舶の操船性を向上させるものであり、第３００３０３７号登録実用新案公報に開示のベッカーラダー（フラップ付舵）は、単純なリンク機構を介して前記フラップ１１４が前記主舵板１１０に連動して駆動し、舵の揚力を増大させる効果を狙ったものである。

ところが、従来のフラップ付舵では、船舶の大洋航海中では直進航行であり、舵は保針のための当て舵として使用され、このような当て舵を行ったときには、抵抗が大きいため、船速低下を招くという問題があった。また、近年の国際的に原油価格の高止まりとＮｏｘ・ＳＯｘ削減などの環境問題に関する規則の強化により、省エネルギー化の要請がトレンドとなっている。

登録実用新案公報：第3003037号

そこで、本願発明は、上記の問題点やトレンドに鑑み、大洋航海中の抵抗を減少することが可能で、かつ、大舵角操船時の必要舵トルクを軽減することが可能なフラップラダー制御方法を提供することを目的とする。

本願請求項１に係る発明は、船舶の主舵板の後端に前記主舵板とは独立した動きをすることが可能なフラップを有するフラップラダーにおいて、前記主舵板に対する前記フラップの動きとして、次の（１）〜（３）の制御モードを有し、少なくともこれらの制御モードのうちのいずれかで前記フラップが回動制御されることを特徴とするフラップラダー制御方法。
（１）船舶が高速で航海する大洋航海中の前記主舵板が直進方向にある場合には、前記フラップのみを０°＜旋回角≦４５°の範囲で駆動するモード。
（２）船舶が高速非常時または低速大舵時の前記主舵板が０°＜旋回角＜４５°範囲にある場合には、前記フラップが前記主舵板の回動方向とは逆方向に０°＜旋回角≦４５°の範囲で駆動するモード。
（３）前記モード（２）において、船舶が低速大舵時の航行状態の前記主舵板が予め定められた最大旋回角左右各４５°に達した場合にのみ前記主舵板の回動方向と逆方向に回動していた前記フラップを前記主舵板の回動方向と同じ旋回方向に０°＜旋回角≦４５°範囲で駆動するモード。
また、本願請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載のフラップラダー制御方法において、前記主舵板の後下端内部に前記フラップを駆動するための駆動源を設け、当該駆動源にて、前記主舵板とともに，または、前記主舵板の操舵とは別途独立にフラップ操舵を可能としたことを特徴とする。
さらに、本願請求項３に係る発明は、前記請求項２に記載のフラップラダー制御方法において、前記駆動源は、電動モータであることを特徴とする。

本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
単純なリンク機構でフラップを駆動するのではなく、主舵板とフラップを別駆動、つまり、フラップを電動モーター駆動とすることにより、大洋航海中の抵抗を減少することが可能という効果を有する。また、大舵角操船時の必要舵トルクを軽減することが可能という効果も有する。

図１（ａ）（ｂ）は、本実施例１に係るベッカーラダーのフラップの動きの概略を示す図、 図２は、本発明に係るフラップラダーを実施するための形態の一実施例であるフラップラダーの実施例２の概略を示す図、 図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施例２に係るフラップラダー１において、前記主舵板４は固定したままで前記フラップ７のみを駆動する場合の動作概略図、 図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施例２に係るフラップラダー１において、前記主舵板４と前記フラップ７を逆方向・同一方向に駆動される場合の動作概略図、 図５は、第３００３０３７号登録実用新案公報に開示の考案の実施例を示すベッカーラダーの側面図である。

本発明に係るフラップラダーを実施するための形態としての実施例を図面に基づき詳細に説明する。

本願発明者は、従来のフラップラダーを工夫した本実施例１に係るフラップラダーを使用して、運航効率の優れた船舶とするために鋭意研究を重ね、次のような検討を行った。
図１（ａ）（ｂ）は、船舶に使用される本実施例１に係るフラップラダーのフラップ１１４の動きの概略を示す図であり、図１（ａ）は、本実施例１に係るフラップラダーのフラップ１１４が主舵板１１０に連動する場合の概略図であり、図１（ｂ）は、本実施例１に係るフラップラダーにおいて当て舵の場合の概略図である。なお、図１において、説明の便宜上、図５に示した同じ部材は同じ符号で示した。

本実施例１に係るフラップラダーにおける前記フラップ１１４の動きについて検討を重ねるうちに、図１に示されるように、本実施例１に係るフラップラダーを従来のフラップラダーのように、前記フラップ１１４の角度が前記主舵板１１０に対して同一方向に約２倍の角度に可動した場合、抵抗増ひいては船速低下の原因となることを知り得た。

そこで、本願発明者は、主舵板１１０とフラップ１１４との角度について，フラップラダーを使用する船舶において、どのような角度であれば、大洋航海中の抵抗を減少することが可能で、また、大舵角操船時には、どのような角度であれば、必要舵トルクを軽減することが可能の試行錯誤を尽くした。
図２は、上記試行錯誤のための一実施例であるフラップラダーの実施例２の概略を示す図である。図２において、符号１は、本実施例２に係るフラップラダー、２は、船体、３は、主舵軸、４は、主舵板、５は、電動モータ、６は、フラップ軸、７は、フラップ、８は、プロペラである。

本実施例２に係るフラップラダー１は、図２に示されるように、前記主舵板４の駆動源とは別に、主舵板４の後下端に配置される前記フラップ７を駆動するための駆動源、すなわち、前記主舵板４の後下端内部に前記フラップ７を駆動するための電動モータ５を設け、この電動モータ５を前記主舵板４の回動とは別個独立に回動させて前記フラップ７が左右の所定角度となるようにしたものである。

すなわち、本実施例２に係るフラップラダー１は、前記主舵板４による操舵とともに、あるいは、主舵板４の操舵とは別途独立に、本実施例２に係るフラップラダー１のみの操舵により、船体操船を可能とするものであり、このように、本来の主舵板４による操舵とともに本実施例２に係るフラップラダー１のフラップ７を操作し、または、本来の主舵板４の操舵とは別途に、独立して、本実施例２に係るフラップラダー１のみの操舵により、次のような船体操船が可能となる。

本来の主舵板４の操舵とは別途独立に、本実施例２に係るフラップラダー１のみの操舵により、例えば、本実施例２に係るフラップラダー１の前記主舵板４が固定されたままで前記フラップ７のみが駆動される場合と、前記主舵板４と前記フラップ７とが逆方向に駆動される場合、または、前記主舵板４と前記フラップ７とが同一の方向に駆動される場合からなる操舵動作ができる。

このフラップ７のみを動かして操舵する場合について、図面に基づいて説明すると以下のものとなる。
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施例２に係るフラップラダー１において、前記主舵板４は固定したままで前記フラップ７のみを駆動する場合の動作概略図であり、図３（ａ）は、前記主舵板４と前記フラップ７とが直線状に駆動される場合を、図３（ｂ）は、前記フラップ７が、前記主舵板４に対して左に駆動される場合を、図３（ｃ）は、前記フラップ７が、前記主舵板４に対して右に駆動される場合を示す。なお、図３に示す符号は、図２に示した同じ部材は同じ符号で示す。

例えば、図３（ａ）に示されるように、本実施例２に係るフラップラダー１において、前記主舵板４を直進方向に固定し、さらに、前記フラップ７も同方向に固定される場合には、これは、前記フラップ７を設けない通常の舵操作と同じであって、大洋航海中のほとんど直進航行に相当し、この場合には、前記主舵板４及び前記フラップ７からなる舵は保針のため当て舵として使用されることとなる。したがって、フラップ７を有しない舵で進行方向を変更しようとするときには、舵は当て舵となり、かなりの抵抗を受け、その結果、船速低下を招くということとなる。

そこで、このような直進航行が主体となるような場合において、若干の方向を変えるためには、図３（b）（c）に示すように、前記主舵板４を直進方向に向けたまま前記フラップ７を右または左に所定角度だけ回動するようにする。つまり、大きな舵全体を駆動するのではなく、前記フラップ７のみを可動させることにより、抵抗減となり、船速低下が低減され、省エネ効果を有する。舵の揚力は低下するが、当て舵のための回頭モーメントは十分に得ることが可能である。

次に、本実施例２に係るフラップラダー１において、前記主舵板４を一定の方向に駆動した場合において、前記フラップ７を同一方向または逆方向に駆動する場合について検討する。
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施例２に係るフラップラダー１において、前記主舵板４と前記フラップ７を逆方向・同一方向に駆動される場合の動作概略図であり、図４（ａ）は、図３（ａ）と同様に、本実施例２に係るフラップラダー１の前記主舵板４と前記フラップ７とが直線状に駆動される、前述してきた直進航行に相当する場合を示す。そして、図４（ｂ）は、本実施例２に係るフラップラダー１の前記主舵板４が左に舵を切られている場合において、当該主舵板４に対して前記フラップ７を逆方向である右に駆動する場合を、図４（ｃ）は、同様に、本実施例２に係るフラップラダー１の前記主舵板４が左に切られている場合において、当該主舵板４に対して、前記フラップ７を同方向である左に駆動するる場合を示す。なお、図４に示す符号も図２に示した同じ部材は同じ符号で示す。

図４（ｂ）から明らかなように、本実施例２に係るフラップラダー１の前記フラップ７を前記主舵板４と逆方向に可動させる（前記主舵板４が左方向であるのに対し前記フラップ７が逆方向（右方向）となる）ことで、前記主舵板４の回転方向にアシストする揚力が発生し、操舵機全体としての必要トルクが低減され、この点で省エネ効果を発揮することとなる。

また、図４（ｃ）から明らかなように、本実施例２に係るフラップラダー１の前記主舵板４が左に切られて，その結果、所定角度（例えば４５°）に達すると、前記フラップ７が前記主舵板４と同一方向に可動するようにすることにより、最終的には、図１（ｂ）に示した従来のフラップ舵１１４と同様の舵角姿勢をとることができ、このように設定する場合には、従来のフラップラダー１１４と同じ操船性能を有することとなり不都合はない。

なお、本実施例２に係るフラップラダー１においては、前記主舵板４の後下端にフラップ７を駆動する電動モータ５を設けたが、これは、従来のように、同様なフラップ１１４を駆動するリンク機構１２０等を介して回動させるものであっても良く、フラップ７駆動の駆動源が主舵板４後下端の電動モータ５に限るものではない。

このような試行錯誤から、本願発明者は、本実施例２に係るフラップラダー１において、前記主舵板４と前記フラップ７の回動角度が次のような３つのモードに設定されるようにすることにより、大洋航行中や高速非常時または低速大舵時にもトルク減を生じない船舶とすることができることを見いだした。
すなわち、本実施例２に係るフラップラダー１の前記電動モータ５の回動動作範囲を次のように制御した。
制御は、本実施例２に係るフラップラダー１の前記電動モータ５の回動動作が図示外操舵室に設けられる操作盤（図示外）等で行われるようにした。

そして、図示外操作盤では次の制御モード１〜制御モード３の３段階の制御モードへの切り替え可能にする駆動舵切替スイッチで行われるようにした。
（１）制御モード１：図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような前記フラップ７のみを駆動可能とするモード。
この制御モード１では、船舶が高速で航海する場合、つまり、大洋航海中は、保針のための当て舵として使用するため、フラップのみを０°〜４５°の範囲で駆動する。このモードでは、舵全体を駆動する場合と比較して、抵抗減を図ることができ、省エネ航行を可能とする。

（２）制御モード２：図４（ｂ）に示すような前記主舵板４と前記フラップ７を逆方向に駆動可能とするモード。
この制御モード２では、船舶が高速非常時または低速大舵時に使用されることを前提とする。つまり、この場合には、本実施例２に係るフラップラダー１の前記主舵板４が０°〜４５°程度の範囲で回動する場合において、後端部の前記フラップ７が、前記主舵板４の回動方向に対して反対方向の０°〜４５°程度の範囲で駆動されることにより、前記主舵板４の回転方向にアシストする揚力を発生させ、この結果、操舵機全体のの必要トルクを低減することができ、船舶が高速非常時または低速大舵時の省エネを図ることができる。

（３）制御モード３：図４（ｃ）に示すような前記主舵板４と前記フラップ７を同一方向に駆動可能とするモード。
この制御モード３では、船舶が低速大舵時等の航行状態の場合を前提とし、本実施例２に係るフラップラダー１の前記主舵板４が予め定められた最大旋回角左右各４５°に達した場合にのみ前記フラップ７を０°〜４５°程度の範囲の正方向（前記主舵板４の回動方向と同じ方向）に回動させることにより、状来のフラップラダーと同一の操船性能を発揮せしめることができる。

本実施例２に係るフラップラダー１の前記電動モータ５の回動動作を上記制御モード１〜制御モード３つの制御範囲に予め制御されるように設定しておいて、この設定範囲に制御可能とする駆動舵切替スイッチ（図示外）を操作することにより、主舵板４のオートパイロットと合わせて、本実施例２に係るフラップラダー１の回動動作もオートパイロットにて制御可能とする。

主舵板とともに，または、主舵板とは別途独立して主舵板の後端に設けるフラップでの操舵を可能としたので、船種を問わず、あらゆる船種において、本願発明に係るフラップラダーを利用できる。

１ フラップラダー
２ 船体
３ 主舵軸
４ 主舵板
５ 電動モータ
６ フラップ軸
７ フラップ
８ プロペラ
１１０ 主舵板
１１２ ヒンジ軸
１１４ フラップ
１１６ 舵軸
１１８ 舵軸受け
１２０ リンク機構
１２２ 位置不動点（リンク軸）
１２４ クロスヘッド
１２６ ピストン
１２８ アーム
１３０ プロペラ

Claims (3)

1. 船舶の主舵板の後端に前記主舵板とは独立した動きをすることが可能なフラップを有するフラップラダーにおいて、
   前記主舵板に対する前記フラップの動きとして、次の（１）〜（３）の制御モードを有し、少なくともこれらの制御モードのうちのいずれかで前記フラップが回動制御されることを特徴とするフラップラダー制御方法。
   （１）船舶が高速で航海する大洋航海中の前記主舵板が直進方向にある場合には、前記フラップのみを０°＜旋回角≦４５°の範囲で駆動するモード。
   （２）船舶が高速非常時または低速大舵時の前記主舵板が０°＜旋回角＜４５°範囲にある場合には、前記フラップが前記主舵板の回動方向とは逆方向に０°＜旋回角≦４５°の範囲で駆動するモード。
   （３）前記モード（２）において、船舶が低速大舵時の航行状態の前記主舵板が予め定められた最大旋回角左右各４５°に達した場合にのみ前記主舵板の回動方向と逆方向に回動していた前記フラップを前記主舵板の回動方向と同じ旋回方向に０°＜旋回角≦４５°範囲で駆動するモード。
2. 前記主舵板の後下端内部に前記フラップを駆動するための駆動源を設け、当該駆動源にて、前記主舵板とともに，または、前記主舵板の操舵とは別途独立にフラップ操舵を可能としたことを特徴とする請求項１に記載のフラップラダー制御方法。
3. 前記駆動源は、電動モータであることを特徴とする請求項２に記載のフラップラダー制御方法。

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