JP5477618B2 - Ship and stern shape design method - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば、船舶及び船尾形状の設計方法に係り、特に船舶の推進効率を向上させる船舶及び船尾形状の設計方法に関する。 The present invention relates to, for example, a ship and stern shape design method, and more particularly to a ship and stern shape design method for improving the propulsion efficiency of the ship.
近年、船舶分野においても燃料代の高騰やエネルギー、環境問題の高まりから各種の省エネルギー方法が検討されている。船舶の運航方法や港湾等のインフラを除く船舶そのものの省エネルギーとしては機関の効率アップや船型の改良がある。この船型の改良の一環として船尾におけるプロペラ等の推進器とこの推進器に関連して周辺の船型を工夫したいくつかの先行技術が存在する。 In recent years, various energy-saving methods have been studied also in the marine field due to soaring fuel costs, increasing energy and environmental problems. The energy saving of the ship itself, excluding the ship operation method and infrastructure such as harbors, includes improving the efficiency of the engine and improving the hull form. As part of this ship shape improvement, there are several prior arts that devise a propeller such as a propeller at the stern and a peripheral ship shape related to this propulsion device.
特許文献1は、ツイン・スケグを備えた船舶において、そのスケグ下部を船体の中央線から外側に折曲させることにより、スケグ部の抵抗を低減し、航行時の推進性能を向上させることができるとする技術的思想を開示する。
しかし、この技術的思想では単純に、スケグ形状の工夫により船舶の推進時の船尾上昇流を利用した推進力の向上とスケグ部の抵抗を低減させるということを目して思考されているのみで、船舶の推進効率の向上を念頭においているものではない。 However, in this technical idea, simply thinking about improving the propulsive force using the stern upward flow during ship propulsion and reducing the resistance of the skeg part by devising the skeg shape. It is not intended to improve ship propulsion efficiency.
特許文献2は、ツイン・スケグを備えた船舶において、各スケグの後方の左右に水平方向のフィンを設置することにより、各スケグ部の内外両側に生じる船尾流れのうちの上昇流を遮ることなく下降流を弱めるように整流させ、下降流に起因する圧力損失を低減させて船体抵抗を低減させることができるとする技術的思想を開示する。 Patent Document 2 discloses that in a ship equipped with twin skegs, by installing horizontal fins on the left and right sides of each skeg, without blocking the upward flow of the stern flow generated on both the inside and outside of each skeg part. A technical idea is disclosed in which rectification is performed so as to weaken the downward flow, and the pressure loss due to the downward flow can be reduced to reduce the hull resistance.
しかしこの技術的思想は、船尾流れの下降流の整流による船体の圧力損失を低減させる思想であり、船舶の推進効率の向上に関したものではない。 However, this technical idea is an idea to reduce the pressure loss of the hull due to the rectification of the downflow of the stern flow, and is not related to the improvement of the propulsion efficiency of the ship.
特許文献3は、船舶の推進器を構成するスクリュープロペラの前方に垂直方向に設けられた取付ケースの側面後部の片面を、スクリュープロペラの翼の傾き方向と同方向に傾くテーパー面に形成したことにより、高速回転するスクリュープロペラを避けてその外周側を流れていた水流を、スクリュープロペラの前方に設けられた取付ケースの側面後部に形成されたテーパー面によってその流れを変えて、スクリュープロペラの回転の逆方向からスクリュープロペラに向けて圧縮された水を送り込むことができるとする技術的思想を開示する。この送り込まれた水によって、スクリュープロペラの空掻きに近い状態を解消して、回転するスクリュープロペラは後方への排出量を増加させ、これによって、船舶の推進効率を高めることができ、ひいては燃費の改善にも寄与することができるとするものである。 In Patent Document 3, one side of the rear side surface of the mounting case provided in the vertical direction in front of the screw propeller constituting the marine vessel propeller is formed into a tapered surface that is inclined in the same direction as the inclination direction of the wing of the screw propeller. By rotating the screw propeller, the water flow that flowed around the outer periphery of the screw propeller while rotating at high speed is changed by the tapered surface formed on the rear side of the side surface of the mounting case provided in front of the screw propeller. The technical idea that the compressed water can be sent toward a screw propeller from the reverse direction of this is disclosed. This pumped water eliminates the situation near the screw propeller's air scraping, and the rotating screw propeller increases the backward discharge amount, thereby improving the propulsion efficiency of the ship, and thus fuel efficiency. It can also contribute to improvement.
しかし、この思想は、スクリュープロペラ14の前方に位置する取付ケース13の存在により生じるスクリュープロペラ14を避ける流れによる推進効率の低下を、少しでも軽減しようとする工夫以上のものではなく、真に船舶の推進効率を高めるものではない。 However, this idea is not more than a device for reducing the propulsion efficiency caused by the flow avoiding the screw propeller 14 caused by the presence of the mounting case 13 positioned in front of the screw propeller 14, and is truly a ship. It does not increase the propulsion efficiency.
特許文献4は、高速艇においてプロペラ羽根が水中にある下半分側で推力を発生させる場合が多く、流速の遅いスケグの後流がプロペラ軸を含む面内を中心に発生している為、十分な推力が発生せず、かつ、プロペラ回転反力が十分に吸収できない欠点がある点を、強度の高い材料で作った薄い組立て式スケグをプロペラ軸を含む面から偏心させて取り付けることによって改善するとする技術的思想を開示している。 In Patent Document 4, in high-speed boats, the propeller blades often generate thrust on the lower half side underwater, and the wake behind the slow-flow skeg is generated around the plane including the propeller shaft. The point that there is a disadvantage that thrust does not occur and propeller rotation reaction force cannot be absorbed sufficiently is improved by attaching a thin prefabricated skeg made of high-strength material eccentric from the plane including the propeller shaft. The technical idea is disclosed.
しかし、特許文献4は用途として高速艇を前提としており、プロペラの上半分の面が水面から出ているということを念頭においているため、スケグを備えた一般の運搬用途の船舶に関する本願発明とは技術的分野及び課題を異にする。すなわち駆動軸のハウジングの下側17の影響を考慮したものではなく、略半分が水中に存在する歯車箱のケーシング20の影響による効率低下の対策を取ったものではない。また、単純にプロペラに当たる水流の量を増やすということが企図されているため、プロペラの回転方向と流れの接触の仕方といったことに関しては全く考察が見られず、真に船舶の推進効率を高めるものではない。この点で本願発明の意図するところ、課題とするところとは異にする。 However, Patent Document 4 assumes a high-speed boat as an application, and keeps in mind that the upper half surface of the propeller protrudes from the surface of the water. Different target areas and issues. That is, it does not take into account the influence of the lower side 17 of the housing of the drive shaft, and does not take measures to reduce the efficiency due to the influence of the casing 20 of the gear box in which approximately half is present in water. In addition, since it is intended to simply increase the amount of water flow hitting the propeller, no consideration is given to the propeller rotation direction and the flow contact method, and it really increases the propulsion efficiency of the ship. is not. In this respect, the present invention is intended to be different from the subject.
特許文献5は、船舶の進行に伴って左右一対の逆回転縦渦をプロペラ面に生じる一軸船舶において、そのプロペラシャフト配置による影響以外は左右対称性を維持した船尾外形構造と、右回転プロペラの場合には右側へ、左回転プロペラの場合は左側へ、船体中心線から偏った位置に回転中心を配置したプロペラとを備えていて、前記プロペラは前記左右一対の縦渦の両方からプロペラ回転方向とは逆向きの水流を前記回転中心の両側でそれぞれ獲得するように構成したオフセンターシャフト付き船舶に関する技術的思想を開示している。 Patent Document 5 describes a stern outline structure that maintains left-right symmetry except for the influence of the propeller shaft arrangement in a uniaxial ship that generates a pair of left and right counter-rotating longitudinal vortices on the propeller surface as the ship advances, A propeller having a center of rotation arranged at a position deviated from the hull center line, and the propeller rotates in the direction of propeller rotation from both the pair of left and right vertical vortices. The technical idea about the ship with an off-center shaft constituted so that the water flow in the opposite direction to each may be acquired on both sides of the rotation center is disclosed.
特許文献5によれば、船体形状が左右略対称の船型を維持したまま、プロペラ軸を船体中心線よりわずかに外したことにより、船幅の大きい従来船にとって推進効率を減少させる原因となっていた縦渦の水流を逆に利用してプロペラの推進効率を大きく(約10%)高めることができ、また船体形状は左右ほぼ対称の船型であるため、非対称船型船に比べて建造コストも低く容易に設計することができるとされている。 According to Patent Document 5, while the hull shape was maintained hull of the left and right substantially symmetrical, the propeller shaft by which from just outside the hull center line, caused to reduce the propulsive efficiency for a large conventional ship breadth The propeller propulsion efficiency can be greatly increased (about 10%) by using the water flow of the vertical vortex, and the hull shape is almost symmetrical, so the construction cost is lower than that of an asymmetrical ship. It is said that it can be designed easily and low.
しかし、この特許文献5は、プロペラの直前にプロペラ軸が貫通する船尾部を有した従来型の船舶に適用される例であり、船尾における流れが全く異なる二軸双胴船やポッド推進器を搭載した船舶に適用される技術ではない。 However, this patent document 5 is an example applied to a conventional ship having a stern portion through which a propeller shaft passes immediately before the propeller, and a twin-shaft catamaran or pod propulsion device having completely different flows at the stern. It is not a technology that can be applied to onboard ships.
本願はこうした従来技術上の課題を解決することを企図したものであり、特に二軸双胴船やポッド推進器を搭載した船舶の船尾形状の工夫により推進効率を向上させる船舶及び船尾形状の設計方法を提供することを目的とする。 The present application is intended to solve such problems in the prior art, and in particular, a ship and stern shape design that improves the propulsion efficiency by devising the stern shape of a ship equipped with a twin-screw catamaran or a pod propulsion device. It aims to provide a method.
具体的に、上記課題を解決するために、請求項1記載の本発明は、二つのプロペラを備えた二軸双胴型船舶において、二つの前記プロペラを駆動し前記二軸双胴型船舶を推進する推進手段と、前記二軸双胴型船舶の船体に設けた二つのスケグとを備え、二つの前記プロペラの駆動軸の中心を二つの前記スケグのセンター軸からそれぞれオフセットを持たせて位置設定するとともに、前記オフセットの範囲を、最も近づく点である前記スケグの表面に前記プロペラの駆動軸が係らない際の点から、最も離れる点である前記スケグの前記センター軸から前記プロペラの略半径距離離れた点までの範囲としたことを特徴とする。
Specifically, in order to solve the above-mentioned problem, the present invention according to
この場合において、「プロペラ」とは、エンジンやモータ等推進手段の出力を船舶の推進力へと変換するための装置であり、たとえば推力を得るための複数枚のブレード(羽根)・ブレードを支持するとともにシャフトからの出力を伝えるハブ・その他の部品を備えて構成されるものでよい。推進のための手段として使う際の回転力、空気抵抗等に耐えうる剛性、また恒常的な浸水に耐えうる性質を持つものであれば、金属、セラミック、樹脂など材質の如何は問わない。また、ジェットエンジンのようにプロペラのブレード部分が露出していなくとも、ブレードが回転し流体を掻くことで推力を得る手段を用いるものでもよい。 In this case, the “propeller” is a device for converting the output of the propulsion means such as the engine or motor into the propulsive force of the ship, and supports, for example, a plurality of blades (blades) and blades for obtaining thrust. In addition, it may be configured to include a hub and other parts that transmit the output from the shaft. Any material such as metal, ceramic, resin, etc. can be used as long as it has rigidity that can withstand rotational force, air resistance, etc., and constant water immersion when used as a means for propulsion. In addition, even if the blade portion of the propeller is not exposed like a jet engine, a means for obtaining thrust by rotating the blade and scraping the fluid may be used.
「二軸双胴型船舶」とは、水面下に沈んで水と直接接する下部船体(胴)が細長く左右二つに平行している船舶で、左右の各胴の中心軸上に推進手段を少なくとも一つずつ、合計二つ以上備えたものをいう。二軸双胴型船舶とすることにより、船体の安定性のため設けられるスケグが小型のものでよくなり、積載スペースも増すことができる。 A “biaxial twin-hull type ship” is a ship whose bottom hull (torso) that sinks below the surface of the water and is in direct contact with water is elongated and parallel to the left and right sides. This means that there are at least one and two or more. By using a biaxial twin-hull type ship, the skeg provided for the stability of the hull can be small, and the loading space can be increased.
「推進手段」とは、プロペラを駆動して船舶を推進する手段をいい、一般的な船舶に用いられるスクリュー・プロペラ、二重反転プロペラ、ノズル・プロペラなどのプロペラ推進器、または電動機駆動による電気ポッド推進器、機械式ドライブ(Zドライブ)などのポッド推進器などを含んでよい。 “Propulsion means” means means for propelling a ship by driving a propeller, and propeller propellers such as screw propellers, counter-rotating propellers, nozzle propellers, etc. used in general ships, or electricity driven by a motor. A pod propulsion device such as a pod propulsion device or a mechanical drive (Z drive) may be included.
「スケグ」とは、船底部から垂直方向に伸ばされた「ひれ」状の構造物である。スケグという呼称を有しないものであっても、おおよそプロペラの前方にあり、船舶の前進に伴う針路安定化を図る同等の船舶形状あるいは造作であればこれに含まれる。 A “skeg” is a “fin” -like structure that extends vertically from the bottom of the ship. Even if it does not have the name “skeg”, it is included in this case if it is approximately in front of the propeller and has the same vessel shape or structure that stabilizes the course as the vessel advances.
「センター軸からそれぞれオフセットを持たせて位置設定した」とは、一般的には推進手段のプロペラの回転軸とスケグのセンター軸は一致する形が取られているところ、本発明では船舶の推進効率の向上を企図してプロペラの駆動軸の中心をスケグのセンター軸からずらして設置したことをいう。 “The position is set with an offset from each center axis” means that the propeller rotating shaft of the propulsion means and the center axis of the skeg are generally aligned. This means that the center of the propeller drive shaft is shifted from the center shaft of the skeg in order to improve efficiency.
「スケグのセンター軸」とは、たとえば当該船舶においておよそスケグと呼べる部分を、船舶の進行方向に垂直な平面で切断した断面図の重心付近を、船舶前方から後方まで結んだ線のように、スケグの内部を貫く軸のことである。 The “skeg center axis” is, for example, a line connecting the vicinity of the center of gravity of a cross-sectional view obtained by cutting a portion that can be called skeg in a plane perpendicular to the traveling direction of the ship from the front to the rear of the ship. A shaft that penetrates the inside of the skeg.
上記の構成によれば、駆動軸の中心がスケグのセンター軸からオフセットを持たせたプロペラを持つことで、二軸双胴型船舶においてスケグ後方にプロペラの回転方向と逆方向の流れを作ることが可能となり、伴流利得を増やすことができる。 According to the above configuration, the center of the drive shaft has a propeller offset from the center shaft of the skeg, thereby creating a flow in the direction opposite to the propeller rotation direction behind the skeg in a biaxial twin-hull type ship. And the wake gain can be increased.
また、上記の発明において、請求項2記載の本発明のように、推進手段を二つのポッド推進器とすることもできる。 In the above invention, the propulsion means may be two pod propulsors as in the present invention described in claim 2.
この場合、「ポッド推進器」とは、紡錘型の中空容器の中に電動機を備えてプロペラを電力によって回転させる推進器あるいは機械式Zドライブなども指し、スケグと推進手段の位置関係をある程度自由に設定できる推進手段である。 In this case, the term “pod propulsion device” refers to a propulsion device or a mechanical Z drive that is equipped with an electric motor in a spindle-shaped hollow container and rotates the propeller with electric power, and the positional relationship between the skeg and the propulsion means is somewhat free. It is a propulsion means that can be set to.
上記の構成によれば、スケグのセンター軸からのオフセット幅を、スケグ内にプロペラの駆動軸を持たせる方法に比して相当の自由度を持って設定することができる。 According to said structure, the offset width | variety from the center axis | shaft of a skeg can be set with a considerable freedom compared with the method of having the drive shaft of a propeller in a skeg.
また、上記の発明において、請求項3記載の本発明のように、二つのプロペラのそれぞれの回転方向によりそれぞれのオフセットの方向を変えるとすることもできる。 Further, in the above invention, as in the third aspect of the present invention, the direction of each offset can be changed according to the direction of rotation of each of the two propellers.
「回転方向により前記それぞれのオフセットの方向を変え」たとは、たとえばプロペラが時計回りのときはスケグからのオフセットを右側に、プロペラが反時計回りのときはスケグからのオフセットを左側に、といった具合にオフセットの左右方向を変えることをいう。たとえば、二軸双胴船型船舶においては、中央のトンネル状船底凹部から左側のスケグには反時計方向の、また右側のスケグには時計方向の流れが生ずることが多いが、この場合、左側プロペラを右方向に、また右側プロペラを左方向にオフセットさせることを言う。これは、スケグ後方において自然に生じる流れに対してプロペラの回転を逆方向から当て、プロペラが受けるカウンターフローを可能な限り大きくすることを企図したものである。船舶によっては二つのプロペラの回転方向が同方向あるいは逆方向をとるものがあるが、こういった船舶においても本発明に係る技術思想の実施及び適用は妨げられない。 “Change the direction of each offset according to the direction of rotation” means, for example, when the propeller is clockwise, the offset from the skeg is on the right side, and when the propeller is counterclockwise, the offset from the skeg is on the left side. This means changing the horizontal direction of the offset. For example, in a biaxial catamaran type ship, there is often a counterclockwise flow in the left-side skeg and a clockwise flow in the right-side skeg from the central tunnel-shaped bottom of the vessel. To the right and the right propeller to the left. This is intended to make the counterflow received by the propeller as large as possible by applying the rotation of the propeller to the flow that naturally occurs behind the skeg from the opposite direction. Depending on the ship, the rotation directions of the two propellers may be the same or opposite directions, but the implementation and application of the technical idea according to the present invention is not hindered even in such a ship.
上記の構成によれば、プロペラの回転方向に適応させてオフセットの方向が設定されるので、プロペラがその回転面で受けるカウンターフローのベクトル量の総和を可及的に大きくすることが可能となる。 According to the above configuration, the offset direction is set in conformity with the direction of rotation of the propeller, so that the sum of the counter flow vector amounts received by the propeller on the rotation surface can be increased as much as possible. .
また、上記の発明において、請求項4記載の本発明のように、二つのプロペラの回転方向を逆にすることもできる。これにより、二軸双胴船型船舶のスケグに対称的に生じる流れを有効にプロペラに働かせ、伴流利得を増やすだけでなく、同方向への回転による不均衡な力が船体に作用することを避けられることから、船舶の安定航行に資する。 In the above invention, the rotational directions of the two propellers can be reversed as in the fourth aspect of the present invention. As a result, the flow generated symmetrically in the skeg of the twin-shaft catamaran type vessel is effectively applied to the propeller, and not only the wake gain is increased, but also the unbalanced force due to rotation in the same direction acts on the hull. Since it can be avoided, it contributes to the stable navigation of the ship.
また、上記課題を解決するために、本発明は、プロペラを備えた船舶において、前記プロペラを駆動し前記船舶を推進するポッド型推進手段と、前記船舶の船体に設けたスケグとを備え、前記プロペラの駆動軸の中心を前記スケグのセンター軸からオフセットを持たせて位置設定した船尾形状を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention comprises a pod type propulsion means for driving the propeller and propelling the ship in a ship equipped with a propeller, and a skeg provided on the hull of the ship, A stern shape is provided in which the center of the drive shaft of the propeller is set with an offset from the center shaft of the skeg.
「ポッド型推進手段」とは、たとえば、電動機によるポッド推進、機械式Zドライブなどを含み、スケグのセンター軸とプロペラの回転の中心軸とを別個に設置でき、その位置関係に制約がない推進手段のことである。 “Pod type propulsion means” includes, for example, pod propulsion by an electric motor, mechanical Z drive, etc., and the center axis of the skeg and the central axis of rotation of the propeller can be installed separately, and the positional relationship is not restricted Means.
上記の構成によれば、プロペラの前部に一軸型推進船や二軸型推進船などが有する推進軸を通す構造物が無いため、プロペラの推進効率に悪影響を与える水流が無くせ、かつスケグ後方に生じる流れをプロペラにカウンターフローとして最適に作用させることができる。 According to the above configuration, since there is no structure through which the propeller shaft of a single-shaft propulsion ship, a twin-shaft propulsion ship, or the like passes in the front part of the propeller, there is no water flow that adversely affects the propeller propulsion efficiency, and the rear of the skeg The flow generated in the step can be optimally acted on the propeller as a counter flow.
また、上記の発明において、請求項5記載の本発明のように、前記オフセットの幅をプロペラ面における伴流分布の70〜80%半径で描かれた円を一周する循環のほぼ最大となる点に従って決めることもできる。 Further, in the above invention, as in the present invention described in claim 5, the point where the width of the offset is approximately the maximum of the circulation around the circle drawn with a radius of 70 to 80% of the wake distribution on the propeller surface. You can also decide according to.
「プロペラ面における伴流分布」とは、船舶の推進に伴う船尾部の船体形状、付加物、構造部等により引き起こされたプロペラ面に流入する流れの速度分布のことである。 The “wake distribution on the propeller surface” is the velocity distribution of the flow flowing into the propeller surface caused by the hull shape of the stern part, the appendage, the structure part, and the like accompanying the propulsion of the ship.
「70〜80%半径で描かれた円を一周する循環のほぼ最大となる点」とは、たとえば、上記プロペラの70~80%半径で描かれた円の周上において、プロペラへの流れベクトルVTを上記円の周上で積分し、これをプロペラの回転軸の座標の関数として最大値を求めることで定義することができる点である。 “The point at which the circulation around the circle drawn with a radius of 70 to 80% is almost the maximum” means, for example, the flow vector to the propeller on the circumference of the circle drawn with the radius of 70 to 80% of the propeller. It is a point that can be defined by integrating VT on the circumference of the circle and obtaining the maximum value as a function of the coordinates of the rotation axis of the propeller.
循環とは、流れの中の閉曲線に沿った各点の接線方向のベクトルと線分との積を全周積分して求めるものである流体力学で言う循環だけでなく、接線方向以外のベクトルも使って循環的に求めるものを含んだ広義のもの(後述では「循環に相当する値」と表現される)をも含んだ概念をいう。 Circulation is not only the circulation in fluid mechanics, which is obtained by integrating the tangential vector and the line segment of each point along the closed curve in the flow, but also includes vectors other than the tangential direction. A concept that includes things in a broad sense that include what is found in a cyclical manner (hereinafter referred to as “value corresponding to circulation”).
なお、計算を簡易にするために伴流分布の70〜80%半径で描かれた円の周上で積分を行っているが、より正確にプロペラの最適な回転軸の座標を求めるために、プロペラ面の全面において循環を計算し、プロペラ面の推進力も加味して最大値を求めてもよい。 In order to simplify the calculation, integration is performed on the circumference of a circle drawn with a radius of 70 to 80% of the wake distribution, but in order to obtain the coordinates of the optimum rotation axis of the propeller more accurately, The maximum value may be obtained by calculating the circulation over the entire surface of the propeller and taking into account the propulsive force of the propeller.
上記の構成によれば、当該船舶の船尾部の形状や状態に応じた、最適なオフセット幅を導出し、プロペラが捕らえるスケグ後方の循環として評価されるカウンターフローを最大に利用することができる。 According to said structure, the optimal offset width according to the shape and state of the stern part of the said ship can be derived | led-out, and the counterflow evaluated as circulation behind the skeg which a propeller captures can be utilized to the maximum.
また、上記の発明において、請求項6記載の本発明のように、前記スケグの後部を前記プロペラの回転方向と逆方向にひねったとすることもできる。 In the above invention, the rear part of the skeg may be twisted in the direction opposite to the rotation direction of the propeller, as in the present invention according to claim 6 .
「回転方向と逆方向にひねった」とは、たとえば船舶後方から見てプロペラが時計回りに回転している場合に、スケグを反時計方向に変形させたことをいう。これにより、プロペラに対し回転方向と逆向きの流れを回転流化して作用させることができる。 “Twisted in the direction opposite to the rotational direction” means that, for example, when the propeller is rotating clockwise as viewed from the rear of the ship, the skeg is deformed counterclockwise. Thereby, it is possible to cause the propeller to act by rotating the flow in the direction opposite to the rotation direction.
変形にはスケグの形状を変化・変動させるあらゆる態様が含まれる。すなわち、このスケグのプロペラの回転方向と逆方向にひねった形状としては、スケグの前方から緩やかに曲げた形をとっても良いし、スケグ後方付近で急激に曲げた形状のものでもよく、スケグ本来の機能を果たしつつ、摩擦抵抗をそれほど増やさずプロペラの推進効率に有効な回転流化した流れを生ずる形状でもよい。形成方法としては、船底と同じ材質で一体的に形成にしてもよいし、スケグの付け替えが可能なように、船底とは別部品として着脱可能にしたものでもよい。材質は、回転流を安定して生み出し続けるという趣旨が達成できれば、金属、プラスチック、セラミック等の如何を問わない。 Deformation includes all aspects of changing or changing the shape of the skeg. That is, the shape twisted in the direction opposite to the rotation direction of the propeller of the skeg may be a shape bent gently from the front of the skeg, or a shape bent sharply near the rear of the skeg, It may have a shape that produces a rotational flow that is effective for propeller propulsion efficiency without increasing the frictional resistance so much while performing the function. As a formation method, it may be formed integrally with the same material as the ship bottom, or may be detachable as a separate component from the ship bottom so that the skeg can be replaced. The material may be any metal, plastic, ceramic, etc. as long as it can achieve the purpose of stably producing a rotating flow.
上記の構成によれば、スケグにひねりを加えることで、流れのベクトルを更に有効にプロペラに作用させプロペラに当たるカウンターフローを最大化できる。 According to the above configuration, by adding a twist to the skeg, the flow vector can be more effectively applied to the propeller, and the counterflow hitting the propeller can be maximized.
また、上記課題を解決するために、請求項7記載の本発明は、二つのプロペラを備えた二軸双胴型船舶の推進に伴う船体/船体に設けたスケグにより引き起こされる流れの、プロペラ面における伴流分布の70〜80%半径で描かれた円を一周する循環のほぼ最大となる点で、かつ前記スケグの表面に前記プロペラの駆動軸が係らない点の範囲にプロペラの前記駆動軸の中心を位置設定したことを特徴とする。これにより、当該船舶の船尾部形状や状態に応じた、最適なオフセット幅を導出し、当該スケグ形状とプロペラの組み合わせにおいてプロペラの受けるカウンターフローを大きくすることができ、よって伴流利得も大きくする船尾形状の設計方法を実現することができる。 In order to solve the above problem, the present invention according to claim 7 is a propeller surface of a flow caused by a skeg provided in a hull / hull accompanying propulsion of a twin-shaft twin-hull type ship equipped with two propellers. substantially becomes maximum in terms, and the drive shaft of the propeller in a range of points drive shaft is not applied to the propeller on the surface of the skeg of circulation going around the circle drawn by 70-80% the radius of the wake distribution at The center of the position is set. As a result, the optimum offset width according to the shape and state of the stern portion of the ship can be derived, and the counter flow received by the propeller can be increased in the combination of the skeg shape and the propeller, thereby increasing the wake gain. A stern shape design method can be realized.
本発明によれば、二軸双胴型船舶とすることにより、船体の安定性のために設けられるスケグが小型のものでよくなり、プロペラ前方の障害物としての伴流への悪影響が少なくなる上、オフセットによりスケグ後方にプロペラに対し推進効率上、有効に作用する流れのベクトル成分を多くすることができ、推進効率を向上させた省エネルギーの観点で望ましい船舶を提供することができる。 According to the present invention, by making a biaxial twin-hull type ship, the skeg provided for the stability of the hull may be small, and the adverse effect on the wake as an obstacle ahead of the propeller is reduced. In addition, the offset can increase the vector component of the flow that effectively acts on the propeller behind the skeg in terms of propulsion efficiency, and can provide a ship that is desirable from the viewpoint of energy saving with improved propulsion efficiency.
また、ポッド推進器を用いることにより、プロペラの前方におけるプロペラを駆動する構造物や付加物が無くせるため、プロペラ前方の障害物としての伴流への悪影響が更に少なくでき、また、オフセット幅を相当の自由度を持って設定できるので、推進効率の向上の上で最適な位置にプロペラを臨ませることができる。 In addition, the use of the pod propulsion device eliminates the structure and additional components that drive the propeller in front of the propeller, thereby further reducing adverse effects on the wake as an obstacle in front of the propeller, and reducing the offset width. Since it can be set with a considerable degree of freedom, the propeller can be placed in the optimum position for improving the propulsion efficiency.
さらに、プロペラの回転方向に適応させてオフセットの方向が設定されることで、プロペラがその回転面で受けるカウンターフローのベクトル量の総和を最大化でき、これにより、推進効率向上の最大化を図ることができる。 Furthermore, the offset direction is set according to the direction of rotation of the propeller, so that the total amount of counter flow vector received by the propeller on its rotating surface can be maximized, thereby maximizing the improvement of propulsion efficiency. be able to.
また、二つのプロペラの回転方向を逆にすることより、二軸双胴船型船舶のスケグに対称的に生じる流れを有効にプロペラに働かせ、推進効率を向上させるとともに、船体に作用する力をバランスさせ船舶を安定的に航行させることができる。 In addition, by reversing the direction of rotation of the two propellers, the flow generated symmetrically in the skeg of the twin-shaft catamaran type vessel is effectively applied to the propeller, improving the propulsion efficiency and balancing the forces acting on the hull. The ship can be stably navigated.
さらに、プロペラを駆動し船舶を推進するポッド型推進手段とオフセットを持たせて位置設定したスケグにより、プロペラの前部に一軸型推進船や二軸型推進船などが有する推進軸を通す構造物が無いため、プロペラ前方の障害物としての伴流への悪影響が更に少なくでき、かつスケグ後方に生じる流れをプロペラにカウンターフローとして有効に作用させ、更に推進効率の向上が図れる。 In addition, a pod type propulsion means that drives the propeller and propels the ship, and a skeg positioned with an offset, allows the propeller shaft to pass the propulsion shaft of a single-axle propulsion ship, a twin-axle propulsion ship, etc. Therefore, the adverse effect on the wake as an obstacle in front of the propeller can be further reduced, and the flow generated behind the skeg can be effectively acted as a counter flow on the propeller, and the propulsion efficiency can be further improved.
また、流れの循環に基づいて、船舶の船尾部の形状や状態に応じた最適なオフセット幅を導出することにより、プロペラが捕らえるスケグ後方のカウンターフローを利用し、推進効率を確実に向上できる。 Further, by deriving the optimum offset width according to the shape and state of the stern part of the ship based on the circulation of the flow, the counter flow behind the skeg captured by the propeller can be used to reliably improve the propulsion efficiency.
さらに、スケグの後部をひねり、プロペラに対し回転方向と逆向きの流れを作用させることにより、プロペラに当たるカウンターフローを大きくし、推進効率の最大化を図ることができる。 Furthermore, by twisting the rear part of the skeg and applying a flow in the direction opposite to the rotation direction to the propeller, the counterflow hitting the propeller can be increased and the propulsion efficiency can be maximized.
また、本発明によれば、船尾形状の設計方法として、当該船舶の船尾部形状や状態に応じた、最適なオフセット幅を導出し、スケグ形状とプロペラの組み合わせにおいてプロペラの受けるカウンターフローを大きくするような、プロペラ位置の最適化を実現することができる。 Further, according to the present invention, as a stern shape design method, an optimum offset width corresponding to the stern shape and state of the ship is derived, and the counterflow received by the propeller is increased in the combination of the skeg shape and the propeller. Such optimization of the propeller position can be realized.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下では本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the range necessary for the description for achieving the object of the present invention is schematically shown, and the range necessary for the description of the relevant part of the present invention will be mainly described. It shall be by a well-known technique.
図1は、本発明の一実施形態に係る二軸双胴型船尾形状を備えた船舶を斜め後方から見た外観図である。同図に示すように、船体1とスケグ11、スケグ12とそのすぐ後ろに設置されたポッド推進器210とポッド推進器220が対になり二組、船尾に備えられている。それぞれ点線で示すプロペラ210の軸芯線とスケグ11の軸心線との隔たりが存在する場合にはこれをオフセット2Aと、プロペラ220の軸芯線とスケグ12の軸心線との隔たりが存在する場合にはこれをオフセット2Bと、それぞれ表記している。なお、ポッド推進器を有した二軸双胴型船尾形状の船舶は一例であり、上述の通り、通常の軸が貫通した二軸双胴型船尾形状を有する船舶においても本発明に係る技術思想の実施および適用が何ら妨げられるものではない。
FIG. 1 is an external view of a ship having a biaxial catamaran stern shape according to an embodiment of the present invention as viewed obliquely from behind. As shown in the figure, the
図2は、スケグ11とポッド推進器210の位置関係について、船体1の後方から見たものを示す構成図である。同図においては、本実施形態の一例として、スケグをひねった(ここではコクリア船型と称する)船尾形状に係る船舶の場合を取り上げている。ポッド推進器210のプロペラ2101は推進時、時計回りに回転し、推力を発生させる。左側のスケグ11には、図で示すような断面で見た際の横方向にひねりが加えられている。スケグのセンター軸11Aから上部分が左側に、センター軸11Aから下部分が右側にそれぞれひねりが加えられている。
FIG. 2 is a configuration diagram showing the positional relationship between the
スケグのセンター軸11Aとは、たとえば当該船舶においておよそスケグと呼べる部分を、船舶の進行方向に垂直な平面で切断した断面の重心付近を、船舶前方から後方まで結んだ線のように、スケグの内部を貫く軸のことである。 The center axis 11A of the skeg is, for example, a line that connects the vicinity of the center of gravity of a cross section obtained by cutting a portion that can be called skeg in the ship in a plane perpendicular to the traveling direction of the ship from the front to the rear of the ship. It is a shaft that penetrates the inside.
図2に示すとおり、ポッド推進器210のプロペラ軸心2101A(プロペラの駆動軸の中心)は、ひねりの加えられたスケグ11の軸心11Aからオフセットを持たせて設置されている。オフセットとは、流体力学的な効果を得ることを目的として意図的に設けられたずれのことである。
As shown in FIG. 2, the
図3Aは、従来の一軸船の船尾周りの流れを模式的に示した模式図であり、図3Bは本発明の一実施形態に係るスケグまわりの流れを示した模式図である。 FIG. 3A is a schematic diagram schematically showing the flow around the stern of a conventional uniaxial ship, and FIG. 3B is a schematic diagram showing the flow around the skeg according to one embodiment of the present invention.
図3Aに示すように、一般的な一軸船の船尾部31では、船舶の推進時、船尾部の左側には時計方向の流れ35A、船尾部の右側には反時計方向の流れ35Bが生じている。
As shown in FIG. 3A, in the
一般的には、この船尾部31の縦方向のセンターライン310上にプロペラの駆動軸310Aが設置されており、時計回りのプロペラ(図示しない)が設置される場合、駆動軸よりも(船尾の後方から見て)左側ではプロペラの回転と同方向の流れ35Aが発生しており、駆動軸より(船尾の後方から見て)右側ではプロペラの回転と逆方向の流れ35Bが発生している。プロペラから発生する推進力は、プロペラの回転方向と逆方向の流れを切るときに最大となるため、プロペラの左右で見た場合、船舶に与える推進力はプロペラの右側の面でより大きく発生していることになる。
Generally, a
スケグの場合はこの一般的な一軸船の船尾部に比べ、形状も小さく寸法的に幅も狭いところからスケグの後流は渦により定まった流れとならない。 In the case of skeg, compared to the stern part of this general single-shaft ship, the wake behind the skeg does not become a flow determined by the vortex because the shape is small and the width is narrow.
通常の二軸双胴船型船舶の場合、スケグを備えることによる船尾形状の特性から一般的な一軸船の船尾部と異なる現象で、中央のトンネル状船体凹部から左側のスケグ11付近には反時計方向の流れが、また右側のスケグ12付近には時計方向の流れが生ずる。船体の船尾の後方から見ると、上記した一般的な一軸船の船尾部とは逆方向の流れがそれぞれ生じていると言える。
In the case of a normal biaxial catamaran type ship, the phenomenon differs from the stern part of a general uniaxial ship due to the characteristics of the stern shape due to the provision of the skeg. Directional flow, and clockwise flow in the vicinity of the
図3Bは、本発明に係る二軸双胴船型船舶における二つのスケグのうちの左側のスケグ12の形状を示している。
FIG. 3B shows the shape of the
左側のスケグ12は、船体の前方からゆるやかにひねりを加えられている。船舶が前進する際には自然な流れ15がスケグの左右において発生するが、スケグ12のひねりを加えられた形状によって、二軸双胴船型船舶の船尾形状と相俟って、スケグ12の右側12Bで反時計回りの流れが強くなり回転流化する領域が発生する。この領域にプロペラを臨ませることにより、プロペラがその回転面の右半分で受けるカウンターフローがより強くなり、伴流利得を増大し得る。
The
図4は、一般的なプロペラの推進力分布を示す模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the propulsive force distribution of a general propeller.
プロペラの翼面は、面積が大きければ回転時に発生する推力も大きくなるが、その分自らが水から受ける抵抗も大きくなるというトレードオフの関係にある。計算から求められ、一般的に知られている推進力の最大となる点は、回転軸からの距離がそのプロペラの回転半径の70〜80%の範囲である。ただし、プロペラ形状によっては推力が最大となるピークの位置が異なる場合があるが、プロペラ前面で生じている回転流を可能な限り多く、カウンターフローとしてプロペラに当てることが本発明の趣旨であり、こういったプロペラについても本発明に係る技術思想の実施および適用が何ら妨げられるものではない。 The propeller blade surface has a trade-off relationship that the thrust generated during rotation increases as the area increases, but the resistance it receives from water increases accordingly. The point at which the propulsive force that is obtained by calculation and is generally known is the maximum in the range where the distance from the rotation axis is 70 to 80% of the rotation radius of the propeller. However, depending on the shape of the propeller, the peak position where the thrust is maximum may be different, but as much as possible the rotational flow generated in front of the propeller, it is the gist of the present invention to hit the propeller as a counter flow, The implementation and application of the technical idea according to the present invention are not impeded by these propellers.
図5は、スケグ12の後方、すなわちプロペラ前面での流れのベクトルと伴流分布図である。この流れのベクトルは、例えば実験施設などで物理的に測定して求めてもよいし、模型実験、コンピューターシミュレーション等の結果として得たものでもよく、スケグ周辺に生じている流れのベクトルが、当該スケグ12を装備した船舶の実際の運転時に近い形で得られるという前提を満たしているものであれば手段の如何は問わない。
FIG. 5 is a flow vector and wake distribution diagram behind the
同図に示すとおり、ひねりを加えられたスケグには、左右非対称の流れが生じており、右側では反時計回り方向にベクトルの大きな流れが広がる区域が広くなっていることがわかる。これらの反時計回りの流れは、プロペラの推進効率を改善するカウンターフローすなわち回転流と言える。この反時計回りの回転流に時計回りのプロペラが当たる面積を可能な限り多くするために、プロペラの回転軸に右方向のオフセットを設ける。 As shown in the figure, the skeg to which a twist is applied has an asymmetric flow, and on the right side, it can be seen that a region where a large vector flow spreads in a counterclockwise direction is widened. These counterclockwise flows can be said to be counterflows that improve propeller propulsion efficiency, that is, rotational flows. In order to increase as much as possible the area where the clockwise propeller hits this counterclockwise rotation flow, an offset in the right direction is provided on the rotation axis of the propeller.
次に、プロペラの回転軸を設置するための最適な点をアルゴリズムによって求めるものとして本願発明をとらえた場合の実施形態について説明する。 Next, a description will be given of an embodiment in the case where the present invention is regarded as an algorithm for obtaining an optimal point for installing the rotation shaft of the propeller.
まず、プロペラ駆動軸のオフセット位置最適化のための実施形態に係る機能ブロックについて説明する(図示しない)。 First, functional blocks according to an embodiment for optimizing the offset position of the propeller drive shaft will be described (not shown).
この実施形態に係る機能ブロックとしては、たとえば、実験やシミュレーションによって得られたスケグ後方に生じる流れのベクトルを入力し保持する流れベクトルデータ入力部と、プロペラが回転し水中で推力を生み出す範囲をプロペラの半径として入力して保持する半径入力部と、入力された半径からそのおよそ70〜80%半径の近辺にある最大推力を生み出す円の軌跡(最大推力円R)を描く最大推力円描画部と、最大推力円Rの中心座標の値を連続的に変化させ最大推力円描画部に渡す最大推力円R中心座標制御部と、最大推力円R上の座標と回転流ベクトルデータから最大推力円R上の流れベクトルVTを導出する流れベクトルVT導出部と、その流れベクトルVTを最大推力円R上で全周にわたり線積分する流れベクトルVT積分部と、最大推力円Rの中心座標と線積分の結果からグラフをプロットするグラフプロット部とを備えて構成される(図示しない)。 The functional blocks according to this embodiment include, for example, a flow vector data input unit that inputs and holds a flow vector generated behind the skeg obtained by experiments and simulations, and a range in which the propeller rotates and generates thrust in water. A radius input unit for inputting and holding as a radius of a maximum thrust circle drawing unit for drawing a locus of a circle (maximum thrust circle R) that generates a maximum thrust in the vicinity of a radius of about 70 to 80% from the input radius; The maximum thrust circle R is calculated from the maximum thrust circle R center coordinate control unit that continuously changes the value of the center coordinate of the maximum thrust circle R and passes it to the maximum thrust circle drawing unit, and the coordinates on the maximum thrust circle R and the rotational flow vector data. The flow vector VT deriving unit for deriving the upper flow vector VT, the flow vector VT integrating unit for line integrating the flow vector VT over the entire circumference of the maximum thrust circle R, and the maximum thrust It comprises a graph plotting unit (not shown) for plotting a graph from the center coordinates of the circle R and the result of line integration.
なお、この実施形態はたとえばソフトウェアとして実現されるものであり、各機能ブロックが担う機能や相互のつながりの詳細については様々なバリエーションをとりうる。プロペラの回転軸の最適座標位置を循環に基づいて求めるアルゴリズムであればよい。また、上記のソフトウェアの各構成要素は、上述したそれぞれの機能を実現する機械、装置、部品、或いは、こうした機能をコンピュータに実行させるアルゴリズム、このアルゴリズムを実行させるプログラム、もしくはこのプログラムを含めたソフトウェア、搭載媒体、ROM(読み出し専用メモリ)、或いはこれらを搭載もしくは内蔵したコンピュータもしくはその部分によって実現される。また、これらを搭載したコンピュータ装置(パーソナルコンピュータ(PC)を含み、データ処理や演算を行う中央処理装置(CPU)、所定のデータ入力を行う入力部(キーボード等)、入力したデータやデータ処理の結果を表示する画面表示部(ディスプレイ等)、種々のデータを記憶保持する記憶装置(メモリ、ハードディスクドライブ等)、所定の外部機器との接続を行うコネクタ(USB、RS232C等)等を有する情報処理装置)として実現してもよい。 In addition, this embodiment is implement | achieved as software, for example, and various variations can be taken about the detail which the function which each functional block bears, and a mutual connection. Any algorithm that finds the optimum coordinate position of the rotation axis of the propeller based on circulation may be used. In addition, each component of the software is a machine, device, component that realizes each function described above, an algorithm that causes a computer to execute such a function, a program that executes this algorithm, or software that includes this program , A mounting medium, a ROM (read-only memory), or a computer on which these are mounted or incorporated, or a part thereof. In addition, computer devices (including a personal computer (PC) including these, a central processing unit (CPU) that performs data processing and calculation, an input unit (such as a keyboard) that performs predetermined data input, and data input and data processing Information processing having a screen display unit (display, etc.) for displaying results, a storage device (memory, hard disk drive, etc.) for storing and holding various data, and a connector (USB, RS232C, etc.) for connection with a predetermined external device Apparatus).
プロペラの回転軸を設置するための最適な点を求めるには概略次のような手順をとることができる(図示しない)。すなわち、まず流れベクトルデータを求める。流れベクトルデータ入力部により実験やシミュレーションによって得られたスケグ後方に生じる流れのベクトルを入力する。次に半径入力部により、プロペラが回転し水中で推力を生み出す範囲をプロペラの半径として入力して保持する。次に最大推力円描画部により、当該入力された半径からそのおよそ70〜80%半径の近辺にある最大推力を生み出す円の軌跡(最大推力円R)を描く。最大推力円R中心座標制御部により、最大推力円Rの中心座標の値を連続的に変化させ最大推力円描画部に渡す。次に流れベクトルVT導出部により、最大推力円R上の座標と回転流ベクトルデータから流れベクトルVTを導出する。次に流れベクトルVT積分部により、その流れベクトルVTを最大推力円R上で全周にわたり線積分する。次にグラフプロット部により、最大推力円Rの中心座標と、線積分の結果からグラフをプロットする(図示しない)。このようにして、グラフプロットし等高線を求める。この等高線の最大の所を最適位置として定める。 In order to obtain the optimum point for installing the rotation shaft of the propeller, the following procedure can be generally taken (not shown). That is, first, flow vector data is obtained. The flow vector data input unit inputs a flow vector generated behind the skeg obtained by experiments and simulations. Next, the range where the propeller rotates and generates thrust in the water is input and held as the radius of the propeller by the radius input unit. Next, the maximum thrust circle drawing unit draws a locus (maximum thrust circle R) of the circle that generates the maximum thrust in the vicinity of the radius of about 70 to 80% from the input radius. The maximum thrust circle R center coordinate control unit continuously changes the value of the center coordinate of the maximum thrust circle R and passes it to the maximum thrust circle drawing unit. Next, the flow vector VT is derived from the coordinates on the maximum thrust circle R and the rotational flow vector data by the flow vector VT deriving unit. Next, the flow vector VT integration unit performs line integration over the entire circumference of the flow vector VT on the maximum thrust circle R. Next, the graph plotting unit plots a graph from the center coordinates of the maximum thrust circle R and the result of line integration (not shown). In this way, the graph is plotted to obtain contour lines. The maximum position of the contour line is determined as the optimum position.
なお、上記の流れのベクトル図は、例えば実験施設などで物理的に測定された結果から作成してもよいし、模型実験、コンピューターシミュレーション等の結果として得たものでもよく、スケグ周辺に生じている流れのベクトルが、当該スケグ12を装備した船舶の実際の運転時に近い形で得られるという前提を満たしているものであれば手段の如何は問わない。
The above flow vector diagram may be created from the results of physical measurements at, for example, an experimental facility, or may be obtained as a result of model experiments, computer simulations, etc. Any means may be used as long as it satisfies the premise that the current flow vector can be obtained in a form close to the actual operation of the ship equipped with the
上述のように、流れベクトルVT積分部が、最大推力円Rの円周上の点(x,y)における流れベクトルVTにつき、円周上で一回転分、積分を行うが、これによって得られる値を、循環(相当値)Γとする。なお、循環に相当する値に関して、流体力学的に言う循環は、流れの中の閉曲線に沿った各点の接線方向のベクトルと線分との積を全周積分して求めるものであるところ、本実施形態の場合には接線成分以外のベクトルも使って循環的に求めるものを含んだ広義のものをいうため、本説明においては「循環=循環に相当する値」として表現されている。また、循環の略最大となる点を導出するに当たっては、費用対効果を勘案しつつ手段の工夫を行うこともできる。 As described above, the flow vector VT integration unit performs integration for one rotation on the circumference of the flow vector VT at the point (x, y) on the circumference of the maximum thrust circle R. The value is set to circulation (equivalent value) Γ. Regarding the value corresponding to circulation, hydrodynamic circulation is obtained by integrating the product of the tangential vector and line segment of each point along the closed curve in the flow, In the case of the present embodiment, since it means a broad meaning including a vector obtained by using a vector other than a tangential component, it is expressed as “circulation = a value corresponding to circulation” in this description. Moreover, in deriving the point at which the circulation is substantially maximized, it is possible to devise means while taking cost-effectiveness into consideration.
さらに、プロペラ形状によっては推力が最大となるピークの位置が異なる場合があり、そのために積分を行う円周が伴流分布の70〜80%の位置から外れてもよく、妥当な結果を得るための工夫を妨げるものではない。 Furthermore, depending on the propeller shape, the peak position where the thrust is maximum may be different, so that the circumference for integration may deviate from the position of 70 to 80% of the wake distribution, in order to obtain a reasonable result. It does not interfere with the device.
上述では、プロペラ面(全面)におけるベクトルを用い、プロペラも2次元的に処理している場合について述べたが、3次元的な手法を用いてオフセットを求める、また3次元的なオフセットとプロペラの位置を求める態様であってもよい。この場合には、上記において、グラフプロット部が、最大推力円Rの中心の座標(x,y)によって定まる循環ΓをZ軸上の各点で求め、xyz空間のZ軸上に値をプロットするようにするとよい。 In the above description, the vector on the propeller surface (entire surface) is used and the propeller is also processed two-dimensionally. However, the offset is obtained using a three-dimensional method, and the three-dimensional offset and the propeller are determined. A mode for obtaining the position may be used. In this case, in the above, the graph plotting unit obtains the circulation Γ determined by the coordinates (x, y) of the center of the maximum thrust circle R at each point on the Z axis, and plots the value on the Z axis in the xyz space. It is good to do.
この場合、「xyz空間のZ軸上に値をプロットする」とは、最大推力円Rの中心の座標(x,y)において一意に定まるΓの値を目に見える形で示すということであり、例えばグラフとしてはxy平面を使う二次元的なものにとどめた複数のグラフを用い、各グラフにおけるその値の高低について色で示したり、あるいは等高線で表現するといった種々の工夫を妨げるものではない。Γの値とその高低を視認しうる手段であればその如何は問わない。 In this case, “plotting the value on the Z axis in the xyz space” means that the value of Γ uniquely determined in the coordinates (x, y) of the center of the maximum thrust circle R is shown in a visible form. For example, as a graph, a plurality of graphs that are limited to a two-dimensional graph using the xy plane are used, and it does not hinder various contrivances such as indicating the level of the value in each graph by color or expressing it by contour lines. . Any means can be used as long as it can visually recognize the value of Γ and its height.
その上で、原点近傍にΓのピークと見られるものがある場合はその点の(x,y)座標をもってプロペラの回転軸の中心軸とする。見当たらない場合は、スケグのセンター軸からプロペラの回転半径以上には離れない範囲でプロペラの回転軸の座標(x,y)を、最大推力円R中心座標制御部が順次変えていき、グラフプロット部がそれぞれの計算結果であるΓの値をプロットしていく。 In addition, if there is a Γ peak in the vicinity of the origin, the (x, y) coordinates of that point are used as the central axis of the propeller rotation axis. If not found, the maximum thrust circle R center coordinate control unit sequentially changes the coordinates (x, y) of the rotation axis of the propeller within the range not exceeding the rotation radius of the propeller from the center axis of the skeg, and the graph plot The part plots the value of Γ, which is the result of each calculation.
原点近傍のΓのピークについて補説する。回転流は当然、スケグのセンター軸の近傍において生じており、センター軸から十分に離れた場所においてはそもそも回転流が発生しておらず、そこではプロペラの回転軸の中心をいかように変化させてもΓの値は変化しない。よってΓのピークが存在するならば、それはスケグのセンター軸からそう離れた場所にはなく、最も離れるものでもスケグのセンター軸からプロペラの半径程度の範囲と考えられる。 A supplementary explanation of the peak of Γ near the origin. Naturally, the rotating flow is generated in the vicinity of the center axis of the skeg, and no rotating flow is generated at a place sufficiently away from the center axis, where the center of the rotating shaft of the propeller is changed how. However, the value of Γ does not change. Therefore, if there is a peak of Γ, it is not located so far from the center axis of the skeg, and the most distant one is considered to be within the range of the radius of the propeller from the center axis of the skeg.
こうして、当該スケグ形状とプロペラの大きさにおいて当該船舶の推進性能がほぼ最大になるプロペラの回転の中心軸が決まる。 Thus, the central axis of rotation of the propeller that determines the maximum propulsion performance of the ship in the skeg shape and the size of the propeller is determined.
推進性能がほぼ最大とは、船舶の形状によっては、たとえばポッド推進を用いたとしても、物理的な制約などから最適な位置にプロペラの回転軸を設定することができない可能性もあるところ、そういった場合には、理論的に求められた最適な回転軸の座標の近傍に設定することをいう。本発明の趣旨はスケグ形状とプロペラの位置関係により推進性能の向上を図ることにあり、本発明の実施に際して推進性能を飽くまで厳密に最大化するということに限定するものではなく、実質的に最大化すれば、本願の趣旨に合致する。 Propulsion performance is almost maximum, depending on the shape of the ship, for example, even if pod propulsion is used, there is a possibility that the rotation axis of the propeller may not be set at the optimal position due to physical constraints, etc. In this case, it is set near the coordinates of the optimum rotation axis theoretically obtained. The gist of the present invention is to improve the propulsion performance by the positional relationship between the skeg shape and the propeller, and is not limited to strictly maximizing the propulsion performance until the time of implementation of the present invention. If this is the case, it conforms to the spirit of the present application.
なお、上述したものは、飽くまでプロペラの回転軸の最適な位置を求めるためにソフトウェア的なものを用いた手法の一例であり、例えば決まったスケグ形状に前方から水流を当て、船舶の推進時と同様の環境を作り出し、その後方でポッド推進器を動作させてそのポッド推進器が得る力を測定するなどして、実験から得た実測値をもって推力の最大となるプロペラの回転軸を求めるといった方法を用いても良い。 The above is an example of a method using software to find the optimal position of the rotation axis of the propeller until it gets tired.For example, when a water flow is applied from the front to a fixed skeg shape, Create a similar environment, operate the pod propeller behind it and measure the force that the pod propeller obtains, etc., and find the rotation axis of the propeller that maximizes the thrust with the measured value obtained from the experiment May be used.
図6及び図7は、当該船舶のスケグの形状とプロペラの半径・形状により一意的に定まるプロペラの回転の中心軸座標を求めるグラフプロットした等高線及びこの等高線を3次元表示した結果を示す模式図である。上記の一連のステップにおいて導出された近似的な循環Γをプロットしたものである。図6はZ軸からグラフを見た図、図7はそのグラフの俯瞰図を示している。 FIG. 6 and FIG. 7 are schematic diagrams showing the contour lines plotted in graphs for obtaining the central axis coordinates of the rotation of the propeller uniquely determined by the shape of the skeg of the ship and the radius and shape of the propeller, and the result of three-dimensional display of the contour lines. It is. This is a plot of the approximate circulation Γ derived in the above series of steps. FIG. 6 shows a graph viewed from the Z axis, and FIG. 7 shows an overhead view of the graph.
この近似的な循環は、スケグ後方で生じる回転流のベクトルが平面上に定義されていれば、プロペラの回転軸の設置位置およびプロペラの回転半径の大きさに基づいて求めることができる。この近似的な循環を最大にするプロペラの回転軸座標(x,y)が、プロペラにとって伴流利得を最大にする点であり、当該スケグ形状とプロペラの大きさ(回転半径)において略最適なプロペラの回転軸の位置であると考えられる。 This approximate circulation can be obtained on the basis of the installation position of the rotation axis of the propeller and the size of the rotation radius of the propeller if the vector of the rotation flow generated behind the skeg is defined on a plane. The rotation axis coordinate (x, y) of the propeller that maximizes this approximate circulation is the point that maximizes the wake gain for the propeller, and is substantially optimal for the skeg shape and the size (rotation radius) of the propeller. This is considered to be the position of the rotation axis of the propeller.
次に、上記のように構成される本願発明の作用・動作、及び当該船舶が前進時に得る推進力の増大効果について説明する。 Next, the operation and operation of the present invention configured as described above and the effect of increasing the propulsive force that the ship obtains when moving forward will be described.
当該船舶は、図1に示すとおり、スケグとポッド推進器のセットを二つ備えている。スケグは図3Bに示すとおり、ひねりを加えた形状をしている。ポッド推進器は、図1で示すものの左側のものが時計回りの回転を、右側のものが反時計回りの回転をしており、それぞれがそれぞれ船体の中心軸側に向かって、図5に示すような形のオフセットをもって設置されている。 As shown in FIG. 1, the ship includes two sets of skegs and pod propellers. As shown in FIG. 3B, the skeg has a shape with a twist. As for the pod propulsion devices, those shown in FIG. 1 have a clockwise rotation on the left side and a counterclockwise rotation on the right side, and each is shown in FIG. 5 toward the center axis side of the hull. It is installed with an offset of the shape.
当該船舶が前進を始めると、船尾部およびスケグ後方には流れが生じ始める。船体の中央の左右のスケグの間からは、それぞれ左方向と右方向に向かう流れが生じるが、上述の通り、スケグにはひねりが加わっているため、左のスケグに関してはその右側、右のスケグに関してはその左側に回転流を生じ、それぞれの反対側に生じている流れよりも強くなっている。つまり、船舶の中心軸の側により強い回転流が発生している。 As the vessel begins to move forward, flow begins to occur at the stern and behind the skeg. Between the left and right skegs in the center of the hull, there are flows to the left and right, respectively, but as mentioned above, the skegs are twisted, so the left skegs have their right and right skegs. , There is a rotating flow on the left side, which is stronger than the flow generated on the opposite side. That is, a stronger rotating flow is generated on the side of the center axis of the ship.
この回転流をカウンターフローとして捕らえるために、船体の中心軸方向に向かってポッド推進器がオフセットを持って設置されている。これにより、ひねり形状のスケグによって生じている回転流を、オフセットを持つことでさらにプロペラがカウンターフローとしてより多く捕らえることができるため、ごく一般的なスケグ形状、および軸心を共にしたポッド推進器の位置設定の船舶と比較して、著しく推進力は増大する。 In order to capture this rotating flow as a counter flow, a pod propeller is installed with an offset toward the center axis of the hull. This allows the propeller to capture more of the rotating flow generated by the twist-shaped skeg as a counterflow by having an offset, so a pod propeller that has both a very general skeg shape and an axial center The propulsive force is remarkably increased as compared with a ship with a different position.
よって、本発明によれば、一軸型、多軸型に関わらず回転流を増幅させる変形型スケグ形状、およびそのスケグ形状とプロペラの組み合わせにおいて伴流利得を最大にするプロペラの回転軸位置を求めることができ、ポッド推進器や機械式ドライブを用いることでその最適な回転軸位置にプロペラを設置することができるため、種々の船舶の推進効率の向上、燃費の低下に貢献する。 Therefore, according to the present invention, the deformed skeg shape that amplifies the rotational flow regardless of the uniaxial type or the multiaxial type, and the rotation axis position of the propeller that maximizes the wake gain in the combination of the skeg shape and the propeller are obtained. It is possible to install a propeller at the optimum rotational axis position by using a pod propulsion device or a mechanical drive, which contributes to improvement in propulsion efficiency and reduction in fuel consumption of various ships.
換言すれば、二軸双胴型船舶とすることにより、船体の安定性のため設けられるスケグが小型のものでよくなり、プロペラ前方の障害物としての伴流への悪影響が少なくなる上、駆動軸の中心がスケグのセンター軸からオフセットを持たせたプロペラを持つことで、二軸双胴型船舶に特有の流れを利用してスケグ後方にプロペラの回転方向と逆方向の流れを作ることが可能となり、伴流利得を増やすことができる。すなわち、オフセットによりスケグ後方にプロペラに対し推進効率上、有効に作用する流れのベクトル成分を多くすることができ、推進効率を向上させた省エネルギーの観点で望ましい船舶が提供される。 In other words, by using a twin-shaft twin-hull type ship, the skeg provided for the stability of the hull can be small, and the adverse effect on the wake as an obstacle in front of the propeller is reduced, and driving By having a propeller whose center is offset from the center axis of the skeg, it is possible to create a flow in the reverse direction of the propeller rotation direction behind the skeg using the flow unique to the biaxial twin-hull type ship. It becomes possible and the wake gain can be increased. In other words, the offset can increase the vector component of the flow that effectively acts on the propeller behind the skeg in terms of propulsion efficiency, and provides a ship that is desirable from the viewpoint of energy saving with improved propulsion efficiency.
また、プロペラを駆動し船舶を推進するポッド型推進器とオフセットを持たせて位置設定したスケグにより、プロペラの前部に一軸型推進船や二軸型推進船などが有する推進軸を通す構造物が無いため、プロペラ前方の障害物としての伴流への悪影響が更に少なくでき、プロペラの推進効率に悪影響を与える水流が無くせ、かつスケグ後方に生じる流れをプロペラにカウンターフローとして最適に作用させることができる。したがって、スケグ後方に生じる流れをプロペラにカウンターフローとして有効に作用させ、更に推進効率の向上が図れる。 In addition, a pod type propulsion device that drives a propeller and propels a ship and a skeg that is positioned with an offset to pass the propulsion shaft of a single-shaft propulsion ship or a twin-shaft propulsion ship to the front of the propeller Therefore, the adverse effect on the wake as an obstacle in front of the propeller can be further reduced, the water flow that adversely affects the propulsion efficiency of the propeller can be eliminated, and the flow generated behind the skeg can act optimally as a counter flow on the propeller. Can do. Therefore, the flow generated behind the skeg can be effectively acted as a counter flow on the propeller, and the propulsion efficiency can be further improved.
さらに、流れベクトルデータを求めた上で、プロペラ半径の入力と最大推力円の描画、最大推力円Rの中心座標値の連続的変動と最大推力円R上の流れベクトル導出、流れベクトル値の最大推力円上での全周分線積分、線積分結果からのグラフプロットによる等高線の描出、等高線の最大箇所の最適位置同定、といった一連の処理をアルゴリズム化できるので、結果的に、当該スケグ形状とプロペラの組み合わせにおいてプロペラの受けるカウンターフローを大きくするようなプロペラ設置の最適位置の算出処理を自動化した船尾形状の設計方法を実現できる。 Furthermore, after obtaining the flow vector data, input the propeller radius and draw the maximum thrust circle, continuous fluctuation of the center coordinate value of the maximum thrust circle R, derivation of the flow vector on the maximum thrust circle R, maximum flow vector value Since a series of processes such as full-circumferential line integration on the thrust circle, drawing contour lines by graph plots from the line integration results, and identifying the optimum position of the maximum part of the contour line can be algorithmized, as a result, It is possible to realize a stern-shaped design method that automates the process of calculating the optimal position of the propeller installation that increases the counterflow received by the propeller in the combination of propellers.
ポッド推進器や機械式ドライブを用いている既存船舶の場合は、その設置位置にオフセットを持たせるという軽易な改造のみで推進効率を高めることができ、費用対効果が高く、かつ省資源である。 For existing ships using pod propellers and mechanical drives, the propulsion efficiency can be increased with only a simple modification of providing an offset to the installation position, which is cost-effective and resource-saving. .
また、極地の流氷域等の塩分濃度の高い海域や、海水温の高低といった航行環境の違いにより海水の粘度が上下したり、積載量による喫水の変化等により、伴流の大きさやベクトルが変化することを想定し、プロペラのオフセット位置を最適な場所へ適宜変更できるといった仕組みをとることで、さらに推進効率の向上、燃費の低下が図れるものと考えられる。 In addition, seawater viscosity increases and decreases due to differences in navigational environments such as polar sea ice and other high salinity sea areas and seawater temperature, and changes in wake size and vectors due to changes in drafts due to load capacity, etc. It is considered that the propulsion offset and the fuel efficiency can be further improved by adopting a mechanism in which the offset position of the propeller can be appropriately changed to an optimal place.
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
たとえば、プロペラのオフセット位置を最適な場所へ適宜変更できるとは、一度の航行スケジュールの単位でプロペラのオフセット位置を付け替えやその他の手段によって変更するという形でもよいし、例えば海水の温度や粘度、また喫水等の情報をリアルタイムに計測する手段を当該船舶に設置しておき、その状況で最適なプロペラのオフセット位置を随時、自動で変更するといったシステムを備えて調整するという形でも良い。 For example, the fact that the offset position of the propeller can be appropriately changed to an optimal location may be a form in which the offset position of the propeller is changed by changing the propeller position in units of a single navigation schedule or by other means, for example, the temperature and viscosity of seawater, In addition, a means for measuring information such as drafts in real time may be installed in the ship and adjusted with a system that automatically changes the optimum offset position of the propeller under the circumstances.
また、上述した実施例は、本発明に係る技術思想を具現化するための実施形態の一例を示したにすぎないものであり、他の実施形態でも本発明に係る技術思想を適用することが可能である。 Further, the above-described examples are merely examples of embodiments for embodying the technical idea according to the present invention, and the technical ideas according to the present invention can be applied to other embodiments. Is possible.
本発明は、二軸双胴型でスケグとプロペラを備えた船舶、あるいはポッド推進手段とスケグとプロぺラを備えた船舶であれば実施、適用可能であるため、これらの船舶に用いられる船尾形状としてデファクト・スタンダードあるいは基本的な設計手法となり得ると考えられる。 The present invention can be implemented and applied to a biaxial twin-hull type ship equipped with a skeg and a propeller, or a ship equipped with a pod propulsion means, a skeg and a propeller. The shape can be the de facto standard or the basic design method.
したがって、本発明は、大型船舶をはじめとして、小型船舶に対しても利用・適用可能であり、さらに、造船業、海運業をはじめとした海事産業全般のみならず、環境面においても広く社会全般に対して大きな有益性をもたらすものである。 Therefore, the present invention can be used / applied to large ships as well as small ships. Furthermore, the present invention is not limited to the entire marine industry including shipbuilding and shipping, but also widely used in society as a whole. This is a great benefit for.
1…船体、2A、2B…オフセット、11、12…スケグ、210、220…ポッド推進器、2101・・・プロペラ、2101A・・・プロペラ軸心(プロペラの駆動軸の中心)、11A・・・センター軸
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