JP6182788B2 - シングルプロペラ、前置きツインラダー船 - Google Patents

Description

本発明は、一つのプロペラ軸、二つの舵をプロペラの船首方向に有するシングルプロペラ、前置きツインラダー船に関するものである。

船は物資、人を大量かつ効率的に輸送できる手段として利用されている。
そのために、船には目的の航路を安全に寄港し、航行することが重要であるので、船の推進機構及び舵機構は変遷しながら発展してきた。

舵に要求される基本的な要素は、旋回性（舵を切り続けたときに、いかにすばやく進路を曲げることができるかを示す性能）と、保針性（針路安定性：いかにまっすぐ走ることができるかの性能）であり、これらはしばしば相反する機能であるが、これらが両立するように種々の工夫がなされてきた。
船の回転性能、船本体との取り合い、舵に対する水流効果等から、船尾において、プロペラに対し後方の位置にタンデムに取り付けられるのが一般化した。

舵の効きは、飛行機などの翼と同じ翼理論が適用され、船尾の限られたスペース内に上手く設置されている。

舵の回転性能は、舵の面に作用する横方向の推力による。これは舵面に作用する揚力である。揚力は、理論的には一様な層流の中では、舵単独の性能として次の式で表されるものである。
揚力（Ｆ）＝１／２ρＶ²・ｓｉｎα・Ａ・Ｆｐ
ここで Ｖ：舵に対する水の流入速度
α：流入水の舵に対する流入角度
Ａ：舵の揚力に対する有効面積
Ｆｐ：舵単独の直圧力係数の勾配
ρ：海水の密度

一方、舵の揚力をより大きくするために、特許文献１では、特殊な船において、その船尾に、一つのプロペラに対しその後方の位置に２つの舵を平行に設けることが知られている。

特開２００３−２６０９６号公報

特許文献１の構成は、揚力を大きくできる利点を有するものの、燃費の改善を図ること、建造船価低減あるいは船全長当たりの積荷量を大きくするなどの考えはない。

そこで、本発明の主たる課題は、燃費の改善を図ることができるとともに、船全長当たりの積荷量を大きくすること、建造船価低減が可能な船の構造を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
プロペラの前方でかつバトックラインが船体の右舷及び左舷の平行部と交差する位置より後方であって、船の中心線の左右対称位置に、それぞれ舵を設け、かつ、スターンスラスターを設け、このスターンスラスターのプロペラ軸線が、前記各舵面を通る関係にあることを特徴とするシングルプロペラ、前置きツインラダー船。

（作用効果）
船の中心線の左右対称位置に、それぞれ舵を設けた。ある大きさの船における必要な旋回性及び保針性（針路安定性）を確保するために必要な舵面積は、２つの舵による場合における各舵の面積は、一つの舵による場合より、１つの舵面積当たり２５％〜５０％程度に小さくできる。２つの舵の総面積では、従来の一つの舵と同一面積または少し大きくなる。舵は、プロペラ前方、船底線とのクリアランス極力小さくするように設けることが望ましい。
一般に航海時に舵は海水面より没していることが必要である。本発明に従って舵高さを小さくできることは、航海時に喫水深さを浅くすることができることを意味し、その結果、同一船速に対して主機関の出力を低減することができ、燃費が改善する。
他方、プロペラの前方にスターンスラスター（ｓｔｅｒｎ ｔｈｕｓｔｅｒ）を設けることにより、スターンスラスターによる効果を期待できる。
なお、「バトックライン」（ｂｕｔｔｏｃｋ ｌｉｎｅ）とは、船体中央縦断面に平行な鉛直面で切った船尾の形状線を意味する。特に船体の右舷及び左舷の平行部との交差線とがなす線を言う。
さらに、船尾側にスターンスラスターを設けることにより、狭い港内での軌道修正や離着岸における操船性を高めることができる。
他方、港内など船が低速で航行している場合、舵の効きは極めて悪い。そこで、スターンスラスターを起動させ、その水流を舵板面に流入させることにより、操船性が高まる。

＜請求項２記載の発明＞
前記スターンスラスターは、前記プロペラより３〜２５ｍ前方に位置する請求項１記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。

（作用効果）
スターンスラスターは、プロペラより３〜２５ｍ前方に位置するのが好ましい。プロペラより３〜２５ｍ前方に位置する場合には、狭い港内での軌道修正や離着岸におけるスターンスラスターによる操船性が好適な位置であることが判った。

＜請求項３記載の発明＞
舵は、左右対称の舵面を有する請求項１記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。

（作用効果）
本発明は舵の面形状に特徴を有するものではなく、一般的な舵を使用することを念頭に置いている。舵が、左右対称の舵面を有すると、二つの舵を同期使用、単独使用、組み合わせ使用等により操船性を高めることができる。

＜請求項４記載の発明＞
操作舵機がプロペラの前方でかつバトックラインが船体の右舷及び左舷の平行部と交差する位置より後方の船体内に設けられている請求項１記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。

（作用効果）
舵のほかその操作舵機をプロペラの前方に設けると、たとえば船のアフターピークタンク室、操作舵室（ステアリング室）などの後方への張出しが不要となり、従来の一つのプロペラに対してその後方に一つの舵を有する船に比較して、たとえば約５ｍ〜２０ｍ短くすることができる。
その結果、貨物船の場合、同一の全長当たり、貨物槽の容積を約５％〜１５％増加できるので、船の利用価値が高まる。また船の全長を短縮でき建造船価が低減する。

＜請求項５記載の発明＞
前記プロペラのほか、追加プロペラ及びその駆動手段を設け、前記追加プロペラは、前記プロペラの配置位置とは異なる位置であって、船底又は船底立ち上がり部に一台または複数台配置し、プロペラを駆動して推進力を得る常用運転状態と、追加プロペラを駆動して推進力を得る運転状態とを選択可能とした請求項１記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。

（作用効果）
前記プロペラ、すなわち常用プロペラ以外に、小型の追加プロペラ及びその駆動手段を設ける。追加プロペラの駆動手段の出力は、前記主機の駆動手段の出力の３５％以下、より好ましくは２５％以下とすることができる。
載荷（積荷）時には、計画満載喫水に近い喫水状態で、常用プロペラを駆動して運行する。必要あれば追加プロペラを併用して運航する。
荷下ろし後の帰港航海、小型の追加プロペラで主として運航する。とりわけ天候が穏やかな日においては、船舶の航海時の安定性につき過度に厳格とする必要性に乏しい。そこで、喫水線を下げた状態で、小型の追加プロペラにて走行させる。
その結果、喫水線を下げることにより、見掛け上の排水量の低下となり、外板の水との接触面積が小さくなり、水線面積係数の改善を図ることができ、燃料消費の低減効果が大きいものとなる。
また、小型の追加プロペラを駆動するので、駆動装置の出力（主機の駆動手段の出力の３５％以下、より望ましくは２５％以下）は小さいもので足り、この観点からも、燃料消費の低減効果が大きいものとなる。
船舶が積荷を満載した後に出港し、通常の航海に移行する場合には、常用プロペラを駆動し、深い喫水で航海する。また、揚荷後バラストで航海する場合は通常航海状態に移行後に追加プロペラ運航とする。ただし天候が悪い場合には、たとえ空船であっても、バラスト水を張り、安定化させた状態で、小型の追加プロペラ又は常用プロペラにて走行させることができる。また必要な場合、追加プロペラ及び常用プロペラを併用することも可能である。
バラスト航海時に主として追加小型ダクトプロペラを使用することにより、主プロペラのプロペラ没水率の制限が少なくなり、常用プロペラのプロペラ直径を、従来の設計基準によるプロペラの直径より大きくできる。これによりプロペラ効率アップが可能となり、約５〜７％の効率アップとなる。かくして、より大きな直径の常用プロペラ採用により、プロペラ効率がアップし同一船速に対し主機関の必要出力は減少し。これにより大きな燃費改善となる。

＜請求項７記載の発明＞
前記追加プロペラは、船外への張出し状態と船内への引き込み状態とを選択可能である請求項６記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。

（作用効果）
ダクトプロペラが船外へ張出し状態にある場合には、深い喫水において抵抗になるので、ダクトプロペラは、船内へ引き込み状態とすることが望ましいのである。

以上のとおり、本発明によれば、燃費の改善を図ることができるとともに、船全長当たりの積荷量を大きくすることが可能となる。

シングルプロペラ、前置きツインラダー船の正面の船尾部分を示す正面図である。 シングルプロペラ、前置きツインラダー船の底面図である。 シングルプロペラ、前置きツインラダー船の後側から見た底面図である。 追加プロペラを設けた場合における積荷状態の船の概要正面図である。 追加プロペラを設けた場合における空荷での運転状態の船の概要正面図である。 追加プロペラ（ダクトプロペラ）例の正面図である。 従来例における一プロペラの一舵船の正面の船尾部分を示す正面図である。 従来例における一プロペラの一舵船の正面の船尾部分を示す底面図である。

まず、従来例について説明すると、タンカーや大型の貨物船の例として、図７及び図８に示すように、一プロペラの一舵船であり、船尾部分の船体内に機関室５０が配置され、プロペラ５１を回転駆動することにより推進する。

プロペラ５１の後方には舵５２が設けられ、プロペラ５１より上方の操作舵室（ステアリング室）５３が配置され、その内部に操作舵機５４が設けられ、その舵軸５５が舵（舵板）５２と一体化しており、操作舵機５４により船は旋回可能とされている。符号５６はアフターピークタンク室である。
機関室５０の前方には貨物室５７が船首側に連なって配置されている。５８はブリッジである。

次に、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
図１〜図６は本発明のシングルプロペラ、前置きツインラダー船の一例を示している。

本発明では、プロペラ１１の前方でかつバトックラインの後方であって、船の中心線の左右対称位置に、それぞれ舵１２、１２を設けたことを特徴とするものである。

舵１２のとしては、その舵軸１２ａとの関係でバランス型及びアンバランス型のいずれでもよい。また、図２に示すように左右対称の舵面を有するのが望ましい。２つの舵１２、１２は、同期使用、単独使用、組み合わせ使用等、適宜選択できる。

プロペラ１１の前方に舵１２、１２を設けることによって、操作舵室（ステアリング室）５３もプロペラ１１の前方の配置となり、その内部に操作舵機５４が設けられる。

プロペラ１１より前方でかつバトックラインの後方にスターンスラスター４０を設けることができる。また、このスターンスラスター４０のプロペラ軸線４０ａが、前記各舵１２、１２の舵板面を通る関係にあるように配置される。
船尾側にスターンスラスター４０を設けることにより、狭い港内での軌道修正や離着岸における操船性を高めることができる。
他方、港内など船が低速で航行している場合、舵の効きは極めて悪い。そこで、スターンスラスター４０を起動させ、その水流を舵板面に流入させることにより、舵の効きが速まり操船性が高まる。

前記スターンスラスター４０は、前記プロペラより３〜２５ｍ前方に位置するのが望ましい。

本発明によると、舵及びその操作舵機をプロペラの前方に設けるので、図８及び図９に示す従来例ように、たとえば船のアフターピークタンク室５６、操作舵室（ステアリング室）５３（図７参照）などの後方への張出しが不要となり、従来例の一つのプロペラに対してその後方に一つの舵を有する船に比較して、たとえば約５ｍ〜２０ｍ短くすることができる。
その結果、貨物船の場合、同一の全長当たり、貨物槽の容積を約５％〜１５％増加できるので、船の利用価値が高まる。また建造船価を低減できる。

前記プロペラ１１は、常用のプロペラである。図４〜図６に示すように、この常用プロペラ１１のほか、追加プロペラ及びその駆動手段を設け、前記追加プロペラは、前記プロペラの配置位置とは異なる位置であって、船底又は船底立ち上がり部に一台または複数台配置し、プロペラを駆動して推進力を得る常用運転状態と、追加プロペラを駆動して推進力を得る運転状態とを選択可能としたシングルプロペラ、前置きツインラダー船も提供される。

図４は、船、たとえば積荷状態の商船１０、たとえば貨物船の概要正面図である。この商船１０には、ディーゼル機関などの主機（主機関）５０により常用プロペラ（主プロペラ）１１を駆動して推進力を得る。１４Ａは空荷状態における水線であり、船首方向が高く、船尾方向は船底線と交差する船首足（おもてあし）状態である。船尾足（ともあし）状態は逆であり、図５に水線１４Ｂで示す。

図６にも参照されるように、船に、追加プロペラ２０及びその駆動手段２２を含むダクトプロペラ２１が設けられている。
この追加プロペラ２０は、常用プロペラ１１とは異なる位置、すなわち図示の船首領域ほか、船尾又は中間位置であって、船底又は船底立ち上がり部に配置される。船尾位置の場合を符号２０Ａ、中間位置の場合を符号２０Ｂで示している。

追加プロペラ２０の駆動手段２２の出力は、主機５０の駆動手段の出力の２５％以下であり、小さいものである。
そして、常用プロペラ１１を駆動して推進力を得る常用運転状態と、追加プロペラ２１を駆動して推進力を得る運転状態とを選択可能とされている。

追加プロペラ２０例を説明すると、駆動手段２２としては、電気モータ、油圧モータなどのほか、必要ならば、主機（主機関）５０と連結して駆動力を得るようにすることもできる。

駆動手段２２による出力軸２３の回転駆動力は、一対の傘歯車２４を介して縦軸２５に伝達され、縦軸２５に設けた一対の傘歯車２６を介して、プロペラ駆動軸２７の回転力として伝達され、プロペラの周囲にダクト２１Ａを有するダクトプロペラ２１を回転させるように構成されている。
他方、駆動手段２２による伝達軸２８の回転駆動力は、駆動小歯車２９、これに噛合する大歯車３０に伝達され、ダクトプロペラ２１を縦軸２５回りに回転可能に構成されている。

さらに、船底１０Ａより下方のダクトプロペラ２１を含む機器は、図６に示すように、船底１０Ａの外へ張出す状態にあるが、通常の航海では邪魔になるので、船内への引き込み可能である構造が好適である。１０Ｂは船内への引き込み後に閉止する遮蔽部材である。

かかる船構造であると、貨物Ｒの積荷（載荷）時には、図４に示すように、計画満載喫水に近い喫水状態で、主機５０により常用プロペラ１１を駆動して運行する。
荷下ろし後は、とりわけ天候が穏やかな日、あるいは波の静かな海においては、船舶の航海時の安定性につき過度に厳格とする必要性に乏しいので、図５に示すように、喫水線を下げた状態で、小型の追加プロペラ２０にて走行させる。この場合、図５の白抜き矢印で示すように船の進行方向は適宜選択でき、船の進行方向によりブリッジ１３で船首、船尾を監視する。
その結果、喫水線を下げることにより、見掛け上の排水量の低下となり、外板の水との接触面積が小さくなり、水線面積係数の改善を図ることができ、燃料消費の低減効果が大きいものとなる。
また、小型の追加プロペラ２０を駆動するので、駆動装置２２の出力は小さいもので足り、主機１２の駆動手段の出力の３５％以下、特に２５％以下、とりわけ１０％〜５％程度の出力で航行できる観点からも、燃料消費の低減効果が大きいものとなる。天候が穏やかな日（ビューフォートスケールで０〜３の日）での走行速度は５〜１０ノット程度で十分である。

当該船舶が貨物Ｒを満載した後に出港し、通常の航海に移行する場合には、常用プロペラ１１を駆動し、または併用し深い喫水で航海する。
また、天候が悪い場合には、たとえ空船であっても、バラスト水ＢＷ（バラスト水の貯留空間は図示していない。）を張り、安定化させた状態で、小型の追加プロペラ２０又は常用プロペラ１１にて走行させることができる。

ダクトプロペラ２１が、上下軸線周りに回転可能であると、必要とする運転状態において、図５に示すように、ダクトプロペラ２１を駆動して船尾方向に推進することができる。

ダクトプロペラ２１が、縦軸２５（上下軸線）周りに回転可能であると、追加プロペラ及び常用プロペラ併用運転において、追加プロペラを適宜、上下軸線周りに回転させることにより、ステアリング機能を付加することができ、操船（方向）性を高めることができる。また、当該船の着岸時において、横向かせてスライドスラスターとして利用できる。

また、ダクトプロペラ２１による推進方向を船首方向とすることができる。そのために、常用プロペラ１１に対し、その回転を防止するプロペラ遊転防止装置１１Ａを設けておくことができる。

必要ならば、ダクトプロペラ２１を船の中心線を境として左右に設けることもできる。左右のダクトプロペラ２１，２１の上下軸線周りの回転によって、操船性を高めることができる。また、スライドスラスターとして利用時において、着岸がより一層簡単になる。

本発明は、一般貨物船のほか、コンテナ船、タンカー、ＬＮＧ船、自動車運搬船、バラ積み船、貨客船などについて適用可能である。

１０…船
１１…常用プロペラ（主プロペラ）
１２…舵
１２ａ…舵軸
２０…追加プロペラ
２１…ダクトプロペラ
２２…駆動手段
４０…スターンスラスター
５０…主機（主機関：駆動手段）
５４…操作舵機

Claims (6)

1. プロペラの前方でかつ船体の右舷及び左舷の平行部より後方であって、船の中心線の左右対称位置に、それぞれ舵を設け、かつ、スターンスラスターを設け、このスターンスラスターのプロペラ軸線が、前記各舵面を通る関係にあることを特徴とするシングルプロペラ、前置きツインラダー船。
2. 前記スターンスラスターは、前記プロペラより３〜２５ｍ前方に位置する請求項１記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。
3. 舵は、左右対称の舵面を有する請求項１記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。
4. 操作舵機がプロペラの前方でかつ船体の右舷及び左舷の平行部より後方の船体内に設けられている請求項１記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。
5. 前記プロペラのほか、追加プロペラ及びその駆動手段を設け、前記追加プロペラは、前記プロペラの配置位置とは異なる位置であって、船底又は船底立ち上がり部に一台または複数台配置し、プロペラを駆動して推進力を得る常用運転状態と、追加プロペラを駆動して推進力を得る運転状態とを選択可能とした請求項１記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。
6. 前記追加プロペラは、船外への張出し状態と船内への引き込み状態とを選択可能である請求項５記載のシングルプロペラ、前置きツインラダー船。

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