JP6380848B2 - 船舶 - Google Patents

Description

この発明は、船舶に関する。

プロペラにより推進力を得る船舶においては、プロペラのハブから後方にハブ渦と称される強い渦流が生じることが知られている。このハブ渦は、プロペラの回転を妨げる抵抗になるとともに、プロペラの後方に舵が配される船舶にあっては、その舵の揚力低下やエロージョン発生の原因となってしまう。

そこで、特許文献１においては、プロペラの回転軸線の延長線上に、紡錘形のラダーバルブを設けるとともに、舵板から水平方向に延びる水平フィンを設ける技術が提案されている。この特許文献１に記載の技術によれば、ラダーバルブによってハブ渦を拡散させるとともに、水平フィンによってハブ渦を消滅させることが可能とされている。

特開平５−０３９０９０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術においては、ハブ渦が生じた後に拡散および消滅させることとなる。つまり、ハブ渦の発生に寄与する分だけプロペラを回転させるエネルギーが無駄に消費されることとなる。
一方で、上記ハブ渦の中心では圧力の低下がみられるため、例えば、ハブ渦が正圧面側に回り込むことで、舵の正圧面側の圧力を低下させてしまう可能性が依然として残る。この場合、舵で得られる揚力が低下して推進性能が低下してしまう。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ハブ渦を有効利用して推進性能を向上することができる船舶を提供することを目的とする。

この発明の第一の態様によれば、船舶は、船体と、船首尾方向に延びる軸線回りに回転するプロペラと、前記プロペラに対向する前縁を有するリアクション舵と、を備え、前記リアクション舵は、前記プロペラの回転方向の後方に向かって捩じれるように形成された舵上部及び舵下部を備え、前記舵上部および前記舵下部は、プロペラ旋回流の推進方向における下流側を向く面が正圧面、上流側を向く面が負圧面となり、前記プロペラの軸線の延長線上に前記舵上部の前記負圧面が配されるように舵上部と舵下部との境界面が、前記軸線の延長線よりも下方にオフセットしている。
このように構成することで、プロペラの軸線の延長線を、リアクション舵の上部の負圧面に向かって延びるようにすることができる。そのため、圧力の低下がみられるハブ渦をリアクション舵の上部の負圧面に向けて流すことができる。その結果、ハブ渦の圧力低下を有効利用して推進性能を向上することができる。

この発明の第二の態様によれば、船舶は、第一の態様におけるリアクション舵の境界面が、前記プロペラの軸線の延長線を中心とした前記プロペラのハブ径の範囲内に配されていてもよい。
プロペラのハブの延長上には、プロペラの翼による旋回流が流れ難いため、軸線の延長線を中心としたハブ径の範囲内に境界面を配することで、リアクション舵に対して、リアクション舵が捩じれる方向とは反対方向の旋回流が作用することを抑制できる。その結果、推進性能を向上しつつ、リアクション舵による推力低下を抑制することができる。

この発明の第三の態様によれば、船舶は、第一又は第二の態様における前記リアクション舵の上部の負圧面に向けてハブ渦を案内するフィンを備えていてもよい。
このように構成することで、意図せずハブ渦が境界面よりも下方のリアクション舵の下部に向かって流れようとした場合や、ハブ渦が十分に上部負圧面に向かって流れない場合であっても、フィンによってハブ渦の流れを変更して上部負圧面側に向かわせることができる。その結果、より効率よくハブ渦を上部負圧面側に導くことができる。

上記船舶によれば、ハブ渦を有効利用して推進性能を向上することが可能となる。

この発明の第一実施形態における船舶の船体後部の側面図である。 この発明の第一実施形態における舵の正面図である。 この発明の第一実施形態における舵の上面図である。 この発明の第二実施形態における舵の側面図である。 この発明の第一実施形態の変形例における図２に相当する正面図である。

次に、この発明の一実施形態に係る船舶を図面に基づき説明する。
図１は、この発明の第一実施形態における船舶の船体後部の側面図である。

図１に示すように、第一実施形態における船舶１は、主船体２と、プロペラ３と、舵４とを備えている。
この実施形態における主船体２は、ボッシング５を備えている。このボッシング５は、主船体２の長手方向の中心よりも船尾側の船底に形成されている。このボッシング５は、プロペラ３を回転可能に支持している。

プロペラ３は、ハブ６と、ブレード７と、を備えている。
ハブ６は、エンジン等の動力源（図示せず）から変速機やシャフト等を介して伝達された出力により回転する。このハブ６は、複数のブレード７を支持している。

ブレード７は、ハブ６から放射状に複数延びている。言い換えれば、ブレード７の根本がハブ６に固定されて、それぞれ径方向外側に向かって延びている。これらブレード７は、所定の翼形状とされている。
上記プロペラ３が船首尾方向に延びる回転軸（軸線）Ｏ回りの所定方向に回転することで、ブレード７によって船尾側に向かう旋回流が形成され、船舶１に前進するための推進力が付与される。
舵４は、プロペラ３の後方に配されている。より具体的には、舵４は、プロペラ３の回転軸Ｏを後方に延長した延長線Ｏ１上に配されている。この実施形態における舵４は、いわゆるリアクション舵（反動舵）である。

舵４は、舵軸８と、舵本体９と、を備えている。
舵軸８は、主船体２の船底から鉛直方向の下方に向かって延びている。この舵軸８は、鉛直方向に延びる軸線周りに回転可能とされている。この舵軸８の下部には、舵本体９が取り付けられている。舵軸８は、舵本体９の前縁１２側に接続されている。

舵本体９は、舵軸８が回動することで揺動可能とされている。この実施形態における舵本体９の上縁１０から下縁１１における、プロペラ３側の前縁１２から、後縁１３にかけての幅寸法は、徐々に小さくなるように形成されている。また、舵本体９の左右方向の厚さは、上縁１０から下縁１１に向かうにしたがって徐々に薄くなるように形成されている。舵本体９は、その前縁１２がプロペラ３に対向するように配置されている。

図２は、この発明の第一実施形態における舵の正面図である。図３は、この発明の第一実施形態における舵の上面図である。
図２、図３に示すように、舵４は、いわゆるリアクション舵（反動舵）である。この舵４の舵本体９は、プロペラ３のブレード７によって形成される渦流（以下、単にプロペラ旋回流ｆと称する）の回転方向（図２中、矢印で示す方向）後方に向かって舵上部９ａと舵下部９ｂとが捩れるようにして形成されている。舵上部９ａは、プロペラ旋回流ｆの推進方向における下流側を向く面が正圧面９ａｐとなり、上流側を向く面が負圧面９ａｎとなる。同様に舵下部９ｂは、プロペラ旋回流ｆの推進方向における下流側を向く面が正圧面９ｂｐとなり、上流側を向く面が負圧面９ｂｎとなる。

舵上部９ａは、中心線（言い換えれば、キャンバーライン）ＣＬ１がその前縁１２ａ側にて左弦側（図２中、右側）に湾曲し後縁１３側に向かうにしたがって舵本体９の厚さ方向の中心面Ｆ１に一致している。また、舵下部９ｂは、舵本体９の前縁１２ｂ側にてその中心線ＣＬ２が右弦側（図２中、左側）に湾曲し後縁１３側に向かうにしたがって舵本体９の厚さ方向の中心面Ｆ１に一致している。つまり、舵上部９ａの前縁１２ａは、リアクション舵である舵４の左舷側面に捩れており、舵下部９ｂの前縁１２ｂは、前記舵４の他方側の右舷側面に捩れている。

この実施形態における舵本体９は、上下方向の中央の境界面１４よりも上方が舵上部９ａとなり、境界面１４よりも下方が舵下部９ｂとなっている。これら舵上部９ａと舵下部９ｂとは、前縁１２ａ，１２ｂ側でのみ上下に分割されている。つまり、舵本体９は、その後縁１３側では上下分割されずに一体形成されている。ここで、境界面１４が、上下方向における舵本体９の中央に形成される場合について説明したが、境界面１４の配置は上下方向の中央に限られない。

舵本体９は、軸線Ｏの延長線Ｏ１が舵本体９の幅方向の中心面Ｆ１を通るようにプロペラ３に対して配される。また、舵上部９ａと舵下部９ｂとの境界面１４は、軸線Ｏの延長線Ｏ１よりも下方に距離Ｌ１だけオフセットしている。これにより、延長線Ｏ１上には、舵上部９ａの負圧面が配される。ここで、延長線Ｏ１と境界面１４との距離Ｌ１は、「０」よりも大きく、且つ、延長線Ｏ１を中心としたプロペラ３のハブ６の直径Ｄ１以下となっている。つまり、上述した境界面１４は、プロペラの軸線Ｏの延長線Ｏ１を中心としたハブ６の直径Ｄ１の範囲内に配されることとなる。

したがって、上述した第一実施形態の船舶１によれば、プロペラ３の軸線Ｏの延長線Ｏ１を、舵本体９の上部の負圧面９ａｎに配置することができる。そのため、圧力の低下がみられるハブ渦を舵本体９の上部の負圧面９ａｎに向けて流すことができる。その結果、ハブ渦の圧力低下を有効利用して推進性能を向上することができる。

次に、この発明の第二実施形態における船舶を図面に基づき説明する。この第二実施形態の船舶は、上述した第一実施形態の船舶の舵４にフィンを追加しただけである。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図４は、この発明の第二実施形態における舵の側面図である。
図４に示すように、この実施形態における舵４は、舵軸８と、舵本体９と、フィン２５と、を備えている。
フィン２５は、舵４の舵上部９ａの負圧面９ａｎに向けてハブ渦を案内する。このフィン２５は、舵本体９の右舷側に突出する平板状に形成されている。このフィン２５の上面２６は、所定の角度で傾斜する平面とされている。この実施形態においては、フィン２５が平板状の場合を例示したが、フィン２５の形状は平板状に限られない。また上面２６の形状は、平面に限られるものではない。

したがって、上述した第二実施形態の船舶１によれば、意図せずハブ渦が境界面１４よりも下方の舵下部９ｂに向かって流れようとした場合や、ハブ渦が十分に負圧面９ａｎに向かって流れない場合であっても、フィン２５によってハブ渦の流れを変更して負圧面９ａｎ側に向かわせることができる。その結果、より効率よくハブ渦を負圧面９ａｎ側に導くことができる。

この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上述した第一実施形態においては、舵本体９の上下方向における境界面１４が水平方向に延びる場合を一例にして説明した。しかし、境界面１４は、水平方向に延びるものに限られない。例えば、図５の第一実施形態の変形例に示すように、舵上部９ａの前縁１２ａと、舵下部９ｂの前縁１２ｂとを滑らかに繋いでいる移行部３０を備える場合、境界面１４は、この移行部３０の前縁３０ａを通る。この場合も、第一実施形態と同様に、境界面１４を延長線Ｏ１よりも下方にオフセットすればよい。

さらに、第二実施形態においては、フィン２５が右舷側にのみ形成される場合を一例に説明した。しかし、この構成に限られるものではない。例えば、左舷側にも負圧面９ｂｎ側にハブ渦を案内するためにフィン２５を設けても良い。

また、上述した各実施形態においては、船舶１がプロペラ３と舵４との組み合わせを一つだけ備えるいわゆる一軸船の場合について説明したが、この発明は、二軸船にも適用可能である。

さらに、上述した各実施形態においては、プロペラ３の推進方向が前方（船首側）から見て反時計回りである場合について説明した。しかし、プロペラ３の推進方向は、推進方向が前方（船首側）から見て時計回りであってもよい。この場合、上述した各実施形態の舵４の形状は左右反転させればよい。

１ 船舶
２ 主船体（船体）
３ プロペラ
４ 舵（リアクション舵）
５ ボッシング
６ ハブ
７ ブレード
８ 舵軸
９ 舵本体
９ａ 舵上部（上部）
９ｂ 舵下部（下部）
９ａｐ 正圧面
９ａｎ 負圧面
９ｂｐ 正圧面
９ｂｎ 負圧面
１０ 上縁
１１ 下縁
１２ 前縁
１２ａ 前縁
１２ｂ 前縁
１３ 後縁
１４ 境界面
２５ フィン
２６ 上面
３０ 移行部
ＣＬ１，ＣＬ２ 中心線
Ｏ 回転軸（軸線）
Ｏ１ 延長線
Ｆ１ 中心面
ｆ プロペラ旋回流
Ｌ１ 距離
ｒ１ 半径
Ｄ１ 直径（ハブ径）
θ１，θ２ 傾斜角度

Claims (3)

1. 船体と、
   船首尾方向に延びる軸線回りに回転するプロペラと、
   前記プロペラに対向する前縁を有するリアクション舵と、
   を備え、
   前記リアクション舵は、
   前記プロペラの回転方向の後方に向かって捩じれるように形成された舵上部及び舵下部を備え、
   前記舵上部および前記舵下部は、プロペラ旋回流の推進方向における下流側を向く面が正圧面、上流側を向く面が負圧面となり、
   前記プロペラの軸線の延長線上に前記舵上部の前記負圧面が配されるように舵上部と舵下部との境界面が、前記軸線の延長線よりも下方にオフセットしている船舶。
2. 前記リアクション舵の前記境界面は、前記プロペラの軸線の延長線を中心とした前記プロペラのハブ径の範囲内に配される請求項１に記載の船舶。
3. 前記リアクション舵の上部の負圧面に向けてハブ渦を案内するフィンを備える請求項１又は２に記載の船舶。

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