JP6475436B2 - ３翼式舵及び３翼式舵付き船舶 - Google Patents

Description

本発明は、船舶の旋回や針路安定に用いる３翼式舵及び３翼式舵付き船舶に関する。

図１０に示すように、通常船舶に用いられる舵１０１は、流線型の翼断面形状を有する１枚の翼であり、その面積は旋回性能や針路安定性能を満足するように決定される。旋回性能を向上させる目的では、現状の技術でもベッカー舵やシリング舵のような高揚力舵が存在するが、高揚力舵が効果を発揮するのは舵１０１を切った（舵角を取った）時であり、高揚力舵は、通常舵より抵抗が大きくなり省エネ面では不利である。従って、直進時にできるだけ舵を切らずに針路安定性を向上させるためには、舵面積を大きくせざるを得ない。
船の設計において、舵１０１の深さ方向（喫水方向、上下方向）の寸法（以下、スパンと呼ぶ）は、図１０に示すように船の喫水とプロペラ１０２まわりの形状によって制限されるので、大きな面積の舵１０１が必要な場合には、船の長さ方向の寸法（以下、コード長と呼ぶ）を大きくする必要がある。

一方、図１１に示すように、船の全長（船の長さ）Ｌｏａは式１で表される各部の長さの合計で決まるため、舵１０１のコード長が長いと船全体が長くなり、入港制限に抵触したり建造コストが高くなったりする不具合がある。
Ｌｏａ＝Ｌｒａ＋Ｌｐｐ＋Ｌｂｂ・・・（式１）
ここで、Ｌｒａは、舵１０１のコード長のうち舵軸１０３より後ろの長さで、コード長にほぼ比例する。Ｌｐｐは、舵軸１０３から喫水線の前端までの長さで、主機の大きさや貨物量で決まる。Ｌｂｂは、バルバスバウの長さで、航海速度や船の長さ・幅・太り具合などにより決まる。

また、翼性能の一般的な特性により、コード長の長い舵、すなわち翼のアスペクト比（＝スパン／コード長）が小さい翼には以下のような欠点もある。
（１）図９（ａ）に示すように、同じ揚力を出すのに大きな迎角（船の場合は舵角）を取らなければならない。
（２）図９（ｂ）に示すように、同じ揚力（船の場合は舵力）を出すのに抵抗が大きくなる。
なお、図９（ａ）は迎角と揚力係数との関係を示す特性図、図９（ｂ）は抗力係数と揚力係数との関係を示す特性図であり、いずれもアスペクト比１〜７の場合を示している。
舵１０１も翼の一種であるから、一般に喫水でスパンが制限されている船舶において、針路安定性を確保するためにコード長を伸ばすと、アスペクト比が小さくなり、同じ舵角での揚力（舵力）が小さくなるとともに同じ揚力（舵力）を得ようとすると抵抗が大きくなる。このためコード長を伸ばした舵は、面積の割には旋回性能が良くないばかりでなく、通常航海で用いられる当て舵（あてかじ）程度の小舵角でも抵抗増加すなわち馬力増加に繋がり、省エネ上好ましくない。

これらの問題を解決するには、短いコード長で舵面積が稼げ、大きな舵力（揚力）を発揮することのできる舵が必要になる。このためには、複数の翼を組み合わせることが考えられる。すなわちコード長の短い翼（アスペクト比が大きいため、揚力が大きく抵抗が小さいので性能が良い）を複数枚装備することで必要な舵面積を稼ぐことができる。
図１２に２翼式舵の例を示すが、２翼式舵では次のような欠点がある。
（１）船体中心線の位置で２つの舵１０１Ａ、１０１Ｂを一体化して回す場合
規則により、舵１０１Ａ、１０１Ｂは左右に各３５度まで回すことができるように求められているが、２つの舵１０１Ａ、１０１Ｂを連結して、船体中心線の位置で舵１０１Ａ、１０１Ｂを一体で回す場合には、前方に装備されているプロペラ１０２に、それぞれの舵１０１Ａ、１０１Ｂが接触する可能性がある。プロペラ１０２の位置を前にずらせば解決するが、それではプロペラ１０２周りの寸法を拡大せずに性能の良い舵を装備するという目的を達することができない。
（２）２つの舵１０１Ａ、１０１Ｂをそれぞれの中心位置で回す場合
上記（１）の不具合はなくなるが、操舵機１０４を２台装備するか、あるいは１台の操舵機１０４で２つの舵１０１Ａ、１０１Ｂを回転させる機構が必要になる。いずれの場合にも舵柱１０５や舵軸１０３は２セット（２式）必要で、図示していないが軸受けや水密装置も２セット必要になり、重量やコストが増加する。

ところで、特許文献１には、主舵の左右両側に、主舵とほぼ平行に補助舵を備え、この補助舵によって舵面積を増加させることが開示されている（図２及び図３）。
特許文献２には、舵の後縁付近の両側に、縦横比の大きな任意翼型の補助翼を舵面と平行に配置し、補助翼自身の発生する揚力を利用して小舵角で高揚力を得るとともに、補助翼の整流作用によって舵面からの流線の剥離を抑えることが開示されている。
特許文献１や特許文献２のように、３翼式舵については、既に知られている。

実願平０１−６８６３号（実開平０２−９８０９５号）のマイクロフィルム 特開平０７−１６５１８８号公報

しかし、特許文献１で開示されている補助舵は、補助舵を搭載しない通常舵の舵トルクと同一の舵トルクとするために、補助舵を主舵の回転軸中心線に設けており、更に、主舵と比較して、上端だけでなく下端においても短い寸法としている。
すなわち、特許文献１では、主舵の翼面積をＡｃとし、２枚の補助舵の合計の副翼面積をＡｓとしたとき、主舵と補助舵との翼面積比（Ａｓ／Ａｃ）は０．２程度に過ぎず、補助舵の装備によって主舵のコード長を減じて、船の長さを減じ、又は船の主要部分の長さを増加させるには不十分である。
また、特許文献２で開示されている補助翼は、舵面からの流線の剥離を抑えるために、舵の後縁付近の両側に配置している。
すなわち、特許文献２では、主舵の舵軸よりも前部の翼前方面積をＡｃｆとし、主舵の舵軸よりも後部の翼後方面積をＡｃａとし、舵軸よりも前部の２枚の補助翼の合計の副翼前方面積をＡｓｆとし、舵軸よりも後部の２枚の補助翼の合計の副翼後方面積をＡｓａとしたとき、主舵と補助舵との翼前方面積（Ａｃｆ＋Ａｓｆ）と、主舵と補助舵との翼後方面積（Ａｃａ＋Ａｓａ）との比（Ａｃｆ＋Ａｓｆ：Ａｃａ＋Ａｓａ）は１７対８３程度となる。従来型の通常舵より長さが短く、通常舵と同程度の操舵性能を従来型と同程度の重量、配置、及びコストで実現するためには、翼前方面積（Ａｃｆ＋Ａｓｆ）と翼後方面積（Ａｃａ＋Ａｓａ）とのバランスが重要であり、従来型の通常舵と同程度の操舵トルクに抑える必要がある。

そこで、本発明は、船の長さ方向の寸法が通常の舵より短くても、旋回性能や保針性能といった舵が持つべき機能を、通常の舵と同程度又はそれ以上に持つことが可能な合理化を図った３翼式舵及び３翼式舵付き船舶を提供することを目的とする。

請求項１記載に対応した３翼式舵においては、船体の船尾部に取り付けられたプロペラの後方に設置する３翼式舵であって、舵軸を介して駆動手段により駆動される中央翼と、中央翼の左右に配置した２つの副翼と、中央翼と２つの副翼とをそれぞれ連結する舵連結構造とを備え、副翼を舵軸の前後にわたって配置するとともに、中央翼は片側の副翼よりも面積が大きく、中央翼と２つの副翼との合計した舵軸の前方面積と後方面積の前後面積比を駆動手段の操舵トルクの保てる範囲に前方面積のほうを小さく設定し、副翼の下端を中央翼の下端と略同一レベルに揃え、副翼の上端を中央翼の上端と略同一レベルに揃え、副翼の後縁を中央翼の後縁よりも前方に配置したことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、中央翼のコード長を減じて、船の長さを減じ、又は船の主要部分の長さを確保することができるとともに、通常舵と同程度又はそれ以上の旋回性能や保針性能を実現することができる。また、副翼を装備しても舵トルクの増加を防止し、過大な操舵トルクとならないようにすることができる。また、旋回性能や針路安定性能といった舵が持つべき機能を低下させることなく副翼の面積を大きくすることができ、中央翼のコード長を減じることができる。

請求項２記載の本発明は、副翼の舵軸よりも前方の寸法を後方の寸法よりも小さく設定したことを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、小舵角時と大舵角時の操舵トルクのバランスを適切にすることができる。

請求項３記載の本発明は、舵軸が３５度回転しても副翼の前縁がプロペラに接触しないように副翼の前縁を中央翼の前縁よりも後退させたことを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、操舵時にもプロペラに悪影響を及ぼすことがない。

請求項４記載の本発明は、側面視した状態での副翼又は中央翼の横寸法に対する縦寸法の比（アスペクト比）を３以上９以下としたことを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、抵抗を増加させることなく、同じ舵角での揚力（舵力）を大きくできる。

請求項５記載の本発明は、副翼の形状を下部が広がったバチ状に形成したことを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、流れの遅いプロペラ後流の外側における副翼によって発生する力を増大させることができる。

請求項６記載の本発明は、平面視した状態での中央翼の断面形状を対称翼型に形成したことを特徴とする。請求項６に記載の本発明によれば、効率よく揚力を発生させることができるため、旋回性能を高めることができる。

請求項７記載の本発明は、平面視した状態での副翼の断面形状を対称翼型に形成したことを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、効率よく揚力を発生させることができるため、旋回性能を高めることができる。

請求項８記載の本発明は、平面視した状態での副翼の断面形状を外側に凸型を成すキャンバー翼型に形成したことを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、大舵角時に揚力側となる副翼が中央翼の剥離を防止し揚力の減少を防ぐことができる。

請求項９記載の本発明は、平面視した状態での副翼の断面形状を内側に凸型を成すキャンバー翼型に形成したことを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、プロペラの前後に発生する縮流の収縮率を少なくでき、推進効率を向上させることができる。

請求項１０記載の本発明は、副翼の前縁と後縁を結ぶ首尾線が前記中央翼の中心線に対し角度を有したことを特徴とする。請求項１０に記載の本発明によれば、適切な角度をつけることにより剥離の防止や縮流の収縮率の低減を図ることができる。

請求項１１記載の本発明は、舵連結構造を、副翼の上部、下部、及び中央部に有したことを特徴とする。請求項１１に記載の本発明によれば、副翼の中央部に有した舵連結構造によってプロペラの後流の回転エネルギーを回収できるとともに、副翼の上部及び下部に有した舵連結構造によって翼端板効果で舵力が増加するとともに連結強度を確保することができる。

請求項１２記載の本発明は、中央部に有した舵連結構造の断面形状をプロペラの回転流の向きに凸型を成すキャンバー翼型に形成、又は側面視した状態での連結構造の翼断面の首尾線が水平面に対し角度を有したことを特徴とする。請求項１２に記載の本発明によれば、プロペラの後流の回転エネルギーを効率よく回収できる。

請求項１３記載の本発明は、中央翼の形状をリアクション舵型に形成したことを特徴とする。請求項１３に記載の本発明によれば、プロペラの後流の回転エネルギーを回収し、船舶の推進方向に推力を発生させることができる。

請求項１４記載の本発明は、副翼又は中央翼にバルブ、フィン、又はダクトを含む舵付加物を有したことを特徴とする。請求項１４に記載の本発明によれば、省エネ装置としての舵付加物を適用することができ、更に効率を高めることができる。

請求項１５記載に対応した３翼式舵付き船舶においては、３翼式舵を船尾部に備えたことを特徴とする。請求項１５に記載の本発明によれば、船の長さを短くでき、又は同じ長さの船では主要部分の長さを確保し貨物積載容量を大きくすることができる。

本発明によれば、中央翼のコード長を減じることで、船の長さを減じ、又は船の主要部分の長さを確保することができるとともに、通常舵と同程度又はそれ以上の旋回性能と保針性能を実現することができる。また、副翼を装備しても舵トルクの増加を防止し、過大な操舵トルクとならないようにすることができる。また、旋回性能や針路安定性能といった舵が持つべき機能を低下させることなく副翼の面積を大きくすることができ、中央翼のコード長を減じることができる。

また、副翼の舵軸よりも前方の寸法を後方の寸法よりも小さく設定した場合には、小舵角時と大舵角時の操舵トルクのバランスを適切にすることができる。

また、舵軸が３５度回転しても副翼の前縁がプロペラに接触しないように副翼の前縁を中央翼の前縁よりも後退させた場合には、操舵時にもプロペラに悪影響を及ぼすことがない。

また、側面視した状態での副翼又は中央翼の横寸法に対する縦寸法の比（アスペクト比）を３以上９以下とした場合には、抵抗を増加させることなく、同じ舵角での揚力（舵力）を大きくできる。

また、副翼の形状を下部が広がったバチ状に形成した場合には、流れの遅いプロペラ後流の外側における副翼によって発生する力を増大させることができる。

また、平面視した状態での中央翼の断面形状を対称翼型に形成した場合には、効率よく揚力を発生させることができるため、旋回性能を高めることができる。

また、平面視した状態での副翼の断面形状を対称翼型に形成した場合には、効率よく揚力を発生させることができるため、旋回性能を高めることができる。

また、平面視した状態での副翼の断面形状を外側に凸型を成すキャンバー翼型に形成した場合には、大舵角時に揚力側となる副翼が中央翼の剥離を防止し揚力の減少を防ぐことができる。

また、平面視した状態での副翼の断面形状を内側に凸型を成すキャンバー翼型に形成した場合には、プロペラの前後に発生する縮流の収縮率を少なくでき、推進効率を向上させることができる。

また、副翼の前縁と後縁を結ぶ首尾線が中央翼の中心線に対し角度を有した場合には、適切な角度をつけることにより剥離の防止や縮流の収縮率の低減を図ることができる。

また、舵連結構造を、副翼の上部、下部、及び中央部に有した場合には、中央部に有した舵連結構造によってプロペラの後流の回転エネルギーを回収できるとともに、上部及び下部に有した舵連結構造によって翼端板効果で舵力が増加するとともに連結強度を確保することができる。

また、中央部に有した舵連結構造の断面形状をプロペラの回転流の向きに凸型を成すキャンバー翼型に形成、又は側面視した状態での連結構造の翼断面の首尾線が水平面に対し角度を有した場合には、プロペラの後流の回転エネルギーを効率よく回収できる。

また、中央翼の形状をリアクション舵型に形成した場合には、プロペラの後流の回転エネルギーを回収し、船舶の推進方向に推力を発生させることができる。

また、副翼又は中央翼にバルブ、フィン、又はダクトを含む舵付加物を有した場合には、省エネ装置としての舵付加物を適用することができ、更に効率を高めることができる。

また、本発明によれば、船の長さを短くでき、又は同じ長さの船では主要部分の長さを確保し貨物積載容量を大きくすることができる。

本発明の一実施形態による３翼式舵付き船舶の要部構成図 本発明の他の実施形態による３翼式舵付き船舶の要部構成図 本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の平面視した状態での要部構成図 本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の平面視した状態での要部構成図 本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の平面視した状態での要部構成図 本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の側面視した状態での要部構成図 本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の側面視した状態での要部構成図 本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の側面視した状態での要部構成図 （ａ）迎角と揚力係数との関係を示す特性図、（ｂ）抗力係数と揚力係数との関係を示す特性図 通常船舶に用いられる舵を示す説明図 通常船舶の各部の寸法を示す説明図 ２翼式舵の例を示す図

以下に、本発明の実施形態による３翼式舵について説明する。
図１は本発明の一実施形態による３翼式舵付き船舶の要部構成図であり、図１（ａ）は平面視した状態での要部構成図、図１（ｂ）は側面視した状態での要部構成図である。

図１に示すように、本実施形態の３翼式舵付き船舶は、船体１０の船尾部１１に、プロペラ１２を備えている。
プロペラ１２の後方には、舵柱２０が設けられ、舵柱２０には、中央翼３０が取り付けられている。船舶には操舵機（駆動手段）２１が設けられ、中央翼３０は操舵機２１と舵軸２２で連結されている。
操舵機２１の駆動によって舵軸２２が回動し、舵軸２２の回動によって中央翼３０は所定角度回動する。中央翼３０の回動によって船体１０は旋回動作し、進路を変更することができる。

中央翼３０の左右には、２つの副翼４０Ａ、４０Ｂを配置している。２つの副翼４０Ａ、４０Ｂは、舵連結構造５０によって中央翼３０と連結されている。
２つの副翼４０Ａ、４０Ｂと中央翼３０とは、舵連結構造５０により互いに固定されており、中央翼３０に装備した舵軸２２を介して１台の操舵機２１により一体で回動し操舵する。
舵連結構造５０は、副翼４０Ａ、４０Ｂの上部に有する上部舵連結部５０Ａ、副翼４０Ａ、４０Ｂの下部に有する下部舵連結部５０Ｂ、及び副翼４０Ａ、４０Ｂの中央部に有する中央部舵連結部５０Ｃからなる。副翼４０Ａ、４０Ｂの中央部に有した中央舵連結構造５０Ｃによってプロペラ１２の後流の回転エネルギーを回収できるとともに、副翼４０Ａ、４０Ｂの上部及び下部に有した上部舵連結構造５０Ａ、下部舵連結構造５０Ｂによって翼端板効果で舵力が増加するとともに連結強度を確保することができる。
なお、舵連結構造５０は、上部舵連結部５０Ａ、下部舵連結部５０Ｂ、中央部舵連結部５０Ｃから成る３本での構成以外に、１本、２本での構成、また４本以上での構成等を適宜選択することが可能である。

ここで中央翼３０の面積をＡｃ、片側の副翼４０Ａ、４０Ｂの面積をＡｓとすると、片側の副翼４０Ａ、４０Ｂの中央翼３０に対する面積比（Ａｓ／Ａｃ）は０．２５以上とする。副翼４０Ａ、４０Ｂを設けることで中央翼３０のコード長を減じ、船体１０の後端の長さを減じ、船体１０の主要部分の長さを増加させるためには、副翼４０Ａ、４０Ｂの中央翼３０に対する面積比（Ａｓ／Ａｃ）は０．２５以上必要である。
また、中央翼３０のコード長さをＬｃ、片側の副翼４０Ａ、４０Ｂのコード長さをＬｓとすると、片側の副翼４０Ａ、４０Ｂの中央翼３０に対するコード長さ比（Ｌｓ／Ｌｃ）は０．２５以上とする。副翼４０Ａ、４０Ｂを設けることで中央翼３０のコード長を減じ、船体１０の後端の長さを減じ、船体１０の主要部分の長さを確保するためには、副翼４０Ａ、４０Ｂの中央翼３０に対するコード長さ比（Ｌｓ／Ｌｃ）は０．２５以上必要である。

また、中央翼３０の舵軸よりも前方の面積をＡｃｆ、中央翼３０の舵軸よりも後方の面積をＡｃａ、２つの副翼４０Ａ、４０Ｂの合計の舵軸よりも前方の面積をＡｓｆ、２つの副翼４０Ａ、４０Ｂの合計の舵軸よりも後方の面積をＡｓａとすると、中央翼３０及び２つの副翼４０Ａ、４０Ｂの合計の前方面積（Ａｃｆ＋Ａｓｆ）と、中央翼３０及び２つの副翼４０Ａ、４０Ｂの合計の後方面積（Ａｃａ＋Ａｓａ）との前後面積比（Ａｃｆ＋Ａｓｆ：Ａｃａ＋Ａｓａ）は、２０対８０から４０対６０の範囲とする。
従来型の通常舵より長さが短く、通常舵と同程度の操舵機２１で同様の操舵性能を実現するためには、前後面積のバランスが重要であり、前後面積比（Ａｃｆ＋Ａｓｆ：Ａｃａ＋Ａｓａ）は、２０対８０から４０対６０の範囲が適している。更には、２５対７５から３５対６５がより適しており、３０対７０程度が最適である。
なお、副翼４０Ａ、４０Ｂの前後面積比（Ａｓｆ：Ａｓａ）ではなく、中央翼３０及び２つの副翼４０Ａ、４０Ｂの合計の前後面積比（Ａｃｆ＋Ａｓｆ：Ａｃａ＋Ａｓａ）としているのは、舵軸２２の位置を前後方向に変更しても適正な操舵トルクを保つためである。
また、後方面積は舵軸２２の軸心２２ａよりも後部側に位置する面積であり、前方面積は舵軸２２の軸心よりも前部側に位置する面積である。
また、面積は側面視した状態での投影面積とするが、表面面積としてもよい。

以上のように、片側の副翼４０Ａ、４０Ｂの中央翼３０に対する面積比（Ａｓ／Ａｃ）を０．２５以上とし、かつ中央翼３０と２つの副翼４０Ａ、４０Ｂとの合計した舵軸２２の前方面積（Ａｃｆ＋Ａｓｆ）と後方面積（Ａｃａ＋Ａｓａ）の前後面積比（Ａｃｆ＋Ａｓｆ：Ａｃａ＋Ａｓａ）が２０対８０から４０対６０の範囲としたことで、中央翼３０のコード長Ｌｃを減じて、船の長さを減じ、又は船の主要部分の長さを増加させることができるとともに、通常舵と同程度又はそれ以上の旋回性能及び保針性能を実現することができる。

図１（ａ）に示すように、副翼４０Ａ、４０Ｂは舵軸２２の前後にわたって配置している。このように、副翼４０Ａ、４０Ｂを舵軸２２の前後にわたって配置することで、舵軸２２の位置を変更しても適正な操舵トルクを保つことができる。

副翼４０Ａ、４０Ｂの舵軸２２よりも前方の寸法Ｌｓｆは、後方の寸法Ｌｓａよりも小さく設定している。このように、副翼４０Ａ、４０Ｂは、前方の寸法Ｌｓｆを後方の寸法Ｌｓａよりも小さく設定することで、小舵角時と大舵角時の操舵トルクのバランスを適切にすることができる。

副翼４０Ａ、４０Ｂの後縁４０ａは、中央翼３０の後縁３０ａよりも前方に配置している。このように、副翼４０Ａ、４０Ｂの後縁４０ａを、中央翼３０の後縁３０ａよりも前方に配置することで、副翼４０Ａ、４０Ｂによる舵トルクの増加を防止することができる。

副翼４０Ａ、４０Ｂの前縁４０ｆは、舵軸２２が３５度回転しても副翼４０Ａ、４０Ｂの前縁４０ｆがプロペラ１２に接触しないように、中央翼３０の前縁３０ｆよりも後退させている。このように、舵軸２２が３５度回転しても副翼４０Ａ、４０Ｂの前縁４０ｆがプロペラ１２に接触しないように、副翼４０Ａ、４０Ｂの前縁４０ｆを中央翼３０の前縁３０ｆよりも後退させることで操舵時にもプロペラ１２に悪影響を及ぼすことがない。また、プロペラ１２の位置を前にずらすことをなくし、性能の良い舵を装備することができる。

副翼４０Ａ、４０Ｂの下端４０Ｌは、中央翼３０の下端３０Ｌと略同一レベルに揃えている。このように、副翼４０Ａ、４０Ｂの下端４０Ｌを中央翼３０の下端３０Ｌと略同一レベルに揃えることで、旋回性能や針路安定性能といった舵が持つべき機能を低下させることなく、副翼４０Ａ、４０Ｂの面積を大きくすることができ、中央翼３０のコード長Ｌｃを減じることができる。
なお、副翼４０Ａ、４０Ｂの上端４０Ｈについても、中央翼３０の上端３０Ｈと略同一レベルに揃えることが好ましい。

平面視した状態での中央翼３０の断面形状は対称翼型に形成している。このように、中央翼３０の断面形状を対称翼型に形成することで、効率よく揚力を発生させることができるため、旋回性能を高めることができる。

平面視した状態での副翼４０Ａ、４０Ｂの断面形状は対称翼型に形成している。このように、副翼４０Ａ、４０Ｂの断面形状を対称翼型に形成することで、効率よく揚力を発生させることができるため、旋回性能を高めることができる。

図１（ａ）に示すように、２つの副翼４０Ａ、４０Ｂによってプロペラ１２の前後に発生する縮流の収縮率を少なくすることができ、推進効率が向上する。

図２は本発明の他の実施形態による３翼式舵付き船舶の要部構成図であり、図２（ａ）は平面視した状態での要部構成図、図２（ｂ）は側面視した状態での要部構成図である。なお、図１に示す実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、プロペラ１２の後流から外れる流れの遅いプロペラ１２の後流の外側における副翼によって発生する力を増大させ、また流れの剥離を抑えるために、副翼４０Ａ、４０Ｂの上部及び下部における翼弦長を、中央部よりも伸ばしたものである。
図２では、上部及び下部をバチ状とした副翼４０Ａ、４０Ｂを示している。
翼で発生する力は、流速の２乗に比例するので、プロペラ１２の後流に掛っている部分ほど大きな力を出し、逆にプロペラ１２の後流の外側では発生する力が小さい。そこで、副翼４０Ａ、４０Ｂの長さ方向の寸法（コード長）Ｌｓを流速の遅いプロペラ１２の後流の外側で大きくすることで、副翼４０Ａ、４０Ｂで発生する力を増大することができる。また、縦横比の小さい副翼４０Ａ、４０Ｂとすることで、流速の小さい範囲に起きやすい流れの剥離を抑える効果もある。
図２に示すように、副翼４０Ａ、４０Ｂの上下のコード長Ｌｓを伸ばすことが有効である。なお、中央翼３０上部には、舵軸２２とともに旋回しない舵柱２０があるため、上部の特に前部は副翼４０Ａ、４０Ｂのコード長Ｌｓを伸ばすことができない場合もある。この場合には副翼４０Ａ、４０Ｂの下部の前後と上部の後部のみ、副翼４０Ａ、４０Ｂのコード長Ｌｓを伸ばすことで副翼４０Ａ、４０Ｂが発生する力を増大することができる。
以上のように、副翼４０Ａ、４０Ｂの形状を、少なくとも下部が広がったバチ状に形成することで、副翼４０Ａ、４０Ｂによって発生する力を増大させることができる。

図３は本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の平面視した状態での要部構成図であり、図３（ａ）は半対称翼を示す要部構成図、図３（ｂ）はキャンバー翼を示す要部構成図である。なお、図１に示す実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

図１及び図２では、副翼４０Ａ、４０Ｂの断面形状を対称翼として示したが、図３（ａ）に示すような外側に凸型を成す半対称翼や図３（ｂ）に示すような外側に凸型を成すキャンバー翼を副翼４０Ａ、４０Ｂとして用いることができる。
大舵角時に揚力側となる副翼４０Ａ、４０Ｂが中央翼３０の剥離を防止し揚力の減少を防ぐことができる。

図４は本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の平面視した状態での要部構成図であり、図４（ａ）は半対称翼を示す要部構成図、図４（ｂ）はキャンバー翼を示す要部構成図である。半対称翼はキャンバー翼の一部と見なせるが、特にコードが直線を成すものである。なお、図１に示す実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

中央翼３０の直前に装備されたプロペラ１２のため、図１や図２に示すように、流れがプロペラ１２の軸心の後方に向かって収縮するいわゆる縮流が発生している。この縮流の収縮率を少なくすると推進効率が向上することが知られている。
従って、縮流中では、図４（ａ）に示すような内側に凸型を成す半対称翼や図３（ｂ）に示すような内側に凸型を成すキャンバー翼を副翼４０Ａ、４０Ｂとして用いることで、プロペラ１２の軸心の後方に発生する縮流の収縮率を少なくでき、推進効率を向上させることができる。

なお、図３及び図４において、副翼４０Ａ、４０Ｂの断面形状は、上から下までを一定形状とするほか、途中で流れの状況に応じて形状を変化させることで、より良い性能を得ることができることもある。

図５は本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の平面視した状態での要部構成図である。なお、図１に示す実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、副翼４０Ａ、４０Ｂの前縁４０ｆと後縁４０ａを結ぶ首尾線４０ｘを船体中心線に対し角度を持たせている。
図５（ａ）は、一対の副翼４０Ａ、４０Ｂの前縁４０ｆを開いた構成であり、中央翼３０周りの流線に沿う形態となり、中央翼３０と副翼４０Ａ、４０Ｂとの相互の干渉が減少し直進中の抵抗を抑えることができる。
図５（ｂ）は、一対の副翼４０Ａ、４０Ｂの後縁４０ａを開いた構成であり、プロペラ１２の軸心の後方に発生する縮流の収縮率を少なくでき、推進効率を向上させることができる。

図６は本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の側面視した状態での要部構成図である。なお、図１に示す実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

図６（ａ）に示す実施形態は、中央部に有した舵連結構造５０ｃの断面形状をプロペラ１２の回転流の向きに凸型を成すキャンバー翼型に形成したものである。
図６（ｂ）に示す実施形態は、側面視した状態での中央部に有した連結構造５０ｃの翼断面の首尾線５０ｘが水平面に対し角度を有したものである。また、この角度は副翼４０Ａ、４０Ｂ側で異なっていて、それぞれプロペラ後流の回転エネルギーを有効に利用できる角度となっている。
図６（ａ）又は図６（ｂ）に示す実施形態によれば、プロペラ後流の回転エネルギーを効率よく回収できる。

図７は本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の側面視した状態での要部構成図である。なお、図１に示す実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、中央翼３０の形状をリアクション舵型に形成したものである。
中央翼３０の形状をリアクション舵型に形成することで、プロペラ後流の回転エネルギーを回収し、船舶の推進方向に揚力を発生させることができる。

図８は本発明の更に他の実施形態による３翼式舵付き船舶の側面視した状態での要部構成図である。なお、図１に示す実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、副翼４０Ａ、４０Ｂ又は中央翼３０に舵付加物６０を有したものである。
図８（ａ）に示す実施形態は、舵付加物６０としてバルブ６１を中央翼３０に設けたものである。バルブ６１は、プロペラ１２の軸の後方に配置されるように、中央翼３０の前縁３０ｆ付近に設けている。
図８（ｂ）に示す実施形態は、舵付加物６０としてフィン６２を中央翼３０に設けたものである。フィン６２は、プロペラ１２の軸の後方に配置されるように、中央翼３０の側面に設けている。
このように、副翼４０Ａ、４０Ｂ又は中央翼３０にバルブ６１、フィン６２、又はダクト（図示せず）を含む省エネ装置としての舵付加物６０を適用することができ、更に効率を高めることができる。

図９（ａ）は迎角と揚力係数との関係を示す特性図、図９（ｂ）は抗力係数と揚力係数との関係を示す特性図であり、いずれもアスペクト比１〜７の場合を示している。
既に説明した本実施形態において、側面視した状態での副翼４０Ａ、４０Ｂ又は中央翼３０の横寸法に対する縦寸法の比（アスペクト比）は、３以上９以下とすることが好ましい。
側面視した状態での副翼４０Ａ、４０Ｂ又は中央翼３０の横寸法に対する縦寸法の比（アスペクト比）を、３以上９以下とすることで、抵抗を増加させることなく、同じ舵角での揚力（舵力）を大きくできる。

以上のように本実施形態による３翼式舵付き船舶においては、船の長さを短くでき、又は同じ長さの船では主要部分の長さを確保し貨物積載容量を大きくすることができる。

本発明によれば、中央翼のコード長を減じて、船の長さを減じ、又は船の主要部分の長さを増加させることができるとともに、通常舵と同程度又はそれ以上の旋回性能及び保針性能を実現することができる。また、大型から小型までの船舶一般に適用できる。

１０ 船体
２１ 操舵機（駆動手段）
２２ 舵軸
３０ 中央翼
４０Ａ、４０Ｂ 副翼
５０Ａ 上部舵連結部
５０Ｂ 下部舵連結部
５０Ｃ 中央部舵連結部
１１ 船尾部
１２ プロペラ
３０Ｌ 下端
４０Ｌ 下端
３０ａ 後縁
４０ａ 後縁
３０ｆ 前縁
４０ｆ 前縁
４０ｘ 首尾線

Claims (15)

1. 船体の船尾部に取り付けられたプロペラの後方に設置する３翼式舵であって、舵軸を介して駆動手段により駆動される中央翼と、前記中央翼の左右に配置した２つの副翼と、前記中央翼と２つの前記副翼とをそれぞれ連結する舵連結構造とを備え、前記副翼を前記舵軸の前後にわたって配置するとともに、前記中央翼は片側の前記副翼よりも面積が大きく、前記中央翼と２つの前記副翼との合計した前記舵軸の前方面積と後方面積の前後面積比を前記駆動手段の操舵トルクの保てる範囲に前記前方面積のほうを小さく設定し、前記副翼の下端を前記中央翼の下端と略同一レベルに揃え、前記副翼の上端を前記中央翼の上端と略同一レベルに揃え、前記副翼の後縁を前記中央翼の後縁よりも前方に配置したことを特徴とする３翼式舵。
2. 前記副翼の前記舵軸よりも前方の寸法を後方の寸法よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１に記載の３翼式舵。
3. 前記舵軸が３５度回転しても前記副翼の前縁が前記プロペラに接触しないように前記副翼の前記前縁を前記中央翼の前縁よりも後退させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３翼式舵。
4. 側面視した状態での前記副翼又は前記中央翼の横寸法に対する縦寸法の比（アスペクト比）を３以上９以下としたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの１項に記載の３翼式舵。
5. 前記副翼の形状を下部が広がったバチ状に形成したことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの１項に記載の３翼式舵。
6. 平面視した状態での前記中央翼の断面形状を対称翼型に形成したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項に記載の３翼式舵。
7. 平面視した状態での前記副翼の断面形状を対称翼型に形成したことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の３翼式舵。
8. 平面視した状態での前記副翼の断面形状を外側に凸型を成すキャンバー翼型に形成したことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の３翼式舵。
9. 平面視した状態での前記副翼の断面形状を内側に凸型を成すキャンバー翼型に形成したことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の３翼式舵。
10. 前記副翼の前縁と後縁を結ぶ首尾線が前記中央翼の中心線に対し角度を有したことを特徴とする請求項１から請求項９のうちの１項に記載の３翼式舵。
11. 前記舵連結構造を、前記副翼の上部、下部、及び中央部に有したことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちの１項に記載の３翼式舵。
12. 前記中央部に有した前記舵連結構造の断面形状を前記プロペラの回転流の向きに凸型を成すキャンバー翼型に形成、又は側面視した状態での前記連結構造の翼断面の首尾線が水平面に対し角度を有したことを特徴とする請求項１１に記載の３翼式舵。
13. 前記中央翼の形状をリアクション舵型に形成したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項、又は請求項６を引用しない請求項７から請求項１２のうちの１項に記載の３翼式舵。
14. 前記副翼又は前記中央翼にバルブ、フィン、又はダクトを含む舵付加物を有したことを特徴とする請求項１から請求項１３のうちの１項に記載の３翼式舵。
15. 請求項１から請求項１４のうちの１項に記載の３翼式舵を船尾部に備えたことを特徴とする３翼式舵付き船舶。