JP6494235B2 - Ship rudder - Google Patents
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Description
本発明は船舶用舵に関し、バルブを備えた舵の推進効率の向上に資する技術に係るものである。 The present invention relates to a marine rudder, and relates to a technique that contributes to improving the propulsion efficiency of a rudder equipped with a valve.
従来、この種の船舶用舵としては、例えば特許文献1に記載するものがある。これは、推進プロペラの後方に同軸心上に配設した舵ブレードの頂端部と底端部にそれぞれ左右両舷側に張り出した頂端板と底端板を有するものであり、舵ブレードが水平断面の輪郭において前方へ半円形状に突出させた前縁部と前縁部に連続して流線型に幅を増大させた後に最小幅部に向けて徐々に幅を減少させた中間部と中間部に連続して所定幅の後方端に向けて徐々に幅を増大させた魚尾後縁部からなる形状を有している。 Conventionally, as this type of marine rudder, there is one described in Patent Document 1, for example. This has a top end plate and a bottom end plate projecting to the left and right sides at the top end and bottom end of the rudder blade disposed coaxially behind the propeller, respectively. In the contour, the front edge that protrudes in a semicircular shape forward and the front edge is continuous, the width is increased in a streamlined manner, and then the width is gradually decreased toward the minimum width and the middle and the middle are continuous. And it has the shape which consists of a fishtail rear edge part which increased width gradually toward the rear end of predetermined width.
そして、舵ブレードの前縁部には推進プロペラ軸心上で推進プロペラのボスキャップと端面間に所定間隙を介して対向する円筒状突起物を設けており、ボスキャップおよび円筒状突起物をその周面において連続した円筒形状に形成し、円筒状突起物の端面が舵軸軸心を中心とする円軌跡の一部をなす凸状の円弧面をなし、ボスキャップの端面が舵軸軸心を中心とする円軌跡の一部をなす凹状の円弧面、またはボスキャップの端面が直裁面をなすものである。 The front edge of the rudder blade is provided with a cylindrical projection facing the boss cap and the end surface of the propeller with a predetermined gap on the propeller shaft, and the boss cap and the cylindrical projection are attached to the front end of the rudder blade. Formed in a continuous cylindrical shape on the peripheral surface, the end surface of the cylindrical projection forms a convex arc surface that forms part of a circular locus centering on the rudder shaft axis, and the end surface of the boss cap is the rudder shaft axis A concave arcuate surface that forms part of a circular locus centered on or an end surface of the boss cap forms a straight-cut surface.
上記した従来の構成は、推進プロペラ後流の流束中心線の部分に生じるハブ渦が推進プロペラに負の推力を与えることを課題とするものではある。しかし、ラダーバルブ(円筒状突起物)は舵ブレードの舵厚さに等しいか、プロペラボスよりも僅かに大きい径を備えることを開示しているが、ラダーバルブが推進効率に与える影響の検討は必ずしも十分ではない。 The above-described conventional configuration has a problem that the hub vortex generated in the portion of the flux center line of the propeller propeller wake imparts a negative thrust to the propeller. However, although it is disclosed that the rudder valve (cylindrical protrusion) has a diameter equal to the rudder blade thickness or slightly larger than the propeller boss, the effect of the rudder valve on propulsion efficiency is disclosed. Not always enough.
本発明は上記した課題を解決するものであり、ハブ渦の消去に貢献して推進効率が向上するクラブフィンを備えた船舶用舵を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide a marine rudder including a club fin that contributes to elimination of a hub vortex and improves propulsion efficiency.
上記した課題を解決するために、本発明の船舶用舵は、推進プロペラの後方の同軸心上に配設する舵ブレードと、舵ブレードの頂端部と底端部にそれぞれ左右両舷側に張り出して設けた頂端板および底端板と、舵ブレードの前縁部に前方へ張り出して設けられた円盤状のクラブフィンを備え、舵ブレードは、クラブフィンの後端側に舵ブレードの舵面から水平方向に向けて左右両舷側に張り出す一対の水平フィンを有し、水平フィンは、前縁が推進プロペラの軸心と直交する方向に延びた形状をなすことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a marine rudder according to the present invention has a rudder blade disposed on a coaxial center behind a propeller, and projects to the left and right sides of the top and bottom ends of the rudder blade. The top end plate and the bottom end plate are provided, and the disc-shaped club fin is provided to project forward from the front edge of the rudder blade . The rudder blade is horizontally positioned on the rear end side of the club fin from the rudder surface of the rudder blade. The horizontal fin has a pair of horizontal fins projecting to the left and right sides toward the direction, and the horizontal fin has a shape in which the front edge extends in a direction perpendicular to the axis of the propeller .
上記した構成により、クラブフィンによってプロペラ後流の流束中にハブ渦が発生することを十分に抑制することが可能となり、推進効率の向上を図ることができる。 With the above-described configuration, it is possible to sufficiently suppress the generation of a hub vortex in the wake of the propeller by the club fin, and to improve the propulsion efficiency.
実施の形態1
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1〜図3において、推進プロペラ101は推進プロペラ軸心廻りの一方から他方へ回転し、ここでは後方から見て時計方向に回転(右回転)する。推進プロペラ101が後方から見て時計方向に回転(右回転)する場合には、推進プロペラ後流の流束は右に回転しながら後方に流れる。
Embodiment 1
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3, the
船舶用高揚力舵100は、推進プロペラ101の後方で推進プロペラ軸心上に1枚の舵ブレード102を配設しており、舵ブレード102の頂端部と底端部にそれぞれ頂端板103と底端板104を有している。頂端板103と底端板104はそれぞれ左右両舷側に張り出した平板状をなし、底端板104は両側縁部が下方に若干屈曲する形状をなし、舵ブレード102に舵軸105を接続し、舵軸105を舵取り機106に接続している。
The marine
舵ブレード102は水平断面において翼断面形状を有しており、最大幅部102aより前側の前縁領域が推進プロペラ軸心を含む水平面を境として上部前縁領域102bと下部前縁領域102cとに別れている。
The
上部前縁領域102bにおける翼断面形状と下部前縁領域102cにおける翼断面形状とは鉛直面に対して面対称をなしている。上部前縁領域102bおよび下部前縁領域102cは推進プロペラ101の回転方向において回転方向一方側が抗力面をなし、回転方向他方側が揚力面をなす。
The blade cross-sectional shape in the upper leading
つまり、推進プロペラ101が後方から見て時計方向に回転(右回転)する場合に、図2においては、推進プロペラ101の回転が反時計方向に示されており、船舶用高揚力舵100の上部前縁領域102bは左舷側が抗力面をなして右舷側が揚力面をなし、下部前縁領域102cは左舷側が揚力面をなして右舷側が抗力面をなす。
That is, when the
舵ブレード102は、上部前縁領域102bおよび下部前縁領域102cに続いて中間部102dを有し、中間部102dは舵幅の最大幅部から最小幅部102eに向けて徐々に幅を減少させた水平断面の輪郭を有し、中間部102dに続いて魚尾後縁部102fを有し、魚尾後縁部102fは所定幅の後方端102gに向けて徐々に幅を増大させた水平断面の輪郭をなす。
The
舵ブレード102の前縁部102hには、上部前縁領域102bおよび下部前縁領域102cを仕切る位置にクラブフィン107を設けている。クラブフィン107は、舵ブレード102の前縁部102hより前方に向けて、かつ舵面から左右両舷側に向けて水平方向に張り出した円盤状をなし、上部前縁領域102bおよび下部前縁領域102cの前縁領域から中間部102dにわたって延びており、推進プロペラ101のプロペラボスと対向している。
A
クラブフィン107は、例えば次の諸元を有している。前縁部102hからの出代が舵ブレード102の最大舵厚さの1/2の約1.20−1.30倍で、好ましくは約1.25倍であり、クラブフィン107の最大幅がプロペラボス径の約1.20−1.30倍で、好ましくは約1.25倍である。プロペラボス径は推進プロペラ径の約0.18倍(FPP標準)である。
The
上記した構成により、推進プロペラ101が推進プロペラ軸心廻りの一方から他方へ回転する場合、例えば推進プロペラが後方から見て時計方向に回転(右回転)する場合に、上部前縁領域102bと下部前縁領域102cの揚力面において前進方向成分を有する揚力が発生し、この前進方向成分とこれに対抗する抗力の成分との差分だけ推進力に寄与し、乱流状態にある推進プロペラ後流を整流するように作用して推進効率を向上させる。
With the configuration described above, when the
次に、推進プロペラ101の後流は、流束の中心線部に水空間が存在するとハブ渦を生じ、これが推進プロペラ101に負の推力を与える。しかし、本実施の形態によれば推進プロペラ101の後流の流束中心線部分には、クラブフィン107および舵ブレード102が存在し、ハブ渦を生じるべき部位における水空間の存在を低減し、ハブ渦の発生を抑制することで推進効率が向上する。
Next, the wake of
本発明に基づく実験結果を以下に説明する。図4(a)に示すように、実験モデルのベースとなる形状を有する13番の実験モデルの船舶用舵は、上述した実施の形態においてクラブフィン107が存在しないものであり、図4(b)に示すように、48番の実験モデルの船舶用舵は、上述した実施の形態で説明したものであり、図4(c)に示すように、49番の実験モデルの船舶用舵は、48番の実験モデルの船舶用舵に一対の水平フィン108を付加したものである。
The experimental results based on the present invention will be described below. As shown in FIG. 4 (a), the marine rudder of No. 13 experimental model having the shape serving as the base of the experimental model is the one in which the
この水平フィン108は、クラブフィン107の後端側に設けており、舵ブレード102の舵面から水平方向に向けて左右両舷側に張り出している。さらに、水平フィン108は、舵ブレード102の前後方向の軸心から左右舷側方向におけるフィン先端縁までの距離が推進プロペラ径の0.25倍であり、フィン前縁がフィン先端縁に向けて約15°の後退角度で後退し、フィン後縁がフィン先端縁に向けて前傾している。
The
この各実験モデルにおける実験結果を図5に示す。図5において、効率%(推進効率)は、13番の実験モデルの船舶用舵を基準とし、その比較において増減分を示している。図5から明らかなように、クラブフィン107を設けることによって効率が約1.8%増加しており、クラブフィン107が推進効率の向上に寄与することが明確である。さらに、水平フィンを108を設けることによって、効率が約0.2%増加しており、クラブフィン107に水平フィン108を組み合わせることで推進効率が向上する。
実施の形態2
図6は本発明の他の実施の形態を示すものであり、先の実施の形態1において説明したものと同様の構成部材には、同符号を付して説明する。この船舶用舵200は、その舵ブレード102が実施の形態1で説明したものと同様の形状をなしており、実施の形態1における頂端板103、底端板104に変えて舵ブレード102の頂端部および底端部に頂部クラブフィン203、底部クラブフィン204を設けている。舵ブレード102の前縁部102hには実施の形態1と同様にクラブフィン107を設けている。
The experimental results in each experimental model are shown in FIG. In FIG. 5, the efficiency% (propulsion efficiency) is based on the rudder for ships of the No. 13 experimental model, and shows an increase / decrease in the comparison. As is apparent from FIG. 5, the efficiency is increased by about 1.8% by providing the
Embodiment 2
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, and the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. This
頂部クラブフィン203、底部クラブフィン204は、クラブフィン107と同様に舵ブレード102の前縁部102hよりも前方に向けて、かつ左右両舷側に向けて水平方向に張り出した円盤状をなし、上部前縁領域102bおよび下部前縁領域102cの前縁領域から中間部102dにわたって延びており、クラブフィン107は推進プロペラ101のプロペラボスと対向している。
Like the
本発明に基づく実験結果を以下に説明する。図8(a)に示す16番の実験モデルの船舶用舵、図8(b)に示す18番の実験モデルの船舶用舵、図8(c)に示す19番の実験モデルの船舶用舵は、舵ブレード302が水平断面において翼断面形状を有し、かつ舵軸の軸心方向において一様な形状をなす。そして、頂部クラブフィン203、底部クラブフィン204を有し、クラブフィン107が存在しないものである。
The experimental results based on the present invention will be described below. Rudder for ship of No. 16 experimental model shown in FIG. 8 (a), Rudder for ship of No. 18 experimental model shown in FIG. 8 (b), Rudder for ship of No. 19 experimental model shown in FIG. 8 (c) The
頂部クラブフィン203、底部クラブフィン204は、図7(a)に示すように、16番の実験モデルの船舶用舵が最も大きく、図7(c)に示すように、19番の実験モデルの船舶用舵が最も小さく、図7(b)に示すように、18番の実験モデルの船舶用舵が中間の大きさを有する。
As shown in FIG. 7 (a), the
図8(d)に示す22番の実験モデルの船舶用舵、図8(e)に示す23番の実験モデルの船舶用舵、図8(c)に示す24番の実験モデルの船舶用舵は、上述した実施の形態2において説明したものである。 Rudder for ship of No. 22 experimental model shown in FIG. 8 (d), Rudder for ship of No. 23 experimental model shown in FIG. 8 (e), Rudder for ship of No. 24 experimental model shown in FIG. 8 (c) Is described in the second embodiment.
頂部クラブフィン203、底部クラブフィン204は、図7(a)に示すように、22番の実験モデルの船舶用舵が最も大きく、図7(c)に示すように、24番の実験モデルの船舶用舵が最も小さく、図7(b)に示すように、23番の実験モデルの船舶用舵が中間の大きさを有する。
As shown in FIG. 7 (a), the
クラブフィン107は、図7(d)に示すように、22番の実験モデルの船舶用舵が最も大きく、図7(f)に示すように、24番の実験モデルの船舶用舵が最も小さく、図7(e)に示すように、23番の実験モデルの船舶用舵が中間の大きさを有する。
As shown in FIG. 7D, the
この各実験モデルにおける実験結果を図9に示す。図9において、効率%(推進効率)は、24番の実験モデルの船舶用舵を基準とし、その比較において増減分を示している。図9から明らかなように、本実施の形態2に係る船舶用舵200である22番、23番、24番の船舶用舵200においては、頂部クラブフィン203、底部クラブフィン204、クラブフィン107が大きくなるのに伴って効率が向上する。
The experimental results in each experimental model are shown in FIG. In FIG. 9, efficiency% (propulsion efficiency) is based on the ship rudder of No. 24 experimental model, and shows an increase / decrease in the comparison. As is clear from FIG. 9, in the
一方、舵ブレード302が水平断面において翼断面形状を有し、かつ舵軸の軸心方向において一様な形状をなす16番、18番、19番の船舶用舵200においては、頂部クラブフィン203、底部クラブフィン204が大きくなるのに伴って効率が低下する。
On the other hand, in the 16th, 18th, and 19th
このことから、クラブフィン107が推進効率の向上に寄与することが明確である。さらに、いわゆる反動舵の舵ブレード102に頂部クラブフィン203、底部クラブフィン204、クラブフィン107を組み合わせることで推進効率が向上することが明らかである。
実施の形態3
図10および図11は本発明の他の実施の形態を示すものであり、先の実施の形態1において説明したものと同様の構成部材には、同符号を付して説明する。この船舶用舵300は、その舵ブレード302が水平断面において翼断面形状を有し、かつ舵軸の軸心方向において一様な形状をなしており、舵ブレード302の頂端部および底端部に頂端板303、底端板304を設けている。
From this, it is clear that the
Embodiment 3
10 and 11 show another embodiment of the present invention, and the same components as those described in the first embodiment will be described with the same reference numerals. In this
頂端板303、底端板304は、それぞれ左右両舷側に張り出した平板状をなし、底端板304は両側縁部が下方に若干屈曲する形状をなしており、舵ブレード302の舵軸位置より前方に存在せず、舵ブレード302の舵軸位置より後方に存在する。
Each of the
舵ブレード302の前縁部102hには実施の形態1と同様にクラブフィン107を設けている。クラブフィン107は、舵ブレード302の前縁部102hより前方に向けて、かつ舵面から左右両舷側に向けて水平方向に張り出した円盤状をなし、上部前縁領域102bおよび下部前縁領域102cの前縁領域から中間部102dにわたって延びており、推進プロペラ101のプロペラボスと対向している。
The
水平フィン308は、クラブフィン107の後端側に設けており、舵ブレード302の舵面から水平方向に向けて左右両舷側に張り出している。さらに、水平フィン308は、フィン前縁308aが推進プロペラ101の軸心と直交する方向に延びた形状をなす。
The
本発明に基づく実験結果を以下に説明する。図12(a)に示す00番の実験モデルの船舶用舵は上記の実施の形態3におけるクラブフィン107が存在しないものであり、図12(b)に示す38番の実験モデルの船舶用舵は、上記の実施の形態3における水平フィン108が、そのフィン前縁をフィン先端縁に向けて約15°の後退角度で後退するものである。図12(c)に示す39番の実験モデルの船舶用舵は、上記の実施の形態3に係るものである。
The experimental results based on the present invention will be described below. The boat rudder of No. 00 experimental model shown in FIG. 12A does not have the
この各実験モデルにおける実験結果を図13に示す。図13において、効率%(推進効率)は、00番の実験モデルの船舶用舵を基準とし、その比較において増減分を示している。図13から明らかなように、本発明に係る船舶用舵である38番、39番の船舶用舵においては、効率がそれぞれ約0.9%と約1.19%向上する。 The experimental results in each experimental model are shown in FIG. In FIG. 13, efficiency% (propulsion efficiency) indicates the amount of increase / decrease in the comparison based on the rudder for marine vessels of the experimental model No. 00. As is apparent from FIG. 13, in the marine rudder No. 38 and No. 39 which are marine rudders according to the present invention, the efficiency is improved by about 0.9% and about 1.19%, respectively.
したがって、本発明においては、舵ブレード302が水平断面において翼断面形状を有し、かつ舵軸の軸心方向において一様な形状をなす場合にあっても、クラブフィン107および水平フィン108を有することで効率が向上することが明らかである。さらに、本実施の形態3に係る船舶用舵300(39番の実験モデルに示す)のように、フィン前縁308aが推進プロペラ101の軸心と直交する方向に延びた形状をなす水平フィン308を備えることで、38番の実験モデルのようにフィン前縁が後退するものに比べて、効率が0.29%向上する。
Therefore, in the present invention, even when the
100 船舶用高揚力舵
101 推進プロペラ
102 舵ブレード
102a 最大幅部
102b 上部前縁領域
102c 下部前縁領域
102d 中間部
102e 最小幅部
102f 魚尾後縁部
102g 後方端
102h 前縁部
103 頂端板
104 底端板
105 舵軸
106 舵取り機
107 クラブフィン
108 水平フィン
200 船舶用舵
203 頂部クラブフィン
204 底部クラブフィン
300 船舶用舵
302 舵ブレード
303 頂端板
304 底端板
308 水平フィン
308a フィン前縁
DESCRIPTION OF
Claims (1)
舵ブレードは、クラブフィンの後端側に舵ブレードの舵面から水平方向に向けて左右両舷側に張り出す一対の水平フィンを有し、
水平フィンは、前縁が推進プロペラの軸心と直交する方向に延びた形状をなすことを特徴とする船舶用舵。 A rudder blade disposed on the coaxial center behind the propeller, a top end plate and a bottom end plate provided on the top end and bottom end of the rudder blade so as to project to the left and right sides, and a front edge of the rudder blade It has disk-like club fins that project forward,
The rudder blade has a pair of horizontal fins that project from the rudder blade's rudder surface toward the left and right sides toward the left and right sides on the rear end side of the club fin,
The horizontal fin has a shape in which a leading edge extends in a direction perpendicular to the axis of the propeller .
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