JP6570229B2 - 船舶用舵 - Google Patents

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。

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。

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。

また、特許文献２に記載するものは、推進器を備えた船舶の舵において、舵を配設する位置が、後方より視て推進器の回転方向が右回りの場合には左舷側へまた左回りの場合には右舷側へ、船体中心線から０．１Ｄｐ〜０．３Ｄｐ（但し、Ｄｐは推進器の直径）の距離だけずらしたものであり、舵の側部に複数のリアクションフィンを、推進器軸と平行で且つ略同一高さに位置する舵中心線に対して放射状に設け、舵に対して船体中心線側のリアクションフィンは反対側のリアクションフィンよりも放射方向に長く形成してあり、前記推進器軸と略同一高さに位置する舵の高さ方向途中部に、流線型断面で回転体状のラダーバルブを舵中心線と同心状に設け、前記複数のリアクションフィンの基端部をラダーバルブに固定したものである。

特許第３４４９９８１号 実用新案登録第２５５２８０８号

しかし、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が、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。

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ラダーバルブを備えた船舶用舵を提供することを目的とする。

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設けたラダーバルブを備え、
ラダーバルブは、推進プロペラのプロペラボスと対向し、ラダーバルブの最大径がプロペラボス径の１．２０−１．３０倍であり、ラダーバルブの側面から舵ブレードの舵面にかけて左右両舷側に張り出したフィンを有するフィンバルブであり、
前記フィンは、舵ブレードの前後方向の軸心から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後退角度１５°で後退し、フィン後縁がフィン先端縁に向けて前傾し、
頂端板と底端板は、推進プロペラの軸心方向に沿った舵ブレード前後方向において、舵ブレードの軸心から舵ブレードの後端までの範囲に存在し、舵ブレードの前端から舵ブレードの軸心までの範囲に頂端板と底端板は存在しないことを特徴とする。
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設けたラダーバルブを備え、
ラダーバルブは、推進プロペラのプロペラボスと対向し、ラダーバルブの最大径がプロペラボス径の１．２０−１．３０倍であり、ラダーバルブの側面から舵ブレードの舵面にかけて左右両舷側に張り出したフィンを有するフィンバルブであり、
前記フィンは、舵ブレードの前後方向の軸心から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、フィン前縁が推進プロペラの軸心と直交する方向に延びた形状をなし、
頂端板と底端板は、推進プロペラの軸心方向に沿った舵ブレード前後方向において、舵ブレードの軸心から舵ブレードの後端までの範囲に存在し、舵ブレードの前端から舵ブレードの軸心までの範囲に頂端板と底端板は存在しないことを特徴とする。

本発明の船舶用舵において、ラダーバルブは、舵ブレードの前縁から前方へ突出する突出部が半球状をなし、突出部の出代が舵ブレードの最大舵厚さの１／２の１．２０−１．３０倍であることを特徴とする。

本発明の船舶用舵において、ラダーバルブは、舵ブレードの前縁から前方へ突出する突出部が円筒状をなし、かつ端面が直裁面または凸状の円弧面をなし、突出部の出代が舵ブレードの最大舵厚さの１／２の１．２０−１．３０倍であることを特徴とする。

上記した構成により、ラダーバルブの最大径がプロペラボス径の１．２０−１．３０倍であり、好ましくは１．２５倍であることにより、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。

本発明の実施の形態における船舶用舵を示す平面図 同船舶用舵のフィンを含む要部を示す拡大図 同船舶用舵を示し、（ａ）は上平面図、（ｂ）は平断面、（ｃ）は底面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は背面図 同船舶用舵の各種の実験モデルを示す図 本発明の他の実施の形態における船舶用舵を示す平面図 同船舶用舵を示し、（ａ）は上平面図、（ｂ）は平断面、（ｃ）は底面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は背面図 同船舶用舵の各種の実験モデルを示す図 実験結果を示すグラフ図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１〜図４において、船舶用舵１０は高揚力舵を示しているが、本発明は普通舵にも適用可能である。船舶用舵１０は、推進プロペラ２０の後方に同軸心上に配設しており、舵ブレード３０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４０と底端板５０を有している。

舵ブレード３０は、水平断面の輪郭において前縁部３１と中間部３２と後縁部３３からなり、前縁部３１は前方へ半円形状に突出した形状をなし、中間部３２は前縁部３１に連続して流線型に幅が増大した後に最小幅部３２ａに向けて徐々に幅が減少した形状をなし、後縁部３３は中間部３２に連続して所定幅の後方端３３ａに向けて徐々に幅が増大した魚尾形の形状をなす。

舵ブレード３０の前縁部３１には推進プロペラ２０の軸心上にラダーバルブ６０を設けている。ラダーバルブ６０は、推進プロペラ２０のプロペラボス２１と対向し、舵ブレード３０の前縁からプロペラボス２１へ向けて前方へ突出する突出部６１が半球状をなしている。あるいは突出部６１を円筒状で、かつ端面が直裁面または凸状の円弧面をなす形状とすることも可能である。また、ラダーバルブ６０は、突出部６１の出代Ｊが舵ブレード３０の最大舵厚さＩの１／２の約１．２０−１．３０倍で、好ましくは約１．２５倍であり、ラダーバルブ６０の最大径Ｆがプロペラボス径Ｅ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Ｅは推進プロペラ径Ｋの約０．１８倍（ＦＰＰ標準）である。プロペラボス２１は突出部６１がラダーバルブ６０の最大径Ｆの１／２の半径Ｇの球面状をなし、突出部６１に続く後部６２の両舷側面が突出部６１の半径の約１．５倍の半径Ｈの球面状をなす。

ラダーバルブ６０は、ラダーバルブ６０の側面から舵ブレード３０の舵面にかけて左右両舷側に張り出したフィン６２を有する、いわゆるフィンバルブである。フィン６２は、舵ブレード３０の前後方向の軸心からフィン先端縁６２ａまでの距離Ａが推進プロペラ径Ｋの０．２５倍であり、フィン前縁６２ｂがフィン先端縁６２ａに向けて約１５°の後退角度で後退し、フィン後縁６２ｃがフィン先端縁６２ａに向けて前傾している。そして、舵ブレード３０の前後方向の軸心上に想定されるフィン元端縁６２ｄの辺の長サＢは、フィン６２を設けた位置における舵ブレード３０の前後方向の舵幅Ｌの約０．５５（小型船）倍から約０．８６（大型船）倍であり、フィン先端縁６２ａの辺の長サＣはフィン元端縁６２ｄの辺の長サＢの約０．２６倍である。

以下、上記した構成における作用を説明する。推進プロペラ２０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２０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２０の後流の流束中心線部分には、ラダーバルブ６０および舵ブレード３０が存在し、かつラダーバルブ６０の突出部６１の出代Ｊが舵ブレード３０の最大舵厚さＩの１／２の約１．２０−１．３０倍であり、ラダーバルブ６０の最大径Ｆがプロペラボス径Ｅの約１．２０−１．３０倍であることにより、ハブ渦を生じるべき部位に水空間が存在しなくなり、ハブ渦が消去されることで推進プロペラ１に負の推力を与えることがなくなるので推進効率が向上する。

本発明に基づく実験結果を以下に説明する。図４に示すように、実験モデルのベースとなる形状を有する４５番の船舶用舵に、各種の寸法形状のラダーバルブ６０とフィン６２を設けて５１−６７番の実験モデルを形成した。表１は５１−６７番の実験モデルの諸元（単位ｍｍ）を示しており、５５番、５７番、６３番は番号のみである。

図４において、全ての実験モデルにおいてフィン６２は上述した寸法を有している。また、表１に示す各実験モデルにおいて、ラダーバルブ６０の最大径Ｆがプロペラボス径Ｅの約０．７５倍であるときに「径Ｒ６００」で表記し、ラダーバルブ６０の最大径Ｆがプロペラボス径Ｅの約１．００倍であるときに「径Ｒ８００」で表記し、ラダーバルブ６０の最大径Ｆがプロペラボス径Ｅの約１．２５倍であるときに「径Ｒ１０００」で表記している。

また、表１に示す各実験モデルにおいて、突出部６１の出代Ｊは、舵ブレード３０の最大舵厚さＩの１／２の約０．７５倍のときに「出代３１５」と表記し、舵ブレード３０の最大舵厚さＩの１／２の約１．００倍のときに「出代４２０」と表記し、舵ブレード３０の最大舵厚さＩの１／２の約１．２５倍のときに「出代５２５」と表記している。

また、表１に示す各実験モデルにおいて、ラダーバルブ６０の突出部６１が半球状であるときに「球」と表記し、ラダーバルブ６０の突出部６１が円筒状をなし、かつ端面が直裁面であるときに「フラット」と表記している。

この各実験モデルにおける実験結果の効率％（推進効率）は、ラダーバルブ６０とフィン６２を設けていない４５番の船舶用舵との比較において増減表示している。
表１に示す実験結果において、「出代５２５」のものどうしを比較すると、ラダーバルブ６０の最大径Ｆがプロペラボス径Ｅの約０．７５倍である「径Ｒ６００」のものに比べて、ラダーバルブ６０の最大径Ｆがプロペラボス径Ｅの約１．００倍である「径Ｒ８００」のもので効率％が増加しており、ラダーバルブ６０の最大径Ｆがプロペラボス径Ｅの約１．２５倍である「径Ｒ１０００」のものにおいて最も効率％が増加している。

この傾向は、「出代３１５」のものどうしを比較する場合にあっても、「出代４２０」のものどうしを比較する場合にあっても同じであり、出代Ｊが増加するほどに、ラダーバルブ６０の最大径Ｆが増加するほどに、効率％が向上している。

この実験結果から本発明者らは、従来ラダーバルブ６０の最大径Ｆはプロペラボス径Ｅと同等か、それ以下であることが望ましいとしてきた考えに対して、ラダーバルブの最大径が１．２５倍であるときに効率％が大きく向上することを新に見出したのであり、実験結果に示す傾向からプロペラボス径の１．２０−１．３０倍であるときに効率％が最も向上することを見出したのである。この傾向は、舵ブレード３０の突出部６１が半球状をなすか、あるいは突出部６１が円筒状をなし、かつ端面が直裁面または凸状の円弧面をなすかに係わらず同様である。

また、突出部６１の出代Ｊが舵ブレード３０の最大舵厚さの１／２の１．２５倍であるときに、効率％が大きく向上することを新に見出したのであり、実験結果に示す傾向から舵ブレードの最大舵厚さの１／２の１．２０−１．３０倍であるときに効率％が最も向上することを見出したのである。
実施の形態２
図５および図６に示す船舶用舵１０は、その基本構造が先の実施の形態１に示すものと同様であり、同様の機能を担う部材については同符号を付してその説明を省略する。

船舶用舵１０は、推進プロペラ２０の後方に同軸心上に配設しており、舵ブレード１３０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１４０と底端板１５０を有している。

舵ブレード１３０は舵幅Ｌが頂端部から底端部へ向けて漸次に減少しており、頂端板１４０と底端板１５０は、推進プロペラ２０の軸心方向に沿った舵ブレード１３０の前後方向において、舵ブレード３０の軸心から舵ブレード１３０の後端までの範囲に存在し、舵ブレード１３０の前端から舵ブレード１３０の軸心までの範囲に頂端板１４０と底端板１５０は存在しない。

ラダーバルブ６０は、ラダーバルブ６０の側面から舵ブレード１３０の舵面にかけて左右両舷側に張り出したフィン１６２を有する。双方のフィン１６２は、舵ブレード１３０の前後方向の軸心からフィン先端縁１６２ａまでの距離が推進プロペラ径Ｋの０．２５倍であり、双方のフィン１６２はフィン前縁１６２ａが推進プロペラ２０の軸心と直交する方向に延びた形状をなし、フィン前縁１６２ｂと推進プロペラ２０の軸心と直交する方向との間の角度である後退角度が０°である。

以下に、本実施の形態２の船舶用舵の実験結果を説明する。図７は、比較対象の船舶用舵と本発明に係る船舶用舵の実験モデルを示している。
図７（ａ）に示す実験モデルＮｏ．００は、図５および図６に示す本実施の形態２に係る船舶用舵１０において、ラダーバルブ６０およびフィン１６２を設けていない型式のものである。

図７（ｂ）に示す実験モデルＮｏ．３８は、図５および図６に示す本実施の形態２に係る船舶用舵１０において、先に述べた実施の形態１に係るフィン６２を採用した型式のものであり、フィン６２のフィン前縁６２ｂがフィン先端縁６２ａに向けて後退し、フィン前縁６２ａと推進プロペラ２０の軸心と直交する方向との間の角度である後退角度が約１５°の後退角度となる。

図７（ｃ）に示す実験モデルＮｏ．３９が図５および図６に示す本実施の形態２に係る船舶用舵１０である。
図８は上記した各船舶用舵の後退角度と効率の関係を示す実験結果であり、実験モデルＮｏ．００の場合を基準として、効率のアップ分を示している。本実施の形態２に係る実験モデルＮｏ．３９の後退角αが０°の場合には効率が約１．１９％向上しているのに対して、実験モデルＮｏ．３８の後退角αが約１５°の場合には効率が約０．９％の向上となる。

このように、本発明の実施の形態２に係る船舶用舵では、フィン１６２がフィン前縁１６２ａを推進プロペラ２０の軸心と直交する方向に延ばした形状、すなわち後退角度が０°の形状をなすことで効率が増加する。

１０ 船舶用舵
２０ 推進プロペラ
２１ プロペラボス
３０、１３０ 舵ブレード
３１ 前縁部
３２ 中間部
３３ 後縁部
３２ａ 最小幅部
３３ａ 後方端
４０ 頂端板
５０ 底端板
６０ ラダーバルブ
６１ 突出部
６２、１６２ フィン
６２ａ、１６２ａ フィン先端縁
６２ｂ、１６２ｂ フィン前縁
６２ｃ フィン後縁
６２ｄ フィン元端縁

Claims (4)

1. 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設けたラダーバルブを備え、
   ラダーバルブは、推進プロペラのプロペラボスと対向し、ラダーバルブの最大径がプロペラボス径の１．２０−１．３０倍であり、ラダーバルブの側面から舵ブレードの舵面にかけて左右両舷側に張り出したフィンを有するフィンバルブであり、
   前記フィンは、舵ブレードの前後方向の軸心から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後退角度１５°で後退し、フィン後縁がフィン先端縁に向けて前傾し、
   頂端板と底端板は、推進プロペラの軸心方向に沿った舵ブレード前後方向において、舵ブレードの軸心から舵ブレードの後端までの範囲に存在し、舵ブレードの前端から舵ブレードの軸心までの範囲に頂端板と底端板は存在しないことを特徴とする船舶用舵。
2. 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設けたラダーバルブを備え、
   ラダーバルブは、推進プロペラのプロペラボスと対向し、ラダーバルブの最大径がプロペラボス径の１．２０−１．３０倍であり、ラダーバルブの側面から舵ブレードの舵面にかけて左右両舷側に張り出したフィンを有するフィンバルブであり、
   前記フィンは、舵ブレードの前後方向の軸心から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、フィン前縁が推進プロペラの軸心と直交する方向に延びた形状をなし、
   頂端板と底端板は、推進プロペラの軸心方向に沿った舵ブレード前後方向において、舵ブレードの軸心から舵ブレードの後端までの範囲に存在し、舵ブレードの前端から舵ブレードの軸心までの範囲に頂端板と底端板は存在しないことを特徴とする船舶用舵。
3. ラダーバルブは、舵ブレードの前縁から前方へ突出する突出部が半球状をなし、突出部の出代が舵ブレードの最大舵厚さの１／２の１．２０−１．３０倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の船舶用舵。
4. ラダーバルブは、舵ブレードの前縁から前方へ突出する突出部が円筒状をなし、かつ端面が直裁面または凸状の円弧面をなし、突出部の出代が舵ブレードの最大舵厚さの１／２の１．２０−１．３０倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の船舶用舵。
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