JP6704303B2 - リアクションフィン装置 - Google Patents

Description

本開示は、リアクションフィン装置に関する。

複数のリアクションフィンを有するリアクションフィン装置は、船体が前進する場合において、プロペラの回転方向とは反対方向に回転する予旋回流を生成するための装置である。この生成された予旋回流がプロペラに流入することで、プロペラ後流におけるエネルギの回収効率が高まり、船体の推進効率が向上する。

一般にリアクションフィンは、プロペラの回転方向を考慮して配置される。例えば、特許文献１には、右回り方向に回転するプロペラ軸における中心線に対して左側を左舷側とし右側を右舷側としたときに、左舷側に３枚のリアクションフィンを４５度間隔で配置し、接線速度相殺（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）が相対的に必要以上に大きくなる右舷側に、左舷側のリアクションフィンよりコード長よりコード長が短い２枚のリアクションフィンを配置することが開示されている。

特許５０８１４５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のリアクションフィン装置は、左舷側と右舷側との流体の流れ特性の違いに着目して左舷側と右舷側とで非対称にリアクションフィンを配置しているものの、左舷側内における流体の旋回方向、及び流体の主流方向の速度分布については十分に考慮されずに構成されている。このため、船体の推進効率を向上させる効果が低いものであった。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、上述の問題点に鑑みなされたものであり、プロペラ後流におけるエネルギの回収効率を高め、船体の推進効率をより向上可能なリアクションフィン装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るリアクションフィン装置は、
船体の推進力を生成するプロペラの前方に配置される複数のリアクションフィンを有するリアクションフィン装置であって、
前記プロペラの中心位置に対して鉛直上方を０度とし、前記プロペラの回転方向と反対方向に向かって角度が増加するように角度位置を定義した場合に、
前記複数のリアクションフィンは、
前記角度位置が１０度以上９０度未満の範囲に配置される第１リアクションフィンと、
前記角度位置が１０度以上９０度未満の範囲に配置され、且つ、前記第１リアクションフィンの迎角よりも小さい迎角を有する第２リアクションフィンと、を含み、
前記第２リアクションフィンのコード長は、前記第１リアクションフィンのコード長よりも長い。

本発明者らの知見によれば、プロペラの前方であって、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体の旋回方向は、プロペラの回転方向と略同一方向となっている。よって、上記（１）の構成によれば、このような角度範囲に２つのリアクションフィンを配置して角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体に対してプロペラの回転方向と反対方向の旋回力を付与することで、プロペラ後流におけるエネルギの回収効率を効果的に高めることができる。
また、本発明者らの知見によれば、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体の主流方向（船体の進行方向と反対方向）の速度は、角度位置が９０度以上１８０度未満の範囲における流体の主流方向の速度と比べて小さい。よって、上記（１）の構成のように、このような角度範囲に２つのリアクションフィンを配置しても、船体に作用する流体の抵抗はそれほど大きくならない。

また、本発明者らの知見によれば、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲内においても、その流体の主流方向の速度にはバラつきがある。したがって、上記（１）の構成によれば、例えば、流体の主流方向の速度が比較的遅い角度位置に、迎角が大きい第１リアクションフィンを配置し、流体の主流方向の速度が比較的速い角度位置に、迎角が小さく且つコード長の長い第２リアクションフィンを配置することで、船体に作用する流体の抵抗を抑えつつ、プロペラ後流におけるエネルギの回収効率を効果的に高めることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記第２リアクションフィンの角度位置は、前記第１リアクションフィンの角度位置より大きい。

本発明者らの知見によれば、プロペラの前方であって、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体の主流方向の速度は、角度位置が大きくなるほど速くなる。すなわち、同一半径位置において、角度位置が１０度から９０度に向かうにつれて、流体の主流方向の速度が速くなっている。上記（２）の構成によれば、迎角が小さく且つコード長の長い第２リアクションフィンは、迎角が大きい第１リアクションフィンと比べて、流体の主流方向の速度が比較的速い角度位置に配置される。そのため、船体に作用する流体の抵抗を抑えつつ、プロペラ後流におけるエネルギの回収効率を効果的に高めることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）のいずれか１構成において、
前記複数のリアクションフィンは、前記角度位置が９０度以上１３５度未満の範囲に設けられる第３リアクションフィンを有する。

本発明者らの知見によれば、プロペラの前方であって、角度位置が９０度以上１３５度未満の範囲における流体の旋回方向は、プロペラの回転方向と少なからず同一方向となっている。すなわち、角度位置が９０度以上１３５度未満の範囲における流体の旋回方向は、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体の旋回方向ほどにはプロペラの回転方向に沿っているとは言えないが、おおよそプロペラの回転方向と同一方向となっている。上記（３）の構成によれば、このような角度位置に第３リアクションフィンが配置される。そのため、角度位置が９０度以上１３５度未満の範囲における流体に対してプロペラの回転方向と反対方向の旋回力をさらに付与することで、プロペラ後流におけるエネルギの回収効率をさらに効果的に高めることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記第３リアクションフィンのコード長は、前記第１リアクションフィンのコード長より短く、且つ、前記第２リアクションフィンのコード長より短い。

本発明者らの知見によれば、プロペラの前方であって、角度位置が９０度以上１３５度未満の範囲における流体の主流方向の速度は、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体の主流方向の速度より速い。上記（４）の構成によれば、第３リアクションフィンのコード長は、第１リアクションフィンのコード長よりも短く、且つ、第２リアクションフィンのコード長より短い。そのため、船体に作用する流体の抵抗を抑えつつ、プロペラ後流におけるエネルギの回収効率を効果的に高めることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）のいずれか１構成において、
前記複数のリアクションフィンは、前記角度位置が２７０度以上３５０度未満の範囲に設けられる第４リアクションフィンを含む。

本発明者らの知見によれば、プロペラの前方であって、且つ、角度位置が２７０度以上３５０度未満の範囲において、流体の旋回方向はプロペラの回転方向とおおよそ反対方向であるが、流体の旋回方向の流速は角度位置が１３５度以上２７０度未満の範囲における流体の旋回方向の流速と比較して遅い。上記（５）の構成によれば、このような角度位置に第４リアクションフィンは配置される。そのため、船体に作用する流体の抵抗を抑えつつ、角度位置が２７０度以上３５０度未満の範囲における流体に対してプロペラの回転方向と反対方向の旋回力をさらに付与することで、プロペラ後流におけるエネルギの回収効率をさらに効果的に高めることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれか１構成において、
前記複数のリアクションフィンそれぞれの前縁における翼根から翼先端までのスパン長をＨｌ、
前記複数のリアクションフィンそれぞれの前縁において、翼根から翼先端に向かって所定のスパン方向位置におけるスパン長をｈｌ１、
前記複数のリアクションフィンそれぞれの前縁において、翼根から翼先端に向かってｈｌ１とは異なるスパン方向位置におけるスパン長をｈｌ２、
前記複数のリアクションフィンそれぞれの後縁における翼根から翼先端までのスパン長をＨｒ、
前記複数のリアクションフィンそれぞれの後縁において、翼根から翼先端に向かって所定のスパン方向位置におけるスパン長をｈｒ１、
前記複数のリアクションフィンそれぞれの後縁において、翼根から翼先端に向かってｈｒ１とは異なるスパン方向位置におけるスパン長をｈｒ２、と定義した場合に、
ｈｌ１／Ｈｌはｈｒ１／Ｈｒと等しく、ｈｌ２／Ｈｌはｈｒ２／Ｈｒと等しく、
前記複数のリアクションフィンそれぞれは、
前縁においてスパン長がｈｌ１の位置と、後縁においてスパン長がｈｒ１の位置とを通る第１基準線が存在する第１断面と、
前縁においてスパン長がｈｌ２の位置と後縁においてスパン長がｈｒ２の位置とを通り、且つ、スパン方向から視認した場合に前記第１基準線と交差する第２基準線が存在する第２断面と、を含むように構成される。

本発明者らの知見によれば、流体の流入方向は半径方向位置によって異なる。このため、翼根から翼先端までの迎角が同じリアクションフィンの場合には、翼根側または翼先端側の少なくともいずれかにおいてリアクションフィンの面上に不可避的に剥離が生ずる。上記（６）の構成によれば、複数のリアクションフィンそれぞれは、各々のスパン方向位置において異なる迎角を有する、いわゆるひねり形状を有するように構成される。そのため、各々のスパン方向位置において流体の流入方向に応じた適切な迎角を有するようなひねり形状とすることで、リアクションフィンの面上に生じる剥離が生ずるのを抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記第１断面及び前記第２断面は、前記複数のリアクションフィンそれぞれのスパン方向における翼中央位置から翼先端位置の範囲内に含まれるように構成される。

本発明者らの知見によれば、剥離が生じた場合における船体の推進効率に与える影響は、翼中央から翼先端において剥離が生じた場合の方が、翼根から翼中央において剥離が生じた場合よりも大きい。上記（７）の構成によれば、複数のリアクションフィンそれぞれは、翼中央から翼先端にかけての少なくとも一部においてひねり形状を有するように構成される。そのため、翼中央から翼先端にかけての少なくとも一部において、流体の流入方向に応じた適切なひねり形状とすることで、リアクションフィンの面上に剥離が生ずるのを抑制でき、プロペラ後流におけるエネルギの回収効率をさらに効果的に高めることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）のいずれか１構成において、
前記複数のリアクションフィンは、前記角度位置が０度以上１０度未満、及び３５０度以上３６０度未満のいずれの範囲内にも配置されない。

本発明者らの知見によれば、プロペラの前方であって、角度位置が０度以上１０度未満、及び３５０度以上３６０度未満のいずれの範囲内において、流体の旋回方向はプロペラの回転方向とおおよそ同一である。しかしながら、リアクションフィン装置の前方にスケグが設けられていることの影響により、流体の主流方向の速度は、プロペラの回転方向と反対方向の旋回力を十分に付与できるほどには速くない。そのため、上記（８）の構成によれば、十分な旋回力を生成できない角度位置にはリアクションフィンを配置しないことで、経済的なリアクションフィン装置を提供することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、プロペラ回転による回転流のエネルギを効果的に回収し、船体の推進効率向上が可能である。

一実施形態に係るリアクションフィン装置を備える船体の船尾を左舷側から見た概略側面図である。 図１に係る船体を船尾方向から見た概略背面図である。 プロペラの前方を流れる流体の主流方向の速度分布、及び流体の旋回方向とその速度分布を示す流速分布図である。 一実施形態に係るリアクションフィン装置におけるリアクションフィンの配置位置を示す第１配置図である。 図４ａのリアクションフィンのスパン方向と直交する方向における断面を示す断面図である。 一実施形態に係るリアクションフィン装置におけるリアクションフィンの配置位置を示す第２配置図である。 図５ａのリアクションフィンのスパン方向と直交する方向における断面を示す断面図である。 一実施形態に係るリアクションフィン装置におけるリアクションフィンの配置位置を示す第３配置図である。 一実施形態に係るリアクションフィン装置におけるリアクションフィンのひねり形状を説明するための説明図である。 比較形態に係るリアクションフィンにおいて剥離が生じる領域を示した側面図であり、（ａ）は負圧面側を、（ｂ）は圧力面側を示している。 一実施形態に係るリアクションフィンにおいて剥離が生じる領域を示した側面図であり、（ａ）は負圧面側を、（ｂ）は圧力面側を示している。 一実施形態に係るリアクションフィン装置を備える２軸船の船体を船尾方向から見た図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
なお、船体の重力方向を鉛直下方とし、重力方向と反対方向を鉛直上方とする。

図１は、一実施形態に係るリアクションフィン装置を備える船体の船尾を左舷側から見た概略側面図である。図２は、図１に係る船体の船尾を船尾方向から見た概略背面図である。図１及び図２に示すように、船体２の船尾３は、その船底４が後方に向かうにつれて上方に向かって延びるように構成されている。スケグ５は、船尾３の船底４から下方に向かって突出するとともに、後方へ向かって延びるように設けられる。このスケグ５は、基部５ａと基部５ａの後端の一部から後方に向かって延びている凸部５ｂとを含む。凸部５ｂは、凸部５ｂから船体２の後方へ向かって延びているプロペラ軸６を支持している。プロペラ軸６の先端には複数の翼８を備えたプロペラ７が設けられており、プロペラ７が回転することで船体２の推進力を生成するように構成されている。

図１に示すように、リアクションフィン装置１は、プロペラ７の前方に配置される複数のリアクションフィン１ａ、１ｂ、１ｃを有する。このリアクションフィン装置１は、船底４の下方を流れる流体（水流）にプロペラ７の回転方向と反対方向に旋回せしめる予旋回力を付与することで、プロペラ７の後流におけるエネルギの回収効率を高めるための装置である。

図示した実施形態では、複数のリアクションフィン１ａ、１ｂ、１ｃは、凸部５ｂに固定された固定フィンとして構成されている。ただし、複数のリアクションフィン１ａ、１ｂ、１ｃは、固定フィンには限定されない。これら複数のリアクションフィン１ａ、１ｂ、１ｃは、スパン方向を中心として回転可能な可動フィンとして構成されてもよい。

また、図示した実施形態では、プロペラ７は、周方向に等間隔に配置された４枚の翼８を備えている。リアクションフィン装置１は、３枚のリアクションフィン１ａ、１ｂ、１ｃを備えている。これら３枚のリアクションフィン１ａ、１ｂ、１ｃは、プロペラ７の中心位置を通過するスケグ５の中心線Ｏ１に対して左舷側に放射状に配置されている。

図３は、プロペラの前方を流れる流体の主流方向の速度分布、及び流体の旋回方向とその速度分布を示す流速分布図である。この図３は、プロペラ７の前方にリアクションフィンを配置していない状態における流速分布を示しており、本発明者らがシミュレーションを行った結果を示したものである。
なお、図３において、色の濃淡は流体の主流方向の速度を意味しており、色が濃いほどに速度が速く、色が薄いほどに速度が遅いことを表している。矢印の向きは流体の旋回方向を意味している。また、矢印の長さは旋回方向の速度の大きさを意味しており、矢印が長いほどに速度が速く、矢印が短いほどに速度が遅いことを表している。また、流体の主流方向とは、船体２の進行方向と反対方向に向かう流体の流れ方向であり、流体の旋回方向とは、船尾方向から見て、プロペラ７の中心位置に対して回転する方向である。

ここで、船体２を船尾方向から見た場合に、プロペラ７の中心位置に対して鉛直上方を０度とし、プロペラ７の回転方向と反対方向（本実施形態では反時計周りの方向）に向かって角度が増加するように角度位置を定義する。
また、図３において、中心点Ｏ２から半径方向に所定距離だけ離れた位置を半径方向位置と定義する。

プロペラ７の前方を流れる流体の流れは、船底４やスケグ５の形状の影響を受ける。このため、プロペラ７の前方を流れる流体は、その角度位置によって主流方向の速度、旋回方向、および旋回方向の速度にバラツキが生ずる。したがって、図３に示すように、流体の主流方向の速度、流体の旋回方向及び流体の旋回方向の速度は、角度位置及び半径方向位置によって異なるものとなる。

図３に示すように、流体の主流方向の速度は、角度位置が０度以上１８０度未満の範囲（左舷側）においては、角度位置が大きくなるほど速くなり、角度位置が１８０度以上３６０度未満の範囲においては、角度位置が小さくなるほど速くなっている。これは、プロペラ７の前方にはスケグ５が設けられているため、角度位置の角度が小さいほど（鉛直上方に近い位置にあるほど）、スケグ５の影響によって主流方向の速度が遅くなるためである。

流体の旋回方向は、船尾３の船底４の形状による影響を強く受ける。上述したように、船体２の船尾３は、その船底４が後方に向かうにつれて上方に向かって延びるように構成されている。そのため、プロペラ７の前方を流れる流体は、船底４に沿って上方に向かうように流れる。また、船底４の形状によって、左舷方向又は右舷方向に向かって流れるようになる。

次に、図４ａ〜図６を参照しながら、複数のリアクションフィンを有するリアクションフィン装置１にかかる幾つかの実施形態について説明する。

図４ａは、一実施形態に係るリアクションフィン装置におけるリアクションフィンの配置位置を示す第１配置図である。図４ｂは、図４ａのリアクションフィンのスパン方向と直交する方向における断面を示す断面図である。
図５ａは、一実施形態に係るリアクションフィン装置におけるリアクションフィンの配置位置を示す第２配置図である。図５ｂは、図５ａのリアクションフィンのスパン方向と直交する方向における断面を示す断面図である。
図６は、一実施形態に係るリアクションフィン装置におけるリアクションフィンの配置位置を示す第３配置図である。

一実施形態では、図４ａ、図５ａ、図６に示すように、リアクションフィン装置１は、第１リアクションフィン１１及び第２リアクションフィン１２を有している。これら第１リアクションフィン１１及び第２リアクションフィン１２は、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲に配置されている。そして、図４ｂに示すように、第２リアクションフィン１２の迎角ａ２は、第１リアクションフィン１１の迎角ａ１より小さい。また、第２リアクションフィン１２のコード長ｃ２は、第１リアクションフィン１１のコード長ｃ１より長い。
なお、これら迎角ａ１、ａ２、及びコード長ｃ１、ｃ２は、第１リアクションフィン１１と第２リアクションフィン１２において、互いにスパン全長に対するスパン長の比が等しい位置（例えば、プロペラ軸心位置を中心として、プロペラ半径方向の等値断面）において比較する。

ここで迎角ａ１、ａ２、ａ３とは、図４ｂ、図５ｂに示すように、流体の主流方向とリアクションフィンの前縁１１ａ、１２ａ、１３ａと後縁１１ｂ、１２ｂ、１３ｂとを通過する直線（基準線）Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とのなす角度として定義される。迎角ａ１、ａ２、ａ３は主流方向に対して垂直に向かうにつれて、船体２に作用する流体の抵抗を大きくする。
また、コード長ｃ１、ｃ２、ｃ３とは、図４ｂに示すように、前縁１１ａ、１２ａ、１３ａと後縁１１ｂ、１２ｂ、１３ｂとの直線距離として定義される。コード長ｃ１、ｃ２、ｃ３は長くなるにつれて、流体に付与する旋回力を大きくする。

図３に示すように、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲に注目すると、流体の旋回方向は、プロペラ７の回転方向と略同一方向となっている。そのため、このような角度位置に第１リアクションフィン１１及び第２リアクションフィン１２を配置することで、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体に対してプロペラ７の回転方向と反対方向の旋回力を付与し、プロペラ７の後流におけるエネルギの回収効率を効果的に高めることができる。

また、図３に示すように、流体の主流方向の速度は、同一半径方向位置において、角度位置の角度が９０度以上１８０度未満の範囲における流体の主流方向の速度と比べて小さい。そのため、このような角度範囲に第１リアクションフィン１１及び第２リアクションフィン１２を配置しても、船体２に作用する流体の抵抗はそれほど大きくならない。

また、図３に示すように、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲内においても、その流体の主流方向の速度にはバラつきがある。したがって、例えば、流体の主流方向の速度が比較的遅い角度位置に、迎角が大きい第１リアクションフィン１１を配置し、流体の主流方向の速度が比較的速い角度位置に、迎角が小さく且つコード長の長い第２リアクションフィン１２を配置することで、船体２に作用する流体の抵抗を抑えつつ、プロペラ７の後流におけるエネルギの回収効率を効果的に高めることができる。

幾つかの実施形態では、図４ａ、図５ａ、図６に示すように、第２リアクションフィン１２は、第１リアクションフィン１１よりも角度位置が大きい位置に配置されている。

図３に示すように、プロペラ７の前方であって、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体の主流方向の速度は、角度位置が大きくなるほど速くなる。すなわち、同一半径位置において、角度位置が１０度から９０度に向かうにつれて、流体の主流方向の速度が速くなっている。上記実施形態によれば、迎角が小さく且つコード長の長い第２リアクションフィン１２は、迎角が大きい第１リアクションフィン１１と比べて、流体の主流方向の速度が比較的速い角度位置に配置される。そのため、船体２に作用する流体の抵抗を抑えつつ、プロペラ７の後流におけるエネルギの回収効率を効果的に高めることができる。

幾つかの実施形態では、図５ａ、図６に示すように、リアクションフィン装置１は、角度位置が９０度以上１３５度未満の範囲に設けられる第３リアクションフィン１３を含む。この第３リアクションフィン１３のコード長ｃ３は、図５ｂに示すように、第１リアクションフィン１１のコード長ｃ１より短く、且つ、第２リアクションフィン１２のコード長ｃ２より短い。

また、図５ｂに示すように、第３リアクションフィン１３の迎角ａ３は、第１リアクションフィン１１の迎角ａ１より小さく、且つ、第２リアクションフィン１２の迎角ａ２より小さくしてもよい。

図３に示すように、角度位置の角度が９０度以上１３５度未満の範囲に注目すると、流体の旋回方向は、プロペラ７の回転方向と少なからず同一方向となっている。すなわち、角度位置が９０度以上１３５度未満の範囲における流体の旋回方向は、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体の旋回方向ほどにはプロペラ７の回転方向に沿っているとは言えないが、おおよそプロペラ７の回転方向と同一方向となっている。上記実施形態では、このような角度位置に第３リアクションフィン１３が配置される。そのため、プロペラ７の回転方向と反対方向の旋回力をさらに付与し、プロペラ７の後流におけるエネルギの回収効率をさらに効果的に高めることができる。

また、図３に示すように、プロペラ７の前方であって、角度位置が９０度以上１３５度未満の範囲における流体の主流方向の速度は、角度位置が１０度以上９０度未満の範囲における流体の主流方向の速度より速い。上記実施形態では、第３リアクションフィン１３のコード長ｃ３は、第１リアクションフィン１１のコード長ｃ１よりも短く、且つ、第２リアクションフィン１２のコード長ｃ２より短い。そのため、船体２に作用する流体の抵抗を抑えつつ、プロペラ７の後流におけるエネルギの回収効率を効果的に高めることができる。

幾つかの実施形態では、図６に示すように、リアクションフィン装置１は、角度位置が２７０度以上３５０度未満の範囲に配置される第４リアクションフィン１４を有している。

また、図６に示すように、第４リアクションフィン１４のコード長ｃ４は、第１リアクションフィン１１のコード長ｃ１、第２リアクションフィン１２のコード長ｃ２、及び第３リアクションフィン１３のコード長ｃ３より短くしてもよい。また、第４リアクションフィン１４の迎角ａ４は、第１リアクションフィン１１の迎角ａ１、第２リアクションフィン１２の迎角ａ２、及び第３リアクションフィン１３の迎角ａ３より、小さくしてもよい。

図３に示すように、角度位置の角度が２７０度以上３５０度未満の範囲に注目すると、流体の旋回方向はプロペラ７の回転方向とおおよそ反対方向であるが、流体の旋回方向の流速は角度位置の角度が１３５度以上２７０度未満の範囲における流体の旋回方向の流速と比較して遅い。上記実施形態では、このような角度位置に第４リアクションフィン１４は配置される。そのため、船体２に作用する流体の抵抗を抑えつつ、角度位置が２７０度以上３５０度未満の範囲における流体に対してプロペラ７の回転方向と反対方向の旋回力をさらに付与することで、プロペラ７の後流におけるエネルギの回収効率をさらに効果的に高めることができる。

幾つかの実施形態では、図４ａ、図５ａ、図６に示したように、リアクションフィン装置１には、角度位置が０度以上１０度未満、及び３５０度以上３６０度未満のいずれの範囲内にもリアクションフィンは配置されない。

図３に示すように、角度位置の角度が０度以上１０度未満、及び３５０度以上３６０度未満の範囲に注目すると、流体の旋回方向はプロペラ７の回転方向とおおよそ同一である。しかしながら、リアクションフィン装置１の前方にスケグ５が設けられていることの影響により、流体の主流方向の速度は、プロペラ７の回転方向と反対方向の旋回力を十分に付与できるほどには速くない。そのため、上記実施形態によれば、十分な旋回力を生成できない角度位置にリアクションフィンを配置しないことで、経済的なリアクションフィン装置１を提供することができる。

また、いくつかの実施形態では、図４ａ、図５ａ、図６に示したように、リアクションフィン装置１には、角度位置が１３５度以上２７０度未満の範囲内にリアクションフィンは配置されない。

図３に示すように、角度位置の角度が１３５度以上２７０度未満の範囲に注目すると、流体の旋回方向は、プロペラ７の回転方向とおおよそ反対方向になっているとともに、その旋回方向の流速も十分な速度を有している。さらに、流体の主流方向の速度は、非常に速い。このような角度位置にリアクションフィンを配置しても、プロペラ７の後流におけるエネルギの回収効率を効果的に高めることができないばかりか、船体２に作用する流体の抵抗が非常に大きくなってしまう。よって、このような角度位置にリアクションフィンを配置しないことで、経済的なリアクションフィン装置１を提供することができる。

図７は、一実施形態に係るリアクションフィン装置におけるリアクションフィンのひねり形状を説明するための説明図である。図７の（ａ）において、符号Ａ〜Ｄはリアクションフィン１０をスパン方向から見たときの断面形状を示しており、Ａは翼根位置Ｌｂ、Ｒｂにおける断面形状、Ｂは第１位置Ｌ１１、Ｒ２１における断面形状、Ｃは第２位置Ｌ１２、Ｒ２２における断面形状、Ｄは翼先端位置Ｌｕ、Ｒｕにおける断面形状である。図７の（ｂ）は、リアクションフィン１０をスパン方向と直交する方向から見た図である。

幾つかの実施形態では、図７に示すように、リアクションフィン１０は、翼根から翼先端にかけての少なくとも一部において、ひねり形状を有している。
すなわち、図７の（ｂ）に示すように、リアクションフィン１０の前縁１０ａにおける翼根から翼先端までのスパン方向の長さ（スパン長）をＨｌ、リアクションフィン１０の前縁１０ａにおいて、翼根から翼先端に向かって所定のスパン方向位置におけるスパン長をｈｌ１、リアクションフィン１０の前縁１０ａにおいて、翼根から翼先端に向かってｈｌ１とは異なるスパン方向位置におけるスパン長をｈｌ２、と定義する。また、リアクションフィン１０の後縁１０ｂにおける翼根から翼先端までのスパン長をＨｒ、リアクションフィン１０の後縁１０ｂにおいて、翼根から翼先端に向かって所定のスパン方向位置におけるスパン長をｈｒ１、リアクションフィン１０の後縁１０ｂにおいて、翼根から翼先端に向かってｈｒ１とは異なるスパン方向位置におけるスパン長をｈｒ２、と定義する。このとき、ｈｌ１／Ｈｌはｈｒ１／Ｈｒと等しく、ｈｌ２／Ｈｌはｈｒ２／Ｈｒと等しい。そして、リアクションフィン１０は、前縁においてスパン長がｈｌ１の位置と、後縁においてスパン長がｈｒ１の位置とを通る第１基準線ｂ１が存在する第１断面Ｂと、前縁においてスパン長がｈｌ２の位置と後縁においてスパン長がｈｒ２の位置とを通り、且つ、スパン方向から視認した場合に第１基準線ｂ１と交差する第２基準線ｂ２が存在する第２断面Ｃと、を含むように構成される。

図７に示した実施形態では、リアクションフィン１０は、翼根から翼先端にかけて連続するひねり形状を有している。

図３に示すように、同じ角度位置であっても、流体の流れ方向（流体の主流方向ベクトルと旋回方向ベクトルとを合成したベクトル方向）は半径方向位置によって異なる。このため、翼根から翼先端までの迎角が同じリアクションフィンの場合には、翼根側または翼先端側の少なくともいずれかにおいてリアクションフィンの面上に不可避的に剥離が生ずる。

図８は、比較形態に係るリアクションフィンにおいて剥離が生じる領域を示した側面図である。図８の（ａ）は負圧面側を、（ｂ）は圧力面側を示している。この比較形態に係るリアクションフィン１０´は、翼根から翼先端までの迎角が同じように構成されており、ひねり形状を有していない。このようなリアクションフィン１０´の場合には、図８に示すように、負圧面側における翼先端側に大きな剥離領域Ｒａ１が発生している。また、圧力面側におけるリアクションフィン１０´の翼根側にも相対的に小さな剥離領域Ｒａ２が生じている。

図９は、一実施形態に係るリアクションフィンにおいて剥離が生じる領域を示した側面図であり、図９の（ａ）は負圧面側を、（ｂ）は圧力面側を示している。この一実施形態に係るリアクションフィン１０は、翼根から翼先端にかけての少なくとも一部において、ひねり形状を有している。このようなリアクションフィン１０の場合には、例えば翼の先端側において流体の流入方向に応じた適切な迎角を有するようなひねり形状とすることで、図９に示すように、負圧面側における翼先端側に剥離が生ずるのを抑制することが出来る。

幾つかの実施形態では、図７に示すように、第１断面Ｂ及び第２断面Ｃは、リアクションフィン１０のスパン方向における翼中央位置Ｌｃ、Ｒｃから翼先端位置Ｌｕ、Ｒｕの範囲内に含まれるように構成される。つまり、上述した第１位置Ｌ１１、Ｒ２１、及び第２位置Ｌ１２、Ｒ２２は、翼根よりも翼先端に近い位置にある。

本発明者らの知見によれば、剥離が生じた場合における船体２の推進効率に与える影響は、翼中央から翼先端において剥離が生じた場合の方が、翼根から翼中央において剥離が生じた場合よりも大きい。上記実施形態によれば、リアクションフィン１０は、翼中央から翼先端にかけての少なくとも一部においてひねり形状を有するように構成される。そのため、翼中央から翼先端にかけての少なくとも一部において、流体の流入方向に応じた適切なひねり形状とすることで、リアクションフィン１０の面上に剥離が生ずるのを抑制でき、プロペラ７の後流におけるエネルギの回収効率をさらに効果的に高めることができる。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、１つのプロペラ７を有する１軸船を例にして説明したが、本開示に係るリアクションフィン装置１はこれに限定されない。図１０に示すように、２つのプロペラ２７ａ、２７ｂを有する２軸船にも適用可能である。図示した実施形態では、船体２を船尾方向から見て、左舷側に配置される第１プロペラ２７ａは時計回り方向に回転し、右舷側に配置される第２プロペラ２７ｂは反時計回りに回転する、いわゆる内回り船となっている。また、図示しないが、第１プロペラ２７ａは反時計回りに回転し、第２プロペラ２７ｂは時計回りに回転する、いわゆる外回り船にも適用可能である。本開示のリアクションフィン装置１を内回り船、外回り船に適用する場合、第１プロペラ２７ａの前方に配置されるリアクションフィン装置１Ａと、第２プロペラ前方に配置されるリアクションフィン装置１Ｂとは、船体２の中心線Ｏ３を中心として鏡映対称に配置される。

１、１Ａ、１Ｂ リアクションフィン装置
２ 船体
３ 船尾
４ 船底
５ スケグ
６ プロペラ軸
７ プロペラ
８ 翼
１０ リアクションフィン
１０ａ 前縁
１０ｂ 後縁
１１ 第１リアクションフィン
１２ 第２リアクションフィン
１３ 第３リアクションフィン
１４ 第４リアクションフィン
Ｂ 第１断面
Ｃ 第２断面
ａ１、ａ２、ａ３、ａ４ 迎角
ｂ１ 第１基準線
ｂ２ 第２基準線
ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４ コード長
ｈｌ１、ｈｌ２、ｈｒ１、ｈｒ２ スパン長

Claims (8)

1. 船体の推進力を生成するプロペラの前方に配置される複数のリアクションフィンを有するリアクションフィン装置であって、
   前記プロペラの中心位置に対して鉛直上方を０度とし、前記プロペラの回転方向と反対方向に向かって角度が増加するように角度位置を定義した場合に、
   前記複数のリアクションフィンは、
   前記角度位置が１０度以上９０度未満の範囲に配置される第１リアクションフィンと、
   前記角度位置が１０度以上９０度未満の範囲に配置され、且つ、前記第１リアクションフィンの迎角よりも小さい迎角を有する第２リアクションフィンと、を含み、
   前記第２リアクションフィンのコード長は、前記第１リアクションフィンのコード長よりも長いリアクションフィン装置。
2. 前記第２リアクションフィンの角度位置は、前記第１リアクションフィンの角度位置より大きい請求項１に記載のリアクションフィン装置。
3. 前記複数のリアクションフィンは、前記角度位置が９０度以上１３５度未満の範囲に設けられる第３リアクションフィンを有する請求項１又は２に記載のリアクションフィン装置。
4. 前記第３リアクションフィンのコード長は、前記第１リアクションフィンのコード長より短く、且つ、前記第２リアクションフィンのコード長より短い請求項３に記載のリアクションフィン装置。
5. 前記複数のリアクションフィンは、前記角度位置が２７０度以上３５０度未満の範囲に設けられる第４リアクションフィンを含む請求項１から４のいずれか１項に記載のリアクションフィン装置。
6. 前記複数のリアクションフィンそれぞれの前縁における翼根から翼先端までのスパン長をＨｌ、
   前記複数のリアクションフィンそれぞれの前縁において、翼根から翼先端に向かって所定のスパン方向位置におけるスパン長をｈｌ１、
   前記複数のリアクションフィンそれぞれの前縁において、翼根から翼先端に向かってｈｌ１とは異なるスパン方向位置におけるスパン長をｈｌ２、
   前記複数のリアクションフィンそれぞれの後縁における翼根から翼先端までのスパン長をＨｒ、
   前記複数のリアクションフィンそれぞれの後縁において、翼根から翼先端に向かって所定のスパン方向位置におけるスパン長をｈｒ１、
   前記複数のリアクションフィンそれぞれの後縁において、翼根から翼先端に向かってｈｒ１とは異なるスパン方向位置におけるスパン長をｈｒ２、と定義した場合に、
   ｈｌ１／Ｈｌはｈｒ１／Ｈｒと等しく、ｈｌ２／Ｈｌはｈｒ２／Ｈｒと等しく、
   前記複数のリアクションフィンそれぞれは、
   前縁においてスパン長がｈｌ１の位置と、後縁においてスパン長がｈｒ１の位置とを通る第１基準線が存在する第１断面と、
   前縁においてスパン長がｈｌ２の位置と後縁においてスパン長がｈｒ２の位置とを通り、且つ、スパン方向から視認した場合に前記第１基準線と交差する第２基準線が存在する第２断面と、を含むように構成される請求項１から５のいずれか１項に記載のリアクションフィン装置。
7. 前記第１断面及び前記第２断面は、前記複数のリアクションフィンそれぞれのスパン方向における翼中央位置から翼先端位置の範囲内に含まれるように構成される請求項６に記載のリアクションフィン装置。
8. 前記複数のリアクションフィンは、前記角度位置が０度以上１０度未満、及び３５０度以上３６０度未満のいずれの範囲内にも配置されない請求項１から７のいずれか１項に記載のリアクションフィン装置。

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