JPH063758Y2 - 船尾フイン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は船舶の推進性能向上のための船尾フィンに関す
るものである。

従来の技術とその問題点 船舶は大量の荷物を低コストで運搬することを使命とす
るものであるから、その経済性を追求すると、船幅が船
長に比して大きく、船首船尾の肥った船型となる傾向が
ある。しかし、船尾形状が肥大化すると、船尾後端付近
で水流が乱れ、そのために粘性抵抗の増加、推進効率の
劣化が生じ、所要馬力が大きくなり、経済性に反する結
果となる。また乱れた水流がプロペラに流入することに
より引き起されるプロペラ起振力による船尾振動も問題
となる。

問題点を解決するための手段 本考案はこれらの問題点を解決するために考えられたも
のであって、船尾フィンによって船尾の乱れた水流を整
流するとともに、その水流を利用して推進力を得て、所
要馬力の節減とプロペラ起振力の低減を計ろうとするも
のである。

作用 一般に、船尾の流れは、船底から船側へ向かう上昇流で
ある。ところが船尾が肥った船型では、境界層内に発生
するビルジ渦のために、プロペラ上半部前方の船体表面
近くでは強い下向きの流れが生じる。船尾の流れの様子
を、船側からみたものが第１０図であり、船長方向に垂
直な断面内の流向、流速を後方からみたものが第１１図
である。図中、１は船体、２は舵、３はプロペラ、４は
船長方向の垂直な断面、５は下降流、６は上昇流、７は
流れの等速線図である。この下降流５の角度は、プロペ
ラ上半部前方で最大となる。

そこで、この位置に第１２図に示すような翼断面のフィ
ン９を設けることにより、フィン９に働く力の前進方向
成分で推力Ｔを得るとともに、プロペラ３に流入する流
れを整流することができる。すなわち、プロペラに流入
する流れは、フィンがない場合は第１０図５のように乱
れていたものがフィン１０を取り付けると、第１図８の
ように整流される。

これに加えて、下降流５を利用する場合は、フィン先端
からビルジ渦と逆回転の渦が生じ、ビルジ渦を相殺する
ので船体の抵抗も減少するため、推進性能の一層の向上
が期待できる。しかし境界層は、実船になると相対的に
薄くなり、それにつれて下降流の層も薄くなるから、下
降流だけを利用するならばフィンの最大幅は小さくせざ
るを得ず、フィンによる推力利得は、それほど期待でき
ない。

この下降流５の外側には上向きの比較的速い流れ６が存
在する。この流れは、流速が大きいため、これを利用す
れば、大きなフィンの推力を得ることが可能である。

本考案はこの上昇流６の流れを利用してより大きな推進
性能の向上を計ろうとするものである。したがって翼断
面形状は取り付け部付近の下降流５に対しては下に凸の
キャンバーを持ち、先端部付近の上昇流６に対しては上
に凸のキャンバーを持つものがよい。

しかしこの場合にはフィンの先端からビルジ渦と同じ回
転方向の渦が発生するため、あまりフィンを突出させる
とかえって船全体の推進性能が劣化する。そこでフィン
の推進力が理論上最大となるものを基にフィンの形状と
取り付け位置および角度を種々変化させて、回流水槽及
び曳航水槽で広範な模型船による推進性能試験を行っ
た。その結果明らかとなった馬力節減とプロペラ起振力
低減のために最も効果的なフィン形状と取り付け位置及
び角度の要件は次のとおりである。

Ａ−フィン形状 Ａ−１ 幅 ビルジ渦を利用して推進力を得るため、ビルジ渦の存在
する範囲内で最大の幅とする。

Ａ−２ 長さ 最大幅が決っているから、長さをあまり大きくしても、
アスぺクト比が小さくなり、かえって推力が低下する。
長さは幅の１〜２倍がよい。また波浪衝撃に対する強度
を考えて根元で長さが広がるフィンがよい。

Ａ−３ 翼断面形状 下向きの流れが強い船体表面近くでは下に凸のキャンバ
ーを持ち、船体から離れた上向きの流れが強い所では、
上に凸のキャンバーを持つ翼断面が良い。

第４図に示すように、流れが水平になる位置で翼型が連
続的に変わるものと、第５図に示すように不連続的に変
わるものの２種類が考えられる。

Ａ−４ 迎角（翼断面の前縁と後縁を結ぶ線が水平とな
す角度：第１２図中のα） 模型試験において、プロペラ位置からおよそプロペラ半
径だけ前方で、プロペラが回転した場合の流向、流速を
計測し、これを基に、有限幅翼素理論により幅方向の各
位置での翼素の推力が最大になるように迎角を定め、実
験的な補正を加えて決定する。したがって迎角は、フィ
ン取り付け部から先端にかけて、水流の向きに応じて、
変化する。

Ｂ フィン取り付け位置及び角度 Ｂ−１ 前後位置 フィン後縁がプロペラ位置からプロペラ直径の１０〜２
０％前方にあること。あまりプロペラに近いとフィンと
プロペラの間でキャビテーションが起こりプロペラ起振
力が増加する。あまりプロペラから離れるとフィンの推
力が低下する。

Ｂ−２ フィン高さ 船体中心線上のフィン後縁高さがプロペラ上端位置を中
心に、プロペラ直径の±１０％の範囲にあること。フィ
ン位置があまり高すぎると、フィンがビルジ渦の外に出
るためフィンの推力が小さくなる。またあまり低すぎる
と、フィンの伴流が、プロペラに流入して、推進効率の
劣化、起振力の増加が起こる。

Ｂ−３ フィンの開き角度（第７図中のβ） 鉛直から４５〜７５度がよい。

ビルジ渦を利用するには、開き角度が小さいほど良い
が、あまり小さいとフィンの伴流が、プロペラに流入し
２−２と同じ不都合が生じる。

実施例 第１図〜第５図は本考案実施の第１例を示すもので、船
尾フィン１０の外形を台形（第３図参照）としたもので
ある。第６図は実施第２例を示すもので、フィンの推力
を高めるために、フィン１０の先端を円弧状にしたもの
である。第４図は翼断面形状が連続的に変化する台形フ
ィンの説明図、第５図は同じく不連続的に変化する台形
フィンの説明図である。図中、１０は船尾フィン、１１
は船体中心線、１２はプロペラ円を示す。

第７図〜第９図はフィンの取り付け部に垂直な断面のフ
ィンの各種形状を示すもので、第７図は上面および下面
が直線、第８図は上面が直線で下面が多角形の一部、第
９図は上面が直線で下面が円弧の場合である。

考案の効果 (1)船尾フィンの設置により船尾のプロペラ前方の乱れ
た流れを整流するとともに、その水流を利用して推進力
を得、所要馬力の節減とプロペラ起振力の低減を計るこ
とができる。

(2)構造簡単で安価に設置できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本考案実施の第１例を示すものであ
り、第６図は同じく実施第２例を示すものである。第１
図は船尾フィンを取り付けた場合の流れの説明図、第２
図は船尾フィンを後方よりみた図、第３図は船尾フィン
の平面図、第４図は翼断面形状が連続的に変化する台形
フィンの説明図、第５図は翼断面形状が不連続的に変化
する台形フィンの説明図、第６図は先端が円弧の船尾フ
ィンの平面図、第７〜第９図は船尾フィンの取り付け部
に垂直な断面図である。また、第１０図は船側からみた
船尾の流れの説明図、第１１図は船長に垂直な断面（第
１０図中４）での流速、流向を示す図、第１２図は下降
流中におかれた翼素に働く力と流れの様子の原理的説明
図である。 図中１は船体、２は舵、３はプロペラ、４は船長方向に
垂直な断面、５は下降流、６は上昇流、７は流れの等速
度線、８はフィンにより整流された流れ、９は代表的な
翼素の断面、１０は船尾フィン、１１は船体中心線、１
２はプロペラ円、Ｂは船尾フィンの幅、Ｃは船尾フィン
の長さ、Ｄは翼素に働く抗力、Ｆは翼素に働く合力、Ｌ
は翼素に働く揚力、Ｔは翼素に働く推力、ｐ、ｑ、ｒ、
ｓはそれぞれフィンの長さ方向に平行な断面、ｔは左右
のフィンが重なるために取り除かれる部分、αは翼素の
迎角、βはフィンの開き角度を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】その後縁位置がプロペラ位置からプロペラ
   直径の１０〜２０％前方にあり、船体中心上での後縁高
   さがプロペラ上端位置を中心にプロペラ直径の±１０％
   の範囲内にあって、船体取り付け部に垂直な断面形状が
   上面は直線、下面は直線、多角形の一部または円弧で構
   成され、その上面と鉛直線のなす角度が４５度から７５
   度の範囲内にあり、かつ、船体取り付け部に平行な断面
   形状がいわゆる翼断面（エアロフォイル断面）で、その
   断面の前縁と後縁を結ぶ線が水平となす角度が船体取り
   付け部から先端にかけて水流の向きに応じて変化すると
   ともに、船体取り付け部では下に凸のキャンバーを持ち
   中間部で反転し先端部で逆に上に凸のキャンバーを持つ
   ことを特徴とする左右一対の船尾フィン。