JPH0734796Y2

JPH0734796Y2 - 船尾流れの整流装置

Info

Publication number: JPH0734796Y2
Application number: JP1988056633U
Authority: JP
Inventors: 良和笠原
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2003-04-28
Also published as: JPH01161998U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、プロペラ前方に設けて推進効率を上げる船尾
流れの整流装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、船舶の推進性能を向上させるために、プロペラ前
方の船体に整流装置を設けることがおこなわれてきた。

例えば、第11図に示すように、船尾１にフィン２を複数
設け、このフィン２でプロペラ３への流入角度や流入速
度を変えることにより、推進性能の向上を図っていた
（特開昭60-35693号公報）。

また、第12図及び第13図に示すように、リアクションフ
ィン４を設けたものや（武隈、日本造船学会論文集第15
0号）、第14図に示すように、船尾１に略十字状にフィ
ン２…２を設けたものがあった（特開昭62-283096号公
報）。

〔考案が解決しようとする課題〕

上述した従来の整流装置は、多数のフィンにより水流の
方向を強制的に変更するので、プロペラ効率の上昇をも
たらすような流入角は部分的にしか得られず、残りのフ
ィンは抵抗増加に結びつく問題があった。すなわち、プ
ロペラ前方の流れ場は、第９図及び第10図に示すよう
に、３次元的に極めて複雑になっている。第９図、第10
図は、8_Mの線長をもつ模型船の水槽試験から得られたも
のである。第９図は、船体中心面Ｏに平行方向（船の進
行方向）の速度の等流速線図であり、船速V_Mで無次元化
した船の進行方向（Ｘ方向）の速度成分（V_X／V_M）で表
示したものである。この図より船体近くでは流速が船速
の40％まで減少し、流速分布も一様でないことがわか
る。第10図は船体中心面Ｏに垂直な断面における２次流
れ速度ベクトル図であり、船速V_Mで無次元化したＹ方向
（幅方向）の速度成分（V_Y／V_Z）と、船速V_Mで無次元化
したＺ方向の（深さ方向）速度成分（Y_Z／V_M）の合成速
度ベクトルで表示したものである。この図より船体から
離れた個所では、船体に向かう斜めの上昇流であり、船
体に近い個所では、船体に向かう斜めの下降流であるこ
とがわかり、渦状の流れが存在している。このようにプ
ロペラ前方の流れ場は極めて複雑な態様と成っているの
で、一様なフィンを多数設けたものでは、フィンの配設
された位置によりフィンの作用が異なるため、ｎ枚のフ
ィンによる効率上昇が、それぞれ１枚あたりの効率上昇
分のｎ倍とならないわけである。また、フィンを装着す
ることは、フィンの表面積の増加に比例する摩擦抵抗の
増加は避けられない。従って、省エネルギーに結びつく
フィンを設計するには摩擦抵抗の増加を越える効果を生
じさせる必要があり、フィンの枚数は少ないほど望まし
いことがわかる。

本考案は、以上の問題点を解決し、プロペラに流速の遅
い後流を送るとともに、これに伴う抵抗をフィンの推力
で相殺するようにした船尾流れの整流装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、上記目的を達成するためになされたもので、
断面形状が翼型で、前縁から後縁に向かって上方へ傾斜
し、前縁の巾が後縁より広く、かつ翼端縁には渦防止部
材が設けられたフィンが、その後縁がプロペラ軸と略同
一水平面上に位置するとともに、プロペラと干渉しない
範囲で可及的にプロペラ近くに位置するように設けら
れ、該フィンでプロペラへの流入速度を遅くさせること
を特徴として構成されている。

フィンは、前縁から後縁に向かって上方へ傾斜してい
る。この傾斜は、船底から水面へ向かう上昇流が発生さ
せる前進方向の揚力から生じる船長方向成分が推力とな
り、この推力と水面から船底へ向かう下降流が発生させ
る抵抗とを相殺させるとともに、下降流のために流れが
剥離し流速が効果的に低下するように設定される。すな
わち、第10図に示すように、船体から離れた位置（フィ
ンの中央部から翼端縁に当たる位置）では船底から水面
へ向かう上昇流であり、船体近くの位置（フィンの船体
への取り付け部周辺に当たる位置）では水面から船底へ
向かう下降流である。したがって、フィンの外側部分に
おいて前進方向の推力が発生し、フィンの内側部分にお
いて流れが剥離し流速が低下するとともに圧力抵抗が発
生している。

フィンの後縁はプロペラ軸と略同一水平面に位置してい
る。後縁がプロペラ軸と略同一水平面に位置するように
されているのは、フィンで流れが遅くなった後流を効率
よくプロペラに送り込むためである。流れが遅くなった
後流を効率よく送り込める範囲であれば、プロペラ軸と
同一水平面上である必要はなく、上下にずれて位置して
もよい。

フィンの後縁はプロペラと干渉しない範囲で可及的にプ
ロペラ近くに位置する。これはフィンで流れが遅くなっ
た後流を拡散しないうちに効率よくプロペラへ流入させ
るためである。したがって、後縁のプロペラに対する位
置は、フィン、プロペラ等の寸法、形状により種々設定
される。例えば、フィン後縁位置とプロペラ位置との水
平間距離は、プロペラ直径の30％から50％の範囲内に設
定される。

フィンの翼端縁は、プロペラ円の略1.2倍以内に位置す
ることが好ましい。船尾近傍の流速は、第９図に示すよ
うに、船体から離れる程速くなるので、フィンをプロペ
ラ円の略1.2倍を越えるほど長くすると、フィンの後流
をプロペラで吸収できなくなり抵抗が増加することとな
る。

また、フィンの翼端縁には渦防止部材を設けて、これに
よって翼端縁で発生する翼端渦を除去することができる
ようにする。この渦防止部材としては、例えば、平板状
の翼端板、紡錐形状の紡錘体、小翼等種々の構成とする
ことができる。これらの中でも、小翼は渦の防止の他前
進方向の推力も発生させるので好ましい。

さらに、フィンの翼端縁は、船体中心面へ向かう流速成
分に対して翼端縁部分が抵抗とならないように、翼端縁
の前端から後端へ結ぶ線が船体中心線と略20度以内の角
度であるように形成されることが好ましい。この角度
は、第３図のα_Mに相当する。プロペラが作動すること
によるプロペラの吸引力により、略20°を最大とする水
平流入角となることが水槽試験によって確認されてい
る。

フィンは、左右の舷に対として設けられるが、これらの
フィンは、対称に設けられる必要はなく、プロペラの作
動により左右の舷で若干の流入速度が変化する等異なる
ことがあるので、それぞれに適合するように形成される
ことが好ましい。

〔作用〕

プロペラ前方のフィンが設けられる付近の流れ場は、第
９図及び第10図に示すように、３次元的に複雑である。
そして、船体から水平方向にフィンを設置した場合のフ
ィンに発生する推力（ΔＴ）を予測した結果を第８図に
示す。この推力（ΔＴ）は、で計算しているため無次元値であり、定性的にΔＴの傾
向をもつ推力kgが得られる。第８図に示すように、船底
から水面へ向かう上昇流に対して、船体近くでは推力が
発生しない。すなわち、プロペラ円の上方（Ｚ＝120m
m）では、約1/2プロペラ半径（Ｙ＝60mm）より外側で推
力が発生し、プロペラ円の下方（Ｚ＝−120mm）では、
推力が発生する領域がほとんどである。プロペラ軸高さ
（Ｚ＝０）に、翼型形状を持つフィンを第２図に示すよ
うな姿勢で水平に装着すると、1/2プロペラ円（Ｙ＝60m
m）より外側で推力が発生し、内側では逆にフィン表面
から流れが剥がれて、流速の遅い後流を生じ、かつ抵抗
増加となることが予測できる。

したがって、本考案による整流装置に用いる翼型形状を
もつフィンは、上述した周囲の流体力学的な挙動を利用
したものであり、船体近くの部分での流れの剥離による
プロペラへの流入速度の低下を利用して推進効率を上
げ、かつ、抵抗増加分を船体から離れた部分で発生する
推力で相殺する。すなわち、次式において、プロペラ流入速度が小さくなり、推進効率が大きくな
る。

〔実施例〕

本考案による船尾流れの整流装置の一実施例を第１図か
ら第３図に基づいて説明する。

第１図は船尾流れの整流装置の斜視図、第２図は同上フ
ィンの断面図、第３図は同上フィンの平面図である。

第１図において、符号６は整流装置で、船尾１のプロペ
ラ３前方の近傍に設けられている。この整流装置６は、
船尾１に固着されたフィン７と、フィン７の翼端縁８に
固着された渦防止部材としての翼端板９で構成されてい
る。

フィン７は、第２図に示すように、断面が略翼形状に形
成され、さらに、その前縁10は後縁11より下がって形
成、前縁10と後縁11を結ぶ中心線Ｍは水平線Ｈに対し仰
角β_Vを持つようになっている。また、フィン７の後縁1
1は、プロペラ軸12を含む水平面より僅かに下方であっ
て、かつプロペラ３からプロペラ３の30％〜50％プロペ
ラ直径以内の距離に位置している。

さらに、フィン７の翼端縁８は、第３図に示すように、
その延長線Ｌが船体中心線Ｏと角度α_Mで交差するよう
に傾斜して形成されている。すなわち、前縁の巾10が後
縁11より広く形成されている。

第４図及び第５図は整流装置の他の実施例を示す図で、
第４図は平面図、第５図は背面図である。

これらの図に示す整流装置６は、フィン７の翼端縁８に
翼端板９の代わりに紡錘形をした紡錘体13を設けたもの
で、この紡錘体13も翼端板９と同様に翼端渦の発生を防
止する。

第６図及び第７図も整流装置の他の実施例を示す図で、
第６図は平面図、第７図は背面図である。

これらの図に示す整流装置６は、フィン７の翼端縁８に
小翼14を２枚設けたもので、この小翼14は、翼端渦を分
解するとともに、推力を発生させる。

〔考案の効果〕

本考案の船尾の流れの整流装置はプロペラの前方所定個
所に所定形状のフィンを設けることにより、抵抗を推力
で相殺しつつ流速の遅い後流を発生させるようにしたの
で、船舶の推進効率が上昇し所要馬力の低減が可能とな
る。また、フィンの枚数が少なくて済むので、安価に提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による船尾流れの整流装置の一実施例の
斜視図、第２図は同上フィンの断面図、第３図は同上平
面図、第４図は他の実施例の平面図、第５図は同上背面
図、第６図も他の実施例の平面図、第７図は同上背面
図、第８図は船体から水平方向にフィンを設置した場合
のフィンに発生する推力を予測した結果を示した図、第
９図は船尾近傍の等流速線図、第10図は船尾近傍の断面
内２次流れ速度ベクトル図、第11図は数段のフィンから
なる従来の整流装置の斜視図、第12図及び第13図はリア
クションフィンを用いた整流装置の側面図及び背面図、
第14図も従来の整流装置の側面図である。１……船尾、６……整流装置、７……フィン８……翼端縁、９……翼、10……前縁 11……後縁、13……紡錘体、14……小翼

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】断面形状が翼型で、前縁から後縁に向かっ
て上方へ傾斜し、前縁の巾が後縁より広く、かつ翼端縁
には渦防止部材が設けられたフィンが、その後縁がプロ
ペラ軸と略同一水平面上に位置するとともに、プロペラ
と干渉しない範囲で可及的にプロペラ近くに位置するよ
うに設けられ、該フィンでプロペラへの流入速度を遅く
させることを特徴とする船尾流れの整流装置
【請求項２】フィンの翼端縁が、プロペラ円の略1.2倍
以内に位置する請求項（１）に記載の船尾流れの整流装
置
【請求項３】渦防止部材が小翼である請求項（１）又は
（２）記載の船尾流れの整流装置
【請求項４】フィンは、左右の舷において非対称に設け
られている請求項（１）、（２）又は（３）に記載の船
尾流れの整流装置
【請求項５】フィンの翼端縁は、翼端縁の前端から後端
へ結ぶ線が船体中心線と略20度以内の角度であるように
形成されている請求項（１）、（２）、（３）又は
（４）に記載の船尾流れの整流装置