JPWO2017154539A1 - 船舶の船尾部構造 - Google Patents

Abstract

簡単な構成で造波抵抗を低減するとともに、航行時の姿勢のコントロールに効果的な船舶の船尾部構造を提供する。船舶の船尾部に配置されたプロペラ１と、プロペラ１の後方に配置された舵５と、舵５を船体３に取り付けるためのラダーホーン４と、ラダーホーン４に取り付けられた船体幅方向に突出するフィン１０とを有する。プロペラ１の回転半径をＲとしたときに、プロペラ１の回転軸からフィン１０の取り付け位置までの垂直方向の距離が０．７５Ｒ以上であることが好ましい。プロペラ１の回転半径をＲとしたときに、フィン１０の船体幅方向の長さが１．０Ｒ未満であることが好ましい。

Description

本発明は、船舶の船尾部構造に関するものである。

従来、船舶航行時に船尾付近に発生する船尾波による造波抵抗を低減して、燃費を改善するようにした船尾部構造が提案されている。例えば、特許文献１には、船体の船尾に移動可能に設けられたウェッジの下面の角度を、船体の航走条件に基づいて駆動装置で調整してウェッジにより造波抵抗を低減するようにした船舶に関する発明が記載されている。

また、特許文献２には、船舶の船尾端部における船尾船底近傍に設けた紡錘体と、この紡錘体の前部を船尾船底に回動可能に係止する係止部と、紡錘体を船尾船底から付勢するばねを含む付勢部とを有した紡錘状造波抑制部により、中高速航行時に生じる船尾からの造波を抑制するとともに造波抑制時の波エネルギーを推力に変換するようにした船舶の船尾部構造に関する発明が記載されている。

一方、船舶の航行時の抵抗低減のためには、姿勢のコントロールという点も重要である。図１０に示すように、船舶の航行時の姿勢は、静水中の最適設計（実線）に対して姿勢変化（破線）が生じ、船首側（Ｆ）が沈み込み船尾側（Ｒ）が浮き上がった状態になる。そのため船首側の抵抗が増加して燃費が悪化してしまう。従って、姿勢をコントロールして静水中の最適設計に近づけることが好ましい。

特開２０１５−１２３９０４号公報 特開２０１１−０１６４７１号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された発明における造波抵抗低減手段は、船尾部に複雑な構造物を新たに追加するものでありコスト面の問題がある。また、造波抵抗低減のためには、構造物の制御の最適化、構造物の形状や角度の最適化が必要である。また、特許文献１及び特許文献２に記載された発明によれば、航行時の姿勢コントロールに対する効果はない。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、簡単な構成で造波抵抗を低減するとともに、航行時の姿勢のコントロールに効果的な船舶の船尾部構造を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明の船舶の船尾部構造は、船舶の船尾部に配置されたプロペラと、前記プロペラの後方に配置された舵と、前記舵を船体に取り付けるためのラダーホーンと、前記ラダーホーンに取り付けられた船体幅方向に突出するフィンとを有することを特徴とする。

また好ましくは、前記プロペラの回転半径をＲとしたときに、前記プロペラの回転軸から前記フィンの取り付け位置までの垂直方向の距離が０．７５Ｒ以上であることを特徴とする。

また好ましくは、前記プロペラの回転半径をＲとしたときに、前記フィンの船体幅方向の長さが１．０Ｒ未満であることを特徴とする。なお、「フィンの船体幅方向の長さ」とは、船体幅方向の中心からフィンの先端までの距離をいう。

本発明によれば、船舶の船尾部に配置されたプロペラと、プロペラの後方に配置された舵と、舵を船体に取り付けるためのラダーホーンと、ラダーホーンに取り付けられた船体幅方向に突出するフィンとを有しており、簡単な構成のフィンにより船尾付近に発生する船尾波による造波抵抗を低減することができる。また、フィンにより船尾側に下向きの力を発生させて、航行中の姿勢が静水中の最適設計に近づくようにコントロールすることができる。

また、プロペラの回転半径をＲとしたときに、プロペラの回転軸からフィンの取り付け位置までの垂直方向の距離を０．７５Ｒ以上とした場合には、造波抵抗の低減と航行時の姿勢コントロールのために適切な位置にフィンを設けることができる。

また、プロペラの回転半径をＲとしたときに、フィンの船体幅方向の長さを１．０Ｒ未満とした場合には、造波抵抗の低減と航行時の姿勢コントロールのために適切な長さにフィンを構成することができる。

以上、本発明によれば、簡単な構成で造波抵抗を低減するとともに、航行時の姿勢のコントロールに効果的な船舶の船尾部構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係る船舶の船尾部構造を示す側面図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 フィンの取付範囲の説明図である。 フィンの船体幅方向の長さの説明図である。 フィンの船体幅方向の長さの説明図である。 フィンの船体幅方向の長さの説明図である。 フィンの船体前後方向の角度の説明図である。 フィンの船体前後方向の角度の説明図である。 航行時の姿勢変化の説明図である。 下向き揚力発生の説明図である。 実施例におけるフィンサイズの説明図である。

次に、図１乃至図１２を参照して、本発明の実施形態に係る船舶の船尾部構造について説明する。まず、図１乃至図３を参照して、本実施形態に係る船舶の船尾構造の基本構成について説明する。図１は、本実施形態に係る船舶の船尾部構造を示す側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。

図１に示すように、船舶の船尾部にはプロペラ１が配置されている。プロペラ１は、プロペラ軸２を介して船体３に回動可能に取り付けられており、船内に配置された主機関の動力により回転するようになっている。

プロペラ１の後方には、舵５が配置されている。舵５は、船体３の船底から垂下したラダーホーン４に回動可能に取り付けられている。また、舵５のプロペラ軸２に対向する位置には、バルブ６が設けられている。

図２及び図３に示すように、ラダーホーン４には、船体幅方向に突出するフィン１０（１０ａ，１０ｂ）が設けられている。フィン１０（１０ａ，１０ｂ）は一対の左右対称の翼状部材であり、ラダーホーン４の左右両舷方向に向けて突出している。なお、図２中の符号７は、プロペラ１のプロペラ面を示している。

次に、図４乃至図９を参照して、本実施形態に係る船舶の船尾部構造における、フィンの取付位置、長さ、角度について説明する。

図４は、フィンの取付範囲の説明図である。ラダーホーン４におけるフィン１０の取付位置は、図４に示す取付範囲８（斜線部分）であることが好ましい。取付範囲８は、プロペラ１の回転半径をＲとしたときに、プロペラ１の回転軸Ｃ_１からフィン１０の取付位置までの垂直方向の距離が０．７５Ｒ以上となる部分である。取付範囲８よりも下の位置では、造波抵抗の低減と姿勢コントロールの効果が小さくなる。さらに、図１に示すように、プロペラ１のプロペラ面７よりも上の位置（１．０Ｒ以上）に取り付けると、プロペラ後流の影響を受けにくいため、より効果的である。ラダーホーン４におけるフィン１０の取付位置は、造波抵抗の低減と姿勢コントロールの効果に合わせて適宜決定することができる。

図５乃至図７は、フィンの船体幅方向の長さの説明図である。ここで「フィンの船体幅方向の長さ」とは、船体幅方向の中心Ｃ_２からフィンの先端までの距離をいう。フィンの船体幅方向の長さは、プロペラ１の回転半径をＲとしたときに、１．０Ｒ未満であることが好ましい。１．０Ｒよりも長いとフィン自体の抵抗が大きくなり、強度上も困難である。さらに、０．５Ｒ〜１．０Ｒであることが好ましい。０．５Ｒよりも短いと造波抵抗の低減と姿勢コントロールの効果が小さいためである。ただし、フィンの船体幅方向の長さは、造波抵抗の低減と姿勢コントロールの効果に合わせて適宜決定することができる。

図５に示すフィン１１ａ，１１ｂの船体幅方向の長さ（船体中心Ｃ_２からの長さ）は、Ｌ_１１であり、Ｌ_１１＝０．５５Ｒとなっている。図６に示すフィン１２ａ，１２ｂの船体幅方向の長さ（船体中心Ｃ_２からの長さ）は、Ｌ_１２であり、Ｌ_１２＝０．７４Ｒとなっている。図７に示すフィン１３ａ，１３ｂの船体幅方向の長さ（船体中心Ｃ_２からの長さ）は、Ｌ_１３であり、Ｌ_１３＝０．９３Ｒとなっている。

図８及び図９は、フィンの船体前後方向の角度の説明図である。前述した図１に示すフィン１０は、船体前方から後方に向けて水平となるように取り付けられている。これに対して、図８に示すフィン１４の場合、船体前方から後方に向けて下降するように取り付けられており、水平に対して角度θ_１４（例えば、５°〜１０°）をなしている。また、図９に示すフィン１５の場合、船体前方から後方に向けて上昇するように取り付けられており、水平に対して角度θ_１５（例えば、５°〜１０°）をなしている。フィンの船体前後方向の角度は、造波抵抗の低減と姿勢コントロールの効果に合わせて適宜決定することができる。

ここで、本実施形態に係る船舶の船尾部構造の作用効果について説明する。本実施形態に係る船舶の船尾部構造は、ラダーホーン４にフィンを設けたものであり、フィンが以下のような作用効果を奏するものである。

（造波抵抗の低減）
通常、船尾端を離れた流れが水面で崩れることは抵抗増加に繋がる。そこで、ラダーホーン４にフィンを設けることで、フィン前後方の流場を変化させて船尾波の勢いを弱め、船尾端を離れた流れが崩れることを抑えることにより、船尾波による造波抵抗を低減することができる。

（姿勢のコントロール）
ラダーホーン４にフィンを設けることで、船尾からの流れの中で下向きの揚力成分を得ることができ、姿勢コントロールが可能になる。この点について、図１１を参照して説明する。図１１は、下向き揚力発生の説明図である。なお、図１１では、船体前方から後方に向けて上昇するように取り付けられたフィン（図９に示すフィン１５）を例にとって説明する。

図１１において、船尾からフィン１５に向かう流れＶは、フィン１５に対して若干上方から当たるようになっている。また、フィン１５の横断面形状は、船体前後方向の中心線Ｘを軸として線対称となっている。このとき、フィン１５には揚力ｄＬが発生し、前向き成分と下向き成分とに分解される。従って、フィン１５に対する下向きの揚力成分により船尾側に下向きの力を発生させて、航行中の姿勢が静水中の最適設計に近づくようにコントロールできるのである。

一般的に、揚力は流れに対して垂直方向に発生し、揚力の向きは翼負圧面になる。そして、揚力の大きさは、表面（上面）と裏面（下面）との圧力差で変化し、圧力差がゼロの場合は揚力もゼロになる。ここで、フィンに対する船尾からの流れの進入方向は、船尾形状によって異なる。従って、船体前方から後方に向けて水平となるように取り付けられたフィン（図１に示すフィン１０）や、フィンが船体前方から後方に向けて下降するように取り付けられたフィン（図８に示すフィン１４）であっても、フィンに対する船尾からの流れの進入方向によっては、下向き揚力が発生し得る。また、フィンの横断面形状を非対称とすることによっても、下向き揚力を発生させることができる。

本実施形態に係る船舶の船尾部構造によれば、船舶の船尾部に配置されたプロペラ１と、プロペラ１の後方に配置された舵５と、舵５を船体３に取り付けるためのラダーホーン４と、ラダーホーン４に取り付けられた船体幅方向に突出するフィン１０とを有しており、簡単な構成のフィン１０により船尾付近に発生する船尾波による造波抵抗を低減することができる。また、フィン１０により船尾側に下向きの力を発生させて、航行中の姿勢が静水中の最適設計に近づくようにコントロールすることができる。

また、プロペラ１の回転半径をＲとしたときに、プロペラ１の回転軸Ｃ_１からフィン１０の取り付け位置までの垂直方向の距離を０．７５Ｒ以上とした場合には、造波抵抗の低減と航行時の姿勢コントロールのために適切な位置にフィン１０を設けることができる。

また、プロペラの回転半径をＲとしたときに、フィンの船体幅方向の長さを１．０Ｒ未満とした場合には、造波抵抗の低減と航行時の姿勢コントロールのために適切な長さにフィン１０を構成することができる。

以上、本実施形態に係る船舶の船尾部構造によれば、簡単な構成で造波抵抗を低減するとともに、航行時の姿勢を効果的にコントロールすることができる。

次に、本実施形態に係る船舶の船尾部構造による抵抗低減効果に関するＣＦＤシミュレーション結果について説明する。ＣＦＤシミュレーションの条件は、以下の通りである。

（フィンサイズ）
図１２は、実施例におけるフィンサイズの説明図であり、翼幅Ｌ＝２０００ｍｍ、根元コード長Ｃｒ＝１０７０ｍｍ、先端コード長５００ｍｍである。なお、翼幅Ｌは船体中心Ｃ_２からの長さである。プロペラ回転半径Ｒ＝２７００ｍｍであり、フィンの船体幅方向の長さ（翼幅Ｌ）は、２０００／２７００≒０．７４Ｒである。また、プロペラの回転軸Ｃ_１からフィンの取付位置までの垂直方向の距離は、３０５０ｍｍであり、３０５０／２７００≒１．１３Ｒである。

（計算モデル及び計算条件）
自由表面モデルによる抵抗計算及びダブルモデルによる自航計算を行った。計算条件として、フルード数Ｆｎ＝０．２５とした。表１に、ＣＦＤシミュレーションの結果を、比較例（フィンなし）を基準とした主機馬力ＢＨＰの削減率により示す。

表１に示すように、フィンによる抵抗低減効果が確認された。なお、この抵抗低減効果は、造波抵抗の低減及び航行時の姿勢のコントロールの両者による効果であると考えられる。

以上、本発明の実施形態に係る船舶の船尾部構造について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、フィン１０を一対の左右対称のフィン１０ａ，１０ｂとしたが、左右のフィンの取付位置、長さ、角度が非対称となるように構成することもできる。

１ プロペラ
２ プロペラ軸
３ 船体
４ ラダーホーン
５ 舵
６ バルブ
７ プロペラ面
８ 取付範囲
１０ フィン
１１ フィン
１２ フィン
１３ フィン
１４ フィン
１５ フィン

Claims (3)

1. 船舶の船尾部に配置されたプロペラと、前記プロペラの後方に配置された舵と、前記舵を船体に取り付けるためのラダーホーンと、前記ラダーホーンに取り付けられた船体幅方向に突出するフィンとを有することを特徴とする船舶の船尾部構造。
2. 前記プロペラの回転半径をＲとしたときに、前記プロペラの回転軸から前記フィンの取り付け位置までの垂直方向の距離が０．７５Ｒ以上であることを特徴とする請求項１に記載の船舶の船尾部構造。
3. 前記プロペラの回転半径をＲとしたときに、前記フィンの船体幅方向の長さが１．０Ｒ未満であることを特徴とする請求項１に記載の船舶の船尾部構造。

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