WO2010116799A1 - 船舶用の舵及び船舶 - Google Patents

Abstract

　水上を航走する船舶１Ａ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｉにおいて、船尾に設ける舵１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ、１０Ｇ、１０Ｉを、舵軸１１に接続する垂直舵１２と、１つ以上の、船尾方向から見た場合に前記垂直舵１２と交差する副舵１３の合体で構成することにより、前記垂直舵１２と前記副舵１３の全てのそれぞれの船体の側面方向から見た投影舵面積の和である総投影面積を、船体の側面方向から見た舵全体の外形の投影面積よりも大きくして形成する。これにより、船体側面から見た舵全体の外形形状の投影面積を小さく、コンパクトにして、狭い船尾部分にも配置可能にすると共に、大きな舵力を発生して高い旋回性能と針路安定性を確保する。

Description

船舶用の舵及び船舶

  本発明は、水上を航行する船舶において、船体側面方向から見た舵全体の外形投影面積が小さく、コンパクトであるため、狭い船尾部分に配置することができ、しかも、高い旋回性能と針路安定性を確保することができる船舶用の舵及び船舶に関する。

　船舶においては、船尾にプロペラ等の推進器と舵を設けて、航行中に、舵の方向を変える操作、即ち、操舵により旋回している。この舵による旋回は、プロペラの直後の流速の早い後流中で舵が流れ方向に対して大きな角度を持つことにより、舵に揚力を発生させて船体の後部に船体の向きを変える力を発生させることで、船体が変針するものである。

　この船舶の舵の基本的な断面形状は、直進時の水中での舵の抵抗を小さくするように、左右対称の流線型となっている。水上を航行する排水量型の船舶においては、この舵の前端は、プロペラの後流れを利用するために、プロペラの後側に配置されるため、プロペラボスよりも後方位置となる。舵の後端は、船体の全長の制限や障害物との接触による損傷を防ぐという理由から船尾端よりも前の位置となる。

　また、舵の上端は、船尾より下に旋回可能に設けられる関係から、通常は舵軸と船尾との交差する部位よりも下側の位置となる。また、舵の下端は、建造時や保守点検のためのドック入り時とプロペラ後流の範囲を考慮して、ベースライン（Ｂ．Ｌ．）より上とされている。

　この舵を船舶に装備する際には、所要の操縦性能及び保針性能を確保するために、船の要目（船の長さ、幅、喫水等）によって一定以上の舵面積を確保する必要がある（例えば、非特許文献１、２参照。）。

　しかしながら、従来技術の単一板状の舵の場合には、舵はプロペラや船体との干渉を回避して、船尾の限られたスペースに設置しなければならないため、配置上の面から十分な舵面積を確保することが難しい場合が生じる。

　そのため、十分な舵面積を確保しようとすると、船尾垂線（Ａ．Ｐ．）から船尾端までの距離を大きくする必要が生じるなど、船型要目の設定に舵が制約を与える場合もある。　　　

　また、船尾垂線（Ａ．Ｐ．）から船尾端までの距離に制約を受けながら、十分な舵面積を確保するためには、舵の縦横比を大きくした縦長の舵形状にすることも考えられるが、その場合には、舵の上部及び下部がプロペラの後流から外れてしまい、舵の効果が十分に得られない。また、当て舵が必要となるという問題が生じ易くなる。

　これに関連して、例えば、日本の実開昭６３－１０４１９９号公報及び日本の実開平０１－６１０００号公報に記載されているように、操舵時には充分な旋回性能を有し、かつ、直進航行時においても舵に働く抵抗が小さくなるという推進性能を向上させるために、船舶の舵本体の内部に、油圧シリンダ等の押圧装置と、この押圧装置により前後方向に移動して、舵本体の前部又は後部に出入する補助舵を備えた可変面積舵が提案されている。　　　

　これらの補助舵を出し入れする可変面積舵の場合には、舵本体の機構が複雑となり、補助舵を出し入れできるようにするためには、押圧装置も大規模になるので、工作が難しく、また、高コストである。

実開昭６３－１０４１９９号公報 実開平０１－６１０００号公報

森正彦著、「船型設計」、発行所：株式会社船舶技術協会、平成９年２月２５日発行、第４８頁～第５１頁 編集者：関西造船協会、「造船設計便覧（第４版）」、発行所:海文堂出版株式会社、平成８年６月２８日発行、第４３８頁～第４４１頁

　本発明は、上述の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、船体側面方向から見た舵全体の外形形状の投影面積が小さく、コンパクトであるため、狭い船尾部分にも配置でき、しかも、大きな舵力を発生して高い旋回性能と針路安定性を確保することができる船舶用の舵及び船舶を提供することにある。

　上記の目的を達成するための本発明の船舶は、水上を航走する船舶において、船尾に設ける舵を、舵軸に接続する垂直舵と、１つ以上の、船尾方向から見た場合に前記垂直舵と交差する副舵の合体で構成することにより、前記垂直舵と前記副舵の全てのそれぞれの船体の側面方向から見た投影舵面積の和である総投影舵面積を、船体の側面方向から見た舵全体の外形の投影面積よりも大きくして形成する。

　この構成によれば、船体横方向の舵力を発生させるのに有効な総投影舵面積を大きく維持しながら、船体側面から見た舵全体の外形投影形状（プロファイル形状）はより小さく、コンパクトにすることができる。従って、船尾の設計において、舵による操縦性能を確保しながらも、舵の配置等による制限が少なくなり、船尾の設計における自由度と、船型要目（船の長さ、幅、喫水等）の設定の自由度を増すことができる。

　例えば、舵のプロファイル形状を小さくできれば、それに伴って、船尾垂線（Ａ．Ｐ．）から船尾端までの距離を短くできる。貨物船では港湾の条件や規則適用の範囲によって全長に制限があるので、船尾垂線（Ａ．Ｐ．）から船尾端までの距離を短くできれば、全長を変えずに、その分貨物倉や機関室を長くできるという利点がある。

　また、舵のプロファイル形状をコンパクトにできると、舵高さも小さくできる。その結果、舵の大部分がプロペラ後流中に入るように配置することが可能となる。これにより、プロペラ後流を十分に活用して、航海時及び低速航行時においても、同じ船体の側面方向から見た投影舵面積を持つ単一板状の従来技術の舵よりも大きな舵力を発生させることができるようになる。

　上記の船舶用の舵において、前記副舵それぞれの船体の側面方向から見た投影舵面積を前記垂直舵の船体の側面方向から見た投影舵面積の２５％～１５０％として形成する。この２５％より小さい前記投影舵面積にすると、前記総投影舵面積増加によるメリットよりも、副舵を設けることによる抵抗増加や重量増加等のデメリットが大きくなり実用的ではなくなる。また、１５０％よりも大きくすると、プロペラ後流から外れる可能性が高く、総投影舵面積が増加しても舵面積の増加の割に舵性能が向上せず、副舵を設けることによる抵抗増加や重量増加等のデメリットが大きくなり実用的ではなくなる。

　また、上記の船舶用の舵において、前記垂直舵と前記副舵との交差部にバルブを設ける。この構成によれば、垂直舵と副舵との取り付け部分を構造的に大きな強度を持って形成できる。また、プロペラへ流れ込む流れの流入速度を遅くすることで、推進効率を向上させるというバルブの伴流利得上昇効果により、直進時の船舶の推進性能を向上させ、省エネ効果を発揮することもできる。

　また、上記の船舶用の舵において、前記垂直舵と前記副舵の少なくとも１つを、船舶の直進時に、船舶の長手方向に対して推進力を発生する断面形状、迎角及びキャンバーを有する形状として形成する。この構成によれば、舵に付けるフィンと同様に、船舶の直進時に推進力を発生できるが、フィンに比べて垂直舵および副舵はその大きさが大きく、大きな推進力を発揮できるので、直進時の船舶の推進性能をより向上させることができる。即ち、垂直舵と副舵のうち少なくとも１つを、船の長手方向に対して適正な断面形状、迎角、キャンバーを持って配置することで、垂直舵と副舵で発生する揚力の前後方向成分による推進力を得て、船舶の直進時における推進性能の向上による省エネ効果を得る。

　また、上記の船舶用の舵において、前記副舵に該副舵の表面で発生した渦の流出を抑制する端板を設ける。この構成によれば、副舵の舵面から翼端渦が流出するのを抑制することができるので、副舵で発生する揚力を大きくすることができる。そのため、船舶の直進時に副舵で発生する舵力及び推進力をより大きくすることができ、船舶の操縦性能及び直進時の推進性能を更に向上させることができる。

　そして、上記の目的を達成するための船舶は、上記の船舶用の舵を備えて構成される。この構成により、船舶は、その舵のプロファイル形状がコンパクトな舵でありながら、船舶の旋回性能と保針性能を向上させることができ、更に、船舶直進時の推進性能も向上することができる。

　本発明の船舶用の舵及び船舶によれば、船体側面方向から見た舵全体の外形形状の投影面積が小さく、コンパクトで、狭い船尾部分にも配置でき、かつ、舵の配置の自由度が増し、しかも、大きな舵力を発生して高い旋回性能と針路安定性を確保することができる。

図１は本発明に係る第１の実施の形態における船舶用の舵及び船舶の構成を示した船尾部分の側面図である。 図２は図１の船舶用の舵の構成を示した船尾から見た図である。 図３は図１の船舶用の舵の構成を示した平面図である。 図４は図１の船舶用の舵の構成を示した船尾方向から船首方向に向けて斜め下から見た斜視図である。 図５は本発明に係る第２の実施の形態における船舶用の舵及び船舶の構成を示した船尾部分の側面図である。 図６は図５の船舶用の舵の構成を示した船尾から見た図である。 図７は図５の船舶用の舵の構成を示した平面図である。 図８は本発明に係る第３の実施の形態における船舶用の舵及び船舶の構成を示した船尾部分の側面図である。 図９は図８の船舶用の舵の構成を示した船尾から見た図である。 図１０は図８の船舶用の舵の構成を示した平面図である。 図１１は他の副舵の配置例（その１）を示した船尾から見た図である。 図１２は他の副舵の配置例（その２）を示した船尾から見た図である。 図１３は他の副舵の配置例（その３）を示した船尾から見た図である。 図１４は他の副舵の配置例（その４）を示した船尾から見た図である。 図１５は他の副舵の配置例（その５）を示した船尾から見た図である。 図１６は吊り舵式を採用した場合の船舶用の舵及び船舶の構成を示した船尾部分の側面図である。 図１７は副舵の後端側の角部をカットとした場合の船舶用の舵及び船舶の構成を示した船尾部分の側面図である。

　以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態の船舶用の舵及び船舶について説明する。図１、図５、図８は、船舶の船尾部分と、船舶用の舵の側面図を示し、図２、図６、図９は、船尾方向から舵を見た図を示し、図３、図７、図１０は上から舵を見た平面図を示す。また、図４は、船尾方向から船首方向に斜めに見た斜視図を示す。なお、図２、図６、図９の図中のＤｐはプロペラの回転面を示す。

　図１～図４に示すように本発明の第１の実施の形態の船舶１Ａは、船尾部分では、船体２にプロペラ３が取り付けられている。このプロペラ３は、プロペラ翼３ａとプロペラボス３ｂとで形成され、プロペラキャップ４により、プロペラ回転軸５に固定されている。このプロペラ３の後方に舵１０Ａが配置される。この舵１０Ａは、垂直方向に設けられた舵軸１１に固定され、操舵装置（図示しない）による舵軸１１の回転に伴って回転するように構成される。

　本発明においては、この舵１０Ａは、垂直舵１２と１枚以上（図１～図４では２枚）の副舵１３ａ、１３ｂとバルブ１４とで一体に形成される。この垂直舵１２と副舵１３ａ、１３ｂの断面形状は翼型部材として形成される。バルブ１４は流線型の略回転体状の部材として形成される。

　この垂直舵１２は、舵軸１１に固定される垂直方向に延びる舵部材であり、従来技術の舵と略同じ構造である。しかし、この垂直舵１２は、副舵１３ａ、１３ｂを取り付ける関係で、図１～図４に示すようにその下部を削除することもある。この垂直舵１２の形状や大きさは、副舵１３ａ、１３ｂとバルブ１４を取り付けたときの舵性能や直進時の推進性能、舵１０Ａ全体の重量や舵軸１１の旋回に要する力等を考慮して設定される。

　この副舵１３ａ、１３ｂは、舵軸１１に接続する垂直舵１２に、船尾方向から見た場合に垂直舵１２と交差させて設ける。即ち、副舵１３ａ、１３ｂは、垂直方向ではなく、船尾方向から見て、垂直舵１２即ち垂直線に対して、角度αａ、αｂを有して斜めになるように垂直舵１２に取り付ける。また、垂直舵１２、副舵１３ａ、１３ｂの下端が船体のベースラインＢ．Ｌ．より下にならないように形成する。

　また、垂直舵１２とこの副舵１３ａ、１３ｂの少なくとも１つを、船舶１Ａの直進時に船舶１Ａの長手方向に対して推進力を発生する断面形状、迎角、キャンバーを持って配置する。これにより、垂直舵１２と副舵１３ａ、１３ｂで発生する揚力の前後方向成分による推進力を得て、直進時の船舶の推進性能を向上させることができる。

　この副舵１３ａ、１３ｂのそれぞれの船体の側面方向から見た投影舵面積を、垂直舵１２の船体の側面方向から見た投影舵面積の２５％～１５０％として形成する。この２５％より小さい投影舵面積にすると、総投影舵面積増加によるメリットよりも、副舵１３ａ、１３ｂを設けることによる抵抗増加や重量増加等のデメリットが大きくなり実用的ではなくなる。また、１５０％よりも大きくすると、プロペラ後流から外れる可能性が高く、総投影舵面積が増加しても舵面積の増加の割りに舵性能が向上せず、副舵１３ａ、１３ｂを設けることによる抵抗増加や重量増加等のデメリットが大きくなり実用的ではなくなる。　　　

　更に、船体の側面方向から見た舵１０Ａ全体の外形の投影面積よりも、垂直舵１２の船体の側面方向から見た投影舵面積と副舵１３ａ、１３ｂの船体の側面方向から見た投影舵面積の和である総投影舵面積を大きくして形成する。これにより、この総和である総投影舵面積を大きく維持しながら、船体の側面から見た舵１０Ａ全体の外形（プロファイル形状）をよりコンパクトにすることができる。

　図１～図４に示す実施の形態の舵１０Ａでは、垂直舵１２はその下端がバルブ１４に接続している。また、副舵１３ａ、１３ｂは、バルブ１４に接続され、このバルブ１４の中心Ｃｂを中心とする放射方向に延びる。つまり、船尾に設ける舵１０Ａを、船尾方向から見た場合に、３方向の放射状の形状となるように垂直舵１２と副舵１３ａ、１３ｂを一体に設けて構成する。この副舵１３ａ、１３ｂは、その先端が、船体２のベースラインより上の位置になるように形成される。

　図２に示すように、船尾から見た場合に、垂直舵１２に対して傾斜角αａ、αｂを有して、副舵１３ａ、１３ｂが２つ設けられている。即ち、下側が二股の三ツ矢形状となっている。この図２の例では、設計及び工作が容易であるので、プロペラ回転軸５を含む垂直面に対して面対称に形成されている。しかし、プロペラ後流の流れは必ずしも、プロペラ回転軸５を含む垂直面に対して面対称にならないので、このプロペラ後流に合わせて非対称に形成することで更に性能を向上させることができる。

　また、図１の舵１０Ａの側面図と図３の舵１０Ａの平面図で分かるように、この副舵１３ａ、１３ｂのプロペラ３側の先端の角部は、舵１０Ａの中心線から左右に突出するため、舵１０Ａを旋回したときに、プロペラ３に接触しないように角部をカットする。つまり、副舵１３ａ、１３ｂを後退翼のように形成して、舵１０Ａを左右に回転したときにプロペラ３に衝突するのを回避する。

　また、バルブ１４が、垂直舵１２と副舵１３ａ、１３ｂとの交差部、言い換えれば、接続部に設けられる。このバルブ１４により、垂直舵１２と副舵１３ａ、１３ｂとの取り付け部分に構造的に大きな強度を持たせることができる。また、プロペラへ流れ込む流れの流入速度を遅くして、推進効率を向上させるというバルブの伴流利得上昇効果がある。この効果により、直進時の船舶１Ａの推進性能が向上し、省エネ効果が発揮される。

　なお、このバルブ１４の中心Ｃｂはプロペラ回転軸５の回転中心Ｃｐと一致させてもよいが、プロペラ後流を考慮して、必ずしも一致させずに、副舵１３ａ、１３ｂを含めた舵１０Ａ全体の舵性能がよくなるように配置することが好ましい。

　次に、第２の実施の形態の舵及び船舶について説明する。図５～図７に示すように、この船舶１Ｃは、舵１０Ｃを備えて構成され、この舵１０Ｃは、副舵１３ｃ、１３ｄの舵の表面で発生した渦の流出を抑制する端板１３ｃｃ、１３ｄｄを、副舵１３ｃ、１３ｄの端部に設けて構成される。これ以外の構成は第１の実施の形態の舵１０Ａと同じ構成である。この端板１３ｃｃ、１３ｄｄにより、副舵１３ｃ、１３ｄの舵面から翼端渦が流出するのを抑制して、船舶１Ｃの直進時に副舵１３ｃ、１３ｄで発生する推進力をより大きくすることができる。これにより、舵力及び直進時の船舶の推進性能を更に向上させることができる。

　次に、第３の実施の形態の舵及び船舶について説明する。図８～図１０に示すように、この船舶１Ｅは、舵１０Ｅを備えて構成される。この舵１０Ｅは、副舵１３ｅ、１３ｆの舵板の後端部にフラップ１３ｅｅ、１３ｆｆを可動可能に設ける。このフラップ１３ｅｅ、１３ｆｆにより、舵軸１１回りの舵１０Ｅの旋回力を増加させて船体１Ｅの旋回性能を向上させることができる。なお、副舵１３ｅ、１３ｆでなく、垂直舵１２のみにフラップを設けてもよく、垂直舵１２と副舵１３ｅ、１３ｆの両方にフラップを設けてもよい。

　また、この舵の配置例を図１１～図１５に幾つか示す。しかし、これに限定されない。これらに例示するように、舵１０の形状は船尾から見たときに、上下非対称でも、左右非対称であってもよい。また、副舵１３の船尾から見た形状に関しては、直線形状にすると設計及び工作が容易となる。一方、プロペラ後流に合わせて曲線状に形成すると、プロペラ後流を更に有効利用することができるので、舵の性能をより向上できる。

　更に、図１２及び図１３に示すように、垂直舵１２を、副舵１３を取り付けた位置よりも下方に延ばして形成してもよい。また、図示しないが、垂直舵１２、副舵１３、バルブ１４の何れか１つ、または、幾つかに、フィンを設けてもよい。

　また、図１～図１０では、ホーン付きの舵で配置例を示すが、船の要目（船の長さ、幅、喫水等）、船速、舵の大きさなどによっては、図１６に示すような吊り舵式が採用される場合もある。

　なお、図１７に示すように、舵１０Ｉを旋回したときに、副舵１３ｉ、１３ｊの後端側が船舶１Ｉの船尾端６よりも後方に突出することを防ぐ必要がある場合には、副舵１３ｉ、１３ｊの後端側の角部をカットする。

　上記の船舶用の舵１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ、１０Ｇ、１０Ｉ、及び、船舶１Ａ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｉによれば、複数の副舵１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊを設けることにより、船体の側面方向から見た舵１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ、１０Ｇ、１０Ｉ全体の外形形状の投影面積を、従来技術の船体の側面方向から見た形状が長方形や台形などの単一板状の舵と同じとしたときに、舵力に有効な船体の側面方向から見た総投影舵面積を大きくすることができる。従って、船舶の旋回性能と保針性能を向上させることができ、更に、船舶直進時の推進性能も向上することができる。

　また、同従来技術の単一板状の舵とほぼ同等の舵力を、舵１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ、１０Ｇ、１０Ｉでは、船体の側面から見た投影面積がより小さくコンパクトなもので、実現できる。

　また、垂直舵１２、副舵１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊの少なくとも１つを船舶１Ａ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｉの直進時に船長方向に対して推進力を発生する断面形状、迎角及びキャンバーを有して形成することにより、従来技術の舵に付けるフィンと同様に、船舶１Ａ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｉの直進時に推進力を発生できるが、フィンに比べて垂直舵１２、副舵１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊはその大きさが大きく、大きな推進力を発揮できるので、直進時の船舶１Ａ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｉの推進性能をより向上させることができる。

　更に、垂直舵１２と副舵１３との交差部にバルブ１４を設けることにより、垂直舵１２と副舵１３との取り付け部分の構造的強度を大きくでき、また、推進効率を更に向上させることができる。なお、バルブ１４を設けなくても、十分な構造的強度を確保でき、バルブ１４による伴流利得上昇効果に基づく推進性能の向上を必要としない場合には、バルブ１４を設ける必要はない。

　本発明の船舶は、上記のように、横方向から見た舵の外形形状の投影面積が小さくて、狭い船尾部分にも配置でき、しかも、大きな舵力を発生して高い旋回性能と針路安定性を奏することができる船舶用の舵及び船舶であるので、水上を航行する船舶の船舶用の舵及び船舶として利用できる。

　１、１Ａ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｉ　船舶
　２　船体
　３　プロペラ
　３ａ　プロペラ翼
　３ｂ　プロペラボス
　４　プロペラキャップ
　５　プロペラ回転軸
　６　船尾端
　１０、１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ、１０Ｇ、１０Ｉ　舵
　１１　舵軸
　１２　垂直舵
　１３　副舵の総称
　１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊ　副舵
　１３ｃｃ、１３ｄｄ　端板
　１３ｅｅ、１３ｆｆ　フラップ
　１４　バルブ
　Ｃｂ　バルブの中心
　Ｃｐ　プロペラの回転中心
　Ｄｐ　プロペラ回転面

Claims (6)

1. 　水上を航走する船舶において、船尾に設ける舵を、舵軸に接続する垂直舵と、１つ以上の、船尾方向から見た場合に前記垂直舵と交差する副舵の合体で構成することにより、前記垂直舵と前記副舵の全てのそれぞれの船体の側面方向から見た投影舵面積の和である総投影舵面積を、船体の側面方向から見た舵全体の外形の投影面積よりも大きくして形成したことを特徴とする船舶用の舵。
2. 　前記副舵それぞれの船体の側面方向から見た投影舵面積を前記垂直舵の船体の側面方向から見た投影舵面積の２５％～１５０％としたことを特徴とする請求項１記載の船舶用の舵。
3. 　前記垂直舵と前記副舵との交差部にバルブを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の船舶用の舵。
4. 　前記垂直舵と前記副舵の少なくとも１つを、船舶の直進時に、船舶の長手方向に対して推進力を発生する断面形状、迎角及びキャンバーを有する形状として形成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の船舶用の舵。
5. 　前記副舵に該副舵の表面で発生した渦の流出を抑制する端板を設けたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の船舶用の舵。
6. 　請求項１、２、３、４、又は５記載の船舶用の舵を備えたことを特徴とする船舶。

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