WO2017098595A1 - 船舶用舵、操舵方法及び船舶 - Google Patents

船舶用舵、操舵方法及び船舶 Download PDF

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steered
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智文 井上
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ジャパン マリンユナイテッド株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/38—Rudders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/38—Rudders
    • B63H2025/388—Rudders with varying angle of attack over the height of the rudder blade, e.g. twisted rudders

Definitions

  • the present invention relates to a marine rudder, a steering method, and a marine vessel that effectively collect propeller rotation flow.
  • Patent Documents 1 and 2 have been proposed as means for satisfying this demand and maintaining steering performance.
  • a pair of high-lift rudder is arranged behind a propulsion propeller.
  • Each high lift rudder has a top end plate and a bottom end plate at the top end and bottom end of the rudder blade, respectively.
  • a fin having a predetermined chord length is provided from the front edge portion toward the rear at substantially the same level position as the axis of the propeller on the inner side surface of each rudder blade.
  • the chord length of each rudder blade is configured to be 60 to 45% of the propeller propeller diameter.
  • the horizontal cross-sectional shape of the rudder main body is an arc shape or a similar shape to the front edge portion, and the cross-sectional width gradually increases toward the rear of the rudder main body. The maximum width is reached, and the cross-sectional width decreases while changing from an outwardly convex shape to an outwardly concave shape. Thereafter, the horizontal cross-sectional shape has a straight portion formed by a substantially parallel straight line up to the rear end, and has a rear end having a finite width.
  • Patent Document 1 is known as a one-axis two-rudder system.
  • the single-shaft two-rudder system has a variety of ship maneuvering modes and is excellent in ship maneuverability, but the rudder is arranged with the propeller center removed, so that the energy recovery rate of the propeller rotating flow deteriorates. Therefore, in a single-shaft two-rudder system, it is common to reduce the degree of stern enlargement by adding fins to compensate for the deterioration of the energy recovery rate of the propeller rotating flow, or extending the hull as much as the rudder cord length is shortened. Is.
  • Patent Document 2 a technique related to a high lift rudder that increases the rudder itself has also been studied.
  • the high lift rudder can have a small rudder area and a high aspect ratio, and the cord length of the rudder can be shortened.
  • the latest ship rudder is generally designed for higher lift, and the rudder cord length is as short as possible. Therefore, even if the existing single-shaft two-rudder system is applied to further improve the performance, there is a problem that the cord length of one rudder as a base is already short and it is difficult to obtain the effect.
  • an object of the present invention is to provide a marine rudder, a steering method, and a marine vessel that can effectively use the energy of the propeller rotating flow and can further reduce the area and blade thickness of the rudder.
  • the present invention comprises an upper rudder and a lower rudder arranged up and down behind the propeller arranged on the stern and on the axis,
  • the upper rudder and the lower rudder are provided with a marine rudder that can be independently steered on the port side and starboard side from the axis of the propeller.
  • the upper rudder has an airfoil suitable for propeller rotating flow flowing from the port side to the starboard side
  • the lower rudder has an airfoil suitable for a propeller rotating flow flowing from the starboard side to the port side.
  • the upper rudder and the lower rudder are different in wing shape or wing shape warpage.
  • an upper rudder and a lower rudder are prepared which are arranged vertically above and behind the propeller arranged at the stern, There is provided a steering method in which the upper rudder and the lower rudder are steered independently from the axis of the propeller to the port side and starboard side, respectively.
  • one of the upper rudder and the lower rudder is steered to the port side, and the other is steered to the starboard side.
  • a ship equipped with the aforementioned ship rudder is provided.
  • the upper rudder and the lower rudder are arranged at the propeller center (rear of the propeller and on the axis), the energy of the propeller rotational flow can be effectively recovered by the upper rudder and the lower rudder.
  • the marine rudder according to the present invention always propels the propeller rotational flow energy at any propeller rotational speed by turning the upper rudder and the lower rudder independently and taking an appropriate rudder angle when going straight and turning.
  • the optimal steering angle for collection can be realized.
  • the marine rudder of the present invention can generate higher lift than a single rudder in which an upper rudder and a lower rudder are integrated, and the total rudder area can be reduced. Can do.
  • the rudder area of the upper and lower rudder is almost halved, so the design load on the upper and lower rudder is reduced. Therefore, the blade thickness can be reduced and the performance of the rudder alone can be improved.
  • FIG. 1 is a side view showing an embodiment of a marine rudder 100 of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 and 2
  • 1 is a ship
  • 2 is a stern
  • 3 is a baseline
  • 4 is a propeller center
  • 5 is a turning shaft
  • 6 is a starboard side
  • 7 is a port side.
  • the base line 3 is a horizontal line corresponding to the lower surface of the ship 1.
  • the propeller center 4 means the axis of the propeller 8.
  • the propeller center 4 may be horizontal or inclined.
  • the steered shaft 5 is a vertical axis in this example and intersects with the propeller center 4.
  • the steered shaft 5 does not have to be vertical as long as it intersects with the propeller center 4.
  • the propeller 8 is single in this example, but may be a contra-rotating propeller in which the two propellers 8 are rotated in the opposite directions.
  • a marine rudder 100 includes an upper rudder 10A and a lower rudder 10B, and an upper steering gear 20A and a lower steering gear 20B.
  • the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are disposed above and below the propeller 8 disposed on the stern 2 and above and below the axis. “Backward and on the axis of the propeller 8” means that the common turning shaft 5 of the upper rudder 10 ⁇ / b> A and the lower rudder 10 ⁇ / b> B is located on a vertical plane including the propeller center 4 behind the propeller 8.
  • the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are configured such that the cord length L and the rudder height H are substantially equal.
  • the boundary surface between the upper rudder 10 ⁇ / b> A and the lower rudder 10 ⁇ / b> B substantially coincides with the height of the propeller center 4.
  • the lower end of the lower rudder 10 ⁇ / b> B is preferably above the base line 3.
  • the present invention is not limited to this example. That is, the upper rudder 10A and the lower rudder 10B may have different cord lengths L or rudder heights H. Further, the boundary surface between the upper rudder 10 ⁇ / b> A and the lower rudder 10 ⁇ / b> B may be different from the propeller center 4.
  • the upper rudder 10A and the lower rudder 10B have a common (same) steered shaft 5.
  • the upper steering machine 20A and the lower steering machine 20B have a function of independently turning the upper rudder 10A and the lower rudder 10B. That is, the upper rudder 10A and the lower rudder 10B can be steered from the axis of the propeller 8 to the port side 7 and the starboard side 6, respectively.
  • the turning angles of the upper rudder 10 ⁇ / b> A and the lower rudder 10 ⁇ / b> B may be 90 degrees or more at the port side 7 and starboard side 6 with respect to the propeller center 4.
  • the marine rudder 100 of the present invention always rotates the propeller at any propeller rotational speed by turning the upper rudder 10A and the lower rudder 10B independently and taking an appropriate rudder angle when going straight and turning.
  • a steering angle optimum for energy recovery of the streams 9a and 9b can be realized.
  • the marine rudder 100 of the present invention can generate higher lift than a single rudder in which the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are integrated, and the total rudder area can be reduced. Can be reduced.
  • the rudder area of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B is almost halved. Therefore, the blade thickness can be reduced and the performance of the rudder alone can be improved.
  • the upper steering machine 20A includes an upper steering shaft 22a and an upper steering device 24a.
  • the upper rudder shaft 22 a is a hollow cylindrical shaft, the lower end is fixed to the upper rudder 10 ⁇ / b> A, and extends upward along the steered shaft 5.
  • the upper steering device 24a steers the upper end portion of the upper steering shaft 22a around the steering shaft 5. This turning angle is preferably 90 degrees or more at the port side 7 and starboard side 6.
  • the lower steering machine 20B has a lower steering shaft 22b and a lower steering device 24b.
  • the lower rudder shaft 22b is a solid shaft in this example, and a lower end is fixed to the lower rudder 10B and extends upward along the steered shaft 5.
  • the lower steering device 24b steers the upper end portion of the lower rudder shaft 22b around the steered shaft 5. This turning angle is preferably 90 degrees or more at the port side 7 and starboard side 6.
  • the rudder area of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B is almost halved compared to a single rudder in which the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are integrated, and the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are designed. Since the load decreases, the necessary maximum torque of the upper rudder shaft 22a and the lower rudder shaft 22b can be almost halved, and the respective required dimensions (for example, diameter) can be reduced (thinned).
  • the steered shaft 5 is preferably located in the vicinity of the center of the cord length L of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B or in the vicinity of the maximum thickness portion. Further, the thickness of the lower rudder 10B needs to be larger than the diameter of the lower rudder shaft 22b at the connecting portion of the lower rudder shaft 22b.
  • the rudder area is almost halved and the design load is reduced, so the diameter of the lower rudder shaft 22b is smaller than before. It can be made small (thin), and the thickness distribution of the lower rudder 10B can be made thinner than before. Even in this case, since the lower rudder 10B can be independently steered to the optimum steering angle for energy recovery of the propeller rotating flow 9b, the energy recovery rate of the propeller rotating flow 9b can be increased.
  • the upper rudder 10A needs to be provided with a through hole 11 (described later), and thus becomes larger than the thickness of the lower rudder 10B.
  • the rudder area is almost halved and the design load is reduced, so the diameter of the upper rudder shaft 22a is smaller (thinner). )can do.
  • the upper rudder 10A can be independently steered to the rudder angle optimum for energy recovery of the propeller rotating flow 9a, so that the energy recovery rate of the propeller rotating flow 9a can be increased.
  • a hollow cylindrical upper rudder shaft 22a and a solid lower rudder shaft 22b are double tubes having the steered shaft 5 as a coaxial.
  • the upper rudder shaft 22a is attached to the inside of the housing 26 provided on the stern 2 so as to be rotatable around the steered shaft 5 via a first bearing 27a.
  • the seawater W is sealed from a gap between the upper rudder shaft 22a and the housing 26 by a seal (not shown).
  • the upper rudder 10A has a through-hole 11 that penetrates along the steered shaft 5 from the upper surface to the lower surface.
  • the lower rudder shaft 22b is attached to the inside of the through-hole 11 and the upper rudder shaft 22a so as to be rotatable about the steered shaft 5 via the second bearing 27b. Further, the seawater W is sealed by a seal (not shown) so that the seawater W does not flow from the through hole 11 and the gap between the lower rudder shaft 22b and the upper rudder shaft 22a.
  • the upper steering device 24a includes an upper chiller 28a that is fixed to the upper end portion of the upper steering shaft 22a and extends horizontally, and a plurality of hydraulic cylinders 29a that horizontally swing the upper chiller 28a around the steering shaft 5.
  • the lower steering device 24b includes a lower chiller 28b that is fixed to the upper end of the lower steering shaft 22b and extends horizontally, and a plurality of hydraulic cylinders 29b that horizontally swings the lower chiller 28b around the steering shaft 5.
  • the hydraulic cylinders 29a and 29b are independently controlled by a hydraulic unit (not shown), and respectively turn the upper rudder 10A and the lower rudder 10B independently.
  • the rudder area of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B is almost halved, and the design of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B is achieved. Since the load decreases, the necessary maximum torque of the upper steering device 24a and the lower steering device 24b is almost halved. Therefore, the components of the upper steering device 24a and the lower steering device 24b can be reduced in size.
  • FIG. 3A is a schematic plan view of FIG. In this figure, the upper rudder 10A is indicated by a solid line and the lower rudder 10B is indicated by a broken line.
  • the thickness distribution of the lower rudder 10B is configured to be thinner than the upper rudder 10A.
  • the upper rudder 10A has an airfoil suitable for a propeller rotation flow 9a (indicated by a solid arrow) flowing from the port side 7 to the starboard side 6.
  • the lower rudder 10B has an airfoil suitable for a propeller rotation flow 9b (indicated by a dashed arrow) flowing from the starboard side 6 to the port side 7.
  • FIG. 3B is an explanatory diagram of the fluid force generated in the upper rudder 10A when going straight.
  • the rotational flow 9a flowing from the port side 7 to the starboard side 6 with respect to the upper rudder 10A generates a lift La in a direction perpendicular to the flow and a drag Da in a parallel direction. If the rudder angle and the airfoil of the upper rudder 10A are selected so that the lift La is greater than the drag Da, a component force in the forward direction can be efficiently obtained.
  • FIG. 3C is an explanatory diagram of the fluid force generated in the lower rudder 10B when traveling straight.
  • the rotating flow 9b flowing from the starboard side 6 to the port side 7 with respect to the lower rudder 10B generates a lift Lb in a direction perpendicular to the flow and a drag Db in a parallel direction. If the rudder angle and the airfoil shape of the lower rudder 10A are selected so that the lift Lb is greater than the drag Db, a component force in the forward direction can be efficiently obtained.
  • the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are different in wing shape or wing shape warpage.
  • the marine rudder 100 of the present invention efficiently uses the energy of the propeller rotational flows 9a and 9b when compared with a single rudder in which the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are integrated. It can collect
  • the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are not limited to this example. As long as the airfoils are suitable for the propeller rotating flows 9a and 9b, respectively, the fins F (shown by broken lines in FIG. 3A) are used for higher lift. ) Or a flap (not shown).
  • the upper rudder 10A and the lower rudder 10B of the present invention are not limited to the above-described configuration.
  • the airfoils of the upper rudder 10 ⁇ / b> A and the lower rudder 10 ⁇ / b> B may be symmetrical on the starboard side 6 and the port side 7 with respect to the propeller center 4.
  • the ship 1 of the present invention is equipped with the ship rudder 100 described above.
  • the cord length L of the rudder can be shortened, the stern arrangement can be facilitated, and the degree of stern enlargement can be reduced.
  • the ship 1 of this invention is not limited to the uniaxial propeller 8, You may have the propeller 8 of 2 axes
  • the upper rudder 10A and the lower rudder 10B, the upper steering unit 20A, and the lower steering unit 20B are provided on the shafts of the plurality of propellers 8, respectively.
  • the ship 1 of the present invention may be provided with the above-described upper rudder 10A, lower rudder 10B, upper steering 20A, and lower steering 20B in only a part of the plurality of propellers 8.
  • the steering method of the marine rudder 100 of the present invention is prepared by preparing the upper rudder 10A and the lower rudder 10B, the upper steering unit 20A and the lower steering unit 20B, and independently turning the upper rudder 10A and the lower rudder 10B. Rudder.
  • FIGS. 4A, 4B, and 4C are explanatory diagrams of the steering method of the present invention.
  • the fluid force acting on the rudder will be described separately for the front-rear direction component F and the left-right direction component S.
  • the front-rear direction component is Fa
  • the left-right direction component Sa
  • the front-rear direction component is Fb
  • the left-right direction component is Sb.
  • FIG. 4A is a diagram showing the positions of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B when going straight
  • FIG. 4B is a diagram showing the positions of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B when turning left.
  • the positions of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B when traveling straight are substantially the same in a plan view, and like the one rudder in which the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are integrated,
  • the energy of the propeller rotating flow 9a, 9b can be effectively recovered.
  • the positions of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B when turning left can also be substantially matched in a plan view, and the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are integrated into one piece.
  • the upper rudder 10A produces a force that contributes to the left turn, whereas the lower rudder 10B has a small contribution to the left turn. In this case, the energy of the propeller rotating flow 9a, 9b cannot be effectively used. There is a similar problem when turning right.
  • FIG. 4C is another diagram showing the positions of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B when turning left.
  • the propeller rotating flow 9a flowing from the port side 7 to the starboard side 6 acts on the upper rudder 10A
  • the propeller rotating flow 9b flowing from the starboard side 6 to the port side 7 acts on the lower rudder 10B. Therefore, as shown in this figure, the steering method according to the present invention enables propeller rotation speed by turning the upper rudder 10A and the lower rudder 10B independently and taking an appropriate rudder angle even when turning left. Accordingly, it is possible to effectively utilize the energy of the propeller rotating flows 9a and 9b and exhibit high lift. The same applies when turning right and going straight.
  • 5A and 5B are explanatory diagrams of the steering method of the present invention during deceleration. As shown in this figure, in the steering method of the present invention, during deceleration, one of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B is steered to the port side 7 and the other is steered to the starboard side 6.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a 90-degree deceleration mode, that is, a state in which the upper rudder 10A is steered to about 90 degrees on the starboard side 7 and the lower rudder 10B is steered to about 90 degrees on the starboard side 6.
  • the rudder is arranged at a substantially right angle with respect to the flow, lift cannot be obtained and the drag becomes remarkable.
  • a large fluid force is generated in the rudder in the direction opposite to the forward direction, and the ship 1 can be decelerated rapidly.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a 30-degree deceleration mode, that is, a state in which the upper rudder 10A is steered to the port side 7 by about 30 degrees and the lower rudder 10B is steered to the starboard side 6 by about 30 degrees.
  • a steering angle of 90 degrees or less for example, the 30-degree deceleration mode of FIG. 5B, a similar effect can be obtained although the deceleration effect is reduced as compared with the 90-degree steering angle (FIG. 5A).
  • the maximum steering angle of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B may be 90 degrees or more on the starboard side 6 and the port side 7. With this configuration, the steerability of the ship 1 can be ensured even when the ship 1 moves backward.
  • 6A and 6B are explanatory diagrams of the steering method of the present invention at the time of deceleration turning.
  • FIG. 6A is a diagram showing a deceleration right turn mode, that is, a state in which the upper rudder 10A is steered to the port side 7 by about 90 degrees and the lower rudder 10B is steered to the starboard side 6 by about 30 degrees.
  • the ship 1 can be turned to the right while decelerating.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a deceleration left turn mode, that is, a state in which the upper rudder 10A is steered to the port side 7 by about 30 degrees and the lower rudder 10B is steered to the starboard side 6 by about 90 degrees.
  • the ship 1 can be turned left while decelerating.
  • the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are arranged in the propeller center 4 (rear and on the axis line of the propeller 8), so that the energy of the propeller rotational flows 9a and 9b is transmitted by the upper rudder 10A and the lower rudder 10B. It can be recovered effectively.
  • the marine rudder 100 of the present invention always rotates the propeller at any propeller rotational speed by turning the upper rudder 10A and the lower rudder 10B independently and taking an appropriate rudder angle when going straight and turning.
  • a steering angle optimum for energy recovery of the streams 9a and 9b can be realized.
  • the marine rudder 100 of the present invention can generate higher lift than a single rudder in which the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are integrated, and the total rudder area can be reduced. Can be reduced.
  • the rudder area of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B is almost halved as compared with one rudder in which the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are integrated, the design loads of the upper rudder 10A and the lower rudder 10B are reduced. Decrease. Therefore, the blade thickness can be reduced and the performance of the rudder alone can be improved.
  • the energy of the propeller rotating flow 9a, 9b can be used effectively, and the rudder area and blade thickness can be reduced.

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Abstract

船舶用舵１００が、船尾２に配置されたプロペラ８の後方かつ軸線上に上下に配置された上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂを備える。上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂは、プロペラ８の軸線上から、左舷側及び右舷側にそれぞれ独立に転舵可能である。上部舵１０Ａは、左舷側７から右舷側６に流れるプロペラ回転流９ａに適した翼形を有し、下部舵１０Ｂは、右舷側６から左舷側７に流れるプロペラ回転流９ｂに適した翼形を有する。減速時又は減速旋回時に、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの一方を左舷側７に転舵し、他方を右舷側６に転舵する。

Description

船舶用舵、操舵方法及び船舶
　本発明は、プロペラ回転流を効果的に回収する船舶用舵、操舵方法及び船舶に関する。
　船舶用舵は、船尾配置を容易にし、船尾肥大度を減少させるために、舵のコード長を短くすることが要望される。
　この要望を満たし、かつ操縦性能を維持する手段として、例えば特許文献１，２が提案されている。
　特許文献１の「大型船用二枚舵システム」では、一基の推進プロペラの後方に一対の高揚力舵を配設する。各高揚力舵は、舵ブレードの頂端部と底端部にそれぞれ頂端板と底端板を有する。また、このシステムでは、各舵ブレードの内舷側の面上で推進プロペラの軸心とほぼ同じ水準位置にほぼ前縁部から後方に向けて所定の翼弦長を有するフィンを設ける。さらに、このシステムでは、各舵ブレードの弦長を推進プロペラ直径の６０～４５％に構成する。
　特許文献２の「船舶用舵」では、舵本体の水平断面形状が、前縁部形状が円弧状またはこれに類似する形状からなり、舵本体の後方に向かって徐々に断面幅が増加して最大幅に達し、外側に凸の形状から外側に凹の形状に変化しながら断面幅が減少していく。その後、水平断面形状は、後端まで、ほぼ平行な直線で形成される直線状部分を有し、有限幅をもつ後端を有する。
特開２００３－２６０９６号公報 特開２００７－１８６２０４号公報
　特許文献１は、一軸二舵システムとして知られている。一軸二舵システムでは二枚の舵をプロペラ後方に左右対称に配置する。一軸二舵システムは多種多様な操船モードを有し、操船性に優れているが、プロペラセンターを外して舵を配置するため、プロペラ回転流のエネルギー回収率が悪化する。そのため、一軸二舵システムではプロペラ回転流のエネルギー回収率の悪化を補填するためのフィンの追加、あるいは舵のコード長を短くした分、船体を延長させて船尾肥大度の減少をはかるのが一般的である。
　一方で特許文献２のように、舵自体を高揚力化させる高揚力舵に関する技術も研究されてきた。高揚力舵は、小舵面積かつ高アスペクト比化が可能であり、舵のコード長を短くできる。最新の船舶の舵は概ね高揚力化がはかられており、舵コード長は極限まで短くなっている。従って、更なる性能向上のために既存の一軸二舵システムを適用しても、ベースになる一舵のコード長が既に短くなっており、その効果が得にくいという問題がある。
　本発明は、最新船舶の舵性能を更に向上させるために、創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、プロペラ回転流のエネルギーを効果的に利用でき、かつ舵の面積および翼厚を更に減少させることができる船舶用舵、操舵方法及び船舶を提供することにある。
　本発明によれば、船尾に配置されたプロペラの後方かつ軸線上に上下に配置された上部舵及び下部舵を備え、
　前記上部舵と前記下部舵は、前記プロペラの前記軸線上から、左舷側及び右舷側にそれぞれ独立に転舵可能である、船舶用舵が提供される。
　前記上部舵と前記下部舵をそれぞれ独立に転舵可能な上部用舵取機と下部用舵取機を備える。
　前記下部舵の肉厚分布は、前記上部舵より薄く構成されている。
　プロペラ回転方向を後方から見て、時計回りとした場合、
　前記上部舵は、左舷側から右舷側に流れるプロペラ回転流に適した翼形を有し、
　前記下部舵は、右舷側から左舷側に流れるプロペラ回転流に適した翼形を有する。
　前記上部舵と前記下部舵とは、翼形又は翼形の反り線が相違する。
　また、本発明によれば、船尾に配置されたプロペラの後方かつ軸線上に上下に配置された上部舵及び下部舵を準備し、
　前記上部舵及び前記下部舵を、前記プロペラの前記軸線上から、左舷側及び右舷側にそれぞれ独立に転舵する、操舵方法が提供される。
　減速時又は減速旋回時に、前記上部舵及び前記下部舵の一方を左舷側に転舵し、他方を右舷側に転舵する。
　さらに、本発明によれば、上述した船舶用舵を装備した、船舶が提供される。
　本発明によれば、プロペラセンター（プロペラの後方かつ軸線上）に上部舵及び下部舵を配置するので、プロペラ回転流のエネルギーを上部舵及び下部舵により効果的に回収できる。
　特に、本発明の船舶用舵は、直進時及び旋回時に、上部舵と下部舵を独立に転舵させてそれぞれ適切な舵角を取ることで、いかなるプロペラ回転数においても常にプロペラ回転流のエネルギー回収に最適な舵角を実現できる。また、その結果、本発明の船舶用舵は、上部舵と下部舵が一体となった１枚の舵と比較して、高揚力を発生させることが可能となり、トータルの舵面積を低減することができる。
　また、上部舵と下部舵が一体となった１枚の舵と比較して、上部舵と下部舵の舵面積がほぼ半減するので、上部舵と下部舵の設計荷重が減少する。従って、翼厚が減少して舵単体性能を向上させることができる。
　従って、本発明によれば、プロペラ回転流のエネルギーを効果的に利用でき、かつ舵の面積および翼厚を減少させることができる。
 
本発明の船舶用舵の実施形態を示す側面図である。 図１のＡ－Ａ線による断面図である。 図１の模式的平面図である。 直進時に上部舵に発生する流体力の説明図である。 直進時に下部舵に発生する流体力の説明図である。 直進時の上部舵及び下部舵の位置を示す図である。 左旋回時の上部舵及び下部舵の位置を示す図である。 左旋回時の上部舵及び下部舵の位置を示す別の図である。 ９０度の減速モードを示す図である。 ３０度の減速モードを示す図である。 減速右旋回モードを示す図である。 減速左旋回モードを示す図である。
　本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
　図１は、本発明の船舶用舵１００の実施形態を示す側面図であり、図２は図１のＡ－Ａ線による断面図である。
　図１、図２において、１は船舶、２は船尾、３はベースライン、４はプロペラセンター、５は転舵軸、６は右舷側、７は左舷側である。
　この例において、ベースライン３は、船舶１の下面に相当する水平線である。また、プロペラセンター４は、プロペラ８の軸線を意味する。プロペラセンター４は、水平でも傾斜していてもよい。
　転舵軸５は、この例では鉛直軸であり、プロペラセンター４と交差する。なお、転舵軸５は、プロペラセンター４と交差する限りで、鉛直でなくてもよい。
　プロペラ８は、この例では単一であるが、２つのプロペラ８が互いに逆回転する二重反転プロペラであってもよい。
　図１、図２において、本発明の船舶用舵１００は、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂと、上部用操舵機２０Ａ及び下部用操舵機２０Ｂと、を備える。
　上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂは、船尾２に配置されたプロペラ８の後方かつ軸線上に上下に配置されている。「プロペラ８の後方かつ軸線上」とは、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの共通の転舵軸５が、プロペラ８の後方のプロペラセンター４を含む鉛直平面上に位置することを意味する。
　図１において、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂは、コード長Ｌと舵高さＨがほぼ等しく構成されている。またこの例において、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂの境界面は、プロペラセンター４の高さとほぼ一致している。
　また、下部舵１０Ｂの下端は、ベースライン３よりも上方であることが好ましい。
　なお、本発明はこの例に限定されない。すなわち、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂとは、コード長Ｌ又は舵高さＨが相違してもよい。また、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂの境界面が、プロペラセンター４と相違してもよい。
　図１、図２において、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂは、共通（同一）の転舵軸５を有する。
　上部用操舵機２０Ａと下部用操舵機２０Ｂは、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂをそれぞれ独立に転舵する機能を有する。
　すなわち、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂは、プロペラ８の軸線上から、左舷側７及び右舷側６にそれぞれ転舵可能である。上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの転舵角度は、プロペラセンター４に対して左舷側７及び右舷側６に最大９０度以上であるのがよい。
　上述した構成により、プロペラセンター４（プロペラ８の後方かつ軸線上）に上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂを配置するので、プロペラ回転流９ａ，９ｂのエネルギーを上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂにより効果的に回収することができる。
　特に、本発明の船舶用舵１００は、直進時及び旋回時に、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂを独立に転舵させてそれぞれ適切な舵角を取ることで、いかなるプロペラ回転数においても常にプロペラ回転流９ａ，９ｂのエネルギー回収に最適な舵角を実現できる。また、その結果、本発明の船舶用舵１００は、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と比較して、高揚力を発生させることが可能となり、トータルの舵面積を低減することができる。
　また、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と比較して、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂの舵面積がほぼ半減する。従って、翼厚が減少して舵単体性能を向上させることができる。
　図１、図２において、上部用操舵機２０Ａは、上部用舵軸２２ａと上部用舵取装置２４ａとを有する。上部用舵軸２２ａは、中空円筒形の軸であり、下端が上部舵１０Ａに固定され、転舵軸５に沿って上方に延びる。上部用舵取装置２４ａは、転舵軸５を中心に上部用舵軸２２ａの上端部を転舵する。この転舵角度は、左舷側７及び右舷側６に最大９０度以上であるのがよい。
　また、下部用操舵機２０Ｂは、下部用舵軸２２ｂと下部用舵取装置２４ｂとを有する。下部用舵軸２２ｂは、この例では中実軸であり、下端が下部舵１０Ｂに固定され、転舵軸５に沿って上方に延びる。下部用舵取装置２４ｂは、転舵軸５を中心に下部用舵軸２２ｂの上端部を転舵する。この転舵角度は、左舷側７及び右舷側６に最大９０度以上であるのがよい。
　上述した構成により、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と比較して、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂの舵面積がほぼ半減し、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂの設計荷重が減少するので、上部用舵軸２２ａ及び下部用舵軸２２ｂの必要最大トルクがほぼ半減し、それぞれの必要寸法（例えば直径）を小さく（細く）することができる。
　転舵軸５は、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂのコード長Ｌの中心近傍、又は最大肉厚部近傍に位置することが好ましい。また下部舵１０Ｂの肉厚は、下部用舵軸２２ｂの接続部において、下部用舵軸２２ｂの直径より大きい必要がある。
　上述したように、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と比較して、舵面積がほぼ半減し、設計荷重が減少するので、下部用舵軸２２ｂの直径を従来より小さく（細く）することができ、下部舵１０Ｂの肉厚分布を従来より薄くすることができる。なおこの場合でも、プロペラ回転流９ｂのエネルギー回収に最適な舵角に下部舵１０Ｂを独立に転舵させることができるので、プロペラ回転流９ｂのエネルギー回収率を高めることができる。
　一方、上部舵１０Ａは、貫通孔１１（後述する）を設ける必要があるため、下部舵１０Ｂの肉厚より大きくなる。しかし、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と比較して、舵面積がほぼ半減し、設計荷重が減少するので、上部用舵軸２２ａの直径も従来より小さく（細く）することができる。またこの場合も、プロペラ回転流９ａのエネルギー回収に最適な舵角に上部舵１０Ａを独立に転舵させることができるので、プロペラ回転流９ａのエネルギー回収率を高めることができる。
　図１、図２において、中空円筒形の上部用舵軸２２ａと中実の下部用舵軸２２ｂとは、転舵軸５を同軸とする二重管である。
　上部用舵軸２２ａは、船尾２に設けられたハウジング２６の内側に、第１軸受２７ａを介して、転舵軸５を中心に回転自在に取り付けられている。また、図示しないシールにより、上部用舵軸２２ａとハウジング２６の隙間から海水Ｗが流入しないように密封されている。
　上部舵１０Ａは、その上面から下面まで転舵軸５に沿って貫通する貫通孔１１を有する。
　下部用舵軸２２ｂは、貫通孔１１と上部用舵軸２２ａの内側に、第２軸受２７ｂを介して転舵軸５を中心に回転自在に取り付けられている。また、図示しないシールにより、貫通孔１１及び下部用舵軸２２ｂと上部用舵軸２２ａの隙間から海水Ｗが流入しないように密封されている。
　上部用舵取装置２４ａは、上部用舵軸２２ａの上端部に固定され水平に延びる上部用チラー２８ａと、転舵軸５を中心に上部用チラー２８ａを水平に揺動する複数の油圧シリンダ２９ａとを有する。
　下部用舵取装置２４ｂは、下部用舵軸２２ｂの上端部に固定され水平に延びる下部用チラー２８ｂと、転舵軸５を中心に下部用チラー２８ｂを水平に揺動する複数の油圧シリンダ２９ｂとを有する。
　油圧シリンダ２９ａ，２９ｂは、それぞれ図示しない油圧ユニットにより独立に制御され、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂをそれぞれ独立に転舵するようになっている。
　上述したように、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と比較して、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂの舵面積がほぼ半減し、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂの設計荷重が減少するので、上部用舵取装置２４ａ及び下部用舵取装置２４ｂの必要最大トルクがほぼ半減する。従って、上部用舵取装置２４ａ及び下部用舵取装置２４ｂの構成機器を小型化することができる。
　図３Ａは、図１の模式的平面図である。この図において、上部舵１０Ａを実線、下部舵１０Ｂを破線で示している。
　この図において、下部舵１０Ｂの肉厚分布は、上部舵１０Ａより薄く構成されている。
　また、プロペラ回転方向を後方から見て、時計回りとした場合、上部舵１０Ａは、左舷側７から右舷側６に流れるプロペラ回転流９ａ（実線の矢印で示す）に適した翼形を有する。
　また、プロペラ回転方向を後方から見て、時計回りとした場合、下部舵１０Ｂは、右舷側６から左舷側７に流れるプロペラ回転流９ｂ（破線の矢印で示す）に適した翼形を有する。
　図３Ｂは、直進時に上部舵１０Ａに発生する流体力の説明図である。
　上部舵１０Ａに対し左舷側７から右舷側６に流れる回転流９ａにより、流れと直角方向に揚力Ｌａ、平行方向に抗力Ｄａが発生する。抗力Ｄａに対して揚力Ｌａが大きくなるように、上部舵１０Ａの舵角および翼形を選択すれば、前進方向の分力を効率的に得ることができる。
　図３Ｃは、直進時に下部舵１０Ｂに発生する流体力の説明図である。
　下部舵１０Ｂに対し右舷側６から左舷側７に流れる回転流９ｂにより、流れと直角方向に揚力Ｌｂ、平行方向に抗力Ｄｂが発生する。抗力Ｄｂに対して揚力Ｌｂが大きくなるように、下部舵１０Ａの舵角および翼形を選択すれば、前進方向の分力を効率的に得ることができる。
　すなわち、この例において、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂとは、翼形又は翼形の反り線が相違する。
　上述した構成により、本発明の船舶用舵１００は、直進時において上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と比較して、プロペラ回転流９ａ，９ｂのエネルギーを効率的に回収し、舵に発生する流体力の前進方向の分力を効率的に得ることができる。
　なお、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂは、この例に限定されず、それぞれプロペラ回転流９ａ，９ｂに適した翼形である限りで、高揚力化のため、フィンＦ（図３Ａに破線で示す）又はフラップ（図示せず）を有してもよい。
　また、本発明の上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂは、上述した構成に限定されない。すなわち、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの翼形は、プロペラセンター４に対し右舷側６と左舷側７が対称であってもよい。
　本発明の船舶１は、上述した船舶用舵１００を装備する。
　上述した船舶用舵１００を装備することにより、舵のコード長Ｌを短くすることができ、船尾配置を容易にし、船尾肥大度を減少させることができる。
　なお、本発明の船舶１は、１軸のプロペラ８に限定されず、２軸又は３軸以上のプロペラ８を有してもよい。その場合、上述した上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂと上部用操舵機２０Ａ及び下部用操舵機２０Ｂは、複数のプロペラ８の各軸にそれぞれ設けることが好ましい。なお、本発明の船舶１は、複数のプロペラ８のうち、一部のみに、上述した上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂと上部用操舵機２０Ａ及び下部用操舵機２０Ｂを設けてもよい。
　本発明の船舶用舵１００の操舵方法は、上述した上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂと上部用操舵機２０Ａ及び下部用操舵機２０Ｂとを準備し、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂをそれぞれ独立に転舵する。
　図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃは、本発明の操舵方法の説明図である。
　以下、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂが右舷側６と左舷側７とで対称とし、下部舵１０Ｂの肉厚分布は、上部舵１０Ａより薄く構成されている場合を説明する。なお、ここでは舵に働く流体力を前後方向成分Ｆと左右方向成分Ｓに分けて説明する。上部舵１０Ａに働く流体力のうち、前後方向成分をＦａ、左右方向成分をＳａ、下部舵１０Ｂに働く流体力うち、前後方向成分をＦｂ、左右方向成分をＳｂとする。
　図４Ａは、直進時の上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの位置を示す図であり、図４Ｂは左旋回時の上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの位置を示す図である。
　図４Ａに示すように、直進時の上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの位置は、平面視で実質的に一致し、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と同様に、プロペラ回転流９ａ，９ｂのエネルギーを効果的に回収することができる。
　また、図４Ｂに示すように、左旋回時の上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの位置も、平面視で実質的に一致させることができ、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と同様であるが、上部舵１０Ａは左旋回に寄与する力を出すのに対し、下部舵１０Ｂは左旋回への寄与が小さい。これではプロペラ回転流９ａ，９ｂのエネルギーを効果的に利用できていない。右旋回時も同様の問題がある。
　図４Ｃは、左旋回時の上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの位置を示す別の図である。
　上述したように、上部舵１０Ａには左舷側７から右舷側６に流れるプロペラ回転流９ａが作用し、下部舵１０Ｂには右舷側６から左舷側７に流れるプロペラ回転流９ｂが作用する。
　従って、この図に示すように、本発明の操舵方法は、左旋回時においても、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂを独立に転舵させてそれぞれ適切な舵角を取ることで、プロペラ回転数に応じてプロペラ回転流９ａ，９ｂのエネルギーを有効に利用し、高揚力を発揮させることが可能である。右旋回時及び直進時も同様である。
　図５Ａと図５Ｂは、減速時の本発明の操舵方法の説明図である。
　この図に示すように、本発明の操舵方法では、減速時に、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの一方を左舷側７に転舵し、他方を右舷側６に転舵する。
　図５Ａは、９０度の減速モード、すなわち上部舵１０Ａを約９０度左舷側７に転舵し、下部舵１０Ｂを約９０度右舷側６に転舵した状態を示す図である。この場合、流れに対して舵がほぼ直角に近い状態で配置されるため、揚力は得られず、抗力が顕著になる。その結果、舵には前進方向とは反対向きに大きな流体力が発生し、船舶１を急減速することができる。
　図５Ｂは、３０度の減速モード、すなわち上部舵１０Ａを約３０度左舷側７に転舵し、下部舵１０Ｂを約３０度右舷側６に転舵した状態を示す図である。
　９０度以下の舵角、例えば図５Ｂの３０度の減速モードの場合も、９０度の舵角（図５Ａ）と比較して、減速効果は落ちるが、類似の効果が得られる。
　なお、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの最大操舵角は、右舷側６及び左舷側７に９０度以上であってもよい。
　この構成により、船舶１の後進時においても、船舶１の操舵性を確保することができる。
　図６Ａ，図６Ｂは、減速旋回時の本発明の操舵方法の説明図である。
　図６Ａは、減速右旋回モード、すなわち上部舵１０Ａを約９０度左舷側７に転舵し、下部舵１０Ｂを約３０度右舷側６に転舵した状態を示す図である。この場合、上部舵１０Ａが主に減速の役割を、下部舵１０Ｂが主に右旋回の役割を担うため、船舶１を減速しながら、右旋回させることができる。
　図６Ｂは、減速左旋回モード、すなわち上部舵１０Ａを約３０度左舷側７に転舵し、下部舵１０Ｂを約９０度右舷側６に転舵した状態を示す図である。この場合、上部舵１０Ａが主に左旋回の役割を、下部舵１０Ｂが主に減速の役割を担うため、船舶１を減速しながら、左旋回させることができる。
　なお、上述した本発明の操舵方法は、上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂの翼形の反り線及び翼形が相違する場合にも、同様に適用することができる。
　上述した本発明によれば、プロペラセンター４（プロペラ８の後方かつ軸線上）に上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂを配置するので、プロペラ回転流９ａ，９ｂのエネルギーを上部舵１０Ａ及び下部舵１０Ｂにより効果的に回収できる。
　特に、本発明の船舶用舵１００は、直進時及び旋回時に、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂを独立に転舵させてそれぞれ適切な舵角を取ることで、いかなるプロペラ回転数においても常にプロペラ回転流９ａ，９ｂのエネルギー回収に最適な舵角を実現できる。また、その結果、本発明の船舶用舵１００は、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と比較して、高揚力を発生させることが可能となり、トータルの舵面積を低減することができる。
　また、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂが一体となった１枚の舵と比較して、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂの舵面積がほぼ半減するので、上部舵１０Ａと下部舵１０Ｂの設計荷重が減少する。従って、翼厚が減少して舵単体性能を向上させることができる。
　従って、本発明によれば、プロペラ回転流９ａ，９ｂのエネルギーを効果的に利用でき、かつ舵の面積および翼厚を減少させることができる。
　本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
Ｆ　フィン
Ｈ　舵高さ
Ｌ　コード長
Ｗ　海水
１　船舶
２　船尾
３　ベースライン
４　プロペラセンター
５　転舵軸
６　右舷側
７　左舷側
８　プロペラ
９ａ，９ｂ　プロペラ回転流
１０Ａ　上部舵
１０Ｂ　下部舵
１１　貫通孔
２０Ａ　上部用操舵機
２０Ｂ　下部用操舵機
２２ａ　上部用舵軸
２２ｂ　下部用舵軸
２４ａ　上部用舵取装置
２４ｂ　下部用舵取装置
２６　ハウジング
２７ａ　第１軸受
２７ｂ　第２軸受
２８ａ　上部用チラー
２８ｂ　下部用チラー
２９ａ，２９ｂ　油圧シリンダ
１００　船舶用舵

Claims (8)

  1. 　船尾に配置されたプロペラの後方かつ軸線上に上下に配置された上部舵及び下部舵を備え、
    　前記上部舵と前記下部舵は、前記プロペラの前記軸線上から、左舷側及び右舷側にそれぞれ独立に転舵可能である、船舶用舵。
  2. 　前記上部舵と前記下部舵をそれぞれ独立に転舵可能な上部用舵取機と下部用舵取機を備える、請求項１に記載の船舶用舵。
  3. 　前記下部舵の肉厚分布は、前記上部舵より薄く構成されている、請求項１又は２に記載の船舶用舵。
  4. 　プロペラ回転方向を後方から見て、時計回りとした場合、
    　前記上部舵は、左舷側から右舷側に流れるプロペラ回転流に適した翼形を有し、
    　前記下部舵は、右舷側から左舷側に流れるプロペラ回転流に適した翼形を有する、請求項１又は２に記載の船舶用舵。
  5. 　前記上部舵と前記下部舵とは、翼形又は翼形の反り線が相違する、請求項１又は２に記載の船舶用舵。
  6. 　船尾に配置されたプロペラの後方かつ軸線上に上下に配置された上部舵及び下部舵を準備し、
    　前記上部舵及び前記下部舵を、前記プロペラの前記軸線上から、左舷側及び右舷側にそれぞれ独立に転舵する、操舵方法。
  7. 　減速時又は減速旋回時に、前記上部舵及び前記下部舵の一方を左舷側に転舵し、他方を右舷側に転舵する、請求項６に記載の操舵方法。
  8. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の船舶用舵を装備した、船舶。
     
     
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