WO2017170359A1 - 船舶用舵及び船舶 - Google Patents

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Inventor
俊紀 澤田
校優 木村
虎卓 山本
剛大 池田
智 藤田
Original Assignee
三井造船株式会社
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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

Definitions

  • the present invention relates to a marine rudder and a marine vessel capable of increasing the lateral force of the rudder generated when the rudder is turned and the rudder angle is taken while suppressing an increase in the rudder drag.
  • a propeller such as a propeller and a rudder are provided at the stern, and the ship is tilted with respect to the forward direction by the lateral force of the rudder that is obtained by taking the rudder angle during steering. It is turning. Therefore, when the rudder has a large angle with respect to the flow direction in the wake with a high flow velocity immediately after the propeller, it is desirable to generate a large lift in the rudder. On the other hand, when the hull goes straight, the rudder drag is large. Because the resistance of the ship as a whole increases, the drag must be reduced. Therefore, development of a high lift rudder that generates a higher lift than a normal rudder and improves the effectiveness of the rudder is desired.
  • a flat bar is provided at the rear end of the rudder main body in the width direction with respect to the rear end of the rudder main body.
  • the horizontal cross-sectional shape of the rudder body was formed so as to protrude slightly and the follower shape with the front half turned into a convex curve that went outward from the rudder and the second half inverted from the convex curve to the concave curve.
  • a high lift rudder has been proposed.
  • a rudder blade is projected in a semicircular shape forward in a horizontal cross-sectional contour, and a front edge portion is provided. After increasing the width in a streamlined manner continuously at the edge, the width is gradually increased toward the rear end of a predetermined width continuously from the intermediate portion and the intermediate portion where the width is gradually decreased toward the minimum width portion.
  • a high lift rudder with a fish-shaped horizontal cross section consisting of the rear edge of the fish tail has been proposed.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and its object is to increase the lateral force of the rudder that is generated when the rudder is turned and the rudder angle is obtained while suppressing an increase in the rudder drag. It is providing the rudder and ship which can carry out.
  • the marine rudder of the present invention has a first height that is 10% below the propeller central axis from the propeller central axis and the propeller from the propeller central axis in a side view of the marine rudder.
  • a rudder shape change line is provided between the second height 60% above the diameter, and below this rudder shape change line, the first position and the rear edge 10% ahead of the rudder cord length from the rear edge
  • the first narrow portion start line is provided between the first narrow portion start line and the second position 50% ahead of the cord length of the rudder. Above the rudder shape change line, the first narrow portion start line and the rudder shape are provided.
  • a second narrow-width portion start line connecting the intersection with the change line and the rear edge of the upper end portion of the rudder is provided, and the rudder cross-sectional shape is between the front edge and the first narrow-width portion start line and The wing cross-section is formed between the leading edge and the second narrow part start line. And between the first narrow width portion start line and the rear edge is formed as a first narrow width portion having a maximum width of 50% or less of the maximum width of the rudder in the rudder shape change line, And between the said 2nd narrow-width part start line and a rear edge, it forms as a 2nd narrow-width part which makes the width
  • the rudder cross-sectional shape above the rudder shape change line has a larger overall width than the rudder cross-sectional shape below the rudder shape change line. The shape is easy to maintain the desired strength.
  • the first narrow-width portion start line is a straight line and the second narrow-width portion start line is a straight line in a side view of the marine rudder, the structure is simplified. It becomes easy to do and can reduce manufacturing cost.
  • the first narrow-width portion start line and the second narrow-width portion start line do not necessarily have to be linear, and may be curved, but if they are straight, they have a simple shape and are easy to manufacture.
  • the inclination angle from the vertical direction of the first narrow-width portion start line is set to be positive from the minus 60 degrees to plus 55 degrees, with the upward direction being the forward angle.
  • the inclination angle from the vertical direction of the second narrow portion start line is in the range of minus 60 degrees to minus 5 degrees, a large lateral force is generated while suppressing an increase in the drag force. It becomes a more suitable shape.
  • the rudder cross-sectional shape hits the marine rudder when the width is narrowed from one or both of the first narrow width portion or the second narrow width portion from the front to the rear. Since the water flow can flow smoothly on the rear side of the ship rudder, an increase in drag can be suppressed.
  • two rudder shape change lines are provided to form a lower rudder shape change line and an upper rudder shape change line, and the lower rudder
  • the first narrow portion start line is provided below the shape change line
  • the second narrow portion start line is provided above the upper rudder shape change line
  • a third narrow portion start line is provided between the upper narrow shape start line and the first narrow portion start line so as to be continuous with the first narrow portion start line, and the third narrow portion start is started.
  • the ship of the present invention for achieving the above object is provided with the above-described ship rudder, and can exhibit the same effects as the above-described ship rudder.
  • the marine rudder and the marine vessel of the present invention it is possible to increase the lateral force of the rudder that is generated when the rudder is turned and the rudder angle is obtained while suppressing an increase in the rudder drag.
  • the effectiveness of the rudder is improved, the propulsion output necessary for maintaining the maneuverability of the ship in the stormy weather can be reduced, and the maneuverability under the stormy weather can be satisfied while reducing the main horsepower.
  • FIG. 1 is a side view including a rudder cross-sectional view schematically showing a configuration of a boat rudder according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a side view of the marine rudder of FIG. 3 is a rear view of the marine rudder shown in FIG.
  • FIG. 4 is a horizontal cross-sectional view of the rudder at the upper end of the boat rudder in FIG.
  • FIG. 5 is a horizontal sectional view of the rudder in the rudder shape change line of the marine rudder in FIG. 1.
  • 6 is a horizontal sectional view of the rudder at the height of the propeller central axis of the marine rudder of FIG.
  • FIG. 1 is a side view including a rudder cross-sectional view schematically showing a configuration of a boat rudder according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a side view of the marine rudder of FIG. 3 is a rear view of the marine rudder
  • FIG. 7 is a horizontal cross-sectional view of the rudder at the lower end of the marine rudder in FIG.
  • FIG. 8 is a side view schematically showing the configuration of the boat rudder according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a side view schematically showing the configuration of the boat rudder according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view which shows typically the structure of the rudder for ships of the 4th Embodiment of this invention.
  • FIG. 11 is a rear view of a marine rudder having another configuration.
  • FIG. 12 is a rear view of a boat rudder having another configuration.
  • FIG. 13 is a side view including a rudder cross-sectional view schematically showing a configuration of a marine rudder according to the prior art.
  • FIG. 14 is a rear view of the boat rudder in FIG.
  • the forward direction of the ship is the X direction
  • the port direction is the Y direction
  • the upward direction is the Z direction.
  • the drawings are schematically shown, and the ratio of dimensions in the drawings is not necessarily the same as that of an actual machine.
  • a ship 1 and a ship rudder (hereinafter referred to as a rudder) 10 are disposed on the rear side of a propeller 2 and are located in the stern of the ship 1. Is rotated around the steering column 14 by a steering column 14 connected to a steering machine (not shown).
  • the rudder 10X according to the prior art is configured such that the width of the rudder 10X gradually becomes narrower as the blade cross-sectional shape extends in the vertical direction and goes downward.
  • a first height H1 that is 10% below the propeller center axis Pc and 60% of the propeller diameter Dp from the propeller center axis Pc. % A rudder shape change line La is provided at a height Ha between the second height H2 and the second height H2.
  • the first height H1 and the second height H2 are more preferably 10% above the propeller center axis Pc and 10% above the propeller center axis Pc and 40% above the propeller center axis Pc, respectively. .
  • a first narrow width portion start line Ls1 is provided between the second position P2 and 50% ahead of the rudder cord length Lc.
  • the first position P1 and the second position P2 are more preferably 20% forward of the rudder cord length Lc from the rear edge 11 and 40% forward of the rudder cord length Lc from the rear edge 11. .
  • the rudder cord length Lc remains the same in the vertical direction (Z direction) below the rudder shape change line La. Further, the first narrow portion start line Ls1 is in the vertical direction. In other words, in the side view of the rudder, the inclination angle ⁇ 1 from the vertical direction Lv of the first narrow-width portion start line Ls1 is zero, with the angle that the upper side goes forward as a plus.
  • a second narrow width portion start line Ls2 connecting the rear edge 11a of the upper end portion 12 is provided above the rudder shape change line La.
  • the inclination angle ⁇ 2 of the second narrow-width-part start line Ls2 from the vertical direction Lv is set in the range of minus 60 degrees to minus 5 degrees, preferably minus 30 degrees to minus 10 degrees.
  • the first narrow-width portion start line Ls1 and the second narrow-width portion start line Ls2 are formed by a knuckle line or a virtual knuckle line connected to a fillet.
  • the width Ba (Hz) of 50% or less, more preferably 25% or less of the maximum width Br (Hz) of the rudder 10 at the height Hz is maximized.
  • the second narrow width portion Rn2 is formed to be large.
  • the front edge 13 of the rudder 10 extends forward as it goes upward.
  • the width at each front and rear position including the maximum width Br (Hz) in the cross section gradually increases as it goes upward.
  • the space between the leading edge 13 and the first narrow width portion start line Ls1 is formed by the blade cross section.
  • 50% or less, more preferably 25%, of the maximum width Bra ( Br (Ha)) of the rudder 10 at the height Ha of the rudder shape change line La between the first narrow width portion start line Ls and the rear edge 11.
  • the first narrow-width portion start line Ls1 and the second narrow-width portion start line Ls2 do not necessarily have to be linear, and may be curved, but if they are straight, they have a simple shape and are easy to manufacture. Therefore, as shown in FIGS. 1, 2 and 4 to 7, when the rudder is viewed from the side, the first narrow portion start line Ls1 is a straight line and the second narrow portion start line Ls2 is a straight line. Structurally simple, easy to work and can reduce manufacturing costs.
  • the effect as a high lift rudder can be exhibited by having a shape having the first narrow width portion Rn1 or the second narrow width portion Rn2 behind the blade cross section.
  • the width (thickness) of the rear end portion is wider (thicker) than the front, whereas the first narrow width portion Rn1 and the second narrow width portion Rn2
  • the width of the part will not be wider than the front. In other words, they are the same width or narrower.
  • the widths of the first narrow width portion Rn1 and the second narrow width portion Rn2 can be constant, but either the first narrow width portion Rn1 or the second narrow width portion Rn2 Alternatively, by forming both of them so that the width becomes narrower from the front to the rear, even when the rudder 10 is turned off or when the rudder angle is set to zero, the water flow impinging on the rudder 10 is not separated without causing separation. Since it can flow more smoothly on the side, an increase in the drag of the rudder 10 can be suppressed.
  • the way of narrowing the width may be linear or curved. It should be noted that the workability is improved by using a straight line rather than a curved line.
  • the width of the rudder cross section As shown in FIG. 3, the width at each front and rear position including the maximum width Br (Hz) in the cross section is gradually narrowed as it goes downward.
  • the upper end portion 12 of the rudder is narrowed relatively gently from the rudder shape change line La, and the lower end portion 15 of the rudder shape change line La is narrowed relatively rapidly.
  • the same width may be provided from the upper end portion 12 of the rudder to the rudder shape change line La, and the width from the rudder shape change line La to the lower end portion 15 of the rudder may be narrowed.
  • the same width may be used from the upper end portion 12 of the rudder to the lower end portion 15 of the rudder.
  • the angle at which the upper side goes forward is added as a plus.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the 1 narrow-width portion start line Ls1 from the vertical direction Lv is in the range of minus 60 degrees to plus 55 degrees, preferably minus 40 degrees to plus 35 degrees. In FIG. 8, the inclination angle ⁇ 1 is positive, and in FIG. 9, the inclination angle ⁇ 1 is negative.
  • the inclination angle ⁇ 2 of the second narrow-width portion start line Ls2 from the vertical direction Lv is set to be within a range of minus 60 degrees to minus 5 degrees, preferably minus 30 degrees to minus 10 degrees.
  • the shape of the rudder 10 can be made a shape more suitable for generating a large lateral force while suppressing an increase in the drag force.
  • rudder 10C of the fourth embodiment two rudder shape change lines La are provided in a side view of the rudder, and the lower rudder shape change line La1 and the upper rudder It is assumed that the shape change line La2.
  • a first narrow portion start line Ls1 is provided below the lower rudder shape change line La1
  • a second narrow portion start line Ls2 is provided above the upper rudder shape change line La2.
  • the third narrow portion start line Ls3 is changed to the first narrow portion start line Ls1 and the second narrow portion start line Ls2 between the lower rudder shape change line La1 and the upper rudder shape change line La2.
  • the third narrow-width portion start line Ls3 is a vertical straight line, but is not necessarily limited to a vertical straight line, and may be a straight line that is inclined from the vertical direction. There may be.
  • a width Ba (Hz) of 50% or less, more preferably 25% or less of the maximum rudder width Br (Hz) at the height Hz between the third narrow-width portion start line Ls3 and the rear edge 11 is set.
  • a third narrow portion Rn3 having the maximum width is formed.
  • the third narrow width portion Rn3 is formed in the same manner as the first narrow width portion Rn1 and the second narrow width portion Rn2. That is, the width of the third narrow width portion Rn3 can be constant, but the third narrow width portion Rn3 may be formed so that the width becomes narrower from the front to the rear.
  • the rudder 10C of the fourth embodiment of FIG. 10 includes the rudder 10 of the first embodiment of FIGS. 1 to 7, the rudder 10A of the second embodiment shown in FIG. 8, and FIG.
  • the rudder cross section of the rudder shape change line La has a vertically expanded shape with respect to the rudder 10B of the third embodiment shown in FIG.
  • the rudder cross-sectional shape between the lower rudder shape change line La1 and the upper rudder shape change line La2 may be the same in the vertical direction, depending on the shape of the third narrow-width portion start line Ls3. May change continuously.
  • the configuration of the rudder 10C according to the fourth embodiment makes it possible to efficiently cope with a wider variety of propeller wakes.
  • the front edge 13 of the rudder 10 gradually recedes from the upper end 12 of the rudder to the rudder shape change line La as it goes downward, and from the rudder shape change line La to the lower end 15 of the rudder, although it is the same front-rear position and is not particularly retracted as it goes downward, in the present invention, even from the rudder shape change line La to the lower end portion 15 of the rudder, the front edge 13 may recede as it goes downward.
  • the shape of the front edge 13 in the side view of the rudder is not particularly limited.
  • the rear edge 11 of the rudder 10 is in the same front-rear position from the upper end 12 of the rudder to the lower end 15 of the rudder, and is not particularly retracted as it goes downward. Also from the line La to the lower end portion 15 of the rudder, the rear edge 11 may move backward or forward as it goes downward, and the shape of the rear edge 11 in the side view of the rudder is not particularly limited.
  • an end plate (not shown) having a horizontal surface may be provided at the lower end portion 15 of the rudder, and a valve for rectifying the propeller wake may be provided at the rudder 10 at the position of the propeller central axis Pc. .
  • the present invention may be applied to a rudder with a reaction rudder, a fin (ladder fin), or a rudder in which a lower part is divided into two.
  • the rudder whose lower part is divided into two for example, it is connected to a rudder composed of a combination of sub rudder crossing the vertical rudder when viewed from the stern direction at the lower end of the vertical rudder connected to the rudder shaft, or to the rudder shaft
  • a rudder or the like in which two sub rudders are connected to the lower end of the vertical rudder so as to have a bifurcated shape when viewed from the stern direction, and one or a plurality of bent portions are provided on the sub rudder.
  • the ship 1 of embodiment concerning this invention is provided with said rudder 10, 10A, 10B, 10C.
  • rudder ruder for ship
  • the ship 1 provided with this rudder 10, 10A, 10B, 10C
  • a large force is generated at a portion around the first narrow-width portion start line Ls1 when the propeller wake is applied to the rudder surface to which the flow hits, a large lateral force can be generated.
  • the rudder cross-sectional shape above the rudder shape change line La has a larger overall width than the rudder cross-sectional shape below the rudder shape change line La, so the upper side of the rudder 10, 10A, 10B, 10C.
  • the shape is easy to maintain the structural strength.

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Abstract

当該船舶用舵１０の側面視で、プロペラ中心軸Ｐｃの近傍より上側に舵形状変化ラインＬａを設け、舵断面形状に関しては、前縁１３と第１狭小幅部開始ラインＬｓ１との間及び前縁１３と第２狭小幅部開始ラインＬｓ２との間を翼断面で形成して、後縁１１と第１狭小幅部開始ラインＬｓ１との間を、舵形状変化ラインＬａにおける舵の最大幅Ｂｒａの５０％以下の幅を最大幅とする第１狭小幅部Ｒｎ１として形成し、かつ、後縁１１と第２狭小幅部開始ラインＬｓ２との間を、その高さにおける舵の最大幅Ｂｒの５０％以下の幅を最大幅とする第２狭小幅部Ｒｎ２として形成する。これにより、船舶用舵１０の抗力の増加を抑えつつ、舵角を取ったときに発生する舵の横力を増大させる。

Description

船舶用舵及び船舶
　本発明は、舵の抗力の増加を抑えつつ、舵を切って舵角を取ったときに発生する舵の横力を増大させることができる船舶用舵及び船舶に関する。
　近年の船舶においては、エネルギー効率設計指標（ＥＥＤＩ）が導入され、荒天海象における船舶の操縦性維持に必要な推進出力を下回ってはならないとの最低推進出力決定に関するガイドラインも設定され、これに従う必要が生じている。そのため、主機馬力を小さくしつつ、荒天下の操縦性を満足する必要がある。この荒天下での操縦性の評価においては、操船のために船尾のプロペラ後流中に取り付けられている舵の効きがより重要となってきている。
　つまり、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、操舵により舵角を取ることで生じる舵の横力により、船体を前進方向に対して船体を傾斜させて旋回している。そのため、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ときには、舵に大きな揚力を発生させることが望ましいが、一方で、船体の直進時には舵の抗力が大きいと船舶全体としての抵抗も大きくなるので、抗力は小さくする必要がある。そこで、通常の舵よりも大きな揚力を発生させ、舵の効きが良くなる高揚力舵の開発が望まれている。
　この高揚力舵としては、例えば、日本出願の特開２００３－２７６６８９号公報に記載されているように、舵本体の後端部にフラットバーをその舵本体の後端部に対して幅方向に僅かに突出するように接続し、かつ、舵本体の水平断面形状を、前半部が舵外方に向かう凸曲線の流線型で、後半部がその凸曲線から凹曲線に反転したフォロー形状に形成した高揚力舵が提案されている。
　また、高揚力舵としては、例えば、日本出願の特開２０１３－２２０６９７号公報に記載されているように、舵ブレードが水平断面の輪郭において前方へ半円形状に突出させた前縁部と前縁部に連続して流線型に幅を増大させた後に最小幅部に向けて徐々に幅を減少させた中間部と中間部に連続して所定幅の後方端に向けて徐々に幅を増大させた魚尾後縁部からなる魚形水平断面形状をなす高揚力舵が提案されている。
　しかしながら、後端部がその前方部より大きな幅を持つこれらの舵は、一般に抗力が大きく、船体の直進時には船舶全体としての抵抗が増大する傾向がある。
日本出願の特開２００３－２７６６８９号公報 日本出願の特開２０１３－２２０６９７号公報
　本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、舵の抗力の増加を抑えつつ、舵を切って舵角を取ったときに発生する舵の横力を増大させることができる船舶用舵及び船舶を提供することにある。
　上記のような目的を達成するための本発明の船舶用舵は、当該船舶用舵の側面視で、プロペラ中心軸よりプロペラ直径の１０％下の第１高さと、前記プロペラ中心軸より前記プロペラ直径の６０％上の第２高さとの間に、舵形状変化ラインを設けると共に、この舵形状変化ラインより下では、後縁から舵のコード長さの１０％前方の第１位置と後縁から舵のコード長さの５０％前方の第２位置との間に第１狭小幅部開始ラインを設けると共に、前記舵形状変化ラインより上では、前記第１狭小幅部開始ラインと前記舵形状変化ラインとの交点と、当該舵の上端部の後縁とを結ぶ第２狭小幅部開始ラインを設けて、舵断面形状に関しては、前縁と前記第１狭小幅部開始ラインとの間及び前縁と第２狭小幅部開始ラインとの間を翼断面で形成していると共に、前記第１狭小幅部開始ラインと後縁の間を、前記舵形状変化ラインにおける舵の最大幅の５０％以下の幅を最大幅とする第１狭小幅部として形成しており、かつ、前記第２狭小幅部開始ラインと後縁の間を、その高さにおける舵の最大幅の５０％以下の幅を最大幅とする第２狭小幅部として形成していることを特徴とする。
　この構成によれば、舵を切ったときに、プロペラ後流が当たる舵面においては、プロペラ後流が当たることにより、第１狭小幅部開始ラインをほぼ中心とした部分に大きな力が発生するので、大きな横力を発生することができる。また、船舶用舵に当たる水流を第２狭小幅部開始ラインに沿って船舶用舵の後流側に、剥離を生じることなく円滑に流すことができるので、抗力の増加を抑えることができる。また、舵断面形状が翼断面の後方に第１狭小幅部又は第２狭小幅部を有する形状になることにより、高揚力舵としての効果も発揮できる。
　さらに、舵形状変化ラインより上の舵断面形状は、舵形状変化ラインより下の舵断面形状に比べて、全体的に幅が大きくなるので、舵の上側で舵全体を支持する構造において、構造的な強度を維持し易い形状となる。
　上記の船舶用舵において、当該船舶用舵の側面視で、前記第１狭小幅部開始ラインを直線としていると共に、前記２狭小幅部開始ラインを直線としていると、構造的に単純となり、工作し易くなり製造コストを低減できる。つまり、第１狭小幅部開始ラインと第２狭小幅部開始ラインは必ずしも直線状である必要は無く、曲線であってもよいが、直線とすると単純な形状となり製造し易くなる。
　上記の船舶用舵において、当該船舶用舵の側面視で、上方が前方に行く角度をプラスとして、前記第１狭小幅部開始ラインの鉛直方向からの傾斜角度を、マイナス６０度からプラス５５度の範囲内としていると共に、前記第２狭小幅部開始ラインの鉛直方向からの傾斜角度をマイナス６０度からマイナス５度の範囲内としていると、抗力の増加を抑制しつつ大きな横力を発生するのにより適した形状となる。
　上記の船舶用舵において、舵断面形状に関して、前記第１狭小幅部または前記第２狭小幅部のいずれか一方又は両方を前方から後方にかけて幅を狭くしていると、船舶用舵に当たった水流を船舶用舵の後側により円滑に流すことができるので、抗力の増加を抑えることができる。
　上記の船舶用舵において、当該船舶用舵の側面視で、前記舵形状変化ラインを２つ設けて、下側の舵形状変化ラインと上側の舵形状変化ラインとすると共に、前記下側の舵形状変化ラインより下に前記第１狭小幅部開始ラインを、前記上側の舵形状変化ラインより上に前記第２狭小幅部開始ラインをそれぞれ設け、かつ、前記下側の舵形状変化ラインと前記上側の舵形状変化ラインとの間に第３狭小幅部開始ラインを前記第１狭小幅部開始ラインと前記第２狭小幅部開始ラインとにそれぞれ連続させて設け、前記第３狭小幅部開始ラインと後縁の間を、その高さにおける舵の最大幅の５０％以下の幅を最大幅とする第３狭小幅部として形成していると、より多様なプロペラ後流に効率的に対応することができるようになる。
　上記のような目的を達成するための本発明の船舶は、上記の船舶用舵を備えていることを特徴とし、上記の船舶用舵の作用効果と同じ作用効果を発揮できる。
　本発明の船舶用舵及び船舶によれば、舵の抗力の増加を抑えつつ、舵を切って舵角を取ったときに発生する舵の横力を増大させることができる。これにより、舵の効きがよくなるので、荒天海象における船舶の操縦性維持に必要な推進出力を小さくすることができ、主機馬力を小さくしつつ、荒天下の操縦性を満足することができる。
図１は、発明の第１の実施の形態の船舶用舵の構成を模式的に示す、舵断面図を含む側面図である。 図２は、図１の船舶用舵の側面図である。 図３は、図１の船舶用舵の後方より見た背面図である。 図４は、図１の船舶用舵の上端部における舵の水平断面図である。 図５は、図１の船舶用舵の舵形状変化ラインにおける舵の水平断面図である。 図６は、図１の船舶用舵のプロペラ中心軸の高さにおける舵の水平断面図である。 図７は、図１の船舶用舵の下端部における舵の水平断面図である。 図８は、本発明の第２の実施の形態の船舶用舵の構成を模式的に示す側面図である。 図９は、本発明の第３の実施の形態の船舶用舵の構成を模式的に示す側面図である。 図１０は、本発明の第４の実施の形態の船舶用舵の構成を模式的に示す側面図である。 図１１は、別の構成の船舶用舵の背面図である。 図１２は、さらに別の構成の船舶用舵の背面図である。 図１３は、従来技術の船舶用舵の構成を模式的に示す、舵断面図を含む側面図である。 図１４は、図１３の船舶用舵の背面図である。
　以下、本発明に係る船舶用舵及び船舶について、図面を参照しながら説明する。なお、船舶の前方向をＸ方向とし、左舷方向をＹ方向とし、上方向をＺ方向とする。また、図面は模式的に示すもので、図面における寸法の比率は必ずしも実機とは同じでは無い。
　図１～図７に示すように、本発明に係る第１の実施の形態の船舶１と船舶用舵（以下、舵という）１０は、プロペラ２の後側に配置され、船舶１の船尾内に配置される操舵機(図示しない)に接続された舵柱１４によりこの舵柱１４周りに回動される。図１３及び図１４に示すように、従来技術の舵１０Ｘは、上下方向に翼断面形状をして下方に行くにつれてその幅が徐々に狭くなるように構成されている。
　それに対して、この実施の形態の舵１０では、この舵の側面視で、プロペラ中心軸Ｐｃよりプロペラ直径Ｄｐの１０％下の第１高さＨ１と、プロペラ中心軸Ｐｃよりプロペラ直径Ｄｐの６０％上の第２高さＨ２との間の高さＨａに、舵形状変化ラインＬａを設けて構成される。なお、この第１高さＨ１と第２高さＨ２は、より好ましくは、それぞれ、プロペラ中心軸Ｐｃよりプロペラ直径Ｄｐの１０％上と、プロペラ中心軸Ｐｃよりプロペラ直径Ｄｐの４０％上とする。
　図１、図２及び図４～図７に示すように、この舵形状変化ラインＬａより下では、後縁１１から舵のコード長さＬｃの１０％前方の第１位置Ｐ１と後縁１１から舵のコード長さＬｃの５０％前方の第２位置Ｐ２との間に第１狭小幅部開始ラインＬｓ１を設ける。なお、この第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２は、より好ましくは、後縁１１から舵のコード長さＬｃの２０％前方と、後縁１１から舵のコード長さＬｃの４０％前方とする。
　なお、この第１の実施の形態の舵１０では、舵形状変化ラインＬａより下では、上下方向（Ｚ方向）には舵のコード長さＬｃは同じままとなっている。また、第１狭小幅部開始ラインＬｓ１は鉛直方向となっている。言い換えれば、舵の側面視で、上方が前方に行く角度をプラスとして、第１狭小幅部開始ラインＬｓ１の鉛直方向Ｌｖからの傾斜角度α１はゼロとなっている。
　また、図１、図２及び図３、図４に示すように、舵形状変化ラインＬａより上では、第１狭小幅部開始ラインＬｓ１と舵形状変化ラインＬａとの交点Ｐ３と、この舵の上端部１２の後縁１１ａとを結ぶ第２狭小幅部開始ラインＬｓ２を設ける。この第２狭小幅部開始ラインＬｓ２の鉛直方向Ｌｖからの傾斜角度α２をマイナス６０度からマイナス５度、好ましくはマイナス３０度からマイナス１０度の範囲内とする。
　ここで、第１狭小幅部開始ラインＬｓ１及び第２狭小幅部開始ラインＬｓ２は、ナックル線若しくはフィレット接続の仮想ナックル線で形成される。
　そして、図３及び図４に示すように、舵形状変化ラインＬａより上の舵断面形状に関しては、前縁１３と第２狭小幅部開始ラインＬｓ２との間を翼断面で形成していると共に、第２狭小幅部開始ラインＬｓ２と後縁１１の間を、その高さＨｚにおける舵１０の最大幅Ｂｒ（Ｈｚ）の５０％以下、より好ましくは２５％以下の幅Ｂａ（Ｈｚ）を最大幅とする第２狭小幅部Ｒｎ２として形成している。なお、この実施の形態の舵１０では、図１～図４に示すように、舵１０の前縁１３は、上方に行くにつれて前方に延びている。また、舵断面の幅に関しては、図３に示すように、その断面における最大幅Ｂｒ（Ｈｚ）を含めて、各前後位置における幅は上方に行くにつれて徐々に、広くなっている。
　また、図４～図７に示すように、舵形状変化ラインＬａより下の舵断面形状に関しては、前縁１３と第１狭小幅部開始ラインＬｓ１との間を翼断面で形成していると共に、第１狭小幅部開始ラインＬｓと後縁１１の間を、舵形状変化ラインＬａの高さＨａにおける舵１０の最大幅Ｂｒａ（＝Ｂｒ（Ｈａ））の５０％以下、より好ましくは２５％以下の幅Ｂａ（Ｈｚ）を最大幅とする第１狭小幅部Ｒｎ１として形成している。
　この第１狭小幅部開始ラインＬｓ１と第２狭小幅部開始ラインＬｓ２は必ずしも直線状である必要は無く、曲線であってもよいが、直線とすると単純な形状となり製造し易くなる。そのため、図１、図２及び図４～図７に示すように、舵の側面視で、第１狭小幅部開始ラインＬｓ１を直線とし、第２狭小幅部開始ラインＬｓ２を直線としていると、構造的に単純となり、工作し易くなり製造コストを低減できる。
　また、この舵断面形状によれば、翼断面の後方に第１狭小幅部Ｒｎ１又は第２狭小幅部Ｒｎ２を有する形状になることにより、高揚力舵としての効果も発揮できる。なお、魚尾形状では、後端部分の幅（厚み)がそれより前方よりも広く（厚く)なっているのに対して、この第１狭小幅部Ｒｎ１と第２狭小幅部Ｒｎ２では、後端部分の幅はそれより前方よりも広くならない。つまり同じ幅か、あるいは、狭くなっている。
　また、舵断面形状に関して、第１狭小幅部Ｒｎ１と第２狭小幅部Ｒｎ２の幅は一定とすることもできるが、第１狭小幅部Ｒｎ１、または、第２狭小幅部Ｒｎ２のいずれか一方又は両方を前方から後方にかけて幅が狭くなるように形成することにより、舵１０を切ったときも、舵角をゼロにしているときでも、舵１０に当たる水流を剥離を生じることなく舵１０の後側により円滑に流すことができるようになるので、舵１０の抗力の増加を抑えることができる。この舵断面形状における、この幅の狭まり方は直線状でもよいが曲線状であってもよい。なお、曲線状とするよりは直線状とした方が工作性は良くなる。
　また、舵断面の幅に関しては、図３に示すように、その断面における最大幅Ｂｒ（Ｈｚ）を含めて、各前後位置における幅は下方に行くにつれて徐々に、狭くなっている。この図３では、舵の上端部１２から舵形状変化ラインＬａまでは比較的緩やかに狭くなり、舵形状変化ラインＬａから舵の下端部１５までは比較的急速に狭くなっている。この幅に関しては、図１１に示すように、舵の上端部１２から舵形状変化ラインＬａまでは同じ幅とし、舵形状変化ラインＬａから舵の下端部１５までを狭くなるよう構成してもよい。さらには、小さい舵等では、図１２に示すように、舵の上端部１２から舵の下端部１５まで同じ幅としてもよい。
　また、図８及び図９に示すように、第２の実施の形態の舵１０Ａと第３の実施の形態の舵１０Ｂでは、舵の側面視で、上方が前方に行く角度をプラスとして、第１狭小幅部開始ラインＬｓ１の鉛直方向Ｌｖからの傾斜角度α１を、マイナス６０度からプラス５５度、好ましくはマイナス４０度からプラス３５度の範囲内とする。図８では、傾斜角度α１はプラスであり、図９では、傾斜角度α１はマイナスになっている。
　また、第２狭小幅部開始ラインＬｓ２の鉛直方向Ｌｖからの傾斜角度α２をマイナス６０度からマイナス５度、好ましくはマイナス３０度からマイナス１０度の範囲内とする。これにより、舵１０の形状を抗力の増加を抑制しつつ大きな横力を発生するのにより適した形状とすることができる。
　また、図１０に示すように、第４の実施の形態の舵１０Ｃにおいては、舵の側面視で、舵形状変化ラインＬａを２つ設けて、下側の舵形状変化ラインＬａ１と上側の舵形状変化ラインＬａ２とする。それと共に、下側の舵形状変化ラインＬａ１より下に第１狭小幅部開始ラインＬｓ１を、上側の舵形状変化ラインＬａ２より上に第２狭小幅部開始ラインＬｓ２をそれぞれ設ける。
　さらに、下側の舵形状変化ラインＬａ１と上側の舵形状変化ラインＬａ２との間に第３狭小幅部開始ラインＬｓ３を第１狭小幅部開始ラインＬｓ１と第２狭小幅部開始ラインＬｓ２とにそれぞれ連続させて設ける。なお、図１０では、この第３狭小幅部開始ラインＬｓ３は垂直な直線となっているが、必ずしも垂直な直線に限定されず、直線で鉛直方向から傾斜していても良く、また、曲線であっても良い。
　また、この第３狭小幅部開始ラインＬｓ３と後縁１１の間を、その高さＨｚにおける舵の最大幅Ｂｒ（Ｈｚ）の５０％以下、より好ましくは２５％以下の幅Ｂａ（Ｈｚ）を最大幅とする第３狭小幅部Ｒｎ３として形成する。この第３狭小幅部Ｒｎ３は、第１狭小幅部Ｒｎ１と第２狭小幅部Ｒｎ２と同様に形成される。つまり、この第３狭小幅部Ｒｎ３の幅は一定とすることもできるが、第３狭小幅部Ｒｎ３を前方から後方にかけて幅が狭くなるように形成しても良い。
　言い換えると、この図１０の第４の実施の形態の舵１０Ｃは、図１～図７の第１の実施の形態の舵１０、図８に示す第２の実施の形態の舵１０Ａ、図９に示す第３の実施の形態の舵１０Ｂに対して、舵形状変化ラインＬａの舵断面形状の部分を上下に拡張した形状とする。ただし、この下側の舵形状変化ラインＬａ１と上側の舵形状変化ラインＬａ２の間の舵断面形状は上下方向に同じ形状であっても良いが、第３狭小幅部開始ラインＬｓ３の形状に応じて連続的に変化しても良い。
　この第４の実施の形態の舵１０Ｃの構成とすることで、より多様なプロペラ後流に効率的に対応することができるようになる。
　なお、ここでは、舵１０の前縁１３は、舵の上端部１２から舵形状変化ラインＬａまでは下方に行くにつれて徐々に後退して、舵形状変化ラインＬａから舵の下端部１５までは、同じ前後位置となっており特に下方に行くにつれて後退していないが、本発明では、舵形状変化ラインＬａから舵の下端部１５までにおいても、前縁１３は下方に行くにつれて後退していてもよく、舵の側面視での前縁１３の形状は特に限定しない。
　また、舵１０の後縁１１は、舵の上端部１２から舵の下端部１５までは、同じ前後位置となっており、特に下方に行くにつれて後退していないが、本発明では、舵形状変化ラインＬａから舵の下端部１５までにおいても、後縁１１は下方に行くにつれて後退又は前進していてもよく、舵の側面視での後縁１１の形状は特に限定しない。
　また、舵の下端部１５に水平方向の面を持つ端板(図示しない)を設けてもよく、プロペラ中心軸Ｐｃの位置にプロペラ後流を整流するためのバルブを舵１０に設けてもよい。
　さらには、特に図示はしないが、リアクション舵やフィン（ラダーフィン）が付いた舵や下部が二股に分かれる舵に適用しても良い。この下部が二股に分かれる舵としては、例えば、舵軸に接続する垂直舵の下端に船尾方向から見た場合に垂直舵と交差する副舵の合体で構成された舵や、舵軸に接続する垂直舵の下端に船尾方向から見て二股形状になるように２つの副舵を接続して、この副舵に折れ曲がり部を１箇所又は複数箇所設けて形成した舵等がある。
　そして、本発明に係る実施の形態の船舶１は、上記の舵１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを備えて構成される。
　上記の舵（船舶用舵）１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及びこの舵１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを備えた船舶１によれば、舵１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを切ったときに、プロペラ後流が当たる舵面においては、プロペラ後流が当たることにより、第１狭小幅部開始ラインＬｓ１をほぼ中心とした部分に大きな力が発生するので、大きな横力を発生することができる。
　また、この舵１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに当たる水流を第２狭小幅部開始ラインＬｓ２に沿って舵１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの後側に剥離を生じることなく円滑に流すことができるので、抗力の増加を抑えることができる。また、舵断面形状が翼断面の後方に第１狭小幅部Ｒｎ１と第２狭小幅部Ｒｎ２、あるいは、さらに、第３狭小幅部Ｒｎ３を有する形状になることにより、高揚力舵としての効果も発揮できる。
　さらに、舵形状変化ラインＬａより上の舵断面形状は、舵形状変化ラインＬａより下の舵断面形状に比べて、全体的に幅が大きくなるので、舵１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの上側で舵全体を支持する構造において、構造的な強度を維持し易い形状となる。
１、１Ｘ　船舶
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｘ　舵（船舶用舵）
１１　後縁
１１ａ　舵の上端部の後縁
１２　舵の上端部
１３　前縁
１４　舵柱
１５　舵の下端部
Ｂａ　舵の各高さにおける第１、第２、第３狭小幅部の最大幅
Ｂｒ　舵の各高さにおける最大幅
Ｂｒａ　舵形状変化ラインにおける舵の最大幅
Ｂｒｃ　プロペラ中心軸における舵の最大幅
Ｄｐ　プロペラ直径
Ｈ１　第１高さ
Ｈ２　第２高さ
Ｈａ　舵形状変化ラインの高さ
Ｌａ　舵形状変化ライン
Ｌａ１　下側の舵形状変化ライン
Ｌａ２　上側の舵形状変化ライン
Ｌｃ　舵のコード長さ
Ｌｓ１　第１狭小幅部開始ライン
Ｌｓ２　第２狭小幅部開始ライン
Ｌｓ３　第３狭小幅部開始ライン
Ｐ１　第１位置
Ｐ２　第２位置
Ｐ３　第１狭小幅部開始ラインと舵形状変化ラインとの交点
Ｐｃ　プロペラ中心軸
Ｒｎ１　第１狭小幅部
Ｒｎ２　第２狭小幅部
Ｒｎ３　第３狭小幅部
α１　第１狭小幅部開始ラインの鉛直方向からの傾斜角度
α２　第２狭小幅部開始ラインの鉛直方向からの傾斜角度

Claims (6)

  1. 　当該船舶用舵の側面視で、プロペラ中心軸よりプロペラ直径の１０％下の第１高さと、前記プロペラ中心軸より前記プロペラ直径の６０％上の第２高さとの間に、舵形状変化ラインを設けると共に、この舵形状変化ラインより下では、後縁から舵のコード長さの１０％前方の第１位置と後縁から舵のコード長さの５０％前方の第２位置との間に第１狭小幅部開始ラインを設けると共に、前記舵形状変化ラインより上では、前記第１狭小幅部開始ラインと前記舵形状変化ラインとの交点と、当該舵の上端部の後縁とを結ぶ第２狭小幅部開始ラインを設けて、
    舵断面形状に関しては、前縁と前記第１狭小幅部開始ラインとの間及び前縁と第２狭小幅部開始ラインとの間を翼断面で形成していると共に、
    　前記第１狭小幅部開始ラインと後縁の間を、前記舵形状変化ラインにおける舵の最大幅の５０％以下の幅を最大幅とする第１狭小幅部として形成しており、かつ、前記第２狭小幅部開始ラインと後縁の間を、その高さにおける舵の最大幅の５０％以下の幅を最大幅とする第２狭小幅部として形成していることを特徴とする船舶用舵。
  2. 　当該船舶用舵の側面視で、前記第１狭小幅部開始ラインを直線としていると共に、前記第２狭小幅部開始ラインを直線としていることを特徴とする請求項１に記載の船舶用舵。
  3. 　当該船舶用舵の側面視で、上方が前方に行く角度をプラスとして、前記第１狭小幅部開始ラインの鉛直方向からの傾斜角度を、マイナス６０度からプラス５５度の範囲内としていると共に、前記第２狭小幅部開始ラインの鉛直方向からの傾斜角度をマイナス６０度からマイナス５度の範囲内としていることを特徴とする請求項２に記載の船舶用舵。
  4. 　舵断面形状に関して、前記第１狭小幅部または前記第２狭小幅部のいずれか一方又は両方を前方から後方にかけて幅を狭くしていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の船舶用舵。
  5. 　当該船舶用舵の側面視で、前記舵形状変化ラインを２つ設けて、下側の舵形状変化ラインと上側の舵形状変化ラインとすると共に、前記下側の舵形状変化ラインより下に前記第１狭小幅部開始ラインを、前記上側の舵形状変化ラインより上に前記第２狭小幅部開始ラインをそれぞれ設け、
    かつ、前記下側の舵形状変化ラインと前記上側の舵形状変化ラインとの間に第３狭小幅部開始ラインを前記第１狭小幅部開始ラインと前記第２狭小幅部開始ラインとにそれぞれ連続させて設け、前記第３狭小幅部開始ラインと後縁の間を、その高さにおける舵の最大幅の５０％以下の幅を最大幅とする第３狭小幅部として形成していることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の船舶用舵。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の船舶用舵を備えていることを特徴とする船舶。
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