WO2021014919A1 - 船尾フィン - Google Patents

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Inventor
哲也 濱野
建二郎 小橋
中村　真也
和哉 羽原
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川崎重工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/02—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
    • B63B1/04—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with single hull
    • B63B1/08—Shape of aft part
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/16—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in recesses; with stationary water-guiding elements; Means to prevent fouling of the propeller, e.g. guards, cages or screens
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Definitions

  • the present invention relates to fins provided on the skeg of a twin skeg ship.
  • Patent Document 1 describes that each skeg is provided with a plurality of fins.
  • Patent Document 1 a plurality of fins are provided in each skeg so as to be arranged on the opposite side to the other skeg.
  • the stern fins are arranged radially around the propeller axis.
  • FIG. 3 of Patent Document 1 three stern fins are arranged at intervals of 45 degrees about the side of the propeller axis, and in FIG. 14 of Patent Document 1, five stern fins are arranged at intervals of 45 degrees about the side of the propeller axis. It is arranged in.
  • Patent Document 1 states that the stern fins are for effectively creating a flow in the direction opposite to the propeller rotation direction, and that the effect of the stern fins increases the wake gain to improve the propulsion performance. It is stated that it can be done. However, such stern fins are prone to resistance.
  • an object of the present invention is to provide a stern fin capable of improving propulsion performance by obtaining a thrust sufficient to offset the resistance.
  • the stern fin of the present invention is a fin provided on the stern of a twin skeg ship, which protrudes downward from the skeg and has a wing-shaped cross-sectional shape along the surface of the skeg, with a front edge on the bow side and a stern. It has a trailing edge on the side, and the wing-shaped camber line is curved outward from the trailing edge toward the front edge.
  • thrust can be generated by the stern fins. Therefore, it is possible to obtain a thrust sufficient to offset the resistance of the stern fins, thereby improving the propulsion performance.
  • FIG. 1 It is a side view of a part of a twin skeg ship including a stern fin according to one embodiment of the present invention. It is an enlarged view of the main part of FIG. It is sectional drawing along the line III-III of FIG. It is a bottom view of a part of the twin skeg ship shown in FIG. It is sectional drawing of the stern fin along the surface of a skeg.
  • FIG. 1 shows a twin skeg ship 1 including a stern fin 7 according to an embodiment of the present invention.
  • the twin skeg ship 1 includes a hull 2, a pair of propeller shafts 4 that are separated from each other in the width direction of the ship, and a pair of skegs 3 that protrude from the hull 2 along the propeller shaft 4.
  • Each propeller shaft 4 extends through the interior of the corresponding skeg 3.
  • Behind each skeg 3, a propeller 5 fixed to a propeller shaft 4 is arranged.
  • two rudders 6 are arranged behind the propeller 5, respectively.
  • only one rudder 6 may be arranged on the center line 21 of the hull 2.
  • the center line 41 of the propeller shaft 4 is horizontal when viewed from the width direction of the ship, and the center line 21 of the hull 2 when viewed from the vertical direction ( That is, it is parallel to the captain's direction).
  • the center line 41 of the propeller shaft 4 may be inclined upward or downward toward the front, or may be inclined inward or outward toward the front.
  • Each skeg 3 is provided with a stern fin 7. As shown in FIG. 3, the stern fin 7 projects downward from the skeg 3. In the present embodiment, the stern fin 7 projects downward from the skeg 3 along the vertical direction. However, the stern fin 7 may project diagonally downward from the skeg 3.
  • the protrusion angle of the stern fin 7 is 0 degrees downward along the vertical direction from the center line 41 of the propeller shaft 4, plus outward in the ship width direction, and minus inward in the ship width direction. It is desirable that the temperature is ⁇ 45 degrees or more and 45 degrees or less.
  • the stern fin 7 has a long shape in the captain direction along the surface of the skeg 3.
  • the stern fin 7 may have a long shape in a direction perpendicular to the surface of the skeg 3.
  • the cross-sectional shape of the stern fin 7 along the surface of the skeg 3 is a wing shape as shown in FIG. That is, the stern fin 7 has a leading edge 71 on the bow side and a trailing edge 72 on the stern side.
  • the camber line (center line in the width direction) L1 of the stern fin 7 is curved outward from the trailing edge 72 toward the front edge 71. That is, the angle of the camber line L1 in the tangential direction with respect to the captain direction is 0 degrees or more, and gradually increases from the trailing edge 72 to the front edge 71.
  • the angle ⁇ between the cord line L2, which is a straight line connecting the front edge 71 and the trailing edge 72, and the line 9 passing through the trailing edge 72 and parallel to the captain's direction is It is 5 degrees or more and 15 degrees or less.
  • the front edge 71 is located behind the position 31 (see FIG. 4) which is separated from the reference position 51 of the propeller 5 by the diameter D of the propeller 5 in front.
  • the flow diagonally crossing the lower part of the skeg 3 from the outside to the inside from the bow side to the stern side becomes remarkable in the range of the diameter D of the propeller 5 forward from the reference position 51 of the propeller 5. Therefore, if the stern fin 7 is within that range, a relatively large thrust can be generated.
  • the rear portion of the inner side surface of the stern fin 7 is in contact with the vertical surface 8 passing through the center line 41 of the propeller shaft 4.
  • the wing shape of the stern fin 7 is not limited to this, and can be changed as appropriate.
  • the trailing edge 72 is perpendicular to the surface of the skeg 3, and the front edge 71 is inclined so as to approach the trailing edge 72 as the distance from the skeg 3 increases.
  • the angles of the front edge 71 and the trailing edge 72 with respect to the surface of the skeg 3 can be changed as appropriate.
  • the tip 73 of the stern fin 7 is a straight line parallel to the surface of the skeg 3, but the tip 73 of the stern fin 7 may be a straight line inclined with respect to the surface of the skeg 3. Alternatively, the tip 73 of the stern fin 7 may have an arcuate curve.
  • the distance L from the front edge 71 to the trailing edge 72 along the surface of the skeg 3 is 10% or more and 30% or less of the diameter D of the propeller 5.
  • the overhang amount (also referred to as span) S of the stern fin 7 from the surface of the skeg 3 is 20% or less of the diameter D of the propeller 5. This is because the resistance of the stern fin 7 can be suppressed to a small value.
  • thrust can be generated by the stern fin 7. Therefore, a thrust enough to cancel the resistance of the stern fin 7 can be obtained, and thus the propulsion performance can be improved.
  • the distance from the front edge 71 to the trailing edge 72 of the stern fin 7 along the surface of the skeg 3 is less than 10% of the diameter D of the propeller 5, sufficient thrust cannot be generated, and the propeller 5 cannot generate sufficient thrust. If it is larger than 30% of the diameter D, the resistance is greatly increased. Therefore, if the distance from the front edge 71 to the trailing edge 72 of the stern fin 7 along the surface of the skeg 3 is 10% or more and 30% or less of the diameter of the propeller 5, the effect of improving the propulsion performance can be remarkably obtained. Can be done.
  • a pod propulsion device may be arranged behind each skeg 3. That is, the skeg 3 does not necessarily have to protrude from the hull 2 along the propeller shaft 4.
  • the present invention can be applied not only to a twin-skeg ship but also to a uniaxial ship having an asymmetric stern boss shape. This is because in such a uniaxial ship, since there is a flow in the left-right direction below the stern boss, thrust can be generated by the stern fin having a wing-shaped cross section. That is, even in a uniaxial ship having an asymmetric stern boss shape, if a stern fin similar to that of the present invention is provided, a thrust sufficient to cancel the resistance of the stern fin can be obtained, thereby improving the propulsion performance. it can.
  • the stern fin of the present invention is a fin provided on the stern of a twin skeg ship, which protrudes downward from the stern and has a wing-shaped cross-sectional shape along the surface of the stern, with a front edge on the bow side and a stern side. It has a trailing edge, and the wing-shaped camber line is curved outward from the trailing edge toward the front edge.
  • thrust can be generated by the stern fins. Therefore, it is possible to obtain a thrust sufficient to offset the resistance of the stern fins, thereby improving the propulsion performance.
  • the front edge may be located behind a position separated by the diameter of the propeller from the reference position of the propeller located behind the skeg.
  • the flow diagonally crossing the lower part of the skeg from the bow side to the stern side from the outside to the inside becomes remarkable in the range of the diameter of the propeller forward from the reference position of the propeller. Therefore, if the stern fins are within that range, a relatively large thrust can be generated.
  • the angle between the cord line connecting the front edge and the trailing edge and the line passing through the trailing edge and parallel to the captain's direction is 5 degrees or more and 15 degrees or less. It may be.
  • the distance from the front edge to the trailing edge along the surface of the skeg may be 10% or more and 30% or less of the diameter of the propeller located behind the skeg. Sufficient thrust cannot be generated if the distance from the front edge to the trailing edge of the stern fin along the surface of the skeg is less than 10% of the diameter of the propeller, and resistance if it is greater than 30% of the diameter of the propeller. Will increase significantly. Therefore, if the distance from the front edge to the trailing edge of the stern fin along the surface of the skeg is 10% or more and 30% or less of the diameter of the propeller, the effect of improving the propulsion performance can be remarkably obtained.
  • the amount of protrusion of the fins from the surface of the skeg may be 20% or less of the diameter of the propeller located behind the skeg. According to this configuration, the resistance of the stern fin can be suppressed to a small value.
  • the protrusion angle of the fins is 0 degrees downward along the vertical direction from the center line of the propeller axis extending through the inside of the skeg, plus outward in the beam width direction, and minus inward direction in the beam width direction.
  • it may be ⁇ 45 degrees or more and 45 degrees or less.

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Abstract

船尾フィン（７）は、ツインスケグ船のスケグ（３）に設けられ、スケグ（３）から下向きに突出する。船尾フィン（７）のスケグ（３）の表面に沿った断面形状は翼形状であり、船尾フィン（７）は、船首側に前縁（７１）、船尾側に後縁（７２）を有する。翼形状のキャンバーラインは、後縁（７２）から前縁（７１）に向かって外向きに湾曲している。

Description

船尾フィン
　本発明は、ツインスケグ船のスケグに設けられるフィンに関する。
　従来から、一対のプロペラ軸に沿って一対のスケグが船体から突出するツインスケグ船が知られている。例えば、特許文献１には、各スケグに複数のフィンを設けることが記載されている。
　具体的に、特許文献１では、各スケグに、複数のフィンが他方のスケグとは反対側に並ぶように設けられている。それらの船尾フィンは、プロペラ軸を中心として放射状に配置されている。特許文献１の図３では３つの船尾フィンがプロペラ軸の真横を中心として４５度間隔で配置されており、特許文献１の図１４では５つの船尾フィンがプロペラ軸の真横を中心として４５度間隔で配置されている。
特許第５２７６６７０号公報
　特許文献１には、船尾フィンがプロペラ回転方向と反対方向の流れを効果的に作るためのものであることと、その船尾フィンの効果により伴流利得を増加させて推進性能を向上させることができることが記載されている。しかしながら、そのような船尾フィンは抵抗となりやすい。
　そこで、本発明は、抵抗を相殺するほどの推力を得ることにより推進性能を向上させることができる船尾フィンを提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、ツインスケグ船では、各スケグの下方を船首側から船尾側に向かって外側から内側に斜めに横切る流れが存在することを見出した。そして、その流れを利用して推力を発生させることで船尾フィンの抵抗を相殺することを思い付いた。本発明は、このような観点から成されたものである。なお、特許文献１には、船尾フィンの具体的な形状は記載されていないが、図面からは単なる板状であると推測される。
　すなわち、本発明の船尾フィンは、ツインスケグ船のスケグに設けられるフィンであって、前記スケグから下向きに突出し、前記スケグの表面に沿った断面形状が翼形状であり、船首側に前縁、船尾側に後縁を有し、前記翼形状のキャンバーラインが前記後縁から前記前縁に向かって外向きに湾曲している、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、船尾フィンによって推力を発生させることができる。従って、船尾フィンの抵抗を相殺するほどの推力を得ることができ、これにより推進性能を向上させることができる。
　本発明によれば、船尾フィンの抵抗を相殺するほどの推力を得ることができ、これにより従来技術よりも推進性能を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る船尾フィンを含むツインスケグ船の一部の側面図である。 図１の要部拡大図である。 図１のIII－III線に沿った断面図である。 図１に示すツインスケグ船の一部の下面図である。 スケグの表面に沿った船尾フィンの断面図である。
　図１に、本発明の一実施形態に係る船尾フィン７を含むツインスケグ船１を示す。このツインスケグ船１は、船体２と、船幅方向に互いに離間する一対のプロペラ軸４と、プロペラ軸４に沿って船体２から突出する一対のスケグ３を含む。各プロペラ軸４は、対応するスケグ３の内部を通って延びている。各スケグ３の後方には、プロペラ軸４に固定されたプロペラ５が配置されている。
　本実施形態では、プロペラ５の後方に２つの舵６がそれぞれ配置されている。ただし、プロペラ５の後方には、船体２の中心線２１上に舵６が１つだけ配置されてもよい。
　図２および図４に示すように、本実施形態では、プロペラ軸４の中心線４１が船幅方向から見たときに水平であるとともに、鉛直方向から見たときに船体２の中心線２１（すなわち、船長方向）と平行である。ただし、プロペラ軸４の中心線４１は、前方に向かって上向きまたは下向きに傾斜してもよいし、前方に向かって内向きまたは外向きに傾斜してもよい。
　各スケグ３には、船尾フィン７が設けられている。船尾フィン７は、図３に示すように、スケグ３から下向きに突出している。本実施形態では、船尾フィン７が、スケグ３から鉛直方向に沿って下向きに突出している。ただし、船尾フィン７は、スケグ３から斜め下向きに突出してもよい。
　船尾フィン７は、当該船尾フィン７の突出角度が、プロペラ軸４の中心線４１から鉛直方向に沿った下向きを０度、船幅方向の外向きをプラス、船幅方向の内向きをマイナスとしたときに、－４５度以上４５度以下となるように設けられることが望ましい。
　本実施形態では、船尾フィン７が、スケグ３の表面に沿って船長方向に長い形状を有している。ただし、船尾フィン７は、スケグ３の表面と垂直な方向に長い形状を有してもよい。
　スケグ３の表面に沿った船尾フィン７の断面形状は、図５に示すように翼形状である。すなわち、船尾フィン７は、船首側に前縁（leading edge）７１を有し、船尾側に後縁（trailing edge）７２を有する。
　船尾フィン７のキャンバーライン（幅方向の中心線）Ｌ１は、後縁７２から前縁７１に向かって外向きに湾曲している。すなわち、船長方向に対するキャンバーラインＬ１の接線方向の角度は、０度以上であって、後縁７２から前縁７１に向かって徐々に大きくなる。
　図３および図４に示すように、スケグ３の下方には、当該スケグ３の下方を船首側から船尾側に向かって外側から内側に斜めに横切る流れが存在する。従って、船尾フィン７は、図５に示すように斜め前向きに揚力Ｆを発生させる。この揚力Ｆの前向き方向の分力Ｆａがツインスケグ船１の推力となる。
　例えば、スケグ３の表面に沿った断面において、前縁７１と後縁７２とを結ぶ直線であるコードラインＬ２と、後縁７２を通って船長方向と平行な線９との間の角度θは、５度以上１５度以下である。
　前縁７１は、プロペラ５の基準位置５１から当該プロペラ５の直径Ｄだけ前方に離れた位置３１（図４参照）よりも後方に位置することが望ましい。上述したスケグ３の下方を船首側から船尾側に向かって外側から内側に斜めに横切る流れは、プロペラ５の基準位置５１から前方にプロペラ５の直径Ｄ分の範囲で顕著となる。従って、船尾フィン７がその範囲内に在れば、比較的に大きな推力を発生させることができる。
　本実施形態では、スケグ３の表面に沿った断面において、船尾フィン７の内側側面の後方部分がプロペラ軸４の中心線４１を通る鉛直面８と接している。ただし、船尾フィン７の翼形状はこれに限られるものではなく、適宜変更可能である。
　また、本実施形態では、図２に示すように、後縁７２がスケグ３の表面と垂直であり、前縁７１が、スケグ３から遠ざかるほど後縁７２に近づくように傾斜している。ただし、スケグ３の表面に対する前縁７１および後縁７２の角度は適宜変更可能である。
　さらに、本実施形態では、船尾フィン７の先端７３がスケグ３の表面と平行な直線であるが、船尾フィン７の先端７３は、スケグ３の表面に対して傾斜する直線であってもよい。あるいは、船尾フィン７の先端７３は、円弧状の曲線であってもよい。
　例えば、スケグ３の表面に沿った前縁７１から後縁７２までの距離Ｌは、プロペラ５の直径Ｄの１０％以上３０％以下である。
　スケグ３の表面からの船尾フィン７の張出量（スパンともいう）Ｓは、プロペラ５の直径Ｄの２０％以下であることが望ましい。船尾フィン７の抵抗を小さく抑えることができるからである。
　以上説明したように、本実施形態の船尾フィン７では、船尾フィン７によって推力を発生させることができる。従って、船尾フィン７の抵抗を相殺するほどの推力を得ることができ、これにより推進性能を向上させることができる。
　ところで、スケグ３の表面に沿った船尾フィン７の前縁７１から後縁７２までの距離がプロペラ５の直径Ｄの１０％未満であれば十分な推力を発生させることができず、プロペラ５の直径Ｄの３０％よりも大きければ抵抗が大きく増加する。従って、スケグ３の表面に沿った船尾フィン７の前縁７１から後縁７２までの距離がプロペラ５の直径の１０％以上３０％以下であれば、推進性能の向上という効果を顕著に得ることができる。
　（変形例）
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　例えば、プロペラ軸４がスケグ３の内部を通って延びる構成に代えて、各スケグ３の後方にポッド推進器が配置されてもよい。すなわち、スケグ３は、必ずしもプロペラ軸４に沿って船体２から突出する必要はない。
　また、本発明は、ツインスケグ船だけでなく、船尾ボス形状が左右非対称の一軸船にも適用可能である。そのような一軸船では、船尾ボスの下方に左右方向の流れが存在するため、断面形状が翼形状の船尾フィンによって推力を発生させることができるからである。すなわち、船尾ボス形状が左右非対称の一軸船においても本発明と同様の船尾フィンを設ければ、船尾フィンの抵抗を相殺するほどの推力を得ることができ、これにより推進性能を向上させることができる。
　（まとめ）
　本発明の船尾フィンは、ツインスケグ船のスケグに設けられるフィンであって、前記スケグから下向きに突出し、前記スケグの表面に沿った断面形状が翼形状であり、船首側に前縁、船尾側に後縁を有し、前記翼形状のキャンバーラインが前記後縁から前記前縁に向かって外向きに湾曲している、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、船尾フィンによって推力を発生させることができる。従って、船尾フィンの抵抗を相殺するほどの推力を得ることができ、これにより推進性能を向上させることができる。
　前記前縁は、前記スケグの後方に位置するプロペラの基準位置から当該プロペラの直径だけ前方に離れた位置よりも後方に位置してもよい。スケグの下方を船首側から船尾側に向かって外側から内側に斜めに横切る流れは、プロペラの基準位置から前方にプロペラの直径分の範囲で顕著となる。従って、船尾フィンがその範囲内に在れば、比較的に大きな推力を発生させることができる。
　例えば、前記スケグの表面に沿った断面において、前記前縁と前記後縁とを結ぶコードラインと、前記後縁を通って船長方向と平行な線との間の角度が５度以上１５度以下であってもよい。
　前記スケグの表面に沿った前記前縁から前記後縁までの距離は、前記スケグの後方に位置するプロペラの直径の１０％以上３０％以下であってもよい。スケグの表面に沿った船尾フィンの前縁から後縁までの距離がプロペラの直径の１０％未満であれば十分な推力を発生させることができず、プロペラの直径の３０％よりも大きければ抵抗が大きく増加する。従って、スケグの表面に沿った船尾フィンの前縁から後縁までの距離がプロペラの直径の１０％以上３０％以下であれば、推進性能の向上という効果を顕著に得ることができる。
　前記スケグの表面からの前記フィンの張出量は、前記スケグの後方に位置するプロペラの直径の２０％以下であってもよい。この構成によれば、船尾フィンの抵抗を小さく抑えることができる。
　例えば、前記フィンの突出角度は、前記スケグの内部を通って延びるプロペラ軸の中心線から鉛直方向に沿った下向きを０度、船幅方向の外向きをプラス、船幅方向の内向きをマイナスとしたときに、－４５度以上４５度以下であってもよい。
　３　　スケグ
　４　　プロペラ軸
　４１　中心線
　５　　プロペラ
　７　　船尾フィン
　７１　前縁
　７２　後縁
　９　　線
　Ｌ　　距離
　Ｌ１　キャンバーライン
　Ｌ２　コードライン
　Ｓ　　張出量

Claims (6)

  1. 　ツインスケグ船のスケグに設けられるフィンであって、
    　前記スケグから下向きに突出し、
    　前記スケグの表面に沿った断面形状が翼形状であり、船首側に前縁、船尾側に後縁を有し、
    　前記翼形状のキャンバーラインが前記後縁から前記前縁に向かって外向きに湾曲している、船尾フィン。
  2. 　前記前縁は、前記スケグの後方に位置するプロペラの基準位置から当該プロペラの直径だけ前方に離れた位置よりも後方に位置する、請求項１に記載の船尾フィン。
  3. 　前記スケグの表面に沿った断面において、前記前縁と前記後縁とを結ぶコードラインと、前記後縁を通って船長方向と平行な線との間の角度が５度以上１５度以下である、請求項１または２に記載の船尾フィン。
  4. 　前記スケグの表面に沿った前記前縁から前記後縁までの距離は、前記スケグの後方に位置するプロペラの直径の１０％以上３０％以下である、請求項１～３の何れか一項に記載の船尾フィン。
  5. 　前記スケグの表面からの前記フィンの張出量は、前記スケグの後方に位置するプロペラの直径の２０％以下である、請求項１～４の何れか一項に記載の船尾フィン。
  6. 　前記フィンの突出角度は、前記スケグの内部を通って延びるプロペラ軸の中心線から鉛直方向に沿った下向きを０度、船幅方向の外向きをプラス、船幅方向の内向きをマイナスとしたときに、－４５度以上４５度以下である、請求項１～５の何れか一項に記載の船尾フィン。
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