JP2002178993A

JP2002178993A - 船舶用舵

Info

Publication number: JP2002178993A
Application number: JP2000379092A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Katsui; 辰博勝井; Yukihiko Okamoto; 幸彦岡本
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】プロペラ翼端渦の回転流の運動エネルギ−を
推力として回収する。【解決手段】舵板と、舵軸および船尾船殻から舵板の
中央付近まで下方に突き出た軸受構造物とから構成さ
れ、前記舵板が前記舵軸と前記軸受構造物とによって回
転自在に支承される船舶用舵において、前記舵板１の前
方にあるプロペラ３上端Ｈおよび下端Ｌとほぼ同じ高さ
の位置に、両舷側に張りだしたプロペラ翼端渦エネルギ
−回収用フィン４ａおよび４ｂを設けた船舶用舵。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、船舶用舵に関
し、特に船舶用プロペラの翼端から発生する渦の流れの
運動エネルギ−を、推力として回収できる船舶用舵に関
する。

【０００２】

【従来の技術】船舶の推進性能の向上を目的として、プ
ロペラの回転によって生じる流れ（プロペラ後流）のエ
ネルギ−を回収するために、舵板にフィンを設けた舵が
従来から提案されている。このようなフィンを設けた船
舶用舵に関する従来の技術としては、実公平６−３５９
１８号公報、特開平４−２０１６９３号公報及び特開昭
４７−１５８９５号公報等がある。

【０００３】図４は、実公平６−３５９１８号公報に開
示された舵に配設したフィンの形状（従来例１）を示す
図であり、（ａ）は舵の側面図、（ｂ）は舵の正面図で
ある。このフィンは、船舶の舵２１に取り付けられたフ
ィン２２ａおよび２２ｂが、プロペラ軸心Ｐｃ高さより
プロペラ直径の１０％長さの上下範囲で舵中心線２３に
対して両舷対称に舵２１より張り出して取り付けられ、
舵２１の前縁とフィン２２ａおよび２２ｂの前縁を一致
させるか、舵２１の前縁よりプロペラ直径の５％以内の
距離にフィン２２ａおよび２２ｂの前縁が配置され、フ
ィン２２ａおよび２２ｂの前縁が２０度以上５０度以下
の後退角を有し、フィン２２ａおよび２２ｂの平面形状
において舵２１との接合部における翼弦長がフィンフィ
ン２２ａおよび２２ｂの外端における翼弦長の１．５倍
以上の長さを有し、右舷側に付くフィン２２ａと左舷側
に付くフィン２２ｂとが互いにノ−ズテイルラインに対
して上下逆方向のキャンバ−を有するものである。

【０００４】図５は、特開平４−２０１６９３号公報に
開示された船舶用舵（従来例２）を示す図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図、
（ｄ）は左側面図である。

【０００５】この船舶用舵は、船舶の舵の両面から横方
向に延出するフィンを有するものにおいて、舵３１の前
縁でフィン３２ａおよび３２ｂの取付位置に、船尾３３
のプロペラ３４のプロペラボスキャップ３５に近接する
ように前方に突出した突部３６（バルブ）を設けたもの
である。

【０００６】図６は特開昭４７−１５８９５号公報に開
示された舵（従来例３）を示す図であり、（ａ）は斜め
側からみた舵の斜視図、（ｂ）は舵の正面図、（ｃ）は
舵の側面図、（ｄ）は斜め前方からみた舵の斜視図であ
る。

【０００７】この舵は、スクリュ−プロペラ４１の後方
に配設される舵４２において、その上下方向の長さの中
央付近における両側面にそれぞれヒレ４３ａおよび４３
ｂをそなえ、上記スクリュ−プロペラ４１の回転に伴い
そのプロペラ翼４１が上昇する側における上記ヒレ４３
ａが正の迎え角を有するとともに、そのプロペラ翼４１
が下降する側における上記ヒレ４３ｂが負の迎え角を有
するものである。

【０００８】また、フィンをプロペラ軸の位置する高さ
とは異なった位置に設けた舵として、特開平９−２６３
２９９号公報に開示された舵（従来例４）がある。この
舵は、図７の側面図に示すように、船体５１の船尾に設
けられたプロペラ５２のプロペラ軸５２ａの後方に設け
られる船舶の舵５３であって、舵本体５４の外側面の、
プロペラ５２による回転方向の流れの流入側位置に、フ
ィン５５および５６を取り付けたものである。

【０００９】従来例１〜４では、舵に設けたフィンまた
はヒレにおいて、プロペラ後流のエネルギ−を揚力とし
て回収し、揚力の船の進行方向成分を推力に変換して、
船舶の推力向上に寄与し、全体として省エネルギ−、燃
費の向上という効果をもたらすものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のフィンまたはヒレを有する船舶用舵には、次の
ような問題点がある。

【００１１】プロペラ後流は、プロペラのハブの回転に
よって発生するプロペラハブ渦と、プロペラ翼端から発
生するプロペラ翼端渦と、これらの渦によって生じる流
れとからなる。

【００１２】上述した従来のフィンまたはヒレ（以下、
フィンで代表する）を有する船舶用舵のうち、従来例１
〜従来例３の舵は、フィンを舵のプロペラ軸芯高さ付近
に設けており、プロペラ後流のうちプロペラハブ渦によ
って誘起される回転流のエネルギ−を、舵に設けたフィ
ンにより回収しようとするものであり、プロペラ翼端渦
の流れの運動エネルギ−を、回収することはできない。

【００１３】また、従来例４の舵は、フィンをプロペラ
軸芯高さ以外に設けてあるが、フィンを設ける位置をプ
ロペラによる回転方向の流れの流入側位置としており、
プロペラ翼端渦の流れのエネルギ−を確実に回収できる
位置にフィンを配置したものとはいえない。

【００１４】したがって、いずれの従来技術も、船舶用
プロペラの翼端から発生する渦の流れの運動エネルギ−
は、回収して推力として利用されていない。

【００１５】本発明は、従来技術の上述のような問題点
を解消するためになされたものであり、船舶用プロペラ
の翼端から発生する渦の運動エネルギ−を、推力として
回収することのできる船舶用舵を提供することを目的と
している。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る第一の船
舶用舵は、船舶用舵において、プロペラ上端および下端
とほぼ同じ高さの位置に、プロペラ翼端渦エネルギ−回
収用フィンを設けたものである。

【００１７】また、前記プロペラ翼端渦エネルギ−回収
用フィンの舵板への取り付け位置を、プロペラ上端およ
び下端に対して、それぞれプロペラ直径の１０％の長さ
上方の高さから、プロペラ直径の１０％の長さ下方の高
さまでの範囲にしたものである。

【００１８】この発明に係る船舶用舵においては、舵板
のプロペラの上端および下端に対向する位置に、プロペ
ラ翼端渦エネルギ−回収用フィンを設けて、プロペラ翼
端渦の流れによって生じる流れのエネルギ−を、効率よ
く回収することができる。

【００１９】また、この発明に係る第二の船舶用舵は、
プロペラ軸の高さと対応する高さ位置に舵板の両面から
横方向に延出するフィンを設けるとともに、舵の前縁で
前記フィンの取付位置に、船尾のプロペラのプロペラボ
スキャップに近接するように前方に突出した突部を設
け、上記のプロペラ翼端渦エネルギ−回収用フィンを取
り付けた船舶用舵である。

【００２０】この船舶用舵を使用することにより、プロ
ペラハブの回転によって生じるプロペラハブ渦のエネル
ギ−に加えて、プロペラ翼端で発生する渦の流れのエネ
ルギ−を回収することができるので、さらに推進効率を
向上させることができる。

【００２１】プロペラ翼流渦は、「空気泡によるプロペ
ラ後流の可視化、田中一朗他、第８回流れの可視化シン
ポジウム、１９８０」において解説されており、図３の
プロペラ翼端渦の説明図に基づき説明する。図３は船尾
方向および左舷側から見た図であり、（ａ）は左舷側の
プロペラ翼端渦の図、（ｂ）は左舷側のプロペラ翼端渦
を船尾から見た図、（ｃ）は右舷側のプロペラ翼端渦の
図、（ｄ）は右舷側のプロペラ翼端渦を船尾から見た図
である。プロペラは図示していないが舵１０２の左方に
あり、船尾方向から見て時計回りに回転している。図３
（ａ）および（ｃ）に示すように、プロペラ翼端から発
生した渦（プロペラ翼端渦）１０１は、船の進行により
螺旋状の軌跡をなし、舵１０２前面により二分されたプ
ロペラ翼端渦は、舵１０２面上においては水平直進方向
（プロペラ軸芯Ｘ方向）に対して、ある傾きを持つ半円
弧と見なされる。

【００２２】この傾き角は舵１０２の左右面で逆とな
り、図３（ｂ）および（ｄ）の船尾から見た図のよう
に、舵１０２面を鏡像面と考えることにより、円渦の連
続となる。図３（ａ）および（ｂ）において、実線は左
舷側のプロペラ翼端渦の半円渦１０３を、一点鎖線はそ
の鏡像１０４を示す。また、図３（ｃ）および（ｄ）に
おいて、破線は右舷側のプロペラ翼端渦の半円渦１０５
を、一点鎖線はその鏡像１０６を示す。

【００２３】左右の円渦列は、傾いた中心軸の方向に移
動するため、左舷側は図３（ａ）に示すように上昇し、
右舷側は図３（ｃ）に示すように下降する。これによ
り、舵１０２の左舷面上では上昇流が生じ、舵１０２の
右舷面上では下降流が生じる。このようなプロペラ翼端
渦の流れによって生じる上昇流および下降流のエネルギ
−を、揚力として回収するフィンを、上昇流および下降
流の生じる舵の位置に設けて、揚力のうち船の進行方向
成分を推力として回収して、船舶の推進性能を向上させ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を
参照して説明する。図１は本発明の船舶用舵の説明図で
あり、（ａ）は船舶用舵の側面図、（ｂ）は船舶用舵の
平面図、（ｃ）は船舶用舵の船尾側からの正面図であ
る。プロペラが船尾方向から見て時計回りに回転する場
合である。この船舶用舵１には、船体２の船尾に配置さ
れているプロペラ３の上部翼端高さＨおよび下部翼端高
さＬにほぼ対応する高さ位置に、プロペラ翼端渦エネル
ギ−回収用フィン４ａおよび４ｂが設けられている。

【００２５】左舷舵面上のプロペラ上部翼端高さ付近で
は、プロペラ翼端渦の流れによって上昇流が生じ、逆に
右舷舵面上のプロペラ下部翼端高さ付近では、下降流が
生じているので、図１（ａ）に示すように、左舷舵面上
のプロペラ上部翼端高さ付近では、上に凸のキャンバ−
５ａを有するフィン４ａを設け、上昇流から揚力を回収
し、右舷舵面上のプロペラ下部翼端高さ付近では、下に
凸のキャンバ−５ｂを有するフィン４ｂを設け、下降流
から揚力を回収する。

【００２６】そして、揚力のうち船の進行方向成分を推
力として回収し、船舶の推進性能を向上させる。

【００２７】さらに、フィンの取り付け範囲を詳述する
と、上端側のプロペラ翼端渦エネルギ−回収用フィン４
ａが取り付けられる範囲は、前記上部翼端高さＨを中心
として、プロペラ３の直径の１０％の長さ上方および下
方である。また、下端側のプロペラ翼端渦エネルギ−回
収用フィン４ｂが取り付けられる範囲は、前記下部翼端
高さＬを中心として、プロペラ３の直径の１０％の長さ
上方および下方である。

【００２８】プロペラ翼端渦エネルギ−回収用フィンの
舵板への取り付け位置を、プロペラ上端および下端に対
して、プロペラ直径の１０％の長さ上方の高さから、プ
ロペラ直径の１０％の長さ下方の高さまでの範囲とした
のは、自航状態での模型船による舵表面の流れの観察実
験により、プロペラ翼端渦の流れによって生じる上昇流
および下降流が生じる範囲が、ほぼこの範囲に限られて
いることが確認されたからである。

【００２９】なお、上端側のプロペラ翼端渦エネルギ−
回収用フィン４ａは、舵１自身に配置する場合と、舵１
が取り付けられているラダ−ホ−ン６に配置する場合と
がある。

【００３０】なお、図１においては、プロペラ翼端渦エ
ネルギ−回収用フィン４ａおよび４ｂはそれぞれ１個づ
つしか設けていないが、反対の舷側にさらに１個づつ設
けてもよい。これは、舵前縁で二分されたプロペラ翼端
渦は、プロペラ軸心に対して左舷側は上向きに、右舷側
は下向きに傾きを持つ半円弧の軌跡を描くが、舵面を鏡
像面と考えることにより、円渦の連続と考えることがで
きるからであり、理論的には右舷側の上部プロペラ翼端
高さ付近でも左舷側と同様に上昇流が発生し、左舷側の
下部プロペラ翼端高さ付近でも右舷側と同様に下降流が
発生していると考えられるからである。これにより、船
舶の推進性能をさらに向上させることができる。

【００３１】また、プロペラ翼端渦エネルギ−回収用フ
ィンを取り付ける前後方向位置は、舵前縁近傍である
と、プロペラ翼端渦により生じる流れを、有効に利用で
きるので好ましい。

【００３２】また、プロペラ翼端渦エネルギ−回収用フ
ィンのコ−ド長さは、長くとも舵のコ−ド長さ以下とす
る。

【００３３】また、本発明の船舶用舵の別の実施の形態
を図２に示す。この船舶用舵は、プロペラ軸１１の高さ
に対応する高さ位置に、フィン１２ａ、１２ｂおよびバ
ルブ１３を取り付けたプロペラハブ渦の流れのエネルギ
−を回収する舵に、プロペラ翼端渦エネルギ−回収用フ
ィン４ａおよび４ｂを取り付けたものである。

【００３４】

【実施例】図２の斜視図に示すような舵１４を有するオ
イルタンカ−の模型船と、プロペラ翼端渦エネルギ−回
収フィンを設けない舵を有する模型船による水槽試験を
行い、プロペラ翼端渦エネルギ−回収用フィン４ａおよ
び４ｂの取り付けにより、推進性能がどのように変化す
るかを調べた。

【００３５】その結果を表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】船舶の所要軸馬力（ＢＨＰ）は、有効馬力
（ＥＨＰ）から次の（１）式により求められる。

【００３８】ＢＨＰ＝ＥＨＰ／（η_P×η_T）＝ＥＨＰ／（η_H×η_O×η_R×η_T） …………（１）ただし、η_P（＝η_H×η_O×η_R）：推進効率 η_H｛＝(1-t)/(1-w)｝：船殻効率 η_O ：プロペラ単独効率 η_R ：推進器効率比 η_T ：伝達効率（機関の馬力とプ
ロペラに伝達される馬力との比であるが、実験では９９
％とした）ｔ：推力減少係数ｗ：伴流係数水槽試験の結果から得られたη_R、ｔ、ｗ、から軸馬力
の減少率を算出すると、１．２％の減少率となり、プロ
ペラ翼端渦エネルギ−回収用フィンを設けることによ
り、推進性能が向上することが確認できた。

【００３９】

【発明の効果】この発明により、プロペラ翼端渦エネル
ギ−を回収することができるので、船舶の推進効率を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の船舶用舵の説明図であり、（ａ）は船
舶用舵の側面図、（ｂ）は船舶用舵の平面図、（ｃ）は
船舶用舵の船尾側の正面図である。

【図２】本発明の他の実施の形態の船舶用舵の斜視図で
ある。

【図３】プロペラ翼端渦の流れを示す図であり、（ａ）
は左舷側のプロペラ翼端渦の図、（ｂ）は左舷側のプロ
ペラ翼端渦を船尾から見た図、（ｃ）は右舷側のプロペ
ラ翼端渦の図、（ｄ）は右舷側のプロペラ翼端渦を船尾
から見た図である。

【図４】従来例１の船舶用舵の説明図であり、（ａ）は
舵の側面図、（ｂ）は舵の正面図である。

【図５】従来例２の船舶用舵の説明図であり、（ａ）は
平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は
左側面図である。

【図６】従来例３の船舶用舵の説明図であり、ａ）は斜
め側からみた舵の斜視図、（ｂ）は舵の正面図、（ｃ）
は舵の側面図、（ｄ）は斜め前方からみた舵の斜視図で
ある。

【図７】従来例４の船舶用舵の側面図である。

【符号の説明】

１船舶用舵２船体３プロペラ４ａ、４ｂプロペラ翼端渦エネルギ−回収用フィン５ａ上に凸のキャンバ− ５ｂ下に凸のキャンバ− ６ラダ−ホ−ン１１プロペラ軸１２ａ、１２ｂフィン１３バルブ１４舵

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】船舶用舵において、プロペラ上端および
下端とほぼ同じ高さの位置に、プロペラ翼端渦エネルギ
−回収用フィンを設けたことを特徴とする船舶用舵。
【請求項２】前記プロペラ翼端渦エネルギ−回収用フ
ィンの舵板への取り付け位置を、プロペラ上端および下
端に対して、それぞれプロペラ直径の１０％の長さ上方
の高さから、プロペラ直径の１０％の長さ下方の高さま
での範囲にしたことを特徴とする請求項１に記載の船舶
用舵。
【請求項３】プロペラ軸の高さと対応する高さ位置に
舵板の両面から横方向に延出するフィンを設けるととも
に、舵の前縁で前記フィンの取付位置に、船尾のプロペ
ラのプロペラボスキャップに近接するように前方に突出
した突部を設けた請求項１または請求項２に記載の船舶
用舵。