JP5081455B2 - 船舶の非対称前流固定翼 - Google Patents

Description

本発明は、船舶の非対称前流固定翼に関するものである。特に、本発明は、前流固定翼を、船体伴流の特性及びプロペラの回転方向などを考慮して多様な非対称タイプに設置することによって、プロペラの負荷分布を均一にし、プロペラの効率の他に、キャビテーション特性もより一層向上させることに関する。

船舶の推進性能を向上させるための努力の一環として、プロペラに入ってくる流入流の接線方向速度成分を速くして、回転するプロペラが最大の推進性能を発揮できるように、船舶に前流固定翼を設置している。

上記のように設置される前流固定翼は、通常、プロペラが前進回転して船体が前進航走している時、船尾部分の水の流れを回転方向と反対に回してプロペラに再び戻らせ、プロペラ後方に発生する回転流を減少させることによって、プロペラの推進効率を向上させる機能を担う。すなわち、一般的に、プロペラが回転すると、水中においてはプロペラの後方にプロペラの回転方向と同一方向の回転流が発生するが、このような回転流は船体の推進に利用されず、かえってそのエネルギー分だけプロペラの推進効率を低下させてしまうので、回転流を減少させるとそれだけのプロペラ推進効率が増加し、したがって、プロペラの回転方向と反対方向の回転流を発生させる目的のために前流固定翼を設置しているわけである。

低速肥大船では、図１１に示すように、プロペラプレーン（Plane）での船尾形状による上昇速度（Upward Velocity）が大きいため、左舷（Port Side）と右舷（Starboard Side）で船舶によって誘起される接線速度（Tangential Velocity）が、プロペラが左舷で作動する時と右舷で作動する時、プロペラに流入する流れの衝突角（Angle Of Attack）を大きく異ならせて、図１２に示すように、プロペラの真後ろで流速を測定する場合、残留接線速度において左右が大きく異なっている結果を見せる。

すなわち、プロペラの回転エネルギー回収による効率増加を目的に設置された前流固定翼が対称形に設計されると、右舷側での接線速度相殺（Tangential Velocity Cancellation）が相対的に必要以上に大きくなることつながるという問題があった。

したがって、本発明の目的は、船体伴流の特性及びプロペラの回転方向などを考慮して前流固定翼を様々な非対称タイプに設置することによって、プロペラの負荷分布を均一にし、プロペラの効率の他にキャビテーション特性も一層向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、前流固定翼を設置するにおいて、前記前流固定翼を、軸方向の中心線を基準にして右舷側には設置せず、左舷側にのみ３枚をそれぞれ４５°の間隔に完全非対称形態に放射状に設置して、プロペラの効率及びキャビテーション特性を向上させる。

本発明は、低速肥大船の速度性能を向上させるために船尾のプロペラ前方に適用する前流固定翼を設置するにおいて、該前流固定翼を、船体伴流の特性及びプロペラの回転方向などを考慮して様々なタイプの非対称構造に設置することによって、効率向上及び重さ節減を図ることはもちろん、プロペラの負荷分布を均一にさせることができるため、プロペラの効率及びキャビテーション特性を大きく向上させることが可能になる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明に係る船舶の非対称前流固定翼の好適な実施例について詳細に説明する。

まず、図１乃至図４に基づいて、本発明の第２実施例による船舶の非対称前流固定翼について説明する。

図１は、本発明の第１実施例による前流固定翼の設置状態を示す斜視図で、図２は、本発明の第１実施例による前流固定翼の設置状態を示す側面構成図で、図３は、本発明の第１実施例による前流固定翼の正面構成図で、図４は、本発明の第１実施例による前流固定翼の要部抜すい側面構成図である。

本実施例は、前流固定翼１を、軸方向の中心線を基準として右舷側には設置せず、左舷側にのみ３枚をそれぞれ４５°の間隔に完全非対称形態に放射状に設置することによって、プロペラの効率及びキャビテーション特性を向上させることを特徴とする。

本実施例は、図３に示すように、完全非対称前流固定翼１の概念を導入し、左舷には３枚の前流固定翼１を設置し、右舷には前流固定翼１を設置しない。

すなわち、右舷側に前流固定翼１を適用しないことから、右舷側における軸周囲速度（axial velocity）成分が速くなり、プロペラ２に流入する流入流の撹乱現象が消えるため、プロペラ２の負荷分布が均一となり、その結果、プロペラ２の効率及びキャビテーション特性が向上する。

これについてより具体的に説明すると、左舷側にそれぞれ４５°の間隔に前流固定翼１を３枚設置し、右舷側には前流固定翼１を設置しないため、左舷側の各前流固定翼１は、軸方向の中心線に対して最も上側の前流固定翼１が最も角度が小さく、最も下側の前流固定翼１が最も角度が大きく、中間にある前流固定翼１は、最上・下側の２枚の前流固定翼１の中間程度のピッチ角を持つようにすることが好ましい。

前記左舷側の各前流固定翼１のピッチ角は、軸方向の中心線に対して上からそれぞれ１７°、１９°、２３°とすることが好ましい。

このような設置構造で提供される本発明は、既存の構造で設置された前流固定翼に比べて、３〜４％効率向上をもたらすだけでなく、既存の対称形リアクションフィンに比べて約４０トンの重さが節減されることから、経済的にも非常に有益であり、且つ、プロペラ２の負荷分布が均一になることから、プロペラ２の効率及びキャビテーション特性が向上する効果を奏する。

次に、図５乃至図８に基づいて、本発明の第２実施例による船舶の非対称前流固定翼について詳細に説明する。

図５は、本発明の第２実施例による前流固定翼の設置状態を示す斜視図で、図６は、本発明の第２実施例による前流固定翼の設置状態を示す側面構成図で、図７は、本発明の第２実施例による前流固定翼の正面構成図で、図８は、本発明の第２実施例による前流固定翼の要部抜すい側面構成図である。

本実施例は、軸方向の中心線を基準に両側に前流固定翼１が放射状に設置される低速肥大船の前流固定翼１の設置構造において、前流固定翼１を、軸方向の中心線を基準にして左舷側に３枚を放射状に設置し、右舷側には軸方向の中心線を基準にして１枚のみ非対称形の構造に設置することによって、プロペラの効率及びキャビテーション特性を向上させることを特徴とする。

このような構造で提供される本実施例は、前流固定翼１を、軸方向の中心線を基準にして左舷側に４５°間隔に３枚を放射状に設置するものの、左舷側においては、軸方向の中心線に対して最も上側の前流固定翼１を１７°、最も下側の前流固定翼を２３°、中間の前流固定翼１は、最上・下側の前流固定翼１の中間程度のピッチ角を持つように１９°にして設置する一方、右舷側には、軸方向の中心線に対して単一の前流固定翼１を水平に設置する。

本実施例は、図７に示すように、深化した非対称前流固定翼の概念を導入し、右舷側における接線速度は船体によって相当相殺されているので、左舷には３枚、右舷には１枚の前流固定翼１をそれぞれ設置したものである。

このように右舷側における前流固定翼１を単数とすることから、右舷側における軸周囲速度（axial velocity）成分が速くなり、プロペラの負荷分布が均一になるため、プロペラの効率及びキャビテーション特性が向上する。

これについてより具体的に説明すると、左舷側にはそれぞれ４５°の間隔に前流固定翼１を３枚設置し、右舷側に、水平方向に１枚の前流固定翼１を設置するものの、左舷側の各前流固定翼１は、軸方向の中心線に対して、最も上側の前流固定翼１が最も角度が小さく、最も下側の前流固定翼１が最も角度が大きく、中間の前流固定翼１は、これらの前流固定翼１の中間程度のピッチ角を持つようにすることが好ましく、右舷側においては、前流固定翼１のピッチ角が軸方向の中心線に対して上方から２２°または２８°と傾斜して設置されることが最も理想的である。

このような設置構造にして提供される本発明は、既存の構造で設置された前流固定翼１に比べて、１〜２％効率向上をもたらし、かつ、既存の対称形リアクションフィンに比べて、約２５トンの重さが節減効果があり、経済的にも非常に有益であるし、また、プロペラ２の負荷分布が均一になるため、プロペラ２の効率及びキャビテーション特性が向上する効果ももたらす。

次に、図９を参照して、本発明の第３実施例による船舶の非対称前流固定翼について詳細に説明する。

本実施例は、図９に示すように、非対称前流固定翼の概念を導入し、右舷側における接線速度は船体によって相当相殺されているので、この部分での前流固定翼１の数を１枚減らして、左舷には３枚、右舷には２枚をそれぞれ設置することで、余分の抵抗を最小限に留める。

なお、近付いてくる流れ（On-Coming Flow）の理想的な衝突角を合わせるべく、右舷側にある前流固定翼１のピッチ角が相対的に大きくなり、これによってプロペラ２へ流入する軸の流れを遮断しこの部分におけるプロペラ２の負荷を増加させるため、船体による上昇流れとともにプロペラ２負荷の不均一性を深刻化させる結果を招くことがある。

したがって、本実施例は、右舷側の前流固定翼１を１枚減らすだけでなく、右舷側にある翼のコード長(Chord Length、弦長)も、反対側の翼のコード長に比べて７５％〜８５％程度と小さく設計することが好ましく、約８０％の大きさで最も理想的な結果値を表す。

このように右舷側における前流固定翼１の数を１枚減らすとともに、コード長も減少させると、右舷側における軸周囲速度（Axial Velocity）が速くなり、プロペラ２の負荷分布が均一となるため、プロペラ２自体の効率及びキャビテーション特性が大きく向上する。

すなわち、本実施例は、左舷側にそれぞれ４５°の間隔に前流固定翼１を３枚設置し、右舷側にそれぞれ６０°の間隔に２枚の前流固定翼１を設置し、また、各前流固定翼１は、左舷側では、軸方向の中心線に対して、最も上側のものが最も角度が大きく、中間のものが最も角度が小さく、最も下側のものは、これら２つの前流固定翼の中間程度の角度を維持するようにし、右舷側では、軸方向の中心線に対して、上のものが、左舷側の前流固定翼１のうち最も上側のものにおける角度と同一にし、下のものは、左舷側の下方の２つのものを合わせた角度よりも大きくすることが好ましい。

最も理想的には、各前流固定翼１を、軸方向の中心線に対して、ピッチ角度を、左舷側では上からそれぞれ１２°、６°、１０°にし、右舷側では上から１２°、１８°にすると良い。

以上では具体的な実施例に挙げて本発明を説明してきたが、本発明は、上記具体例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱しない限度内で様々な変形実施が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者にとっては自明である。したがって、このような変更実施も請求範囲内に含まれることはいうまでもない。

本発明の第１実施例による前流固定翼の設置状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施例による前流固定翼の設置状態を示す側面構成図である。 本発明の第１実施例による前流固定翼の正面構成図である。 本発明の第１実施例による前流固定翼の要部抜すい側面構成図である。 本発明の第２実施例による前流固定翼の設置状態を示す斜視図である。 本発明の第２実施例による前流固定翼の設置状態を示す側面構成図である。 本発明の第２実施例による前流固定翼の正面構成図である。 本発明の第２実施例による前流固定翼の要部抜すい側面構成図である。 本発明の第３実施例による前流固定翼の正面構成図である。 従来の前流固定翼の設置状態を示す側面構成図である。 一般的な低速肥大船で見られるプロペラプレーンにおける接線速度を示す図である。 一般の低速肥大船のプロペラの後側から流速を測定した図である。

符号の説明

１ 前流固定翼
２ プロペラ

Claims (4)

1. 船舶の船尾のプロペラの前方に設置される非対称前流固定翼であって、
   軸方向における中心線から前記船舶の左舷側に４５°の間隔で放射状に設置された３枚の前流固定翼（１）を備えており、
   軸方向における中心線から前記船舶の右舷側に６０°の間隔で放射状に設置された２枚の前流固定翼（１）を備えており、
   前記右舷側の各前流固定翼（１）のコード長が前記左舷側の各前流固定翼（１）のコード長の７５％〜８５％であることを特徴とする船舶の非対称前流固定翼。
2. 前記左舷側の各前流固定翼（１）は、軸方向の中心線に対して、最も上側の前流固定翼（１）が最も小さいピッチ角を有し、最も下側の前流固定翼（１）が最も大きいピッチ角を有し、中間の前流固定翼（１）は、前記２枚の前流固定翼（１）の中間程度のピッチ角を持つようにすることを特徴とする、請求項１に記載の船舶の非対称前流固定翼。
3. 前記左舷側の前記最も上側の前流固定翼（１）のピッチ角、前記中間の前流固定翼（１）のピッチ角、および前記最も下側の前流固定翼（１）のピッチ角は、軸方向の中心線に対して、それぞれ１２°、６°、１０°とすることを特徴とする、請求項２に記載の船舶の非対称前流固定翼。
4. 前記右舷側の上側の前流固定翼（１）のピッチ角および下側の前流固定翼（１）のピッチ角は、軸方向の中心線に対して、それぞれ１２°、１８°とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の船舶の非対称前流固定翼。