JP6494235B2 - 船舶用舵 - Google Patents

Description

本発明は船舶用舵に関し、バルブを備えた舵の推進効率の向上に資する技術に係るものである。

従来、この種の船舶用舵としては、例えば特許文献１に記載するものがある。これは、推進プロペラの後方に同軸心上に配設した舵ブレードの頂端部と底端部にそれぞれ左右両舷側に張り出した頂端板と底端板を有するものであり、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形状を有している。

そして、舵ブレードの前縁部には推進プロペラ軸心上で推進プロペラのボスキャップと端面間に所定間隙を介して対向する円筒状突起物を設けており、ボスキャップおよび円筒状突起物をその周面において連続した円筒形状に形成し、円筒状突起物の端面が舵軸軸心を中心とする円軌跡の一部をなす凸状の円弧面をなし、ボスキャップの端面が舵軸軸心を中心とする円軌跡の一部をなす凹状の円弧面、またはボスキャップの端面が直裁面をなすものである。

特許第３４４９９８１号

上記した従来の構成は、推進プロペラ後流の流束中心線の部分に生じるハブ渦が推進プロペラに負の推力を与えることを課題とするものではある。しかし、ラダーバルブ（円筒状突起物）は舵ブレードの舵厚さに等しいか、プロペラボスよりも僅かに大きい径を備えることを開示しているが、ラダーバルブが推進効率に与える影響の検討は必ずしも十分ではない。

本発明は上記した課題を解決するものであり、ハブ渦の消去に貢献して推進効率が向上するクラブフィンを備えた船舶用舵を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の船舶用舵は、推進プロペラの後方の同軸心上に配設する舵ブレードと、舵ブレードの頂端部と底端部にそれぞれ左右両舷側に張り出して設けた頂端板および底端板と、舵ブレードの前縁部に前方へ張り出して設けられた円盤状のクラブフィンを備え、舵ブレードは、クラブフィンの後端側に舵ブレードの舵面から水平方向に向けて左右両舷側に張り出す一対の水平フィンを有し、水平フィンは、前縁が推進プロペラの軸心と直交する方向に延びた形状をなすことを特徴とする。

上記した構成により、クラブフィンによってプロペラ後流の流束中にハブ渦が発生することを十分に抑制することが可能となり、推進効率の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態における船舶用舵を示す側面図 同実施の形態における船舶用舵を示す正面図 図２におけるＡ−Ａ矢視図 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は同船舶用舵の各種の実験モデルを示す斜視図 実験結果を示すグラフ図 本発明の他の実施の形態における船舶用舵を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図 （ａ）〜（ｆ）は各種の実験モデルを示す模式図 （ａ）〜（ｆ）は各種の実験モデルを示す斜視図 実験結果を示すグラフ図 本発明の他の実施の形態における船舶用舵を示す要部断面図 同実施の形態における船舶用舵を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は要部断面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は背面図 （ａ）〜（ｃ）は各種の実験モデルを示す模式図 実験結果を示すグラフ図

実施の形態１
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３において、推進プロペラ１０１は推進プロペラ軸心廻りの一方から他方へ回転し、ここでは後方から見て時計方向に回転（右回転）する。推進プロペラ１０１が後方から見て時計方向に回転（右回転）する場合には、推進プロペラ後流の流束は右に回転しながら後方に流れる。

船舶用高揚力舵１００は、推進プロペラ１０１の後方で推進プロペラ軸心上に１枚の舵ブレード１０２を配設しており、舵ブレード１０２の頂端部と底端部にそれぞれ頂端板１０３と底端板１０４を有している。頂端板１０３と底端板１０４はそれぞれ左右両舷側に張り出した平板状をなし、底端板１０４は両側縁部が下方に若干屈曲する形状をなし、舵ブレード１０２に舵軸１０５を接続し、舵軸１０５を舵取り機１０６に接続している。

舵ブレード１０２は水平断面において翼断面形状を有しており、最大幅部１０２ａより前側の前縁領域が推進プロペラ軸心を含む水平面を境として上部前縁領域１０２ｂと下部前縁領域１０２ｃとに別れている。

上部前縁領域１０２ｂにおける翼断面形状と下部前縁領域１０２ｃにおける翼断面形状とは鉛直面に対して面対称をなしている。上部前縁領域１０２ｂおよび下部前縁領域１０２ｃは推進プロペラ１０１の回転方向において回転方向一方側が抗力面をなし、回転方向他方側が揚力面をなす。

つまり、推進プロペラ１０１が後方から見て時計方向に回転（右回転）する場合に、図２においては、推進プロペラ１０１の回転が反時計方向に示されており、船舶用高揚力舵１００の上部前縁領域１０２ｂは左舷側が抗力面をなして右舷側が揚力面をなし、下部前縁領域１０２ｃは左舷側が揚力面をなして右舷側が抗力面をなす。

舵ブレード１０２は、上部前縁領域１０２ｂおよび下部前縁領域１０２ｃに続いて中間部１０２ｄを有し、中間部１０２ｄは舵幅の最大幅部から最小幅部１０２ｅに向けて徐々に幅を減少させた水平断面の輪郭を有し、中間部１０２ｄに続いて魚尾後縁部１０２ｆを有し、魚尾後縁部１０２ｆは所定幅の後方端１０２ｇに向けて徐々に幅を増大させた水平断面の輪郭をなす。

舵ブレード１０２の前縁部１０２ｈには、上部前縁領域１０２ｂおよび下部前縁領域１０２ｃを仕切る位置にクラブフィン１０７を設けている。クラブフィン１０７は、舵ブレード１０２の前縁部１０２ｈより前方に向けて、かつ舵面から左右両舷側に向けて水平方向に張り出した円盤状をなし、上部前縁領域１０２ｂおよび下部前縁領域１０２ｃの前縁領域から中間部１０２ｄにわたって延びており、推進プロペラ１０１のプロペラボスと対向している。

クラブフィン１０７は、例えば次の諸元を有している。前縁部１０２ｈからの出代が舵ブレード１０２の最大舵厚さの１／２の約１．２０−１．３０倍で、好ましくは約１．２５倍であり、クラブフィン１０７の最大幅がプロペラボス径の約１．２０−１．３０倍で、好ましくは約１．２５倍である。プロペラボス径は推進プロペラ径の約０．１８倍（ＦＰＰ標準）である。

上記した構成により、推進プロペラ１０１が推進プロペラ軸心廻りの一方から他方へ回転する場合、例えば推進プロペラが後方から見て時計方向に回転（右回転）する場合に、上部前縁領域１０２ｂと下部前縁領域１０２ｃの揚力面において前進方向成分を有する揚力が発生し、この前進方向成分とこれに対抗する抗力の成分との差分だけ推進力に寄与し、乱流状態にある推進プロペラ後流を整流するように作用して推進効率を向上させる。

次に、推進プロペラ１０１の後流は、流束の中心線部に水空間が存在するとハブ渦を生じ、これが推進プロペラ１０１に負の推力を与える。しかし、本実施の形態によれば推進プロペラ１０１の後流の流束中心線部分には、クラブフィン１０７および舵ブレード１０２が存在し、ハブ渦を生じるべき部位における水空間の存在を低減し、ハブ渦の発生を抑制することで推進効率が向上する。

本発明に基づく実験結果を以下に説明する。図４（ａ）に示すように、実験モデルのベースとなる形状を有する１３番の実験モデルの船舶用舵は、上述した実施の形態においてクラブフィン１０７が存在しないものであり、図４（ｂ）に示すように、４８番の実験モデルの船舶用舵は、上述した実施の形態で説明したものであり、図４（ｃ）に示すように、４９番の実験モデルの船舶用舵は、４８番の実験モデルの船舶用舵に一対の水平フィン１０８を付加したものである。

この水平フィン１０８は、クラブフィン１０７の後端側に設けており、舵ブレード１０２の舵面から水平方向に向けて左右両舷側に張り出している。さらに、水平フィン１０８は、舵ブレード１０２の前後方向の軸心から左右舷側方向におけるフィン先端縁までの距離が推進プロペラ径の０．２５倍であり、フィン前縁がフィン先端縁に向けて約１５°の後退角度で後退し、フィン後縁がフィン先端縁に向けて前傾している。

この各実験モデルにおける実験結果を図５に示す。図５において、効率％（推進効率）は、１３番の実験モデルの船舶用舵を基準とし、その比較において増減分を示している。図５から明らかなように、クラブフィン１０７を設けることによって効率が約１．８％増加しており、クラブフィン１０７が推進効率の向上に寄与することが明確である。さらに、水平フィンを１０８を設けることによって、効率が約０．２％増加しており、クラブフィン１０７に水平フィン１０８を組み合わせることで推進効率が向上する。
実施の形態２
図６は本発明の他の実施の形態を示すものであり、先の実施の形態１において説明したものと同様の構成部材には、同符号を付して説明する。この船舶用舵２００は、その舵ブレード１０２が実施の形態１で説明したものと同様の形状をなしており、実施の形態１における頂端板１０３、底端板１０４に変えて舵ブレード１０２の頂端部および底端部に頂部クラブフィン２０３、底部クラブフィン２０４を設けている。舵ブレード１０２の前縁部１０２ｈには実施の形態１と同様にクラブフィン１０７を設けている。

頂部クラブフィン２０３、底部クラブフィン２０４は、クラブフィン１０７と同様に舵ブレード１０２の前縁部１０２ｈよりも前方に向けて、かつ左右両舷側に向けて水平方向に張り出した円盤状をなし、上部前縁領域１０２ｂおよび下部前縁領域１０２ｃの前縁領域から中間部１０２ｄにわたって延びており、クラブフィン１０７は推進プロペラ１０１のプロペラボスと対向している。

本発明に基づく実験結果を以下に説明する。図８（ａ）に示す１６番の実験モデルの船舶用舵、図８（ｂ）に示す１８番の実験モデルの船舶用舵、図８（ｃ）に示す１９番の実験モデルの船舶用舵は、舵ブレード３０２が水平断面において翼断面形状を有し、かつ舵軸の軸心方向において一様な形状をなす。そして、頂部クラブフィン２０３、底部クラブフィン２０４を有し、クラブフィン１０７が存在しないものである。

頂部クラブフィン２０３、底部クラブフィン２０４は、図７（ａ）に示すように、１６番の実験モデルの船舶用舵が最も大きく、図７（ｃ）に示すように、１９番の実験モデルの船舶用舵が最も小さく、図７（ｂ）に示すように、１８番の実験モデルの船舶用舵が中間の大きさを有する。

図８（ｄ）に示す２２番の実験モデルの船舶用舵、図８（ｅ）に示す２３番の実験モデルの船舶用舵、図８（ｃ）に示す２４番の実験モデルの船舶用舵は、上述した実施の形態２において説明したものである。

頂部クラブフィン２０３、底部クラブフィン２０４は、図７（ａ）に示すように、２２番の実験モデルの船舶用舵が最も大きく、図７（ｃ）に示すように、２４番の実験モデルの船舶用舵が最も小さく、図７（ｂ）に示すように、２３番の実験モデルの船舶用舵が中間の大きさを有する。

クラブフィン１０７は、図７（ｄ）に示すように、２２番の実験モデルの船舶用舵が最も大きく、図７（ｆ）に示すように、２４番の実験モデルの船舶用舵が最も小さく、図７（ｅ）に示すように、２３番の実験モデルの船舶用舵が中間の大きさを有する。

この各実験モデルにおける実験結果を図９に示す。図９において、効率％（推進効率）は、２４番の実験モデルの船舶用舵を基準とし、その比較において増減分を示している。図９から明らかなように、本実施の形態２に係る船舶用舵２００である２２番、２３番、２４番の船舶用舵２００においては、頂部クラブフィン２０３、底部クラブフィン２０４、クラブフィン１０７が大きくなるのに伴って効率が向上する。

一方、舵ブレード３０２が水平断面において翼断面形状を有し、かつ舵軸の軸心方向において一様な形状をなす１６番、１８番、１９番の船舶用舵２００においては、頂部クラブフィン２０３、底部クラブフィン２０４が大きくなるのに伴って効率が低下する。

このことから、クラブフィン１０７が推進効率の向上に寄与することが明確である。さらに、いわゆる反動舵の舵ブレード１０２に頂部クラブフィン２０３、底部クラブフィン２０４、クラブフィン１０７を組み合わせることで推進効率が向上することが明らかである。
実施の形態３
図１０および図１１は本発明の他の実施の形態を示すものであり、先の実施の形態１において説明したものと同様の構成部材には、同符号を付して説明する。この船舶用舵３００は、その舵ブレード３０２が水平断面において翼断面形状を有し、かつ舵軸の軸心方向において一様な形状をなしており、舵ブレード３０２の頂端部および底端部に頂端板３０３、底端板３０４を設けている。

頂端板３０３、底端板３０４は、それぞれ左右両舷側に張り出した平板状をなし、底端板３０４は両側縁部が下方に若干屈曲する形状をなしており、舵ブレード３０２の舵軸位置より前方に存在せず、舵ブレード３０２の舵軸位置より後方に存在する。

舵ブレード３０２の前縁部１０２ｈには実施の形態１と同様にクラブフィン１０７を設けている。クラブフィン１０７は、舵ブレード３０２の前縁部１０２ｈより前方に向けて、かつ舵面から左右両舷側に向けて水平方向に張り出した円盤状をなし、上部前縁領域１０２ｂおよび下部前縁領域１０２ｃの前縁領域から中間部１０２ｄにわたって延びており、推進プロペラ１０１のプロペラボスと対向している。

水平フィン３０８は、クラブフィン１０７の後端側に設けており、舵ブレード３０２の舵面から水平方向に向けて左右両舷側に張り出している。さらに、水平フィン３０８は、フィン前縁３０８ａが推進プロペラ１０１の軸心と直交する方向に延びた形状をなす。

本発明に基づく実験結果を以下に説明する。図１２（ａ）に示す００番の実験モデルの船舶用舵は上記の実施の形態３におけるクラブフィン１０７が存在しないものであり、図１２（ｂ）に示す３８番の実験モデルの船舶用舵は、上記の実施の形態３における水平フィン１０８が、そのフィン前縁をフィン先端縁に向けて約１５°の後退角度で後退するものである。図１２（ｃ）に示す３９番の実験モデルの船舶用舵は、上記の実施の形態３に係るものである。

この各実験モデルにおける実験結果を図１３に示す。図１３において、効率％（推進効率）は、００番の実験モデルの船舶用舵を基準とし、その比較において増減分を示している。図１３から明らかなように、本発明に係る船舶用舵である３８番、３９番の船舶用舵においては、効率がそれぞれ約０．９％と約１．１９％向上する。

したがって、本発明においては、舵ブレード３０２が水平断面において翼断面形状を有し、かつ舵軸の軸心方向において一様な形状をなす場合にあっても、クラブフィン１０７および水平フィン１０８を有することで効率が向上することが明らかである。さらに、本実施の形態３に係る船舶用舵３００（３９番の実験モデルに示す）のように、フィン前縁３０８ａが推進プロペラ１０１の軸心と直交する方向に延びた形状をなす水平フィン３０８を備えることで、３８番の実験モデルのようにフィン前縁が後退するものに比べて、効率が０．２９％向上する。

１００ 船舶用高揚力舵
１０１ 推進プロペラ
１０２ 舵ブレード
１０２ａ 最大幅部
１０２ｂ 上部前縁領域
１０２ｃ 下部前縁領域
１０２ｄ 中間部
１０２ｅ 最小幅部
１０２ｆ 魚尾後縁部
１０２ｇ 後方端
１０２ｈ 前縁部
１０３ 頂端板
１０４ 底端板
１０５ 舵軸
１０６ 舵取り機
１０７ クラブフィン
１０８ 水平フィン
２００ 船舶用舵
２０３ 頂部クラブフィン
２０４ 底部クラブフィン
３００ 船舶用舵
３０２ 舵ブレード
３０３ 頂端板
３０４ 底端板
３０８ 水平フィン
３０８ａ フィン前縁

Claims (1)

1. 推進プロペラの後方の同軸心上に配設する舵ブレードと、舵ブレードの頂端部と底端部にそれぞれ左右両舷側に張り出して設けた頂端板および底端板と、舵ブレードの前縁部に前方へ張り出して設けられた円盤状のクラブフィンを備え、
   舵ブレードは、クラブフィンの後端側に舵ブレードの舵面から水平方向に向けて左右両舷側に張り出す一対の水平フィンを有し、
   水平フィンは、前縁が推進プロペラの軸心と直交する方向に延びた形状をなすことを特徴とする船舶用舵。

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