JPS6127360Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、省エネルギ化を促進する羽根を取り
付けた舵に関する。

船舶を直進、または旋回させる舵の効果を高め
るには、流速の速いプロペラ後流中に舵を配置す
るのが有利であり、このため舵は通常プロペラの
後方に配置される。しかし舵は、上記のほか船体
を推進させる機能を有している。即ちプロペラの
後流を受けることにより、舵は揚力を発生し、こ
の揚力の推進方向成分が僅かながら船舶の推進に
寄与している。

斯る観点から推進作用を利用するようした従来
の舵としては、例えば特公昭29−4519号公報に示
すように、舵のプロペラ回転中心高さ及びプロペ
ラ回転半径の外径位置近傍に羽根を取り付けたも
のがある。

しかしながら、後述のように羽根の取り付け高
さはプロペラ回転中心からプロペラ半径の略0.2
〜0.4倍上方の位置にするのが回転エネルギを有
効に推力に変換するために望ましいにも拘らず、
上述の舵では羽根をプロペラ回転中心高さ及びプ
ロペラ回転半径の外径位置近傍に取り付けている
ため、プロペラ後流の回転エネルギを十分に推力
に変換することができないという問題があつた。

本考案は、前述の実情に鑑み、プロペラの後流
をさらに効果的に利用することにより、推進効果
の大きい舵を提供する目的でなしたもので、この
舵は、プロペラの後方に配置した舵板の両側部に
側方に張出す羽根を取り付け、該羽根の取り付け
高さをプロペラ回転中心からプロペラ半径の略
0.2〜0.4倍上方の位置とすることにより、プロペ
ラ後流中の回転エネルギの大きい流れを利用する
ことにより、舵の推進効果を充分に発揮させるも
のである。

以下、本考案の原理を述べ、実施例につき図面
を参照しつつ説明する。

先ず、プロペラ後流の利用の仕方について述べ
る。

プロペラ後流は、プロペラの誘導速度により第
１図に示す如きプロペラと同方向（矢印ｉ）の回
転流ａ〜ｈを回転方向成分とする螺旋状の流れを
形成している。従つて第２図に示す如くプロペラ
後流中に配置される舵板３の周りにも、回転流ａ
〜ｈを含む螺旋状の流れが存在し、舵板に流入す
る回転流ｄ及びｈに相当する螺旋状流れの部分、
即ち斜流Ｖ_D及びＶ_H（第３図参照）により舵板３
に推進力が発生する。

この推進力の大きさＴは、流入する斜流Ｖ_D及
びＶ_Hがそれぞれ発生する揚力をＬ_D及びＬ_H、こ
の揚力Ｌ_D及びＬ_Hと舵板の断面中心ｎとなす角を
それぞれθ_D及びθ_Hとすると Ｔ＝Ｌ_D・cosθ_D＋Ｌ_H・cosθ_H …式（） で表わされ、式（）の右辺の第１項は、プロペ
ラ回転中心ｊより下方の舵板の部分に、また第２
項はプロペラ軸心ｊより上方の部分に作用する。

プロペラ後流がプロペラ回転中心ｊの周りに均
一に分布すると考えると、羽根４第２図の２点鎖
線に示すように回転中心ｊと同じ高さに取り付
け、回転流ｂ及びｆを利用するのが有利と考えら
れるが、プロペラ後流の分布をさらに詳しく研究
した結果、船体後流がプロペラ後流に及ぼす影響
を無視することはできないということが判明し
た。

即ち、上述したように羽根４は、プロペラ後流
の回転エネルギを回収して推力に変換するもので
あるから、その取り付け位置は、プロペラ後流の
回転流が大きいところが良い。またプロペラ後流
の回転流の大きさは、プロペラの荷重度、即ち翼
の単位面積当りの推力によつて定まり、プロペラ
の荷重度が大きいと回転流も大きくなる関係にあ
る。さらにプロペラ荷重度は、プロペラ面に流入
する船体後流によつて定まり、また一方、船体後
流の軸方向流速が遅いと、荷重度も大きくなる関
係にある。従つて船体後流のプロペラ軸方向成分
が小さいところは、プロペラ荷重度が大きくな
り、プロペラの回転流も大きくなる。

第４図にプロペラ面７に流入する船体後流のプ
ロペラ軸方向の流速分布を示す。図に示す伴流係
数Ｗは、船側Ｖ_S及び船体後流のプロペラ軸方向
の流速Ｖ_Xを用いて次式 Ｗ＝Ｖ_Ｓ−Ｖ_Ｘ／Ｖ_ＳまたはＶ_X＝（１−Ｗ）Ｖ_S により定義され、一般に図示のごとくプロペラ回
転中心ｊよりも上方の領域で大きな数値を示す。
即ち船体後流の軸方向流速Ｖ_Xは小さくなつてい
る。

第４図に示す船体後流が、プロペラ面を通過し
た後のプロペラ後流の回転流の分布を第５図に矢
印ａ〜ｈを用いて示す。ここに矢印の長さは流速
の大小を表わし、ｒはプロペラ半径を示す。第５
図によれば第４図に示す伴流係数Ｗが大きい領
域、即ち船体後流の軸方向流速Ｖ_Xの小さい領域
における回転流ａ，ｂ，ｅ，ｈは大きく、Ｗが小
さい領域における回転流ｃ，ｄ，ｆ，ｇは小さく
なつている。従つてプロペラ後流の回転エネルギ
を充分回収するためには、羽根の取り付け位置を
プロペラの回転中心ｊより上方に選定するのが良
い。

本考案の第１の実施例を第６図及び第７図に示
す。図において符号１はプロペラ、２は舵であつ
て、舵板３の両側部５，５には、プロペラ回転中
心ｊより上方にｐだけ離れた後述の最適位置に、
舵板３の側方に略水平に張出す羽根４が取り付け
られる。羽根４にはプロペラ後流が流入して推進
力を発生するので、羽根を取り付けていない従来
の舵に比べ、この分だけ推進馬力を節減すること
ができる。またプロペラ回転中心ｊ付近に羽根
（第２図の４参照）を取り付けた舵に比べても、
プロペラ回転中心ｊより上方の、より流速の大き
い回転流ｂ及びｈの回転エネルギを回収できるの
で（第６図参照）、より大きな推進力を発生する
ことができる。なお第７図には回転流ｂびｈに相
当する斜流をＶ_B及びＶ_Hを用いて示してある。

次に羽根の最適取り付け高さについて述べる。

プロペラ後流は、プロペラ後方の流域全体に広
汎な回転流を発生させるものではなく、回転流の
発生範囲はプロペラ面を断面とする円筒内に略限
られている。第８図は、右回りプロペラを装備し
た船舶における船体後流６がプロペラ面７を通過
して回転エネルギを与えられ、プロペラ後流８と
なつて本考案の舵２に流入する状態を示すもの
で、プロペラ後流８はプロペラ面７で増減される
ことにより、プロペラ直径2rより若干縮小した円
筒内を螺旋状に矢印ｍ方向に回転しながら流れて
いく。

第８図に示すプロペラ後流８を舵２の位置で切
断し後方より見た回転流ａ〜ｈの流域を第６図に
示す。回転流は、略半径ｒのプロペラ面７内に存
在している。従つて回転エネルギを吸収する羽根
４は、この半径ｒの円内になければ、その作用を
発揮しない。従つて羽根４のおおよその幅ｌは、
プロペラ軸心ｊからの距離ｐが定まると、次式 ｌ＝√²−² …式（） により、一義的に与えられる。

すなわち、羽根４の幅ｌは、プロペラ回転中心
ｊの位置で最も長く（ｌ＝ｒ）、取り付け位置が
プロペラ回転中心ｊより上方に移動するのに従つ
て短くなる。一方羽根４の幅ｌが短かくなると、
羽根の翼面積が減少するため、発生する揚力も小
さくなり、揚力のプロペラ軸方向成分である推力
も小さくなる。従つて羽根の翼面積を大きくとる
ためには、羽根４をプロペラ回転中心ｊになるべ
く近く取り付けるのがよいことになる。

以上の理由により、舵の高さ方向の最適取り付
け位置は、プロペラ面に流入する船体後流の支配
下にあるプロペラ後流による回転流の大小と羽根
の翼面積の大小を比較検討し揚力の軸方向成分で
ある推力を最大にする位置が最も好ましい。

前述の最適位置は、船体後流分布が船型によつ
て異なるため一律に定まる性質のものではない
が、略プロペラの回転中心より上方にあり、かつ
プロペラ半径の略0.2〜0.4倍離れた位置にあると
考えられる。

本考案の第２の実施例を第９図Ａ，Ｂに示す。

この例は、羽根４′，４″の断面形状を斜流Ｖ
_B，Ｖ_Hの流れに適合するようエアロフオイル形と
したものであり、羽根４′，４″に発生する揚力が
より大きくなるようにしたものである。

本考案の第３の実施例を第１０図Ａ，Ｂに示
す。

この例は、羽根４の端部に翼端渦制止板９を直
立に取り付け、羽根４の端部から後流に流出する
随半渦の流出を極力小さくし、渦流の流出による
エネルギ損失を回避するようにしたものである。

なお本考案は、前述の実施例にのみ限定される
ものではなく、例えば２軸船の各プロペラの後方
に配置した舵に適用してもよいこと等、その他本
考案の要旨を逸脱しない範囲において種種の変更
を加え得ることは勿論である。

本考案の羽根を取り付けた舵は、前述の構成を
有するので、次の優れた効果を発揮する。

(i) プロペラ後方に配置した舵板の両側部のプロ
ペラ回転中心より上方でかつプロペラ半径の略
0.2〜0.4倍離れた位置に、側方に張出す羽根を
設けたので、船体後流内にあるプロペラ後流の
回転エネルギを最も有効に推力に変換すること
ができ、羽根を有しない従来の舵に比べて４〜
５％推進馬力を節減することができ、またプロ
ペラ回転中心付近に羽根を取り付けた舵に比
べ、より大きい推進効果を得ることができる。

(ii) 羽根を単に舵板に取り付けるだけで舵が構成
されるので、既存の船舶にも容易に取り付けら
れ、既存船の省エネルギ化に寄与することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプロペラのみによつて生ずるプロペラ
後流の説明図、第２図はプロペラのみによつて生
ずるプロペラ後流中における舵の周りの水流の一
般的な説明図、第３図は一般的な舵の平面図、第
４図は船体後流の分布を示す説明図、第５図は船
体後流内にあるプロペラ後流の回転流の分布を示
す説明図、第６図及び第７図は本考案の第１の実
施例の説明図で、第６図は背面図、第７図は右舷
側面図、第８図は船体後流内のプロペラ後流の流
れの状態の説明図、第９図Ａ，Ｂは本考案の第２
の実施例を示し、第９図Ａは左舷側面図、第９図
Ｂは右舷側面図、第１０図Ａ，Ｂは本考案の第３
の実施例を示し、第１０Ａは背面図、第１０図Ｂ
は右舷側面図である。 図中１はプロペラ、２は舵、３は舵板、４，
４′４″は羽根を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. プロペラの後方に舵板を配置し、該舵板の両側
   部に側方に張出す羽根を取り付け、該羽根の取り
   付け高さをプロペラ回転中心からプロペラ半径の
   略0.2〜0.4倍上方の位置としたことを特徴とする
   羽根を取り付けた舵。