JP5276670B2 - ツイン・スケグ船 - Google Patents

Description

本発明は、船尾の船底に設けた左右一対のスケグにプロペラ軸を支持させたツイン・スケグ船に関するものである。

従来より、左右一対のプロペラ軸を船体と一体のスケグで支持させて、左右のスケグ間にトンネル状船底凹部を形成したツイン・スケグ船が知られている（例えば、特許文献１参照）。
一方、船舶に装備されて船舶の推進性能を向上させる推進性能向上装置（同じ馬力を用いて船速を向上させる装置）としては、リアクションフィンが考案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−１３３１７２号公報 特開平５−１８５９８６号公報

さて、ツイン・スケグ船（特に、左右一対のプロペラが船尾側から見て内回りするツイン・スケグ船）においては、プロペラ軸の中心軸線が船体中央線上になく、船尾形状やプロペラの形状を工夫することによってプロペラ回転と逆向きの回転流成分を強めることができ、リアクションフィンと同様の効果を得ることができる。
そのため従来、船舶の推進性能を向上させる反面、水中で抵抗となるリアクションフィンが、ツイン・スケグ船に適用されることはなかった。
しかしながら、さらなる省エネ運航のため、航行時の推進性能のさらなる向上が望まれている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、推進性能（推進効率）のさらなる向上化を図ることができるツイン・スケグ船を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るツイン・スケグ船の第１の態様は、船尾の船底に左右一対のスケグを備えたツイン・スケグ船であって、前記スケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流れが、前記プロペラの回転方向と同じ方向の成分を有する範囲に、前記スケグの後端部に設けられたスターンフレームに固着して設けられたボッシング、またはこのボッシングに設けられたフィンボスから放射状に延びる、複数枚のフィンからなるリアクションフィンが設けられている。

本発明に係るツイン・スケグ船の第２の態様は、船尾の船底に左右一対のスケグを備えたツイン・スケグ船であって、前記スケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流向角が、−１０度以上の範囲に、前記スケグの後端部に設けられたスターンフレームに固着して設けられたボッシング、またはこのボッシングに設けられたフィンボスから放射状に延びる、複数枚のフィンからなるリアクションフィンが設けられている。

上記ツイン・スケグ船において、前記リアクションフィンが、前記スケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流速を船速で除した値が０．７以下の範囲に設けられているとさらに好適である。

本発明に係るツイン・スケグ船の第３の態様は、船尾の船底に左右一対のスケグを備えたツイン・スケグ船であって、前記スケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流速を船速で除した値が０．７以下の範囲に、前記スケグの後端部に設けられたスターンフレームに固着して設けられたボッシング、またはこのボッシングに設けられたフィンボスから放射状に延びる、複数枚のフィンからなるリアクションフィンが設けられている。

本発明に係るツイン・スケグ船の第４の態様は、船尾の船底に左右一対のスケグを備えた、左右のプロペラが内回りのツイン・スケグ船であって、左右両舷のスケグの外側にのみフィンが設置されている。

本発明に係るツイン・スケグ船によれば、プロペラ前方のリアクションフィンの効果が大きい場所にのみフィンを設置することで、その場所で効果的にプロペラ回転方向と反対方向の流れがつくられることにより、結果的に伴流利得を増加させることができて、推進性能（推進効率）の向上化を図ることができる。

本発明によれば、推進性能（推進効率）のさらなる向上化を図ることができるという効果を有する。

本発明の第１実施形態に係るツイン・スケグ船の船尾側を左舷側から見た左側面図である。 図１に示す船体をＡ−Ａ矢視線、Ｂ−Ｂ矢視線、およびＣ−Ｃ矢視線に沿って船幅方向に切断した断面を示す図である。 図１に示す船体をＤ−Ｄ矢視線に沿って船幅方向に切断した断面図である。 左右一対のプロペラが船尾側から見て内回りする、あるツイン・スケグ船の左舷側のスケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流れ場を詳細に解析した結果を示す図である。 左右一対のプロペラが船尾側から見て内回りする、あるツイン・スケグ船の右舷側のスケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流れ場を詳細に解析した結果を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るツイン・スケグ船を航走させて得られた実験結果を示すグラフである。 左右一対のプロペラが船尾側から見て内回りする、あるツイン・スケグ船の左舷側のスケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流れの角度（流向角）および平均流速を計算した結果を示すグラフである。 図７中に示す「流向角」の定義を説明するための図である。 図７中に示す「流向角」の定義を説明するための図である。 図７中に示す「流向角」の定義を説明するための図である。 図３と同様の図であって、本発明に係るツイン・スケグ船に適用することができるリアクションフィンの一具体例を示す図である。 図３と同様の図であって、本発明に係るツイン・スケグ船に適用することができるリアクションフィンの一具体例を示す図である。 図３と同様の図であって、本発明に係るツイン・スケグ船に適用することができるリアクションフィンの一具体例を示す図である。 図３と同様の図であって、本発明に係るツイン・スケグ船に適用することができるリアクションフィンの一具体例を示す図である。 図３と同様の図であって、本発明に係るツイン・スケグ船に適用することができるリアクションフィンの一具体例を示す図である。

符号の説明

２ 船底
３ スケグ
４ プロペラ
４ａ プロペラ軸
５ リアクションフィン
５ａ フィン
６ ボッシング
７ スターンフレーム
１０ ツイン・スケグ船

以下、本発明に係るツイン・スケグ船の第１実施形態を図１から図９に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るツイン・スケグ船１０の船尾側を左舷側から見た左側面図であり、図１中の符号１は船体、符号２は船底、符号３はスケグ、符号４はプロペラ（スクリュー）、符号４ａはプロペラ軸、符号５はリアクションフィンである。また、図面の簡略化を図るため、舵は図１に示していない。

図２は、図１に示す船体１をＡ−Ａ矢視線、Ｂ−Ｂ矢視線、およびＣ−Ｃ矢視線に沿って船幅方向に切断した断面を示す図であって、Ａ−Ａ矢視断面、Ｂ−Ｂ矢視断面、およびＣ−Ｃ矢視断面に対応する各断面に符号Ａ，Ｂ，Ｃを付した図である。図２に示すように、ツイン・スケグ船１０は、船体１の船尾側となる船底２から下方に突出して設けられた左右一対のスケグ３を備えている。また、左右一対のスケグ３には、その後端部に各々独立したプロペラ４（図１参照）が取付けられている。
なお、図２中の符号４ａはプロペラ軸である。

図３は、図１に示す船体１をＤ−Ｄ矢視線に沿って船幅方向に切断した断面図である。図３に示すように、リアクションフィン５は、ボッシング６から（あるいはボッシング６に設けられたフィンボス（図示せず）から）放射状に突出する複数枚（本実施形態では左舷側に３枚、右舷側に３枚、合計６枚）のフィン５ａからなるものであり、後方に位置するプロペラ４に流入する流れにプロペラ４の回転方向と逆方向の回転流を与えるものである。
なお、ボッシング６は各スケグ３の後端部に設けられたスターンフレーム７に固着して設けられたものであり、その内部にはプロペラ軸４ａが回転可能に貫通している。

図４は、左右一対のプロペラ４が船尾側から見て内回りする、（リアクションフィン５を装備していない）あるツイン・スケグ船の左舷側のスケグ３にプロペラ軸４ａを介して取り付けられたプロペラ４の直前における流れ場を詳細に解析した結果を示す図である。一方、図５は、左右一対のプロペラ４が船尾側から見て内回りする、（リアクションフィン５を装備していない）あるツイン・スケグ船の右舷側のスケグ３にプロペラ軸４ａを介して取り付けられたプロペラ４の直前における流れ場を詳細に解析した結果を示す図である。
なお、図４中および図５中において、矢印の向きはその面内における流れの向き、矢印の長さは流れの大きさ、半径方向内側に位置する円はプロペラボス４ｂ（図１参照）、半径方向外側に位置する円はプロペラ４の回転半径を示している。

図４および図５に示すように、スケグ中央線とスケグ中央線との間、すなわち、θ＝１８０度〜３６０（０）度の範囲では、プロペラ４の回転方向と反対方向の流れとなる上向きの流れが強くなり、スケグ中央線よりも船幅方向外側、すなわち、θ＝０度〜１８０度の範囲では、プロペラ４の回転方向と同じ方向の流れとなる上向きの流れが強くなる。
リアクションフィンは、プロペラ前方の流れを、プロペラの回転方向と逆向きに変えて推進効率を向上させる装置であり、元々プロペラの回転方向と反対方向の流れがある場所ではフィンの効果が減少する。
そこで、図３に示すように、本実施形態に係るツイン・スケグ船１０に装備されたリアクションフィン５は、プロペラ４の回転方向と反対方向の流れが無い、θ＝０度〜１８０度の範囲に、スケグ中央線よりも船幅方向外側に向かって放射状に突出するように設けられている。
すなわち、本実施形態に係るツイン・スケグ船１０では、左右両舷のスケグの外側にのみフィンが設置されている。

なお、各フィン５ａの一端（根元）はボッシング６（あるいはフィンボス）に固定されており、各フィン５ａの他端（先端）は、略プロペラ４の回転半径（図４および図５参照）まで延びているが、プロペラ直前の流れの様子によっては、フィンの長さをより短くする方が効果的な場合もある。

また、スケグ中央線とスケグ中央線との間には、プロペラ４の回転方向と反対方向の流れが発生するが、この流れはプロペラ４の羽根による回転流と相殺されるため、スケグ中央線とスケグ中央線との間、すなわち、θ＝１８０度〜３６０度の範囲にリアクションフィン５を設ける必要はない。したがって、本実施形態では、図３に示すように、フィン５ａは、θ＝４５度，９０度，１３５度の方向に向かって延びている。

さらに、後述する流向角に対して適切な迎角（例えば、１５度）を持たせてフィン５ａを取り付けることにより、流れの方向を所望の方向に変化させる（コントロールする）ことができる。

本実施形態に係るツイン・スケグ船１０によれば、リアクションフィン５によって、スケグ中央線よりも船幅方向外側に発生する、プロペラ４の回転方向と同じ方向の流れとなる上向きの流れが弱められ（抑制され）、また、プロペラ４の回転方向と反対方向の流れが誘起されて、推進効率が向上する。
このように、プロペラ４後方でプロペラ回転方向と反対方向の流れがつくられることにより、結果的に伴流利得を増加させることができて、推進性能（推進効率）の向上化を図ることができる。

図６は、本実施形態に係るツイン・スケグ船１０を航走させて得られた実験結果を示すグラフであり、横軸は船速（kn：ノット）、縦軸は主機出力（kW）を示している。また、図中の左下から右上にかけて描いた実線は、上記リアクションフィン５を装備していないツイン・スケグ船から得られたデータであり、図中の左下から右上にかけて描いた破線は、本実施形態に係るツイン・スケグ船１０から得られたデータである。
図６に示すように、本実施形態に係るツイン・スケグ船１０では、上記リアクションフィン５を装備していないツイン・スケグ船と同じ船速を得るのに馬力が少なくてすみ、また、上記リアクションフィン５を装備していないツイン・スケグ船と同じ馬力を与えた場合、船速が増す（増加する）こととなる。これにより、従来比で約４％の燃費低減効果が得られることとなり、上記リアクションフィン５による作用効果を裏付けるものとして有効な実験結果である。

本発明の第２実施形態に係るツイン・スケグ船について、図７から図１０を参照しながら説明する。
図７は、左右一対のプロペラ４が船尾側から見て内回りする、（リアクションフィン５を装備していない）あるツイン・スケグ船の左舷側のスケグ３にプロペラ軸４ａを介して取り付けられたプロペラ４の直前における流れの角度（流向角）および平均流速を計算した結果を示すグラフである。なお、図７中に示す平均流速は、プロペラ４の直前における流速をツイン・スケグ船の船速で除して無次元化したものである。
本実施形態に係るツイン・スケグ船では、流向角が−１０度以上の範囲、すなわち、θ＝０度〜２４０度の範囲に（例えば、θ＝４５度，９０度，１３５度，２２５度の方向に向かって延びる）、複数枚（例えば、左舷側に４枚、右舷側に４枚、合計８枚）のフィン５ａが設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

ここで、図８から図１０に基づいて図７中に示す「流向角」の定義を説明する。
図８に示すように、プロペラ４直前のある点の流速は、プロペラ軸４ａの中心軸線Ｃに平行な成分Ｖｘと、プロペラ軸４ａに垂直な平面内の成分Ｖｙｚとに分けられる。
また、プロペラ軸４ａに垂直な平面内の成分Ｖｙｚは、図９に示すように、さらに、プロペラ軸４ａの中心軸線Ｃから放射状に延びる半径方向の成分Ｖｒと、これに垂直な円周方向の成分Ｖθに分けられる。
そして、図１０に示すα、すなわち、Ｔａｎ^−１（Ｖθ／Ｖｘ）をここでは「流向角」と定義している。また、正負の符号はプロペラ回転の方向を正としており、流向角が正の範囲ではプロペラ回転と同方向の流れに、流向角が負の範囲ではプロペラ回転と逆方向の流れになっている。
図７の流向角と平均流速は、θ一定の点における流向角及び流速を、プロペラボスからプロペラ半径の位置まで、半径方向に平均した値である。

したがって、フィン５ａの取付角を、フィン５ａを取り付けようとする点の流向角と等しくすれば、フィン５ａは流れに対して迎角を持たないことになる。また、この流向角に対して適切な迎角（例えば、１５度）を持たせてフィン５ａを取り付けることにより、流れの方向を所望の方向に変化させる（コントロールする）ことができる。

本実施形態に係るツイン・スケグ船によれば、リアクションフィン５によって、スケグ中央線よりも船幅方向外側に発生する、プロペラ４の回転方向と同じ方向の流れとなる上向きの流れが弱められ（抑制され）、プロペラ４後方の水の乱れが弱められ（緩和され）ることとなる。
このように、プロペラ４後方でプロペラ回転方向と反対方向の流れがつくられることにより、結果的に伴流利得を増加させることができて、推進性能（推進効率）の向上化を図ることができる。

また、本実施形態では、流向角が−１０度以上の範囲、すなわち、θ＝０度〜２４０度の範囲に複数枚のフィン５ａを設けるようにしたが、平均流速が早いところではフィンを設置することによる抵抗の増加が大きくフィンの推進効率向上効果が減少させられるので、さらに、平均流速が０．７以下の範囲、すなわち、θ＝０度〜５０度および３３５度〜３６０度の範囲に複数枚のフィン５ａを設けるという条件を付加するとさらに好適である。
平均流速が０．７以下の範囲、すなわち、θ＝０度〜５０度および３３５度〜３６０度の範囲に複数枚のフィン５ａを設けるという条件を付加することにより、設置できるフィン５ａの枚数が必然的に減少し、フィン５ａによる抵抗を減少させることができて、推進性能（推進効率）をさらに向上させることができる。

なお、上述した第２実施形態では、流向角が−１０度以上の範囲、すなわち、θ＝０度〜２４０度の範囲に複数枚のフィン５ａを設けるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、平均流速が０．７以下の範囲、すなわち、θ＝０度〜５０度および３３５度〜３６０度の範囲に（例えば、θ＝４５度の方向に向かって延びる）、複数枚（例えば、左舷側に１枚、右舷側に１枚、合計２枚）のフィン５ａを設けるようにしても良い。

また、フィン５ａの長さは、図３に示すように必ずしも同じである必要はなく、適宜必要に応じて異ならせることもできる。

さらに、第１実施形態のところで説明したフィン５ａは、図３に示すように必ずしもθ＝４５度，９０度，１３５度の方向に向かって延びている必要はなく、例えば、図１１に示すように、θ＝４５度，９０度の方向に向かって、図１２に示すように、θ＝０度，４５度の方向に向かって、図１３に示すように、θ＝４５度，１３５度の方向に向かって、図１４に示すように、θ＝０度，４５度，９０度，１３５度，１８０度の方向に向かって、図１５に示すように、θ＝０度，４５度，９０度の方向に向かって延ばすようにしても良い。

さらにまた、本発明は、左右一対のプロペラ４が船尾側から見て内回りするツイン・スケグ船にのみ適用され得るものではなく、左右一対のプロペラ４が船尾側から見て外回りするツイン・スケグ船にも適用することができる。

Claims (5)

1. 船尾の船底に左右一対のスケグを備えたツイン・スケグ船であって、
   前記スケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流れが、前記プロペラの回転方向と同じ方向の成分を有する範囲に、前記スケグの後端部に設けられたスターンフレームに固着して設けられたボッシング、またはこのボッシングに設けられたフィンボスから放射状に延びる、複数枚のフィンからなるリアクションフィンが設けられていることを特徴とするツイン・スケグ船。
2. 船尾の船底に左右一対のスケグを備えたツイン・スケグ船であって、
   前記スケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流向角が、−１０度以上の範囲に、前記スケグの後端部に設けられたスターンフレームに固着して設けられたボッシング、またはこのボッシングに設けられたフィンボスから放射状に延びる、複数枚のフィンからなるリアクションフィンが設けられていることを特徴とするツイン・スケグ船。
3. 前記リアクションフィンが、前記スケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流速を船速で除した値が０．７以下の範囲に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のツイン・スケグ船。
4. 船尾の船底に左右一対のスケグを備えたツイン・スケグ船であって、
   前記スケグにプロペラ軸を介して取り付けられたプロペラの直前における流速を船速で除した値が０．７以下の範囲に、前記スケグの後端部に設けられたスターンフレームに固着して設けられたボッシング、またはこのボッシングに設けられたフィンボスから放射状に延びる、複数枚のフィンからなるリアクションフィンが設けられていることを特徴とするツイン・スケグ船。
5. 船尾の船底に左右一対のスケグを備え、左右のプロペラが内回りのツイン・スケグ船であって、
   左右両舷のスケグの外側にのみフィンが設置されていることを特徴とするツイン・スケグ船。

Images