JP6265565B2 - 舵構造と船の製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、船の舵構造と製作方法に関する。

船の進行方向を制御するために舵が用いられる。舵は、船の船尾部において推進プロペラの後方に設けられる。舵は、例えば鉛直方向を向く軸まわりに揺動可能である。舵は、その揺動角度により、推進プロペラが発生させる水流の向きを左右に変える。これにより船の進行方向が制御される。舵は例えば下記の特許文献１に記載されている。

特開２０１５−１２７１８１号公報

舵は、回転する推進プロペラに接触しないように推進プロペラから後側（船尾側）に少し離して配置されている。そのため、船体の中心線の方向において、推進プロペラの後端から後方側の所定範囲にわたって舵の設置用スペースを確保している。

本願の発明者は、この設置用スペースを減らせることができないかという課題を見出した。この設置用スペースを減らせれば、例えば、同じ排水量の船を製作する場合に船の全長を減らすことができる。

そこで、本発明の目的は、船体の中心線の方向における舵の設置用スペースを減らせる技術を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明によると、推進プロペラを備える船の舵構造であって、
前記推進プロペラの後方に設けられた舵を備え、
該舵の前端には、後方への窪みが形成されており、この窪みに、推進プロペラの回転中心部の後端部が配置される、舵構造が提供される。

本発明によると、舵の前端には、後方への窪みが形成されている。推進プロペラの回転中心部の後端部を窪みに配置することにより、推進プロペラと舵とを、船体の中心線の方向において互いに近づけることができる。その結果、船体の中心線の方向において確保する舵の設置用スペースが減る。

上述の舵構造は、例えば以下のように構成される。

舵構造は、前記後端部の後方に位置し、舵の左右の側面から左右外側にそれぞれ盛り上がったバルブを有する。

この構成では、窪みを設けた場合でも、バルブにより、推進プロペラの後端部からの渦流を抑制して推進性能を向上できる。すなわち、窪みとバルブを設けた舵は、窪みもバルブも無い舵構造と比べて、推進性能が向上する。

舵構造は、前記バルブから左右外側に延びているフィンを備える。

この構成では、フィンは、推進プロペラによる渦流から前向き成分を有する揚力を発生させる。これにより、損失した渦エネルギーが前向きの推力として回収され、推進性能が向上する。
したがって、窪みを設けた場合でも、バルブとフィンにより推進性能をさらに向上できる。すなわち、窪みとバルブを設けた舵は、窪みもバルブもフィンも無い舵構造と比べて、推進性能が（例えば３％〜４％程度）向上することを確認した。

舵と直交する鉛直平面から舵の最大揺動角だけ後方側に傾いた方向を基準方向として、
前記フィンの前端は、窪み側の内側端点から基準方向へ左右方向の外側へ延びており、または、前記内側端点から基準方向よりも後側へ傾いて延びている。

推進プロペラの回転中心部の後端部が窪み内に位置するので、推進プロペラとフィンとを互いに近接させることができる。その結果、フィンの前端が前記鉛直平面と直交する方向に延びていると、最大揺動角だけ揺動した舵のフィンが推進プロペラに当たる場合がある。この場合、フィンの前端の向きを上記のようにする。これにより、最大揺動角だけ揺動した舵のフィンと推進プロペラとの干渉を避けられる。

また、本発明によると、推進プロペラと、該推進プロペラの後方に位置する舵とを備える船の製作方法であって、
前端において後方への窪みが形成された舵を用意し、
前記推進プロペラの回転中心部の後端部を前記窪みに配置するように、前記舵と前記推進プロペラを船の船尾部に取り付ける、船の製作方法が提供される。

本発明の舵構造では、舵の前端に後方への窪みが形成されている。この窪み内に、推進プロペラの回転中心部の後端部を配置する。これにより、推進プロペラと舵とを、船体の中心線の方向において互いに近づけることができる。その結果、船体の中心線の方向において確保する舵の設置用スペースが減る。

本発明の実施形態による舵構造が設けられた船尾部の側面図である。 本発明の実施形態による舵構造の拡大図である。 フィン前端の向きの説明図である。 舵の窪みによる効果の説明図である。 舵構造の変更例を示す。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態による舵構造１０が設けられた船尾部１ａの側面図である。

船１は、海、湖または川を航行するものである。船１は、例えば船舶または艦艇である。なお、本願において、「前」とは船１の船首側を意味し、「後」とは船１の船尾側を意味する。以下において、船体の中心線の方向を、船体中心線方向Ｃ０という。また、以下において、「左」と「右」とは、それぞれ、船１の後側（船尾側）から前側（船首側）を見た場合における左側と右側を意味する。

船１の船尾部１ａには推進プロペラ３が設けられる。推進プロペラ３は、回転軸Ｃ１まわりに回転可能に船体の船尾部１ａに取り付けられている。推進プロペラ３は、回転軸Ｃ１を中心軸とする回転中心部３ａと、回転軸Ｃ１まわりの方向に配置され回転中心部３ａに結合されている複数のプロペラ翼３ｂとを有する。回転中心部３ａの前側部分は船尾部１ａに回転可能に支持されている。推進プロペラ３は、回転軸Ｃ１まわりに水中で回転駆動されて、船１の前進推力を発生させる。

舵構造１０は、推進プロペラ３の後方に設けられた舵５を備える。舵５は、揺動軸Ｃ２まわりに揺動可能に船尾部１ａに取り付けられている。揺動軸Ｃ２は、例えば、前後方向に延びる船体中心線方向Ｃ０が水平を向く状態で、鉛直方向を向いてもよく、鉛直方向から傾いてもよい。舵５は、推進プロペラ３の後方に位置する。舵５は、鉛直に配置された板状部材であってよい。

舵構造１０は図１の例では舵柱７を備える。舵柱７の下端側部分は舵５に結合されている。舵柱７の上端側部分は船尾部１ａに支持されている。舵柱７は、図示しない駆動装置によって揺動軸Ｃ２まわりに駆動される。これにより舵５が揺動する。

舵５の前端５ａには、後方への窪み９が形成されている。窪み９は、回転軸Ｃ１の延長線上に位置している。窪み９内に、推進プロペラ３の回転中心部３ａの後端部３ａ１（例えばボスキャップ）が配置される。この窪み９は、船１の左右方向に舵５を貫通している。

図２（Ａ）は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ矢視図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

舵構造１０はバルブ１１を有する。バルブ１１は、後端部３ａ１の後方（好ましくは真後ろ）に位置する。左右のバルブ１１は、それぞれ、舵５の左右の側面から左右外側に盛り上がった部分である。好ましくは、各バルブ１１は、船体中心線方向Ｃ０において、窪み９の底面９ａの位置から後方へ延びている。船体中心線方向Ｃ０の各位置において、船体中心線方向Ｃ０と直交する仮想平面によるバルブ１１の断面の外縁形状は、例えば円弧や楕円状であってよいが、他の形状であってもよい。バルブ１１の上記断面の面積は、後方へ移行するにつれて小さくなっているのがよい。バルブ１１は、推進プロペラ３における回転中心部３ａの後端部３ａ１からの渦流を抑制することにより、推進性能を向上させる。

舵構造１０はフィン１３を備える。フィン１３は、各バルブ１１に結合されている。左右のフィン１３は、それぞれ、左右のバルブ１１の外側面から左右外側に延びている。図２の例では、バルブ１１の外側面から舵５と直交する方向に延びている。好ましくは、各フィン１３は、船体中心線方向Ｃ０において、窪み９の底面９ａの位置から後方側へ延びている。

フィン１３は、船体による縦渦と推進プロペラ３および回転軸Ｃ１まわりの渦から前向き成分を有する揚力を発生させる。これにより、損失した渦エネルギーが前向きの推力として回収され、推進性能が向上する。例えば、船体中心線方向Ｃ０と平行な鉛直面によるフィン１３の断面の形状は、前向き成分を持つ揚力を発生する翼形である。

また、フィン１３は、次のように振動と推進力変動を抑える。
回転軸Ｃ１まわりの周方向において、最上方位置（１２時の位置）と最下方位置（６時の位置）で、舵５により流れが遅くなる。よって、回転中のプロペラ翼３ｂが遅い流れの１２時の位置と６時の位置を通過することにより、振動の生じる可能性がある。
これに対して、周方向において、３時の位置と９時の位置にフィン１３を設けることにより、これらの位置でも流れが遅くなる。したがって、周方向において流れの速さがより均一化される。その結果、上述の振動が抑えられるとともに、推進プロペラ３が１回転する間における推進力変動も小さくなる。
なお、フィン１３によって流れが遅くなっても、上述のようにフィン１３により渦のエネルギーを回収するので、フィン１３は抵抗にならない。

図３は、フィン１３の前端１３ａの向きを説明するための図である。図３（Ａ）は図２（Ａ）と同じ向きから見た図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）において、舵５が最大揺動角αだけ右側に揺動した状態を示す。

ここで、鉛直方向に見た場合に、舵５の右側への最大揺動角αだけ、舵５と直交する鉛直平面Ｓから後方側に傾いた方向を基準方向Ｄ１とする。ここで、舵５の最大揺動角αとは、舵５が基準姿勢から揺動する最大角度（例えば３５度程度）である。基準姿勢は、図３（Ａ）における舵５の姿勢であって、舵５が船体中心線方向Ｃ０を向いている時の姿勢である。

左側のフィン１３の前端１３ａは、図３のように、窪み９側の内側端点Ｅ１から基準方向Ｄ１へ左外側に延びている。または、左側のフィン１３の前端１３ａは、例えば図３（Ａ）の破線Ｘのように、内側端点Ｅ１から、基準方向Ｄ１よりも後側へ傾いて延びていてもよい。

右側のフィン１３の前端１３ａも同様である。すなわち、舵５の左側への最大揺動角だけ鉛直平面Ｓから後方側に傾いた方向を基準方向Ｄ２として、右側のフィン１３は、窪み９側の内側端点Ｅ２から基準方向Ｄ２へ右外側に延びており、または、内側端点Ｅ２から、基準方向Ｄ２よりも後側へ傾いて延びている。

このような前端１３ａの向きにより、最大揺動角だけ揺動した舵５のフィン１３が、推進プロペラ３の後端部３ａ１またはプロペラ翼３ｂに当たることを回避できる。
これに対し、仮に、フィン１３の前端１３ａが図３（Ｂ）において破線Ｙの部分である場合には、最大揺動角αだけ揺動した舵５のフィン１３の前端Ｙが、推進プロペラ３の後端部３ａ１またはプロペラ翼３ｂに当たる。

上述した実施形態の舵構造１０によると、推進プロペラ３の回転中心部３ａの後端部３ａ１を窪み９に配置することにより、推進プロペラ３と舵５とを、船体中心線方向Ｃ０において互いに近づけることができる。したがって、船体中心線方向Ｃ０における舵５の設置用スペースを減らせる。これにより、例えば次の（１）（２）または（３）が可能になる。

（１）同じ排水量の船を製作する場合に、推進プロペラ３と舵５とを近づけた分だけ船の全長を減らすことができる。

（２）同じ全長の船を製作する場合に、排水量を増やすことができる。例えば、窪み９の無い図４（Ａ）の場合から、図４（Ｂ）のように推進プロペラ３と舵５とを近づけたことにより、舵５の後端から船尾端までの余裕長さＬが生じたとする。この場合、余裕長さＬの部分を船の最大幅の位置にもってくれば、船の最大幅をＢとし喫水をｄとして、排水量をＬＢｄだけ増やすことができる。なお、船の全長が２８０ｍの場合、余裕長さＬは例えば１ｍ程度になる。

（３）前進時に受ける抵抗を小さくすることにより推進性能を向上できる。同じ全長の船を製作する場合に、従来と比べて、推進プロペラ３の後端部３ａ１を窪み９に入れて推進プロペラ３を船尾側にずらせるので、その分、排水量が増える。この排水量増加分を無くすように船の最大幅を減らせば、従来と同じ全長で同じ排水量の船を、最大幅を減らして製作できる。最大幅が減れば、前進時に受ける抵抗が小さくなる。

このことは、次のようにも説明できる。船が太っている度合いを示す方形係数Ｃ_Ｂ（Ｂｌｏｃｋ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は、次の式で定義される。

Ｃ_Ｂ＝▽／（Ｌ_ｐｐＢｄ）

ここで、Ｌ_ｐｐは垂線間長である。すなわち、Ｌ_ｐｐは、満載喫水線と船首との交差点から舵柱７（揺動軸Ｃ２）までの長さである。Ｂとｄの定義は上記（２）の場合と同じであり、▽は排水量である。推進プロペラ３の後端部３ａ１を窪み９に入れて、推進プロペラ３を船尾側にずらせるので、その分、Ｌ_ｐｐが増える。したがって、Ｃ_Ｂは小さくなる。Ｃ_Ｂが小さいことは、船が痩せていることを示す。痩せている船（細い船）は、前進時に受ける抵抗が小さい。その結果、推進性能が向上する。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜２のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜３の２つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。

（変更例１）
舵構造１０は、バルブ１１とフィン１３を有していなくてもよい。あるいは、舵構造１０は、バルブ１１を有しているが、フィン１３を有していなくてもよい。

（変更例２）
船１が複数の推進プロペラ３を備える場合には、推進プロペラ３毎に上述の舵構造１０が設けられてもよい。

（変更例３）
図５（Ａ）（Ｂ）は、図２（Ｂ）と同じ方向から見た図であるが、変更例３の場合を示す。

舵構造１０は、上述のフィン１３の上方と下方の一方または両方（図５の例では両方）にさらにフィン１５，１７を有していてもよい。フィン１５，１７は、舵５の側面またはバルブ１１の側面から左右外側に延びている。図５（Ａ）の例では、各フィン１５は、舵５と直交する方向に延びている。図５（Ｂ）の例では、上側の左右のフィン１７は、それぞれ、バルブ１１の上部側面から斜め上方へ左右外側に延びており、下側の左右のフィン１７は、それぞれ、バルブ１１の下部側面から斜め下方へ左右外側に延びている。好ましくは、図示を省略するが、各フィン１５は、船体中心線方向Ｃ０において舵５の前端５ａの位置から後方側へ延びており、各フィン１７は、船体中心線方向Ｃ０において、窪み９の底面９ａの位置から後方側へ延びている。

フィン１３とフィン１５，１７により、回転軸Ｃ１まわりの流れの速さをさらに均一化して、上述の振動が抑えられるとともに、推進プロペラ３が１回転する間における推進力変動も小さくなる。

好ましくは、図示を省略するが、鉛直方向に見た場合に、左側のフィン１５，１７の前端は、左側のフィン１３の前端１３ａと同様に、窪み９側の内側端点から基準方向Ｄ１へ左外側に延びており、または、この内側端点から，基準方向Ｄ１よりも後側へ傾いて延びている。好ましくは、鉛直方向に見た場合に、右側のフィン１５，１７の前端は、右側のフィン１３の前端１３ａと同様に、窪み９側の内側端点から基準方向Ｄ２へ右外側に延びており、または、この内側端点から、基準方向Ｄ２よりも後側へ傾いて延びている。

１ 船、１ａ 船尾部、３ 推進プロペラ、３ａ 回転中心部、３ａ１ 後端部（ボスキャップ）、３ｂ プロペラ翼、５ 舵、５ａ 前端、７ 舵柱、９ 窪み、９ａ 底面、１０ 舵構造、１１ バルブ、１３ フィン、１３ａ 前端、１５ フィン、１７ フィン、Ｃ０ 船体中心線方向、Ｃ１ 回転軸、Ｃ２ 揺動軸、Ｄ１，Ｄ２ 基準方向、Ｅ１，Ｅ２ 内側端点、Ｓ 鉛直平面

Claims (5)

1. 推進プロペラを備える船の舵構造であって、
   前記推進プロペラよりも船尾側に設けられた舵を備え、
   該舵の前端には、船尾側への窪みが形成されており、この窪みに、推進プロペラの回転中心部の後端部が配置され、
   前記後端部よりも船尾側に位置し、前記舵の左右の側面から左右外側にそれぞれ盛り上がったバルブを有し、
   前記バルブは、船体中心線方向において、前記窪みの底面から船尾側へ延びており、
   但し、推進プロペラのボスの後端に前記ボスより大なる径を有するキャップを取り付けた船の舵構造、及び、推進プロペラから後方へ延びる推進軸延長端を支持する軸受を、舵において舵の前端から後方に切り込んだ切欠部に設けた舵構造を除く、舵構造。
2. 前記バルブから左右外側に延びているフィンを備える、請求項１に記載の舵構造。
3. 推進プロペラを備える船の舵構造であって、
   前記推進プロペラの後方に設けられた舵を備え、
   該舵の前端には、後方への窪みが形成されており、この窪みに、推進プロペラの回転中心部の後端部が配置され、
   前記後端部の後方に位置し、舵の左右の側面から左右外側にそれぞれ盛り上がったバルブと、
   前記バルブから左右外側に延びているフィンとを備え、
   舵と直交する鉛直平面から舵の最大揺動角だけ後方側に傾いた方向を基準方向として、
   前記フィンの前端は、窪み側の内側端点から基準方向へ左右方向の外側へ延びており、または、前記内側端点から基準方向よりも後側へ傾いて延びている、船の舵構造。
4. 推進プロペラと、該推進プロペラよりも船尾側に位置する舵とを備える船の製作方法であって、
   前記船は、前記推進プロペラの回転中心部の後端部よりも船尾側に位置し、前記舵の左右の側面から左右外側にそれぞれ盛り上がったバルブを備えるものであり、
   前記製作方法では、
   前端において船尾側への窪みが形成された舵を用意し、
   前記後端部を前記窪みに配置するように、前記舵と前記推進プロペラを船の船尾部に取り付け、
   前記バルブは、船体中心線方向において、前記窪みの底面から船尾側へ延びており、
   但し、推進プロペラのボスの後端に前記ボスより大なる径を有するキャップを取り付けた船、及び、推進プロペラから後方へ延びる推進軸延長端を支持する軸受を、舵において舵の前端から後方に切り込んだ切欠部に設けた船を除く、船の製作方法。
5. 推進プロペラと、該推進プロペラの後方に位置する舵とを備える船の製作方法であって、
   前記船は、前記推進プロペラの回転中心部の後端部の後方に位置し前記舵の左右の側面から左右外側にそれぞれ盛り上がったバルブと、前記バルブから左右外側に延びているフィンとを備えるものであり、
   前記製作方法では、
   前端において後方への窪みが形成された前記舵を用意し、
   前記推進プロペラの前記回転中心部の前記後端部を前記窪みに配置するように、前記舵と前記推進プロペラを船の船尾部に取り付け、
   前記舵と直交する鉛直平面から舵の最大揺動角だけ後方側に傾いた方向を基準方向として、前記フィンの前端が、窪み側の内側端点から基準方向へ左右方向の外側へ延びており、または、前記内側端点から基準方向よりも後側へ傾いて延びているようにする、船の製作方法。
   

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