(57)【要約】【課題】プロペラの直前の下方の船体表面に沿う水流をプロペラの回転面の下半円に誘導して、下半円における伴流分布を改善するとともに、プロペラの回転方向と逆向きの旋回流を励起して、プロペラ効率を向上せしめて、船舶の燃料消費の改善を図る。【解決手段】船体平行部の後端より後方のビルジ部の外板両舷にビルジフィン４を、船尾端のプロペラボッシング近傍の外板両舷に船尾端フィン３をそれぞれ備える船舶であって、ビルジフィン４のプロファイルは船尾方向に向かって上向きの傾斜をなし、船尾端フィンの後端部のプロファイルは、前記プロペラの前進時の回転方向と逆向きの傾斜をなし、船尾端フィン３の後端部のプロファイルは、プロペラ２の前進時の回転方向と逆向きの傾斜をなす。【選択図】図１
2008260445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体平行部の後端より後方のビルジ部の外板両舷にビルジフィンを、船尾端のプロペラボッシング近傍の外板両舷に船尾端フィンをそれぞれ備える船舶であって、
前記ビルジフィンのプロファイルは船尾方向に向かって上向きの傾斜をなし、
前記船尾端フィンの後端部のプロファイルは、前記プロペラの前進時の回転方向と逆向きの傾斜をなす
ことを特徴とする船舶。
【請求項２】
前記船尾端フィンの前端部のプロファイルは、船尾方向に向かって上向きの緩傾斜をなす
ことを特徴とする請求項１に記載の船舶。
【請求項３】
前記ビルジフィン及び船尾端フィンは単板フィンである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロペラの回転面における伴流分布を改善して伴流利得を得るとともに、プロペラ効率を向上させるフィンを備える船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、船体横断面積は船体中央部（midship）付近で最大になり、船尾及び船首に近づくに従って、徐々に小さくなるが、タンカーやばら積貨物船のような低速船では、垂線間長(length between perpendiculars)の３０％程度の範囲で船体横断面形が船体中央部の横断面形に等しくなるような肥大船形が選択される。また、横断面形が船体中央の横断面形に等しい船体の部分を船体平行部(parallel body)という。
【０００３】
なお、垂線間長は、船尾垂線（after perpendicular 以下、A.P.と略記する）と船首垂線（fore perpendiculars 以下、F.P.と略記する）の水平距離である。ここで、A.P.は、満載喫水線(load line)と舵頭材（rudder stock)の中心線の交点を通る鉛直線、F.P.は満載喫水線と船首材（stem)の前面との交点を通る鉛直線である。
【０００４】
また、スクェヤステーション（square station  以下、SSと略記する）は、A.P.を０、F.P.を１０とする無次元座標であり、船形学の分野において、船体の前後方向の位置を表示するために用いられる。前述の肥大船形の場合、概ねSS３．５からSS６．５の間が船体平行部になる。
【０００５】
船体中央部の横断面形、つまり船体中央断面（midship section）は概ね矩形をなし、船側と船底の間を円弧で結んでいる。この円弧部をビルジ(bilge)と呼び、その半径をビルジ半径と呼ぶ。また、ビルジの上端つまり円弧と船側の垂直面との境界の高さをビルジ高さと呼ぶ。商船の場合、船体中央断面におけるビルジ半径は船体深さのせいぜい１割程度である。
【０００６】
ビルジ半径及びビルジ高さは一定であるが、船体平行部から離れるにしたがって徐々に大きくなり、船底の水平部や船側の垂直部が消滅し、やがて横断面形全体が曲線で構成されるようになる。また、船尾付近はプロペラと舵を装置するために船体の下部が切り欠かれてオーバーハング部を形成する。
【０００７】
さて、このような船舶が一定速度で直進するとき、船体平行部の周囲の海水は船側及び船底に沿って平行に流れる。しかし、船体平行部の後方では、船体平行部において船側に平行に流れていた水流がオーバーハング部に向かうので、下降流が発生する。また、船底の下方で船底に平行に流れていた水流はオーバーハング部に向かうので、上昇流が発生する。この下降流と上昇流は交差して渦（ビルジ渦）となり船体から剥離する。そのため、船体後方の圧力が低下して船体の抵抗が増加するという問題が生じる。
【０００８】
また、船体表面から剥離したビルジ渦はプロペラの回転面の上方を通って船体後方に流れ去り、プロペラの回転面に流入しない場合がある。そのため伴流利得が得られず、プロペラの推進効率が低下するという問題も生じる。
【０００９】
そこで、本願発明者の一人は、船体表面から剥離したビルジ渦をプロペラの回転面に誘導して、プロペラの回転面における伴流分布を改善するために、船体平行部の後方のビルジにフィン(以下、ビルジフィンと呼ぶ）を備えることを、特許文献１において提案している。以下、このビルジフィンについて簡単に説明する。
【００１０】
図６〜図８は、特許文献１に開示された船舶の船体後部の外形図であり、図６は斜視図、図７は側面図、図８は平面図である。
【００１１】
図６〜図８に示すように、船体１１には、舵１２、プロペラ１３及びビルジフィン１４が装置されている。船体１１の船体平行部は船体平行部後端断面１５で終わり、船体１１は船尾端に向かって徐々に絞られている。なお、船体１１の場合、船体平行部後端断面１５はおおよそSS３．４に位置する。また、１６は船側外板平行部境界線、つまり船側とビルジの境界線を示している（図７参照）。
【００１２】
ビルジフィン１４はビルジ渦の発生点の後方に配置する必要があるので、ビルジフィン１４の起点（前端）１７は船体平行部後端断面１５後方のSS１．５からSS２．５の範囲内に選ぶ。また、ビルジフィン１４はビルジ渦の上方近傍に配置する必要があるので、ビルジフィン１４の起点１７の高さは、船体平行部におけるビルジの上端より低くなるようにする。また、ビルジフィン１４の終点（後端）１８は起点１７より高くして、側面図においてビルジフィン１４が船首から船尾に向けて３°〜３０°の上向きの傾斜を持つようにする（図７参照）。
【００１３】
なお、ビルジフィン１４の有効長さ１９は船体平行部におけるビルジ半径以下に、ビルジフィン１４の幅２０は船体平行部におけるビルジ半径の２０％〜５０％とするのが望ましい（図８参照）。
【００１４】
図９は、船体１１を船尾方向から見た図であり、図７でＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線で示した断面で切断した横断面（つまり、起点１７及び終点１８に於ける船体横断面）とビルジフィン１４を示している。図９から判るように、ビルジフィン１４はその整流面（水流を受ける面）が船体外板に直角になるように取り付けられている。
【００１５】
図１０は、ビルジフィン１４の作用を説明する説明図である。ビルジフィン１４を備えない場合、ビルジ渦は流線２１で示すように船体平行部の後端付近で船体から剥離して、プロペラ１３の上方の領域２２に向かって流れるので、ビルジ渦の上端はプロペラ１３の回転面には流入しない。一方、ビルジフィン１４を備えると、領域２２に向かうビルジ渦の流れは下向きに偏向されて、ビルジ渦の全体が流線２３で示すようにプロペラ１３の回転面に流入する。
【００１６】
図１１および図１２は、プロペラ１３の回転面における伴流分布図であり、図１１はビルジフィン１４を備えない場合、図１２は、ビルジフィン１４を備える場合を、それぞれ示している。なお、図１１及び図１２において、等高線に付した数値は伴流係数と呼ばれる無次元数であり、（Ｖ−Ｖａ）／Ｖで表される。ただし、Ｖは船速であり、Ｖａはプロペラ１３の回転面に流入する水流の速度である。伴流係数が大きくなると、プロペラ１３の回転面に流入する水流のプロペラ１３から見た相対速度が小さくなるので、プロペラ１３の推進効率は高くなる。
【００１７】
図１１と図１２を比較すると、ビルジフィン１４が船体から剥離したビルジ渦をプロペラ１３の回転面に誘導して、プロペラ１３の回転面における伴流を大きくしていることが理解できる。
【００１８】
【特許文献１】実用新案登録第３０９７６５３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
このように、特許文献１の発明は、プロペラ１３の回転面における伴流を大きくするので、プロペラ１３の推進効率を高くすることができる。
【００２０】
しかしながら、ビルジフィン１４によってプロペラ１３の回転面に誘導されるビルジ渦はプロペラ１３の回転面の上半円に偏り、下半円にはビルジフィン１４の効果が及ばないので、上半円に比べて下半円の伴流係数は小さい（図１２参照）。そのため、プロペラ２の推進効率の改善はまだ十分でないという問題がある。
【００２１】
本発明はこの課題を解決するためになされたものであり、プロペラの直前の下方の船体表面に沿う水流をプロペラの回転面の下半円に誘導して、下半円における伴流分布を改善するとともに、プロペラの回転方向と逆向きの旋回流を励起して、プロペラ効率の向上をせしめて、船舶の燃料消費の改善を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の船舶の第１の構成は、船体平行部の後端より後方のビルジ部の外板両舷にビルジフィンを、船尾端のプロペラボッシング近傍の外板両舷に船尾端フィンをそれぞれ備える船舶であって、前記ビルジフィンのプロファイルは船尾方向に向かって上向きの傾斜をなし、前記船尾端フィンの後端部のプロファイルは、前記プロペラの前進時の回転方向と逆向きの傾斜をなすことを特徴とする。
【００２３】
ここで、プロファイルとは側面図（フィンを船体の右舷又は左舷から見た正投影図）に現れるフィンの形状をいう。
【００２４】
また、プロペラの前進時の回転方向と逆向きの傾斜をなすとは、右回りのプロペラ（船尾方向から見て時計周りに回転する時に前進推力を発生するプロペラ）を備えた船舶においては、右舷のフィンの後端部に船尾方向に向かって上向きの傾斜を、左舷のフィンの後端部側に船尾方向に向かって下向きの傾斜をそれぞれ与えることを意味する。また、左回りのプロペラを備えた船舶においては、右舷のフィンの後端部に船尾方向に向かって下向きの傾斜を、左舷のフィンの後端部に船尾方向に向かって上向きの傾斜をそれぞれ与えることを意味する。
【００２５】
この構成によれば、船尾端フィンとビルジフィンの両方を備えるので、プロペラの回転面の下半円の伴流分布は船尾端フィンによって改善され、上半円の伴流分布はビルジフィンによって改善されるので、プロペラの回転面の全域で伴流分布が改善され、その結果、船舶の燃料消費率が向上する。
【００２６】
また、船尾端フィンの後端に前記プロペラの回転方向と逆向きの傾斜を与えているので、プロペラの回転方向と逆向きの旋回流が励起される。そのため、水流に対するプロペラの翼の仰角が大きくなるとともに、プロペラの見かけ上のピッチが大きくなるので、プロペラ効率が改善される。
【００２７】
本発明の船舶の第２の構成は、前記第１の構成に加えて、前記船尾端フィンの前端部のプロファイルは、船尾方向に向かって上向きの緩傾斜をなすことを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、船尾端フィンの前端に、船尾方向に向かって上向きの緩傾斜を与えるので、船尾方向に向かって斜め上方に流れる船体表面の水流が浅い角度で船尾端フィンに当たる。そのため、フィンによる抵抗増加を抑制しつつ、効率よく水流の向きを変えることができる。なお、ここで、緩傾斜とはフィンの後端側に比べて傾斜が緩やかであるあることを意味する。
【００２９】
なお、船尾端フィンの前端部と後端部のプロファイルを滑らかな曲線で結べば、前端部と後端部の境界で水流が乱れないので、更に効率よく水流の向きを変えることができる。
【００３０】
本発明の船舶の第３の構成は、前記第１又は第２の構成に加えて、前記ビルジフィン及び船尾端フィンは単板フィンであることを特徴とする。
【００３１】
ここで、単板フィンとは、単一の板材から切り抜かれた部材のみからなるフィンをいい、複数の部材を組み立ててなるビルドアップ(build up)フィンと対立する概念である。
【００３２】
この構成によれば、切断と曲げ加工だけでフィンを製造できるので、フィンを安価に製造することができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、本発明によれば、船舶の推進性能を改善して、燃料消費率の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００３５】
図１は、本発明の実施例に係る船舶の側面図であり、船体１の船体中央（SS５）より後方の部分を示している。図１に示すように、船体１は船尾にプロペラ２を備え、プロペラ２の直前に船尾端フィン３を、SS２．４付近のビルジ部にビルジフィン４を備えている。また、５は船側外板平行部境界線、６は船体平行部後端、７はオーバーハング部の最奥部をそれぞれ示している。なお、プロペラ２は船尾から見て時計回りに回転するときに、前進推力を発生する右回りのプロペラである。したがって、船体１が前進するときに、プロペラ２の回転面の（船尾から見て）右側ではプロペラ２の翼は上から下に移動し、左側では下から上に移動する。
【００３６】
船尾端フィン３は、プロペラ２の直前の船尾部の両側に配置された整流板であり、右舷の船尾端フィン３ｓの後端部は船尾に向かって上向きに傾斜し、図示しない左舷の船尾端フィン３ｐの後端部は船尾に向かって下向きに傾斜している。そのため、右舷側の船尾端フィン３ｓは、プロペラ２に向かう水流を上向きに誘導し、左舷側の船尾端フィン３ｐは、プロペラ２に向かう水流を下向きに誘導する。このようにして、船尾端フィン３はプロペラ２の回転方向と逆向きの旋回流を励起する。
【００３７】
また、左右舷ともに、船尾端フィン３の前端部は船首方向に向かって緩やかな下り勾配を備えている。この下り勾配を備えることによって、船底から船尾のオーバーハングに向けて流れる水流ａに対する迎え角を小さくできるので、船尾端フィン３の表面での乱流の発生を抑制して、水流ａをプロペラ２の回転面の下半円に効率よく誘導することができる。
【００３８】
ビルジフィン４は、船体１の左右舷に対称に配置された整流板である。なお、ビルジフィン４の作用及び効果については、すでに述べたので、ここでは説明を省略する。
【００３９】
図２は、船体１を船尾方向から見た図であり、図１でＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線で示した断面で切断した横断面形と船尾端フィン３及びビルジフィン４を示している。図２から判るように、船尾端フィン３及びビルジフィン４はその整流面が船体外板に直角になるように取り付けられている。なお、８はプロペラ２のボスの外径、Ｐはプロペラ２の回転方向、Ｆｓは右舷の船尾端フィン３ｓが誘導する水流の方向、Ｆｐは左舷の船尾端フィン３ｐが誘導する水流の方向を、それぞれ示している。
【００４０】
図３は、右舷の船尾端フィン３ｓの側面図であり、図４は左舷の船尾端フィン３ｐの側面図である。
【００４１】
船尾端フィン３は、プロペラ２の前方の船底部からオーバーハング部に向かって流れる水流ａ（図１参照）をプロペラ２の回転面の下半円に誘導する整流板であるから、プロペラ２の中心より下方であって、オーバーハング部の最奥部７（図１参照）に可能な限り接近させることが望ましい。そこで、船尾端フィン３の最後端が、プロペラ２のボッシングの下端の近傍になるように、船尾端フィン３の位置を選んだ。
【００４２】
船尾端フィン３の長さ及び幅は、プロペラ２の直径Ｄｐを基準に適宜選択する。船尾端フィン３を必要以上に大きくすれば、船尾端フィン３自身が抵抗源となり、燃料消費削減効果を減殺するので、実験あるいは計算によって、最適値を求める。なお、船尾端フィン３の長さの最適値は概ね０．５Ｄｐから１．０Ｄｐの間にある。
【００４３】
また、船尾端フィン３の前端部には船首方向に向かって３°〜５°程度の下り勾配を与え、船尾端フィン３に流入する水流に対する迎角を小さくする。
【００４４】
右舷の船尾端フィン３ｓの後端部には、船尾方向に向かって１５°〜２５°の登り勾配を与え（図３参照）、右舷の船尾端フィン３ｐの後端部には、船尾方向に向かって１５°〜２５°の下り勾配を与える（図４参照）。なお、後端部の角度は、実験によって決定する。
【００４５】
また、船尾端フィン３の勾配は、前端部と後端部で異なるが、この勾配は連続的に変化させるのがよい。前端部と後端部の境界に折れ角があると、その部分で流れが乱れるからである。本実施例では、船尾端フィン３の前端部と後端部ではプロファイルが直線をなすようにするとともに、前端部と後端部の間を前記直線に接する円弧で結んだ。
【００４６】
なお、船尾端フィン３は、圧延鋼板を切り出して、図３及び図４に示すプロファイルをなすように曲げ加工を行って製作する。
【００４７】
図５は、ビルジフィン４の側面図である。図５に示すように、ビルジフィン４の前端はＳＳ２．４の位置にある。また、ベースラインから測ったビルジフィン４の前端の高さは約１．３ｍであり、船体平行部におけるビルジ高さ１．５ｍより低い。また、ビルジフィン４のプロファイルは船尾方向に向けて登り勾配を備えている。
【００４８】
なお、船尾端フィン３と同様にビルジフィン４は、１枚の圧延鋼板を切り出して製作する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例を示す船舶の側面図である。
【図２】前記船舶を船尾方向から見た図である。
【図３】本発明の実施例に係る右舷側の船尾端フィンの側面図である。
【図４】本発明の実施例に係る左舷側の船尾端フィンの側面図である。
【図５】本発明の実施例に係るビルジフィンの側面図である。
【図６】従来技術の例を示す船舶の船体後部の斜視図である。
【図７】前記船舶の側面図である。
【図８】前記船舶の平面図である。
【図９】前記船舶を船尾方向から見た図である。
【図１０】ビルジフィンの作用を説明する説明図である。
【図１１】ビルジフィンを備えない場合のプロペラの回転面における伴流分布図である。
【図１２】ビルジフィンを備える場合のプロペラの回転面における伴流分布図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  船体
２  プロペラ
３  船尾端フィン
３ｐ 左舷の船尾端フィン
３ｓ 右舷の船尾端フィン
４  ビルジフィン
５  船側外板平行部境界線
６  船体平行部後端
７  オーバーハング部の最奥部
８  プロペラのボスの外径
９  船尾管
１１  船体
１２  舵
１３  プロペラ
１４  ビルジフィン
１５  船体平行部後端断面
１６  船側外板平行部境界線
１７  起点
１８  終点
１９  有効長さ
２０  幅
２１  流線
２２  領域
２３  流線
【図１】
2008260445.tif 000003
【図２】
2008260445.tif 000004
【図３】
2008260445.tif 000005
【図４】
2008260445.tif 000006
【図５】
2008260445.tif 000007
【図６】
2008260445.tif 000008
【図７】
2008260445.tif 000009
【図８】
2008260445.tif 000010
【図９】
2008260445.tif 000011
【図１０】
2008260445.tif 000012
【図１１】
2008260445.tif 000013
【図１２】
2008260445.tif 000014