(57)【要約】【課題】  推進性能に影響しないで、かつ、プロペラで発生する変動圧力を低減させるとともに変動圧力による船体振動への影響を低減させる整流フィン装置およびこれを取り付けた船舶を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の整流フィン装置１１は、船尾下部に、前方からプロペラ９上部位置まで延設された左右一対のフィン１３，１３を設け、これら左右一対のフィン１３，１３は、相互の間隔がフィン１３，１３後端でフィン１３，１３前端より小さくなるように配置するとともに、全ての前記間隔部分には、船底形状を存在させたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船尾下部に、前方からプロペラ上部位置まで延設された左右一対のフィンを設け、これら左右一対の前記フィンは、相互の間隔がフィン後端でフィン前端より小さくなるように配置するとともに、全ての前記間隔部分には、船底形状を存在させたことを特徴とする整流フィン装置。
【請求項２】
前記プロペラの上部における前記フィンの先端近傍には、喫水線が位置することを特徴とする請求項１に記載された整流フィン装置。
【請求項３】
前記フィンの後端部は、その高さが漸減するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載された整流フィン装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載された整流フィン装置を取り付けたことを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流フィン装置およびこれを取り付けた船舶に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロペラ付近の伴流を改善してプロペラの推進効率を向上させるものとして、図３に示すトンネルフィン１０１が知られている。図３は、プロペラ１０２部分の横断面を示している。このトンネルフィン１０１は、喫水線１０３よりも下方であって、プロペラ１０２より上方でかつ前方の船体１０４表面から突出させた整流フィンを、プロペラ１０２より下流側まで延長したものである。そして、整流フィンのプロペラ１０２側をトンネル状の曲線形状として、トンネルフィン１０１を形成している。トンネルフィン１０１は、プロペラ付近の水流を整流し加速することにより、推進性能を向上させるとともに、プロペラが発生する変動圧力も低減させることが確認されている。
しかしながら、船体１０４とプロペラ１０２の間にトンネル状の曲線形状を設けているので、プロペラに対向する対向面１０５との距離が小さくなり、プロペラの変動圧力を大きく受けてしまうという問題点があった。
また、喫水の浅い船舶の場合、プロペラ１０２直上部においては、船体１０４がほとんど接水しないにも拘わらず、トンネルフィンの対向面１０５および側面１０６の大部分が接水するため、プロペラの変動圧力を受ける接水面積が増加する。この接水面積の増加により、船体はプロペラの変動圧力を多く受けることになる。
これらの問題を解決するものとして、特許文献１に示すものが提案されている。
これは、前記対向面に多数の穴を設けて、プロペラの変動圧力を受ける面積を減少しようとするものである。
さらに、この提案を進めて、トンネルフィンをプロペラの前方部分で切断して、プロペラ直上部分にトンネルフィンを存在させないことも考えられる。こうすると、プロペラ直上部で、プロペラの変動圧力を受ける接水面積は、トンネルフィンを設けないものと比べて増加しないことになるが、切断されたトンネルフィンにより船尾流れが乱され推進性能の悪化をまねく。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０４２８５号公報（段落［０００８］〜［００１０］，及び図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示すものは、従来のトンネルフィンと同様に対向面１０５との距離が小さいため、プロペラの変動圧力を大きく受けてしまうことに変わりはない。
また、対向面１０５に多数の穴を設けて受圧面積を減少させても、対向面１０５の残りの部分および側面１０６の大部分で構成される接水面積は、トンネルフィン１０１を設けない場合に比べて大きいので、プロペラから受ける変動圧力の低減効果は不十分である。
この両者があいまって、プロペラから受ける変動圧力による船体振動の低減は不十分である。
また、トンネルフィンをプロペラの前方部分で切断するものは、プロペラの変動圧力の改善については効果があると考えられる。しかしながら、切断した部分に、水の流れ方向に対して船体側に離れる形状の角部ができるので、この角部において水のはく離が発生して渦ができる。そのため、推進抵抗が増加して、船舶の推進性能が低下するという問題点となる。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、推進性能に影響しないで、かつ、プロペラで発生する変動圧力を低減させるとともに変動圧力による船体振動への影響を低減させる整流フィン装置およびこれを取り付けた船舶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明にかかる整流フィン装置は、船尾下部に、前方からプロペラ上部位置まで延設された左右一対のフィンを設け、これら左右一対の前記フィンは、相互の間隔がフィン後端でフィン前端より小さくなるように配置するとともに、全ての前記間隔部分には、船底形状を存在させたことを特徴とする。
【０００７】
このように、前方からプロペラ上部位置まで延設された左右一対のフィンの間隔は、フィン後端でフィン前端より小さくなるように配置されているので、水流は整流されるとともに速度が高められた状態でプロペラ上部へ流入する。そのため、プロペラ上部の遅い流れが速まり、プロペラ回転面における速度勾配も小さくなるので、プロペラ翼面でのキャビテーション発生が少なくなる。したがって、キャビテーションの崩壊による変動圧力が少なくなる。
なお、ここで、「プロペラ上部位置」とは、プロペラセンター位置から前後にプロペラ直径の半分の範囲を指すものである。
そして、フィン間に船底形状を存在させたので、プロペラで発生した変動圧力は、船底とプロペラの間にトンネルフィンを設けた従来のものに比べてトンネル曲面を形成するトンネルフィンの厚み分だけ長い距離伝達されることになる。そのため、従来に比べてより変動圧力は、減衰されて船体に伝達される。
また、プロペラ上部には、突起したフィンと船底形状のみが存在しており、トンネルフィンにあるトンネル状の曲面のような大きな面積を持つ部材がないので、接水面が少なくなる。接水面が少なくなると、プロペラで発生した変動圧力を受ける面積が少なくなるので、変動圧力の影響が少なくなる。
したがって、プロペラで発生する変動圧力が減少し、かつ、より減衰されて伝達され、しかも、変動圧力を受ける面積が少ないので、この変動圧力による船体の振動発生が減少する。
なお、船底形状は、船体の一部であってもよいし、船体に沿ってフィンと一体構造とされていてもよい。
【０００８】
また、本発明による整流フィン装置は、前記プロペラの上部における前記フィンの先端近傍には、喫水線が位置することを特徴とする。
【０００９】
このように、前記プロペラの上部における前記フィンの先端近傍だけが接水するので、フィンを設けないに場合に比べて受圧面積の増加がほとんどない。そのため、プロペラで発生した変動圧力を受ける面積は、ほとんど船底形状の一部分となる。したがって、トンネルフィンと比べて、プロペラで発生した変動圧力を受ける面積は格段に減少するので、変動圧力による船体の振動発生はさらに減少する。
【００１０】
さらに、本発明による整流フィン装置は、前記フィンの後端部は、その高さが漸減するように構成されたことを特徴とする。
【００１１】
このように、フィンの後端部は、高さが漸減するように構成されているので、フィンの後端部で水流のはく離がおこらない。したがって、流れのはく離による渦等の抵抗が発生しないので、船の推進性能の低下を防止することができる。
【００１２】
また、本発明による船舶は、請求項１ないし３のいずれかに記載された整流フィン装置を取り付けたことを特徴とする。
【００１３】
このように、プロペラでの変動圧力を減少させ、かつ発生した変動圧力の影響を受け難い整流フィン装置を取り付けているので、船体に発生する振動が低減されるとともに推進性能の低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載された発明によると、プロペラ直上部分のフィン間に船底形状を存在させたので、プロペラで発生した変動圧力は長い距離伝達されることになる。また、プロペラで発生した変動圧力を受ける面積が少なくなるので、変動圧力の影響が少なくなる。
したがって、プロペラで発生する変動圧力が減少し、かつ、より減衰されて伝達され、しかも、変動圧力を受ける面積が少ないので、この変動圧力による船体の振動発生が減少する。
【００１５】
請求項２に記載された発明によると、プロペラの上部において、フィンの先端近傍に喫水線が位置しているので、プロペラで発生した変動圧力を受ける面積は、ほとんど船底形状の一部分となる。したがって、トンネルフィンと比べて、プロペラで発生した変動圧力を受ける面積は格段に減少するので、変動圧力による船体の振動発生はさらに減少する。
【００１６】
請求項３に記載された発明によると、フィンの後端部は、高さが漸減するように構成されているので、船の推進性能の低下を防止することができる。
【００１７】
請求項４に記載された発明によると、プロペラでの変動圧力を減少させ、かつ発生した変動圧力の影響を受け難い整流フィン装置を取り付けているので、船体に発生する振動が低減されるとともに推進性能の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の一実施形態について、図１、図２および図４〜図７を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る整流フィン装置を取り付けた船舶の後部を示す部分側面図である。本実施形態は、ＬＮＧ船、コンテナ船等の喫水の浅い船に適用したものである。
【００１９】
船体１の後端部には、船尾突出部（船尾）３がある。船尾突出部３の下部には、舵５が取り付けられている。船体１の下部後方部で、舵５より前方には、プロペラシャフトを支持するプロペラ支持部６が設けられている。プロペラ支持部６は、船体１の幅方向中心位置に、長手方向に延設されている。プロペラ支持部６は、後方から見ると、略三角形状に突出して設けられている。そして、プロペラ支持部６は、船体１に滑らかな曲線で連続している。
【００２０】
プロペラ支持部６の後端には、ボス部７が設けられている。ボス部７には、船尾管を介してプロペラシャフトが支持されている。プロペラシャフトの後端には、プロペラ９が取り付けられている。舵５の上端部近くには、喫水線１０が位置するように設計されている。
【００２１】
整流フィン装置１１は、プロペラ支持部６を挟んで対称的に設けられた左右一対のフィン１３，１３で構成されている。フィン１３，１３は、喫水線１０の下方位置で、船体１から突出して設けられている。フィン１３，１３は、船体１の長手方向に延設され、相互の間隔がフィン後端でフィン前端より小さくなるように設けられている。
【００２２】
フィン１３，１３には、船体１に取り付けられる所定幅を有する基部１５が設けられている。フィン１３，１３は、基部１５から先端部１７に向けて横断面が略三角形状になるように突出して設けられている。
フィン１３，１３の先端部１７は、高さが、フィン１３，１３の前端部から漸増し、所定範囲で一定長さ維持した後、漸減する。この漸減する位置は、後端からフィン１３，１３長さの約三分の一のところである。
【００２３】
図２は、図１のＸ−Ｘ断面を示し、プロペラ９直上のフィン１３，１３と船底との位置関係を示す説明図である。
フィン１３，１３には、外側面１９と内側面２１とが形成されている。船体１の長手方向に垂直な面で切断した時、フィン１３，１３の内側面２１，２１は、それぞれ、同一中心を有する円弧または曲面で構成されている。そして、フィン１３，１３の全長に亘り、フィン１３，１３の内側面２１，２１は、連続して存在する（一体に形成される）ことはない。つまり、左右のフィン１３，１３は、それぞれ別体で構成されている。
プロペラ９の上部において、フィン１３，１３の先端部１７は、その高さが低くなっているため、喫水線１０の少し下側に位置している。
フィン１３，１３の間には、船体１の下部（船底形状）が喫水線１０より下側に突出している。
【００２４】
以上説明した本実施形態にかかる船舶は、以下のように動作する。
回転するプロペラ９が発生する推進力により、船舶は推進される。この船舶の推進により船底に沿って流れる水流は、船舶の後端部分において、整流フィン装置１１を構成するフィン１３，１３により案内されて、整流される。同時に、フィン１３，１３は、プロペラ９側に行くに従い両者の間隔が小さくなっているため、内側面２１，２１の間を流れる水流は、流れの幅を狭められることになる。それにより、水流は加速されて、速度を高めることとなる。
【００２５】
この整流と加速は、主として、フィン１３，１３の高さの高い範囲で行われる。そして、高さが漸減して船体１に滑らかに連続する表面形状をしているフィン１３，１３の後部において、水流はフィン１３，１３および船体１の表面に沿って滑らかに流れてプロペラ９の上部へ流入する。したがって、整流フィン装置１１において、流れのはく離はほとんど発生しない。
【００２６】
このように、整流されるとともに加速されて速度を高められた水流がプロペラ９上部へ流入することにより、プロペラ上部の遅い流れが速まり、プロペラ回転面における速度勾配も小さくなる。
この状況について、図４〜図７により説明する。
これらの図は、プロペラ位置における流速分布を示している。いずれも同じ船型モデルを使用して行った試験の結果である。図４は、本実施形態の整流フィン装置１１を設けたものの結果を示す。図５は、図３に示す従来のトンネルフィンを設けたものの結果を示す。図６は、図３に示す従来のトンネルフィンをプロペラの上部前方位置で切断したものの結果を示す。図７は、特別な整流手段を設置していないものの結果を示す。
【００２７】
図４〜図７において、２３はプロペラ９先端の回転軌跡を、２５はプロペラボスを示している。Ｗｘは伴流係数である。伴流係数Ｗｘは、Ｖｘを船長方向の流速成分、Ｖｓを船速としたときに、Ｗｘ＝１−Ｖｘ／Ｖｓで表される。そして、各図の右端に示す３個の数字は、それぞれ中心線上での伴流係数を示している。上からそれぞれ、プロペラ長さの１．１倍の位置、０．９倍の位置、０．７倍の位置における伴流係数を示している。
なお、図４〜図７は、左右両舷対象であり、かつプロペラ上部の状況を示す意味で、左上半分を示している。
【００２８】
図４〜図７を見ると、本実施形態の整流フィン装置を設けたもの（図４）、トンネルフィンを設置したもの（図５）およびトンネルフィンをプロペラの前方で切断したもの（図６）は、ほぼ同等の流速分布を示し、それぞれ特別な整流手段を設置していないもの（図７）に比べて格段に改善されていることがわかる。すなわち、本実施形態にかかる整流フィン装置１１は、プロペラ上部における流速分布について、従来のトンネルフィンと同等の改善効果を有している。
【００２９】
図４に示すような流速分布を持つ流場でプロペラ９が回転すると、上部における流速の遅い部分でプロペラ９の翼面にキャビテーションが発生する。そのキャビテーションが崩壊するときに変動圧力を生じる。これが、プロペラ９が発生する変動圧力として、船体に伝達される。
【００３０】
本実施形態の整流フィン装置１１は、それを有しないものに比べて、流速分布が格段に改善されているので、この変動圧力の大きさが低減されている。
そして、プロペラの直上部分においては、フィン１３，１３は、その先端部分が喫水線より下になっているだけであり、プロペラ９の変動圧力を受ける部分の距離および接水面積は、整流フィン装置１１を備えていないものとほぼ同等といえる。
したがって、プロペラ９が発生する変動圧力による船体１の振動発生が減少することになる。
【００３１】
一方、トンネルフィンの場合にも、プロペラ９で発生する変動圧力は、本実施形態と同様に低減される。
しかしながら、トンネルフィンは船体１とプロペラ９の間にトンネル状の曲面を有しているので、この曲面部分が変動圧力を受けることになる。この曲面部分は、船体１に比べてプロペラ９までの距離が近く、かつ、接水面積も大きいので、変動圧力の影響は大きくなる。そのため、プロペラ９で発生する変動圧力を低減させてもその影響を多く受けることになるので、船体１の振動発生を減少させる効果は不十分である。
【００３２】
以下、本実施形態にかかる整流フィン装置１１およびそれを取り付けた船舶の作用・効果を説明する。
前方からプロペラ９上部位置まで延設された左右一対のフィン１３，１３の間隔は、プロペラ９側へ行くに従い小さくなるように配置されているので、水流は整流されるとともに速度が高められた状態でプロペラ９上部へ流入する。そのため、プロペラ９上部の遅い流れが速まり、速度勾配も小さくなるので、プロペラ９翼面でのキャビテーション発生が少なくなる。したがって、キャビテーションの崩壊による変動圧力が少なくなる。
そして、プロペラ直上部分のフィン１３，１３間に船底形状を存在させたので、プロペラ９で発生した変動圧力は、従来の船体１とプロペラ９の間にトンネル状の曲面を有するトンネルフィンに比べてトンネル状の曲面がない分長い距離伝達されることになる。そのため、従来に比べてより変動圧力は、減衰されて船体に伝達される。
また、プロペラ９上部には、突起したフィン１３，１３と船底形状のみが存在しており、トンネルフィンにあるトンネル状の曲面のような大きな面積を持つ部材がないので、接水面が少なくなる。接水面が少なくなると、プロペラ９で発生した変動圧力を受ける面積が少なくなるので、変動圧力の影響が少なくなる。
したがって、プロペラ９で発生する変動圧力が減少し、かつ、より減衰されて伝達され、しかも、変動圧力を受ける面積が少ないので、この変動圧力による船体の振動発生が減少する。
【００３３】
また、プロペラ９の上部における前記フィンの先端近傍には、喫水線１０が位置しているので、フィン１３，１３を設けないに場合に比べて受圧面積の増加が少ない。そのため、プロペラ９で発生した変動圧力を受ける面積は、ほとんど船底形状の一部分となる。したがって、トンネルフィンと比べて、プロペラで発生した変動圧力を受ける面積は格段に減少するので、変動圧力による船体の振動発生はさらに減少する。
【００３４】
さらに、フィン１３，１３の後端部は、高さが漸減するように構成されているので、フィンの後端部で水流のはく離がおこらない。したがって、流れのはく離による渦等の抵抗が発生しないので、船の推進性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る整流フィン装置を取り付けた船舶の後部を示す部分側面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面を示す説明図である。
【図３】従来のトンネルフィンを設けた船舶の図２と同じ断面を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る整流フィン装置を取り付けた船舶の船型試験の結果得られたプロペラ位置における流速分布を示す説明図である。
【図５】従来のトンネルフィンを取り付けた船舶の船型試験の結果得られたプロペラ位置における流速分布を示す説明図である。
【図６】従来のトンネルフィンをプロペラ前方で切断したものを取り付けた船舶の船型試験の結果得られたプロペラ位置における流速分布を示す説明図である。
【図７】整流手段を取り付けていない船舶の船型試験の結果得られたプロペラ位置における流速分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  船体
３  船尾突出部
９  プロペラ
１０  喫水線
１１  整流フィン装置
１３  フィン
【図１】
2005145352.tif 000003
【図２】
2005145352.tif 000004
【図３】
2005145352.tif 000005
【図４】
2005145352.tif 000006
【図５】
2005145352.tif 000007
【図６】
2005145352.tif 000008
【図７】
2005145352.tif 000009