(57)【要約】【課題】舵面積を大きくすることなく舵直圧力を増大させ、かつ船舶の推進性能を改善することができる船舶用舵を提供する。【解決手段】船舶に固定され下方に延びるラダーホーン１２と、ラダーホーン１２の後方に取り付けられ、舵軸１５を中心に所定の舵角範囲（例えば±３５°）で操舵可能な方向舵１４と、ラダーホーン１２に取り付けられ、船舶の幅方向両側に間隔を隔てて位置し、鉛直方向に延びる少なくとも１対のフィン１６とを備える。フィン１６は、好ましくは翼形であり、進行方向成分を有する揚力Ｆを発生し、かつ舵角範囲で方向舵１４における流れの剥離を抑制する。【選択図】図２
2017171151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶のプロペラ後方に設けられた船舶用舵であって、
前記船舶に固定され下方に延びるラダーホーンと、
前記ラダーホーンの後方に取り付けられ、舵軸を中心に所定の舵角範囲で操舵可能な方向舵と、
前記ラダーホーンに取り付けられ、前記船舶の幅方向両側に間隔を隔てて位置し、鉛直方向に延びる少なくとも１対のフィンと、を備え、
前記フィンは、前記船舶の進行方向成分を有する揚力を発生し、かつ前記舵角範囲で前記方向舵における流れの剥離を抑制する、船舶用舵。
【請求項２】
前記フィンを前記ラダーホーンに取り付けるステーを有する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項３】
前記フィンの断面形状は、翼形であり、
進行方向に前記揚力を発生するキャンバー又は迎え角を有する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項４】
前記フィンは、前記舵軸の近傍、又は前記舵軸よりも前方に位置する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項５】
前記フィンは、前記方向舵の前記舵角範囲の外側に位置する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項６】
プロペラの軸線上の舵コード長に対して、
フィンコード長は、前記舵コード長の５〜３０％の範囲であり、
前記フィンの前記ラダーホーンの外面からの間隔は、前記舵コード長の３〜１５％の範囲である、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項７】
前記フィンのプロペラの軸線からの高さは、少なくともプロペラ径の３０〜６０％を含む、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項８】
前記フィンは、前記ラダーホーンの全高さにわたって設けられている、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項９】
前記ステーの断面形状は、翼形であり、前記進行方向成分を有する揚力を発生する、請求項２に記載の船舶用舵。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶のプロペラ直後に設けられた船舶用舵に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶の多くが水中に舵（以下、「船舶用舵」）を有し、舵によって水流の流れを変えて進行方向を変更又は調節する。船舶用舵は、大型船では船体後部の船底付近に取り付けられ、船体中心軸に対する角度を左右に変えることができる。プロペラを持つ船舶では舵の多くがプロペラ直後に位置し、前進回転中のプロペラが生み出す強い水流の向きを右、又は左方向へと変えることで船体の向きを変える。
【０００３】
上述した船舶用舵の性能を高めるために、種々の提案がすでにされている（例えば、特許文献１，２）。
【０００４】
特許文献１の「フラップ付き舵」では、水面上方に上端部の一部が露出する可動フラップを舵板の後縁に付設する。このフラップを鉛直方向にすきまを介して上下方向に複数に分割して構成する。
【０００５】
特許文献２の「船舶用舵装置」では、船体に舵板を回動可能に支持するラダーホーンの両側にフィンを設け、このフィンを前進翼とするとともに、従来に比べ翼厚を厚くする。これにより、プロペラ面での流れを遅くし、プロペラ面流場の改善による伴流率及び推進器効率比の改善を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−４８３７３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２３８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
船舶用舵は、舵面積を大きくすれば、舵直圧力が増大して操縦性は良くなるが、推進性能が悪化する。そのため、舵面積を大きくすることなく舵直圧力を増大させることが、従来から望まれている。
【０００８】
本発明はかかる要望を満たすために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、舵面積を大きくすることなく舵直圧力を増大させ、かつ船舶の推進性能を改善することができる船舶用舵を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、船舶のプロペラ後方に設けられた船舶用舵であって、
前記船舶に固定され下方に延びるラダーホーンと、
前記ラダーホーンの後方に取り付けられ、舵軸を中心に所定の舵角範囲で操舵可能な方向舵と、
前記ラダーホーンに取り付けられ、前記船舶の幅方向両側に間隔を隔てて位置し、鉛直方向に延びる少なくとも１対のフィンと、を備え、
前記フィンは、前記船舶の進行方向成分を有する揚力を発生し、かつ前記舵角範囲で前記方向舵における流れの剥離を抑制する、船舶用舵が提供される。
【００１０】
前記フィンを前記ラダーホーンに取り付けるステーを有する。
【００１１】
前記フィンの断面形状は、翼形であり、
進行方向に前記揚力を発生するキャンバー又は迎え角を有する。
【００１２】
前記フィンは、前記舵軸の近傍、又は前記舵軸よりも前方に位置する。
【００１３】
前記フィンは、前記方向舵の前記舵角範囲の外側に位置する。
【００１４】
プロペラの軸線上の舵コード長に対して、
フィンコード長は、前記舵コード長の５〜３０％の範囲であり、
前記フィンの前記ラダーホーンの外面からの間隔は、前記舵コード長の３〜１５％の範囲である。
【００１５】
前記フィンのプロペラの軸線からの高さは、少なくともプロペラ径の３０〜６０％の範囲を含む。
【００１６】
前記フィンは、前記ラダーホーンの全高さにわたって設けられている。
【００１７】
前記ステーの断面形状は、翼形であり、前記進行方向成分を有する揚力を発生する。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の構成によれば、ラダーホーンにフィンを取付けることで、プロペラ後方の排除厚影響が大きくなり、プロペラ前後の流れ（伴流）がフィンのない時よりも遅くなり、有効伴流が改善され、プロペラ効率が向上する。
【００１９】
また、プロペラの回転流中にあるフィンが進行方向成分を有する揚力を発生するので、舵の抗力を低減し、揚抗比を改善することができる。
【００２０】
さらに、フィンが舵角範囲で方向舵における流れの剥離を抑制するので、舵を大きく切った時に剥離を抑えることができ、従来の舵より舵直圧力を増加させることができる。
【００２１】
従って、本発明により、舵面積を大きくすることなく舵直圧力を増大させ、かつ船舶の推進性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による船舶用舵の全体構成図である。
【図２】図１（Ｂ）の部分拡大図である。
【図３】本発明による船舶用舵の実施例１を示す図である。
【図４】実施例１の方向舵の舵力計測試験の結果を示す図である。
【図５】本発明による船舶用舵の実施例２を示す図である。
【図６】実施例１，２の船舶用舵の推進性能試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の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。
【００２４】
図１は、本発明による船舶用舵１０の全体構成図である。この図において、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【００２５】
本発明の船舶用舵１０は、船舶１のプロペラ２の後方に設けられた舵である。
【００２６】
図１において、本発明の船舶用舵１０は、ラダーホーン１２、方向舵１４、及び少なくとも１対のフィン１６を備える。
【００２７】
ラダーホーン１２は、船舶１の後部に固定され下方に延びる。
図１（Ｂ）に示すように、ラダーホーン１２の水平断面は、上流側が流線形に形成され、流れに対する抵抗を低減するようになっている。また、その下流側は、上流側に凹んだ円弧状の凹面に形成され、その凹面に方向舵１４の上流側が位置する。
また、図１（Ａ）に示すように、ラダーホーン１２は、その下端に下流側に突出した水平支持部１２ａを有する。
【００２８】
方向舵１４は、ラダーホーン１２の後方に取り付けられ、舵軸１５を中心に揺動可能に構成されている。舵軸１５は、この例では、ラダーホーン１２の水平支持部１２ａに設けられた鉛直軸である。
この例において、ラダーホーン１２と方向舵１４は、全体として矩形であり、その上部上流側にラダーホーン１２が位置し、その後方に舵軸１５を介して方向舵１４が舵軸１５を中心に所定の舵角範囲で操舵可能に構成されている。所定の舵角範囲は、例えば±３５°である。
【００２９】
方向舵１４の水平支持部１２ａより上方は、その前縁がラダーホーン１２の下流側の凹面内に収容された円弧面であり、ラダーホーン１２と共に左右対称の対称翼形状となっている。
また、方向舵１４の水平支持部１２ａより下方は、方向舵１４のみで、一体かつ左右対称の対称翼形状となっている。
なお、ラダーホーン１２又は方向舵１４の構成は、上述した例に限定されず、その他の構成であってもよい。
【００３０】
少なくとも１対のフィン１６は、ラダーホーン１２に取り付けられ、船舶１の幅方向両側に間隔を隔てて位置し、鉛直方向に延びる。なお、フィン１６は１対に限定されず、それ以上でもよい。また、鉛直方向とは、厳密な意味での鉛直に限定されず、鉛直に対し傾斜してもよい。この傾斜角度は、前後方向又は幅方向に例えば５〜１５°傾斜させてもよい。
【００３１】
図１において、本発明の船舶用舵１０は、さらに、フィン１６をラダーホーン１２に取り付けるステー１８を有する。
ステー１８は、フィン１６の長さ方向（図１（Ａ）で上下方向）に間隔を隔てて複数（少なくとも２以上）を設け、フィン１６の振動を防止するようになっている。
【００３２】
以下、説明の都合上、図１における、プロペラ２の軸線と舵軸１５の交点を原点Ｏとし、進行方向をＸ軸、幅方向左向きをＹ軸、鉛直上向きをＺ軸とする。
また、プロペラ２の直径をプロペラ径Ｄｐ、プロペラ２の軸線上の方向舵１４の進行方向長さを舵コード長ＣＲ、フィン１６の前縁から後縁までの長さをフィンコード長ＣＦとする。
【００３３】
図１において、１対のフィン１６は、Ｚ軸に沿って、Ｚ座標がＺｍｉｎからＺｍａｘの範囲に鉛直方向に延びる。
また、各フィン１６は、後縁のＸ座標がＸｆ、Ｙ座標がＹｆに位置決めされ、フィン１６の外向きの回転角度が迎え角αに設定されている。
【００３４】
図２は、図１（Ｂ）の部分拡大図である。この図において、（Ａ）は方向舵１４が最大の舵角（この例で３５°）の場合を示している。また、（Ｂ）は図２（Ａ）のさらに拡大図である。
【００３５】
図１及び図２において、フィン１６は、進行方向成分を有する揚力Ｆを発生し、かつ所定の舵角範囲（例えば±３５°の範囲）で方向舵１４における流れの剥離を抑制するように設定されている。
【００３６】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３７】
図３は、本発明による船舶用舵１０の実施例１を示す図である。この図において、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
この例において、１対のフィン１６は、Ｚ軸に沿って、ラダーホーン１２の全高にわたって鉛直方向に延びる。すなわち、１対のフィン１６は、ラダーホーン１２の最下端（Ｚｍｉｎ≒０．４×Ｄｐ）からラダーホーン１２の最上端（Ｚｍａｘ≒１．１×Ｄｐ）の範囲に鉛直方向に延びる。
【００３８】
また、各フィン１６は、後縁のＸ座標Ｘｆが０、Ｙ座標Ｙｆが０．１５×ＣＲに位置決めされ、フィン１６の外向きの回転角度（迎え角）αが５°に設定されている。
【００３９】
この例において、フィン１６の断面形状は、翼形である。この翼形は、幅方向外向きにキャンバーを有し、かつ幅方向外向きに膨らんだ形状を有する。
また、この例において、フィン１６は、方向舵１４の揺動範囲（プロペラ２の軸線から±３５°）の外側に位置する。
【００４０】
図４は、実施例１の方向舵１４の舵力計測試験の結果を示す図である。
この図は、舵角を±３０°の範囲で変化させたときの、舵直圧力係数を示している。
なお、「舵直圧力係数」とは、舵角に対する舵直圧力の傾きであり、舵の効きを示している。
この図から、実施例１の方向舵１４の舵直圧力係数は、フィン１６の無い舵（以下、「フィンなし舵」と呼ぶ）に対して、３％増加しており、舵の効きが向上していることがわかる。
【実施例２】
【００４１】
図５は、本発明による船舶用舵１０の実施例２を示す図である。この図において、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
この例において、１対のフィン１６は、Ｚ軸に沿って、Ｚ座標がＺｍｉｎ＝０．３×ＤｐからＺｍａｘ＝０．６×Ｄｐの範囲に鉛直方向に延びる。
また、各フィン１６は、後縁のＸ座標がＸｆ＝０．２０×ＣＲ、Ｙ座標がＹｆ＝０．１５×ＣＲに位置決めされ、フィン１６の外向きの回転角度（迎え角）αは０に設定されている。
【００４２】
この例において、フィン１６の断面形状は、翼形である。この翼形は、幅方向内向きにキャンバーを有し、かつ幅方向内向きに膨らんだ形状を有する。
【００４３】
図６は、実施例１，２の船舶用舵１０の推進性能試験の結果を示す図である。
この図は、フィン１６の無い舵（「フィンなし舵」）を１００とした場合の、実施例１，２の必要馬力を示している。
この図から、フィンなし舵と比較して、馬力低減率が、実施例１で０．７％、実施例２で０．５％であり、必要馬力が低減していることがわかる。
【００４４】
上述したように、フィン１６の断面形状は、好ましくは翼形であり、進行方向成分を有する揚力Ｆを発生するキャンバー又は迎え角αを有する。
また、フィン１６は、舵軸１５の近傍、又は舵軸１５よりも前方（上流側）に位置することが好ましい。
また、フィン１６は、方向舵１４の所定の舵角範囲の外側に位置することが好ましい。
【００４５】
なお、船舶用舵１０は、船舶１のプロペラ後方に位置するため、船舶用舵１０に流入する流れは、複雑な回転流、又はクロス流となっている。
そのため、左右のフィン１６は、同一でなく、相違してもよい。すなわち、少なくとも１対のフィン１６は、翼形でなくてもよく、キャンバーの方向が相違してもよく、非対称であってもよく、高さ方向に同一形状でなくてもよい。
【００４６】
また上述した実施例から、フィンコード長ＣＦは、舵コード長ＣＲの１０％で性能向上が確認されている。フィンコード長ＣＦは、舵コード長ＣＲの５〜３０％の範囲で、同等以上の効果が予測できる。
また、フィン１６の幅方向中心からの距離は、舵コード長ＣＲの１５％で性能向上が確認されており、この場合のラダーホーン１２の外面からの間隔は、舵コード長ＣＲの約４％である。しかし、フィン１６のラダーホーン１２の外面からの間隔は、舵コード長ＣＲの３〜１５％の範囲でも、同等以上の効果が予測できる。
【００４７】
また、フィン１６のプロペラ２の軸線からの高さは、プロペラ径Ｄｐの少なくとも３０〜６０％の範囲を含むのがよい。さらに、フィン１６は、ラダーホーン１２の全高さにわたって設けられていることが好ましい。なお、方向舵１４の舵角範囲の外側に位置する限りで、フィン１６をラダーホーン１２の下方まで設けてもよい。
また、ステー１８の断面形状は好ましくは翼形であり、フィン１６と同様に、進行方向成分を有する揚力Ｆを発生することが好ましい。
【００４８】
上述した本発明の構成によれば、ラダーホーン１２にフィン１６を取付けることで、プロペラ後方の排除厚影響が大きくなり、プロペラ前後の流れ（伴流）がフィン１６のない時よりも遅くなり、有効伴流が改善され、プロペラ効率が向上する。
【００４９】
また、プロペラ２の回転流中にあるフィン１６が進行方向成分を有する揚力Ｆを発生するので、舵の抗力を低減し、揚抗比を改善することができる。
【００５０】
さらに、フィン１６が舵角範囲で方向舵１４における流れの剥離を抑制するので、舵を大きく切った時に剥離を抑えることができ、従来の舵より舵直圧力を増加させることができる。
【００５１】
従って、本発明により、舵面積を大きくすることなく舵直圧力を増大させ、かつ船舶１の推進性能を改善することができる。
【００５２】
なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５３】
ＣＲ  舵コード長、ＣＦ  フィンコード長、Ｄｐ  プロペラ径、
Ｆ  揚力、Ｏ  原点、α  迎え角、１  船舶、２  プロペラ、
１０  船舶用舵、１２  ラダーホーン、１２ａ  水平支持部、
１４  方向舵、１５  舵軸、１６  フィン、１８  ステー
【図１】
2017171151.tif 000003
【図２】
2017171151.tif 000004
【図３】
2017171151.tif 000005
【図４】
2017171151.tif 000006
【図５】
2017171151.tif 000007
【図６】
2017171151.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月6日(2017.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶のプロペラ後方に設けられた船舶用舵であって、
前記船舶に固定され下方に延びるラダーホーンと、
前記ラダーホーンの後方に取り付けられ、舵軸を中心に所定の舵角範囲で操舵可能な方向舵と、
前記ラダーホーンに取り付けられ、前記船舶の幅方向両側に間隔を隔てて位置し、鉛直方向に延びる少なくとも１対のフィンと、を備え、
前記フィンのプロペラの軸線からの高さは、少なくともプロペラ径の３０〜６０％を含み、
前記フィンは、前記船舶の進行方向成分を有する揚力を発生し、かつ前記舵角範囲で前記方向舵における流れの剥離を抑制する、船舶用舵。
【請求項２】
前記フィンを前記ラダーホーンに取り付けるステーを有する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項３】
前記フィンの断面形状は、翼形であり、
進行方向に前記揚力を発生するキャンバー又は迎え角を有する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項４】
前記フィンは、前記舵軸の近傍、又は前記舵軸よりも前方に位置する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項５】
前記フィンは、前記方向舵の前記舵角範囲の外側に位置する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項６】
プロペラの軸線上の舵コード長に対して、
フィンコード長は、前記舵コード長の５〜３０％の範囲であり、
前記フィンの前記ラダーホーンの外面からの間隔は、前記舵コード長の３〜１５％の範囲である、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項７】
前記フィンの下端は、前記プロペラの前記軸線よりも上方に位置する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項８】
前記フィンは、前記ラダーホーンの全高さにわたって設けられている、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項９】
前記ステーの断面形状は、翼形であり、前記進行方向成分を有する揚力を発生する、請求項２に記載の船舶用舵。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明によれば、船舶のプロペラ後方に設けられた船舶用舵であって、
前記船舶に固定され下方に延びるラダーホーンと、
前記ラダーホーンの後方に取り付けられ、舵軸を中心に所定の舵角範囲で操舵可能な方向舵と、
前記ラダーホーンに取り付けられ、前記船舶の幅方向両側に間隔を隔てて位置し、鉛直方向に延びる少なくとも１対のフィンと、を備え、
前記フィンのプロペラの軸線からの高さは、少なくともプロペラ径の３０〜６０％を含み、
前記フィンは、前記船舶の進行方向成分を有する揚力を発生し、かつ前記舵角範囲で前記方向舵における流れの剥離を抑制する、船舶用舵が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
前記フィンの下端は、前記プロペラの前記軸線よりも上方に位置する。
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月20日(2017.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶のプロペラ後方に設けられた船舶用舵であって、
前記船舶に固定され下方に延びるラダーホーンと、
前記ラダーホーンの後方に取り付けられ、舵軸を中心に所定の舵角範囲で操舵可能な方向舵と、
前記ラダーホーンに取り付けられ、前記船舶の幅方向両側に間隔を隔てて位置し、鉛直方向に延びる少なくとも１対のフィンと、を備え、
プロペラの軸線上の舵コード長に対して、
フィンコード長は、前記舵コード長の５〜３０％の範囲であり、
前記フィンの前記ラダーホーンの外面からの間隔は、前記舵コード長の３〜１５％の範囲であり、
１対の前記フィンは、前記ラダーホーンの全高にわたって鉛直方向に延び、
前記フィンは、前記船舶の進行方向成分を有する揚力を発生し、かつ前記舵角範囲で前記方向舵における流れの剥離を抑制する、船舶用舵。
【請求項２】
前記フィンを前記ラダーホーンに取り付けるステーを有する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項３】
前記フィンの断面形状は、翼形であり、
進行方向に前記揚力を発生するキャンバー又は迎え角を有する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項４】
前記フィンは、前記舵軸の近傍、又は前記舵軸よりも前方に位置する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項５】
前記フィンは、前記方向舵の前記舵角範囲の外側に位置する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項６】
前記フィンの下端は、前記プロペラの前記軸線よりも上方に位置する、請求項１に記載の船舶用舵。
【請求項７】
前記ステーの断面形状は、翼形であり、前記進行方向成分を有する揚力を発生する、請求項２に記載の船舶用舵。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明によれば、船舶のプロペラ後方に設けられた船舶用舵であって、
前記船舶に固定され下方に延びるラダーホーンと、
前記ラダーホーンの後方に取り付けられ、舵軸を中心に所定の舵角範囲で操舵可能な方向舵と、
前記ラダーホーンに取り付けられ、前記船舶の幅方向両側に間隔を隔てて位置し、鉛直方向に延びる少なくとも１対のフィンと、を備え、
プロペラの軸線上の舵コード長に対して、
フィンコード長は、前記舵コード長の５〜３０％の範囲であり、
前記フィンの前記ラダーホーンの外面からの間隔は、前記舵コード長の３〜１５％の範囲であり、
１対の前記フィンは、前記ラダーホーンの全高にわたって鉛直方向に延び、
前記フィンは、前記船舶の進行方向成分を有する揚力を発生し、かつ前記舵角範囲で前記方向舵における流れの剥離を抑制する、船舶用舵が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】