(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置にほぼ平行に一対の高揚力舵を配設してなり、各高揚力舵が舵ブレードの頂端部と底端部にそれぞれ頂端板と底端板を有し、舵ブレードが水平断面の輪郭において前方へ半円形状に突出させた前縁部と前縁部に連続して流線型に幅を増大させた後に最小幅部に向けて徐々に幅を減少させた中間部と中間部に連続して所定幅の後方端に向けて徐々に幅を増大させた魚尾後縁部からなる形状を有する船舶用高揚力二枚舵システムにおいて、各舵ブレードの内舷側の面上で推進プロペラの軸心とほぼ同じ水準位置に前縁部から後方に向けて所定の翼弦長を有するフィンを設け、推進プロペラ翼が上昇方向に回転する舷側に対向する一方の舵ブレードのフィンは流れの上向き方向の成分を有する推進プロペラ後流によって発生する前進方向推力と抗力の比が最大となる迎え角をなす姿勢を有し、かつ、フィンの端面に所定長さだけ上方または下方にまたは上下両方に屈曲する端板を設け、推進プロペラ翼が下降方向に回転する舷側に対向する他方の舵ブレードのフィンは流れの下向き方向の成分を有する推進プロペラ後流によって発生する前進方向推力と抗力の比が最大となる迎え角をなす姿勢を有し、かつ、フィンの端面に所定長さだけ下方または上方にまたは上下両方に屈曲する端板を設け、左右舷フィンの翼断面形状がほぼ半円形をなす前縁部、前縁部に接続して後方へ流線型にいったん幅を増大させた後で、徐々に幅を直線的に最小幅にまで小さくする中間部、および、最小幅部分の後端から後方へ徐々に幅を直線的に若干大きくした魚尾後縁部からなることを特徴とする船舶用高揚力二枚舵システム。
【請求項２】
双方の端板を推進プロペラの後流の端板の部位における流線ベクトルと平行になるように配設したことを特徴とする請求項１記載の船舶用高揚力二枚舵システム。
【請求項３】
双方の端板はそれぞれ翼断面形状をなし、端板の部位における推進プロペラの後流の流線ベクトルによって発生する前進方向推力と抗力の比が最大となるような迎え角をなす姿勢に配設したことを特徴とする請求項１記載の船舶用高揚力二枚舵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は船舶用高揚力二枚舵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、船舶の操縦性を向上させる一手段として、図９〜図１０に示すように、二枚の高揚力舵１、２を一基の一方向回転の推進プロペラ３の後方に推進プロペラ軸心に対して左右対称に配設したものがある。
【０００３】
各高揚力舵１、２の左舷舵ブレード４および右舷舵ブレード５の頂端部と底端部にはそれぞれ左右の舷側に張り出した平板状の頂端板６、７と底端板８、９を設けており、底端板８、９は側縁部が下方に若干屈曲する形状をなし、舵ブレード４、５に舵軸１０、１１を接続している。
【０００４】
舵ブレード４、５はその水平断面の輪郭が前方へ半円形状に突出させた前縁部１２、１３と前縁部１２、１３に連続して流線型に幅を増大させた後に最小幅部１４ａ、１５ａに向けて徐々に幅を減少させた中間部１４、１５と中間部１４、１５に連続して所定幅の後方端１６ａ、１７ａに向けて徐々に幅を増大させた魚尾後縁部１６、１７とからなる形状を有している。かつ、中間部１４、１５と魚尾後縁部１６、１７の内舷側はほぼ直線をなすような輪郭を有している。
【０００５】
頂端板６、７と底端板８、９は推進プロペラ後流を効果的に舵ブレード４、５の高揚力断面輪郭を有する側面に取り込み、舵ブレード４、５の頂端部と底端部における翼端面影響を減少させて高い揚力を発生させるものである。
【０００６】
図１１に示すように、それぞれの高揚力舵１、２の舵角を組み合わせることにより推進プロペラ後流を制御して、前後左右のいずれの方向にも推力を発生でき、推進プロペラ３は前進方向回転のままで船の前後進、左右旋回、船首・船尾の回頭、ホーバーリング、微速航行ができるなど、高い操縦性を発揮する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術による高揚力二枚舵システムにおいては、舵角を与えたとき高い揚力を発生して船を操縦する力が大きくなる反面、舵を中立位置にしての船の直進時に、舵が二枚であること、および舵ブレードの主として魚尾後縁部に水流屈折部があることにより粘性抵抗（抗力損失）が大きくなり易く、従って推進効率が低下し易いという問題があった。
【０００８】
近年は特に、推進プロペラを含む舵の系において推進効率を向上させて船舶の省エネルギー化を図ることが要請されている。更に、荒天航行時において船の船首揺（ヨーイング）、上下揺（ヒービング）および縦揺（ピッチング）を減少させること、また、それによって波浪中の推進効率を向上させ、並びに安全性を高めることが求められている。
【０００９】
ところで、推進プロペラが後方から見て時計方向回転（右回転）する場合には、推進プロペラ後流の流束は右に回転しながら後方に流れることが知られている。この推進プロペラ後流の流束の回転エネルギーを舵によって、前進方向成分を推力として利用できるような揚力に変換すれば推進効率が向上する。
【００１０】
また、高揚力特性を有する二枚の舵によって船の船首揺（ヨーイング）が抑制されることに加え、舵に船尾部の上下動に対する抵抗を与える機能を付与することにより、船の上下揺（ヒービング）および縦揺（ピッチング）が抑制され、波浪中の航行における推進効率が向上するとともに船の安全性が高まる。
【００１１】
本発明は、前記した課題を解決するものであり、推進プロペラ後流の流束の回転エネルギーを舵によって揚力に効率良く変換し、その前進方向成分を推力として利用できるようにすることによって、従来の優れた操縦性能は維持しながら推進効率も高いという高揚力二枚舵システムであって、かつ、船の船首揺（ヨーイング）および上下揺（ヒービング）、縦揺（ピッチング）を舵によって抑制することによって、波浪中にあっても推進効率を向上させるとともに安全性を高め得る船舶用高揚力二枚舵システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、請求項１に係る本発明の船舶用高揚力二枚舵システムは、一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置にほぼ平行に一対の高揚力舵を配設してなり、各高揚力舵が舵ブレードの頂端部と底端部にそれぞれ頂端板と底端板を有し、舵ブレードが水平断面の輪郭において前方へ半円形状に突出させた前縁部と前縁部に連続して流線型に幅を増大させた後に最小幅部に向けて徐々に幅を減少させた中間部と中間部に連続して所定幅の後方端に向けて徐々に幅を増大させた魚尾後縁部からなる形状を有する船舶用高揚力二枚舵システムにおいて、各舵ブレードの内舷側の面上で推進プロペラの軸心とほぼ同じ水準位置に前縁部から後方に向けて所定の翼弦長を有するフィンを設け、推進プロペラ翼が上昇方向に回転する舷側に対向する一方の舵ブレードのフィンは流れの上向き方向の成分を有する推進プロペラ後流によって発生する前進方向推力と抗力の比が最大となる迎え角をなす姿勢を有し、かつ、フィンの端面に所定長さだけ上方または下方にまたは上下両方に屈曲する端板を設け、推進プロペラ翼が下降方向に回転する舷側に対向する他方の舵ブレードのフィンは流れの下向き方向の成分を有する推進プロペラ後流によって発生する前進方向推力と抗力の比が最大となる迎え角をなす姿勢を有し、かつ、フィンの端面に所定長さだけ下方または上方にまたは上下両方に屈曲する端板を設け、左右舷フィンの翼断面形状がほぼ半円形をなす前縁部、前縁部に接続して後方へ流線型にいったん幅を増大させた後で、徐々に幅を直線的に最小幅にまで小さくする中間部、および、最小幅部分の後端から後方へ徐々に幅を直線的に若干大きくした魚尾後縁部からなるものである。
【００１３】
上記した構成により、例えば推進プロペラが後方から見て時計方向に回転（右回転）する場合に、推進プロペラの後流は推進プロペラ翼が上昇する側、すなわち左舷舵の内舷側につけた左舷フィン、および、推進プロペラ翼が下降する側、すなわち右舷舵の内舷側につけた右舷フィンのそれぞれにおいて前進方向成分を有する揚力を発生し、これらの前進方向成分とこれらに対抗する抗力の成分との差分だけ推進に寄与することになり、推進効率を向上させることができる。
【００１４】
また、左右舷フィンの翼端面にそれぞれ端板を設けたことにより、フィンの翼端部における端面影響が少なくなり、フィンに発生する揚力が大きくなる。さらに、フィン翼面上の揚力分布が端部まで延長されることにより、また、フィンの翼端面に発生する自由渦が弱められることにより、フィンに発生する揚力がより大きくなる。すなわち、推力として利用できる前進方向成分もより大きくなる。また、これらの端板は自由渦の一部を前進力に変換する効果がある。これらの作用効果により、推進効率をより向上させることができる。
【００１５】
さらに、これらのフィンは、乱流状態にある推進プロペラ後流を整流するように作用し、この点からも推進効率を向上させることができる。また、船の上下揺（ヒービング）と縦揺（ピッチング）を抑制する効果があり、二枚の高揚力舵による船首揺（ヨーイング）抑制効果と併せて、荒天時における波浪中の推進効率を向上させることができ、燃料経済性を高めるとともに安全航行に寄与することができる。
左右舷フィンには、迎え角による揚力発生に加えて、魚尾後縁部における水流の屈折によって発生する反力の前進方向成分が作用するので、推進効率を更に高めることが可能となる。また、翼断面形状が直線的であるために製造が容易になる。
【００１６】
請求項２に係る本発明の船舶用高揚力二枚舵システムは、双方の端板を推進プロペラの後流の端板の部位における流線ベクトルと平行になるように配設したものである。
【００１７】
上記した構成によって、端板の粘性抵抗が小さくなり推進効率をさらに向上させることができる。
請求項３に係る本発明の船舶用高揚力二枚舵システムは、双方の端板はそれぞれ翼断面形状をなし、端板の部位における推進プロペラの後流の流線ベクトルによって発生する前進方向推力と抗力の比が最大となるような迎え角をなす姿勢に配設したものである。
【００１８】
上記した構成によって、左右舷フィンの端板もそれぞれ揚力を発生し、これらの揚力は前進方向の成分を有することから、これらの前進方向成分とこれらに対抗する抗力の成分との差分だけ推進に寄与する推力となる。
【００１９】
従って、端板による前進寄与推力が左右舵フィンによる前進寄与推力に加わることにより推進効率がさらに向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。先に図９〜図１１において説明した従来の技術と基本的に同様の作用を行う部材については同一番号を付して説明を省略する。
【００２２】
図１〜図４において、推進プロペラ３は、後方から見て時計方向に回転（右回転）する状態を示している。推進プロペラ翼が上昇方向に回転する舷側に対向する左舷舵ブレード４の内舷側の面４ａ上には推進プロペラ３の軸心とほぼ同じ水準位置に左舷フィン１８を突設しており、左舷フィン１８は前縁部１９から後方に向けて所定の翼弦長を有する翼断面をなし、流れの上向き方向の成分を有する推進プロペラ３の後流によって発生する前進方向推力と抗力の比が最大となるような迎え角αをなす姿勢に配設している。左舵フィン１８の端面２０には所定の長さだけ上方および下方に屈曲する平板状の端板２１を設ける。
【００２３】
推進プロペラ翼が下降方向に回転する舷側に対向する右舷舵ブレード５の内舷側の面上５ａには推進プロペラ３の軸心とほぼ同じ水準位置に右舷フィン２２を突設しており、右舷フィン２２は前縁部２３から後方に向けて所定の翼弦長を有する翼断面をなし、流れの下向き方向の成分を有する推進プロペラ３の後流によって発生する前進方向推力と抗力の比が最大となるような迎え角αをなす姿勢に配設している。右舷フィン２２の端面２４には所定の長さだけ下方および上方に屈曲する平板状の端板２５を設ける。
【００２４】
推進プロペラ３の後流の流束は、船の船尾形状等によりその程度が影響されるが、一般的に後方に向かって上昇する。従って、左右舷フィン１８、２２の配設は、この推進プロペラ後流の上昇流を考慮に入れたものである。
【００２５】
以下、上記した構成における作用を説明する。推進プロペラ３の後流の流束は、上述したように推進プロペラ３が後方から見て時計方向に回転（右回転）する場合に右に回転しながら後方に流れる。この推進プロペラ後流の流束中のある垂直面における流れの速度ベクトルは、推進プロペラ３の設計等によって異なるが、例えば図５（ａ）に示すように後方への速度ベクトルと、図５（ｂ）に示すように推進プロペラ翼が上昇する側においては上向きとなる速度ベクトル、および推進プロペラ翼が下降する側においては下向きとなる速度ベクトルとをもっている。
【００２６】
従って、推進プロペラ３の後流は、左舷フィン１８に対しては後方および上向きの速度ベクトルをもって迎え角αで流入し、右舷フィン２２に対しては後方および下向きの速度ベクトルをもって迎え角αで流入し、左舷フィン１８および右舷フィン２２に揚力を発生させる。これらの揚力は前進方向の成分を有することから、これらの前進方向成分とこれらに対抗する抗力の成分との差分だけ推進に寄与する推力となって推進効率が向上する。
【００２７】
左右舷フィン１８、２２の端面２０、２４にそれぞれ端板２１、２５を設けたことにより、フィン１８、２２の翼端部における端面影響が少なくなり、フィン１８、２２に発生する揚力が大きくなる。さらに、フィン翼面上の揚力分布が端部まで延長されることにより、また、フィン１８、２２の翼端部に発生する自由渦が弱められることにより、フィン１８、２２に発生する揚力がより大きくなる。すなわち、推力として利用できる前進方向成分もより大きくなる。また、これらの端板は自由渦の一部を前進力に変換する効果がある。これらの作用効果により、推進効率がより向上する。
【００２８】
また、これら左右舷フィン１８、２２は、その端板２１、２５とともに、乱流状態にある推進プロペラ３の後流を整流するように作用し、この点からも推進効率を向上させることができる。また、左右舷フィン１８、２２は船の上下揺（ヒービング）と縦揺（ピッチング）を抑制する効果があり、二枚の高揚力舵による船首揺（ヨーイング）抑制効果と併せて、荒天時における波浪中の推進効率を向上させることができ、燃料経済性を高めるとともに安全航行に寄与することができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態においては、左右舷フィン１８、２２のそれぞれの端板２１、２５は推進プロペラ３の軸心と平行に配設しているが、図６に示すように、端板２１、２５を推進プロペラ３の後流の端板２１、２５の部位における流線ベクトルと平行になるように配設してもよい。
【００３０】
このようにすることによって、端板２１、２５の粘性抵抗が小さくなり、推進効率をさらに向上させることができる。
図７は本発明の他の実施の形態を示すものである。左舷フィン１８の端面２０には所定の長さだけ上方および下方に屈曲する、水平断面が翼形状をした端板３１を設け、右舷フィン２２の端面２４には所定の長さだけ下方および上方に屈曲する、水平断面が翼形状をした端板３２を設ける。
【００３１】
端板３１、３２はそれぞれ端板３１、３２の部位における推進プロペラ３の後流の流線ベクトルによって発生する前進方向推力と抗力の比が最大となるような迎え角βをなす姿勢に配設している。
【００３２】
このため、左右舷フィン１８、２２の端板２１、２５もそれぞれ揚力を発生し、これらの揚力は前進方向の成分を有することから、これらの前進方向成分とこれらに対抗する抗力の成分との差分だけ推進に寄与する推力となる。
【００３３】
従って、端板２１、２５は、先の実施の形態で述べた作用と効果を与えることのほかに、端板２１、２５による推進寄与推力が左右舵フィン１８、２２による推進寄与推力に加わることにより、推進効率がさらに向上する。
【００３４】
図８は本発明のさらに他の実施の形態を示すものである。左右舷フィン４１、４２の翼断面形状を、図８に示すように、ほぼ半円形をなす前縁部４３、前縁部４３に接続して後方へ流線型にいったん幅を増大させた後で、徐々に幅を直線的に最小幅にまで小さくする中間部４４、および、最小幅部分の後端から後方へ徐々に幅を直線的に若干大きくした魚尾後縁部４５からなる。これにより、フィン４１、４２には、迎え角αによる揚力発生に加えて、魚尾後縁部４５における水流の屈折によって発生する反力の前進方向成分が作用するので、推進効率を更に高めることが可能となる。また、翼断面形状が直線的であるために製造が容易になる。
【００３５】
尚、左右舷フィン１８、２２あるいは左右舷フィン４１、４２の端板２１、２５あるいは端板３１、３２は端面２０、２４から上下両方に屈曲させる代わりに、上方または下方の一方にのみ屈曲するようにしても、本発明の目的を達成することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、高揚力二枚舵システムにおいて、推進プロペラの軸心とほぼ同じ水準位置で左右舷の各舵ブレードのそれぞれ内舷側に、推進プロペラ後流に対して迎え角を有する左右舷フィンを設け、かつ、フィン端面に端板を設けたことにより、推進プロペラ後流の回転エネルギーを効率よく前進推力に変換することができ、高揚力二枚舵システム固有の高い操縦性を維持しながら推進効率も高い舵システムを提供でき、また二枚の高揚力舵固有の船首揺抑制と併せて、左右舷フィンにより船の上下揺と縦揺れを抑制して荒天時における波浪中の推進効率を向上させるとともに安全航行に寄与するなど卓越した効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における船舶用高揚力二枚舵システムを示す背面図である。
【図２】同船舶用高揚力二枚舵システムの図１におけるａ−ａ矢視断面平面図である。
【図３】同船舶用高揚力二枚舵システムの図１におけるｂ−ｂ矢視側面図である。
【図４】同船舶用高揚力二枚舵システムの図１におけるｃ−ｃ矢視側面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は推進プロペラ後流の流束の一断面における流れの速度ベクトルを示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施の形態における船舶用高揚力二枚舵システムにおいて左右舷フィン端板を推進プロペラ後流の流線ベクトルと平行になるようにしたことを示す部分断面平面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態における船舶用高揚力二枚舵システムを示す部分断面平面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態における船舶用高揚力二枚舵システムの左右舷フィンを示す垂直断面図である。
【図９】従来の船舶用高揚力二枚舵システムを示す鳥瞰図である。
【図１０】同船舶用高揚力二枚舵システムの図９におけるｄ−ｄ矢視平面断面図である。
【図１１】同船舶用高揚力二枚舵システムの作動を示す説明図である。
【符号の説明】
α    迎え角
β    迎え角
１、２    高揚力舵
３    推進プロペラ
４    左舷舵ブレード
４ａ  内舷側の面
５    右舷舵ブレード
５ａ  内舷側の面
６、７    頂端板
８、９    底端板
１０、１１    舵軸
１２、１３    前縁部
１４、１５    中間部
１４ａ、１５ａ  最小幅部
１６、１７    魚尾後縁部
１６ａ、１７ａ  後方端
１８    左舷フィン
１９    前縁部
２０    端面
２１    端板
２２    右舷フィン
２３    前縁部
２４    端面
２５    端板
３１    端板
３２    端板
４１    左舷フィン
４２    右舷フィン
４３    前縁部
４４    中間部
４５    魚尾後縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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