(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進プロペラの後方に同軸心上に配設し、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最大幅部まで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舵において、舵ブレードの左右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、左右舷フィンはそ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て後で徐々に幅を直線的に最小幅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舵。
【請求項２】
双方の端板は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に記載の船舶用高揚力舵。
【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することを特徴とする請求項１に記載の船舶用高揚力舵。
【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舵に関する。
【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１０〜図１１に示すように、推進プロペラ１の後方に高揚力舵２を配設している。この高揚力舵２は舵ブレード３の頂端部と底端部にそれぞれ左右両舷側に張り出した平板状の頂端板４と底端板５を設けており、底端板５は両側縁部が下方に若干屈曲する形状をなし、舵ブレード３に舵軸２ａを接続している。
【０００３】
頂端板４と底端板５は推進プロペラ後流を効果的に舵ブレード３の側面に取り込み、舵ブレード３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とともに、高揚力舵２に流入する推進プロペラ１の後流を整流して舵効きを良くし、また、推進効率を高めるものである。
【０００４】
舵ブレード３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６と前縁部６に連続して流線型に幅を最大幅部まで増大させた後に最小幅部７ａに向けて徐々に幅を減少させた中間部７と中間部７に連続して所定幅の後方端８ａに向けて徐々に幅を増大させた魚尾後縁部８とからなる形状を有している。
【０００５】
この構成により、舵ブレード３を例えば左舷側に転舵すると推進プロペラ１の後流は舵ブレード３の左舷側の面に当たり、流線型部において翼としての揚力を発生させ、あるいは水流の直圧力が舵ブレード３の左舷側の面に作用するとともに、魚尾後縁部８の左舷側の面に沿って後方に流れるときの水流の屈折の反力が作用して、舵ブレード３には流線型をなすだけの普通舵に比べて高い揚力が発生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の高揚力舵において、舵角をとった場合には高い揚力を発生して船を操縦する力が大きくなる反面、舵を中立位置とする船の直進時には舵ブレードの主として魚尾後縁部の水流屈折部に作用する粘性抵抗によって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。
【０００７】
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。
【０００８】
ところで、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。
【０００９】
また、高揚力特性を有する舵の固有の特性として船の船首揺（ヨーイング）が抑制されることに加えて、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。
【００１０】
本発明は上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、固有の高い操縦性能は維持しながら、推進効率も高いという舵であって、かつ船の船首揺（ヨーイング）、および上下揺（ヒービング）と縦揺（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舵を提供することを目的とする。
【００１１】
【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舵は、推進プロペラの後方に同軸心上に配設し、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最大幅部まで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舵において、舵ブレードの左右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、左右舷フィンはそ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て後で徐々に幅を直線的に最小幅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。
【００１２】
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、すなわち舵ブレードの左舷側につけたフィン、および推進プロペラ翼が下降する側、すなわち舵ブレードの右舷側につけた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力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。
【００１３】
また、左右舷フィンの翼端面に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、フィンの翼端部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。
【００１４】
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、高揚力舵固有の船首揺（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。
【００１５】
請求項２に係る本発明の船舶用高揚力舵では、双方の端板は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。上記した構成により、双方の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。
【００１６】
請求項３に係る本発明の船舶用高揚力舵では、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。
【００１７】
上記した構成により、左右舷フィンの各端板もそれぞれ揚力を発生し、これら揚力は前進方向の成分を有することから、これら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になり、推進効率をさらに向上させることができる。
【００２０】
【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１０〜図１１において説明したもの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。
【００２１】
図１〜図４において、推進プロペラ１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舵ブレード３の左舷側の面３ａ上には、推進プロペラ１の軸心とほぼ同じ水準位置に左舷フィン１１を突設している。
【００２２】
この左舷フィン１１は前縁部１２から後方に向けて所定の翼弦長を有する翼断面をなしており、迎え角αをなす姿勢に配設している。この迎え角αは流れの上向き方向の成分を有する推進プロペラ１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角度である。左舷フィン１１の端面１３には平板状の端板１４を設けており、端板１４は所定の長さだけ上方及び下方に屈曲している。
【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舵ブレード３の右舷側の面３ｂ上には推進プロペラ１の軸心とほぼ同じ水準位置に右舷フィン１５を突設している。
【００２４】
この右舷フィン１５は前縁部１６から後方に向けて所定の翼弦長を有する翼断面をなしており、迎え角αをなす姿勢に配設している。この迎え角αは流れの下向き方向の成分を有する推進プロペラ１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角度である。右舷フィン１５の端面１７には平板状の端板１８を設けており、端板１８は所定の長さだけ下方及び上方に屈曲している。
【００２５】
推進プロペラ１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１１，１５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。
【００２６】
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１の後流の流束は、上述したように推進プロペラ１が後方から見て時計方向に回転（右回転）する場合は右に回転しながら後方に流れる。
【００２７】
従って、推進プロペラ１の後流は、左舷フィン１１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１５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１１および右舷フィン１５にそれぞれ揚力を発生させる。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になって推進効率が向上する。
【００２８】
左右舷フィン１１，１５の端面１３，１７にそれぞれ端板１４，１８を設けたことにより、フィン１１，１５の翼端部における端面影響が少なくなり、フィン１１，１５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１１，１５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１１，１５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。
【００２９】
また、これら左右舷フィン１１，１５は、その端板１４，１８とともに、乱流状態にある推進プロペラ１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。
【００３０】
また、左右舷フィン１１、１５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、高揚力舵固有の船首揺（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。
【００３１】
尚、上記した実施の形態においては、左右舷フィン１１、１５のそれぞれの端板１４、１８は推進プロペラ１の軸心と平行に配設しているが、図５に示すように、端板１４、１８を推進プロペラ１の後流の端板１４、１８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良い。このようにすることによって、端板１４、１８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。
【００３２】
図６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１１の端面１３には水平断面が翼形状をした端板１９を設けており、端板１９は所定の長さだけ上方及び下方に屈曲している。右舷フィン１５の端面１７には水平断面が翼形状をした端板２０を設けており、端板２０は所定の長さだけ下方及び上方に屈曲している。
【００３３】
端板１９，２０はそれぞれ端板１９、２０の部位における推進プロペラ１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。
【００３４】
このため、左右舷フィン１１，１５の端板１９，２０もそれぞれ揚力を発生し、これら揚力は前進方向の成分を有することから、これら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になる。
【００３５】
従って、端板１９、２０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１９，２０による推進寄与推力が左右舷フィン１１，１５による推進寄与推力に加わることになり、推進効率がさらに向上する。
【００３６】
図７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は、その翼断面形状が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て後で徐々に幅を直線的に最小幅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。
【００３７】
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。
【００３８】
尚、左右舷フィン１１、１５の端板１４、１８あるいは端板１９、２０は端面１３、１７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。
【００３９】
上記した本発明の実施の各形態は、高揚力舵２の形式がいわゆる釣舵型、すなわち舵ブレード３が舵軸２ａにより吊り下げられる形式の場合についてのものであるが、本発明は舵の形式にかかわらず適用可能である。
【００４０】
例えば、図８〜図９は本発明をいわゆるマリナー型の高揚力舵に適用した場合の実施の形態を示す。すなわち、マリナー型の高揚力舵５１は船尾５２の底面中央から下方に突出して設けたピントル５３により回動自在に舵ブレード５４の上部が支承されており、舵ブレード５４の頂面には頂端板５５が、また底面には両舷張り出し部をそれぞれ下方に若干屈曲せしめた底端板５６がそれぞれ設けてあり、舵ブレード５４の水平断面の輪郭は上記した本発明の実施の各形態におけるものと同様である。
【００４１】
図８〜図９において推進プロペラ１は後方から見て時計方法に回転（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舵ブレード５４の左舷側の面５４ａ上には、推進プロペラ１の軸心とほぼ同じ水準位置に上向きの迎え角αをもって左舷フィン１１を突設し、左舷フィン１１の端面１３には端板１４を設けている。舵ブレード５４の右舷側の面５４ｂ上には、推進プロペラ１の軸心とほぼ同じ水準位置に下向きの迎え角αをもって右舷フィン１５を突設し、右舷フィン１５の端面１７には端板１８を設けている。
【００４２】
それぞれの端板１４、１８を有する左右舷フィン１１、１５の構成、作用、効果については、先に図１〜図４に基づいて説明したものと同じであるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
なお、本発明をマリナー型の高揚力舵に適用した場合においても、左右舷フィン１１、１５の端板１４、１８の構成を図５〜図７に基づいて説明したような構成にすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、船舶用高揚力舵において、推進プロペラの軸心とほぼ同じ水準位置で舵ブレードの両舵側にそれぞれ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、高揚力舵固有の高い操縦性を維持しながら推進効率も高い舵を提供できるという卓越した効果を発揮する。
【００４５】
また、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という効果がある。
【００４６】
また、左右舷フィンの翼断面形状とした各端板もそれぞれ揚力を発生し、これら揚力は前進方向の成分を有することから、これら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になり、推進効率を更に高めることが可能になる。
【００４７】
また、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ようにした左右舷フィンは、推進効率を更に高めることが可能となる。
【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舵を示す背面図である。
【図２】同船舶用高揚力舵の図１におけるａ−ａ矢視断面平面図である。
【図３】同船舶用高揚力舵の図１におけるｂ−ｂ矢視側面図である。
【図４】同船舶用高揚力舵の図１におけるｃ−ｃ矢視側面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態における船舶用高揚力舵を示し、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６】本発明のさらに他の実施の形態における船舶用高揚力舵の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舵の左右舷フィンを示す垂直断面図である。
【図８】本発明をマリナー型の高揚力舵において実施した形態を示す右側面図である。
【図９】同左側面図である。
【図１０】従来の船舶用高揚力舵を示す鳥瞰図である。
【図１１】同船舶用高揚力舵の舵ブレードの水平断面輪郭を示す図である。
【符号の説明】
α    迎え角（左右舷フィン）
β    迎え角（左右舷フィン端板）
１    推進プロペラ
２    高揚力舵
２ａ  舵軸
３    舵ブレード
３ａ  左舷側の面
３ｂ  右舷側の面
４    頂端板
５    底端板
６    前縁部（舵ブレード）
７    中間部（舵ブレード）
７ａ  最小幅部
８    魚尾後縁部（舵ブレード）
８ａ  後方端
１１    左舷フィン
１２    前縁部（左舷フィン）
１３    端面（左舷フィン）
１４    端板（左舷フィン）
１５    右舷フィン
１６    前縁部（右舷フィン）
１７    端面（右舷フィン）
１８    端板（右舷フィン）
１９    翼形状端板（左舷フィン）
２０    翼形状端板（右舷フィン）
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
５１    高揚力舵（マリナー型）
５２    船尾
５３    ピントル
５４    舵ブレード（マリナー型）
５４ａ  左舷側の面
５４ｂ  右舷側の面
５５    頂端板（マリナー型舵）
５６    底端板（マリナー型舵）
【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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