JP5101640B2 - 船舶フィン装置 - Google Patents
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Description
第1のフィン71は、船体中央より後方でプロペラ73の中心線高さ以下の位置を起点として後方に向かって上り勾配とされている。
第2のフィン72は、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ73の中心線の上方であってそのプロペラ73の中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備されている。
斜め下方の流れBWaが第1のフィン71によって遮られることでビルジ渦BWが弱められる。この弱められたビルジ渦BWは、第1のフィン71によって渦形成が保護されつつ順次プロペラ73の前方の第2のフィン72の近傍へと誘導される。そして、この第2のフィン72により、ビルジ渦BWはその拡散が防止されつつプロペラ73へと導かれるとともに、ビルジ渦BWに誘発される二次流れ(進行方向に対する直角面内流れ)が抑制され、かつプロペラ73の前方における船長方向流れが整流される。
この船舶フィン装置70によれば、簡易な構成で推進効率の向上と船体抵抗の低減とを図ることができ、これによって省エネルギー効果を得ることができる。
このような構成を採用すると、当然のことながら、船舶フィン装置70Aにおける第1のフィン71と第2のフィン72との間隙t2は、船舶フィン装置70における第1のフィン71と第2のフィン72との間隙t1よりも小さくなり(t2<t1)、船舶フィン装置70Aにおいては第1のフィン71で弱められたビルジ渦がスムーズに第2のフィン72へと誘導されない。
このため、船舶フィン装置70Aでは、第2のフィン72の上方側においては所期の整流効果を得ることができるものの、第2のフィン72の下方側においては所期の整流効果を得ることができず、第2のフィン72による整流効果が不十分となり、十分な省エネルギー効果を得ることができないという問題点がある。
一軸または複数軸船舶の船尾水線下の両舷または片舷に、片舷につき第1のフィンおよび第2のフィンがそれぞれ前側および後側に互いに間隙をもって配設され、
前記第1のフィンは、船体中央より後方でプロペラ中心線高さ以下の位置を起点として後方に向かって上り勾配とされ、
前記第2のフィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備されてなる船舶フィン装置において、
前記第1のフィンの後方で、かつ前記第2のフィンの下方であって、前記第1のフィンの起点の高さからプロペラ中心線の高さ位置までの範囲に、第3のフィンを、船底に平行もしくは平行に近い傾きで配置することを特徴とするものである。
一軸または複数軸船舶の船尾水線下の両舷のうち、プロペラの回転方向と順廻りのビルジ渦が発生する側の船舷に、第1のフィンおよび第2のフィンがそれぞれ前側および後側に互いに間隙をもって配設されるとともに、プロペラの回転方向と逆廻りのビルジ渦が発生する側の船舷に一条フィンが配設され、
前記第1のフィンは、船体中央より後方でプロペラ中心線高さ以下の位置を起点として後方に向かって上り勾配とされ、
前記第2のフィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備され、
前記一条フィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備されてなる船舶フィン装置において、
前記第1のフィンの後方で、かつ前記第2のフィンの下方であって、前記第1のフィンの起点の高さからプロペラ中心線の高さ位置までの範囲に、第3のフィンを、船底に平行もしくは平行に近い傾きで配置することを特徴とするものである。
図1には、本発明の第1の実施形態に係る船舶フィン装置を装備した船舶の要部概略構成図で、右舷側面図(a)および左舷側面図(b)がそれぞれ示されている。
図1に示されるように、本実施形態に係る船舶1は、一軸船の船尾構造を有する肥大船型船舶であって、船体中央部から船幅が狭くなる船尾2に設けられる舵3と、スターンバルブにおける船尾ボス4に支承され、後方から見て右回りの回転方向のプロペラ5とを備えて構成されている。
このような構成の船舶1において、本実施形態の船舶フィン装置10は、船尾水線(WL)下の右舷1Rおよび左舷1Lの両舷1R,1Lに、片舷につき3条の短冊状の前側フィン11、後側フィン12およびボスフィン13がそれぞれ外板14R,14Lに装着されて構成されている。
前側フィン11、後側フィン12およびボスフィン13は、共に各フィンの長辺が外板14R,14Lに沿い、かつ各フィンの短辺が外板14R,14Lから略直角方向に突出するように装着されている。
なお、前側フィン11が本発明の「第1のフィン」に、後側フィン12が本発明の「第2のフィン」に、ボスフィン13が本発明の「第3のフィン」に、それぞれ対応する。
図3に示されるように、前側フィン11は、船体中央より後方であって船尾垂線APから前方に所定の距離Sの位置にその取付起点を有し、またその取付位置がプロペラ5の中心線Opの高さ以下で、かつその取付終点が後方に装着される後側フィン12の高さ以下の範囲H1となるように、後方に向かって上り勾配で装着されている。
なお、本実施形態において、前側フィン11の取付起点および取付終点のそれぞれの高さ位置は共にプロペラ5の中心線Opの高さ位置よりも低くされている。
また、前側フィン11の長辺長さL1は、プロペラ5の直径D(2r)以下とされている。
また、図2(b)に示されるように、前側フィン11の外板14R,14Lからの突出幅W1は、プロペラ5の直径Dの10%以下とされている。
図3に示されるように、後側フィン12は、前側フィン11の後方に間隙T(=t2(図8(b)参照))を存して配され、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その取付高さがプロペラ5の中心線Opの上方であってそのプロペラ5の中心線Opの高さ位置からプロペラチップの高さ位置の間の範囲H2となるように、プロペラ5の直前の船体に装着されている。
なお、本実施形態において、後側フィン12の長辺長さL2は、プロペラ5の直径D以下とされている。
また、図2(a)に示されるように、後側フィン12の外板14R,14Lからの突出幅W2は、プロペラ5の直径Dの20%以下とされている。
本実施形態に係る船舶1は、ビルジ渦BWの発生地点がより船尾2側にある船型のものを想定している。したがって、従来の船舶フィン装置70(図8(a))に対し、本実施形態の船舶フィン装置10では、従来の第1のフィン71に相当する前側フィン11を船尾側に移行させる構成が採用されている。このような構成を採用すると、当然のことながら、本実施形態の船舶フィン装置10における前側フィン11と後側フィン12との間隙Tは、図8(a)の従来の船舶フィン装置70における第1のフィン71と第2のフィン72との間隙t1よりも小さくなる(T<t1)。
図3に示されるように、ボスフィン13は、前側フィン11の後方においてその前側フィン11との間隙を十分に確保することができる位置で、かつ後側フィン12の下方におけるスターンバルブ部分に配され、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ5の中心線Opの高さ位置と同じ高さ位置になるように、船尾ボス4の近傍の船体に装着されている。
なお、本実施形態において、ボスフィン13は、その長辺長さL3が後側フィン12の長辺長さL2よりも短くされている。
また、図2(a)に示されるように、ボスフィン13の外板14R,14Lからの突出幅W3は、プロペラ5の直径Dの10%以下とされている。
ここで、前側フィン11で弱められたビルジ渦BWをよりスムーズにプロペラ面へと誘導するために、ボスフィン13は、図3に示されるように、前側フィン11の取付起点の高さからプロペラ5の中心線Opの高さ位置までの範囲H3に設置されるのが好ましい。また、プロペラ5のエネルギー効率の観点から、ボスフィン13は、プロペラ5の中心線Opからプロペラ半径長r(D/2)の0.7倍下方の位置に至るまでの高さ範囲H4に設置されるのが好ましい。
このように構成される船舶フィン装置10を装備する船舶1においては、図4に示されるように、船体中央部から船幅が狭くなる船尾2にかけて、船舶1の進行方向に沿った軸をもち船底から船側へ回り込む渦、いわゆるビルジ渦BWが発生するとともに、このビルジ渦BWが船側に当ることで、その船側の近傍に斜め下方の流れBWaが発生するが、前側フィン11がその斜め下方の流れBWaを遮って、ビルジ渦BWを弱めるとともに、その前側フィン11の下方におけるビルジ渦BWの渦形成を保護しつつ、そのビルジ渦BWを順次プロペラ5の前方へと誘導する。
次いで、後側フィン12がプロペラ5の前方に導かれたビルジ渦BWの拡散を防止し、かつそのビルジ渦BWによる二次流れを抑制するとともに、プロペラ5の前方における船長方向流れを整流する。
ここで、前側フィン11と後側フィン12との間隙T(図3参照)が従来の船舶フィン装置70と比べて狭いため(T<t1)、ビルジ渦BWがスムーズに後側フィン12へと誘導されず、後側フィン12の整流作用のみではその後側フィン12の下方側において所期の整流効果を得ることができないが、ボスフィン13により、後側フィン12の下方側におけるプロペラ5の前方の船長方向流れが整流される。
そして、前側フィン11と後側フィン12との間隙Tから取り込まれた船側に沿う流れQが先に述べた後側フィン12によるビルジ渦BWの拡散防止作用およびプロペラ5の前方における整流作用を助長する。こうして、ビルジ渦BWに捲き込まれた境界層の伴流と、より均一にされた流れとをプロペラ5の面内に確実に誘導する。
本実施形態の船舶フィン装置10によれば、前側フィン11、後側フィン12およびボスフィン13、加えてこれら前側フィン11と後側フィン12との間隙Tから取り込まれる船側に沿った流れQにより、プロペラ5の面内には、伴流と、より均一な流れとが確実に導かれるので、伴流利得と推進器効率比とを高めることができ、船舶1の推進効率を向上させることができる。
また、前側フィン11によるビルジ渦BWの弱勢化や、後側フィン12およびボスフィン13によるビルジ渦BWの拡散防止作用、ビルジ渦BWに誘発される二次流れの抑制などにより、ビルジ渦BWに起因する誘導抵抗が減じられので、船舶1の船体抵抗を低減することができる。
加えて、前側フィン11と後側フィン12との間隙Tから取り込まれる船側に沿った流れQによる整流作用や、後側フィン12およびボスフィン13によるプロペラ5の前方における整流作用などにより、船尾2近傍での圧力回復が成されることから、船舶1の船体抵抗を更に低減することができる。
こうして、船型等に起因してビルジ渦の発生地点がより船尾側にあるような場合でも、簡易な構成で推進効率の向上と船体抵抗の低減とを図ることができるので、省エネルギー効果を確実に得ることができる。さらに、前側フィン11、後側フィン12およびボスフィン13がいずれも短冊状の簡易な形状で、しかもそれぞれのフィン11,12,13が独立して配置される構造とされているので、それらフィン11,12,13の製作や船体への装着が簡単に行えて実用化が容易となり、費用対効果に優れるという利点がある。
以上述べた船舶フィン装置10の省エネルギー効果を確認するために、本発明者は、模型船による抵抗試験および自航試験を行った。これらの試験は、模型船に本発明の船舶フィン装置10を装備した場合と従来の船舶フィン装置70A(図8(b)参照)を装備した場合とを比較して行われた。その結果が図5に示されている。
本発明の船舶フィン装置10を装備することにより、満載状態およびバラスト状態のいずれにおいても、従来の船舶フィン装置70Aを装備した場合と比べて、同一船速に対する推進馬力が小さくて済み、約2%の省エネルギー効果による改善が図られているのが確認された。
図6には、本発明の第2の実施形態に係る船舶フィン装置を装備した船舶の要部概略構成図で、右舷側面図(a)および左舷側面図(b)がそれぞれ示されている。なお、本実施形態の船舶フィン装置10Aを装備した船舶1Aにおいて、第1の実施形態の船舶フィン装置10を装備した船舶1と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては第1の実施形態の船舶フィン装置10を装備した船舶1と異なる点を中心に説明することとする。
本実施形態の船舶フィン装置10Aを装備した船舶1Aにおいて、プロペラ5の回転方向と順廻りのビルジ渦が発生する側の船舷、すなわち左舷1L(図6(b)参照)には、前側フィン11、後側フィン12およびボスフィン13がそれぞれ第1の実施形態の船舶フィン装置10と同様に装備される一方、プロペラ5の回転方向と逆廻りのビルジ渦が発生する側の船舷、すなわち右舷1R(図6(a)参照)には後側フィン12(本発明の「一条フィン」に相当する。)のみが装備されている。
1L 左舷
1R 右舷
2 船尾
3 舵
4 船尾ボス
5 プロペラ
10,10A 船舶フィン装置
11 前側フィン(第1のフィン)
12 後側フィン(第2のフィン、一条フィン)
13 ボスフィン(第3のフィン)
14L,14R 外板
Claims (3)
- 一軸または複数軸船舶の船尾水線下の両舷または片舷に、片舷につき第1のフィンおよび第2のフィンがそれぞれ前側および後側に互いに間隙をもって配設され、
前記第1のフィンは、船体中央より後方でプロペラ中心線高さ以下の位置を起点として後方に向かって上り勾配とされ、
前記第2のフィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備されてなる船舶フィン装置において、
前記第1のフィンの後方で、かつ前記第2のフィンの下方であって、前記第1のフィンの起点の高さからプロペラ中心線の高さ位置までの範囲に、第3のフィンを、船底に平行もしくは平行に近い傾きで配置することを特徴とする船舶フィン装置。 - 一軸または複数軸船舶の船尾水線下の両舷のうち、プロペラの回転方向と順廻りのビルジ渦が発生する側の船舷に、第1のフィンおよび第2のフィンがそれぞれ前側および後側に互いに間隙をもって配設されるとともに、プロペラの回転方向と逆廻りのビルジ渦が発生する側の船舷に一条フィンが配設され、
前記第1のフィンは、船体中央より後方でプロペラ中心線高さ以下の位置を起点として後方に向かって上り勾配とされ、
前記第2のフィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備され、
前記一条フィンは、船底に平行もしくは平行に近い傾きで、その設置高さがプロペラ中心線の上方であってそのプロペラ中心線からプロペラチップの高さの間となるように、プロペラ直前の船体に装備されてなる船舶フィン装置において、
前記第1のフィンの後方で、かつ前記第2のフィンの下方であって、前記第1のフィンの起点の高さからプロペラ中心線の高さ位置までの範囲に、第3のフィンを、船底に平行もしくは平行に近い傾きで配置することを特徴とする船舶フィン装置。 - 前記第3のフィンは、プロペラ中心線からプロペラ半径長の0.7倍下方の位置に至るまでの高さ範囲に設置される請求項1または2に記載の船舶フィン装置。
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