JP2017222344A - 船舶用舵 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回性能を低下させることなく、直進時の摩擦抵抗を低減することができる船舶用舵を提供する。
【解決手段】船舶用舵１は、前端側に最大幅Ｗ１を有し、後端側に突設部６を有する本体部２と、本体部２の後端側に連設される楔部４とから構成されている。突設部６の頂点同士の幅である頂点間幅Ｗ２は、最大幅Ｗ１よりも小さく、楔部４の楔幅Ｗ３よりも大きい。また、突設部６における舵面１ａに対する突設高さＷ４は、楔幅Ｗ３よりも小さい。突設部６を除く本体部２の舵面１ａは略流線型に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高揚力型の船舶用舵に関する。

現在、国際海事機関（ＩＭＯ）において行われている海洋環境保護分野の取り組みの一つに、船舶から排出される温室効果ガスの削減を目的とした船舶のエネルギー効率設計指標（ＥＥＤＩ）の実施が含まれている。

船舶においては、空気や水から受ける抵抗が航行の妨げとなるため、これらの抵抗を低減することが、温室効果ガス排出量の削減に繋がる。このうち、水から受ける摩擦抵抗が大半を占める。また、大型船舶では、舵の面積も大きくなるため、舵に生じる抵抗も無視できない。

船舶の操縦を行うための舵は、一般的には流線型の対称形状断面をもち、舵を回転させて流れに対して迎え角をもたせて船体とは直角の揚力を発生させることで、船を旋回させたり、外力下で真っ直ぐに走らせたりする機能を持つ重要な構成要素の一つである。しかし、舵面積が大きくなると舵にも抵抗が働くため、舵面積はできるだけ小さい方が望ましい。

一般に、舵面積を小さくすると、船体の旋回性能が下がる。しかし、この旋回性能の低下を補うために、舵をある角度以上切ると、背面において流れが剥離して揚力が最大値となり、それ以上の迎え角では揚力が急速に低下する失速を起こし、舵が効かなくなる。このため、舵の揚力の最大値を増加させる様々な工夫が行われている。

例えば、フラップ舵は、舵の後端に可動式のフラップを設けて、舵を切るとフラップが自動的に翼面に対して角度を持つようになっており、揚力を５０％近く増加させることができる。可動部のない高揚力舵としては、フィッシュテール型とウェッジ型がある。

フィッシュテール型は、舵の後半部を魚の形に似せて、後端は魚の尾びれのように若干開いた形をしており、揚力が大きくなる。また、舵後端部に三角形状のウェッジを取り付けて大きな揚力を発生させる舵もある。

しかし、上記のフラップ舵は構造が複雑で、フラップを動かすための動力も大きく初期及び運転コストが高いという欠点がある。また、フィッシュテール型の舵は、揚力が大きくなるが、同時に直進時の抵抗も発生する。ウェッジ型の場合もフィッシュテール型と同様に、揚力を増加させることができるが、迎え角が０度のときの抵抗が増加する。

直進時の舵に働く抵抗の問題については、上述のような高揚力化のための構造を維持しながら効果的に低減する構成が考えられている。この直進抵抗を低減できる高揚力舵の従来例を図８に示す。

図８は、従来の高揚力舵の水平断面形状を示している。舵本体１００の後端部には、幅方向に僅かに突出するように幅Ｗ１０１のフラットバー１０１が接続されている。また、舵本体１００は、舵外方へ凸となるように流線型に形成されている。このように構成されているので、旋回時においては、後端側のフラットバー１０１が作用して強い旋回力が生じる。そして、直進時には、一部剥離を伴った乱流域が後端側に形成されるので、フラットバー１０１による直進抵抗を低減することが可能である。

以上のように、図８の高揚力舵（舵本体１００及びフラットバー１０１）では、基本的にウェッジ型舵と同様に同一面積の一般の舵に比べて強い旋回力を得ることができると共に、直進時における抵抗の増大を防止できる。

このような技術については、特許文献１に記載がある。

特開２００３−２７６６８９号公報

ところで、上述の温室効果ガスの排出に対する規制は厳しくなる傾向にあり、更なる効率化への要求が高まっている。

これに対して、上述の図８の構成を基に、舵面の面積を縮小することによってエネルギー効率の向上を図る場合、面積の縮小に伴う旋回性能の低下を補うために、フラットバー１０１の幅方向への突出量Ｗ１０２を増大させる必要がある。

しかし、図８の構成では、舵本体１００が流線型に形成されており、一部剥離により生じる乱流域は僅かであるため、張り出し量を増大させたフラットバー１０１がその乱流域に収まらない場合が生じ得る。この場合、乱流域外に張り出した部分には外部流が当たることによって直進抵抗が生じるので、舵面の面積縮小による摩擦低減の効果が半減する。

このように、一定の旋回性能の維持という問題があるため、単に面積を縮小するだけでは効果的に摩擦抵抗を低減することは難しい。

そこで、本発明では、旋回性能を低下させることなく、直進時の抵抗を低減することができるウェッジ型船舶用舵を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の船舶用舵は、水平断面形状が流線型である本体部と、前記本体部の後端側に連設されている楔部（ウェッジ）と、前記本体部の前後方向における中間位置と前記楔部との間に、前記本体部の最大幅よりも小さい突出幅で両舵面に突設されている突設部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の船舶用舵は、水平断面形状が流線型である本体部と、前記本体部の後端側に厚みを減ずるように段差を形成して連設されている薄肉部と、前記薄肉部の後端側に連設されている楔部とを備え、前記段差は、前記本体部、前記薄肉部及び前記楔部からなる全体の前後方向における中間位置よりも後端寄りに形成されており、前記本体部側の前記段差近傍の面の向きと、前記薄肉部側の前記段差近傍の面の向きとが略同じであることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、直進時において、前後方向における前端側で本体部の流線型の外形に沿った水の流れが、全体の中間位置と楔部との間に設けられている突設部後端の段差により流れは剥離し、後端側の楔部との間に死水域が形成されるので、外部流れが見掛け上流線型を維持することから直進抵抗が低減される。

また、突設部は全体のうち後端寄りに形成されていると共に、本体部のうち突設部以外の部分は流線型に形成されている。これにより、舵を切った際、進行方向の舵面側において突設部により形成された死水域に水が流れ込み易くなり、舵の後端側において舵直圧力が有効に作用する状態が速やかに形成される。

また、本発明によれば、直進時において、前後方向の前端側で本体部の流線型の外形に沿った水の流れが、全体の中間位置と楔部との間に設けられている段差により剥離し、段差と後端側の楔部との間に死水域が形成されるので、直進抵抗が低減される。

また、段差は全体のうち後端寄りに形成されていると共に、段差の近傍において本体部と薄肉部の面の向きが略同じになるように形成されている。これにより、舵を切った際、進行方向の前端側において段差により形成される渦は小さくなり、舵後端のウェッジに水が流れ込み易くなり、舵の後端側において圧力が高くなる結果、舵直圧力が大きくなる。

さらに、本発明によれば、上記効果に加えて、舵を切った際に、進行方向の背面においても段差により形成された死水域の効果で水の流れがスムーズになるので、ウェッジ前方の圧力増加が抑えられ、舵直圧力の増加に寄与する。

本発明の第１の実施の形態に係る船舶用舵の平面図である。 図１の船舶用舵の作用を説明するものであって、（ａ）は直進時、（ｂ）は旋回時を示す平面図である。 図１の船舶用舵の突設部周辺の部分拡大図である。 本発明の第２の実施の形態に係る船舶用舵の平面図である。 図４の船舶用舵の作用を説明するものであって、（ａ）は直進時、（ｂ）は旋回時を示す平面図である。 図４の船舶用舵の薄肉部の拡大図である。 実施例のシミュレーションで用いたモデルの形状を示す図である。 特許文献１の高揚力舵を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る船舶用舵について図を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態に係る船舶用舵の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る船舶用舵１の水平断面形状を表している。以下、船舶用舵１を単に舵１と呼ぶこととする。

図１では、前後における全体の中間位置を一点鎖線で表し、便宜的にこの一点鎖線に対して紙面左側を前端側とし、紙面右側を後端側として示している。最大幅Ｗ１を有する部分は前端側に形成されており、後端側には最大幅Ｗ１より小さい幅で突出するように突設部６が形成されている。突設部６の頂点同士の間隔は、図１中に、頂点間幅Ｗ２として示されている。この突設部６を除いて舵１の舵面１ａは流線型に形成されている。また、本体部２の後端側には、三角形状のウェッジ（楔部）４が連設されている。

ウェッジ４の幅を示すウェッジ幅Ｗ３は、突設部６の頂点間幅Ｗ２よりも更に小さくなるように形成されている。本実施の形態に係る構成において、突設部６が本体部２から突設された突設高さＷ４は、ウェッジ４のウェッジ幅Ｗ３よりも小さくなるように形成されている。なお、後述する実施例で示すように、ウェッジ４の角の部分にＲ処理を施すことで、抵抗を低下させることができる。

ここでＲ処理とは、角になっている部分を削る処理であり、ウェッジ４の先端から舵１の中心線に向かう傾斜部分があればよい。ウェッジの先端から内向きに向かう流れを作ることで抵抗が低減するからである。Ｒ処理には、面取りおよび丸面取りを含む。

上記ウェッジ４又は突設部６は、本体部２に対して同一部材で一体的に形成されていても良く、また、別部材を組み合わせた構成であっても構わない。なお、図１以下では、舵１の内部構造については図示を省略し、斜線を施して表している。

次に、図２を用いて、舵１の周りの水の流れ方について説明する。

図２は、図１の舵１の作用を説明するものであって、（ａ）は直進時の状態を示し、また、（ｂ）は旋回時の状態を示している。図２において、舵１の周辺の水の流れのうち境界層の外部の流れ（以下、外部流れと呼ぶ。）は、説明の便宜のため、矢印付の点線で表している。また、突設部６背後およびウェッジ４背後に形成される死水域の外端を１点鎖線で表している。

図２（ａ）を参照して、直進時においては、舵１は一様流Ｕに対して平行に配置される。一般に、ウェッジ４のように幅方向へ一定の角をなして張り出した構造体の後流には、剥離により渦が生じて、構造体背面に負圧域が形成される。このため、負圧により後方へ引く力が生じて直進抵抗となる。

これに対して、舵１の本体部２は上述のように略流線型に形成されているので、前端側から突設部６に達するまでの領域においては、水流は舵面１ａに沿ったスムーズな流れとなる。

しかし、本実施の形態では、突設部６が流線型の舵面１ａから厚み方向へ突設されており、突設部６の後端の段差によって流れが剥離をして、その後方に渦によって占められる閉鎖水域である死水域Ｒ１が形成される。この死水域Ｒ１がちょうど突設部６後端の段差とウェッジ４との領域を埋めるように突設部６とウェッジ４の大きさを設計する。

このように形成された死水域Ｒ１は、ウェッジ４の後方に形成された圧力の低い後流域Ｒ２と一体になり、外部流れはあたかも流線型のように流れて抵抗の増加をなくする。

すなわち、本実施の形態に係る舵１によれば、ウェッジ４の前方で突設部６により剥離を生じさせることによって、外部流れをウェッジ４の先端を回らせてあたかもウェッジ４を翼内部に収納したのと同様の流れを形成することが可能となる。

こうして、ウェッジ４を外部流れに晒すことなく、ウェッジ４による舵１の抵抗の増加を抑えることができる。

ここで、突設部６の近傍の構造を図３に示す。図３は図２（ａ）の破線の楕円形で囲んだ部分Ｘの拡大図である。図３には、突設部６の前端側近傍の本体部２の面の法線方向を矢印２ａで示し、突設部６の後端側近傍の本体部２の面の法線方向を矢印２ｂで示している。図３から分かるように、矢印２ａ及び矢印２ｂは、共に後端側へ傾いた略同じ向きを指している。このように、本実施の形態に係る舵１では、最大幅Ｗ１（図１参照）よりも後端側において幅方向に収束する傾斜領域に突設部６が設けられている。

この突設部６は、前端側の傾斜面６ａと後端側の傾斜面６ｂとにより形成されている。これら傾斜面６ａ、６ｂのうち、少なくとも、前端側の傾斜面６ａの方が本体部２の舵面１ａに対して滑らかに連続するように形成されている。

しかも、図１を再度参照すると、この突設部６の突設高さＷ４は、図１に示したように、ウェッジ４のウェッジ幅Ｗ３よりも小さく、僅かな突出量となるように抑えられている。このため、突設部６の後端で発生する剥離が外部流れ方向に極端に広がることを防止できる。

再度図２を参照する。したがって、上述の死水域Ｒ１及び後流域Ｒ２と前端側の本体部２とによって形成される外形は滑らかに連続し、全体として流線型の仮想的な舵が存在しているかのような外部流れが形成される。

次に、図２（ｂ）に、旋回時の状態を示す。また、図２（ｂ）と合わせて、引き続き図３も参照する。図２（ｂ）は、一様流Ｕに対して傾斜して配置された舵１の状態を示している。

図３に示すように、本実施の形態に係る舵１は、突設部６の近傍において、前端側及び後端側の舵面１ａの面の向きが略同じになるように形成されている。また、突設部６は前端側の斜面が本体部２と滑らかに連設されている。このため、図２（ｂ）に示すように、舵１を切った場合、流れの前面側の舵表面の突設部６とウェッジ４との間の死水域Ｒ１は小さくなり、舵１に沿った流れがウェッジ４に当たるようになる。

よって舵１を切った時の前面側の流れがせき止められて、ウェッジ４前方の舵表面に働く圧力ｆ１が上昇するので、揚力Ｆを増加させることが可能となる。一方、流れに対して背面においては、突設部６によって剥離して形成された死水域Ｒ３がウェッジ４を覆うため圧力の上昇は抑えられ、これも揚力Ｆの増加に寄与する。

また、本実施の形態に係る舵１によれば、舵面積（舵板の面積）を小さく設計することができるので、舵軸に働くモーメントを減少させることに繋がり、これによって、動力を発生させる舵取器の容量を小さくできるというメリットもある。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る船舶用舵について説明する。

図４は、本実施の形態に係る船舶用舵１１の水平断面形状を表している。以下、船舶用舵１１を単に舵１１と呼ぶこととする。

図４でも、図１と同様に、説明の便宜のため、前後における全体の中間位置を一点鎖線で表しており、この一点鎖線に対して紙面左側を前端側とし、紙面右側を後端側として示している。本実施の形態に係る舵１１は、前端側に最大幅Ｗ１１を有し流線型に形成された本体部１２と、この本体部１２に対して厚みを減ずるように段部１６を介して後端側に連設された薄肉部１３と、更にこの薄肉部１３の後端側に連設された三角形状のウェッジ（楔部）１４とから構成されている。

段部１６の形成されている部分の幅Ｗ１２（後述する角部１６ａ同士の間隔）は、最大幅Ｗ１１よりも小さくなるように形成されている。そして、ウェッジ１４のウェッジ幅Ｗ１３は、段部１６の幅Ｗ１２よりも更に小さくなるように形成されている。

上記本体部１２、薄肉部１３及びウェッジ１４は、同一部材で一体的に形成されていても良く、また、別部材を組み合わせた構成であっても構わない。なお、本実施の形態においても、図４以下では、舵１１の内部構造については図示を省略し、斜線を施して表す。

次に、図５を用いて、舵１１の周りの水の流れ方について説明する。

図５は、図４の舵１１の作用を説明するものであって、（ａ）は直進時の状態を示し、また、（ｂ）は旋回時の状態を示している。図５において、舵１１の周辺の境界層外部の水の流れは矢印付の点線で表している。

図５（ａ）を参照して、直進時においては、舵１１は一様流Ｕに対して平行に配置される。舵１１の本体部１２は、上述のように、略流線型に形成されているので、前端側から段部１６に達するまでの領域においては、水流は舵面１１ａに沿ったスムーズな流れとなる。

しかし、本実施の形態では、段部１６が流線型の舵面１１ａから厚みを減ずるように薄肉部１３が形成されている。すなわち、段部１６、薄肉部１３及びウェッジ１４によって囲まれた凹状の領域が形成されている。この領域では、図５（ａ）に示されているように、舵１１を切らない状態（迎え角がゼロの状態）では、段部１６で外部の流れは剥離し、ウェッジ１４の前に閉鎖的な渦流れで構成される死水域Ｒ１１が形成される。

このように形成された死水域Ｒ１１は、ウェッジ１４の後方に形成された圧力の低い後流域Ｒ１２と一体になり、ウェッジ１４は、死水域Ｒ１１と後流域Ｒ１２とによって覆われる。すなわち、ウェッジ１４の前部と後部はほぼ同じ圧力の流体で覆われることから抵抗はほとんど生じない。

すなわち、本実施の形態に係る舵１１によれば、ウェッジ１４の前方で剥離を生じさせることによって、外部流れをウェッジ１４の先端を回らせてあたかもウェッジ１４を翼内部に収納したのと同様の流れを形成することが可能となる。

こうして、直進時においてはウェッジ１４を外部流れに晒すことなく、ウェッジ１４による舵１１の抵抗の増加を抑えることができるので、エネルギー効率が良好な状態となり、温室効果ガス排出量を削減することが可能となる。

ここで、段部１６の近傍の構造を図６に示す。図６は、図４の破線の楕円形で囲んだ部分Ｙの拡大図である。図６には、段部１６の前端側近傍の本体部１２の面の法線方向を矢印１２ａで示し、段部１６の後端側近傍の薄肉部１３の面の法線方向を矢印１３ａとして示している。図６から分かるように、矢印１２ａ及び矢印１３ａは、共に、後端側へ傾いた略同じ向きを指している。このように、本実施の形態に係る舵１１では、最大幅Ｗ１１（図４参照）よりも後端側において幅方向に収束する傾斜領域に段部１６が設けられている。

本実施の形態において、この段部１６を形成する本体部１２側の角部１６ａと、薄肉部１３側の隅部１６ｂとを繋ぐ面は、矢印１２ａ、１３ａと略平行に形成されている。このように形成されていると、段部１６において外部流れは剥離して、下流側に死水域を形成する。

しかも、この段部１６の段差Ｗ１４は、図５（ａ）に示したように、ウェッジ１４のウェッジ幅Ｗ１３（図４参照）よりも小さく、僅かな段差となるように抑えられている。

このため、段部１６において剥離が生じても、外部流れ（境界層）が極端に広がることを防止できる。

したがって、上述の死水域Ｒ１１及び後流域Ｒ１２と前端側の本体部１２とによって形成される外形は滑らかに連続し、全体として流線型の仮想的な舵が存在しているかのような外部流れが形成される。

次に、図５（ｂ）に、旋回時の状態を示す。また、図５（ｂ）と合わせて図６も参照する。図５（ｂ）は、一様流Ｕに対して傾斜して配置された舵１１の状態を示し、図６は、図４の領域Ｙの部分拡大図を示している。

図６に示すように、本実施の形態に係る舵１１は、段部１６の前後近傍において、本体部１２及び薄肉部１３の面の法線の向きが、１２ａと１３ａの矢印で示すように略同じになるように形成されている。ただし、第１の実施の形態において図３に示したように、突設部６の前端側の舵面１ａの法線２ａが、後端側の舵面１ａの法線２ｂと略一致するのではなく、１２ａより１３ａの方が垂直に近くなっており、段部１６の前後で舵の表面の傾きが違っている点で異なっている。

また、段部１６は、前端部から厚みを減ずるように形成されているので、図１の突設部６のように本体部２の舵面１ａから幅方向へ張り出していない。このため、図５（ｂ）に示すように、舵１１を切った場合、図１の突設部６よりも段部１６後方に形成される死水域が小さくなり、さらにスムーズに薄肉部１３の表面に流れが入ってきてウェッジ１４に当たる。これにより、流れがウェッジ１４によってせき止められて圧力が上昇し、揚力Ｆを増加させることが可能となる。

また、本実施の形態に係る舵１１によれば、第１の実施の形態に示した舵１と同様に、舵面積を小さく設計することができるので、舵軸に働くモーメントを減少させることに繋がり、舵取り器の容量を小さくできるというメリットもある。

なお、上記第１及び第２の実施の形態で示した構成は、本発明の一実施形態を例示するものであり、以下に示すような変形例も含まれる。

上記の第２の実施の形態では、段部１６を形成する角部１６ａと隅部１６ｂに丸め加工が施されていない構成を例として示したが、少なくとも、角部１６ａ側に面取り加工が施されていると、舵を切った際において、死水域へ水がスムーズに流れ込む。これにより、舵を切ると同時に、速やかに高揚力舵としての機能が得られる。

また、上記面取り加工については、丸め加工の一形態であり、複数の面により形成された構成や、曲面により形成された構成も含む。

また、上記の第２の実施の形態では、段部１６を形成する角部１６ａと隅部１６ｂとを繋ぐ面が、舵面１１ａに対して略直交する方向に延びるように形成された構成を例として示した。しかし、角部１６ａと隅部１６ｂとを繋ぐ面が後方寄りに傾斜していても構わない。このように構成されていると、直進時においては、角部１６ａで剥離を発生させることができると共に、旋回時においては、速やかに薄肉部１３の表面へ水の流れを導くことが可能となる。

また、上記の第２の実施の形態では、薄肉部１３が凹状に形成されている構成を例として示したが、少なくとも、段部１６近傍の面の向きが本体部１２と同じ向きで形成されていれば、凸状に形成されていても構わない。

また、前記ウェッジ１４は、本体部１２又は薄肉部１３に対して一体的に固定された構成を例として示した。しかし、舵１１を切る際に連動するフラップ舵のような構成であっても構わない。

以下に本発明に係る舵１の実施例について説明する。実施例は流体シミュレーションを用いた。図７にシミュレーションに用いたモデルを示す。なお、図７は、図１とほぼ同じ図であるので、図１と同じ部分については同じ符号を付した。シミュレーションでは、ウェッジ４の角度であるウェッジ角θも変化させた。また、突設部６の設定位置は、後端からの位置（Ｔ−Ｒｃと表示した）と、前端からの位置（Ｆ−Ｒｃと表示した）および最大幅での位置（ＭＡＸと表示した）を設けた。なお「Ｒｃ」はモデル「オリジナル」の全長ｃに対する比率を意味する。

また、表１にシミュレーションに用いた舵１のモデルの諸元を示す。モデル「オリジナル」は、ウェッジ４および突設部６がなく、単に断面が流線形をした舵である。各諸元は、このモデル「オリジナル」の全長を「ｃ」として表してある。

「０．９ｃ−Ｗ２．５」および「０．８ｃ−Ｗ５．０」は、全長がそれぞれ０．９ｃおよび０．８ｃで、ウェッジ幅Ｗ３がそれぞれ全長ｃの２．５％および５．０％であることを示している。これらのモデルには、突設部６は設けられていない。

「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０」から「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０ａ」までは、全長がモデル「オリジナル」の９０％であり、ウェッジ幅Ｗ３が０．１ｃであり、ウェッジ角θが規定されたモデルである。θの後の数字がウェッジ角θの角度を表している。たとえば「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０」は、ウェッジ角θが３０度であることを示している。なお、「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０ａ」のテール部分を図７（ｂ）に示す。このモデルはウェッジ４の角の部分をＲ処理したものである。これらのモデルについても、突設部６は設けられていない。

「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０ａ−ａｐ０．５−２０」は、全長がモデル「オリジナル」の９０％であり、ウェッジ幅Ｗ３が０．１ｃで、ウェッジ角θが３０度（Ｒ処理付）で、突設高さＷ４がモデル「オリジナル」の全長の０．５％であり、設置位置が舵後端から０．２ｃの位置にあることを意味する。このサンプルには突設部６が設けられている。

以下のモデルにおいても全長、ウェッジ幅Ｗ３、ウェッジ角θについては、同じであるので、標記として例えば「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０ａ−ａｐ０．５−２０」を「ａｐ０．５−２０」と略す。「ａｐ０．５−ＭＡＸ」は、突設部６の設置位置が最大幅の部分にしたものである。「ａｐ０．５−２０ｆ」および「ａｐ０．５−１０ｆ」は、突設部６を先頭から０．２ｃおよび０．１ｃの位置に配置した場合である。

なお、「ａｐ０．５−２０」と「ａｐ０．５−３０」は、本発明に係る舵１の要件を満たしており、本発明に係る舵１である。

シミュレーションは流速を２ｍ／ｓとし、ＳＳＴｋ−ω乱流モデルを用いて、流れに対して迎角０度の場合と２０度の場合について行った。表２には、迎角０度の場合の抗力係数Ｃ_Ｄと、迎角２０度の場合の揚力係数Ｃ_Ｌの結果を示す。なお、抗力係数Ｃ_Ｄおよび揚力係数Ｃ_Ｌは、それぞれ（１）式および（２）式で表される。

ただし、Ｄは抗力、Ｌは揚力、ρは流体密度、Ａは舵の側面投影面積、Ｕは流体速度である。

表中でＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅとは、モデル「オリジナル」のＣ_Ｄ若しくはＣ_Ｌからの減少率を表し、（３）式によって求めたものである。

まず、モデル「０．９ｃ−Ｗ２．５」およびモデル「０．８ｃ−Ｗ５．０」を参照する。これらは、舵の全長が９０％および８０％と短くなり、小さなウェッジ４が付加されたものである。ウェッジ４が付加されると、抗力係数Ｃ_Ｄおよび揚力係数Ｃ_Ｌは増加した。

次に全長をモデル「オリジナル」の９０％、ウェッジ幅Ｗ３をモデル「オリジナル」の全長の１０％（０．１ｃ）に固定し、ウェッジ角θを３０度、４５度、６０度、３０度＋Ｒ処理のものを参照する。ウェッジ角θを大きくするにつれ、抗力係数Ｃ_Ｄは小さくなった。一方、揚力係数Ｃ_Ｌは、ウェッジ角θを大きくするにつれ、大きくなった。

ウェッジ４の角にＲ処理を付したモデル「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０ａ」は、抗力係数Ｃ_Ｄがその他の角度と比較して低下した。このモデルは揚力係数Ｃ_Ｌも、ウェッジ４の角にＲ処理を付さないモデル「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０」より上がり、オリジナルに対して７０％以上高い揚力係数Ｃ_Ｌを示した。

そこで、モデル「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０ａ」の条件は固定し、さらに突設部６（突設高さＷ４はオリジナルの全長の０．５％）の設置位置を変えながらシミュレーションを行った。

モデル「ａｐ０．５−２０」からモデル「ａｐ０．５−１０ｆ」は突設部６の設置位置を変えたモデルである。この中で最大幅部分から舵の前方に向かって突設部６を付加したモデル「ａｐ０．５−ＭＡＸ」、モデル「ａｐ０．５−２０ｆ」、モデル「ａｐ０．５−１０ｆ」はいずれもモデル「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０ａ」より高い抗力係数Ｃ_Ｄを示した。

一方、最大幅部分より後に突設部６を設けたモデル「ａｐ０．５−２０」、モデル「ａｐ０．５−３０」は、モデル「０．９ｃ−Ｗ１０−θ３０ａ」より低い抗力係数Ｃ_Ｄを有し、さらに揚力係数Ｃ_Ｌもモデル「オリジナル」に対して７０％以上高い値を示した。

以上のように本発明に係る舵（モデル「ａｐ０．５−２０」とモデル「ａｐ０．５−３０」）は、全長をモデル「オリジナル」より短くし、抗力係数Ｃ_Ｄはモデル「オリジナル」の１４０％を超えない範囲で、７０％以上高い揚力係数Ｃ_Ｌを示すものとなった。また、ウェッジ４の角にＲ処理を施すことで抗力係数Ｃ_Ｄを低下させることができた。

本発明の船舶用舵は、旋回時の高揚力機能を有するとともに、直進時の舵抵抗を低減することにより温室効果ガスの低減を図ることが可能となるので、省エネ化が必要とされる大型船舶において、低速時の舵効きの向上や舵面積の低減に貢献できる。

１ 船舶用舵
１ａ 舵面
２ 本体部
２ａ、２ｂ 法線の向き
４ ウェッジ（楔部）
６ 突設部
６ａ 前端側傾斜面
６ｂ 後端側傾斜面
１１ 船舶用舵
１１ａ 舵面
１２ 本体部
１２ａ、１３ａ 法線の向き
１３ 薄肉部
１４ ウェッジ（楔部）
１６ 段部
１６ａ 角部
１６ｂ 隅部
５０ 一点鎖線
１００ 舵本体
１０１ フラットバー
ｆ１、ｆ２ 圧力
Ｆ 揚力
Ｒ１、Ｒ１１ 死水域
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１２、Ｒ１３ 後流域
Ｕ 一様流
Ｗ１、Ｗ１１ 最大幅
Ｗ２ 頂点間幅
Ｗ３、Ｗ１３ ウェッジ幅
Ｗ４ 突設高さ
Ｗ１２ 幅（頂点間幅、角部間幅）
Ｗ１４ 段差
Ｗ１０１、Ｗ１０２ 幅
θ ウェッジ角

Claims (3)

1. 水平断面形状が流線型である本体部と、
   前記本体部の後端側に連設されている楔部と、
   前記本体部の前後方向における中間位置と前記楔部との間に、前記本体部の最大幅よりも小さい突出幅で両舵面に突設されている突設部と、
   を備えたことを特徴とする船舶用舵。
2. 水平断面形状が流線型である本体部と、
   前記本体部の後端側に厚みを減ずるように段差を形成して連設されている薄肉部と、
   前記薄肉部の後端側に連設されている楔部とを備え、
   前記段差は、前記本体部、前記薄肉部及び前記楔部からなる全体の前後方向における中間位置よりも後端寄りに形成されており、
   前記本体部側の前記段差近傍の面の向きと、前記薄肉部側の前記段差近傍の面の向きとが略同じであることを特徴とする船舶用舵。
3. 前記楔部の角にＲ処理が施されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載された船舶用舵。