JPH10297593A

JPH10297593A - 高揚力断面輪郭を有する舵

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Publication number: JPH10297593A
Application number: JP10996497A
Authority: JP
Inventors: Bingam Peter; ピーター・ビンガム; Kenjiro Nabeshima; 健治郎鍋島
Original assignee: Japan Hamworthy and Co Ltd
Current assignee: Japan Hamworthy and Co Ltd
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 1998-11-10
Anticipated expiration: 2017-04-28
Also published as: JP3394153B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高揚力断面輪郭を有する舵において、この舵の
特徴である固有の高揚力特性を損うことなくして、舵中
立位置における抵抗損失を少くすることを課題とする。【解決手段】プロペラ直径をＤとおいた時、舵１本体の
船首尾方向の全長Ｃが0.60〜0.62Ｄとされた舵であっ
て、該舵本体１の水平断面輪郭が魚を横から見たような
形状をなし、魚体部に相当する断面流線型をなす前方部
１Ａの、後方部１Ｂとの境界１Ｃより広がるスロープ角
αが側角10〜12°、魚尾部に相当する同後方部１Ｂの、
前方部１Ａとの境界１Ｃより広がるテール角βＥが側角
４〜６°とされ、前記舵本体１の頂底端面に巾が0.4 Ｃ
の端面板２、３が取り付けられ、かつ底端板３の両側縁
のみが15°の角度で下方へ折り曲げられてなり、魚体部
に相当する断面流線型をなす前方部１Ａの長さが0.8
Ｃ、魚尾部に相当する後方部１Ｂの長さが0.2 Ｃとされ
たものを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高揚力断面輪郭
を有する舵に関する。

【０００２】

【従来の技術】水平断面が高揚力断面輪郭を有する舵が
近年広く実用に供されている。これは図１４〜図１６に
示すように、舵本体１の水平断面輪郭が図１６に示すよ
うに魚を横から見たような形状をなし、魚体部に相当す
る断面流線型をなす前方部１Ａと魚尾部に相当する後方
部１Ｂとその間の薄板１Ｃからなり、上部と下部とにそ
れぞれ、水平の端板２、３を付け、かつ底端板３の両端
３Ａ、３Ａを30°の角度で下方へ曲折したものである。

【０００３】各部の形状、寸法、角度は図１４〜図１６
の符号を参照して、船首尾線に沿った舵の長さＣ＝0.7
〜0.85Ｄ（Ｄはプロペラ直径）、α（スロープ角）＝15
°、β（テール角）＝10°、前方部１Ａの長さＣ₁＝0.
42〜0.51Ｄ、後方部の長さＣ ₂＝0.14〜0.17Ｄ、中間部
の長さＣ₃＝0.14〜0.17Ｄとされ、この舵１は各舷に最
大70°まで転舵できるようにして使用されている。

【０００４】この舵に角度が与えられた状態では、推進
プロペラの後流が舵に当たって舵面に沿って流れる際、
後方部１Ｂのテールひれにおいて水流が偏流させられ、
その効果により舵に大きな揚力が発生する。

【０００５】従って、この高揚力舵は、普通の流線型舵
に比べて、船の針路安定性が良く、大舵角の旋回では早
く旋回運動に入り、旋回半径も小さく、転舵の発令から
船が90°回頭するまでの前進距離（アドバンス）が短い
という特長を有する。

【０００６】また、この舵を最大70°に転舵した状態で
は、推進プロペラの発生する前方向の推力は舵によって
極端に減小させられ、代りに横方向の推力が非常に大き
くなる。

【０００７】従って、スターンスラスター（船尾船体の
水中部分を横方向に貫通するトンネルを設け、その中に
モーターによって駆動されるプロペラを設け、左右いず
れにも推力を出せるようにしたもの）を設けなくても、
舵の作動によって船尾を左右に振ることができるという
特徴を有する。

【０００８】これらの特徴により、船舶の操船、操縦中
に相手船や障害物を回避するのが容易で安全であること
から、出入港や離着岸の多い内航船（日本国内の沿岸や
内海を航海する船）にこの高揚力舵が好んで使用されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この高揚力断面輪郭を
有する舵は、舵が中立位置、すなわち舵の水平断面の長
手方向中心線が船体の長手方向中心線と平行であるよう
な舵位置にあるとき、舵表面に沿って流れる推進プロペ
ラの後流がテールひれによって偏流させられることによ
り、推進抵抗が従来の普通流線型舵に比べて若干大きい
という問題があった。

【００１０】もっとも、船が直進中、舵が常に中立位置
にあるということはなく、波浪、風象等により船体が針
路から外れようとするのを絶えず当て舵（船をいつも所
定の針路に合わせるようにするために、舵を左右に細か
く転舵する動作）によって、所定の針路に戻すように制
御しているが、この高揚力舵の場合、普通一般の流線型
舵に比べて、僅かの当て舵量でも直ちに揚力が発生して
船を所定の針路に復させるから船のジグザグ進行が少く
なる。

【００１１】従って、推進馬力の損失が少ないことにな
り、実際問題としては、この高揚力舵と普通一般の流線
型舵との比較において舵の中立位置における抵抗の差が
そのまま燃料消費量の差となることはない。

【００１２】しかし、特に大型外洋航行船では、船の操
縦性能に重きを置く内航船と違って、舵をほとんどとる
必要のない大洋航行の時間が圧倒的に多いことから、舵
中立位置における水流抵抗を極小にすることがむしろ最
重要視される。

【００１３】また、大型外洋航行船の場合、出入港・離
着岸時に自力により操船することは稀で、大抵の場合曳
船の助けによって行われることから、内航船の場合のよ
うな船の小回りのきく、高い操縦性能が要求されること
はないので、普通の流線型舵の性能でも支障はない。

【００１４】しかし、大型外洋航行船に対して、従来の
舵と同等以上の舵性能を維持しつつ舵の面積を極力小さ
くすることは、コスト、重量低減の目的で、また、舵取
機の容量、コストを低減させる目的から望ましい事項と
なる。

【００１５】本発明は、上記のような従来の技術の問題
点を解決し、あるいは、ニーズに応えるためになされた
ものであり、高揚力断面輪郭を有する舵において、この
舵の特徴である固有の高揚力特性を損うことなくして、
舵中立位置における抵抗損失が少く、かつ、従来、大型
外洋航行船に一般に用いられているマリナー型の舵に比
べて、寸法が小さくて済み、従って舵の軽量化とコスト
低減が達成でき、また、それに伴い、舵取機の容量、従
って、コストを節減できるような構成と諸元をもった高
揚力断面輪郭を有する舵を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の高揚力断面輪
郭を有する舵は、プロペラ直径をＤとおいた時、舵本体
の船首尾方向の全長Ｃが0.60〜0.62Ｄとされた舵であっ
て、該舵本体の水平断面輪郭が魚を横から見たような形
状をなし、魚体部に相当する断面流線型をなす前方部
の、後方部との境界より広がるスロープ角が側角10〜12
°、魚尾部に相当する同後方部の、前方部との境界より
広がるテール角が側角４〜６°とされ、前記舵本体の上
下端面に巾が0.4 Ｃの端面板が取り付けられ、かつ底端
板の両側縁のみが15°の角度で下方へ折り曲げられてな
ることを特徴とするものである。

【００１７】請求項２の高揚力断面輪郭を有する舵は、
請求項１における高揚力断面輪郭を有する舵において、
魚体部に相当する断面流線型をなす前方部の長さが0.8
Ｃ、魚尾部に相当する後方部の長さが0.2 Ｃとされたこ
とを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】舵を中立位置に置いた状態では、推進プロペラ
の後流は、舵の前縁端から両側面に分れ、それぞれ表面
輪郭に沿って後方に流れる。

【００１９】この際、舵本体の前縁は流れに対して抵抗
の少ない流線型であるため、抵抗は極小であり、そし
て、流線型部の後半のスロープ部は、背面渦を生じない
最大角度となっているため、流線型部の長さが最小であ
るにもかかわらず、抵抗は極小である。

【００２０】水流は、更にテールひれ部に沿って流れる
に当たり、４〜６°だけ偏流させられるが、そのことに
よる抵抗（抗力）は、従来の高揚力断面輪郭を有する舵
の場合に比べて極めて小さい。（なお、この偏流による
揚力は、舵の両面において発生するから互いに釣合い、
横推力とはならない。）舵に角度を与えた状態では、推進プロペラの後流は、舵
の片側の面に、頂端板と底端板との間に封じ込められる
ようにして流入する。

【００２１】そして、水流が舵の前部の流線型部の流線
輪郭に沿って流れるに際して揚力を発生し、さらに、テ
ールひれ部において流れの方向が偏向させられることに
より、その反力で舵の高い揚力が発生する。

【００２２】従来の高揚力断面輪郭をもつ舵の場合に比
べて、発生する揚力は、舵角が若干相違するだけで、大
きさはほぼ同じであるから、従来とほぼ同等の高い操船
・操縦性を与えることができる。

【００２３】舵を最大75°に転舵した状態では、舵面に
当たった推進プロペラの後流は、頂端板と底端板との間
に封じ込められるようにして舵面の輪郭に沿って流れ、
舵面を離れる時点では、船体前後方向中心線に対してほ
ぼ直角の方向に偏向させられることになり、船の前後方
向の推力は小さく横方向の推力が大きくなる。

【００２４】従って、船は前後に移動することは少なく
船尾を横に振る動作を行える。これは、従来の高揚力断
面輪郭を有する舵において、舵を最大75°に転舵したと
きの性能と同等である。

【００２５】

【実施例】次に、この発明の実施の形態を説明する。図
１はこの発明の一実施の形態の側面図、図２は図１のＸ
−Ｘ線矢視断面図、図３は背面図である。

【００２６】従来の高揚力断面を有する舵の揚力を低下
させることなく前進抵抗を減ずる課題を解決するため、
舵模型系列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５種と、比較例のため
に大型船で普通に使用されるマリナー型の舵模型Ｍとの
計６種製作した。［Ａ舵模型］Ａ舵模型は、図１〜３に示すように、この
発明の舵の形状と諸寸法とした。

【００２７】即ち、後述の試験用プロペラ４の直径Ｄ
（＝18.5cm) に対し舵の船首尾線方向に沿った上下方向
中央位置の長さ（以下単に「長さ」と言う）Ｃが 0.6Ｄ
（＝11.1cm) 、可動部の舵面積206.3cm²とされ，該舵本
体１の水平断面輪郭が図示のように魚を横から見たよう
な形状をなし、魚体部に相当する断面流線型をなす前方
部１Ａの、後方部１Ｂとの境界１Ｃより広がるスロープ
角αが側角12°、同長さＣ₁＝ 0.8Ｃ、魚尾部に相当す
る同後方部１Ｂの、前方部１Ａとの境界１Ｃより広がる
テール角βが側角５°、長さＣ₂＝0.2 Ｃの形状とし
た。

【００２８】また、頂端板２の巾は0.24Ｄ、底端板３に
ついては、さらに両端を15°の角度で下方へ曲折した。［Ｂ舵模型］Ａ舵模型に対しテール角βを側角10°とし
た他はＡ舵模型と同じ形状と諸寸法とした。［Ｃ舵模型］舵長さＣのみを増加させることにより可動
部の舵面積245.7cm²とした他は，Ａ舵模型と同じスロー
プ角α、テール角βとした。［Ｄ舵模型］可動部の舵面積245.7cm²、テール角βを側
角10°とした他はＣ舵模型と同じスロープ角αとした。［Ｅ舵模型］可動部の舵面積245.7cm²、スロープ角αを
側角15°とした他はＣ舵模型と同じとした。［Ｍ舵模型］比較対象となるマリナー舵で、図４〜図６
に示すように舵１Ｍの上下方向中央部の長さＣ＝0.68
Ｄ、舵面積260.0cm²とした。

【００２９】上記Ａ〜Ｅ及びＭの舵模型の諸元（α、
β、舵長さ）及びＭ舵模型の舵面積を１とした時の面積
比を表１に一覧表として示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】次に、上記舵模型について、日立造船株式
会社、技術研究所の回流試験水槽で試験を行い、別紙の
「シリング舵性能試験報告書」の通り、各々の舵の流体
力学的特性を求めた。

【００３２】図７〜図８に上記各舵模型の試験要領及び
装置を示す。まず、実際の船に舵が装備されているよう
にプロペラ４を駆動する。そして後方に舵模型１を固定
し、その上方には舵に作用する力やモーメントを計測す
るための検力計５に連結する。

【００３３】水面には波が立たないよう、波押さえ板６
を固定する。この板６と舵１の間にはスケグ１Ｄと呼ば
れる、水平断面が翼型をしたカバーを置く。実際の船で
はこのスケグ１Ｄは船体側に固着されるので、船が直進
している状態に相当する舵中央（舵角０°）の時には波
押さえ板６ではなく、舵１側に固定してこのスケグ１Ｄ
と舵１の抵抗を合わせて計測する。

【００３４】この際、水は図に向かって右から左の方へ
流れており、その流速を記号Ｕで表している。計測する
のは舵１に作用する揚力、抗力並びにプロペラ推力であ
るが、舵軸７に作用する舵軸を回そうとするモーメント
（舵トルクと呼ばれる）等も計測した。計測量を表現す
る場合、図８の平面図に示した矢印Ｌ、Ｄの向きの力や
舵角γを正としている。

【００３５】なお、模型プロペラは翼数５枚、プロペラ
直径Ｄ＝185.0mm 、ピッチ＝129.5mm で、流速Ｕは、Ｕ
＝0.5 、0.7 及び0.9 ｍ／ｓの３種に選んだ。［舵中央における抵抗測定の結果］舵中央における舵本
体並びにホーンやスケグの抵抗を測定した結果を表２に
示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】流速0.7m/sにおいて各舵角ごとにスケグを
も含めた合計抵抗値を整理すると表３のようになる。

【００３８】

【表３】

【００３９】表３の結果より推進抵抗について次の事が
わかる（各項目末尾の「％」は推進馬力に対するもので
ある）。 (1) テール角５°と同10°のＡ舵とＢ舵との比較及びＣ
舵とＤ舵との比較より、テール角５°の方が同10°のも
のより0.4 〜１％位良い。 (2) スロープ角12°と同15°のＣ舵とＥ舵との比較よ
り、前部スロープ角12°の方が同15°のものより約１％
良い。 (3) 舵巾0.6 Ｄのものが0.7 Ｄのものに比べ１〜２％良
い。 (4) この発明のＡ舵模型（0.6 Ｄ、テール角５°、スロ
ープ角12°）は、マリナー舵を模したＭ舵模型に比べ約
1.5％良い。［舵の揚力］次に、データより得られた、流速0.7 m/s
におけるこの発明のＡ舵の舵角70°、45°における揚
力、マリナー舵（Ｍ舵）の35°における揚力の比較を表
４に示す。

【００４０】

【表４】

【００４１】表４の結果より揚力について次の事がわか
る。なお、プロペラ回転方向の影響で、右左で若干の差
が出ているが、平均値により比較する。 (1) Ａ舵とＣ舵、Ｂ舵とＤ舵の比較より舵面積に比例し
て揚力は大きくなっている。 (2) この発明のＡ舵45°の揚力と、マリナ舵Ｍ舵35°の
揚力とを比べると、Ａ舵は面積が約20％以上小さいにも
かかわらず、最大揚力はＡ舵の方が大きい。

【００４２】同一面積で比較すれば、Ａ舵は30％大きい
揚力が得られる、言い換えれば普通舵に比べ約30％小さ
い舵とすることができる。 (3) テール角の影響、スロープ角の影響も出ているが差
は僅かである。［揚力係数Ｃ_Lと抗力係数Ｃ_Dについて］試験結果より
Ａ舵、Ｂ舵、Ｅ舵、Ｍ舵の揚力係数と抗力係数を計算し
た結果を図９、図１０に示す。

【００４３】図９には横軸に舵角を、縦軸に揚力係数Ｃ
_Lを示している。同じ舵角でＣ_Lが大きいほど舵の発生
する揚力が大きく、揚力係数の最大値でＡ舵はＭ舵の約
1.4倍となる。

【００４４】一方の抗力係数Ｃ_Dも先のＣ_Lと同様で、
図１０に見られるように、Ａ舵72°はＭ舵35°の約2.5
倍である。［まとめ］以上より、この発明の高揚力断面輪郭を有す
る舵は下記のことが言える。 (1) この発明の高揚力断面輪郭を有する舵において、舵
の平均長さＣを0.60〜0.62Ｄの範囲におさえ、テール角
βを５°スロープ角αを12°にすれば、マリナ舵に勝る
とも劣らぬ推進性能が実現出来る。即ち、この舵のスケ
グを含めた推進抵抗は舵模型の中で従来の高揚力断面輪
郭を有する舵に最も近い条件を有するＥ舵の推進抵抗の
約51％に過ぎないまでに減少したばかりでなく、マリナ
舵Ｍに比べても、この発明の舵の推進抵抗はマリナ舵Ｍ
のそれよりも約63％と小さくなった。 (2) 舵の揚力についてはテール角βを５°スロープ角α
を12°舵の平均長さＣを0.60Ｄとしたこの発明の舵は、
舵角を45°にとることで約30％面積の大きいマリナ舵の
舵角35°における揚力とほぼ同等の揚力が得られる。 (3) 個々の要素については、次のことが言える。ｉ舵中央、直進時の抵抗減少のため、テール角βを５
°とすることは、明らかに有効である。 ii スロープ角αを12°とすることも直進時の抵抗減少
のために明らかに有効である。 iii この発明の高揚力断面輪郭を有する舵の揚力係数
は、マリナ舵のそれと比べ30％以上大きく、言い換えれ
ば、この発明の舵はマリナ舵より30％小さい面積でも、
マリナ舵と同等の揚力を発揮できる。 (4) 以上総合すればこの発明の高揚力断面輪郭を有する
舵は、推進効率、揚力ともにマリナ舵を上回る舵といえ
る。

【００４５】なお、上記高揚力断面輪郭を有する舵のス
ロープ角αが12°、テール角βが５°のものが優れた効
果を発揮する試験結果が得られたが、流体の力学的不確
定性よりスロープ角αを10°〜12°、テール角βを４°
〜６°としても実用上全く問題はなく、同等の効果が得
られる。

【００４６】また、上記高揚力断面輪郭を有する舵は比
較試験のためマリナー舵に類似した梯形の輪郭形状とし
たが、図１１〜図１３に示すように上下で長さが等しい
矩形の場合でも同様な結果が得られる。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の高揚力断
面輪郭を有する舵は、高揚力特性を維持しながら、舵の
中立位置における水流抵抗損失を極小にすることがで
き、かつ、特に大型外洋航行船の舵としては一般に用い
られているマリナー型の舵に比べて舵の寸法を小さくで
きるから、舵重量及びコストを低減することができ、ま
たそれに伴い舵取機の容量、従ってコストを低減させる
ことができる等、卓越した効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す側面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線矢視断面図である。

【図３】この発明の実施の形態を示す背面図である。

【図４】マリナー舵の側面図である。

【図５】マリナー舵の平面図である。

【図６】マリナー舵の底面図である。

【図７】試験装置の側面図である。

【図８】試験装置の平面図である。

【図９】舵角と揚力係数の関係を示すグラフである。

【図１０】舵角と抗力との関係を示すグラフである。

【図１１】この発明の他の実施の形態を示す水平断面図
である。

【図１２】この発明の他の実施の形態を示す側面図であ
る。

【図１３】この発明の他の実施の形態を示す背面図であ
る。

【図１４】従来の高揚力断面輪郭を有する舵の側面図で
ある。

【図１５】従来の高揚力断面輪郭を有する舵の水平断面
図である。

【図１６】従来の高揚力断面輪郭を有する舵の背面図で
ある。

【符号の説明】

１…舵本体１Ａ…魚体部に相当する断面流線型をなす前方部１Ｂ…魚尾部に相当する後方部１Ｃ…境界２…頂端板３…底端板Ｃ…舵の船首尾線方向に沿った上下方向中央位置の長さ α…スロープ角 β…テール角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プロペラ直径をＤとおいた時、舵本体の船
首尾方向の全長Ｃが0.60〜0.62Ｄとされた舵であって、該舵本体の水平断面輪郭が魚を横から見たような形状を
なし、魚体部に相当する断面流線型をなす前方部の、後
方部との境界より広がるスロープ角が側角10〜12°、魚
尾部に相当する同後方部の、前方部との境界より広がる
テール角が側角４〜６°とされ、前記舵本体の頂底端面に巾が 0.4Ｃの水平端面板が取り
付けられ、かつ底端板の両側縁のみが15°の角度で下方
へ折り曲げられてなることを特徴とする高揚力断面輪郭
を有する舵。
【請求項２】請求項１における高揚力断面輪郭を有す
る舵において、魚体部に相当する断面流線型をなす前方
部の長さが0.8 Ｃ、魚尾部に相当する後方部の長さが0.
2 Ｃとされたことを特徴とする高揚力断面輪郭を有する
舵。