JPS6237295A - 船尾流場制御装置付き船舶 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、船尾外板に沿いスクリュープロペラへ流入す
る水の流れを制御してプロペラ起振力を。

軽減できるようにした、船尾流場制御装置付き船舶に関
する。

〔従来の技術〕

従来上り、その船体が肥大した船舶が多く用いられてい
る。

一般に、船尾が肥大した船舶では、第９図に示すように
、船尾部１において、船底２から船側３へ回り込む水の
流れ４がビルジ部５で剥離してビルジ渦６が発生する。

上述のようなビルジ渦６は、発達しながら船尾のスクリ
ュープロペラ７へ流入し、スクリュープロペラ７の回転
面７ａにおいて第１０図に示すような流れ分布が形成さ
れる。ここで、スクリ１”−プロペラ７は、船体後方か
ら見て時計回り方向に回転するものとする。

なお、第９図において、符号７ｂはスクリュープロペラ
７のプロペラ翼先端が招く回転軌跡を示し、符号８はプ
ロペラボスを示す。また、第１０図の太実線は、回転面
７ａ内の伴流係数Ｗｘの等しい点を結んだ等伴流係数曲
線であり、同曲線に沿って記された数字は、各々の等伴
流係数曲線における伴流係数Ｗにの値を示す。また、第
９．１０図で符号９は舵、符号９ａは舵９の下部を支持
するシュ−ピース、符号１６は吃水線を示す。

伴流係数Ｗ×は、回転面７ａ内の流れ（船体に対する相
対流）のプロペラ軸方向の流速成分Ｖｘと船速■とから
次式により求められる。

Ｗｘ＝　１　　　（Ｖ　ｘ／Ｖ　） 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、上述のような船舶では、スクリュープロペラ
７の回転に伴い、各プロペラ翼が次々と船尾部外板面に
近づいてから遠ざかるという動作を繰り返すことにより
、水圧変動の衝撃成分が船尾部外板面に起振力を加える
ようになる。

このスクリュープロペラ７の起振力による振動は、船舶
の強制振動源となり、居住区等を有する上部構造へ伝達
され、同上部構造における振動・騒音の主な原因となっ
ている。

そのうえ、スクリュープロペラ７の回転面７ａにおいて
、第１０図に示すような流れ分布が形成されると、プロ
ペラボス８の上方の船尾部外板面に近接した部分に伴流
係数ＷＸの大きい（プロペラ軸方向の流速成分ＶＸが小
さい）ｇＲ域が生じる。

そして、このような領域へスクリュープロペラ７の回転
に伴いプロペラ翼が進入すると、°同プロペラ翼の表面
上にキャビティ（気泡）が生じ、これによってスクリュ
ープロペラ７の直上の船尾部外板面へ伝達される水圧変
動が増大して、この水圧変動は船尾部１における船体振
動を著しく増大させる大きな要因となっている。

また、ビルジ部５においてビルジ渦６が発生すると、船
体抵抗が増大し、船体の推進効率が低減するうえにその
針路安定性も低下するという問題点もある。

本発明は、上述のような問題点の解決、をはがろうとす
るもので、船尾ビルジ部におし・てビルジ渦の発生を抑
制して船体抵抗を低減するとともに、船尾スクリュープ
ロペラへ流入する流れを制御して船尾部外板面へ伝達さ
れる水圧変動を減少させることにより、スクリュープロ
ペラの回転に伴う船体振動を低減できるようにした、船
尾洗場制御装置付き船舶を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明の船尾洗場制御装置付き船舶は、船°
尾にプロペラをそなえた船舶の前進時にプロペラ翼が回
転降下する側のビルジ部において、同ビルジ部に形成さ
れた四部と、同門部内に装着された外水駆動用回転円筒
と、同回転円筒の回転駆動ＰＩｉ構とからなる外水加速
器が設けられ、船尾部外板面に沿う水圧変動を検出する
センサーと、同センサーからの検出信号に基づいて上記
外水加速器の作動を制御する制御系とが設けられたこと
を特徴としている。

〔作　用〕

上述の本発明の船尾洗場制御装置付き船舶では、プロペ
ラ翼が回転駆動する側のビルジ部において回転円筒によ
り流れが加速されてビルジ渦の発生が抑制されるととも
に、船尾部外板面に沿う水圧変動がセンサーにより検出
され、同センサーからの検出信号に基づき制御系により
上記外水加速器の作動が制御されて、上記水圧変動が軽
減され、スクリュープロペラの回転に佳う船体振動が低
減される。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の一実施例としての船尾洗場制
御装置付き船舶について説明すると、第１図はその水面
下船尾部を模式的に示す斜視図、ｆ５２図は第１図の■
−■矢視断面図、Ｐｔ５３図は第１図のＩＩＩ−ＩＩＩ
矢視断面図、Ｐｔ５４図は船尾部外板面に沿う水圧変動
を検出するセンサーを模式的に示す正面断面図、第５図
はその制御系を示すブロック図、第６図は同制御系の作
用を説明するための７０−チャート、ｆｊＳ７図は外水
加速器作動時におけるスクリュープロペラの回転面内で
の流れ分布図、第８図（ａ）はスクリュープロペラのプ
ロペラ翼の位置角度を説明するための模式図、第８図（
ｂ）はスクリュープロペラの回転に伴うプロペラ翼の上
記位置角度とプロペラ翼面上のキャビティ体積および流
れの伴流係数との関係を示すグラフである。

なお、図中で既述の符号はほぼ同様の部分を示す。

第１図に示すように、スクリュープロペラ７が船体後方
から見て時計回り方向（第１図に示す符号７゜の方向）
へ回転する船舶において、船尾部１の右舷側（プロペラ
翼が回転降下する側）の船底２と船側３との境となって
いるビルノ部５には、回転円筒としてのロータ１０が設
けられている。このロータ１０は、第２，３図に示すよ
うに、ビルノ部５に沿って船体外板１９に設けられた凹
部１９ａ内に、回転軸１１を介して防水性の軸受１２　
ａ、１２　ｂによって支持されている。

なお、ロータ１０の半径１０ａは、ロータ１０がビルノ
ｆ！ＩＳ５の船体外板１９の表面形状に沿うように決め
られている。

また、この回転軸１１の一端は船内１５に設けられた回
転駆動機構としての駆動ユニット１３に接続されでおり
、これによりロータ１０をｊ汽当な回転数で回転するこ
とができる。

そして、上述のロータ１０と駆動ユニット１３とで外水
加速器２０が構成される。

また、第４，５図に示すように、スクリュープロペラ７
の直上の船尾部外板２１には、その船体中心線上に加速
度計１７ｂが設けられるとともに、同加速度計１７ｂの
左右にそれぞれ船体中心線から同じ距離をおいて加速度
計１７ａ、１７ｃが設けられ、これらの加速度計１７ａ
、１７ｂ、１７ｃでセンサー１７が構成される。

そして、上記加速度計１７ａ、　１７ｂ、１７ｃは、船
尾部外板２１の表面における水圧変動を検出できるよう
に外水に露出するように設けられており、その加速度測
定面が船尾部外板２１の表面形状に沿うように設けられ
る。

さらに、上記加速度計１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、それ
ぞれリード線１８ｎ、１８ｂ、１８ｃを介して制御系と
しての演算装置２４と接続され１．同演算装置２４はリ
ードＩｔｌａ２５を介して外水加速器２０と接続される
。

本発明の一実施例としての船尾渡場制御装置付き船舶は
、上述のごとく構成されているので、駆動ユニット１３
によりロータ１０が第２図の符号１４で示す方向へ回転
すると、第１図に示すように、船底２から船側３へ回り
込む水の流れが駆動され、加速される。

このようにして、ビルノ部５で剥離していた流れ（第８
図の符号４参照）が、外水加速器２０により加速・整流
されて、第１図に示す剥離しない流れ２２となるため、
ビルジ渦の発生が防止される。

また、外水加速器２０により加速された流れ２２は、ス
クリュープロペラ７の回転面７ａ全体へ流入する。する
と、外水加速器２０が作動しない時には第１０図に示す
ようになっている上記回転面７ａ内での流れ分布が、外
水加速器２０が作動することにより第７図に示すような
流れ分布に変化する。なお、第７図の太実線は、回転面
７ａ内の伴流係数Ｗ×の等しい点を結んだ等伴流係数曲
線であり、同曲線に沿って記された数字は、各々の等伴
流曲線における伴流係数Ｗ×の値を示す。

ところで、船舶の航走時においては、スクリュープロペ
ラ７の回転に伴い、そのプロペラ翼は、回転面７ａ内を
回転軌跡７ｂに沿って移動する。ここで、第８図（ａ）
に示すように、上記プロペラ翼と船体中心線Ｃとのなす
角θを同プロペラ翼の位置角度とすれば、外水加速器２
０の非作動時もしくはその作動時における、上記プロペ
ラ翼の位置角度θと、プロペラ翼面上に生じるキャビテ
ィ（気泡）体積および伴流係数Ｗｘとの関係はｔｊＳａ
図（ｂ）のグラフで示される。

なお、Ｐｔ５８図（ｂ）で、実線は外水加速器２０の非
作動時におけるグラフ、破線はその作動時におけるグラ
フを示す。また、位置角度θは、ｔＡ８図（ａ）に示す
時計回り方向を正とする。

一般に、スクリュープロペラ７の回転に伴い、プロペラ
翼が伴流係数Ｗにの大きい領域（流れの淀んだ領域）へ
進入すると、プロペラ翼に対する迎角が急激に増大して
、プロペラ翼面上に大きな負圧が生じキャビティが発生
する。

また、プロペラ翼が伴流係数Ｗ×の大きい領域から小さ
い領域へ移動すると、プロペラ翼面上の負圧が解消して
、キャビティが崩壊する。

したがって、第８図（ｂ）の実線のグラフで示すように
、外水加速器２０の非作動時では、スクリュープロペラ
７の回転に伴いプロペラ翼がおおよそθ＝−１５°の位
置角度へ達すると、同プロペラ翼は伴流係数Ｗｘの大き
い領域へ進入し、ただちにプロペラ翼面上にキャビティ
が発生してキャビティ体積が増大する。

また、プロペラ翼がおおよそθ＝２０°の位置角度へ達
すると、同プロペラ翼は伴流係数Ｗｘの小さい領域へ移
動し、それにつれてプロペラ翼面上のキャビティが崩壊
してキャビティ体積が減少する。

一方、第８図（ｂ）の破線のグラフで示すように、外水
加速器２０の作動時では、スクリュープロペラ７の回転
に伴いプロペラ翼がおおよそθ＝　−１０”の位置角度
へ達すると、同プロペラ翼は伴流係数Ｗｘの大きい領域
へ進入し、ただちにプロペラ翼面上にキャビティが発生
してキャビティ体積が増大する。

また、プロペラ翼がおおよそθ＝７０°の位置角度へ達
すると、同プロペラ翼は伴流係数Ｗｘの小さい領域へ移
動し、それにつれてプロペラ翼面上のキャビティが崩壊
してキャビティ体積が減少する。

このように、外水加速器２０が作動すると、船舶の航走
状態やスクリュープロペラ７の回転状態にもよるが、ス
クリュープロペラ７の回転面７ａ内の流れ分布が変化し
、プロペラ翼面上でのキャビティ発生および崩壊の状態
が変化して、とくに、プロペラ翼が船尾部外板２１面か
ら十分離隔する位置角度へ下降してからキャビティが崩
壊するようになるので、船尾部外板２１に伝わるキャビ
ティ崩壊による衝７カは着しく小さくなり、同船尾部外
板２１面での水圧変動は減少する。

このとき、船舶の航走状態やスクリュープロペラ７の回
転状態によって、船尾部外板２１面での水圧変動が最も
小さくなるような外水加速器２０の適切な作動状態、す
なわちロータ１０の適切な回転速度は様々に異なる。

そこで、上述の本実施例の船尾洗場制御装置付き船舶で
は、センサー１７で検出される船尾部外板２１面での水
圧変動をもとに、演算装置２４によってロータ１０の回
転速度が以下のようにして適切に制御され調節される。

すなわち、船舶の航走時において、スクリュープロペラ
７の回転に伴って生じる船尾部外板２１面に沿う水圧変
動の加速度値が、センサー１７を構成する各々の加速度
計１７　ａ、１７　ｂ、１７　ｃで検出され、これらの
検出信号は、リード線１８ａ、１８ｂ。

１８ｃを通じ演算装置２４へ送られる。

ここで、加速度計１７ａ、１７ｂ、１７ｃでそれぞれ検
出される加速度値をα１．α２．α、とし、以下これら
をまとめてαｔ（ｔ＝１．２．３）と表すことにする。

第６図に示すように、各加速度計１７ａ、１７ｂ。

１７ｃからの加速度値α□が演算装置へ送られると、ま
ず各加速度値α□と演算装置２４内で設定される設定値
ａＳとの差の２乗平均値 が算出される。

ついで、上記２乗平均値εＣと、演算装置２４内で設定
される設定許容値εとが比較される。

そして、２釆平均値εＣが設定許容値εより小さい場合
には、その際のロータ１０の回転速度は適切なものとし
て、演算装置２４から外水加速器２０への制御信号が出
力されることなく、ロータ１０の回転速度はそのままに
保たれる。

また、２釆平均値εＣが設定許容値εより大きい場合に
は、その差［εＣ−ε］に比例してロータ１０の回転速
度を変化させる制御信号が、演算装置２４からリード＃
Ｘ２５を通じ外水加速器２０へ出力される。

この制御信号は、外水加速器２０の駆動ユニット１３へ
送られ、上記制御信号に基づきロータ１０の回転速度が
変化して、同ロータ１０による外水を加速する駆動力が
変化する。

このとき、演算装置２４において上記の差［εＣ−ε］
が大きいほど、ロータ１０の回転速度がよりすみやかに
変化する。

このようにして、演算装置２４により、ロータ１０の回
転速度が常時適切に保たれるよう制御される。

なお、上述の演算装置２４としては、マイクロコンピュ
ータ等が用いられる。

このため、上述の本実施例の船尾流場制御装置付き船舶
では、外水加速°器２０の作動により、右舷側の船ＪＩ
Ｓ１のビルジ部５でのビルジ渦の発生が防止されるので
、船体抵抗が軽減され、船舶の推進効率が向上するとと
もに、その針路安定性が改善される。

また、加速度計１７　ａ、１７　ｂ、１７　ｃにより検
出される船尾部外板２１面に沿う水圧変動に基づき、演
算装置２４によってロータ１０の回転速度が常時制御さ
れ、スクリュープロペラ７の回転に伴う船尾部外板２１
面での水圧変動が減少するように、上記外水加速器２０
の作動状態が適切に保たれる。

これによって、様々に変化する船舶の航走状態やスクリ
ュープロペラ７の回転状態によらず、常時船尾部外板２
１へ伝達されるスクリュープロペラ７の起振力による振
動が軽減され、船尾部１での船体振動が大幅に軽減され
て、居住区等を有する上部構造へ伝わる振動・騒音が者
しく低減されるのである。

ところで、上述の本実施例の船尾流場制御装置付軽船舶
では、外水加速器２０が右舷１１１ＩＩ（プロペラ翼が
回転降下する側）の舷のビルジ部５にのみ設けられるが
、その理由は以下のように説明される。

すなわち、第９図に示すような従来の船舶では、スクリ
ュープロペラ７の回転面・７ａ内での流れ分布が第１０
図に示すようになっており、スクリュープロペラ７の回
転に伴いプロペラ翼が、船尾部外板（ｆｆｓ４図の符号
２１参照）の直下における流れの淀んだ領域（伴流係数
の大トい領域）へ進入する際に、プロペラ翼面−Ｌに急
激に負圧が生じて、これに伴いキャビティが発生し、プ
ロペラ翼が上記の流れの淀んだ領域から離脱する際に、
プロペラ翼面上の負圧が解消して、キャビティが崩壊す
る。

そして、このようなキャビティの崩壊が船尾部外　　　
　板に近接した位置で起こるので、船尾部１の船体に大
きな振動が伝わる。

これに対し、第１図に示すように、右舷側のビルジ部５
に外水加速器２０が配設されると、右舷側のビルジ部５
からスクリュープロペラ７へ流入する流れが加速・整流
されることにより、スクリュープロペラ７の回転面７ａ
内での流れ分布が第７図に示すように変化し、同回転面
７ａの右半分における伴流分布が均一に近い状態となる
ので、スクリュープロペラ７の回転に伴いプロペラ翼が
船尾部外板２１と近接する位置ではプロペラ翼面上の負
圧が解消せず、プロペラ翼が十分船尾部外板２１から離
隔する位置まで下降してからプロペラ翼面上のキャビテ
ィが崩壊する。

したがって、船尾部外板２１へ伝わるキャビティの崩壊
による衝撃力は非常に小さくなり、船尾部１の船体の振
動は著しく軽減される。

一方、左舷側（プロペラ翼が回転上昇する側）のビルジ
部に外水加速器が配設されると、左舷側のビルジ部から
スクリュープロペラへ流入する流れが加速・整流される
ことにより、同スクリュープロペラの回転面の左半分に
おける伴流分布が均一に近い状態となる。しかしながら
、このことは、船尾部外板の近傍におけるプロペラ翼面
上でのキャビティの発生には影響を与えるが、船尾部外
板の近傍でのキャビティの崩壊にはほとんど影響を与え
ない。

以上の理由により、上述の本実施例の船尾流場制御装置
付き船舶では、右舷側（プロペラ翼の回転降下する側）
のビルジ部５に外水加速器２０が配設されるだけで、船
尾部外板２１へ伝達されるスクリュープロペラ７の起振
力による振動は十分軽減される。

ただし、上述の本実施例の船尾流場制御装置付き船舶で
は、右舷側のビルジ部５に外水加速器２０が配設される
と同時に、左舷側（プロペラ翼の回転上昇する側）のビ
ルジ部にも外水加速器が設けられてもよい。

そして、この場合には、右舷側のビルジ部５のみに外水
加速器２０がそなえられる場合と比べ、船尾部外板２１
へ伝達される振動の軽減効果はほとんど変わらないが、
左舷側のビルジ部においてもビルジ渦の発生が防止され
るので、船体抵抗がより一層低減される利点がある。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の船尾流場制御装置付き船
舶によれば、船尾にプロペラをそなえた船舶の前進時に
プロペラ翼が回転降下する側のビルジ部において、同ビ
ルジ部に形成された四部と、同門部内に装着された外水
駆動用回転円筒と、同回転円筒の回転駆動機構とからな
る外水加速器が設けられ、船尾部外板面に沿う水圧変動
を検出するセンサーと、同センサーからの検出信号に基
づいて上記外水加速器の作動を制御する制御系とが設け
られるという簡素な構成によって、プロペラ翼が回転降
下する側の舷のビルジ部においてビルジ渦の発生が防止
され、船体抵抗が低減され、船舶の推進効率が改善され
る。

また、船舶の航走状態やプロペラの回転状態にかかわら
ず、常時船尾部外板面に沿う水圧変動が軽減されるよう
に外水加速器の作動が制御系により制御されるので、上
記船尾部外板へ伝達されるスクリュープロペラの起振力
による振動が軽減され、船尾部での船体振動が大幅に軽
減されて、居住区等を有する上部構造へ伝わる振動・騒
音が著しく低減される。

さらにこれによって、上記居住区内での°乗組員の居住
性が改善されるばかりか゛、船体振動による船体の金属
疲労も防止されて、船体のメインテナンスに要する労力
と費用も大幅に節減される利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は本発明の一実施例としての船尾流場制御装
置付き船舶を示すもので、第１図はその水面下船尾部を
模式的に示す斜視図、第２図は第１図の■−■矢視断面
図、第３図は第１図のｍ−■矢視断面図、第４図は船尾
部外板面に沿う水圧変動を検出するセンサーを模式的に
示す正面断面図、第５図はその制御系を示すブロック図
、第６図は同制御系の作用を説明するための７０−チャ
ート、第７図は外水加速器作動時におけるスクリュープ
ロペラの回転面内での流れ分布図、第８図（ａ）はスク
リュープロペラのプロペラ翼の位置角度を説明するため
の模式図、第８図（ｂ）はスクリュープロペラの回転に
伴うプロペラ翼の上記位置角度とプロペラ翼面上のキャ
ビティ体積および流れの伴流係数との関係を示すグラフ
であり、第９，１０図は従来の船舶を示すもので、第９
図はその水面下船尾部を模式的に示す斜視図、第１０図
はそのスクリュープロペラの回転面内での流れの分布図
である。 １・・船尾部、２・・船底、３・・船側、４・・流れ、
５・・ビルジ部、６・・ビルジ渦、７・・スクリュープ
ロペラ、７ａ・・スクリュープロペラの回１面、７ｂ・
・スクリュープロペラのプロペラ翼先端が描（回転軌跡
、７ｎ・・スクリュープロペラの回転方向、８・・プロ
ペラボス、９・・舵、９ａ・・シューピース、１０令拳
回転円筒としてのロー、夕、１０ａ・・回転円筒の半径
、１１・・回転軸、１２ａ、１２ｂ−−軸受、１３・・
回転駆動機構としての駆動ユニット、１４・・回転円筒
の回転方向、１５・・船内、１６・・吃水線、１７・・
センサー、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ・・加速度計、１８
ａ、１８ｂ、１８ｃ・・リード線、１９・・船体外板、
１９ａ・・凹部、２０・・外。 水加速器、２１・・船尾部外板、２２・・流れ、２４・
・制御系としての演算装置、２５・・リード線。 復代理人　弁理士　飯　沼　義　彦 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 第９図 第１０図 ａ　　　　　≦ 手続補正書 昭和６１年　９月　２日 昭和６０年　特　許　願　第１７２７２４号２　発明の
名称 船尾流湯制御装置付き船舶 ３　補正をする者 事件との関係　出願人 郵便番号　　　１００ 住所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目５番１号名
称（６２０）　　　三菱重工業株式会社４復代理人 郵１史番号　　　１６０ 住所　　　　　東京都新宿区南元町５番地３号電話３５
１−６３８８番−′ ６　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 ７　補正の内容 （１）明細書第２頁第１３行に記載された「第９図」を
「ｆ５１０図］に補正する （２）明細書Ｐｔ５３頁ｆ：Ａ２〜３行に記載された「
（船体に対する相対朧月を削除する。 （３）明［’ｍ９頁第２行に記載された「第８図」を「
第９図１に補正する。 （４）明＃ＩＩＩ書第１１頁第１〜２行および第１３行
にそれぞれ記載された「ただちに」を削除する。 （５）明細書第１７頁第３〜４行に記′Ｉａされた「同
回転面７（１・・・どなるので、」を削除する。 （６）明細書ｆｊＳ１７頁＠１７〜１８行に記載された
「均一に近い状態となる。」を「変化する。」に補正す
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 船尾にプロペラをそなえた船舶の前進時にプロペラ翼が
   回転降下する側のビルジ部において、同ビルジ部に形成
   された凹部と、同凹部内に装着された外水駆動用回転円
   筒と、同回転円筒の回転駆動機構とからなる外水加速器
   が設けられ、船尾部外板面に沿う水圧変動を検出するセ
   ンサーと、同センサーからの検出信号に基づいて上記外
   水加速器の作動を制御する制御系とが設けられたことを
   特徴とする、船尾流場制御装置付き船舶。