特許 7493359 船のプロペラの両側に配置される左舵と右舵を備えるゲートラダー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-23

(45)【発行日】2024-05-31

(54)【発明の名称】船のプロペラの両側に配置される左舵と右舵を備えるゲートラダー

(51)【国際特許分類】

   B63H 25/38 20060101AFI20240524BHJP

【ＦＩ】

B63H25/38 B

B63H25/38 102

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020049646

(22)【出願日】2020-03-19

(65)【公開番号】P2021146924

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-01-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000129851

【氏名又は名称】株式会社ケイセブン

(73)【特許権者】

【識別番号】515087569

【氏名又は名称】佐々木 紀幸

(73)【特許権者】

【識別番号】391036334

【氏名又は名称】かもめプロペラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002321

【氏名又は名称】弁理士法人永井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗林 定友

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 紀幸

【審査官】福田 信成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０１６７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１１４９１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０３４７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８８０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５８３３２７８（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｈ ２５／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

船尾のプロペラの両側に配置される左舵と右舵からなる一対の舵を備えるゲートラダーにおいて、
背面視において、前記舵を左右方向に延在する第１舵部と上下方向に直線状に延在する第２舵部で形成し、
前記第２舵部の前後方向の舵弦長さを前記プロペラの直径の４０～１００％に形成し、
側面視において、前記プロペラを第２舵部の前縁から舵弦長さの１５～６５％の間に設け、
側面視において、前記舵を駆動する舵軸を、前記第２舵部の前縁から舵弦長さの３０～５０％の後方位置に設けたことを特徴とするゲートラダー。

【請求項2】

側面視において、前記舵を駆動する舵軸を、前記第２舵部の前縁から舵弦長さの３５～４５％の位置に設けた請求項１記載のゲートラダー。

【請求項3】

背面視において、前記プロペラと第２舵部のクリアランスを、前記プロペラの直径の４～１０％に形成した請求項１又は２記載のゲートラダー。

【請求項4】

前記第２舵部に捻じり角を形成し、前記第２舵部の上部に形成された上部捻じり角を、前記第２舵部の下部に形成された下部捻じり角よりも大きく形成した請求項１～３のいずれか１項に記載のゲートラダー。

【請求項5】

前記上部捻じり角度を３度以上に形成し、前記下部捻じり角度を５度以下に形成した請求項４記載のゲートラダー。

【請求項6】

船の停止時には、前記第２舵部を前方操舵する請求項１～５のいずれか１項に記載のゲートラダー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、船の船尾に設けられたプロペラの両側に配置される左舵と右舵を備えるゲートラダーに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、船の船尾に設けられたプロペラの両側に、前後方向に所定の間隔を有して前後方向に延在する左舵と右舵を設け、船を停止させる場合には、左舵と右舵をプロペラの後方に移動させるケートラダーの技術が知られている。（特許文献１）

【0003】

また、プロペラから噴出される噴流を加速するために、プロペラの両側にプロペラの外周部に沿うように円弧状に形成された左舵と右舵を備えるダクトプロペラの技術が知られている。（特許文献２）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５８３３２７８号公報

【文献】特開平１－５０１３８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１の技術では、船の直進時に、コアンダ効果や航空機の高揚力装置に使用されるアッパーサーフェイスブローイング（以下、ＵＳＢと言う）効果による十分な舵力が得られず、船の航海中のエネルギ消費を十分低減できていないという問題があった。また、プロペラの後方へ操舵するという特殊性から、大トルクが発生し、従来よりも小さい面積にも関わらず、従来とほぼ同じ操舵機の容量が必要であった。

【0006】

また、特許文献２の技術では、プロペラの効率を上げるために、プロペラと左右舵のクリアランスが小さく設定されているために、左右舵の内部にキャビテーションエロ―ジョンが発生しやすいという問題があった。

【0007】

そこで、本発明の主たる課題は、船の航海中のエネルギ消費を低減することができるゲートラダーを提供することにある。また、本発明の次なる課題は、左右舵の内面に発生するキャビテーションエロ―ジョンの発生を抑制することができるゲートラダーを提供することにある。さらに、操舵機の容量を小さな舵面積に見合ったサイズに最適化することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
請求項１に係る発明は、船尾のプロペラの両側に配置される左舵と右舵からなる一対の舵を備えるゲートラダーにおいて、
背面視において、前記舵を左右方向に延在する第１舵部と上下方向に直線状に延在する第２舵部で形成し、前記第２舵部の前後方向の舵弦長さを前記プロペラの直径の４０～１００％に形成し、側面視において、前記プロペラを第２舵部の前縁から舵弦長さの１５～６５％の間に設け、側面視において、前記舵を駆動する舵軸を、前記第２舵部の前縁から舵弦長さの３０～５０％の後方位置に設けたことを特徴とするゲートラダーである。

【0009】

請求項２に係る発明は、側面視において、前記舵を駆動する舵軸を、前記第２舵部の前縁から舵弦長さの３５～４５％の位置に設けた請求項１記載のゲートラダーである。

【0010】

請求項３に係る発明は、背面視において、前記プロペラと第２舵部のクリアランスを、前記プロペラの直径の４～１０％に形成した請求項１又は２記載のゲートラダーである。

【0011】

請求項４に係る発明は、前記第２舵部に捻じり角を形成し、前記第２舵部の上部に形成された上部捻じり角を、前記第２舵部の下部に形成された下部捻じり角よりも大きく形成した請求項１～３のいずれか１項に記載のゲートラダーである。

【0012】

請求項５に係る発明は、前記上部捻じり角度を３度以上に形成し、前記下部捻じり角度を５度以下に形成した請求項４記載のゲートラダーである。

【0013】

請求項６に係る発明は、船の停止時には、前記第２舵部を前方操舵する請求項１～５のいずれか１項に記載のゲートラダーである。

【発明の効果】

【0014】

請求項１記載の発明によれば、背面視において、舵を左右方向に延在する第１舵部と上下方向に直線状に延在する第２舵部で形成し、第２舵部の前後方向の舵弦長さをプロペラの直径の４０～１００％に形成し、側面視において、プロペラを第２舵部の前縁から舵弦長さの１５～６５％の間に設け、側面視において、舵を駆動する舵軸を、第２舵部の前縁から舵弦長さの３０～５０％の後方位置に設けたので、船の直進時に、舵の第２舵部の前部に発生するコアンダ効果による大きな舵力と後部に発生するＵＳＢ効果による大きな舵力によって、船を前方に移動させる大きな推力が発生して船の航海中のエネルギ消費を低減することができ、同時に舵トルクの最小化を図かることもできる。

【0015】

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、側面視において、舵を駆動する舵軸を、第２舵部の前縁から舵弦長さの３５～４５％の位置に設けたので、第２舵部を前方操舵した場合により大きな舵力を発生させることができ、同時に舵トルクをより最小化することができる。

【0016】

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、背面視において、プロペラと第２舵部のクリアランスを、プロペラの直径の４～１０％に形成したので、第２舵部の後部に発生するＵＳＢ効果による大きな舵力を維持すると共に、第２舵軸の内面のキャビテーションエロ―ジョンの発生を防止することができる。

【0017】

請求項４記載の発明によれば、請求項１～３のいずれか1項に記載の発明の効果に加えて、第２舵部に捻じり角を形成し、第２舵部の上部に形成された上部捻じり角を、第２舵部の下部に形成された下部捻じり角よりも大きく形成したので、プロペラに流れ込む吸引流の流速が速い船の喫水の浅い部分に対向する第２舵部の上部により大きな推力が発生して船の航海中のエネルギ消費をより低減することができる。

【0018】

請求項５記載の発明によれば、請求項１～４のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、上部捻じり角度を３度以上に形成し、下部捻じり角度を５度以下に形成したので、コンテナ船等のやせ型船形からタンカー等の肥大船の航海中のエネルギ消費を低減することができる。

【0019】

請求項６記載の発明によれば、請求項１～４のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、船の停止時には、第２舵部を前方操舵するので、船の停止時に、第２舵部に発生する大きな舵力によって船の停止距離を短くすることがでる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】プロペラの両側に左舵と右舵を備えるゲートラダーの斜視図である。

【図2】ゲートラダーの左側面図である。

【図3】ゲートラダーの右側面図である。

【図4】舵の前縁から舵弦長の３０％（Ｃｐ＝０．３）の位置に舵軸を設けた場合に舵角を取った際にプロペラ後流に被覆される舵の面積（全体に対するパーセンテージ）である。

【図5】舵の前縁から舵弦長の５０％（Ｃｐ＝０．５）の位置に舵軸を設けた場合に舵角を取った際にプロペラ後流に被覆される舵の面積（全体に対するパーセンテージ）である。

【図6】舵の前縁から舵弦長の７０％（Ｃｐ＝０．７）の位置に舵軸を設けた場合に舵角を取った際にプロペラ後流に被覆される舵の面積（全体に対するパーセンテージ）である。

【図7】舵角を０～６０度操作した場合の舵力中心位置の測定値である。

【図8】ゲートラダーの背面図である。

【図9】前方操舵舵角から後方操舵舵角に操舵した場合の舵力の測定値である。

【図10】Ｃｐ＝０．３とＣｐ＝０．５におけるプロペラとゲートラダーの最適クリアランスのシュミュレーションである。

【図11】船の旋回時における旋回角速度の通常の舵の測定値である。

【図12】船の旋回時における旋回角速度のゲートラダーの測定値である。

【図13】ゲートラダーの平面図である。

【図14】ゲートラダーの左舵の（ａ）は左側面図、（ｂ）は左舵の上部の横断面図、（ｃ）は左舵の下部の横断面図、（ｄ）は左舵の捻じり角の説明図である。

【図15】ゲートラダーの右舵の（ａ）は右側面図、（ｂ）は右舵の上部の横断面図、（ｃ）は右舵の下部の横断面図、（ｄ）は右舵の捻じり角の説明図である。

【図16】通常舵とゲートラダーを装備した模型船を斜行角度０～１０度で航行した場合の抵抗値の測定値である。

【図17】通常舵とゲートラダーを装備した模型船を斜行角度０～１０度で航行した場合の舵横力の測定値である。

【図18】吸引流れの流場の攪乱の（ａ）は捻じり角が形成されていないゲートラダー、（ｂ）は捻じり角が形成されているゲートラダーのシュミュレーションである。

【0021】

図１に示すように、本実施形態の舵（以下、ゲートラダーと言う）は、船のプロペラ１の両側に配置される左舵２Ａと右舵２Ｂから形成されている。

【0022】

左舵２Ａは、左右方向に延在する第１左舵部５Ａと、第１左舵部５Ａの左端部から下方に向かって延在する第２左舵部６Ａから形成されている。なお、第１左舵部５Ａの左端部と第２左舵部６Ａの上部を傾斜状、緩やかな曲線状の連結部（図示省略）で連結することもできる。

【0023】

第１左舵部５Ａの右部には、上下方向に延在する左舵軸１０Ａが固定され、左舵軸１０Ａの上部は船の機関室内に延在し、左舵軸１０Ａの上部には、左舵軸１０Ａを操舵させる左操舵機（図示省略）が連結されている。

【0024】

同様に、右舵２Ｂは、左右方向に延在する第１右舵部５Ｂと、第１右舵部５Ｂの右端部から下方に向かって延在する第２右舵部６Ｂから形成されている。なお、第１右舵部５Ｂの右端部と第２右舵部６Ｂの上部を傾斜状、緩やかな曲線状の連結部（図示省略）で連結することもできる。

【0025】

第１右舵部５Ｂの左部には、上下方向に延在する右舵軸１０Ｂが固定され、右舵軸１０Ｂの上部は船の機関室内に延在し、右舵軸１０Ｂの上部には、右舵軸１０Ｂを操舵させる右操舵機（図示省略）が連結されている。

【0026】

なお、本明細書においては、左舵２Ａと右舵２Ｂを総称して舵２と言い、第１左舵部５Ａと第１右舵部５Ｂを総称して第１舵部と言い、第２左舵部６Ａと第２右舵部６Ｂを総称して第２舵部６と言い、左舵軸１０Ａと右舵軸１０Ｂを総称して舵軸と言う。

【0027】

＜第２舵部の舵弦長＞
図２に示すように、第２左舵部６Ａの左舵弦長ＣＡは、ダクトプロペラのダクト長さと同様にプロペラ１の直径Ｄの４０～１００％に形成するのが好ましい。これにより、第２左舵部６Ａから効率良く舵力を得ることができる。

【0028】

また、プロペラ１は、第２左舵部６Ａの前端部から左舵弦長ＣＡの１５～６５％の間、すなわち、プロペラ１の羽根部の前端部Ｅを第２左舵部６Ａの前端部から左舵弦長ＣＡの１５％よりも後側に配置し、プロペラ１の羽根部の後端部Ｆを第２左舵部６Ａの前端部から左舵弦長ＣＡの６５％よりも前側に配置している。

【0029】

同様に、図３に示すように、第２右舵部６Ｂの右舵弦長ＣＢは、プロペラ１の直径Ｄの４０～１００％に形成するのが好ましい。これにより、第２右舵部６Ｂから効率良く舵力を得ることができる。

【0030】

また、プロペラ１は、第２右舵部６Ｂの前端部から右舵弦長ＣＢの１５～６５％の間、すなわち、プロペラ１の羽根部の前端部Ｅを第２右舵部６Ｂの前端部から右舵弦長ＣＢの１５％よりも後側に配置し、プロペラ１の羽根部の後端部Ｆを第２左舵部６Ａの前端部から右舵弦長ＣＢの６５％よりも前側に配置している。

【0031】

なお、本明細書においては、左舵弦長ＣＡと右舵弦長ＣＢを総称して舵弦長Ｃと言う。

【0032】

＜舵軸の配置＞
左舵軸１０Ａは、第２左舵部６Ａの前縁から第２左舵部６Ａの左舵弦長ＣＡの３０～５０％に設けるのが好ましく、右舵軸１０Ｂは、第２右舵部６Ｂの前縁から第２右舵部６Ｂの右舵弦長ＣＢの３０～５０％に設けるのが好ましい。また、前方操舵時に大きな舵力を発生させるためには、左舵軸１０Ａは、第２左舵部６Ａの前縁から第２左舵部６Ａの左舵弦長ＣＡの３５～４５％に設けるのが好ましく、右舵軸１０Ｂは、第２右舵部６Ｂの前縁から第２右舵部６Ｂの右舵弦長ＣＢの３５～４５％に設けるのがより好ましい。これにより、左舵軸１０Ａと右舵軸１０Ｂを操舵させるトルクを小さくすることができ、また、後述するように、船を停止する場合には、船の直進時にプロペラ１よりも後方に延在する第２左舵部６Ａと第２右舵部６Ｂの後部の舵力の減少を抑制することもできる。

【0033】

プロペラ１よりも後方に延在する第２舵部６の後部に発生する舵力Ｆ_Ｎは、プロペラ１の噴流外に位置する第２舵部６の後部の部位に発生する舵力Ｆ_Ｎ１と、プロペラ１の噴流内に位置する第２舵部６の後部の部位に発生する舵力Ｆ_Ｎ２を数１に代入して算出することができる。

【0034】

【数1】

【0035】

数１のＦ_Ｎ１は、数２から算出することができる。

【0036】

【数2】

【0037】

ここで、ρは密度、Ｕ_Ｒ１は舵位置での速度、Ａ_Ｒはプロペラ１よりも後方に延在する第２左舵部６Ａの後部の面積、Ｃ_Ｌ１は揚力係数である。

【0038】

数２のＵ_Ｒ１は、数３から算出することができる。

【0039】

【数3】

【0040】

ここで、ｕ_Ｒ１は速度のプロペラ軸方向成分、ｖ_Ｒは速度の周方向成分である。

【0041】

数２のＣ_Ｌ１は、数４から算出することができる。

【0042】

【数4】

【0043】

ここで、λは舵のアスペクト比、δは舵角である。

【0044】

数１のＦ_Ｎ２は、数５から算出することができる。

【0045】

【数5】

【0046】

ここで、ρは密度、Ｕ_Ｒ２は舵位置での速度、Ａ_Ｒはプロペラ１よりも後方に延在する第２舵部６の後部の面積、Ｃ_Ｌ２は揚力係数である。

【0047】

数５のＵ_Ｒ２は、数６から算出することができる。

【0048】

【数6】

【0049】

ここで、ｕ_Ｒ２は速度のプロペラ軸方向成分、ｖ_Ｒは速度の周方向成分である。

【0050】

数５のＣ_Ｌ２は、数７から算出することができる。

【0051】

【数7】

【0052】

ここで、λは舵のアスペクト比、δは舵角である。

【0053】

数１のμは、数８から算出することができる。

【0054】

【数8】

【0055】

ここで、Ａ_ＣＶはプロペラ１の噴流内に位置する第２舵部６の後部の部位の面積、Ａ_Ｒはプロペラ１よりも後方に延在する第２舵部６の後部の面積、ηはプロペラ１の直径Ｄと舵２の高さＨの比（Ｄ／Ｈ）である。

【0056】

図４～６に示すように、第２舵部６の前縁から第２舵部６の舵弦長Ｃの５０％（Ｃｐ＝０．５）よりも後方に舵軸１０を設けた場合（例えばＣｐ＝０．７）には、数２，５のプロペラ１よりも後方に延在する第２舵部６の後部の面積Ａ_ＣＶが急激に減少する。これにより、プロペラ１の噴流を受けてプロペラ１よりも後方に延在する第２舵部６の後部に発生する舵力Ｆ_Ｎが過度に小さくなる恐れがある。よって、プロペラ１よりも後方に延在する第２舵部６の後部に所定の舵力Ｆ_Ｎを発生させるために舵軸１０は、第２舵部６の前縁から第２舵部６の舵弦長Ｃの５０％以下に設けるのが好ましい。なお、図４～６中には、第２舵部６の後部の面積をCOVERED AREAと明記している。

【0057】

図７に示すように、操舵機を操作して舵角を０～６０度に変更した場合に、舵力の作用中心位置（無次元値）は、通常の舵では舵角の増加と共に単調に２０％から始まり４０％付近まで変化するのに対して、ゲートラダーでは４５％から始まって２５％付近まで減少し、それからさらに５５％付近に増加する。よって、最大舵トルクを最小にするには、舵軸位置を従来の３０％付近から４０％付近に移動させる必要がある。なお、図７は、水槽実験から得られた舵力の作用中心位置（無次元値）を通常と舵と比較して示している。

【0058】

＜プロペラと舵部のクリアランス＞
図８に示すように、プロペラ１の外周線Ｌと第２左舵部６Ａの左内面７Ａの左クリアランスＴＡは、プロペラ１の吸引力によってプロペラ１に流れ込む吸引流によってプロペラ１よりも前方に延在する第２左舵部６Ａの前部に発生するコアンダ効果による舵力と、プロペラ１から噴出される噴流によってプロペラ１よりも後方に延在する第２左舵部６Ａの後部に発生するＵＳＢ効果による舵力に大きな影響を与える。

【0059】

同様に、プロペラ１の外周線Ｌと第２右舵部６Ｂの右内面７Ｂの右クリアランスＴＢは、プロペラ１の吸引力によってプロペラ１に流れ込む吸引流によってプロペラ１よりも前方に延在する第２右舵部６Ｂの前部に発生するコアンダ効果による舵力と、プロペラ１から噴出される噴流によってプロペラ１よりも後方に延在する第２右舵部６Ｂの後部に発生するＵＳＢ効果による舵力に大きな影響を与える。

【0060】

すなわち、左クリアランスＴＡと右クリアランスＴＢを所定未満のクリアランスにした場合には、左右舵部の内面にキャビテーションによる損傷を発生する恐れがあり、左クリアランスＴＡと右クリアランスＴＢを所定超のクリアランスにした場合には、吸引流の流速と噴流の流速が低速になりコアンダ効果とＵＳＢ効果が低下して舵力が小さくなる恐れがある。

【0061】

なお、本明細書においては、左内面７Ａと右内面７Ｂを総称して内面７と言い、左クリアランスＴＡと右クリアランスＴＢを総称してクリアランスＴと言う。

【0062】

図９に示すように、左舵２Ａの場合には、左舵軸１０Ａを－舵角（前方操舵舵角）に操舵させて第２左舵部６Ａの前部を後部よりも前方右側に位置する姿勢にした場合に発生する舵力は、船尾と第２左舵部６Ａの干渉によるフラップ効果によって左舵軸１０Ａを＋舵角（後方操舵舵角）に操舵させて第２左舵部６Ａの前部を後部よりも前方左側に位置する姿勢にした場合に発生する舵力よりも大きくなる。

【0063】

同様に、右舵２Ｂの場合には、右舵軸１０Ｂを－舵角に操舵させて第２右舵部６Ｂの前部を後部よりも前方左側に位置する姿勢にした場合に発生する舵力は、船の船尾と第２右舵部６Ｂの干渉によるフラップ効果によって右舵軸１０Ｂを＋舵角に操舵させて第２右舵部６Ｂの前部を後部よりも前方右側に位置する姿勢にした場合に発生する舵力よりも大きくなる。

【0064】

なお、図１３に示すように、左舵軸１０Ａの－舵角は、左舵軸１０Ａを時計方向に前方操舵させた舵角であり、左舵軸１０Ａの＋舵角は、左舵軸１０Ａを反時計方向に後方操舵させた舵角であり、右舵軸１０Ｂの－舵角は、右舵軸１０Ｂを反時計方向に前方操舵させた舵角であり、右舵軸１０Ｂ＋舵角は、右舵軸１０Ｂを時計方向に後方操舵させた舵角である。

【0065】

一方、左舵軸１０Ａの－舵角を過度に操舵して、第２左舵部６Ａの前部を船尾に過度に近づけると、プロペラ１に流れ込む吸引流の流場に攪乱が発生して、振動や騒音の原因となるキャビテーションを増大させる恐れがある。そこで、左舵軸１０Ａの－舵角の最大操舵舵角を＋舵角に２５度操舵した場合に発生する舵力と同じ舵力が得られる１５度に設定するのが好ましい。なお、左舵軸１０Ａの回転角度は任意に設定することができるが、本実施形態では、－舵角に０～１５度、＋舵角に０～１０５度の回転角度に設定している。

【0066】

同様に、右舵軸１０Ｂの－舵角を過度に操舵して、第２右舵部６Ｂの前部を船尾に過度に近づけると、プロペラ１に流れ込む吸引流の流場に攪乱が発生して、振動や騒音の原因となるキャビテーションを増大させる恐れがある。そこで、右舵軸１０Ｂの－舵角の最大操舵舵角を＋舵角に２５度操舵した場合に発生する舵力と同じ舵力が得られる１５度に設定するのが好ましい。なお、右舵軸１０Ｂの回転角度は任意に設定することができるが、本実施形態では、－舵角に０～１５度、＋舵角に０～１０５度の回転角度に設定している。

【0067】

船を停止する場合には、左舵軸１０Ａを-舵角に１５度操舵して、右舵軸１０Ｂを－舵角に１５度操舵することにより、プロペラの遊転を促進している船体前方からの水流を遮断でき、プロペラの慣性力を小さくできるため、特にＦＰＰ(固定ピッチプロペラ)の場合に後進回転の状態に移りやすく、停止性能や後進性能を向上させることができる。

【0068】

プロペラ１の外周線Ｌと第２舵部６の内面７のクリアランスＴは、数９から算出することができる。

【0069】

【数9】

【0070】

ここで、Ｒｐは第２舵部６の回転半径、Ｃｐは側面視において第２舵部６の前縁と舵軸６の長さを舵弦長Ｃで割った値（本実施形態では０．３～０．５に設定）、ψは舵軸１０の－舵角の操舵舵軸（本実施形態では１５度に設定）である。

【0071】

図１０に示すように、Ｃｐ＝０．３を数９に代入して、第２舵部６の舵弦長Ｃをプロペラ１の直径Ｄで割った値を０．４～０．７まで増加させて算出したクリアランスＴは０．０４Ｄ～０．０６Ｄとなり、Ｃｐ＝０．５を数９に代入して、第２舵部６の舵弦長Ｃをプロペラ１の直径Ｄで割った値を０．４～０．７まで増加させて算出したクリアランスＴは０．０６Ｄ～０．１Ｄとなる。よって、プロペラ１の外周線Ｌと第２舵部６の内面７のクリアランスＴは、プロペラ１の直径Ｄの４～１０％に形成するのが好ましい。

【0072】

これにより、船の直進時に、プロペラ１に流れ込む吸引流によってプロペラ１よりも前方に延在する第２左舵部６Ａの前部に発生するコアンダ効果による大きな舵力と、プロペラ１から噴出される噴流によってプロペラ１よりも後方に延在する第２左舵部６Ａの後部に発生するＵＳＢ効果による大きな舵力が発生して、船を前方に移動させる大きな推力（揚力）を発生させることができる。また、ダクトプロペラのクリアランスである０．０３Ｄよりも大きなクリアランスＴを形成することによって第２舵部６の内面Ａの前部に発生するキャビテーションエロ―ジョンの発生を防止することができる。

【0073】

図１１，１２に示すように、プロペラの後方、特にＣＰＰ（可変ピッチプロペラ）の後方に装備された通常の舵は、－舵角と＋舵角の操舵舵角が２０度以上では船の旋回力（旋回角速度）が失速する傾向がある。一方、ゲートラダーは、－舵角と＋舵角の操舵舵角が２０度以上においても舵角に応じた旋回力（旋回角速度）が失速することなく増加傾向を維持することができる。なお、図１１中には、本実施形態のゲートラダーをGate Rudderと表記し、通常の舵をFlap Rudderと表記し、横軸は舵角を示し、縦軸は旋回角速度を示している。

【0074】

図１３に示すように、平面視において第２左舵部６Ａは、第２左舵部６Ａの幅方向の中心を結び、プロペラ側に膨らみを持った反り線（キャンバーライン）で構成される翼型で形成されている。これにより、特に、前方プロペラ側に向かう揚力が発生するが、第２左舵部６Ａの内面７Ａの前縁側に発生するプロペラ１による吸引流がコアンダ効果を生じさせ、揚力およびそれに対応する舵力を増加させることができる。

【0075】

同様に、平面視において第２右舵部６Ｂは、第２右舵部６Ｂの幅方向の中心を結び、プロペラ側に膨らみを持った反り線（キャンバーライン）で構成される翼型で形成されている。これにより、特に、前方プロペラ側に向かう揚力が発生するが、第２右舵部６Ｂの内面７Ｂの前縁側に発生するプロペラ１による吸引流がコアンダ効果を生じさせ、揚力およびそれに対応する舵力を増加させることができる。

【0076】

＜捻じり角＞
図１４に示すように、第２左舵部６Ａには、前後方向の仮想線に対して、第２左舵部６Ａの前部が仮想線よりも左側に位置し、第２左舵部６Ａの後部が仮想線よりも右側に位置するように左捻じり角αＡが形成されている。これにより、第２左舵部６Ａの舵弦線に対してプロペラ１に流れ込む吸引流とプロペラ１から噴出される噴流を所定の迎え角を持って流すことができるので、第２左舵６Ａはその抵抗を小さくして、その揚力を大きくすることができる。船を前方に推進する推力を大きくすることができる。なお、図１４に図示した第２左舵部６Ａは、第２左舵部６Ａの舵弦長さの全長に捻じり角αＡを形成しているが、側面視において左舵軸１０Ａよりも前側の第２左舵部６Ａの前部のみに捻じり角αＡを形成することもできる。

【0077】

第２左舵部６Ａの上部の上部左捻じり角αＡ１は、第２左舵部６Ａの下部の下部左捻じり角αＡ２よりも大きく形成されている。これにより、プロペラ作動が無い状態での流速に比べプロペラの吸引流の影響が大きい船吸引流等の流速が速い船の喫水の浅い部分に対向する第２左舵部６Ａの上部で大きな推力を効率良く発生させることができる。

【0078】

なお、図１４では、第２左舵部６Ａの舵弦長さの全長に捻じり角αＡを形成しているが、側面視において左舵軸１０Ａよりも前側の第２左舵部６Ａの前部のみに捻じり角αＡを形成することもできる。

【0079】

同様に、図１５に示すように、第２右舵部６Ｂには、前後方向の仮想線に対して、第２右舵部１２の前部が仮想線よりも右側に位置し、第２右舵部６Ｂの後部が仮想線よりも左側に位置するように右捻じり角αＢが形成されている。これにより、第２右舵部６Ｂの舵弦線に対してプロペラ１に流れ込む吸引流とプロペラ１から噴出される噴流を所定の迎え角を持って流すことができるので、第２右舵６Ｂはその抵抗を小さくして、その揚力を大きくすることができる。船を前方に推進する推力を大きくすることができる。なお、図１５に図示した第２右舵部６Ｂは、第２右舵部６Ｂの舵弦長さの全長に捻じり角αＢを形成しているが、側面視において右舵軸１０Ｂよりも前側の第２右舵部６Ｂの前部のみに捻じり角αＢを形成することもできる。

【0080】

第２右舵部６Ｂの上部の上部右捻じり角αＢ１は、第２右舵部６Ｂの下部の下部右捻じり角αＢ２よりも大きく形成されている。これにより、プロペラ作動が無い状態での流速に比べプロペラの吸引流の影響が大きい船の喫水の浅い部分に対向する第２右舵部６Ｂの上部で大きな推力を効率良く発生させることができる。

【0081】

なお、本明細書においては、捻じり角αＡと捻じり角αＢを総称して捻じり角αと言い、捻じり角αＡ１と捻じり角αＢ１を総称して上部捻じり角α１と言い、捻じり角αＡ２と捻じり角αＢ２を総称して下部捻じり角α２と言う。

【0082】

本実施形態のゲートラダーにおいては、上部捻じり角α１は３度以上に形成され、下部捻じり角α２は５度以下に形成されている。なお、船の形状によって上部捻じり角α１等は異なり、コンテナ船等のやせ型船においては、上部捻じり角α１は５度、下部捻じり角α２は１度に形成するのが好ましく、タンカー等の肥大船においては、上部捻じり角α１は７度、下部捻じり角α２は３度に形成するのが好ましい。よって、上部捻じり角α１と下部捻じり角α２の関係を整理すると上部捻じり角α１は下部捻じり角α２よりも大きく形成し、上部捻じり角α１は３度以上に形成して下部捻じり角α２は５度以下に形成するのが好ましい。

【0083】

図１６に示すように、波や風の影響を受けて船が斜行した場合に、本実施形態のゲートラダーの舵抵抗は、通常の舵よりも小さい。また、船の斜行角度が０～９度においては、ゲートラダーの舵抵抗は、船を前方に推進する推力として働くことが判った。これにより、本実施形態のゲートラダーを使用した場合には、船の航海中のエネルギ消費を大幅に削減する効果があることが明らかになった。なお、図１６中には、本実施形態のゲートラダーを本発明舵と表記し、通常の舵を通常舵と表記している。

【0084】

図１７に示すように、波や風の影響を受けて船が斜行した場合に、本実施形態のゲートラダーの舵横力、すなわち、船を直進状態に戻す復元力は、通常舵よりも大きいことが判った。これにより、本実施形態のゲートラダーを使用した場合には、船の保針性を大幅に向上させる効果があることが明らかになった。なお、図１７中には、本実施形態のゲートラダーを本発明舵と表記し、通常の舵を通常舵と表記している。

【0085】

図１８に示すように、第２左舵部６に捻じり角αを形成したゲートラダーは、第２左舵部６に捻じり角を形成しないゲートラダーに比較して、プロペラ１に流れ込む吸引流の流場の攪乱を抑制することが判った。これにより、吸引流の乱れによる流速の低下を防止して、ゲートラダーで発生する推力の低下を防止して大きな推力を維持する効果があることが明らかになった。

【産業上の利用可能性】

【0086】

本発明は、船のプロペラの両側に配置される左舵と右舵を備えたゲートラダーに適用することができる。

【符号の説明】

【0087】

１ プロペラ
２ 舵
２Ａ 左舵
２Ｂ 右舵
５ 第１舵部
６ 第２舵部
１０ 舵軸
Ｔ クリアランス
α 捻じり角
α１ 上部捻じり角
α２ 下部捻じり角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】