船尾鳍和具备该船尾鳍的船舶的制作方法

本发明涉及在速度较快的船舶的船尾部分、例如在计划航速的弗劳德数为0.17以上的船舶的船尾部安装的船尾鳍和具备该船尾鳍的船舶。

背景技术：

通常，当船舶航行时，在船舶的船尾部的螺旋桨的前方会产生舱底涡流。舱底涡流会导致船舶航行时的阻力增大。因此，以往为了提高船舶的推进效率而做出了如下尝试，在船体的船尾部设置翅片，以减弱舱底涡流的方式进行整流，或者将舱底涡流用于船舶的推进力。

在专利文献1中公开了如下的船尾鳍，其被安装在船体表面上的螺旋桨的前方，且截面形状为翼型，其梁拱线向下凸出。舱底涡流在比其中心靠船体的一侧成为沿着船体的表面向斜下方流动的下降流，而在比舱底涡流的中心靠外的一侧成为向斜上方流动的上升流。专利文献1的船尾鳍由于受到舱底涡流的下降流而作用有升力，该升力的向前分量成为作用于船体的推力。另外，船尾鳍的翼端部位于舱底涡流的大致中心，利用在该翼端部的周围沿与舱底涡流相反的方向产生的翼端涡流来抵消舱底涡流。通过这样地设置船尾鳍，从而将舱底涡流的旋转能量变换为推力，并且降低舱底涡流引起的船体阻力，辅助船舶的推进。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3477564号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

另外，在速度较快的船舶(例如在计划航速的弗劳德数为0.17以上的船舶)中，有时不产生舱底涡流，即使产生舱底涡流，舱底涡流的旋转能量也比低速船弱。因此，即使将设计成把翼端部定位于舱底涡流的大致中心位置的所述船尾鳍安装在船尾部，基于将舱底涡流的旋转能量转换为推力而产生的推进辅助效果也较小。相反，由于速度相对较快，船尾鳍自身的阻力变大，因此船尾鳍的存在反而会对船舶的推进产生不良影响。因此，针对需可靠地提高辅助船舶推进的效率的船尾鳍，需要进行适合于速度较快的船舶的设计。

因此，本发明的目的在于，提供一种安装在速度较快的船舶的船尾部上，能够可靠地提高对船舶的推进进行辅助的效率的船尾鳍以及具备该船尾鳍的船舶。

用于解决问题的手段

为了解决所述课题，本发明的船尾鳍设有螺旋桨，并且被安装于计划航速的弗劳德数为0.17以上的船舶的船尾部的侧表面，所述船尾鳍位于比所述螺旋桨靠所述船舶的行进方向前方侧且位于所述螺旋桨的旋转轴的高度附近的位置处，与所述船尾鳍从所述船尾部的侧表面伸出的伸出方向垂直的所述船尾鳍的截面形状中的、通过依次连结所述船尾鳍的上表面和下表面的中点而得到的中心线向下凸出，在所述伸出方向上，所述船尾鳍从所述船尾部的侧表面伸出的最大伸出长度为所述螺旋桨的直径的2％以上且15％以下。

根据所述结构，从伸出方向上的船尾部的侧表面伸出的船尾鳍的最大伸出长度为螺旋桨的直径的15％以下，在流动速度较慢的区域设置船尾鳍，因此可降低由船尾鳍自身产生的阻力，能够可靠地提高辅助船舶推进的效率。

例如，所述船尾鳍的所述截面形状是翼型。

所述的船尾鳍还可以构成为，所述船尾鳍的后缘位于比从所述螺旋桨向所述船舶的行进方向前方侧离开所述螺旋桨的直径的2倍的位置靠所述船舶的行进方向后方侧的位置。船体附近的下降流由于粘性的影响而流速较慢。但是，根据该结构，由于船尾鳍配置在螺旋桨的前方附近，因此基于进行驱动的螺旋桨的吸引效果，从而即使在船体附近，也能够使船尾鳍承受更快的水流。由此，能够增大船尾鳍因承受下降流而产生的推力。

所述船尾鳍还可以构成为，在所述船尾鳍的最低点位于比所述螺旋桨的旋转轴的高度靠上方的位置处的情况下，从所述最低点到所述旋转轴的高度为止的上下方向的距离在所述螺旋桨的直径的10％以下，而在所述最低点位于比所述旋转轴的高度靠下方的位置处的情况下，从所述最低点到所述旋转轴的高度为止的上下方向的距离在所述螺旋桨的直径的30％以下。船体附近的下降流由于粘性的影响而流速较慢。但是，根据该结构，由于船尾鳍配置在螺旋桨的前方附近，因此基于进行驱动的螺旋桨的吸引效果，从而即使在船体附近，也能够使船尾鳍承受更快的水流。由此，能够增大船尾鳍因承受下降流而产生的推力。

所述的船尾鳍还可以构成为，在所述船舶的前后方向上，从所述船尾鳍的前缘到后缘的长度的平均值为所述螺旋桨的直径的50％以下。当船舶的前后方向上的从船尾鳍的前缘到后缘的长度变长到一定以上时，与船尾鳍因承受下降流而产生的推力相比，船尾鳍因承受水流而产生阻力的影响变大。根据该结构，在船舶的前后方向上，从船尾鳍的前缘到后缘的长度的平均值被限制在螺旋桨的直径的50％以下，因而能够减小船尾鳍因受到水流而产生的阻力的影响，并且能够增大船尾鳍因受到下降流而产生的推力。

另外，本发明的船舶是具备所述的船尾鳍的船舶。

发明效果

根据本发明，可提供一种能够可靠地提高辅助船舶的推进的效率的船尾鳍以及具备该船尾鳍的船舶。

附图说明

图1是一个实施方式的船舶的船尾部的概略侧视图。

图2是表示船尾部右侧的水流的、图1中的ii-ii向视剖视图。

图3是将图1中的船尾鳍放大的侧视图。

图4是图1中的iv-iv向视剖视图。

图5是表示由本发明人等实施的试验的结果的曲线图。

图6是从后方观察另一个实施方式的船舶的船尾部的示意图。

图7a是表示低速船的螺旋桨位置处的螺旋桨右侧的水流的伴流分布图的一例。

图7b是表示中速船的螺旋桨位置处的螺旋桨右侧的水流的伴流分布图的一例。

图7c是表示高速船的螺旋桨位置处的螺旋桨右侧的水流的伴流分布图的一例。

具体实施方式

(本发明的着眼点)

首先，参照图7a至图7c对本发明的着眼点进行说明。图7a是表示速度较慢的低速船的螺旋桨位置处的螺旋桨右侧的水流的伴流分布图的一例。图7b是表示速度较快的中速船的螺旋桨位置处的螺旋桨右侧的水流的伴流分布图的一例。图7c是表示速度很快的高速船的螺旋桨位置处的螺旋桨右侧的水流的伴流分布图的一例。

另外，在本说明书中，低速船是指计划航速的弗劳德数fn小于0.17的船舶，中速船是指计划航速的弗劳德数fn在0.17以上且小于0.19的船舶，高速船是指计划航速的弗劳德数fn在0.19以上的船舶。弗劳德数fn由下式表示。

fn＝u/(l×g)1/2

并且，u是计划航速[m/s]，l是水线长度[m]，g是重力加速度[m/s²]。

在图7a至图7c中，示出了相互垂直的x轴、y轴、z轴。z轴以与船舶的中心线一致地在船舶的上下方向上延伸的方式示出。y轴以穿过螺旋桨轴并在船舶的宽度方向上延伸的方式示出。x轴以与螺旋桨轴一致地在船舶的船长方向上延伸的方式示出。图7a至图7c中示出的矢量表示yz平面的水流的方向和大小。另外，图7a和图7b中示出的等值线表示xz平面的水流的分布。等值线是将水的流速相对于船速(更详细地说是计划航速)而言的x分量的比率相等的点连结起来的线，该比率表示在各等值线的附近。另外，在图7a至图7c中，用虚线示出在螺旋桨的叶片部(叶片)旋转时由该叶片部的翼端部描绘出的圆。

在图7a所示的低速船的伴流分布图中，如yz平面的矢量所示，在螺旋桨的旋转轴的高度附近、换言之是在y轴附近的距船体中心线一定距离的位置处，上下方向的流动交叉而产生旋转流、即舱底涡流。另外，观察图7a的等值线可知，该涡流的附近成为水的流速相对于船速而言的x分量的比率(即，船长方向上的水相对于船体的相对速度)较小的区域。这样，在低速船中，即便使船尾鳍突出到舱底涡流的中心，水的流速也会随着从船体朝向涡流而变慢，船尾鳍自身不易成为阻力。

另一方面，在图7b中示出的中速船的伴流分布图和图7c中示出的高速船的伴流分布图中，如yz平面的矢量所示，观察不到图7a那样的清晰的涡流。另外，观察图7b和图7c的等值线可知，在远离船体的中心线的位置不产生图7a所示那样的水的流速较慢的区域，而与低速船不同，水的流速随着远离船体而加快。因此，本申请发明人等认为，在计划航速的弗劳德数fn为0.17以上的中速船和高速船中，设计成从船体伸出的长度变大的船尾鳍由于船尾鳍自身的阻力变大，反而存在给船舶的推进带来不良影响的可能性。本发明就是基于这样的着眼点而完成的发明。

(实施方式)

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是一个实施方式的船舶1a的船尾部3的概略侧视图。本实施方式的船舶1a是计划航速的弗劳德数fn在0.17以上的中速船或高速船。另外，船舶1a是在其船体2的中央设置有螺旋桨4的单轴船。

如图1所示，螺旋桨4被配置在船体2的船尾部3，在该船尾部3设有螺旋桨4。另外，在本说明书中，“船尾部”是指船体2中从螺旋桨4向前方占据船长的40％的部分。螺旋桨4具有：轴部5，其沿船长方向延伸并从船体2向后方突出；以及多个叶片部6，它们绕该轴部5沿周向排列。螺旋桨4以沿着轴部5延伸的旋转轴sc为中心旋转。另外，在船尾部3，舵7配置在螺旋桨4的后方。

在船体2的比螺旋桨4靠行进方向前方侧(船头侧)设置有一对船尾鳍10。船尾鳍10承受沿着船体2的表面向斜下后方流动的下降流sa，用于辅助船舶1a的推进。

图2是图1中的ii-ii向视剖视图。一对船尾鳍10分别以从船体2的船尾部3的左右的各侧面向左右方向(即船宽方向)水平伸出的方式被安装。另外，在图2中，为了简化而仅示出了船尾部3的右侧，省略了船尾部3的左侧。如图2所示，在船舶1a的船尾部3的表面附近产生了沿着船体2的表面向斜下后方流动的下降流sa，另外，在远离船尾部3的表面的部位产生了向斜上后方流动上升流sb。

图3是将图1中的船尾鳍10放大的侧视图。如图3所示，与船尾鳍10从船体2的侧表面伸出的伸出方向垂直的船尾鳍10的截面形状为翼型。通过将船尾鳍10的上表面14和下表面15的中点依次连结而得到的中心线(梁拱线)l1向下凸出。即，中心线l1是在上下方向上与上表面14和下表面15等距离的线。

另外，船尾鳍10以其前缘11位于后缘12的上方的方式被安装于船体2的侧表面。具体而言，船尾鳍10以连结前缘11和后缘12的直线即翼弦线(边界线)l2大致沿着下降流sa的方式被安装在船体2上。例如，船尾鳍10以翼弦线l2相对于水平面所成的角(安装角度)θ1满足下式(1)的方式被安装在船体2上。

0°＜θ1≤20°(1)

由于船尾鳍10采取这样的形状和姿态(安装角度)，因此船尾鳍10承受在船体2附近流动的下降流sa，如图3所示那样在斜前方产生升力f。并且，该升力f的向前分量fa用于船舶1a的推进。

图4是图1中的iv-iv向视剖视图。另外，在图4中，为了简化而省略了船尾部3的左侧，并且省略了螺旋桨4。船尾鳍10的前缘11和后缘12从船体2的侧表面沿船宽方向延伸。更具体而言，前缘11相对于与船体2的左右方向上的中心线cl垂直的方向，向后方倾斜规定的角度(后退角)θ2并延伸，后缘12相对于船体2的中心线cl垂直地延伸。船尾鳍10的翼端部13以将前缘11和后缘12的相比船体2位于远位侧的端部彼此连接的方式与船长方向平行地延伸。

在本实施方式中，船尾鳍10被限制为最大伸出长度w相对于螺旋桨4的直径d的比例位于规定的范围内。具体而言，与船长方向垂直的伸出方向(在本实施方式中为船宽方向)上的船尾鳍10从船体2的侧表面伸出的最大伸出长度w在螺旋桨4的直径d的2％以上且15％以下，更优选在4％以上且10％以下。即，伸出方向上的船尾鳍10从船体2的侧表面伸出的最大伸出长度w至少满足下述式(2)。

w≤d×0.15(2)

另外，最大伸出长度是指从船尾鳍10的翼根部(即，从前缘11处的对船体2而言的近位侧端部11a到后缘12处的对船体2而言的近位侧端部12a的部分)到翼端部13的沿伸出方向的长度为最大的值。

参照图5对最大伸出长度w相对于螺旋桨4的直径d的比例进行说明。图5是示出针对弗劳德数fn为0.14的低速船、弗劳德数fn为0.17中速船、弗劳德数fn为0.20的高速船而由本发明人等实施的试验的结果的曲线图。图5的曲线图的横轴表示的是船尾鳍10的最大伸出长度w相对于螺旋桨4的直径d的比例(以下称为“伸出量”，单位为“％”))。即，伸出量是将螺旋桨4的直径d设为100时的船尾鳍10的最大伸出长度w的值，可通过"最大伸出长度÷螺旋桨直径×100"的算式而算出。图5的曲线图的纵轴表示辅助船舶1a的推进的效率，具体而言是关于为了使船体2以规定的速度行进而螺旋桨4的旋转所需要的马力，相对于在船体2上未安装船尾鳍10时的马力而言的在船体2上安装有船尾鳍10时的马力的减少率(以下称为“马力减少率”)。

如图5所示，在低速船的情况下，在伸出量为30％以下的范围内，随着伸出量变大，马力减少率变大。与此相对，在中速船和高速船的情况下，马力减少率随着伸出量变大而变大，在2％以上且15％以下的某个值达到最大后，逐渐降低。在中速船和高速船的情况下，至少在伸出量为2％以上且15％以下的范围内的马力减少率比除此以外的范围内的马力减少率大。即，从图5可知，若伸出量至少在2％以上且15％以下的范围内，则不会对船舶1a的推进带来不良影响，并且能够得到充分的马力减少率。

回到图4，在本实施方式中，船体2的船尾部3的下部形成为越往后方则越变细。因此，伸出方向上的船尾鳍10从船体2的侧表面伸出的伸出长度在相对于船体2的中心线cl垂直地延伸的后缘12处最大。即，在本实施方式中，船尾鳍10的最大伸出长度w是从后缘12处的对船体2而言的近位侧的端部12a到对船体2而言的远位侧的端部12b的长度。

当船体2的前后方向上的从船尾鳍10的前缘11到后缘12的长度变长到一定以上时，与船尾鳍10因承受下降流sa而产生的推力相比，船尾鳍10因承受水流而产生阻力的影响变大。因此，在本实施方式中，船尾鳍10的前后方向的长度被限制为一定以下。

具体而言，船体2的前后方向上的从船尾鳍10的前缘11到后缘12的长度的平均值ea被限制为螺旋桨4的直径d的50％以下。在本实施方式中，前缘11相对于与船体2的中心线cl垂直的方向向后方倾斜地延伸，后缘12相对于船体2的中心线cl垂直地延伸，因此船尾鳍10的从前缘11到后缘12的长度随着远离船体2而变短。即，船体2的前后方向上的从船尾鳍10的前缘11到后缘12的长度在前缘11处的对船体2而言的近位侧端部11a为最大，而在前缘11处的对船体2而言的远位侧端部11b为最小。在本实施方式中，前缘11和后缘12在俯视为直线状，因此若将从前缘11的端部11a到后缘12的长度设为e1，并将从前缘11的端部11b到后缘12的长度设为e2，则从前缘11到后缘12的长度的平均值ea可由下式(3)表示。

ea＝(e1+e2)/2(3)

而且，船尾鳍10以从前缘11到后缘12的长度的平均值ea为螺旋桨4的直径d的50％以下、即满足下式(4)的方式进行安装。

ea≤d×0.5(4)

船体附近的下降流sa由于粘性的影响而流速较慢。在本实施方式中，利用进行驱动的螺旋桨4的吸引效果，船尾鳍10以即使在船体2附近也能够接受更快的水流的方式，被配置在螺旋桨4的前方附近且配置在螺旋桨4的旋转轴sc的高度附近。这里，螺旋桨4的旋转轴sc的高度附近是指到螺旋桨4的旋转轴sc的高度为止的上下方向的距离h在螺旋桨4的直径d的30％以下的范围，在船尾鳍10的最低点位于该范围内时，船尾鳍10配置在螺旋桨4的旋转轴sc的高度附近。

关于船尾鳍1的上下方向的位置，优选在船尾鳍10的最低点位于比螺旋桨4的旋转轴sc的高度靠上方的位置处情况下，船尾鳍10以从该最低点到旋转轴sc的高度为止的上下方向的距离h在螺旋桨4的直径d的10％以下的方式被配置在船体2上。另外，优选在船尾鳍10的最低点位于比螺旋桨4的旋转轴sc的高度靠下方的位置处的情况下，船尾鳍10以从该最低点到旋转轴sc的高度为止的上下方向的距离h在螺旋桨4的直径d的30％以下的方式被配置在船体2上。另外，在本实施方式中，如图1所示，船尾鳍10以其最低点与螺旋桨4的旋转轴sc的高度一致的方式被配置在船体2上。换言之，本实施方式的船尾鳍10以从该船尾鳍10的最低点到螺旋桨4的旋转轴sc的高度为止的上下方向的距离h为零的方式进行配置。由于距离h为零，因此在图1中省略了距离h。

另外，关于船尾鳍1的前后方向，船尾鳍10的后缘12位于比从螺旋桨4向船体2的行进方向前方侧离开螺旋桨4的直径d的2倍的位置靠船体2行进方向后方侧的位置处。换言之，从图1所示的螺旋桨4的轴部5到船尾鳍10的后缘12为止的船体2的前后方向上的距离g在螺旋桨4的直径d的2倍以下，满足下式(5)。

g≤d×2.0(5)

如以上所说明的那样，在具备本实施方式的船尾鳍10的中速船或高速船的船舶1a中，从伸出方向上的船尾鳍10从船体2的侧表面伸出的船尾鳍的最大伸出长度w为螺旋桨4的直径d的15％以下，在流动速度较慢的区域设置船尾鳍，因此可降低由船尾鳍10自身产生的阻力，能够可靠地提高辅助船舶1a推进的效率。

另外，在本实施方式中，船尾鳍10的后缘12位于比从螺旋桨4向船体2的行进方向前方侧离开螺旋桨4的直径d的2倍的位置靠船体2行进方向后方侧的位置处。另外，船尾鳍10以从其最低点到螺旋桨4的旋转轴sc的高度为止的上下方向的距离h被限制在规定的范围内的方式被配置在船体2上。这样，由于船尾鳍10配置在螺旋桨4的前方附近，因此基于进行驱动的螺旋桨4的吸引效果，从而即使在船体2的附近，也能够使船尾鳍10承受更快的水流。由此，能够增大船尾鳍10因承受下降流sa而产生的推力。

另外，在本实施方式中，船体2的前后方向上的从船尾鳍10的前缘11到后缘12的长度的平均值被限制在螺旋桨4的直径d的50％以下，因而能够减小船尾鳍10因受到水流而产生的阻力的影响，并且能够增大船尾鳍10因受到下降流sa而产生的推力。

本发明并不限定于所述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形。

例如，在所述实施方式中，船尾鳍10的与伸出方向垂直的截面形状为翼型，但本发明的船尾鳍的形状不限于此，只要通过将该船尾鳍的上表面和下表面的中点依次连结起来而得到的中心线向下凸出即可。例如，本发明的船尾鳍可以是如下的板状部件，其与伸出方向垂直的截面形状整体向下凸出，并且，船尾鳍的上表面和下表面的上下方向的厚度从前缘到后缘大致一定。

另外，船尾鳍10的安装位置和大小并不限定于所述实施方式。例如，船尾鳍10的后缘12既可以从螺旋桨4向船体2的行进方向前方侧离开螺旋桨4的直径d的2倍的距离，另外，在船尾鳍10的最低点位于螺旋桨4的旋转轴sc的高度的上方的情况下，从船尾鳍10的最低点到螺旋桨4的旋转轴sc的高度为止的上下方向的距离h也可以大于螺旋桨4的直径d的10％，另外，在船尾鳍10的最低点位于螺旋桨4的旋转轴sc的高度的下方的情况下，从船尾鳍10的最低点到螺旋桨4的旋转轴sc的高度为止的上下方向的距离h也可以大于螺旋桨4的直径d的30％。在船体2的前后方向上的从船尾鳍10的前缘11到后缘12的长度的平均值ea也可以大于螺旋桨4的直径d的50％。

另外，在所述实施方式中，船尾鳍10的前缘11位于后缘12的上方，但并不限定于此，前缘11和后缘12也可以是相同的高度。即，船尾鳍10的翼弦线l2相对于水平面所成的角θ1也可以为0°。

另外，在所述实施方式中，前缘11相对于与船体2的中心线cl垂直的方向向后方倾斜规定的角度(后退角)θ2并延伸，但不限于此，例如，前缘11也可以在与船体2的中心线cl垂直的方向上延伸。另外，在所述实施方式中，后缘12相对于船体2的中心线cl垂直地延伸，但并不限定于此，后缘12也可以相对于与船体2的中心线cl垂直的方向向前方或后方倾斜规定的角度并延伸。另外，俯视观察前缘11和后缘12时的各形状也可以不是直线状。例如，俯视观察前缘11和后缘12时的各形状也可以是曲线状，从船体2延伸的直线部也可以是向前方或后方折弯一次或多次的形状。

另外，在所述实施方式中，船尾鳍10从船体2的侧表面水平地伸出，而船尾鳍10也可以随着远离船体2的侧表面而向上方或下方倾斜地延伸。

另外，也可以在船尾部设置本发明的船尾鳍以外的翅片。

另外，在所述实施方式中，说明了将船尾鳍10安装在单轴船上的例子，但本发明的船尾鳍也能够适用于多轴船。例如，船尾鳍也可以安装在双轴船上。图5表示从后方观察作为双轴船的船舶1b的船尾部3的示意图。在图5中，对与所述实施方式实质上相同的构成要素标注相同的标号，并省略重复的说明。如图5所示，船舶1b的船体2具有向下方突出的一对尾鳍部8。一对尾鳍部8在船体2的左右方向上分离，位于相对于船体2的中心线cl左右对称的位置。在各尾鳍部8上，与所述实施方式同样地设置有以旋转轴sc为中心旋转的省略图示的螺旋桨。与所述实施方式相同地，在各尾鳍部8的左右各侧表面上安装有船尾鳍板10。根据图5示出的双轴船的船舶1b，也能够得到与所述实施方式所示的单轴船的船舶1a相同的效果。

另外，图5所示的船舶1b在各尾鳍部8上安装有两个船尾鳍板10，但船尾鳍板10既可以仅设置在各尾鳍部8的船体2中央侧，也可以仅设置在各尾鳍部8的船体2外侧。在这些情况下，也能够得到与所述实施方式同样的效果。

标号说明

1a、1b：船舶；2：船体；3：船尾部；4：螺旋桨；10：船尾鳍；11：前缘；12：后缘；14：上表面；15：下表面。