本发明涉及将螺旋桨旋转流有效地回收的船舶用舵、操舵方法及船舶。
背景技术：
船舶用舵为了使船尾配置变容易、使船尾肥大度减小，希望使舵的弦长变短。
作为满足该希望、并且维持操纵性能的手段，例如提出了专利文献1、2。
在专利文献1的“大型船用双叶舵系统”中，在一台推进螺旋桨的后方配设一对高升力舵。各高升力舵在舵叶的顶端部和底端部分别具有顶端板和底端板。此外，在该系统中，在各舵叶的内舷侧的面上与推进螺旋桨的轴心大致相同的水准位置处，设有从大致前缘部朝向后方具有既定的翼弦长的翅片。进而，在该系统中，将各舵叶的弦长构成为推进螺旋桨直径的60%～45%。
在专利文献2的“船舶用舵”中，舵主体的水平截面形状由前缘部形状为圆弧状或与其类似的形状构成，截面宽度朝向舵主体的后方逐渐增加而达到最大宽度，在从向外侧凸的形状变化为向外侧凹的形状的同时截面宽度减小。然后，水平截面形状具有到后端为止以大致平行的直线形成的直线状部分，具有拥有有限宽度的后端。
专利文献1：日本特开2003－26096号公报。
专利文献2：日本特开2007－186204号公报。
专利文献1作为一轴二舵系统被周知。在一轴二舵系统中，将两片舵左右对称地配置在螺旋桨后方。一轴二舵系统具有多种多样的驾船模式，驾船性良好，但由于将舵偏离螺旋桨中央而配置，所以螺旋桨旋转流的能量回收率变差。因此，通常在一轴二舵系统中，相应于用于填补螺旋桨旋转流的能量回收率的变差的翅片的追加、或者使舵的弦长变短的量，使船体延长而实现船尾肥大度的减小。
另一方面，如专利文献2那样，还研发了关于使舵自身高升力化的高升力舵的技术。高升力舵能够实现小舵面积且高纵横比化，能够使舵的弦长变短。最新的船舶的舵大体实现了高升力化，舵弦长变短到了极限。因而，即使为了进一步的性能提高而应用已有的一轴二舵系统，作为基础的一舵的弦长也已经变短，有难以得到其效果的问题。
技术实现要素：
本发明是为了使最新船舶的舵性能进一步提高而做出的发明。即，本发明的目的是提供一种能够有效地利用螺旋桨旋转流的能量、并且使舵的面积及翼厚进一步减小的船舶用舵、操舵方法及船舶。
根据本发明，提供一种船舶用舵，具备上下地配置在螺旋桨的后方且轴线上的上部舵及下部舵，所述螺旋桨被配置在船尾；前述上部舵和前述下部舵能够从前述螺旋桨的前述轴线上向左舷侧及右舷侧分别独立地转舵。
具备能够将前述上部舵和前述下部舵分别独立地转舵的上部用操舵机和下部用操舵机。
前述下部舵的壁厚分布构成为比前述上部舵薄。
在将螺旋桨旋转方向从后方观察设为顺时针的情况下，前述上部舵具有适合于从左舷侧向右舷侧流动的螺旋桨旋转流的翼形；前述下部舵具有适合于从右舷侧向左舷侧流动的螺旋桨旋转流的翼形。
前述上部舵和前述下部舵，翼形或翼形的弧线不同。
此外，根据本发明，提供一种操舵方法，准备上下地配置在螺旋桨的后方且轴线上的上部舵及下部舵，所述螺旋桨被配置在船尾；将前述上部舵及前述下部舵从前述螺旋桨的前述轴线上向左舷侧及右舷侧分别独立地转舵。
在减速时或减速转弯时，将前述上部舵及前述下部舵的一个向左舷侧转舵，将另一个向右舷侧转舵。
进而，根据本发明，提供一种船舶，装备有上述的船舶用舵。
根据本发明，由于将上部舵及下部舵配置在螺旋桨中央（螺旋桨的后方且轴线上）上，所以能够将螺旋桨旋转流的能量用上部舵及下部舵有效地回收。
特别是，本发明的船舶用舵在直进时及转弯时，使上部舵和下部舵独立地转舵而分别取适当的舵角，由此，在任何的螺旋桨转速下都总是能够实现最适合于螺旋桨旋转流的能量回收的舵角。此外，其结果是，本发明的船舶用舵与上部舵和下部舵为一体的1叶舵相比，能够产生高升力，能够减小总的舵面积。
此外，与上部舵和下部舵为一体的1叶舵相比，上部舵和下部舵的舵面积大致减半，所以上部舵和下部舵的设计载荷减小。因而，翼厚减小而能够使舵单体性能提高。
因而，根据本发明，能够有效地利用螺旋桨旋转流的能量，并且能够使舵的面积及翼厚减小。
附图说明
图1是表示本发明的船舶用舵的实施方式的侧视图。
图2是从图1的a－a线剖开的剖视图。
图3a是图1的示意性俯视图。
图3b是在直进时在上部舵产生的流体力的说明图。
图3c是在直进时在下部舵产生的流体力的说明图。
图4a是表示直进时的上部舵及下部舵的位置的图。
图4b是表示左转弯时的上部舵及下部舵的位置的图。
图4c是表示左转弯时的上部舵及下部舵的位置的另一图。
图5a是表示90度的减速模式的图。
图5b是表示30度的减速模式的图。
图6a是表示减速右转弯模式的图。
图6b是表示减速左转弯模式的图。
具体实施方式
基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各图中对于共通的部分赋予相同的附图标记，省略重复的说明。
图1是表示本发明的船舶用舵100的实施方式的侧视图，图2是从图1的a－a线剖开的剖视图。
在图1、图2中，1是船舶，2是船尾，3是基线，4是螺旋桨中央，5是转舵轴，6是右舷侧，7是左舷侧。
在该例中，基线3是相当于船舶1的下表面的水平线。此外，螺旋桨中央4是指螺旋桨8的轴线。螺旋桨中央4既可以水平也可以倾斜。
转舵轴5在该例中是垂直轴，与螺旋桨中央4交叉。另外，转舵轴5只要与螺旋桨中央4交叉，也可以不是垂直。
螺旋桨8在该例中是单一的，但也可以是2个螺旋桨8相互逆旋转的双重反转螺旋桨。
在图1、图2中，本发明的船舶用舵100具备上部舵10a及下部舵10b、和上部用操舵机20a及下部用操舵机20b。
上部舵10a及下部舵10b被上下地配置在配置于船尾2的螺旋桨8的后方且轴线上。“螺旋桨8的后方且轴线上”是指，上部舵10a及下部舵10b的共通的转舵轴5位于螺旋桨8的后方的包含螺旋桨中央4的垂直平面上。
在图1中，上部舵10a和下部舵10b构成为，弦长l与舵高h大致相等。此外，在该例中，上部舵10a和下部舵10b的边界面与螺旋桨中央4的高度大致一致。
此外，下部舵10b的下端优选的是比基线3靠上方。
另外，本发明并不限定于该例。即，上部舵10a和下部舵10b也可以设为弦长l或舵高度h不同。此外，上部舵10a和下部舵10b的边界面也可以设为与螺旋桨中央4不同。
在图1、图2中，上部舵10a和下部舵10b具有共通（相同）的转舵轴5。
上部用操舵机20a和下部用操舵机20b具有将上部舵10a和下部舵10b分别独立地转舵的功能。
即，上部舵10a及下部舵10b能够从螺旋桨8的轴线上向左舷侧7及右舷侧6分别转舵。上部舵10a及下部舵10b的转舵角度优选的是相对于螺旋桨中央4向左舷侧7及右舷侧6最大90度以上。
借助上述的结构，将上部舵10a及下部舵10b配置在螺旋桨中央4（螺旋桨8的后方且轴线上）上，所以能够将螺旋桨旋转流9a、9b的能量用上部舵10a及下部舵10b有效地回收。
特别是，本发明的船舶用舵100通过在直进时及转弯时使上部舵10a和下部舵10b独立地转舵、分别取适当的舵角，由此在任何螺旋桨转速下都总是能够实现最适合于螺旋桨旋转流9a、9b的能量回收的舵角。此外，其结果是，本发明的船舶用舵100与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵相比，能够产生高升力，能够减小总的舵面积。
此外，与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵相比，上部舵10a和下部舵10b的舵面积大致减半。因而，翼厚减小，能够使舵单体性能提高。
在图1、图2中，上部用操舵机20a具有上部用舵轴22a和上部用操舵装置24a。上部用舵轴22a是中空圆筒形的轴，下端被固定在上部舵10a上，沿着转舵轴5向上方延伸。上部用操舵装置24a以转舵轴5为中心，将上部用舵轴22a的上端部转舵。该转舵角度优选的是向左舷侧7及右舷侧6最大90度以上。
此外，下部用操舵机20b具有下部用舵轴22b和下部用操舵装置24b。下部用舵轴22b在该例中是实心轴，下端被固定在下部舵10b上，沿着转舵轴5向上方延伸。下部用操舵装置24b以转舵轴5为中心，将下部用舵轴22b的上端部转舵。该转舵角度优选的是向左舷侧7及右舷侧6最大90度以上。
借助上述的结构，与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵相比，上部舵10a和下部舵10b的舵面积大致减半，上部舵10a和下部舵10b的设计载荷减小，所以上部用舵轴22a及下部用舵轴22b的所需最大转矩大致减半，能够使各自的所需尺寸（例如直径）变小（变细）。
转舵轴5优选的是位于上部舵10a及下部舵10b的弦长l的中心附近或最大壁厚部附近。此外，下部舵10b的壁厚需要在下部用舵轴22b的连接部处比下部用舵轴22b的直径大。
如上述那样，与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵相比，舵面积大致减半，设计载荷减小，所以能够使下部用舵轴22b的直径比以往小（细），能够使下部舵10b的壁厚分布比以往薄。另外，在此情况下，也由于能够使下部舵10b独立地转舵为最适合于螺旋桨旋转流9b的能量回收的舵角，所以能够提高螺旋桨旋转流9b的能量回收率。
另一方面，上部舵10a由于需要设置贯通孔11（后述），所以变得比下部舵10b的壁厚大。但是，由于与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵相比，舵面积大致减半，设计载荷减小，所以能够使上部用舵轴22a的直径也比以往小（细）。此外，在此情况下，也由于能够使上部舵10a独立地转舵为最适合于螺旋桨旋转流9a的能量回收的舵角，所以能够提高螺旋桨旋转流9a的能量回收率。
在图1、图2中，中空圆筒形的上部用舵轴22a和实心的下部用舵轴22b是以转舵轴5为同轴的双重管。
上部用舵轴22a经由第1轴承27a，以转舵轴5为中心旋转自如地被安装在设于船尾2的壳体26的内侧。此外，由未图示的密封件密封，以使得海水w不从上部用舵轴22a与壳体26的间隙流入。
上部舵10a具有从其上表面到下表面沿着转舵轴5贯通的贯通孔11。
下部用舵轴22b经由第2轴承27b以转舵轴5为中心旋转自如地被安装在贯通孔11和上部用舵轴22a的内侧。此外，由未图示的密封件密封，以使得海水w不从贯通孔11及下部用舵轴22b与上部用舵轴22a的间隙流入。
上部用操舵装置24a具有：上部用冷却器28a，被固定在上部用舵轴22a的上端部，水平地延伸；和多个油压缸29a，以转舵轴5为中心将上部用冷却器28a水平地摆动。
下部用操舵装置24b具有：下部用冷却器28b，被固定在下部用舵轴22b的上端部，水平地延伸；和多个油压缸29b，以转舵轴5为中心将下部用冷却器28b水平地摆动。
油压缸29a、29b分别被未图示的油压单元独立地控制，将上部舵10a和下部舵10b分别独立地转舵。
如上述那样，由于与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵相比，上部舵10a和下部舵10b的舵面积大致减半，上部舵10a和下部舵10b的设计载荷减小，所以上部用操舵装置24a及下部用操舵装置24b的所需最大转矩大致减半。因而，能够使上部用操舵装置24a及下部用操舵装置24b的构成设备小型化。
图3a是图1的示意性俯视图。在该图中，将上部舵10a用实线表示，将下部舵10b用虚线表示。
在该图中，下部舵10b的壁厚分布构成为比上部舵10a薄。
此外，在将螺旋桨旋转方向从后方观察设为顺时针的情况下，上部舵10a具有适合于从左舷侧7向右舷侧6流动的螺旋桨旋转流9a（用实线的箭头表示）的翼形。
此外，在将螺旋桨旋转方向从后方观察设为顺时针的情况下，下部舵10b具有适合于从右舷侧6向左舷侧7流动的螺旋桨旋转流9b（用虚线的箭头表示）的翼形。
图3b是在直进时在上部舵10a产生的流体力的说明图。
借助相对于上部舵10a从左舷侧7向右舷侧6流动的旋转流9a，在与流动成直角的方向上产生升力la，在平行的方向上产生阻力da。如果选择上部舵10a的舵角及翼形，以使升力la相对于阻力da更大，则能够有效率地得到前进方向的分力。
图3c是在直进时在下部舵10b产生的流体力的说明图。
借助相对于下部舵10b从右舷侧6向左舷侧7流动的旋转流9b，在与流动成直角的方向上产生升力lb，在平行的方向上产生阻力db。如果选择下部舵10a的舵角及翼形，以使升力lb相对于阻力db更大，则能够有效率地得到前进方向的分力。
即，在该例中，上部舵10a和下部舵10b翼形或翼形的弧线不同。
借助上述的结构，本发明的船舶用舵100在直进时，与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵相比，能够将螺旋桨旋转流9a、9b的能量有效率地回收，有效率地得到在舵处产生的流体力的前进方向的分力。
另外，上部舵10a和下部舵10b并不限定于该例，只要是分别适合于螺旋桨旋转流9a、9b的翼形就会高升力化，所以也可以具有翅片f（在图3a中用虚线表示）或折翼（未图示）。
此外，本发明的上部舵10a和下部舵10b并不限定于上述的结构。即，上部舵10a及下部舵10b的翼形也可以是，右舷侧6和左舷侧7相对于螺旋桨中央4为对称。
本发明的船舶1装备上述的船舶用舵100。
通过装备上述的船舶用舵100，能够使舵的弦长l变短，能够使船尾配置变容易，使船尾肥大度减小。
另外，本发明的船舶1并不限定于1轴的螺旋桨8，也可以具有2轴或3轴以上的螺旋桨8。在此情况下，上述的上部舵10a及下部舵10b和上部用操舵机20a及下部用操舵机20b优选的是分别设置在多个螺旋桨8的各轴上。另外，本发明的船舶1也可以仅在多个螺旋桨8中的一部分上设置上述的上部舵10a及下部舵10b和上部用操舵机20a及下部用操舵机20b。
本发明的船舶用舵100的操舵方法为，准备上述的上部舵10a及下部舵10b和上部用操舵机20a及下部用操舵机20b，将上部舵10a及下部舵10b分别独立地转舵。
图4a、图4b、图4c是本发明的操舵方法的说明图。
以下，说明上部舵10a及下部舵10b在右舷侧6和左舷侧7对称、下部舵10b的壁厚分布构成为比上部舵10a薄的情况。另外，这里将作用在舵上的流体力分为前后方向成分f和左右方向成分s而进行说明。设作用在上部舵10a上的流体力中的前后方向成分为fa、左右方向成分为sa，设作用在下部舵10b上的流体力中的前后方向成分为fb、左右方向成分为sb。
图4a是表示直进时的上部舵10a及下部舵10b的位置的图，图4b是表示左转弯时的上部舵10a及下部舵10b的位置的图。
如图4a所示，直进时的上部舵10a及下部舵10b的位置在俯视中实质上一致，与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵同样，能够将螺旋桨旋转流9a、9b的能量有效地回收。
此外，如图4b所示，能够使左转弯时的上部舵10a及下部舵10b的位置也在俯视中实质上一致，与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵是同样的，但相对于上部舵10a发出贡献于左转弯的力，下部舵10b对左转弯的贡献较小。这样，不能将螺旋桨旋转流9a、9b的能量有效地利用。在右转弯时也有同样的问题。
图4c是表示左转弯时的上部舵10a及下部舵10b的位置的另一图。
如上述那样，从左舷侧7向右舷侧6流动的螺旋桨旋转流9a作用在上部舵10a上，从右舷侧6向左舷侧7流动的螺旋桨旋转流9b作用在下部舵10b上。
因而，如该图所示，本发明的操舵方法在左转弯时，也使上部舵10a和下部舵10b独立地转舵而分别取适当的舵角，由此，能够对应于螺旋桨转速而有效地利用螺旋桨旋转流9a、9b的能量，发挥高升力。在右转弯时及直进时也是同样的。
图5a和图5b是减速时的本发明的操舵方法的说明图。
如该图所示，在本发明的操舵方法中，在减速时，将上部舵10a及下部舵10b的一个向左舷侧7转舵，将另一个向右舷侧6转舵。
图5a是表示90度的减速模式、即将上部舵10a以约90度向左舷侧7转舵、将下部舵10b以约90度向右舷侧6转舵的状态的图。在此情况下，由于相对于流动，舵以大致接近于直角的状态配置，所以得不到升力，阻力变得显著。结果，在舵处向与前进方向相反的朝向产生较大的流体力，能够使船舶1急减速。
图5b是表示30度的减速模式、即将上部舵10a以约30度向左舷侧7转舵、将下部舵10b以约30度向右舷侧6转舵的状态的图。
在90度以下的舵角、例如图5b的30度的减速模式的情况下，与90度的舵角（图5a）相比，虽然减速效果下降，但也能得到类似的效果。
另外，上部舵10a及下部舵10b的最大操舵角也可以是在右舷侧6及左舷侧7为90度以上。
借助该结构，在船舶1的后退时也能够确保船舶1的操舵性。
图6a、图6b是减速转弯时的本发明的操舵方法的说明图。
图6a是表示减速右转弯模式、即将上部舵10a以约90度向左舷侧7转舵、将下部舵10b以约30度向右舷侧6转舵的状态的图。在此情况下，上部舵10a主要担负减速的作用，下部舵10b主要担负右转弯的作用，所以能够一边将船舶1减速一边使其右转弯。
图6b是表示减速左转弯模式、即将上部舵10a以约30度向左舷侧7转舵、将下部舵10b以约90度向右舷侧6转舵的状态的图。在此情况下，上部舵10a主要担负左转弯的作用，下部舵10b主要担负减速的作用，所以能够一边将船舶1减速一边使其左转弯。
另外，上述的本发明的操舵方法在上部舵10a及下部舵10b的翼形的弧线及翼形不同的情况下也同样能够应用。
根据上述的本发明，将上部舵10a及下部舵10b配置在螺旋桨中央4（螺旋桨8的后方且轴线上）上，所以能够将螺旋桨旋转流9a、9b的能量用上部舵10a及下部舵10b有效地回收。
特别是，本发明的船舶用舵100在直进时及转弯时，使上部舵10a和下部舵10b独立地转舵而分别取适当的舵角，由此，在任何的螺旋桨转速下都总是能够实现最适合于螺旋桨旋转流9a、9b的能量回收的舵角。此外，其结果是，本发明的船舶用舵100与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵相比，能够产生高升力，能够减小总的舵面积。
此外，与上部舵10a和下部舵10b为一体的1叶舵相比，上部舵10a和下部舵10b的舵面积大致减半，所以上部舵10a和下部舵10b的设计载荷减小。因而，翼厚减小，能够使舵单体性能提高。
因而，根据本发明，能够有效地利用螺旋桨旋转流9a、9b的能量，并且能够使舵的面积及翼厚减小。
本发明并不限定于上述的实施方式，显然，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种各样的变更。
附图标记说明
f翅片
h舵高度
l弦长
w海水
1船舶
2船尾
3基线
4螺旋桨中央
5转舵轴
6右舷侧
7左舷侧
8螺旋桨
9a、9b螺旋桨旋转流
10a上部舵
10b下部舵
11贯通孔
20a上部用操舵机
20b下部用操舵机
22a上部用舵轴
22b下部用舵轴
24a上部用操舵装置
24b下部用操舵装置
26壳体
27a第1轴承
27b第2轴承
28a上部用冷却器
28b下部用冷却器
29a、29b油压缸
100船舶用舵。