水上輸送船舶用水中翼
【課題】特に、船舶のための、特に舵である、水中翼であって、該水中翼の後ろの流れ方向における渦形成の有害な影響及びカルマン渦列の有害な影響、又はその何れか一方が低減できる水中翼を提供する。
【解決手段】渦の形成を削減するために、水中翼１００の、通常、扁平又は扁円に構成されている後縁２０に少なくとも１つの、突起体３０を配置する。後縁の面から物を突出させることによって、カルマン渦列の形成に必要な、水中翼の両側面の互いに反対方向に回転する一対の渦の形成が、特に避けられる。少なくとも１つの突起体が、硬質の、曲がらない、非弾性の物体として構成されていれば、更に好適である。このようにすれば、水中翼の流れ挙動は、特に渦の生成に関して、一定である。
【解決手段】渦の形成を削減するために、水中翼１００の、通常、扁平又は扁円に構成されている後縁２０に少なくとも１つの、突起体３０を配置する。後縁の面から物を突出させることによって、カルマン渦列の形成に必要な、水中翼の両側面の互いに反対方向に回転する一対の渦の形成が、特に避けられる。少なくとも１つの突起体が、硬質の、曲がらない、非弾性の物体として構成されていれば、更に好適である。このようにすれば、水中翼の流れ挙動は、特に渦の生成に関して、一定である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後縁を有する水上輸送船舶特に船用の水中翼、特に舵に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の状況においては、水中翼は、水上輸送船舶に使用され且つ設置されるか、又はそのどちらか一方であるものであり、流体力学的に揚力を発生させる。水中翼の例としては、舵、竜骨、水中翼ボート上のハイドロフォイルスキッド、スタビライザーフィン、又は水上輸送船舶のためのその他のフィンタイプのものがある。本発明に係る水中翼は、特に、舵として使用するのに最適であるが、上記したもの及びそれらとは別の水中翼タイプのものうちの一つ、又はそのいずれか一方のうちの一つとして使用することも容易に可能である。
【０００３】
公知技術の水中翼は、通常、流れ方向に割り当てられ且つ水上輸送船舶の進行方向に位置合わせされているか、又はそのいずれか一方が行われている先頭縁と、該先頭縁の反対に位置する後縁と、を有している。水中翼の側面又は側壁は、先頭縁と後縁との間に配置されている。水中翼の上方端領域は、通常、水上輸送船舶の船体にしっかりと連結されている。即ち、回転可能である舵の場合である。一方、反対の下方端は、通常、自由端として構成されている。しかし、舵の場合には、公知技術の中には、舵の下端で支持することも可能であるものもある（例えば、底部で支持される舵の場合）。
【０００４】
水上輸送船舶で使用する場合では、水中翼本体の周りに水中翼の先頭縁から後縁へと水が流れる。レイノルズ（Reynolds）数、流速、及び水中翼の幾何学的形状又は水中翼の後縁の幾何学的形状に依存して、水中翼の後ろの流れの方向に、即ち水中翼の後縁において渦剥離が生じうる。その渦周波数は、ストローハル（Strouhal）数により特徴付けられる。その周りに流体が流れている物体の両側面に、これら渦は通常生成される。これら渦の回転方向は、互いに反対である。物体の両側面間の流れは、その周りに流体が流れている物体に向かう方向に、且つ外側の流れの方向とは反対の方向に流れる。
【０００５】
回転方向が反対の渦たちの後流という形態のこの渦系は、その周りに流体が流れている物体上に発生し、流れによって剥離させられて最後には消散させられるものであり、カルマン (Karman) 渦列と呼ばれるものとして知られてもいる。舵は船舶プロペラの比較的速い流れにさらされるので、この現象は、特に舵の場合に発生する。その上、特に比較的広い後縁を有する舵は、カルマン渦列を発生させる傾向にある。このような舵は、特に、前記舵のブレードの端部領域が流れ方向に見て前記後縁に向かって広くなる魚の尾のような輪郭又はシリング (Schilling)Ｒ 輪郭を有する舵であり、特にありつぎの形をした舵である。このような種類の幾何学形状においては、ストローハル数、及び、従って、個々の渦の剥離周波数は特に高く、その結果として、カルマン渦列が発生して特に独特の形を呈するか、カルマン渦列が発生するか、又は特に独特の形を呈する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４は、先行技術の水中翼２００の場合におけるカルマン渦列の形成を示している。図４の水中翼２００は、その断面輪郭が後縁２０１に向かって再び広くなる船尾の舵である。明確にするために、水中翼２００の端部領域のみを示している。
【０００７】
後縁２０１は、水中翼２００の側面２０２ａと２０２ｂの２つの端部領域２０２１ａと２０２１ｂとの間で凹状に広がっている。（プロペラ）流れのパターンを複数の矢印で表している。その流れは、前記側面２０２ａ、２０２ｂに沿って本質的に薄い層状に流れていることが確認できる。
【０００８】
前記流れが前記側面２０２ａ、２０２ｂの端部領域２０２１ａ、２０２１ｂを通過すると、複数の渦２１０が、前記後縁２０１の上方領域、更に前記後縁の下方領域の両方において、前記流れから分離する。前記後縁２０１の上方領域においては、即ち、前記側面の端部領域２０２１ａの直ぐ後ろに、反時計回りの方向に回転している渦２１０ａが発生している。
【０００９】
流れ方向斜め下側には、反対方向に、即ち、時計回り方向に回転している更なる渦２１０ｂが存在している。この渦２１０ｂは、下方の前記側面２０２ｂ及びその直ぐ後ろに発生するか、又はそのどちらか一方に発生する。
【００１０】
下流には、反時計回り方向に回転してゆっくりと消散している更なる渦２１０ｃが存在している。この渦２１０ｃも、上方の前記側面２０２ａから生じている。これら渦２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは共に、カルマン渦列と呼ばれる渦系を形成する。カルマン渦列の周りの流れの圧力に比べて、これら渦の領域における、即ち、これら渦の間において、圧力が著しく低下する。
【００１１】
カルマン渦列が生成された結果、一方では、水中翼の効率が低下する、即ち、舵の場合には、舵力を低下させる。また、水中翼、即ち舵の抗力が増加する。他方では、舵の横力が低減され、水中翼に振動が発生し得る。水中翼に振動が発生するのは、特に、渦の分離周波数が水中翼本体の固有振動数に実質的に対応する場合である。
【００１２】
従って、本発明の目的は、水中翼の後方の流れ方向に渦が形成されるという有害な効果、即ちカルマン渦列の有害な効果を低減する水中翼を詳細に述べることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する水中翼により達成される。
【００１４】
本発明の中心となる考えは、後縁上に突起体を設けることであり、これによって、渦の形成を低減させる。この場合の突起体は、水中翼の後縁から突出している、即ち、突き出ているものであって、基本的には任意に構成されるものである。断面図においては、前記後縁は、通常、水中翼の長手方向を本質的に横切って延びているので、前記突起体は、少なくとも略下流方向に一般には突出している。これは、実質的に、水中翼の長手方向及び該水中翼が取り付けられる船舶の長手方向に、又はその何れか１つの方向に、少なくとも１つの突起体が後縁から突出することを意味する。
【００１５】
前記後縁は、通常、直線状、凹状、凸状、又はその他のデザインの、水中翼の境界となる面である。従って、前記後縁の領域は、通常、扁平又は扁円に構成されている。特に、該領域は、通常、先細りになってもいなければ、尖っているように構成もされていない。
【００１６】
更に、前記後縁は、通常、上から下へ且つ一方の側方から他方の側方へ連続的に構成されているか、又はその何れか一方に対して連続的に構成されており、従って、単一の連続領域を構成する。そして、前記突起体をこの面から突出させて、これによって渦が分離する確率を小さくする。この方法によって、カルマン渦列が生じる確率を低減できる。少なくとも１つの突起体の有効性は、様々な要因、例えば、正確に配置することはもちろん、突起体の数、幾何学的配置などに依存する。
【００１７】
従って、前記少なくとも１つの突起体の場合には、前記後縁の面それ自体に含まれるものではなく、前記後縁の面に配置されるものを本願は扱っている。従って、この意味で、突起体は、前記後縁面から少し膨らんでいるもの、例えば、凸形状の後縁やその類似物ではなく、むしろ、前記後縁、即ち、前記後縁の面にしっかりと好適に連結される実質的には独立した要素である。
【００１８】
このため、少なくとも１つの突起体は、水中翼（の材料）から形作られるものではなく、また、水中翼のくぼみ部、ぎざぎざ部、凹部などを構成するものでもない。従って、突起体は、例えば、金属、特に鋼鉄から製造され、溶接によって、又はその他の最適な、取り付け方法及び取り付け手段によって、又はその何れか一方によって前記後縁に連結される。
【００１９】
前記後縁の面から物を突出させることによって、カルマン渦列の形成に必要な、水中翼の両側面の互いに反対方向に回転する一対の渦の形成が、特に避けられる。前記少なくとも１つの突起体が、硬質の、曲がらない、非弾性の物体として構成されていれば、更に好適である。このようにすれば、水中翼の流れ挙動は、特に渦の生成に関して、一定である。
【００２０】
少なくとも１つの突起体を設けることによって、水中翼にカルマン渦列が起きる確率が低減され、そしてこの手段によって、燃料効率と同様に水中翼の抗力も改善される。その上、振動の結果として生じる水中翼及び水上輸送用船舶の船体の、又はそのいずれか一方の損傷の危険性が低減される。
【００２１】
少なくとも１つの突起体が前記後縁に配置されるので、水中翼の有効流れ面領域を減らすことはない。そして、前記突起体は、流れ面領域の範囲外に位置しており、従って、主要な流れ場の範囲内には位置していないので、流れが分離する結果として生じるキャビテーションを引き起こすことはない。
【００２２】
従って、流体を供給した結果として、構成上の労力を比較的小さくすることにより、そして流体力学的に実際の水中翼断面が弱くなることなく、前記後縁領域において渦形成を減らすという好適な効果が達成できる。本発明に従う少なくとも１つの突起体によって、渦形成過程を減じたり防いだりする。その結果、流れ方向に見て前記水中翼後方に、非常にはるかにより安定し且つ薄い層状の流れパターン、又はその内のいずれか一方の流れパターンが発生する。前記少なくとも１つの突起体をもっぱら前記後縁に設けて、水中翼のその他の領域には設けてはいない。
【００２３】
前記後縁の幅に関しては、前記少なくとも１つの突起体は、該突起体が前記後縁の幅全体を覆わないように構成されている。むしろ、前記突起体は、前記後縁の幅に関して、その一部の領域から好適に突出している。これにより、渦流れの防止が達成されることを保障する。もし、少なくとも１つの突起体が前記後縁の幅全体を覆うことになれば、この突起体は、流体力学的には前記後縁の単なる拡張部として振舞うことになり、互いに回転方向が反対である望ましくない渦が、前記突起体の両側面から分離し得る。
【００２４】
できるだけ広範囲にわたって渦形成の削減を達成するために、本発明の好適実施例においては、前記少なくとも１つの突起体は、前記後縁の長さの少なくとも５０％以上の長さで、好ましくは前記後縁の長さの少なくとも７５％以上の長さで、特に好ましくは、実質的には前記前縁の全長にわたる長さで延びている。この場合に、用語「前記後縁の長さ」とは、前記後縁の領域における水中翼の上方端部と下方端部の間の距離であると解釈する。
【００２５】
前記後縁は通常、水中翼の高さ全体にわたって延びている。従って、前記少なくとも１つの突起体が、前記後縁のできるだけ大きな範囲にわたって延びていれば好適であり、そのため水中翼の高さに関して、渦形成は、できるだけ広範囲にわたって削減されるか、あるいは防止される。
【００２６】
前記少なくとも１つの突起体が、前記後縁の一端から他端まで延びていれば、渦形成の低減が水中翼の高さ全体にわたって保障されるので、特に好適である。ここで好適には、前記少なくとも１つの突起体は、その長さが前記後縁の長さに相当して前記後縁に取り付けられる単一の要素から成ることができる。しかし、原理的には、前記少なくとも１つの突起体を、複数の部片要素から構成することもできる。
【００２７】
原理的には、前記少なくとも１つの突起体は、その断面が任意の形状をしているように構成できる。しかし、水中翼の断面図において、前記少なくとも１つの突起体が、水中翼の中心線に実質的に平行に、即ち水中翼の中心線に沿って延びていれば好適であることが多い。
【００２８】
この場合に、前記少なくとも１つの突起体は、その断面では直線的であるのが好ましい。これについて実験をしたところ、このタイプの少なくとも１つの突起体を配置することによって、渦形成を特に良好に低減することや特に好適な流れパターンが達成できることが示せた。特に、前記少なくとも１つの突起体を水中翼の前記中心線に沿って配置すれば、水中翼の両側面で、渦形成を特に一定して防止することが達成される。
【００２９】
複数の突起体を設ける場合、これら突起体を全て水中翼の前記中心線と平行に配置するのが好ましい。しかし、個々の突起体をこのような配置と異なるように配置することもできる。特に、これは、後縁が湾曲している場合、即ち凹状や凸状に構成されている後縁に勧められる。本発明の実施形態では、断面図における前記少なくとも１つの突起体の流れ線は、前記後縁と前記少なくとも１つの突起体の自由端との間の該突起体の輪郭に関係する。
【００３０】
前記少なくとも１つの突起体が水中翼の長手方向軸に実質的に平行に延びていれば、更に好適である。この場合、前記、「水中翼の長手方向軸」とは、水中翼の上方端部から水中翼の下方端部へと延びている軸のことである。舵の場合では、前記長手方向軸は、舵の回転軸でもあることが多い。前記少なくとも１つの突起体は、前記後縁の外側辺に実質的に平行に延びていることも可能である。この場合、前記後縁の外側辺は、前記水中翼の長手方向軸に平行になっていることも多い。このようにして、規則的な流れパターンが保障される。特に、前記少なくとも１つの突起体が水中翼の前記長手方向軸に平行に且つ水中翼の全長にわたって延びていれば好適である。これによって、特に規則的な流れパターンが保障される。
【００３１】
本発明の更に好適実施形態においては、前記少なくとも１つの突起体は、前記後縁の面から実質的に直角に、即ち垂直に突出している。この場合の直角は、前記後縁と水中翼の幅に沿う軸（横軸）との間で形成される。もし、前記後縁の面が平面であれば、前記突起体を複数設ける場合には、これら複数の突起体は、それに応じて互いに平行に配置される。これによって、流れ方向における水中翼後方の流れの規則性が更に改善される。前記後縁が湾曲形状である場合、即ち、前記後縁が直線的でない場合には、前記少なくとも１つの突起体は、該突起体が接する前記後縁の部分に対して垂直に配置される。
【００３２】
前記突起体の幅、即ち前記後縁と前記突起体の自由端との間の距離は、好ましくは、前記後縁の幅の少なくとも半分に相当する。前記少なくとも１つの突起体がこのような寸法に構成されれば、渦形成の削減に関して、特に良い結果が達成できることが、実験により示せた。
【００３３】
もし、前記突起体を少なくとも２つ設ける場合には、これら２つの突起体を互いに離して且つ互いに平行となるように配置するか、又はその何れか一方となるように配置することは、好適である。前記少なくとも２つの突起体を互いに離して配置した結果、互いに独立して突出している２つの物体が渦流を防いでいるので、渦形成が更に妨げられる。これら２つの突起体を互いに平行に配置することによって、流れパターンの規則性を次々と改善できる。
【００３４】
本発明の更なる好適実施形態においては、以下の公式が適用される。即ち、突起体の数＝２ｎ＋１、ここで、「ｎ」は０を含む自然数である。特に好ましいのは、ｎ＝２の場合である。即ち、突起体の数が５つの場合である。更に、断面図においては、これら複数の突起体のうちの１つが前記後縁の実質的に中心に配置される。そして、残り偶数個の突起体が、前記中心に配置された突起体の各側方に配置される。
【００３５】
断面図における水中翼の前記中心線が対称線を形成するようにして、対称的に配置するのが特に好ましい。個々の突起体は、互いに離れて且つ互いに平行に好適に配置されるか、又はその何れか一方となるように好適に配置される。偶数個の突起体を特に対称的に分布させたこのような構成、特に５つの突起体を有する構成は、渦形成の削減に関して特に良い効果をもたらすことが、実験により示せた。
【００３６】
この実施形態において、前記中心に配置された突起体の幅、即ち、前記中心に配置された突起体における前記後縁と該突起体の自由端との間の距離が、最も大きいのが更に好ましい。選択的には、同じ大きさの２つの突起体を中心領域に配置することもできる。その上、残りのその他の突起体の幅を外側に向かうにつれて漸進的に好適に減らしていくこともできる。このため、最も外側に位置している突起体が最小の幅を有する。ここで、この構成は、対称的に設ける場合にも好適である。即ち、各場合に鏡像として配置された一対の突起体は、同じ幅を有している。これによって、外側から内側に向かって、渦流れを漸進的に防止することが達成される。
【００３７】
もし複数の突起体を設ければ、それぞれの突起体の間の間隔は、原理的には、同じか、又は異なるように構成することができる。流体力学的にどのような配置が最も好ましいかは、個々の場合の状況、特に、前記後縁の幾何学的形状及び幅、流速、突起体の精確な構成などに依存する。
【００３８】
前記少なくとも１つの突起体は、特に好ましくは、板状に、前記後縁から突出するリブとして、且つその断面が長方形に形成されるか、又はそのうちの何れか一方となるように形成される。前記リブは、好適には、板状のもの、例えば、鋼鉄製の板やその類似のものから構成され、その一方の端面が前記後縁に取り付けられる。前記板が縦長に構成されていれば、特に前記後縁の長さの大部分又は前記後縁の長さ全体にわたって延びていれば、前記リブ、即ち板は、その一方の長手方向端面で前記後縁に好適に配置される、即ち、その一方の長手方向端面で前記後縁に好適に取り付けられることになる。このような構成により、細長状に前記リブを配置することが保障される。
【００３９】
もし複数の突起体を設けるならば、これら突起体を互いに平行に且つ水中翼の前記長手方向軸に平行に配置することは好適である。これらリブが板状の形を有する代わりに、リブの自由端の領域でわずかに丸みを帯びさせたり、前記自由端に向かって細くなっているようにしたりするなどして、これらリブを構成することもできる。好ましくは、前記リブは連続的に構成され、且つ前記少なくとも１つの突起体の長方形断面は前記突起体全体で一定のままであるか、又はそのうちの何れか一方が満たされている。
【００４０】
前記少なくとも１つの突起体は、断面図におけるその輪郭が、前記後縁の反対側に配置された先頭縁から前記後縁の方向に、水中翼の輪郭の内で最も広い部分を形成する中央領域まで広くなり、且つ前記中央領域から、水中翼の輪郭の内で最も狭い部分を形成する後方領域まで細くなりそして前記後方領域から前記後縁まで再び広くなっている、魚の尾のような輪郭又はシリングＲ輪郭を有する舵として、特にありつぎの形をした舵として構成された前記水中翼に設けるのが、特に好適である。この場合、前記後縁は、直線状、凸状、又は凹状に構成されるのが好ましい。水中翼の他の輪郭に対する前記後縁の相対的な幅のために、渦形成が水中翼の上記した輪郭に特に多く発生する。この点で、前記少なくとも１つの突起体を設けることは、このような輪郭には特に好適である。
【００４１】
更に、前記少なくとも１つの突起体は、単一の物体として形成されているのが好ましい。これは、前記少なくとも１つの突起体が貫通穴、凹み穴などを有していないことを意味する。また、前記少なくとも１つの突起体は、一定形状の断面を有しているのが好ましい。
【００４２】
以下において、本発明を、様々な実施例を使用して図面を参照して詳細に説明する。以下の図面は概略的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】は、後縁と突起体とを有する水中翼の斜視図を示す。
【図１Ａ】は、図１に示す水中翼の後縁の上端部の詳細図を示す。
【図２】（a）乃至（e）は、様々に構成された後縁と、様々に配置構成された１つ又は複数の突起体とを有する水中翼の端部領域の平面図を示す。
【図３】は、曲線で描いた流れパターンと共に、後縁から突出する突起体を有する水中翼の端部領域の平面図を示す。
【図４】は、曲線で描いた流れパターンと共に、先行技術の水中翼の端部領域を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に記載されている本発明の様々な実施形態において、同じ構成要素には同じ引用符号が付けられている。
【００４５】
図１は、水中翼１００の斜視図を示している。本実施例の場合には、水中翼１００は、魚の尾のような輪郭又はシリングＲ輪郭を有する舵として構成されている。前記舵は、先頭縁１０と後縁２０とを有している。側面１１は、先頭縁１０と後縁２０との間に広がっている。端部板１４が、水中翼１００の上方端部１２と下方端部１３の両方にそれぞれ設けられている。
【００４６】
本実施例の水中翼１００は、魚の尾の輪郭を有する舵の形態を取っているので、前記舵の端部領域１５は、前記舵の最も狭い部分を形成する後方領域１６から後縁２０に向かって広くなる。後縁２０には、上方端部１２から下方端部１３へと下方に延びて且つ互いに平行に配置されていて板状に形成されたリブとして構成された合計５つの突起体即ちリブ３０が設けられている。
【００４７】
図１Ａの詳細な図から確認できるように、中心のリブ３０ａは、最大の幅を有している。前記中心のリブ３０ａのいずれの側方にも、更に２つのリブ３０ｂ、３０ｃをそれぞれ配置している。この場合、これらリブの幅は、外側に向かうにつれて小さくなる。これら板状リブ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを、それらの長手方向端面を介して、直線状に構成されている即ち平板形状の面を有する後縁２０に取り付けられている。
【００４８】
また、前記リブ３０ａ、３０ｂ、３０ｃの横方向端面は、端部板１４に接していて、同様に端部板１４に取り付けられている。外側のリブ３０ｃは、最小の幅を有しており、後縁２０の外側端線２１に対して僅か内側に配置されている。板状リブ３０ａ、３０ｂ、３０ｃはそれぞれ、前記後縁面から実質的に垂直に突出しており、後縁２０の外側端線２１に平行に、即ち水中翼１００の長手方向軸に平行に延びている。
【００４９】
図２（a）は、図１に示した水中翼の端部領域１５に関する平面図を示している。中心のリブ３０ａが最大の幅ｂ１を有していて外側のリブ３０ｃが最小の幅ｂ３を有し、一方で、リブ３０ａとリブ３０ｃとの間に配置されたリブ３０ｂが中間の大きさの幅ｂ２を有していることが確認できる。
【００５０】
更に、リブ３０ｃとリブ３０ｂとの間の間隔（ａ２）と、リブ３０ｂとリブ３０ａとの間の間隔（ａ１）とは異なり、前記間隔（ａ１）が前記間隔（ａ２）よりも大きい。これらの幅及び間隔の正確な寸法は、それぞれ、前記後縁及びこれらリブ３０の特定の幾何学形状に関して最適な渦削減効果に適合させることができる。リブ３０ａは、中心線１７に沿って延びていて、一方、リブ３０ｂ及び３０ｃは、中心線１７に平行に延びている。中心線１７も、前記リブの配置に対する対称軸を形成している。
【００５１】
図２（b）〜（e）は、本発明に従う水中翼１００の端部領域１５の構成の更なる例を示している。従って、図２（a）においては、中心のリブ３０ａを設けて、中心線１７に沿って配置している。その上、更に２つのリブ３０ｃを設けて、それぞれを外側の位置に配置しており、これら２つのリブ３０ｃは、同じ幅を有するように構成されている。これらリム３０ｃを、中心線１７に対して対称的に配置している。
【００５２】
図２（b）に記載されている３つのリブの構成において、平面図又は断面図の後縁２０は、凹状に構成されたものである。対照的に図２（ｃ）においては、後縁は、直線状に構成されたものである。即ち、図２（ｃ）の後縁は平面を形成している。更に、中心線１７に沿って配置されるリブ３０ａだけを唯一つ設けている。
【００５３】
図２（d）においては、平面図又は断面図の後縁２０は、図２（b）に記載のものと同じように、凹状に構成されたものである。同様に、中心線１７に沿って延びている中心のリブ３０ａを１つ設けて、また、外側に配置するリブ３０ｃを２つ設けている。３つのリブが全て平行に配置されている図２（b）とは対照的に、図２（a）にあるようにして２つの外側のリブ３０ｃが中心線１７と平行となるようには、即ち中心のリブ３０ａと平行になるようには構成されておらず、２つの外側のリブ３０ｃは、中心のリブ３０ａに向かうような角度でもって延びている。特に、２つの外側のリブ３０ｃは、前記後縁から離れるに従って、外側から内側へと延びている。
【００５４】
図２（e）においては、５つのリブを同様に設けており、平面図又は断面図において後縁２０は凸状に構成されたものである。同様に最大幅を有している中心のリブ３０ａは、中心線１７に沿って延びている。２つの外側のリブ３０ｃは最小の幅を有している。中心線１７の右側と左側とにそれぞれ配置されているリブ３０ｂ及び３０ｃは、中心線１７に関して互いに対称的に配置されている。図２（a）とは反対に、リブ３０ｂ及び３０ｃは、中心線１７に平行には、即ちリブ３０ａに平行には配置されていない。しかし、むしろ、リブ３０ｂ及び３０ｃは、それぞれ、後縁２０の凸形状から略９０°の角度で突出している。そのため、前記後縁からリブ３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃの自由端に向かって見た場合に、これらリブが外側に向かって扇状に広がるような配置を形成している。図２（a）〜２（e）に示されているリブ３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃを全て、板として構成している。
【００５５】
図３は、本発明に従う水中翼１００の端部領域１５に関する平面図を示している。後縁２０が、平面図又は断面図において、直線状に形成されている場合のものである。後縁２０から突出する５つのリブ３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、実質的には、図２（a）に記載されている配置に基づいて配置構成されている。図３に示されている図では、図２（a）と異なり、リム３０ｃとリム３０ｂとの間の間隔は、リム３０ｂとリム３０ａとの間の間隔よりも大きい。
【００５６】
複数の矢印を描くことにより、流れパターンを表している。従って、本発明に従う水中翼の構成によって、実質的に薄層状の流れパターンが、水中翼１００の下流側の側壁１１の領域において保障される。上方のリブ３０ｂと中心のリブ３０ａとの間に、渦４０が生じている。渦４０は、反時計回りに回転している。その上、リム３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、によって生じる防止作用のために、個々のリブの間の中間の空間において渦形成がいかに起きないかが確認できる。流れ方向において、渦４０の後ろに短い間隔を空けて、水中翼１００の幅全体にわたって薄層状の流れパターンが既に生じている。更に、渦４０だけが唯一つ発生している。従って、互いに反対方向に回転する一対の渦によってその都度形成されるカルマン渦列の形成は、抑制される。
【符号の説明】
【００５７】
１００ 水中翼
１０ 先頭縁
１１ 側面
１２ 上方端部
１３ 下方端部
１４ 端部板
１５ 端部領域
１６ 後方領域
１７ 中心線
２０ 後縁
２１ 外側端線
２００ 水中翼（先行技術）
２０１ 後縁
２０２ａ、２０２ｂ 側面
２０２１ａ、２０２１ｂ 側面端点
２１０ 渦
３０ 突起体（リブ）
４０ 渦
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後縁を有する水上輸送船舶特に船用の水中翼、特に舵に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の状況においては、水中翼は、水上輸送船舶に使用され且つ設置されるか、又はそのどちらか一方であるものであり、流体力学的に揚力を発生させる。水中翼の例としては、舵、竜骨、水中翼ボート上のハイドロフォイルスキッド、スタビライザーフィン、又は水上輸送船舶のためのその他のフィンタイプのものがある。本発明に係る水中翼は、特に、舵として使用するのに最適であるが、上記したもの及びそれらとは別の水中翼タイプのものうちの一つ、又はそのいずれか一方のうちの一つとして使用することも容易に可能である。
【０００３】
公知技術の水中翼は、通常、流れ方向に割り当てられ且つ水上輸送船舶の進行方向に位置合わせされているか、又はそのいずれか一方が行われている先頭縁と、該先頭縁の反対に位置する後縁と、を有している。水中翼の側面又は側壁は、先頭縁と後縁との間に配置されている。水中翼の上方端領域は、通常、水上輸送船舶の船体にしっかりと連結されている。即ち、回転可能である舵の場合である。一方、反対の下方端は、通常、自由端として構成されている。しかし、舵の場合には、公知技術の中には、舵の下端で支持することも可能であるものもある（例えば、底部で支持される舵の場合）。
【０００４】
水上輸送船舶で使用する場合では、水中翼本体の周りに水中翼の先頭縁から後縁へと水が流れる。レイノルズ（Reynolds）数、流速、及び水中翼の幾何学的形状又は水中翼の後縁の幾何学的形状に依存して、水中翼の後ろの流れの方向に、即ち水中翼の後縁において渦剥離が生じうる。その渦周波数は、ストローハル（Strouhal）数により特徴付けられる。その周りに流体が流れている物体の両側面に、これら渦は通常生成される。これら渦の回転方向は、互いに反対である。物体の両側面間の流れは、その周りに流体が流れている物体に向かう方向に、且つ外側の流れの方向とは反対の方向に流れる。
【０００５】
回転方向が反対の渦たちの後流という形態のこの渦系は、その周りに流体が流れている物体上に発生し、流れによって剥離させられて最後には消散させられるものであり、カルマン (Karman) 渦列と呼ばれるものとして知られてもいる。舵は船舶プロペラの比較的速い流れにさらされるので、この現象は、特に舵の場合に発生する。その上、特に比較的広い後縁を有する舵は、カルマン渦列を発生させる傾向にある。このような舵は、特に、前記舵のブレードの端部領域が流れ方向に見て前記後縁に向かって広くなる魚の尾のような輪郭又はシリング (Schilling)Ｒ 輪郭を有する舵であり、特にありつぎの形をした舵である。このような種類の幾何学形状においては、ストローハル数、及び、従って、個々の渦の剥離周波数は特に高く、その結果として、カルマン渦列が発生して特に独特の形を呈するか、カルマン渦列が発生するか、又は特に独特の形を呈する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４は、先行技術の水中翼２００の場合におけるカルマン渦列の形成を示している。図４の水中翼２００は、その断面輪郭が後縁２０１に向かって再び広くなる船尾の舵である。明確にするために、水中翼２００の端部領域のみを示している。
【０００７】
後縁２０１は、水中翼２００の側面２０２ａと２０２ｂの２つの端部領域２０２１ａと２０２１ｂとの間で凹状に広がっている。（プロペラ）流れのパターンを複数の矢印で表している。その流れは、前記側面２０２ａ、２０２ｂに沿って本質的に薄い層状に流れていることが確認できる。
【０００８】
前記流れが前記側面２０２ａ、２０２ｂの端部領域２０２１ａ、２０２１ｂを通過すると、複数の渦２１０が、前記後縁２０１の上方領域、更に前記後縁の下方領域の両方において、前記流れから分離する。前記後縁２０１の上方領域においては、即ち、前記側面の端部領域２０２１ａの直ぐ後ろに、反時計回りの方向に回転している渦２１０ａが発生している。
【０００９】
流れ方向斜め下側には、反対方向に、即ち、時計回り方向に回転している更なる渦２１０ｂが存在している。この渦２１０ｂは、下方の前記側面２０２ｂ及びその直ぐ後ろに発生するか、又はそのどちらか一方に発生する。
【００１０】
下流には、反時計回り方向に回転してゆっくりと消散している更なる渦２１０ｃが存在している。この渦２１０ｃも、上方の前記側面２０２ａから生じている。これら渦２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは共に、カルマン渦列と呼ばれる渦系を形成する。カルマン渦列の周りの流れの圧力に比べて、これら渦の領域における、即ち、これら渦の間において、圧力が著しく低下する。
【００１１】
カルマン渦列が生成された結果、一方では、水中翼の効率が低下する、即ち、舵の場合には、舵力を低下させる。また、水中翼、即ち舵の抗力が増加する。他方では、舵の横力が低減され、水中翼に振動が発生し得る。水中翼に振動が発生するのは、特に、渦の分離周波数が水中翼本体の固有振動数に実質的に対応する場合である。
【００１２】
従って、本発明の目的は、水中翼の後方の流れ方向に渦が形成されるという有害な効果、即ちカルマン渦列の有害な効果を低減する水中翼を詳細に述べることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する水中翼により達成される。
【００１４】
本発明の中心となる考えは、後縁上に突起体を設けることであり、これによって、渦の形成を低減させる。この場合の突起体は、水中翼の後縁から突出している、即ち、突き出ているものであって、基本的には任意に構成されるものである。断面図においては、前記後縁は、通常、水中翼の長手方向を本質的に横切って延びているので、前記突起体は、少なくとも略下流方向に一般には突出している。これは、実質的に、水中翼の長手方向及び該水中翼が取り付けられる船舶の長手方向に、又はその何れか１つの方向に、少なくとも１つの突起体が後縁から突出することを意味する。
【００１５】
前記後縁は、通常、直線状、凹状、凸状、又はその他のデザインの、水中翼の境界となる面である。従って、前記後縁の領域は、通常、扁平又は扁円に構成されている。特に、該領域は、通常、先細りになってもいなければ、尖っているように構成もされていない。
【００１６】
更に、前記後縁は、通常、上から下へ且つ一方の側方から他方の側方へ連続的に構成されているか、又はその何れか一方に対して連続的に構成されており、従って、単一の連続領域を構成する。そして、前記突起体をこの面から突出させて、これによって渦が分離する確率を小さくする。この方法によって、カルマン渦列が生じる確率を低減できる。少なくとも１つの突起体の有効性は、様々な要因、例えば、正確に配置することはもちろん、突起体の数、幾何学的配置などに依存する。
【００１７】
従って、前記少なくとも１つの突起体の場合には、前記後縁の面それ自体に含まれるものではなく、前記後縁の面に配置されるものを本願は扱っている。従って、この意味で、突起体は、前記後縁面から少し膨らんでいるもの、例えば、凸形状の後縁やその類似物ではなく、むしろ、前記後縁、即ち、前記後縁の面にしっかりと好適に連結される実質的には独立した要素である。
【００１８】
このため、少なくとも１つの突起体は、水中翼（の材料）から形作られるものではなく、また、水中翼のくぼみ部、ぎざぎざ部、凹部などを構成するものでもない。従って、突起体は、例えば、金属、特に鋼鉄から製造され、溶接によって、又はその他の最適な、取り付け方法及び取り付け手段によって、又はその何れか一方によって前記後縁に連結される。
【００１９】
前記後縁の面から物を突出させることによって、カルマン渦列の形成に必要な、水中翼の両側面の互いに反対方向に回転する一対の渦の形成が、特に避けられる。前記少なくとも１つの突起体が、硬質の、曲がらない、非弾性の物体として構成されていれば、更に好適である。このようにすれば、水中翼の流れ挙動は、特に渦の生成に関して、一定である。
【００２０】
少なくとも１つの突起体を設けることによって、水中翼にカルマン渦列が起きる確率が低減され、そしてこの手段によって、燃料効率と同様に水中翼の抗力も改善される。その上、振動の結果として生じる水中翼及び水上輸送用船舶の船体の、又はそのいずれか一方の損傷の危険性が低減される。
【００２１】
少なくとも１つの突起体が前記後縁に配置されるので、水中翼の有効流れ面領域を減らすことはない。そして、前記突起体は、流れ面領域の範囲外に位置しており、従って、主要な流れ場の範囲内には位置していないので、流れが分離する結果として生じるキャビテーションを引き起こすことはない。
【００２２】
従って、流体を供給した結果として、構成上の労力を比較的小さくすることにより、そして流体力学的に実際の水中翼断面が弱くなることなく、前記後縁領域において渦形成を減らすという好適な効果が達成できる。本発明に従う少なくとも１つの突起体によって、渦形成過程を減じたり防いだりする。その結果、流れ方向に見て前記水中翼後方に、非常にはるかにより安定し且つ薄い層状の流れパターン、又はその内のいずれか一方の流れパターンが発生する。前記少なくとも１つの突起体をもっぱら前記後縁に設けて、水中翼のその他の領域には設けてはいない。
【００２３】
前記後縁の幅に関しては、前記少なくとも１つの突起体は、該突起体が前記後縁の幅全体を覆わないように構成されている。むしろ、前記突起体は、前記後縁の幅に関して、その一部の領域から好適に突出している。これにより、渦流れの防止が達成されることを保障する。もし、少なくとも１つの突起体が前記後縁の幅全体を覆うことになれば、この突起体は、流体力学的には前記後縁の単なる拡張部として振舞うことになり、互いに回転方向が反対である望ましくない渦が、前記突起体の両側面から分離し得る。
【００２４】
できるだけ広範囲にわたって渦形成の削減を達成するために、本発明の好適実施例においては、前記少なくとも１つの突起体は、前記後縁の長さの少なくとも５０％以上の長さで、好ましくは前記後縁の長さの少なくとも７５％以上の長さで、特に好ましくは、実質的には前記前縁の全長にわたる長さで延びている。この場合に、用語「前記後縁の長さ」とは、前記後縁の領域における水中翼の上方端部と下方端部の間の距離であると解釈する。
【００２５】
前記後縁は通常、水中翼の高さ全体にわたって延びている。従って、前記少なくとも１つの突起体が、前記後縁のできるだけ大きな範囲にわたって延びていれば好適であり、そのため水中翼の高さに関して、渦形成は、できるだけ広範囲にわたって削減されるか、あるいは防止される。
【００２６】
前記少なくとも１つの突起体が、前記後縁の一端から他端まで延びていれば、渦形成の低減が水中翼の高さ全体にわたって保障されるので、特に好適である。ここで好適には、前記少なくとも１つの突起体は、その長さが前記後縁の長さに相当して前記後縁に取り付けられる単一の要素から成ることができる。しかし、原理的には、前記少なくとも１つの突起体を、複数の部片要素から構成することもできる。
【００２７】
原理的には、前記少なくとも１つの突起体は、その断面が任意の形状をしているように構成できる。しかし、水中翼の断面図において、前記少なくとも１つの突起体が、水中翼の中心線に実質的に平行に、即ち水中翼の中心線に沿って延びていれば好適であることが多い。
【００２８】
この場合に、前記少なくとも１つの突起体は、その断面では直線的であるのが好ましい。これについて実験をしたところ、このタイプの少なくとも１つの突起体を配置することによって、渦形成を特に良好に低減することや特に好適な流れパターンが達成できることが示せた。特に、前記少なくとも１つの突起体を水中翼の前記中心線に沿って配置すれば、水中翼の両側面で、渦形成を特に一定して防止することが達成される。
【００２９】
複数の突起体を設ける場合、これら突起体を全て水中翼の前記中心線と平行に配置するのが好ましい。しかし、個々の突起体をこのような配置と異なるように配置することもできる。特に、これは、後縁が湾曲している場合、即ち凹状や凸状に構成されている後縁に勧められる。本発明の実施形態では、断面図における前記少なくとも１つの突起体の流れ線は、前記後縁と前記少なくとも１つの突起体の自由端との間の該突起体の輪郭に関係する。
【００３０】
前記少なくとも１つの突起体が水中翼の長手方向軸に実質的に平行に延びていれば、更に好適である。この場合、前記、「水中翼の長手方向軸」とは、水中翼の上方端部から水中翼の下方端部へと延びている軸のことである。舵の場合では、前記長手方向軸は、舵の回転軸でもあることが多い。前記少なくとも１つの突起体は、前記後縁の外側辺に実質的に平行に延びていることも可能である。この場合、前記後縁の外側辺は、前記水中翼の長手方向軸に平行になっていることも多い。このようにして、規則的な流れパターンが保障される。特に、前記少なくとも１つの突起体が水中翼の前記長手方向軸に平行に且つ水中翼の全長にわたって延びていれば好適である。これによって、特に規則的な流れパターンが保障される。
【００３１】
本発明の更に好適実施形態においては、前記少なくとも１つの突起体は、前記後縁の面から実質的に直角に、即ち垂直に突出している。この場合の直角は、前記後縁と水中翼の幅に沿う軸（横軸）との間で形成される。もし、前記後縁の面が平面であれば、前記突起体を複数設ける場合には、これら複数の突起体は、それに応じて互いに平行に配置される。これによって、流れ方向における水中翼後方の流れの規則性が更に改善される。前記後縁が湾曲形状である場合、即ち、前記後縁が直線的でない場合には、前記少なくとも１つの突起体は、該突起体が接する前記後縁の部分に対して垂直に配置される。
【００３２】
前記突起体の幅、即ち前記後縁と前記突起体の自由端との間の距離は、好ましくは、前記後縁の幅の少なくとも半分に相当する。前記少なくとも１つの突起体がこのような寸法に構成されれば、渦形成の削減に関して、特に良い結果が達成できることが、実験により示せた。
【００３３】
もし、前記突起体を少なくとも２つ設ける場合には、これら２つの突起体を互いに離して且つ互いに平行となるように配置するか、又はその何れか一方となるように配置することは、好適である。前記少なくとも２つの突起体を互いに離して配置した結果、互いに独立して突出している２つの物体が渦流を防いでいるので、渦形成が更に妨げられる。これら２つの突起体を互いに平行に配置することによって、流れパターンの規則性を次々と改善できる。
【００３４】
本発明の更なる好適実施形態においては、以下の公式が適用される。即ち、突起体の数＝２ｎ＋１、ここで、「ｎ」は０を含む自然数である。特に好ましいのは、ｎ＝２の場合である。即ち、突起体の数が５つの場合である。更に、断面図においては、これら複数の突起体のうちの１つが前記後縁の実質的に中心に配置される。そして、残り偶数個の突起体が、前記中心に配置された突起体の各側方に配置される。
【００３５】
断面図における水中翼の前記中心線が対称線を形成するようにして、対称的に配置するのが特に好ましい。個々の突起体は、互いに離れて且つ互いに平行に好適に配置されるか、又はその何れか一方となるように好適に配置される。偶数個の突起体を特に対称的に分布させたこのような構成、特に５つの突起体を有する構成は、渦形成の削減に関して特に良い効果をもたらすことが、実験により示せた。
【００３６】
この実施形態において、前記中心に配置された突起体の幅、即ち、前記中心に配置された突起体における前記後縁と該突起体の自由端との間の距離が、最も大きいのが更に好ましい。選択的には、同じ大きさの２つの突起体を中心領域に配置することもできる。その上、残りのその他の突起体の幅を外側に向かうにつれて漸進的に好適に減らしていくこともできる。このため、最も外側に位置している突起体が最小の幅を有する。ここで、この構成は、対称的に設ける場合にも好適である。即ち、各場合に鏡像として配置された一対の突起体は、同じ幅を有している。これによって、外側から内側に向かって、渦流れを漸進的に防止することが達成される。
【００３７】
もし複数の突起体を設ければ、それぞれの突起体の間の間隔は、原理的には、同じか、又は異なるように構成することができる。流体力学的にどのような配置が最も好ましいかは、個々の場合の状況、特に、前記後縁の幾何学的形状及び幅、流速、突起体の精確な構成などに依存する。
【００３８】
前記少なくとも１つの突起体は、特に好ましくは、板状に、前記後縁から突出するリブとして、且つその断面が長方形に形成されるか、又はそのうちの何れか一方となるように形成される。前記リブは、好適には、板状のもの、例えば、鋼鉄製の板やその類似のものから構成され、その一方の端面が前記後縁に取り付けられる。前記板が縦長に構成されていれば、特に前記後縁の長さの大部分又は前記後縁の長さ全体にわたって延びていれば、前記リブ、即ち板は、その一方の長手方向端面で前記後縁に好適に配置される、即ち、その一方の長手方向端面で前記後縁に好適に取り付けられることになる。このような構成により、細長状に前記リブを配置することが保障される。
【００３９】
もし複数の突起体を設けるならば、これら突起体を互いに平行に且つ水中翼の前記長手方向軸に平行に配置することは好適である。これらリブが板状の形を有する代わりに、リブの自由端の領域でわずかに丸みを帯びさせたり、前記自由端に向かって細くなっているようにしたりするなどして、これらリブを構成することもできる。好ましくは、前記リブは連続的に構成され、且つ前記少なくとも１つの突起体の長方形断面は前記突起体全体で一定のままであるか、又はそのうちの何れか一方が満たされている。
【００４０】
前記少なくとも１つの突起体は、断面図におけるその輪郭が、前記後縁の反対側に配置された先頭縁から前記後縁の方向に、水中翼の輪郭の内で最も広い部分を形成する中央領域まで広くなり、且つ前記中央領域から、水中翼の輪郭の内で最も狭い部分を形成する後方領域まで細くなりそして前記後方領域から前記後縁まで再び広くなっている、魚の尾のような輪郭又はシリングＲ輪郭を有する舵として、特にありつぎの形をした舵として構成された前記水中翼に設けるのが、特に好適である。この場合、前記後縁は、直線状、凸状、又は凹状に構成されるのが好ましい。水中翼の他の輪郭に対する前記後縁の相対的な幅のために、渦形成が水中翼の上記した輪郭に特に多く発生する。この点で、前記少なくとも１つの突起体を設けることは、このような輪郭には特に好適である。
【００４１】
更に、前記少なくとも１つの突起体は、単一の物体として形成されているのが好ましい。これは、前記少なくとも１つの突起体が貫通穴、凹み穴などを有していないことを意味する。また、前記少なくとも１つの突起体は、一定形状の断面を有しているのが好ましい。
【００４２】
以下において、本発明を、様々な実施例を使用して図面を参照して詳細に説明する。以下の図面は概略的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】は、後縁と突起体とを有する水中翼の斜視図を示す。
【図１Ａ】は、図１に示す水中翼の後縁の上端部の詳細図を示す。
【図２】（a）乃至（e）は、様々に構成された後縁と、様々に配置構成された１つ又は複数の突起体とを有する水中翼の端部領域の平面図を示す。
【図３】は、曲線で描いた流れパターンと共に、後縁から突出する突起体を有する水中翼の端部領域の平面図を示す。
【図４】は、曲線で描いた流れパターンと共に、先行技術の水中翼の端部領域を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に記載されている本発明の様々な実施形態において、同じ構成要素には同じ引用符号が付けられている。
【００４５】
図１は、水中翼１００の斜視図を示している。本実施例の場合には、水中翼１００は、魚の尾のような輪郭又はシリングＲ輪郭を有する舵として構成されている。前記舵は、先頭縁１０と後縁２０とを有している。側面１１は、先頭縁１０と後縁２０との間に広がっている。端部板１４が、水中翼１００の上方端部１２と下方端部１３の両方にそれぞれ設けられている。
【００４６】
本実施例の水中翼１００は、魚の尾の輪郭を有する舵の形態を取っているので、前記舵の端部領域１５は、前記舵の最も狭い部分を形成する後方領域１６から後縁２０に向かって広くなる。後縁２０には、上方端部１２から下方端部１３へと下方に延びて且つ互いに平行に配置されていて板状に形成されたリブとして構成された合計５つの突起体即ちリブ３０が設けられている。
【００４７】
図１Ａの詳細な図から確認できるように、中心のリブ３０ａは、最大の幅を有している。前記中心のリブ３０ａのいずれの側方にも、更に２つのリブ３０ｂ、３０ｃをそれぞれ配置している。この場合、これらリブの幅は、外側に向かうにつれて小さくなる。これら板状リブ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを、それらの長手方向端面を介して、直線状に構成されている即ち平板形状の面を有する後縁２０に取り付けられている。
【００４８】
また、前記リブ３０ａ、３０ｂ、３０ｃの横方向端面は、端部板１４に接していて、同様に端部板１４に取り付けられている。外側のリブ３０ｃは、最小の幅を有しており、後縁２０の外側端線２１に対して僅か内側に配置されている。板状リブ３０ａ、３０ｂ、３０ｃはそれぞれ、前記後縁面から実質的に垂直に突出しており、後縁２０の外側端線２１に平行に、即ち水中翼１００の長手方向軸に平行に延びている。
【００４９】
図２（a）は、図１に示した水中翼の端部領域１５に関する平面図を示している。中心のリブ３０ａが最大の幅ｂ１を有していて外側のリブ３０ｃが最小の幅ｂ３を有し、一方で、リブ３０ａとリブ３０ｃとの間に配置されたリブ３０ｂが中間の大きさの幅ｂ２を有していることが確認できる。
【００５０】
更に、リブ３０ｃとリブ３０ｂとの間の間隔（ａ２）と、リブ３０ｂとリブ３０ａとの間の間隔（ａ１）とは異なり、前記間隔（ａ１）が前記間隔（ａ２）よりも大きい。これらの幅及び間隔の正確な寸法は、それぞれ、前記後縁及びこれらリブ３０の特定の幾何学形状に関して最適な渦削減効果に適合させることができる。リブ３０ａは、中心線１７に沿って延びていて、一方、リブ３０ｂ及び３０ｃは、中心線１７に平行に延びている。中心線１７も、前記リブの配置に対する対称軸を形成している。
【００５１】
図２（b）〜（e）は、本発明に従う水中翼１００の端部領域１５の構成の更なる例を示している。従って、図２（a）においては、中心のリブ３０ａを設けて、中心線１７に沿って配置している。その上、更に２つのリブ３０ｃを設けて、それぞれを外側の位置に配置しており、これら２つのリブ３０ｃは、同じ幅を有するように構成されている。これらリム３０ｃを、中心線１７に対して対称的に配置している。
【００５２】
図２（b）に記載されている３つのリブの構成において、平面図又は断面図の後縁２０は、凹状に構成されたものである。対照的に図２（ｃ）においては、後縁は、直線状に構成されたものである。即ち、図２（ｃ）の後縁は平面を形成している。更に、中心線１７に沿って配置されるリブ３０ａだけを唯一つ設けている。
【００５３】
図２（d）においては、平面図又は断面図の後縁２０は、図２（b）に記載のものと同じように、凹状に構成されたものである。同様に、中心線１７に沿って延びている中心のリブ３０ａを１つ設けて、また、外側に配置するリブ３０ｃを２つ設けている。３つのリブが全て平行に配置されている図２（b）とは対照的に、図２（a）にあるようにして２つの外側のリブ３０ｃが中心線１７と平行となるようには、即ち中心のリブ３０ａと平行になるようには構成されておらず、２つの外側のリブ３０ｃは、中心のリブ３０ａに向かうような角度でもって延びている。特に、２つの外側のリブ３０ｃは、前記後縁から離れるに従って、外側から内側へと延びている。
【００５４】
図２（e）においては、５つのリブを同様に設けており、平面図又は断面図において後縁２０は凸状に構成されたものである。同様に最大幅を有している中心のリブ３０ａは、中心線１７に沿って延びている。２つの外側のリブ３０ｃは最小の幅を有している。中心線１７の右側と左側とにそれぞれ配置されているリブ３０ｂ及び３０ｃは、中心線１７に関して互いに対称的に配置されている。図２（a）とは反対に、リブ３０ｂ及び３０ｃは、中心線１７に平行には、即ちリブ３０ａに平行には配置されていない。しかし、むしろ、リブ３０ｂ及び３０ｃは、それぞれ、後縁２０の凸形状から略９０°の角度で突出している。そのため、前記後縁からリブ３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃの自由端に向かって見た場合に、これらリブが外側に向かって扇状に広がるような配置を形成している。図２（a）〜２（e）に示されているリブ３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃを全て、板として構成している。
【００５５】
図３は、本発明に従う水中翼１００の端部領域１５に関する平面図を示している。後縁２０が、平面図又は断面図において、直線状に形成されている場合のものである。後縁２０から突出する５つのリブ３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、実質的には、図２（a）に記載されている配置に基づいて配置構成されている。図３に示されている図では、図２（a）と異なり、リム３０ｃとリム３０ｂとの間の間隔は、リム３０ｂとリム３０ａとの間の間隔よりも大きい。
【００５６】
複数の矢印を描くことにより、流れパターンを表している。従って、本発明に従う水中翼の構成によって、実質的に薄層状の流れパターンが、水中翼１００の下流側の側壁１１の領域において保障される。上方のリブ３０ｂと中心のリブ３０ａとの間に、渦４０が生じている。渦４０は、反時計回りに回転している。その上、リム３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、によって生じる防止作用のために、個々のリブの間の中間の空間において渦形成がいかに起きないかが確認できる。流れ方向において、渦４０の後ろに短い間隔を空けて、水中翼１００の幅全体にわたって薄層状の流れパターンが既に生じている。更に、渦４０だけが唯一つ発生している。従って、互いに反対方向に回転する一対の渦によってその都度形成されるカルマン渦列の形成は、抑制される。
【符号の説明】
【００５７】
１００ 水中翼
１０ 先頭縁
１１ 側面
１２ 上方端部
１３ 下方端部
１４ 端部板
１５ 端部領域
１６ 後方領域
１７ 中心線
２０ 後縁
２１ 外側端線
２００ 水中翼（先行技術）
２０１ 後縁
２０２ａ、２０２ｂ 側面
２０２１ａ、２０２１ｂ 側面端点
２１０ 渦
３０ 突起体（リブ）
４０ 渦
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水上輸送船舶、特に、船舶のための、後縁（２０）を有する、特に舵である、水中翼（１００）であって、
渦の形成を削減するために、前記後縁（２０）に、少なくとも１つの突起体（３０）を配置したことを特徴とする、
水中翼（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの突起体（３０）は、前記後縁（２０）の長さの少なくとも５０％以上にわたって延びており、好ましくは、前記後縁（２０）の長さの少なくとも７５％以上にわたって延びており、特に好ましくは、前記後縁（２０）の全長にわたって延びていることを特徴とする、
請求項１に記載の水中翼。
【請求項３】
前記水中翼（１００）の横断面図において、少なくとも１つの突起体（３０）は、前記水中翼（１００）の中心線（１７）と実質上平行に延びているか、又は前記中心線（１７）に沿って延びていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の水中翼。
【請求項４】
前記少なくとも１つの突起体（３０）は、前記水中翼（１００）の長手方向軸と実質上平行に延びていることを特徴とする、
請求項１乃至３の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項５】
前記少なくとも１つの突起体（３０）は、前記後縁（２０）の面から実質上垂直に突出していることを特徴とする、
請求項１乃至４の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項６】
前記突起体（３０）の幅は、前記後縁（２０）の幅の少なくとも半分に相当することを特徴とする、
請求項１乃至５の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項７】
少なくとも２つの突起体（３０）が設けられており、該突起体（３０）は互いに離れて且つ平行に延びているか、互いに離れて配置されているか又は互いに平行に延びていることを特徴とする、
請求項１乃至６の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項８】
突起体（３０）の数が２ｎ＋１という数であり、特に、突起体（３０）の数が５つであり、横断面図において、１つの突起体（３０ａ）を、前記後縁（２０）において実質的に中心に配置して、偶数個の突起体（３０ｂ、３０ｃ）を、前記中心に配置された突起体（３０ａ）の両側に配置して、特に対称的に配置したことを特徴とする、
請求項１乃至７の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項９】
前記中心に配置された突起体（３０ａ）が最大の幅を有しており、選択的には、その他の突起体（３０ｂ、３０ｃ）の幅が、外側に向かうにつれて漸進的に減少していることを特徴とする、
請求項８に記載の水中翼。
【請求項１０】
複数の突起体（３０）が設けられており、個々の突起体（３０）の間の間隔が同じであるか又は異なっていることを特徴とする、
請求項１乃至９の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの突起体（３０）を、板状に且つ前記後縁（２０）から突出するリブとして形成されているか、板状又は前記後縁（２０）から突出するリブとして形成されていることを特徴とする、
請求項１乃至１０の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項１２】
横断面図において、前記水中翼（１００）の輪郭は、前記後縁（２０）に向かう方向に、前記後縁（２０）とは逆に配置されている先頭縁（１０）から、前記水中翼（１００）の輪郭において最も広い部分を形成する中央領域に向かって広くなっており、前記水中翼（１００）の輪郭は、前記中央領域から、前記水中翼（１００）の輪郭において最も狭い部分を形成する後方領域（１６）に向かって次第に細くなり、そして、前記水中翼（１００）の輪郭は、前記後方領域（１６）から前記後縁（２０）に向かって再び広くなり、特にありつぎの形状をしていることを特徴とする、
請求項１乃至１１の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項１３】
前記後縁（２０）が、直線状、凸状、又は凹状に構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の水中翼。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一つに記載の水中翼（１００）を備えている、水上輸送船舶、特に船舶。
【請求項１】
水上輸送船舶、特に、船舶のための、後縁（２０）を有する、特に舵である、水中翼（１００）であって、
渦の形成を削減するために、前記後縁（２０）に、少なくとも１つの突起体（３０）を配置したことを特徴とする、
水中翼（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの突起体（３０）は、前記後縁（２０）の長さの少なくとも５０％以上にわたって延びており、好ましくは、前記後縁（２０）の長さの少なくとも７５％以上にわたって延びており、特に好ましくは、前記後縁（２０）の全長にわたって延びていることを特徴とする、
請求項１に記載の水中翼。
【請求項３】
前記水中翼（１００）の横断面図において、少なくとも１つの突起体（３０）は、前記水中翼（１００）の中心線（１７）と実質上平行に延びているか、又は前記中心線（１７）に沿って延びていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の水中翼。
【請求項４】
前記少なくとも１つの突起体（３０）は、前記水中翼（１００）の長手方向軸と実質上平行に延びていることを特徴とする、
請求項１乃至３の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項５】
前記少なくとも１つの突起体（３０）は、前記後縁（２０）の面から実質上垂直に突出していることを特徴とする、
請求項１乃至４の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項６】
前記突起体（３０）の幅は、前記後縁（２０）の幅の少なくとも半分に相当することを特徴とする、
請求項１乃至５の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項７】
少なくとも２つの突起体（３０）が設けられており、該突起体（３０）は互いに離れて且つ平行に延びているか、互いに離れて配置されているか又は互いに平行に延びていることを特徴とする、
請求項１乃至６の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項８】
突起体（３０）の数が２ｎ＋１という数であり、特に、突起体（３０）の数が５つであり、横断面図において、１つの突起体（３０ａ）を、前記後縁（２０）において実質的に中心に配置して、偶数個の突起体（３０ｂ、３０ｃ）を、前記中心に配置された突起体（３０ａ）の両側に配置して、特に対称的に配置したことを特徴とする、
請求項１乃至７の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項９】
前記中心に配置された突起体（３０ａ）が最大の幅を有しており、選択的には、その他の突起体（３０ｂ、３０ｃ）の幅が、外側に向かうにつれて漸進的に減少していることを特徴とする、
請求項８に記載の水中翼。
【請求項１０】
複数の突起体（３０）が設けられており、個々の突起体（３０）の間の間隔が同じであるか又は異なっていることを特徴とする、
請求項１乃至９の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの突起体（３０）を、板状に且つ前記後縁（２０）から突出するリブとして形成されているか、板状又は前記後縁（２０）から突出するリブとして形成されていることを特徴とする、
請求項１乃至１０の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項１２】
横断面図において、前記水中翼（１００）の輪郭は、前記後縁（２０）に向かう方向に、前記後縁（２０）とは逆に配置されている先頭縁（１０）から、前記水中翼（１００）の輪郭において最も広い部分を形成する中央領域に向かって広くなっており、前記水中翼（１００）の輪郭は、前記中央領域から、前記水中翼（１００）の輪郭において最も狭い部分を形成する後方領域（１６）に向かって次第に細くなり、そして、前記水中翼（１００）の輪郭は、前記後方領域（１６）から前記後縁（２０）に向かって再び広くなり、特にありつぎの形状をしていることを特徴とする、
請求項１乃至１１の何れか一つに記載の水中翼。
【請求項１３】
前記後縁（２０）が、直線状、凸状、又は凹状に構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の水中翼。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一つに記載の水中翼（１００）を備えている、水上輸送船舶、特に船舶。
【図１】
【図１Ａ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１Ａ】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−４２３６０（Ｐ２０１１−４２３６０Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１８１２８７（Ｐ２０１０−１８１２８７）
【出願日】平成２２年８月１３日（２０１０．８．１３）
【出願人】（５１００８７８８５）ベッケル、マリネ、システムズ、ゲーエムベーハー、ウント、コムパニ、カーゲー (5)
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８１２８７（Ｐ２０１０−１８１２８７）
【出願日】平成２２年８月１３日（２０１０．８．１３）
【出願人】（５１００８７８８５）ベッケル、マリネ、システムズ、ゲーエムベーハー、ウント、コムパニ、カーゲー (5)
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