風洞天秤による角型舵と流線型舵との性能比較模型
試験について
著者
奈良迫 嘉一, 中山 博, 井料 正弘
雑誌名
鹿児島大学水産学部紀要=Memoirs of Faculty of
Fisheries Kagoshima University
巻
18
ページ
125-136
別言語のタイトル
On a Test of the Steerability-comparison
between the two Rudder-models, a Rectangular
Cross-section one and a Streamline
Cross-section one, with the Use of the Wind
Tunnel Balance
Ｍｅｍ･Fac・Fish.，KagoshimaUniv・ Vol・’8,ｐｐ・’25∼136（1969）
風洞天秤による角型舵と流線型舵との
‘性能比較模型試験について
奈 良 迫 嘉 一 ・ 中 山 博 ・ 井 料 正 弘 ＊
ＯnaTestoftheSteerability-comparisonbetweenthetwoRudder-models，
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one,withtheUseoftheWindTunnelBalance
YoshikazuNARAsAKo,HiroshiNAKAYAMAandMasahiroIRY6＊
Abgtract Concerningthecharacteristice鮭ctivenessofthespecianydefbrmedrectangularcross-section Rudder,builtintheship-buildingyardsinKagoshimaPrefbcture，ａｎｄａｄｏｐｔｅｄｉｎＹａｍａｋａｗａａｎｄ ｓｏｍｅｏｔｈerdistricts,therehasbeenmadenoresearchesinascertainingitsmeritsincomparisonwith thetypicalstream-linecross-sectionRudderused胞rmorewidely・Thisisthereasonwhyatestwas carriedoutonthesteerability-comparisonbetweentheabovementionedtwoRudder-models,a RectangularCross-sectiononeandaStream-lineCross-sectionone,withtheuseoftheWindTunnel BalancｅｎｅｗｌｙsetinourFaculty,theitemsascertainedareasinthefbllowing： InRectangularCross-sectionRudder,bothLiftCoe缶cient(CL)andDragCoefficient(CD）are largerthanthoseinStreamLineCross-sectionone・ButundertheusualRudderanglelO∼25｡，the increasedpercentageoftheLiftCoeHicientisconsiderablylargerthanthatoftheDragCoe缶cient； namely,underthebiggestSteerability,whenReynoldsnumberis１．８×１０４，theincreasedpercentage is30％；likewise,ｗｈｅｎ４．０×１０４，ｉｔｉｓ２３％；ｗｈｅｎ５．９×lO4，ｉｔｉｓ１８％；ｗｈｅｎ７．８×１０４，ｉｔｉｓ１４％； whichshowsthattheefIbctivenessoftheRectangularCross-sectionRudderisobviouslyhigherthan thatoftheStream-lineCross-sectionRudder，ｗｈｉｃｈａｌｓｏｍｅａｎｓｔｈａｔｔｈｅｆｏｒｍｅｒｉｓｓuperiortothe latter・Ｉｎｔｈｉｓｃａｓｅ，itiswithoutsayingthatthedisadvantageintheformoftheRudderDragis accompaniedinevitably･But,ａｓｉｓｔｏｂｅｓｅｅｎｉｎｔｈｅｆｂｌｌｏｗｉｎｇｔａｂｌｅｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｔｈｅＤｒａｇｕｎｄｅｒ ｔｈｅａbovementionedReynoldsnumberis,ａｔｉｔｓｍａｘｉｍｕｍ,２４％，１３％，１０％，７％respectively・Hence， thereasonableconclusionthat,ａｔleast,ｏｎboardofthesmallsizedvesselsoperatingwithinnarrow baysandcoves,andinwhichRuddereHbctivenessratherthantheNavigationspeedisnecessitated， thepopularuseofthistypeofRuddermightbeencouragedmorewidelythａｎｉｔｉｓｔｏ−ｄａｙ・ Reynoldsnumber△ＣL/CL(％）△ＣＤ/CD(％） １．８×１０４ ３ ０ ２ ４ ４．０×１０４ ２ ３ １ ３ ５．９×１０４ １ ８ １ ０ ７．８×１０４ １ ４ ７ １ ． 緒 言鹿児島県内造船所特に山川地方に於いては小型漁船建造の際，通常の流線型舵と違って，
＊漁船工学研究室(LaboratoryofEngineeringofFishingVessel・FacultyofFisheries,KagoshimaUniversity）1２６ 鹿児島大学水産学部紀要第18巻（1969） その後縁に小さい角型フィンを取付けた特殊の変形角型断面舵を採用しているが，之につい ては造船所，船主側とも唯この方が経験的に舵効が良いようだと云うだけで学理的裏付けを 得ていない．従って筆者等はこの点をIJjらかにするために新設風洞天秤を利用して，上記角 型 舵 と 流 線 型 舵 と の 性 能 比 較 模 型 試 験 を 行 な っ た ． 2．新設風洞並びに天秤1),2） Fig.１．Open-circuitwindtunnel(SideＶｉｅｗ） 風洞はFig.１，２，３に示すように全長88ｃｍ,吹出'二1直径30ｃｍの八0形断面の小型ilillI流送風機 型目'11肌ﾙ1で，送風機の回転数200∼1350rpmの範１１Nで定速運転が1'｣能である．モーターは 安川近気のＶＳモーターＶＢＯＭＮ形，０．４kW，４p，150∼1500rpm（コントロールシリコン 方式)，巡源200V,60C/S､風洞の流速検定にはピトー管と傾斜マノメーター及び風速計を使朋． 吹出'−１から風路上１０ｃｍ間隔で５０ｃｍ前方迄の各垂直横断面内にてその1+i心から水平,垂直， 斜め方向に夫れ夫れ５ｃｍ置きに測定点をとり風速を測定，その結果から模型の据付位慨と して吹出1-1前方４０ｃｍの位置を設定した．その流速分布は中心部風逃を100％とした場合， 300,600,900,1200ｒｐｍに対･応して火れ夫れFig.４．のａ,ｂ,ｃ,ｄに示される．吹抜け式風 洞であるため風洞出にＩで流れの全迎勤エネルギーが損失となるので効率は低い． 天秤はFig.５に示す二分力天秤であって混型に似らく場，抗力をliij時に測定することがで きる点ですぐれているが，その代りに天秤のＨ磯りが正確につけにくい，等間隔目盛りにな らない，特に大きい力に対･し精度が悪くなる，測定できる範洲に限度があるなどの欠点があ
る．本天秤の感度を調べた結果，揚力測定で±１９r,抗力測定で±２９ｒの股大誤差を生じた．
従って測定値については定埜的には間旭ない訳ではないが，性能比岐試験として定性的には 充 分 そ の 目 的 を 達 す る こ と が で き よ う ．奈良辿・'１１山。井料：角型舵と流線型舵との性能比較試験 1２７
鰯 f 影 一 一 ・
Fig.２．Open-circuitwindtunnel（FrontＶｉｅｗ）
128 0 98.3 Ｆ ◎ 9吸０ ◎ ９呪Ｏ ◎ ９７k０ ．⑨ 100.0１００．０ ． 101.7 ０ １００．０ 。 ｑＯ 鹿児島大学水産学部紀要第18巻（1969） Ｏ ９ｚＯ D 97LO ◎ 98.3 ＠ 100.0 ◎ 泊4.3 ◎ 100.0 ｡ 、 ｂＯＯ 0 101.7 . 100.0 ◎０ １０４．３101.7 . 104.3 ◎ ９８．３ ◎ 9？0４ O 100Ll ◎ 1000 ｒ ◎ 9砿０ ◎ 100.7 ０ ０ ９，０ 。 、2.7 ｡ ０ ９７;8 . 100.0 ◎ 104.1 ｏ ９ｚＯ ｏ ９Ｚｅ 、 9８．４ ◎ 100.0 ｏ １０ａ５ ○ 1０２．３ ◎ 旬0.7 ◎ １０４． ． ，１．３ ．◎ １０５．５104.5 . 105.5 ◎ ９９．０ D 9nO』 、 101.3
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Ｏ ｚ４ ◎ ９５．０ 『 ◎ 9 ５ ． ３ ｏ ９５０ ｏ ９５．０ ． ◎ ９ ａ ｌ ９aＯ ＯＯ、 幻 0 . 0 １ ０ Q Ｏ １ ０ ０ ０ ◎ 102.3◎ 103.6 ０ １０１．１ O 97L4 、 101.1 ｡ ◎可 98.7 ◎ 102.3 . 98.7 ｡● １０３，６102.3 ０ ，２３ ◎ ９６．１ ０ 墨０ ｏ ９Ｚ４ ０ ８．５ Ｆ 0 96.2 ○ 1005 ０ ’ ２ ◎ 9，８ ． ９Z8 o 100.0 ◎ 101.6 . 100.6 ⑨ ９６．２ ⑨ 97;０ o 97L8 ○ 100.0 0 103.1 ● 100.6 0 99.2 ◎ １０１６ ． ９９．２ ．◎ １０３１101.6 0 103.1 . ９８．５ ⑨ ”０ 0 99.2 c､900r､p､、（７７３呪ｅｃａｔｃｅｎｔｒｅ）ｄ、1200叩.ｍ（９．９４､)′§ｅｃａｔｃｅｎｔｒｅ） Fig.４．Distributionofwindspeedsatthetestsection些圏 1２９ 市 b ・ 蝋 曲 ;蕊率霧｡駕蟻礎騨、’
譲瀞鶏
?欝蕎織雷#鐸参議鐸篭溌錯零． 畷︾ L 申 上 哨 … 鍋f鱒‘嬢“．:……悪，蕊騨 淵 謬蛭 恩 農童曽識＃鏑一難農識噌噌蟻隷…:弓 瀧j蝉３jと..'嬢稚輪蝿,．:明唖執j歩 蕪 蕊 6, 驚引 奈良迫。111山。井料：角型舵と流線型舵との性能比較試験 Fig.５Windtunnelbalance 3 ． 試 験 舵 模 型 １勺 ｉ蕊
瞳jｉｊ
ｉ認憾擦穣驚土』
Ｚ舵は何れも台湾桧製で表面ニス塗り．角型及び流線型舵断面は夫れ夫れＦｉｇ．６，７に示す
通り翼弦長120ｍｍ,翼巾285ｍｍ,翼厚１９．４％の対称断面である． 1２２ 司Ｒ 帯＃
ｂｌａｄｅｂｒｅａｄｔｈ２８５ｍｍ ｃｈｏｒｄｌｅｎｇｔｈｌ２２‘‘ ｍａｘｂ１ａｄｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ２３．３〃 ri9.6．Linesofrectangularcross-sectio、1３０ Ⅵ5Ｒ
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鹿児島大学水産学部紀要第18巻（1969）！
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1２０ b(adebreadth２８５ｍｍ ｃｈｏｒｄＩｅｎｇｔｈｌ２０” ｍａｘｂｌａｄｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ２３．３‘聯 Fig.７．Linesofstreamlinecross-section ４ ． 実 験 蕊鍵鐘織鍵灘蕊蕊懲 記 T Fj,-. 藤メ 2.4ウ『一等一／
驚蕊幸雄＃
､ 鑑 I Fig.８．Measurementonliftanddl･aｇｏｆａｒｕｄｄｅｒｍｏｄｅｌFig.８に示す通り試験舵模型を計測位置（吹出口前方４０ｃｍ）にて上記天秤にとりつけ，
迎え角−５∼55ｏに亘って５。置きに，且つ送風機の回転数を３００，６００，９００，１２００ｒｐｍに変
えて場，抗力を測定した．更に揚力，抗力から次式により夫れ夫れ揚力係数，抗力係数を求
め た ． 即 ち Ｌ Ｄ ＣＬ＝−.一 ＣＤ＝音 ｐ Ｕ ２ Ｓ 誉 ｐ ０ ２ Ｓ
強にｃＬ：揚力係数，Ｌ:揚力(kg） ＣＤ：抗力係数，Ｄ：抗力(kg），ｏ：空気の密度(k9.sec2/ｍ４）
Ｕ：風速(ｍ/seC),Ｓ:翼面積(ｍ２）その結果がFig.９，１０，１１，１２である．
。。 奈良迫・中山・井料：角型舵と流線型舵との‘性能比較試験 ↑この一Ｕ一幸①ｏＵｍｍ﹂□でこｍＪＱ
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1３１ cross-section OO cross-sectioｎ ８０ ↑仁の一旦準の○。↑一一］ Ａｎｇｌｅｏｆａｔｔａｃｋ‘o(，ｄｅｇｒｅｅｓ Ｆｉｇ､９．Liftanddragofaruddermodelノ 鹿児島大学水産学部紀要第18巻（1969） ◎一一一一一OCLofrectangula △ − △ Ｃ Ｄ ｏ ｆ ‘ ， cross-section OO cross-sectiｏｎ ＯＯ
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0．２０ 鹿児島大学水産学部紀要第18巻（1969） 0．１０ Ｏ − Ｏ Ｃ Ｌ ｏ ｆ ｒ ｅ △ − △ Ｃ Ｄ ｏ ｆ Ｏ − − − Ｃ Ｃ Ｌ ｏ ｆ ｓ ｔ △ Ｆ 一 一 も Ｃ Ｄ ｏ ｆ ctangularcross-section OO OO reamlinecross-section O8 ００§
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２１１
1３５ 奈良迫・中山・井料：角型舵と流線型舵との性能比較試験 ５ ． 考 察 １）模型据付位置について モーターの回転数が増すにつれて一般に風速の乱れは大きい．前述のように吹出口周辺部 の風速とその中心部風速とが略等しくなる等流速分布位置として吹出口前方４０ｃｍの風路が実験的に決定された．この位置に於ける風速分布を調べると上半分よりも下半分が総じて風
速大であり特に第４象限に於てその傾向が著るしい、参考迄に各回転数毎に中心部風速に対
する風速の乱れ（最高，最低）を％で示すと ３００rpmで＋4.3％，−３．０％ ６００rpmで＋5.5％，−３．０％ ９００rpmで＋3.6％，−５．０％１２００rpmで＋3.1％，−３．８％
２）実験結果について角型，流線型何れも迎え角１５･迄はＣＬは略直線的に急上昇し，それ以後は漸次小さくな
る傾向がある．然しFig.9,10,11,12で明かなように角型舵ではＣＬの値が迎え角１５。附近
から流線型舵をかなり大きく引き離している．ここで迎え角２０。附近で一旦低下しているが
之は流線の乱れから失速現象として模型舵が上下方向に振動を引き起し不安定となる結果で
ある．その振動の周期と振幅は ３００rpmで約２sec,約２ｃｍ ６００rpmで約３sec,約４ｃｍ ９００rpmで約３sec,約６ｃｍ１２００rpmで約３sec,約７ｃｍ
何れにしても角型が流線型に比べてＣＬ,Ｃ‘が大きい．この場合ＣＬの増加は揚力の増加従
って舵効の良さを示し，ＣＤの増加は抗力の増加従って舵の船速に及ぼす抵抗の増加を示す．
従って角型舵は舵効の点では得するが船速の点では幾分損すると云える．船舶で一般に使わ
れている常用舵角１０∼25.でその功罪を論ずれば，角型が流線型に比べてＣＬの増分がＣＤ
の増分よりかなり大きく最大舵力で風速2.30ｍ/seｃ（レイノルズ数１．８×104）で30％，５．１０
ｍ/seｃ（4.0×104）で２３％，7.45ｍ/seｃ(5.9×104）で18％，9.75ｍ/seｃ(7.8×104）で14％
の増を示し，舵効が風速従ってレイノルズ数の増大に伴なって漸次その開きを縮める傾向を
伴うものの何れの場合も角型舵が流線型舵より大きくその性能が優れている．勿論この場合
舵の抵抗の増大と云う不利な条件を伴なうが，その量は前述の風速（レイノルズ数）に対し
て夫れ夫れ最大24,13,10,7％の増である．（Tableｌ参照）
TableLValuesof△ＣL/CＬａｎｄ△ＣＤ/CDfbrReynoldsNumber０３８４３２１１
△ＣL/C必（％）｜△ＣＤ/ＣＤ(％） Ｒ 1.8×１０４ ４．０×１０４ ５．９×１０４ ７．８×1０４136 鹿児島大学水産学部紀要第１８巻（1969） ６ ． 結 言
