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舵(かじ、ラダー、Rudder)とは、主に船舶の進行方向を自在に定めるための機構、および操作部の名称。

水中の板そのものを舵と呼ぶと同時に、船の操縦者である「操舵手」が操作する輪状の操作部も舵、または「操舵輪」と呼ばれる。操舵手が舵を操作することを「操舵」と呼ぶ。

船舶にならい、航空機や自動車などでも進行方向を変える操作を「操舵」と呼んだり、その機構を同じく「舵」と呼ぶ場合がある。

◆ 概要

船舶の舵の多くが水中の板によって水流の流れを変えることで進行方向を変化・調節する仕組みであり、その板そのものを舵と呼ぶ。大型船では船体後部の船底、小型船では船尾に取り付けられ、船体に対する角度を左右に変えることができる。スクリューを持つ船舶では多くがスクリュー直後に位置し、スクリューが生み出す強い水流の向きを右、又は左方向へと変えることで船体の向きを変える。向きを変えられた船体はやがて自らの船首船尾軸方向へと針路を変える。これが「転針」である。ヨットなどのスクリューを持たない船舶では、船体が進むことで生じる水流を受け、船体へ反動を伝えることで船舶の向きを変える。

◆ 歴史

船の後端に固定舵を取り付けることを案出したのは、西暦紀元後の中国人であり、それまでは舷側で舵用の櫂を操っていた。ヨーロッパにおいて後尾舵を用いるようになったのは13世紀以後のことである。

◆ 単独の舵を持たない船舶

・ 船外機を動力に用いる船舶では、船外機の向き(すなわちスクリューの向き)を変えることによって船体の進行方向を変える。

・ 水上オートバイなどのウォータージェット推進をおこなう船舶は、低速航行用のスクリューを持つものを除いて舵を備えていない。

・ ホバークラフトは、前進推力を生むプロペラの後方に航空機に似た操舵機構を持ち、水中には舵を持たない。

・ タグボートは、機動性を持たせるため舵の機能を持った特殊なスクリューを装備しており、単独の舵を装備していない船が多い。

◆ 舵の種類

;舵の回転軸の支持方法による分類

:舵は回転軸の支持方法の違いによって2つに分けられる。

:*普通舵(オーディナリー・ラダー、Ordinary Rudder)

:*吊り舵(ハンギング・ラダー、Hanging Rudder)

:普通舵では舵の回転軸が上下の両方から支持されているため、構造的に強固となる。キールから延びた部分は「シューピース」と呼ばれる。

:吊り舵では舵の回転軸が上方からのみ支持されているため、普通舵に比べて大きな強度が要求される。船尾船底を深く出来ない船に向いた舵である。

;舵の回転軸の取付位置による分類

:舵は回転軸の取付位置の違いによって3つに分けられる。

:*釣合舵(平行舵、Balanced Rudder)

:*半釣合舵(半平行舵、Semi-Balanced Rudder)

:*非釣合舵(不平行舵、Unbalanced Rudder)

:釣合舵は舵を回転させる軸が舵へかかる水圧の中心付近にあるため、舵を動かす力が少なくて済む。

:半釣合舵では釣合舵と非釣合舵の中間の特性を持つ。

:非釣合舵は舵を回転させる軸が舵へかかる水圧を受ける位置にあるため、舵を動かす力が大きくなる。

舵が横方向に受けるの力、つまり舵の「揚力」は舵の中心よりも少し前方になるため、舵の回転軸は釣合舵の場合でも若干前寄りに取り付けられている。

◆ 特殊な舵

;フラップ付きラダー

:港への出入りが多い内航船では、港内での操作性を重視して、舵板の後端部に「フラップ」と呼ばれる可動できる板を取り付けているものが多い。

:フラップが最大70度程度まで舵角をとれるので、舵の利きが良くなり狭い港での操船が楽になる。フラップは一般に、主舵面の舵角の2倍まで動くように出来ている。

:フラップ付きの舵は「ベッカー・ラダー」、「かもめK7ラダー」、「川崎式フラップ・ラダー」といった商品名で売られている。

;シリング・ラダー

:「シリング・ラダー」(Schilling Rudder)は、特殊な形状の舵板の上下端に整流板が取付けてあり、舵に当ったプロペラからの水流を逃さずに偏向することが出来る。最大で70度まで舵角がつけられるので、最大角度ではほとんど前進力は失われ船尾は横に移動する。バウ・スラスターがあれば船を横移動やその場での回転も出来る。

:;ベックツイン・ラダー(Vec-Twin Rudder)

:左右に105度まで動かせる2枚のシリング・ラダーをジョイスティックによって操作するシステム。舵だけで後進も可能になるなど、2枚の舵の方向を組み合わせる事でさまざまな運動が可能になる。

◆ 基本形状

基本的な舵の形状は、水中での抵抗を最小にするために流線型になっている。流体の特性に合わせて、舵の水平断面形状は前方が丸く後半部はなだらかな曲線となり後端部は鋭くとがっている。このため、最も厚みがある場所がやや前方寄りとなる。飛行機の翼にも似た形状であるが、飛行機の翼が上下に非対称なのに比べて、船の舵は左右で同じ効果を持たせるために左右対称となっている。大型船では、左右2枚に分割したり、大小に分けて前後に配置することもある。船首にも舵を設けることも実験的にされたが、あまり効果がなく実用化されていない。

◆ 力学

◇ 揚力

舵が作る「揚力」(ようりょく)は以下の式で表わされる。

:$F=\; \backslash fracpSC\_LU^2$

:$F$ : 揚力

:$p$ : 水の密度

:$S$ : 舵面の面積

:$C\_L$ : 揚力係数 舵の形状によって決まり、迎角の関数となる。

:$U$ : 水の流入速度

◇ 剥離

舵の左右両面は「舵面」(だめん)と呼ばれ、舵面が作る角度によって、舵面に当る水流を右または左に偏向する役割を果たす。舵面全体の角度、つまり「迎角」(げいかく)が大きいほど大きな「揚力」が得られるが、流れに対する裏面側で流れが舵面に沿わずにはがれて流れる「剥離」(はくり)が起きると揚力は逆に小さくなる。これが「失速」であり、飛行機の翼で起きる現象と同じである。

剥離が起きると舵の利きが悪くなるので一般的な舵の「舵角」は最大で35度程度になっている。フラップ付きの舵はこの剥離を抑えながら舵の角度を大きくとる工夫である。

◇ 船体に働くモーメント

舵によって生み出される横方向の力は船全体の質量に比べて小さいために、効果的に船体に回転力を与えるためには、出来るだけ船体の端に位置する方が良い。船体へ働く回転力は「回転モーメント」と呼ばれ、回転中心となる重心位置からの距離(=モーメントレバー) × 舵の生み出す横方向の力(=揚力)で求められる。このためもあって、舵は船の最後部付近に位置している。

◆ 面舵と取舵 =

進路方向を右に取る場合は「面舵(おもかじ)」、左に取る場合は「取舵(とりかじ)」と言う。単に「面舵」なら右に15度、「面舵一杯」となれば右に30度(旧海軍では35度)となり、「取舵」、「取舵一杯」ならその反対である。なぜ「一杯」かと言えば、船の舵は30度(軍艦は35度)で振り切れるからである。

また、船は舵を戻しても舵を取った方向に動き続けるため、取った舵と反対方向に舵を切る「当舵(あてかじ)」(5度が普通だが軍艦の場合だと戦艦は7度、その他は10度が多く用いられる。)と言われるものを行う。右に「当舵」なら「面舵に当て」という。

これらの表現は航空機にも共通である。

◆ 関連項目

・ラダー (航空機)

・船

・船舶工学

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