JP2007230541A - 高推進効率幅広肥大船 - Google Patents
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Abstract
【課題】 プロペラの大径化が抑制されつつ、プロペラ効率が現状よりも向上した高推進効率幅広肥大船を提供する。
【解決手段】 満載状態でのＢ／ｄが２．５乃至４．０で方形係数が０．６乃至１．０の幅広肥大船であって、船尾に複数のプロペラを装備し、プロペラ翼掃過面積の合計が、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の１倍を超え（船幅／前記単独に装備したプロペラの直径）倍以下となっている。
【選択図】 図２
【解決手段】 満載状態でのＢ／ｄが２．５乃至４．０で方形係数が０．６乃至１．０の幅広肥大船であって、船尾に複数のプロペラを装備し、プロペラ翼掃過面積の合計が、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の１倍を超え（船幅／前記単独に装備したプロペラの直径）倍以下となっている。
【選択図】 図２
Description
本発明は、高推進効率幅広肥大船に関するものである。
系統的な模型実験結果により、従来型プロペラのプロペラ効率ηとプロペラ荷重度ＣＴとの間に図１の相関αが存在することが広く知られている。
プロペラ効率ηとプロペラ荷重度ＣＴとは下式で表される。
η＝Ｔ・Ｖ／（２π・ｎ・Ｑ）
Ｔ：スラスト（ｋｇ）
Ｖ：プロペラ対水前進速度（ｍ／ｓｅｃ）
ｎ：プロペラ回転数（１／ｓｅｃ）
Ｑ：トルク（ｋｇ・ｍ）
ＣＴ＝Ｔ／（（π／８）・ρ・Ｖ２・Ｄ２）
Ｔ：スラスト（ｋｇ）
ρ：流体密度（ｋｇ・ｓｅｃ２／ｍ４）
Ｖ：プロペラ対水前進速度（ｍ／ｓｅｃ）
Ｄ：プロペラ直径（ｍ）
図１から分かるように、相関αは、プロペラ荷重度ＣＴが０．３乃至８の領域で、プロペラ荷重度ＣＴの増加に伴って傾が増加する上に凸の曲線となっている。
図１の相関βはプロペラ翼表面での摩擦損失が零になった場合の効率増分（理論値）を相関αに付加したものであり、図１の相関γはプロペラによる水の旋回運動の損失が零になった場合の効率増分（理論値）を相関βに付加した、理想効率の相関である（Van Manen, D.J. : Non-Conventional Propulsion Devices, 第２回舶用プロペラに関するシンポジウム、日本造船学会、１９７１）。
満載状態での方形係数Ｃｂ（Ｃｂ＝Ｖ／（ＬＢｄ）、Ｖ：満載排水容積、Ｌ：垂線間長、Ｂ：型幅、ｄ：満載状態での型吃水）が０．６未満の高速貨物船においてはＶが大きくプロペラ荷重度ＣＴは一般に１未満なので、プロペラ効率ηは図１の相関αから分かるように０．６５〜０．７５と高い。
これに対し、満載状態での方形係数が０．６〜１．０のタンカー等の肥大船においては、Ｖが小さくプロペラ荷重度ＣＴは一般に１〜８程度なので、プロペラ効率ηは図１の相関αから分かるように０．６５〜０．３５程度と低い。
プロペラ効率ηとプロペラ荷重度ＣＴとは下式で表される。
η＝Ｔ・Ｖ／（２π・ｎ・Ｑ）
Ｔ：スラスト（ｋｇ）
Ｖ：プロペラ対水前進速度（ｍ／ｓｅｃ）
ｎ：プロペラ回転数（１／ｓｅｃ）
Ｑ：トルク（ｋｇ・ｍ）
ＣＴ＝Ｔ／（（π／８）・ρ・Ｖ２・Ｄ２）
Ｔ：スラスト（ｋｇ）
ρ：流体密度（ｋｇ・ｓｅｃ２／ｍ４）
Ｖ：プロペラ対水前進速度（ｍ／ｓｅｃ）
Ｄ：プロペラ直径（ｍ）
図１から分かるように、相関αは、プロペラ荷重度ＣＴが０．３乃至８の領域で、プロペラ荷重度ＣＴの増加に伴って傾が増加する上に凸の曲線となっている。
図１の相関βはプロペラ翼表面での摩擦損失が零になった場合の効率増分（理論値）を相関αに付加したものであり、図１の相関γはプロペラによる水の旋回運動の損失が零になった場合の効率増分（理論値）を相関βに付加した、理想効率の相関である（Van Manen, D.J. : Non-Conventional Propulsion Devices, 第２回舶用プロペラに関するシンポジウム、日本造船学会、１９７１）。
満載状態での方形係数Ｃｂ（Ｃｂ＝Ｖ／（ＬＢｄ）、Ｖ：満載排水容積、Ｌ：垂線間長、Ｂ：型幅、ｄ：満載状態での型吃水）が０．６未満の高速貨物船においてはＶが大きくプロペラ荷重度ＣＴは一般に１未満なので、プロペラ効率ηは図１の相関αから分かるように０．６５〜０．７５と高い。
これに対し、満載状態での方形係数が０．６〜１．０のタンカー等の肥大船においては、Ｖが小さくプロペラ荷重度ＣＴは一般に１〜８程度なので、プロペラ効率ηは図１の相関αから分かるように０．６５〜０．３５程度と低い。
大径プロペラの使用により荷重度ＣＴを低減させるのが、プロペラ効率の向上に有効であるが、既に大径化している肥大船のプロペラを更に大径化するのは好ましくない。従って、肥大船においては、プロペラの更なる大径化を回避しつつ、プロペラ効率を現状よりも向上させることが望まれる。
満載状態での肥大船のＢ／ｄ（Ｂ：型幅、ｄ：満載状態での型吃水）は、近年増加傾向にあり、Ｂ／ｄ＝４．０近傍の幅広肥大船も建造されるようになっている（山口真裕：船型設計と流力最適化問題 第１章 船舶の主要寸法と馬力の変遷について，試験水槽シンポジウム平成１１年１２月，日本造船学会）。肥大船ではないが満載状態でのＢ／ｄが４を超えるフェリーのような超幅広船においては、複数のプロペラを搭載するのが一般的であるが、Ｂ／ｄが４以下の幅広肥大船においては、複数のプロペラを搭載すると推進効率が低下するとの認識の下に、単独のプロペラを搭載するのが一般的であった。
本発明は、幅広肥大船に複数のプロペラを搭載して、プロペラの大径化を抑制しつつ、プロペラ効率を現状よりも向上させることを目的とする。
満載状態での肥大船のＢ／ｄ（Ｂ：型幅、ｄ：満載状態での型吃水）は、近年増加傾向にあり、Ｂ／ｄ＝４．０近傍の幅広肥大船も建造されるようになっている（山口真裕：船型設計と流力最適化問題 第１章 船舶の主要寸法と馬力の変遷について，試験水槽シンポジウム平成１１年１２月，日本造船学会）。肥大船ではないが満載状態でのＢ／ｄが４を超えるフェリーのような超幅広船においては、複数のプロペラを搭載するのが一般的であるが、Ｂ／ｄが４以下の幅広肥大船においては、複数のプロペラを搭載すると推進効率が低下するとの認識の下に、単独のプロペラを搭載するのが一般的であった。
本発明は、幅広肥大船に複数のプロペラを搭載して、プロペラの大径化を抑制しつつ、プロペラ効率を現状よりも向上させることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明においては、満載状態でのＢ／ｄが２．５乃至４．０で方形係数が０．６乃至１．０の幅広肥大船であって、船尾に複数のプロペラを装備し、プロペラ翼掃過面積の合計が、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の１倍を超え（船幅／前記単独に装備したプロペラの直径）倍以下となっていることを特徴とする高推進効率幅広肥大船を提供する。
満載状態でのＢ／ｄが２．５乃至４．０で方形係数が０．６乃至１．０の幅広肥大船において、船尾に複数のプロペラを装備し、プロペラ翼掃過面積（（π／４）・Ｄ２）の合計が、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積、すなわち現状のプロペラ翼掃過面積の１倍を超えると、プロペラ荷重度ＣＴは現状の１〜８よりも減少しプロペラ効率ηは現状の０．６５〜０．３５よりも向上する。前述の如く、図１の相関αは、プロペラ荷重度ＣＴが０．３乃至８の領域で、プロペラ荷重度ＣＴの増加に伴って傾が増加する上に凸の曲線なので、プロペラ荷重度ＣＴ＝１〜８程度では、相関αの傾きはかなり大きい。従って、プロペラ荷重度ＣＴの僅かな減少で、プロペラ効率ηの大きな増加が見込まれる。
プロペラ翼掃過面積の合計を、前記単独に装備したプロペラのプロペラ翼掃過面積の（船幅／前記単独に装備したプロペラの直径）倍以下に設定すれば、当該数値は前記単独に装備したプロペラを船幅一杯に横並びに複数装備することにより実現できるので、プロペラの大径化を抑制しつつ、プロペラ荷重度ＣＴを減少させて、プロペラ効率を向上させることができる。
従って、本発明により、プロペラの大径化が抑制されつつ、プロペラ効率が現状よりも向上した高推進効率肥大船が提供される。
満載状態でのＢ／ｄが２．５乃至４．０で方形係数が０．６乃至１．０の幅広肥大船において、船尾に複数のプロペラを装備し、プロペラ翼掃過面積（（π／４）・Ｄ２）の合計が、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積、すなわち現状のプロペラ翼掃過面積の１倍を超えると、プロペラ荷重度ＣＴは現状の１〜８よりも減少しプロペラ効率ηは現状の０．６５〜０．３５よりも向上する。前述の如く、図１の相関αは、プロペラ荷重度ＣＴが０．３乃至８の領域で、プロペラ荷重度ＣＴの増加に伴って傾が増加する上に凸の曲線なので、プロペラ荷重度ＣＴ＝１〜８程度では、相関αの傾きはかなり大きい。従って、プロペラ荷重度ＣＴの僅かな減少で、プロペラ効率ηの大きな増加が見込まれる。
プロペラ翼掃過面積の合計を、前記単独に装備したプロペラのプロペラ翼掃過面積の（船幅／前記単独に装備したプロペラの直径）倍以下に設定すれば、当該数値は前記単独に装備したプロペラを船幅一杯に横並びに複数装備することにより実現できるので、プロペラの大径化を抑制しつつ、プロペラ荷重度ＣＴを減少させて、プロペラ効率を向上させることができる。
従って、本発明により、プロペラの大径化が抑制されつつ、プロペラ効率が現状よりも向上した高推進効率肥大船が提供される。
本発明の好ましい態様においては、プロペラ翼掃過面積の合計は、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の１．５倍以上（船幅／前記単独に装備したプロペラの直径）倍以下である。
プロペラ翼掃過面積の合計が、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の１．５倍以上あれば、プロペラ荷重度ＣＴが１／１．５以下になるので、プロペラ効率ηの更なる大きな増加が見込まれる。
プロペラ翼掃過面積の合計が、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の１．５倍以上あれば、プロペラ荷重度ＣＴが１／１．５以下になるので、プロペラ効率ηの更なる大きな増加が見込まれる。
本発明の好ましい態様においては、プロペラは二重反転プロペラである。
二重のプロペラを互に反転させることにより旋回流をなくした二重反転プロペラを使用すれば、プロペラによる水の旋回運動の損失が零になる。この結果、図１の相関γと相関βの差に相当するプロペラ効率ηの増加が更に得られる。
二重のプロペラを互に反転させることにより旋回流をなくした二重反転プロペラを使用すれば、プロペラによる水の旋回運動の損失が零になる。この結果、図１の相関γと相関βの差に相当するプロペラ効率ηの増加が更に得られる。
本発明の好ましい態様においては、船尾形状が、伴流利得が得られる形状となっている。
単一プロペラを装備した現状の船尾形状のままで、プロペラ数を複数にすると、各プロペラまたは何れかのプロペラが船側方向へ移動して、伴流中でプロペラを作動させることによる推進効率の増加である伴流利得が得られなくなる。従って、各プロペラが伴流利得を得られる船尾形状とするのが望ましい。
単一プロペラを装備した現状の船尾形状のままで、プロペラ数を複数にすると、各プロペラまたは何れかのプロペラが船側方向へ移動して、伴流中でプロペラを作動させることによる推進効率の増加である伴流利得が得られなくなる。従って、各プロペラが伴流利得を得られる船尾形状とするのが望ましい。
本発明により、プロペラの大径化が抑制されつつ、プロペラ効率が現状よりも向上した高推進効率幅広肥大船が提供される。
本発明の実施例に係る高推進効率肥大船を説明する。
図２に示すように、満載状態でのＢ／ｄが約３．０であり方形係数が約０．８の高推進効率幅広肥大船である超大型タンカー１は、船尾に２基の二重反転プロペラ２を装備している。従来のように超大型タンカー１に１基のプロペラを装備すると、プロペラ荷重度ＣＴは３になる。２基の二重反転プロペラ２は前記１基のプロペラと同径であり、プロペラ翼掃過面積の合計は、船尾に１基のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の２倍になっており、プロペラ荷重度ＣＴは（３／２）＝１．５になっている。図１の相関αから分かるように、プロペラ装備数を１から２に増加させてプロペラ荷重度ＣＴを３から１．５に減少させることにより、プロペラ効率ηは０．５から約０．６に増加し、更にプロペラを二重反転プロペラとすることにより、図１の相関γと相関βの差が上乗せされて、プロペラ効率ηは約０．６から０．６５に増加する。この結果、超大型タンカー１においては、プロペラ効率ηは従来に比べて３０％増加している。プロペラ効率ηの大幅な増加により、燃費が大幅に改善される。
図２に示すように、満載状態でのＢ／ｄが約３．０であり方形係数が約０．８の高推進効率幅広肥大船である超大型タンカー１は、船尾に２基の二重反転プロペラ２を装備している。従来のように超大型タンカー１に１基のプロペラを装備すると、プロペラ荷重度ＣＴは３になる。２基の二重反転プロペラ２は前記１基のプロペラと同径であり、プロペラ翼掃過面積の合計は、船尾に１基のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の２倍になっており、プロペラ荷重度ＣＴは（３／２）＝１．５になっている。図１の相関αから分かるように、プロペラ装備数を１から２に増加させてプロペラ荷重度ＣＴを３から１．５に減少させることにより、プロペラ効率ηは０．５から約０．６に増加し、更にプロペラを二重反転プロペラとすることにより、図１の相関γと相関βの差が上乗せされて、プロペラ効率ηは約０．６から０．６５に増加する。この結果、超大型タンカー１においては、プロペラ効率ηは従来に比べて３０％増加している。プロペラ効率ηの大幅な増加により、燃費が大幅に改善される。
超大型タンカー１においては、各二重反転プロペラ２近傍の船尾部１ａの形状を、それぞれ、単独のプロペラを装備した超大型タンカー１のプロペラ近傍の船尾形状に近似させて、各二重反転プロペラ２が伴流利得を得られるようにしている。この結果、２基のプロペラを配設した結果プロペラが船側方向へ移動し、伴流利得を喪失してプロペラ効率が低下する事態の発生が防止されている。
上記実施例では１基のプロペラを装備した場合のプロペラ荷重度ＣＴを３に設定したが、図１から分かるように、相関αは、プロペラ荷重度ＣＴが０．３乃至８の領域で、プロペラ荷重度ＣＴの増加に伴って傾が増加する上に凸の曲線となっているので、１基のプロペラを装備した場合にプロペラ荷重度ＣＴが０．７５乃至１．０程度となる幅広肥大船に対しても、本発明は有効である。
上記実施例では１基のプロペラを装備した場合のプロペラ荷重度ＣＴを３に設定したが、図１から分かるように、相関αは、プロペラ荷重度ＣＴが０．３乃至８の領域で、プロペラ荷重度ＣＴの増加に伴って傾が増加する上に凸の曲線となっているので、１基のプロペラを装備した場合にプロペラ荷重度ＣＴが０．７５乃至１．０程度となる幅広肥大船に対しても、本発明は有効である。
本発明は、幅広肥大船に広く使用可能である。
１ 超大型タンカー
１ａ プロペラ近傍の船尾部
２ 二重反転プロペラ
１ａ プロペラ近傍の船尾部
２ 二重反転プロペラ
Claims (4)
- 満載状態でのＢ／ｄが２．５乃至４．０で方形係数が０．６乃至１．０の幅広肥大船であって、船尾に複数のプロペラを装備し、プロペラ翼掃過面積の合計が、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の１倍を超え（船幅／前記単独に装備したプロペラの直径）倍以下となっていることを特徴とする高推進効率幅広肥大船。
- プロペラ翼掃過面積の合計が、船尾に単独のプロペラを装備した場合の当該プロペラのプロペラ翼掃過面積の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の高推進効率幅広肥大船。
- プロペラは二重反転プロペラであることを特徴とする請求項１又は２に記載の高推進効率幅広肥大船。
- 船尾形状が、伴流利得が得られる形状となっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の高推進効率幅広肥大船。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007014453A JP2007230541A (ja) | 2006-02-03 | 2007-01-25 | 高推進効率幅広肥大船 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006026439 | 2006-02-03 | ||
| JP2007014453A JP2007230541A (ja) | 2006-02-03 | 2007-01-25 | 高推進効率幅広肥大船 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007230541A true JP2007230541A (ja) | 2007-09-13 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007014453A Pending JP2007230541A (ja) | 2006-02-03 | 2007-01-25 | 高推進効率幅広肥大船 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013209029A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 船舶及びその船舶の設計方法 |
| WO2014115567A1 (ja) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | 独立行政法人海上技術安全研究所 | 小型ダクト付き船舶及び船舶への小型ダクト適用判断方法 |
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| JP2007022447A (ja) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | Oshima Shipbuilding Co Ltd | ２軸船 |
-
2007
- 2007-01-25 JP JP2007014453A patent/JP2007230541A/ja active Pending
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| JP7084053B2 (ja) | 2013-01-25 | 2022-06-14 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | 小型ダクト付き船舶 |
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