JP2018024368A - 船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】船尾ダクトをプロペラの直前に配置した船舶において、円形状の船尾ダクトよりも、船体後流を利用して中で推力を発生できる船尾ダクトの推力発生部分を増加できて、船尾ダクトによる推力を向上できる船舶を提供する。【解決手段】ダクト部材１１とこのダクト部材１１を船体２に支持するダクト支持部材１２、１３とを有して構成された船尾ダクト１０を、プロペラ３の直前に配置した船舶１において、ダクト部材１１の後縁部の形状を上側の円弧部１１ａと下側の円弧部１１ｂの間に中継ぎ部１１ｃを設けた形状にする。【選択図】図２

Description

本発明は、円形状の船尾ダクトよりも、船尾ダクトによる推力を向上させる船尾ダクトを備えた船舶に関する。

一般の商用船等の排水量型の船舶において、船舶の船体後流を利用して推進力を得るために、船尾ダクトを設置することが行われている。

例えば、前縁が上部前縁と下部前縁からなるリング状のノズルを船舶のプロペラの前方に備えて、上部前縁は、下方ほどプロペラ側に接近し、上部前縁と下部前縁とが接合する接合部でノズル上部前縁の傾斜角と下部前縁の傾斜角が変わり、更に、接合部がプロペラ軸の軸心を含む水平面の近傍に位置する船舶が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この船尾ダクト付き船舶のリング状のダクトでは、船舶の船尾に発生するビルジ渦が高い位置にある場合に、ダクトによる推力の向上を得るためには、後端部の直径を大きくする必要があり、そのため、ダクトが大きくなり過ぎて抵抗が増加してしまい、推力の向上が妨げられてしまうという問題がある。

この問題に対して、船舶の船尾に発生するビルジ渦が高い位置にある場合にも対応できるように、ノズルをその形状のまま、上方に移動させること、つまり、プロペラ軸の軸心と一致していたノズルの後端の円の中心が上方に移動するように、ノズル全体を上方の位置に上げた配置にすることが考えられている。例えば、軸対称形状のリング状のダクトの取り付け位置（高さ）に関して、軸心を、プロペラの軸心より、このプロペラの直径に対して、０〜２５％、好ましくは５〜２０％だけ上方に高くするとともに、ダクトの軸心の傾斜角をプロペラの軸心に対して上方に５〜２５°とすると共に、ダクトの断面形状を、その内側に凸形状とした船尾ダクト付き船舶が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、この船尾ダクト付き船舶のリング状のダクトの位置を上方に移動させて配置しただけでは、まだ船体後流を十分に利用して推力を出すダクト形状に最適化できていないという問題がある。

特開平０８−２４８６号公報 特開平０９−１７５４８８号公報

本発明者らは多くの実験結果から、船体後流場について流速分布や流向を考慮した結果、これらの円形状のダクトで、その円の中心位置をプロペラ軸中心よりも上方になるようにダクトを配設したのでは、まだ、船体後流を十分に利用して推力を出すダクト形状に最適化できておらず、さらに改善できるのではないかと考えて、本発明に想到した。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、船尾ダクトをプロペラの直前に配置した船舶において、円形状の船尾ダクトよりも推力を発生できる船尾ダクトの推力発生部分を増加できて、船尾ダクトによる推力を向上できる船舶を提供することにある。

上記のような目的を達成するための船舶は、ダクト部材と該ダクト部材を船体に支持するダクト支持部材とを有して構成された船尾ダクトを、プロペラの直前に配置した船舶において、前記ダクト部材の後縁部の形状を上側の円弧部と下側の円弧部の間に中継ぎ部を設けた形状にしている。

この中継ぎ部を設ける構成により、上側の円弧部と下側の円弧部を共に、船体後流を利用して高い推力を発生させることができる位置に配置することができるので、円形状に形成した船尾ダクトよりも推力を大きくでき、船尾ダクトによる推力を向上できる。

上記の船舶において、船首尾方向から見たときの前記ダクト部材の後縁部の形状で、前記上側の円弧部の円の直径をプロペラ直径の０．３倍以上でかつ１．１倍以下とし、前記下側の円弧部の円の直径を、プロペラ直径の０．３倍以上でかつ１．１倍以下とすると共に、前記中継ぎ部の長さをプロペラ直径の０．０５倍以上でかつ０．８倍以下として形成していると、ダクト部材の形状が多くの船舶の船体後流に適した形状となる。

上記の船舶において、船首尾方向から見たときの前記ダクト部材の後縁部の形状で、前記上側の円弧部の円の中心の高さをプロペラ回転軸中心よりもプロペラ直径の０．０５倍以上でかつ０．５倍以下の範囲の上方に配置すると共に、前記下側の円弧部の円の中心の高さをプロペラ回転軸中心から上下にプロペラ直径の０．５倍以内の範囲に配置して形成していると、ダクト部材の位置が多くの船舶の船体後流に適した形状となる。

上記の船舶において、前記上側の円弧部の周方向に垂直な断面形状を内側に凸のキャンバーを持った翼形状で形成すると共に、該翼形状の前縁と後縁を結ぶ翼弦線がプロペラ回転軸に対して船首側に開く０度より大きく４０度以下の開角を持つように形成していると、ダクト部材による推力を最適化させることができる。つまり、ダクト部材の開角は、その部位における水流の流向に対して大きな推力を得られる迎角の角度になるようにフィッティングさせる。

上記の船舶において、前記下側の円弧部の周方向に垂直な断面形状を内側に凸のキャンバーを持った翼形状、若しくは、外側に凸のキャンバーを持った翼形状、若しくは対称翼形状に形成していると、ダクト部材による推力を最適化させることができる。つまり、断面形状とダクト部材のプロペラ回転軸に対する角度は、その部位における水流の流向に対して大きな推力を得られる断面形状と迎角の角度になるようにフィッティングさせる。

上記の船舶において、船首尾方向から見た形状において、前記ダクト部材のプロペラ回転軸中心より上側に鉛直方向のダクト支持部材を設けると共に、該ダクト支持部材の断面形状を、左右対称の形状、又は、その後端をプロペラの回転方向とは逆方向に曲げた形状としていると、前者の場合はこのダクト支持部材による抵抗を最小限にすることができ、後者の場合はこのダクト支持部材によりプロペラの回転方向と逆方向の流れをプロペラ面に誘導することができ、プロペラ効率を向上できる。

上記の船舶において、船首尾方向から見た形状において、前記ダクト部材のプロペラ回転軸中心より下側に鉛直方向のダクト支持部材を設けると共に、該ダクト支持部材の断面形状を、左右対称の形状、又は、その後端をプロペラの回転方向とは逆方向に曲げた形状としていると、前者の場合はこのダクト支持部材による抵抗を最小限にすることができ、後者の場合はこのダクト支持部材によりプロペラの回転方向と逆方向の流れをプロペラ面に誘導することができ、プロペラ効率を向上できる。

本発明の船舶によれば、ダクト部材において中継ぎ部を設けることにより上側の円弧部と下側の円弧部を共に、船体後流を利用してより高い推力を発生させることができる位置に配置することができるので、円形状に形成した船尾ダクトよりも推力を大きくでき、船尾ダクトによる推力を向上できる。

本発明の実施の形態の船舶におけるダクトの配置を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の形態の船舶におけるダクトの形状を模式的に示す船首側から見た図である。 図２のダクト部材の形状を模式的に示す中心側断面図である。 図２の上側のダクト支持部材の断面形状を模式的に示す上から見た図である。 図２の下側のダクト支持部材の断面形状を模式的に示す上から見た図である。

以下、本発明に係る実施の形態の船舶について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、この船舶１は、船体２の後部にプロペラ３と舵４を有しており、船尾において、プロペラ３の直前に、船尾ダクト１０を配置して構成される。なお、記号Ｓｐはプロペラ回転面を示す。図２は、船尾ダクト１０を船首側から見た図である。

本発明に係る実施の形態の船舶１では、図２に示すような、ダクト部材１１とこのダクト部材１１を船体２に支持するダクト支持部材１２、１３とを有して構成された船尾ダクト１０を、図１に示すように、プロペラ３の直前に配置した船舶１である。

このダクト部材１１の形状を、図２に示すように、上側の円弧部１１ａと下側の円弧部１１ｂの間に中継ぎ部１１ｃを例えば略直線状に設けた形状とする。中継ぎ部１１ｃを設ける構成により、ダクト部材１１の上側の円弧部１１ａと下側の円弧部１１ｂを共に船体後流を利用してより高い推力を発生させることができる位置に配置することができ、円形状に形成した船尾ダクトよりも推力を大きくでき、船尾ダクト１０による推力を向上できる。

また、図２に示すように、船首側から見たときのダクト部材１１の後縁部の形状で、このダクト部材１１の上側の円弧部１１ａの円の直径Ｄ１（＝２×Ｒ１）をプロペラ直径Ｄｐの０．３倍以上でかつ１．１倍以下、より好ましくは０．３倍以上でかつ０．７倍以下とし、ダクト部材１１の下側の円弧部１１ｂの円の直径Ｄ２（＝２×Ｒ２）を、プロペラ直径Ｄｐの０．３倍以上でかつ１．１倍以下、より好ましくは０．３倍以上でかつ０．７倍以下とする。この場合に、上側の円弧部１１ａの円の直径Ｄ１と下側の円弧部１１ｂの円の直径Ｄ２は同じにして良く、また、船尾の後流に応じて異なる値にしても良い。

また、中継ぎ部１１ｃの長さＬ１をプロペラ直径Ｄｐの０．０５倍以上でかつ０．８倍以下とし、より好ましくは０．０５倍以上でかつ０．３倍以下とすると、ダクト部材の形状が多くの船舶の船体後流に適した形状となる。

更に、図３に示すように、船首尾方向から見たときのダクト部材１１の後縁部の形状で、ダクト部材１１の上側の円弧部１１ａの円の中心の高さＨ１をプロペラ回転軸中心Ｃよりもプロペラ直径Ｄｐの０．０５倍以上でかつ０．５倍以下、より好ましくは０．０５倍以上でかつ０．３倍以下の範囲の上方に配置する。それと共に、ダクト部材１１の下側の円弧部１１ｂの円の中心の高さＨ２をプロペラ回転軸中心Ｃから上下にプロペラ直径Ｄｐの０．５倍以内、より好ましくは０．３倍以内の範囲の高さに配置する。

この円弧部１１ａ、１１ｂの円弧の直径Ｄ１、Ｄ２、中心位置Ｈ１、Ｈ２、中継ぎ部１１ｃの長さＬ１は、実験や数値流体計算等から船体後流のダクト位置における伴流分布とその流向を求めて、プロペラ回転軸６の方向（Ｘ方向）に対して垂直な面（Ｙ−Ｚ平面）内で、ダクト部材１１が船尾渦（ビルジ渦：縦渦）の中心付近を通るように配置することが好ましい。言い換えれば、上側の円弧部１１ａは、船尾渦の中心近傍を通るように構成することが好ましい。

また、側面視では、このダクト部材１１の形状は、図３に示す側断面図では、前縁部分がダクト支持部材１２、１３の後側にあるため前縁部分を点線で示しているが、この前縁部分は最上部から下端まで垂直に形成されており、後縁部分も、最上部から下端まで垂直に形成されている。なお、この側面視におけるダクト部材１１の形状は特に限定されず、前縁部分が最上部から途中の部分まで徐々に後方に後退し、この途中の部分から下端までを垂直に形成され、また、後縁部分が最上部から下端まで略垂直に形成されている形状であっても良い。

また、ダクト部材１１の上側の円弧部１１ａの周方向に垂直な断面形状を内側に凸のキャンバーを持った翼形状で形成すると共に、この翼形状をその部位に流れる水流の流向に対して迎角を取るように形成する。また、下側の円弧部１１ｂの周方向に垂直な断面形状を内側に凸のキャンバーを持った翼形状、若しくは、外側に凸のキャンバーを持った翼形状、若しくは対称翼形状に形成する。

例えば、図３に示すように、ダクト部材１１の上側の円弧部１１ａの部分の最上位の翼断面形状の前縁と後縁を結ぶ翼弦線のプロペラ回転軸６に対する開角αを０度より大きく４０度以下の角度とし、また、ダクト部材１１の下側の円弧部１１ｂの部分の最下位の翼断面形状の前縁と後縁を結ぶ翼弦線のプロペラ回転軸６に対する角度βを−４０度から＋４０度の範囲の角度とする。これらの角度α、βの最適角度は、船体形状によって変化するが、実験や数値流体計算等から求めた船体後流のダクト位置における伴流分布とその流向から、それぞれの翼断面形状に適した迎角を考慮して求めることができる。

これにより、ダクト部材１１による推力を最適化させることができる。つまり、ダクト部材１１のプロペラ回転軸６に対する角度α、βは、その部位における水流の流向に対して大きな推力を得られる迎角の角度になるようにフィッティングさせることができる。

次に、このダクト部材１１を船体２に支持するダクト支持部材１２，１３について説明する。船首尾方向から見た形状において、ダクト部材１１に鉛直方向に延びる上側のダクト支持部材１２と下側のダクト支持部材１３を設ける。このダクト支持部材１２、１３の断面形状を後端に行くにつれて厚さが小さくなるように形成すると、あるいは、翼形状に形成すると、水流の方向を変化させる機能を維持したまま、ダクト支持部材１２、１３に働く抵抗成分を弱めることができ、ダクト支持部材１２、１３の抵抗を少なくすることができる。

また、このプロペラ回転軸中心Ｃを通る垂直線上にダクト支持部材１２、１３を配置すると、一本で構造的に左右のバランスが取れ、構造的に強固なものになる。また、ダクト支持部材１２、１３の断面形状は左右対称としてもよいが、このダクト支持部材１２、１３により、プロペラ３に流入する水流の方向を変更させて、プロペラの回転方向と逆方向の流れをプロペラ断面に誘導することができる。

このダクト支持部材１２、１３の断面形状に関しては、プロペラ回転軸中心Ｃより上側のダクト支持部材１２の後端側を、図４に示すように、プロペラ３の回転が船尾側から見て右回転のときは左舷側に傾斜させ、プロペラ３の回転が船尾側から見て左回転のときは右舷側に傾斜させて形成する。プロペラ回転軸中心Ｃより下側のダクト支持部材１３の後端側を、図５に示すように、プロペラ３の回転が船尾側から見て右回転のときは右舷側に傾斜させ、プロペラ３の回転が船尾側から見て左回転のときは左舷側に傾斜させて形成する。これらの構成により、このダクト支持部材１２、１３によりプロペラ３の回転方向と逆方向の流れをプロペラ回転面Ｓｐに誘導することができ、プロペラ効率を向上できる。

さらに、このダクト支持部材１２、１３の断面形状をプロペラ３の回転方向と同じ側にキャンバーを有した翼断面を仮定し、その翼断面と船体を滑らかに接続した構造とすると、ダクト支持部材１２、１３に働く抵抗成分を弱めることができ、ダクト支持部材１２、１３の抵抗を少なくすることができる。

上記の構成の船舶によれば、船尾ダクト１０をプロペラ３の直前に配置した船舶１において、中継ぎ部１１ｃを設けることにより上側の円弧部１１ａ、下側の円弧部１１ｂを共に、船体後流を利用してより高い推力を発生させることができる位置に配置することができるので、円形状に形成した船尾ダクトよりも推力を大きくでき、船尾ダクトによる推力を向上できる。

１ 船舶
２ 船体
３ プロペラ
４ 舵
５ 船尾管
６ プロペラ回転軸
１０ 船尾ダクト
１１ ダクト部材
１１ａ 上側の円弧部
１１ｂ 下側の円弧部
１１ｃ 中継ぎ部
１２、１３ ダクト支持部材
α 上側の円弧部の開角
β 下側の円弧部の角度
Ｃ プロペラ回転軸中心
Ｄｐ プロペラ直径
Ｈ１ 上側の円弧部の円の中心の高さ
Ｈ２ 下側の円弧部の円の中心の高さ
Ｌ１ 中継ぎ部の長さ
Ｒ１ 上側の円弧部の円の半径
Ｒ２ 下側の円弧部の円の半径

Claims (7)

1. ダクト部材と該ダクト部材を船体に支持するダクト支持部材とを有して構成された船尾ダクトを、プロペラの直前に配置した船舶において、前記ダクト部材の後縁部の形状を上側の円弧部と下側の円弧部の間に中継ぎ部を設けた形状にしていることを特徴とする船舶。
2. 船首尾方向から見たときの前記ダクト部材の後縁部の形状で、前記上側の円弧部の円の直径をプロペラ直径の０．３倍以上でかつ１．１倍以下とし、前記下側の円弧部の円の直径を、プロペラ直径の０．３倍以上でかつ１．１倍以下とすると共に、前記中継ぎ部の長さをプロペラ直径の０．０５倍以上でかつ０．８倍以下として形成している請求項１に記載の船舶。
3. 船首尾方向から見たときの前記ダクト部材の後縁部の形状で、前記上側の円弧部の円の中心の高さをプロペラ回転軸中心よりもプロペラ直径の０．０５倍以上でかつ０．５倍以下の範囲の上方に配置すると共に、前記下側の円弧部の円の中心の高さをプロペラ回転軸中心から上下にプロペラ直径の０．５倍以内の範囲に配置して形成している請求項１または２に記載の船舶。
4. 前記上側の円弧部の周方向に垂直な断面形状を内側に凸のキャンバーを持った翼形状で形成すると共に、該翼形状の前縁と後縁を結ぶ翼弦線がプロペラ回転軸に対して船首側に開く０度より大きく４０度以下の開角を持つように形成している請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶。
5. 前記下側の円弧部の周方向に垂直な断面形状を内側に凸のキャンバーを持った翼形状、若しくは、外側に凸のキャンバーを持った翼形状、若しくは対称翼形状に形成している請求項１〜４のいずれか１項に記載の船舶。
6. 船首尾方向から見た形状において、前記ダクト部材のプロペラ回転軸中心より上側に鉛直方向のダクト支持部材を設けると共に、該ダクト支持部材の断面形状を、左右対称の形状、又は、その後端をプロペラの回転方向とは逆方向に曲げた形状としている請求項１〜５のいずれか１項に記載の船舶。
7. 船首尾方向から見た形状において、前記ダクト部材のプロペラ回転軸中心より下側に鉛直方向のダクト支持部材を設けると共に、該ダクト支持部材の断面形状を、左右対称の形状、又は、その後端をプロペラの回転方向とは逆方向に曲げた形状としている請求項１〜６のいずれか１項に記載の船舶。

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