JP2018090122A - 船尾ダクトとフィンを有した船尾形状及び船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】フィンと船尾ダクト間の負の干渉を抑え、優れた省エネ効果を発揮する、船尾ダクトとフィンを有した船尾形状及び船舶を提供すること。【解決手段】船体１０の船尾に設けられたプロペラ２０と、船体１０の船尾部に設けられたプロペラ２０に流れを導くフィン３０と、プロペラ２０とフィン３０の間に設けられた船尾ダクト４０とを備え、船尾ダクト４０のダクト本体４１の後端の仮想半径Ｒｄがプロペラ２０の半径Ｒｐの３０％以上８０％以下であって、仮想半径Ｒｄの仮想中心Ｘｄがプロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも上方にプロペラ２０の半径Ｒｐの３０％以上８０％以下ずれており、フィン３０の後端３０ｂとダクト本体４１の前端との水平方向の間隙Ｌ３がプロペラ２０の直径Ｄｐの−２０％以上＋１０％以下であること。【選択図】図１

Description

本発明は、船尾ダクトとフィンを有した船尾形状及び船舶の省エネ効果に関する。

船舶に装備される固定型の省エネ装置は、船体で生じた渦エネルギーを回収するもの、プロペラに流入する流れを整流しプロペラ効率を高めるもの、プロペラ後流に含まれる回転エネルギーを利用するものなどに分類されるが、同種の効果を発揮する省エネ装置を複数装備した場合、一方の装置により誘起される流れが他方の装置へ流入する流れに干渉し、下流側の省エネ装置が本来持つ省エネ効果が減殺されることがある。例えば、図１３は省エネ装置Ａと省エネ装置Ｂの両方を装備した従来の船舶（ship-A〜ship-H）における、各省エネ装置の省エネ効果と干渉影響を示す図である。図１３より、省エネ効果が減殺されていることが分かる。
特にフィンと船尾ダクトを同時に装備する場合は、互いの装置間で強い負の干渉があり、省エネ効果を高めることの技術的な難易度は高い。

ここで、特許文献１には、船体の船尾部に設けられたフィンと、プロペラとフィンの間に設けられたリング状構造物（船尾ダクト）とを備える整流装置が開示されている。この整流装置において、フィンは、その後端高さがプロペラの中心軸よりも下方の範囲にある。また、リング状構造物（船尾ダクト）は、後端直径がプロペラの直径とほぼ等しく、後端直径の中心がプロペラの中心軸と一致しており、前端とフィンの後端との水平方向の間隙が大きい。
また、特許文献２には、船体の船尾部に設けられた案内羽根（フィン）と、スクリューと案内羽根（フィン）の間に設けられた環状ノズル（船尾ダクト）とを備える案内面装置が開示されている。この案内面装置において、湾曲した案内羽根（フィン）は、その後端高さがスクリューの中心軸よりも下方の範囲にわたって設けてあり、前後方向の長さが環状ノズル（船尾ダクト）の前端から後端までの距離よりも短い。また、環状ノズル（船尾ダクト）は、下端と上端の両方が船体に接続されており、環状ノズル（船尾ダクト）の下端は、スクリューの中心軸よりも下方に位置している。
また、特許文献３には、船体の船尾部に設けられた船尾フィンと、プロペラと船尾フィンの間に設けられた船尾ダクトと、プロペラ後方の舵に設けられたラダーフィンとを備える船尾部構造が開示されている。この船尾部構造において、船尾ダクトは半円弧形状であり、水平設置された船尾フィンは、船尾ダクトの下部の高さに配置されている。また、船尾ダクトの前端面と後端面は、平行を成しており、船尾ダクトの前端と船尾フィンの後端との水平方向の間隙が大きい。
また、特許文献４には、船体の船尾部に設けられた第１及び第２のフィンと、推進用プロペラと第１及び第２のフィンの間に設けられた船尾ダクトとを備える船体構造が開示されている。この船体構造において、第１及び第２のフィンは水平に設置されている。また、略円環状の船尾ダクトは、円環の中心がプロペラの中心軸と一致しており、前端と第１及び第２のフィンの後端との水平方向の間隙が大きい。

特開昭５９−７３３９０号公報 特開平４−２３０４８６号公報 特開２００６−３４７２８５号公報 特開２０１０−６１７５号公報

図１３のような省エネ装置間の負の干渉を抑制するには、上流側の装置により誘起された流れの外に下流側の装置を配置することも考えられるが、フィンと船尾ダクトを近接して配置する場合は、下流側に配置される船尾ダクトは必然的に上流側のフィンに誘起された流れの中に存在することになるため、数値シミュレーション等を用いた精細な流れ解析技術を用いて上流側の船体フィンと下流側の船尾ダクト周りの流れの様子を観察し、上流側のフィンにより誘起された流れの向きなどを考慮して、下流側の船尾ダクトを適切な形状と配置に設計する必要がある。

そこで本発明は、フィンと船尾ダクト間の負の干渉を抑えて省エネ効果の減殺を抑制し、優れた省エネ効果を発揮する、船尾ダクトとフィンを有した船尾形状及び船舶を提供することを目的とする。

請求項１記載に対応した船尾ダクトとフィンを有した船尾形状においては、船体の船尾に設けられたプロペラと、船体の船尾部に設けられたプロペラに流れを導くフィンと、プロペラとフィンの間に設けられた船尾ダクトとを備え、船尾ダクトのダクト本体の後端の仮想半径がプロペラの半径の３０％以上８０％以下であって、仮想半径の仮想中心がプロペラの中心軸よりも上方にプロペラの半径の３０％以上８０％以下ずれており、フィンの後端とダクト本体の前端との水平方向の間隙がプロペラの直径の−２０％以上＋１０％以下であることを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、上流側のフィンによる下流側の船尾ダクトへの悪影響を抑制し、すなわち負の干渉を抑えて省エネ効果の減殺を抑制し、フィンと船尾ダクトのそれぞれから省エネ効果を引き出し、全体の省エネ効果を高めることができる。また、船尾ダクトはプロペラ上半面側に偏心して設置されるため、船尾ダクトより下流側の舵に省エネ付加物を設けた場合には、その省エネ付加物に悪影響を及ぼしにくい。

請求項２記載の本発明は、フィンは、平面視した形状がＶ状を成し、フィンの後端が中心軸よりも上方でプロペラの半径の６０％以上７０％以下の範囲の高さに取り付けられていることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、フィンは、船尾底部で生成された３次元剥離渦を船体から引き離す効果によって船尾部の圧力回復を早めるだけでなく、上向き流れにより揚力を発生し増速することにより、フィン自体が推力を発生し船舶全体として抵抗変化の減少に寄与する。また、フィンにより誘導された流れが船尾ダクトの上部に当たることで周辺の圧力が上昇し、船尾部表面の圧力回復もさらに進み、船体抵抗の減少効果が増大する。

請求項３記載の本発明は、フィンの船体への取り付け側面仰角が６°以上１５°以下の上向角度であることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、フィンによる推力を更に向上させることができる。

請求項４記載の本発明は、ダクト本体の下部が、プロペラの駆動軸が貫通する船尾管部に取り付けられていることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、支持手段を介することなくダクト本体を船尾に直接取り付けることもできる。

請求項５記載の本発明は、ダクト本体が、ダクト本体を側方視した場合に、上底が下底よりも長い倒立した台形状を成していることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、船尾ダクト本体の下部の長さが過大になることによる省エネ効果の悪化を防止できる。

請求項６記載の本発明は、上底に対する下底の比が５％以上７０％以下の範囲であることを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、ダクト本体の下部に一定の長さをもたせることで、ダクト本体の強度を維持するとともに、ダクト本体の下部の長さが過大になることによる抵抗増加を防止できる。

請求項７記載の本発明は、ダクト本体の後端とプロペラの前縁との距離を、プロペラの直径の１．０％以上５０％以下の範囲に設定したことを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、プロペラとの干渉効果も高め推進効率を更に向上させることができる。

請求項８記載の本発明は、ダクト本体の断面形状が内側に凸の翼型を成していることを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を増大させ、推進効率を上げることができる。

請求項９記載の本発明は、ダクト本体の前後方向及び／又は周方向における各部の仮想半径が異なっていることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、ダクト本体を、船尾ダクト周りの流れの様子に対応した省エネ効果の高い形状とすることができる。

請求項１０記載の本発明は、ダクト本体の後部よりも前部の方を大きく設定したことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、ダクト本体より下流での平均的な流れを遅くして有効伴流率を小さくでき、かつダクト本体の前部側でのスラスト成分を増加させて推力を高めることができる。

請求項１１記載の本発明は、ダクト本体を船尾に支持する支持手段、及び／又はダクト本体を補強する補強手段を備えたことを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、支持手段によってダクト本体を船体に取り付けることができる。また、補強手段によって船尾ダクトの強度が向上する。

請求項１２に記載の本発明は、支持手段が、プロペラに対して対向流を生じるように、又はフィンにより導かれた流れの向きに沿うように、捻られた形状を成していることを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、プロペラの効率を高めることができる。

請求項１３に記載の本発明は、プロペラの後方に舵を備え、舵に船体の推進効率を向上する省エネ付加物を有したことを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、舵の省エネ付加物によっても推力を得て、高い推進効率を達成して更に輸送効率を高めることができる。特に、船尾ダクトがプロペラ上半面側に偏心して設置され舵の省エネ付加物に悪影響を及ぼしにくいため、舵の省エネ付加物が有効に推力を得ることができる。

請求項１４に記載の本発明は、省エネ付加物の舵への高さ方向における取り付け位置が、プロペラの中心軸からプロペラの半径の±１０％の位置であることを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、推力を得やすい取り付け位置となるため、省エネ付加物が効果を発揮しやすくなり、高い推進効率を達成することができる。

請求項１５記載に対応した船舶においては、請求項１から請求項１４のうちの１項に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状を船体に備えたことを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、従来よりも省エネ効果が高い船尾ダクトとフィンを有した船尾形状を備えた船舶を提供することができる。

本発明の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状によれば、上流側のフィンによる下流側の船尾ダクトへの悪影響を抑制し、すなわち負の干渉を抑えて省エネ効果の減殺を抑制し、フィンと船尾ダクトのそれぞれから省エネ効果を引き出し、全体の省エネ効果を高めることができる。また、船尾ダクトはプロペラ上半面側に偏心して設置されるため、船尾ダクトより下流側の舵に省エネ付加物を設けた場合には、その省エネ付加物に悪影響を及ぼしにくい。

また、フィンは、平面視した形状がＶ状を成し、フィンの後端が中心軸よりも上方でプロペラの半径の６０％以上７０％以下の範囲の高さに取り付けられている場合には、フィンは、船尾底部で生成された３次元剥離渦を船体から引き離す効果によって船尾部の圧力回復を早めるだけでなく、上向き流れにより揚力を発生し増速することにより、フィン自体が推力を発生し船舶全体として抵抗変化の減少に寄与する。また、フィンにより誘導された流れが船尾ダクトの上部に当たることで周辺の圧力が上昇し、船尾部表面の圧力回復もさらに進み、船体抵抗の減少効果が増大する。

また、フィンの船体への取り付け側面仰角が６°以上１５°以下の上向角度である場合には、フィンによる推力を更に向上させることができる。

また、ダクト本体の下部が、プロペラの駆動軸が貫通する船尾管部に取り付けられている場合には、支持手段を介することなくダクト本体を船尾に直接取り付けることもできる。

また、ダクト本体が、ダクト本体を側方視した場合に、上底が下底よりも長い倒立した台形状を成している場合には、船尾ダクト本体の下部の長さが過大になることによる省エネ効果の悪化を防止できる。

また、上底に対する下底の比が５％以上７０％以下の範囲である場合には、ダクト本体の下部に一定の長さをもたせることで、ダクト本体の強度を維持するとともに、ダクト本体の下部の長さが過大になることによる抵抗増加を防止できる。

また、ダクト本体の後端とプロペラの前縁との距離を、プロペラの直径の１．０％以上５０％以下の範囲に設定した場合には、プロペラとの干渉効果も高め推進効率を更に向上させることができる。

また、ダクト本体の断面形状が内側に凸の翼型を成している場合には、翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を増大させ、推進効率を上げることができる。

また、ダクト本体の前後方向及び／又は周方向における各部の仮想半径が異なっている場合には、ダクト本体を、船尾ダクト周りの流れの様子に対応した省エネ効果の高い形状とすることができる。

また、ダクト本体の後部よりも前部の方を大きく設定した場合には、ダクト本体より下流での平均的な流れを遅くして有効伴流率を小さくでき、かつダクト本体の前部側でのスラスト成分を増加させて推力を高めることができる。

また、ダクト本体を船尾に支持する支持手段、及び／又はダクト本体を補強する補強手段を備えた場合には、支持手段によってダクト本体を船体に取り付けることができる。また、補強手段によって船尾ダクトの強度が向上する。

また、支持手段が、プロペラに対して対向流を生じるように、又はフィンにより導かれた流れの向きに沿うように、捻られた形状を成している場合には、プロペラの効率を高めることができる。

また、プロペラの後方に舵を備え、舵に船体の推進効率を向上する省エネ付加物を有した場合には、舵の省エネ付加物によっても推力を得て、高い推進効率を達成して更に輸送効率を高めることができる。特に、船尾ダクトがプロペラ上半面側に偏心して設置され舵の省エネ付加物に悪影響を及ぼしにくいため、舵の省エネ付加物が有効に推力を得ることができる。

また、省エネ付加物の舵への高さ方向における取り付け位置が、プロペラの中心軸からプロペラの半径の±１０％の位置である場合には、推力を得やすい取り付け位置となるため、省エネ付加物が効果を発揮しやすくなり、高い推進効率を達成することができる。

また、従来よりも省エネ効果が高い船尾ダクトとフィンを有した船尾形状を備えた船舶を提供することができる。

本発明の一実施形態による船尾ダクトとフィンを有した船尾形状を備えた船舶の船尾部を示す概略構成図 同船尾形状のフィンの概略平面図 同船尾ダクトを示す図 同船尾ダクト後端半径−抵抗変化／船殻効率の関係図 同船尾ダクト上下位置−抵抗変化／船殻効率の関係図 同船尾ダクトと船体フィンとの水平間隙−抵抗変化／船殻効率の関係図 本発明の他の実施形態による船尾ダクトを示す図 同船尾ダクトの他の例を示す図 同船尾ダクトの更に他の例を示す図 同船尾ダクトの更に他の例を示す概略平面図 本発明の更に他の実施形態による船尾ダクトのダクト本体を示す側面図 同ダクト本体の他の例を示す側面図 従来の各省エネ装置の省エネ効果と干渉影響を示す図

以下に、本発明の実施形態による船尾ダクトとフィンを有した船尾形状及び船舶について説明する。

図１は本発明の一実施形態による船尾ダクトとフィンを有した船尾形状を備えた船舶の船尾部を示す概略構成図である。
図２は同船尾形状のフィンの概略平面図である。
図３は同船尾ダクトを示す図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は底面図、図３（ｄ）は斜視図である。
図４は同船尾ダクト後端半径（仮想半径）−抵抗変化／船殻効率の関係図、図５は同船尾ダクト上下位置−抵抗変化／船殻効率の関係図、図６は同船尾ダクトと船体フィンとの水平間隙−抵抗変化／船殻効率の関係図である。

図１に示すように、本実施形態による船舶は、船体１０の船尾に設けられたプロペラ２０と、プロペラ２０よりも前方に設けられたフィン３０と、プロペラ２０とフィン３０との間に設けられた船尾ダクト４０と、プロペラ２０よりも後方に取り付けられた舵５０とを備える。

プロペラ２０は、中心軸Ｘｐを回転中心として回転する。

フィン３０は、船体１０の船尾部に設けられ、プロペラ２０に流れを導く。フィン３０は板状であり、船体１０の側面から斜め下方へ張り出している。フィン３０は、前端３０ａが後端３０ｂよりも低位置に取り付けられていることによって前下がりになっており、取り付け側面仰角αは後方に向かって上向角度を有する。また、後端３０ｂは船体１０から後方に突出している。フィン３０の後端３０ｂは、プロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも上方で、プロペラ２０の半径Ｒｐの６０％以上７０％以下の範囲に取り付けられることが好ましい。
また、図２に示すように、フィン３０は左舷と右舷に対称的に設けられ、平面視した形状がＶ状を成す。フィン３０は、前端３０ａ側から後端３０ｂ側に向かって徐々に幅Ｗが広くなっている。左舷側のフィン３０の後端３０ｂと右舷側のフィン３０の後端３０ｂとは、船体中心線Ｙ上で接続されている。
フィン３０は、船尾底部で生成された３次元剥離渦を船体１０から引き離す効果によって船体１０の船尾部の圧力回復を早めるだけでなく、上向き流れにより揚力を発生し増速することにより、フィン３０自体が推力を発生し船舶全体として抵抗変化の減少に寄与する。また、フィン３０により誘導された流れが船尾ダクト４０の上部に当たることで周辺の圧力が上昇し、船体１０の船尾部表面の圧力回復もさらに進み、その結果、船体抵抗の減少効果が増大する。また、船体１０から引き離された３次元剥離渦に含まれる回転エネルギーを船尾ダクト４０の主に上半面で回収することにより。船尾ダクト４０に推力が発生し推進性能が向上する。
なお、図１におけるフィン３０の船体１０への取り付け側面仰角αは、６°以上１５°以下とすることが好ましい。取り付け側面仰角αを６°以上１５°以下の範囲に設定することで、推力を更に向上させることができる。また、フィン３０の前端３０ａから後端３０ｂまでの水平距離Ｌ１は、船体１０の船長の２〜８％の範囲とすることが好ましい。この場合、フィン３０の前端３０aの位置は、船体１０の後部垂線より前方７〜１０％船長に配置されていることになる。
また、フィン３０は、平面視した形状が、左右の後端３０ｂが繋がっていない、Ｖ字状に類似した形状であってもよい。また、板状以外の形状や幅Ｗが広がらずに一定である形状等、各種の形状が採用できる。

図１及び図３に示すように、船尾ダクト４０は円筒状のダクト本体４１を備える。ダクト本体４１の後端の仮想半径Ｒｄは、プロペラ２０の半径Ｒｐの３０％以上８０％以下に設定されている。なお、仮想半径Ｒｄは、図３（ｂ）においては、ダクト本体４１の外側の仮想半径を採用しているが、内側の仮想半径を採用してもよい。
また、仮想半径Ｒｄの仮想中心（船尾ダクト本体４１の中心）Ｘｄは、プロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも上方にプロペラ２０の半径Ｒｐの３０％以上８０％以下ずれた位置に設定されている。また、フィン３０の後端３０ｂとダクト本体４１の前端との水平方向の間隙Ｌ３は、プロペラ２０の直径Ｄｐの−２０％以上＋１０％以下に設定されている（マイナスは、図１に示すように、フィン３０の後端３０ｂがダクト本体４１の前端よりも後方に位置した状態である）。ただし、ダクト本体４１の下端は、プロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも下方に位置していない。
フィン３０の下流側に配置される船尾ダクト４０をこのように適切な形状及び配置に設定することにより、フィン３０と船尾ダクト４０との間の負の干渉を抑えて省エネ効果の減殺を抑制し、フィン３０と船尾ダクト４０の両方から省エネ効果を引き出し、抵抗性能と推進性能のバランスをとり、全体の省エネ効果を増大させることができる。
また、ダクト本体４１は円筒状のため角部が無く、応力集中しにくい形状であり強度的に優れている。さらに、角部から発生しやすい不要な渦の放出が無くエネルギーロスが少ない。また、フィン３０と船尾ダクト４０には可動部が無いため、メンテナンスが容易である。
なお、本実施形態では、ダクト本体４１の下部が、プロペラ２０の駆動軸が貫通する船尾管部１１に取り付けられている。このようにダクト本体４１の下部を船尾管部１１に直接取り付けた場合には、ダクト本体４１の下部の船尾管部１１との接続部が支持手段を兼ねる。

また、ダクト本体４１は、下部の長さが過大になると省エネ効果を悪化させる要因となるため、側方視した場合に上底４１ａが下底４１ｂよりも長い倒立した台形状を成す形状としている。
なお、ダクト本体４１は、静的な流体力や繰り返し荷重による疲労に耐え得るだけの構造強度や疲労強度等を維持するために下部にもある程度の長さが必要である。よって、上底４１ａの長さの比に対する下底４１ｂの長さの比の下限値を５％、より好ましくは１０％以上とすることが適切である。また、下底４１ｂ部分では抵抗減少と船殻効率向上の効果の源である下向き流れが弱いため、下部が長すぎると抵抗増加を引き起こす恐れがある。よって、上底４１ａに対する下底４１ｂの比の上限値を７０％、より好ましくは５０％以下とすることが適切である。したがって、上底４１ａに対する下底４１ｂの比は、５％以上７０％以下の範囲に設定することが好ましく、１０％以上５０％以下の範囲に設定することがより好ましい。

また、ダクト本体４１の後端とプロペラ２０の前縁との距離Ｌ２は、プロペラ２０の直径Ｄｐの１．０％以上５０％以下の範囲に設定している。このような範囲に設定することで、プロペラ２０との干渉効果を高め推進効率をさらに向上させることができる。

また、ダクト本体４１の断面形状は、図３（ｂ）に示すように、内側に凸の翼型を成している。このような断面形状とすることで、翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用して推力減少率を高め、推進効率を上げることができる。

また、仮想半径Ｒｄは、ダクト本体４１の後部よりも前部の方を大きく設定している。これにより、ダクト本体４１よりも下流での平均的な流れを遅くして有効伴流率を小さくでき、かつダクト本体４１の前部側でのスラスト成分を増加させて推力を高めることができる。
なお、ダクト本体４１の前後方向における各部の仮想半径Ｒｄを異ならせること以外に、ダクト本体４１の周方向における各部の仮想半径Ｒｄを異ならせることにより、正面図（図３（ａ））で略円形以外の形状を有する船尾ダクト４０とすることも可能である。

また、図１に示すように、舵５０には、船体１０の推進効率を向上する省エネ付加物６０が設けられている。省エネ付加物６０を舵５０に設けることによって、省エネ付加物６０によっても推力を得て、高い推進効率を達成して更に輸送効率を高めることができる。省エネ付加物６０としては、例えばフィンを用いることができるが、フィン形状以外にも各種の形状が採用可能である。
省エネ付加物６０の舵５０への高さ方向における取り付け位置は、プロペラ２０の中心軸Ｘｐからプロペラ２０の半径Ｒｐの±１０％の範囲とすることが好ましい（プラスは省エネ付加物６０の中心軸がプロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも上側、マイナスは省エネ付加物６０の中心軸がプロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも下側に位置した状態である）。このような範囲とすることで推力を得やすい取り付け位置となるため、省エネ付加物６０が効果を発揮しやすくなり、高い推進効率を達成することができる。
なお、舵５０の上流側には船尾ダクト４０が設けられているが、船尾ダクト４０は、プロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも所定位置上方にずれた位置、すなわち、プロペラ２０の上半面側に偏心して設置されているため、下流側の舵５０に設けられた省エネ付加物６０には殆ど悪影響を及ぼさない。

ここで図４から図６は、フィン及び船尾ダクトの両方を備える船舶において、船尾ダクトの大きさ又は配置を変えたときの、抵抗変化（マイナスは推力として作用する状態）及び船殻効率の計算結果を示す図である。なお、図４（ａ）、図５（ａ）、及び図６（ａ）において、「＊」は船体とフィンと船尾ダクトを含む全体の抵抗変化を示し、「■」、「◆」、「▲」は各成分を示す。「■」はフィンと船尾ダクトによる船体の抵抗変化、「◆」はフィンの抵抗、「▲」は船尾ダクトの抵抗である。
図４（ａ）は、ダクト本体の後端の仮想半径［%Rp］と抵抗の関係を示す図、図４（ｂ）は、ダクト本体の後端の仮想半径［%Rp］と船殻効率との関係を示す図である。間隙Ｌ３はプロペラ２０の直径Ｄｐの−６％とし、後端の仮想半径Ｒｄをプロペラ２０の半径Ｒｐの３０％、５０％、７０％、７５％としている。
図４より、ダクト本体４１の後端の仮想半径Ｒｄが所定範囲より小さいと船尾ダクト４０の推力が小さく、所定範囲より大きいと船体の抵抗変化は増加傾向であり、船殻効率も悪化することが分かる。詳細には、図４（ａ）より、全体の抵抗変化（図中「＊」）は計算した全範囲（仮想半径Ｒｄ＝３０〜７５［%Rp］）で減少しており、その傾向から後端の仮想半径Ｒｄが８０［%Rp］のときもその効果は維持されると推定できる。また、図４（ｂ）より、船殻効率が悪化しない範囲は、後端の仮想半径Ｒｄが３０〜５０［%Rp］のときである。したがって、後端の仮想半径Ｒｄは、プロペラ２０の半径Ｒｐの３０％以上８０％以下に設定する必要があり、３０％以上５０％以下に設定することが好ましい。
また、図５（ａ）は、ダクト本体の仮想中心の上下位置［%Rp］と抵抗の関係を示す図、図５（ｂ）は、ダクト本体の仮想中心の上下位置［%Rp］と船殻効率との関係を示す図である。後端の仮想半径Ｒｄはプロペラ２０の半径Ｒｐの５０％、間隙Ｌ３はプロペラ２０の直径Ｄｐの−６％とし、仮想中心Ｘｄをプロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも上方でプロペラ２０の半径Ｒｐの３４％、５０％、６０％、７４％としている。
図５より、ダクト本体４１の仮想中心Ｘｄの位置が所定範囲より上だと全体の抵抗変化が増加に転じ、所定範囲より下でも全体の抵抗変化が増加傾向であり船殻効率も悪化することが分かる。詳細には、図５（ａ）より、全体の抵抗変化（図中「＊」）は計算した全範囲（仮想中心Ｘｄ＝３４〜７４［%Rp］）で減少しており、その傾向から仮想中心Ｘｄが３０［%Rp］のとき、及び８０［%Rp］のときもその効果は維持されると推定できる。また、図５（ｂ）より、船殻効率が悪化しない範囲は、仮想中心Ｘｄが５０〜７４［%Rp］のときである。したがって、仮想中心Ｘｄの上下位置は、プロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも上方で、プロペラ２０の半径Ｒｐの３０％以上８０％以下ずれた位置に設定する必要があり、５０％以上７４％以下とすることが好ましい。
また、図６（ａ）は、フィンの後端とダクト本体の前端との水平方向の間隙［%Dp］と抵抗の関係を示す図、図６（ｂ）は、フィンの後端とダクト本体の前端との水平方向の間隙［%Dp］と船殻効率との関係を示す図である。後端の仮想半径Ｒｄはプロペラ２０の半径Ｒｐの５０％、仮想中心Ｘｄの上下位置はプロペラ２０の半径Ｒｐの５０％とし、間隙Ｌ３をプロペラ２０の直径Ｄｐの−１６％、−１０％、−６％、−１％、＋４％としている。
図６より、ダクト本体４１の位置が所定範囲より前だと抵抗が減らず船殻効率が低下することが分かる。詳細には、図６（ａ）より、全体の抵抗変化（図中「＊」）は計算した全範囲（間隙Ｌ３＝−１６〜＋４［%Dp］）で減少しており、その傾向から間隙Ｌ３が−２０［%Dp］のとき、及び＋１０［%Dp］のときもその効果は維持されると推定できる。また、図６（ｂ）より、船殻効率が悪化しない範囲は、間隙Ｌ３が−７〜＋４［%Dp］のときである。また、ダクト本体４１の位置が所定範囲より後ろだと全体の抵抗変化が減少傾向であり船殻効率は向上するが、プロペラ２０と接触する懸念やプロペラ２０からの変動力による強度上の懸念が生じる。したがって、水平方向の間隙Ｌ３は、プロペラ２０の直径Ｄｐの−２０％以上＋１０％以下に設定する必要があり、−７％以上＋４％以下に設定することが好ましい。

次に、本発明の他の実施形態による船尾ダクトとフィンを有した船尾形状及び船舶について説明する。なお、本実施形態は、船尾ダクトの内側に補強手段を備える点以外は上記した実施形態と同じであるため、同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

図７は本実施形態による船尾ダクトを示す図であり、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は底面図、図７（ｄ）は斜視図である。
図８は同船尾ダクトの他の例を示す図であり、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は底面図、図８（ｄ）は斜視図である。
図９は同船尾ダクトの更に他の例を示す図であり、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は側面図、図９（ｃ）は底面図、図９（ｄ）は斜視図である。
図１０は同船尾ダクトの更に他の例を示す概略平面図であり、図１０（ａ）は捻り無しの補強手段を示し、図１０（ｂ）は捻り有りの補強手段を示す。

図７に示すように、船尾ダクト４０は、ダクト本体４１の内側に板状の補強手段４２を有する。補強手段４２は、一端がダクト本体４１の一方の側部に接続され、他端がダクト本体４１の他方の側部に接続されている。また、補強手段４２は、ダクト本体４１の仮想中心Ｘｄ上に水平に配置されている。補強手段４２を設けることによって、ダクト本体４１を補強して強度を増すことができる。
なお、補強手段４２は、ダクト本体４１の仮想中心Ｘｄ上以外にも、流れを阻害しない範囲で任意の場所に設けることができる。また、複数個設けてもよい。

図８及び図９は、補強手段４２を、プロペラ２０に対して対向流を生じるように、又はフィン３０により導かれた流れの向きに沿うように、捻られた形状とした船尾ダクト４０を示す図である。
図８は、板状の補強手段４２を、前方側が後方側よりも高い前上がりの配置としたものである。また、図９は、板状の補強手段４２が、両端を互いに逆の方向に回したような形状を成すものである。このように「捻られた形状」とは、補強手段４２を傾斜して設けた場合と、補強手段４２が両端を互いに逆の方向に回したような形状を成す場合の両方を含む。補強手段４２を捻られた形状とした場合には、プロペラ２０の効率を高めることができる。

図１０は、補強手段４２を鉛直に設けた船尾ダクト４０を示す図である。板状の補強手段４２は、一端がダクト本体４１の上部に接続され、他端がダクト本体４１の下部に接続されている。図１０（ａ）は捻り無しの補強手段４２を示し、図１０（ｂ）は捻り有りの補強手段４２を示す。補強手段４２の後端は前端よりも左舷寄りに位置している。
なお、補強手段４２を鉛直に設ける場合は、補強手段４２が支持手段を兼ねることができる。すなわち、補強手段４２の下部を船尾管部１１に接続することで、ダクト本体４１を船体１０に支持することができる。
なお、補強手段４２の前端よりも左舷寄りに位置する後端は、左舷寄り以外にも流れの向きやプロペラ２０の回転方向によっては右舷側に位置させてもよい。

次に、本発明の更に他の実施形態による船尾ダクトとフィンを有した船尾形状及び船舶について説明する。なお、本実施形態は、船尾ダクトの形状を局所的に変形した点以外は上記した実施形態と同じであるため、同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。

図１１は本実施形態による船尾ダクトのダクト本体を示す側面図である。
図１１（ａ）は、ダクト本体４１の基本形状を示す。ダクト本体４１は、ダクト本体４１の後部の口径よりも前部の口径の方が大きく設定されている。ダクト本体４１の傾斜した前部は、上端が下端よりも前方に位置している。ダクト本体４１の後部は略鉛直である。図１１（ｂ）〜（ｄ）は、図１１（ａ）に示される基本形状を変更した例であり、点線が変更前の形状を示す。図１１（ｂ）は、ダクト本体４１の前部の下部を前方に張り出した形状である。形状変更部４３の前辺は略鉛直であり、下辺は前下がりに傾斜している。図１１（ｃ）は、ダクト本体４１の前部の下部を前方に張り出した形状である。形状変更部４３の前辺は湾曲しており、下辺は略水平である。図１１（ｄ）は、ダクト本体４１の前部の上部を前方に張り出した形状である。形状変更部４３の上辺は、ダクト本体４１の上辺の角度と同角度で前方に延伸されている。
図１１（ｂ）に示すように、ダクト本体４１の下端は、プロペラ２０の中心軸Ｘｐよりも下方に位置する場合もあり、船体１０への取り付けを考慮すると、船尾管部１１の下端までは、ダクト本体４１が位置する場合があり得る。

図１２は本実施形態による船尾ダクトのダクト本体の他の例を示す図である。
図１２（ａ）は、ダクト本体４１の基本形状を示す。ダクト本体４１は、ダクト本体４１の後部の口径よりも前部の口径の方が大きく設定されている。ダクト本体４１の前部及び後部は傾斜しており、前部は上端が下端よりも前方に位置し、後部は上端が下端よりも後方に位置している。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示される基本形状を変更した例であり、点線が変更前の形状を示す。図１２（ｂ）は、ダクト本体４１の前部の下部を前方に張り出し、後部の下部を後方に張り出した形状である。前方形状変更部４３Ａの前辺は略鉛直とし、下辺は略水平としている。また、後方形状変更部４３Ｂの後端は略鉛直とし、下辺はダクト本体４１の下辺の角度と同角度で後方に延伸している。
図１１又は図１２のようにダクト本体４１の形状を局所的に変更することで、ダクト本体４１の強度を増し、船尾管部１１への取り付けを容易にすることができる。

本発明は、ＥＥＤＩ（エネルギー効率設計指標）改善と燃費向上により、船舶の競争力強化に寄与する。また、船舶由来のＧＨＧ（温室効果ガス）排出削減に貢献する。

１０ 船体
１１ 船尾管部
２０ プロペラ
３０ フィン
３０ｂ 後端
４０ 船尾ダクト
４１ ダクト本体
４１ａ 上底
４１ｂ 下底
４２ 補強手段（兼支持手段）
５０ 舵
６０ 省エネ付加物
α 取り付け側面仰角
Ｒｐ プロペラの半径
Ｒｄ ダクト本体の仮想半径
Ｘｐ プロペラの中心軸
Ｘｄ ダクト本体の仮想中心
Ｌ３ 間隙

Claims (15)

1. 船体の船尾に設けられたプロペラと、前記船体の船尾部に設けられた前記プロペラに流れを導くフィンと、前記プロペラと前記フィンの間に設けられた船尾ダクトとを備え、前記船尾ダクトのダクト本体の後端の仮想半径が前記プロペラの半径の３０％以上８０％以下であって、前記仮想半径の仮想中心が前記プロペラの中心軸よりも上方に前記プロペラの前記半径の３０％以上８０％以下ずれており、前記フィンの後端と前記ダクト本体の前端との水平方向の間隙が前記プロペラの直径の−２０％以上＋１０％以下であることを特徴とする船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
2. 前記フィンは、平面視した形状がＶ状を成し、前記フィンの後端が前記中心軸よりも上方で前記プロペラの前記半径の６０％以上７０％以下の範囲の高さに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
3. 前記フィンの前記船体への取り付け側面仰角が６°以上１５°以下の上向角度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
4. 前記ダクト本体の下部が、前記プロペラの駆動軸が貫通する船尾管部に取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの１項に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
5. 前記ダクト本体が、前記ダクト本体を側方視した場合に、上底が下底よりも長い倒立した台形状を成していることを特徴とする請求項１から請求項４のうちの１項に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
6. 前記上底に対する下底の比が５％以上７０％以下の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
7. 前記ダクト本体の前記後端と前記プロペラの前縁との距離を、前記プロペラの前記直径の１．０％以上５０％以下の範囲に設定したことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
8. 前記ダクト本体の断面形状が内側に凸の翼型を成していることを特徴とする請求項１から請求項７のうちの１項に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
9. 前記ダクト本体の前後方向及び／又は周方向における各部の前記仮想半径が異なっていることを特徴とする請求項１から請求項８のうちの１項に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
10. 前記仮想半径を、前記ダクト本体の後部よりも前部の方を大きく設定したことを特徴とする請求項９に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
11. 前記ダクト本体を前記船尾に支持する支持手段、及び／又は前記ダクト本体を補強する補強手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちの１項に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
12. 前記支持手段が、前記プロペラに対して対向流を生じるように、又は前記フィンにより導かれた前記流れの向きに沿うように、捻られた形状を成していることを特徴とする請求項１１に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
13. 前記プロペラの後方に舵を備え、前記舵に前記船体の推進効率を向上する省エネ付加物を有したことを特徴とする請求項１から請求項１２のうちの１項に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
14. 前記省エネ付加物の前記舵への高さ方向における取り付け位置が、前記プロペラの前記中心軸から前記プロペラの前記半径の±１０％の位置であることを特徴とする請求項１３に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状。
15. 請求項１から請求項１４のうちの１項に記載の船尾ダクトとフィンを有した船尾形状を前記船体に備えたことを特徴とする船舶。