JP2018118699A - ダクト装置および船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】推進効率の向上を図ったダクト装置およびダクト装置を備える船舶を提供すること。【解決手段】ダクト装置１は、内側ダクト２と外側ダクト３とステーとを備え、内側ダクト２の前端部２１と外側ダクト３の前端部３１とで規定されるダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３の後端部３２とで規定されるダクト間流出口８の開口面積Ａｏを大きく形成した。【選択図】図３

Description

本発明は、ダクト装置およびダクト装置を備える船舶に関する。

一般に、プロペラの前方に配置され、プロペラに向けた水流を形成するダクト装置を備えた船舶が知られている。この種のダクト装置では、従来、プロペラのシャフトを支持するボス部の周囲に配置される内側ダクトと、この側ダクトの外側に配置される外側ダクトとを備えた、いわゆる二重ダクト構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

韓国公開特許第１０−２０１４−００１５９２９号公報

上記のような、いわゆる二重ダクト構造を有するダクト装置では、船尾のプロペラに流入する流れを利用して、内側ダクト及び外側ダクトがそれぞれ発生させる推進方向の推力を得たり、伴流の増加により伴流係数を高めることができる。特に、推力を発生させることにより、プロペラを動かす動力源の出力が抑制され、船舶の推進効率の向上を図ることができる。この種のダクト装置において、ダクト装置の改善により、更なる推進効率の向上が期待される。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、推進効率の向上を図ったダクト装置およびダクト装置を備える船舶を提供することを目的とする。

本発明に係るダクト装置は、船体の船尾に設けられたプロペラの前方においてプロペラのシャフトを支持するボス部の周囲の少なくとも一部に配置される内側ダクトと、内側ダクトの外側に配置される外側ダクトと、内側ダクト及び外側ダクトを船体に支持するステーと、を備え、内側ダクト及び外側ダクトの断面は、それぞれ翼型であり、内側ダクトの前端部と外側ダクトの前端部とで規定されるダクト間流入口の開口面積よりも、内側ダクトの後端部と外側ダクトの後端部とで規定されるダクト間流出口の開口面積を大きく形成したことを特徴とする。

この構成において、内側ダクトの翼型の翼弦線とシャフトの回転軸心と平行な線とがなす角度は、外側ダクトの翼型の翼弦線と回転軸心と平行な線とがなす角度よりも大きくしてもよい。

また、外側ダクトは、翼型の後縁がシャフトの回転軸心に対して径方向に湾曲してもよい。

また、内側ダクトの後端部と外側ダクトの後端部とは、シャフトの回転軸心に垂直な同一面上に位置する構成としてもよい。

また、シャフトの回転軸心からプロペラの先端までの径方向の距離をｒとした場合、回転軸心から内側ダクトの後端部までの径方向の距離は、０．３ｒ以上０．５ｒ以下であり、回転軸心から外側ダクトの後端部までの径方向の距離は、０．５ｒ以上０．９ｒ以下であることが好ましい。この場合、内側ダクトの後端部と外側ダクトの後端部との径方向の距離は、０．２ｒ以上０．４ｒ以下であることが好ましい。

また、内側ダクトの前端部と外側ダクトの前端部とは、シャフトの回転軸心に垂直な同一面上に位置し、内側ダクトの翼型の翼弦長を外側ダクトの翼型の翼弦長よりも長く形成した構成としてもよい。

また、内側ダクトの翼型の翼弦長を外側ダクトの翼型の翼弦長よりも短く形成すると共に、内側ダクトの前端部と外側ダクトの前端部との距離よりも内側ダクトの後端部と外側ダクトの後端部との距離を長く形成してもよい。

また、本発明に係るダクト装置は、船体の船尾に設けられたプロペラの前方においてプロペラのシャフトを支持するボス部の周囲の少なくとも一部に配置される内側ダクトと、内側ダクトの外側に配置される外側ダクトと、内側ダクト及び外側ダクトを船体に支持するステーと、を備え、内側ダクト及び外側ダクトの断面は、それぞれ翼型であり、内側ダクトの後端部と外側ダクトの後端部とは、シャフトの回転軸心に垂直な同一面上に位置することを特徴とする。

この構成において、シャフトの回転軸心からプロペラの先端までの径方向の距離をｒとした場合、回転軸心から内側ダクトの後端部までの径方向の距離は、０．３ｒ以上０．５ｒ以下であり、回転軸心から外側ダクトの後端部までの径方向の距離は、０．５ｒ以上０．９ｒ以下であることが好ましい。さらに、内側ダクトの後端部と外側ダクトの後端部との径方向の距離は、０．２ｒ以上０．４ｒ以下であることが好ましい。

また、ボス部と内側ダクトとの間、及び、内側ダクトと外側ダクトとの間の少なくとも一方に設けられ、船体を前進させる推進力を生じるプロペラの回転方向とは逆方向の水流を該プロペラに与えるリアクションフィンを備えてもよい。

また、内側ダクト及び外側ダクトは筒状体として形成され、内側ダクト及び外側ダクトの少なくとも一方は、筒状体の軸心をシャフトの回転軸心から偏心させてもよい。

また、内側ダクト及び外側ダクトは、少なくとも筒状体の一部として形成されてもよい。

本発明に係る船舶は、船体と、船体の船尾に配置されたプロペラと、船尾のプロペラの前方に配置された上記ダクト装置と、を備えてもよい。

本発明によれば、内側ダクトの前端部と外側ダクトの前端部とで規定されるダクト間流入口の開口面積よりも、内側ダクトの後端部と外側ダクトの後端部とで規定されるダクト間流出口の開口面積を大きく形成したことにより、ダクト間流出口での流出速度をダクト間流入口での流入速度よりも小さくすることができる。このため、伴流係数の向上を図り、推進効率の向上を実現できる。

図１は、第１実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す側面図である。 図２は、第１実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図である。 図３は、第１実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。 図４は、第２実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。 図５は、第３実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。 図６は、第４実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。 図７は、第５実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。 図８は、第５実施形態の変形例に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。 図９は、第６実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図である。 図１０は、第７実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図である。 図１１は、第７実施形態の変形例に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図である。 図１２は、第８実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図である。 図１３は、第８実施形態の変形例に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す側面図である。図２は、第１実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図であって、図１のＡ−Ａ線矢視図に相当する。図３は、第１実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。

図１に示すように、船舶５０は、船体１００の船尾１００Ｂに設けられたプロペラ１０１と、プロペラ１０１の前方に配置されたダクト装置１と、プロペラ１０１の後方に配置された舵１２０とを備えている。ダクト装置１は、船体１００の船尾１００Ｂに配置される。プロペラ１０１は、シャフト１０３を介して、船体１００に搭載された動力源（不図示）と接続される。動力源は、ディーゼルエンジンのようなエンジン及びモータの少なくとも一方を含む。船体１００は、シャフト１０３を回転可能に支持する船尾管（ボス部）１０４を備える。動力源は、シャフト１０３を介してプロペラ１０１を回転させる。プロペラ１０１は、シャフト１０３の末端に連結されるハブ１０１Ａと、このハブ１０１Ａの外周面に放射状に設けられる複数のブレード１０１Ｂとを備え、シャフト１０３の回転軸心ＡＸを中心に回転する。プロペラ１０１が回転することにより、船舶５０が航走する。

プロペラ１０１の回転により、船舶５０は、船首側に前進する。前進する船舶５０の進行方向に関して前方に船首が配置され、後方に船尾１００Ｂが配置される。以下の説明において、前進する船舶５０の進行方向に関して前方を単に前方と適宜称し、前進する船舶の進行方向に関して後方を単に後方と適宜称する。また、シャフト１０３の回転軸心ＡＸと平行な方向を適宜、軸方向と称し、回転軸心ＡＸに対する放射方向を適宜、径方向と称する。

ダクト装置１は、図１及び図２に示すように、プロペラ１０１の前方に配置される内側ダクト２及び外側ダクト３と、これら内側ダクト２及び外側ダクト３と船体１００の少なくとも一部とを接続するステー４とを備えている。内側ダクト２は、プロペラ１０１の前方において、プロペラ１０１の回転軸心ＡＸの周囲を囲むように配置され、外側ダクト３は、内側ダクト２の外側に該内側ダクト２の周囲を囲むように配置される。本実施形態では、内側ダクト２及び外側ダクト３は、それぞれ円筒形状に形成され、これらを組み合わせた、いわゆる二重ダクト形状を呈する。内側ダクト２及び外側ダクト３は、船尾管１０４の一部を囲んで配置され、ステー４は、内側ダクト２及び外側ダクト３と船尾管１０４とを連結する。

内側ダクト２は、前端部２１と、この前端部２１よりも後方に配置されてプロペラ１０１と対向する後端部２２とを備える。前端部２１は、流体（海水など）が流入する内側ダクト流入口５を規定し、後端部２２は、流体が流出する内側ダクト流出口６を規定する。内側ダクト２は、前端部２１から後端部２２に向けて、内径が漸次短くなるように傾斜する略円錐台の円筒形状を呈した筒状体として構成されており、内側ダクト流出口６は、内側ダクト流入口５よりも小さく形成されている。

また、外側ダクト３は、内側ダクト２の外側に、流路となる空間を介して配置される。外側ダクト３は、前端部３１と、この前端部３１よりも後方に配置されてプロペラ１０１と対向する後端部３２とを備える。前端部３１は、内側ダクト２の前端部２１とともに、上記した流路に流体が流入するダクト間流入口７を規定し、後端部３２は、内側ダクト２の後端部２２とともに流体が流出するダクト間流出口８を規定する。外側ダクト３は、内側ダクト２と同様に、前端部３１から後端部３２に向けて、内径が漸次短くなるように傾斜する略円錐台の円筒形状を呈した筒状体として構成されている。本構成では、ダクト間流出口８がダクト間流入口７よりも大きくなるように、内側ダクト２及び外側ダクト３の形状が規定されている。

本実施形態では、内側ダクト２及び外側ダクト３は、ステー４を介して、船尾管１０４に連結固定されている。ステー４は、図２に示すように、内端部４Ａが船尾管１０４の上面に固定され、この上面から鉛直上方に延びている。ステー４は、内側ダクト２を貫通し、該ステー４の内端部４Ａと外端部４Ｂとの間に形成された中間部４Ｃが内側ダクト２に連結されている。また、ステー４の外端部４Ｂは、外側ダクト３の内周面に連結されている。ステー４の断面は翼型を呈しており、内側ダクト２内及び外側ダクト３内の水（海水）の流れを阻害しないように形成されている。ステー４の断面形状は、翼型だけでなく、楕円型や半楕円型としてもよい。

内側ダクト２及び外側ダクト３は、少なくともこれら内側ダクト２（筒状体）の軸心ＳＸ１及び外側ダクト３（筒状体）の軸心ＳＸ２と、シャフト１０３の回転軸心ＡＸとが平行となるように配置されている。本実施形態では、内側ダクト２及び外側ダクト３は、プロペラ１０１のシャフト１０３と同心上、すなわち、内側ダクト２及び外側ダクト３の各軸心ＳＸ１，ＳＸ２とシャフト１０３の回転軸心ＡＸとが一致するように配置されている。

図３に示すように、内側ダクト２及び外側ダクト３の断面は、それぞれ翼型である。内側ダクト２及び外側ダクト３の翼型は、流体との相互作用によって効率良く揚力を得られる外形を有する。具体的には、内側ダクト２の翼型は、前端部２１の輪郭を形成する前縁２３から後端部２２の輪郭を形成する後縁２４に向かって徐々に細くなる形状である。本実施形態では、内側ダクト２の翼型の外面２６は、直線状、あるいは内面２５の凸度合いよりも小さい凸、あるいは凹な曲面状である。内側ダクト２の翼型の内面２５は、内側（船尾管１０４側）に凸な曲面状である。内側ダクト２の翼型形状において、前縁２３と後縁２４とを結ぶ直線が翼弦線２７を規定する。同様に、外側ダクト３の翼型は、前端部３１の輪郭を形成する前縁３３から後端部３２の輪郭を形成する後縁３４に向かって徐々に細くなる形状である。本実施形態では、外側ダクト３の翼型の外面３６は、直線状、あるいは内面３５の凸度合いよりも小さい凸、あるいは凹な曲面状である。外側ダクト３の翼型の内面３５は、内側（内側ダクト２側）に凸な曲面状である。また、外側ダクト３の翼型形状において、前縁３３と後縁３４とを結ぶ直線が翼弦線３７を規定する。

水上（海上）を船舶５０が前進すると、水（海水）の少なくとも一部は、上記した内側ダクト流入口５及びダクト間流入口７を通じて、内側ダクト２内及び外側ダクト３内に流入する。流入した水は、内側ダクト２及び外側ダクト３の各内面（内周面）２５，３５及び各外面（外周面）２６，３６に沿って流れる。内側ダクト２及び外側ダクト３は、それぞれ内面２５，３５の方が外面２６，３６よりも凸度合いが大きく形成されているため、内面２５，３５に沿って流れる流速が外面２６，３６に沿って流れる流速よりも大きくなり、ベルヌーイの定理により、各前端部２１，３１における内側ダクト２及び外側ダクト３の各内面（内周面）２５，３５側が負圧になり、揚力が発生する。この揚力の軸方向の成分によって、推力が発生する。本構成では、内側ダクト２及び外側ダクト３がそれぞれ推力を発生させるため、その分、プロペラ１０１を動かす動力源の出力が抑制され、推進効率（燃料の利用効率）を高めることができる。

ところで、内側ダクト２及び外側ダクト３を組み合わせた二重ダクト構造では、推進効率の更なる向上を図る構成が模索されている。発明者の鋭意研究によれば、ダクト間流出口８から流出される水（海水）の流速が、ダクト間流入口７に流出される水（海水）の流速よりも早い場合、プロペラ１０１に対する水の流れの迎角が相対的に小さくなり、同一回転数においてプロペラ推力（伴流係数）が減少する。伴流係数は、プロペラ１０１に流入する水の流速が船速に対してどれだけ遅くなっているかを示す値であり、伴流係数が大きいほど、船舶の推進効率が改善する。このため、ダクト間流出口８の水の流速がダクト間流入口７の水の流速よりも早い構成では、伴流係数が低減して船舶５０の推進効率が低減することが判明した。

この問題を解決するために、本実施形態では、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏをダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも大きく形成している。具体的には、図３に示すように、内側ダクト２の翼型の翼弦線２７とシャフト１０３の回転軸心ＡＸと平行な線とがなす角度θ１は、外側ダクト３の翼型の翼弦線３７と回転軸心ＡＸと平行な線とがなす角度θ２よりも大きく形成されている。この構成では、内側ダクト２の翼型の傾斜角度が外側ダクト３の翼型の傾斜角度よりも大きくなり、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏをダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも大きく形成することができる。

ダクト間流入口７での流入速度Ｖｉ、ダクト間流出口８での流出速度Ｖｏとすると、連続の式により、
Ａｉ×Ｖｉ＝Ａｏ×Ｖｏ （１）
が成立する。この数式（１）は、
Ｖｏ＝Ａｉ／Ａｏ×Ｖｉ （２）
となる。上述のように開口面積Ａｏは開口面積Ａｉよりも大きいため、流出速度Ｖｏを流入速度Ｖｉよりも小さくすることができる。

この構成によれば、ダクト間流出口８での流出速度Ｖｏをダクト間流入口７での流入速度Ｖｉよりも小さく（遅く）するディフューザ効果を奏することができる。このため、プロペラ１０１が駆動する際の抵抗を低減でき、その分、伴流係数の向上を図ることができる。従って、船舶５０の推進効率の向上を実現でき、所要馬力を低減することができる。

ここで、内側ダクト２の翼型の翼弦線２７とシャフト１０３の回転軸心ＡＸと平行な線とがなす角度θ１が大きくすることにより、内側ダクト２の内側ダクト流出口６の開口面積が相対的に小さくなり、内側ダクト流出口６での流出速度が増加する。しかし、内側ダクト流出口６から流出された水は、プロペラ１０１のハブ１０１Ａを含む中央部に供給されるため、プロペラ効率（伴流係数）への影響を抑制することができる。

また、本実施形態では、内側ダクト２の前端部２１と外側ダクト３の前端部３１とは、シャフト１０３の回転軸心ＡＸに垂直な所定の同一面Ｆ１上に位置し、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３の後端部３２とは、シャフト１０３の回転軸心ＡＸに垂直な所定の同一面Ｆ２上に位置する。この構成によれば、内側ダクト２及び外側ダクト３の翼弦長（コード長）が同等に形成されるため、内側ダクト２及び外側ダクト３にそれぞれ推力を発生させることができ、推進効率の向上を実現できる。

また、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３の後端部３２とが所定の同一面Ｆ２上に位置することにより、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３の後端部３２とを揃えて配置することができる。このため、各ダクトの後端部２２，３２とプロペラ１０１との距離をほぼ一定とすることができ、各ダクトの後端部２２，３２で規定されるダクト間流出口８から流出されてプロペラ１０１に流入する流れの均一化を図ることができ、伴流係数の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、シャフト１０３の回転軸心ＡＸからプロペラ１０１のブレード１０１Ｂの先端までの径方向の距離をｒとした場合、回転軸心ＡＸから内側ダクト２の後端部２２までの径方向の距離Ｌ１は、０．３ｒ以上０．５ｒ以下であり、回転軸心ＡＸから外側ダクト３の後端部３２までの径方向の距離Ｌ３は、０．５ｒ以上０．９ｒ以下とすることが好ましい。この場合、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３の後端部３２との径方向の距離Ｌ２（Ｌ３−Ｌ１）は、０．２ｒ以上０．４ｒ以下に設けられる。距離Ｌ２が、０．２ｒよりも小さい場合には、内側ダクト２と外側ダクト３とが接近し、これらダクト間の干渉を生じる。また、０．４ｒよりも大きい場合には、上記した各ダクトの内面２５，３５に沿って流れる流速と外面２６，３６に沿って流れる流速との流速差が得られにくくなり、内側ダクト２と外側ダクト３に発生する推力が低減することが想定されるためである。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。この第２実施形態に係るダクト装置１Ａは、図４に示すように、外側ダクト３Ａの形状が異なる。第１実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態に係るダクト装置１Ａにおいても、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏをダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも大きく形成している。具体的には、図４に示すように、外側ダクト３Ａの翼型の外面３６Ａは若干凹な曲面状に形成され、外側ダクト３Ａの翼型の後縁３４Ａは、シャフト１０３の回転軸心ＡＸに対して径方向に湾曲している。別の表現では、外側ダクト３Ａの翼型のキャンバ線３８Ａは、後縁３４Ａに向かって、内側ダクト２の翼弦線２７から徐々に離間するように湾曲している。これにより、ダクト装置１Ａでは、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏがダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも大きく形成されるため、ダクト間流出口８での流出速度Ｖｏをダクト間流入口７での流入速度Ｖｉよりも小さく（遅く）するディフューザ効果を奏することができる。このため、プロペラ１０１が駆動する際の抵抗を低減でき、その分、伴流係数の向上を図り、ひいては、推進効率の向上を実現できる。

また、本実施形態においても、内側ダクト２の前端部２１と外側ダクト３Ａの前端部３１Ａとは、シャフト１０３の回転軸心ＡＸに垂直な所定の同一面Ｆ１上に位置し、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３Ａの後端部３２Ａとは、シャフト１０３の回転軸心ＡＸに垂直な所定の同一面Ｆ２上に位置する。この構成によれば、内側ダクト２及び外側ダクト３Ａの翼弦長（コード長）が同等に形成されるため、内側ダクト２及び外側ダクト３Ａにそれぞれ推力を発生させることができ、推進効率の向上を実現できる。

また、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３Ａの後端部３２Ａとが所定の同一面Ｆ２上に位置することにより、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３Ａの後端部３２Ａとを揃えて配置することができる。このため、各ダクトの後端部２２，３２Ａとプロペラ１０１との距離をほぼ一定とすることができ、各ダクトの後端部２２，３２Ａで規定されるダクト間流出口８から流出されてプロペラ１０１に流入する流れの均一化を図ることができ、伴流係数の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、シャフト１０３の回転軸心ＡＸからプロペラ１０１のブレード１０１Ｂの先端までの径方向の距離をｒとした場合、回転軸心ＡＸから内側ダクト２の後端部２２までの径方向の距離Ｌ１は、０．３ｒ以上０．５ｒ以下であり、回転軸心ＡＸから外側ダクト３Ａの後端部３２Ａまでの径方向の距離Ｌ３は、０．５ｒ以上０．９ｒ以下とすることが好ましい。この場合、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３Ａの後端部３２Ａとの径方向の距離Ｌ２（Ｌ３−Ｌ１）は、０．２ｒ以上０．４ｒ以下に設けられる。この構成によれば、内側ダクト２と外側ダクト３Ａとの干渉を抑制するとともに、各ダクトの内面２５，３５Ａに沿って流れる流速と外面２６，３６Ａに沿って流れる流速との流速差を所定値以上に確保することができ、内側ダクト２と外側ダクト３Ａに発生する推力の低減を抑制できる。

＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。この第３実施形態に係るダクト装置１Ｂは、図５に示すように、内側ダクト２Ｂの形状が異なる。第１実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第３実施形態に係るダクト装置１Ｂにおいても、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏをダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも大きく形成している。具体的には、図５に示すように、内側ダクト２Ｂは翼型の翼弦長が外側ダクト３の翼型の翼弦長よりも長く形成されている。内側ダクト２Ｂの前端部２１Ｂと外側ダクト３の前端部３１とは、シャフト１０３の回転軸心ＡＸに垂直な所定の同一面Ｆ１上に位置することにより、内側ダクト２Ｂの後端部２２Ｂは、外側ダクト３の後端部３２よりも軸方向にプロペラ１０１に接近して突出する。また、内側ダクト２Ｂの翼型の翼弦線２７Ｂと、外側ダクト３の翼型の翼弦線３７とは、これら翼弦線２７Ｂ，３７と回転軸心ＡＸと平行な線とがなす角度θが同一に形成されている。すなわち、内側ダクト２Ｂと外側ダクト３とは、翼弦線２７Ｂ，３７が互いに略平行となるように配置されている。

上記した構成によれば、内側ダクト２Ｂの前端部２１Ｂと外側ダクト３の前端部３１との距離Ｌ４よりも、内側ダクト２Ｂの後端部２２Ｂと外側ダクト３の後端部３２との距離Ｌ５は長く（大きく）形成される。このため、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏは、ダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも大きく形成される。従って、ダクト間流出口８での流出速度Ｖｏをダクト間流入口７での流入速度Ｖｉよりも小さく（遅く）するディフューザ効果を奏することができるため、プロペラ１０１が駆動する際の抵抗を低減でき、その分、伴流係数の向上を図り、ひいては、推進効率の向上を実現できる。

また、本実施形態では、内側ダクト２Ｂの翼弦長（コード長）を外側ダクト３の翼弦長（コード長）よりも長く形成したため、内側ダクト２により大きな推力を発生させることができる。

＜第４実施形態＞
図６は、第４実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。この第４実施形態に係るダクト装置１Ｃは、図６に示すように、内側ダクト２Ｃの形状が異なる。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第４実施形態に係るダクト装置１Ｃにおいても、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏをダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも大きく形成している。具体的には、図６に示すように、内側ダクト２Ｃは翼型の翼弦長が外側ダクト３の翼型の翼弦長よりも短く形成されている。さらに、内側ダクト２Ｃの後端部２２Ｃは、外側ダクト３の後端部３２よりも軸方向にプロペラ１０１から離間した位置に設けられる。また、内側ダクト２Ｃの翼型の翼弦線２７Ｃと、外側ダクト３の翼型の翼弦線３７とは、これら翼弦線２７Ｃ，３７と回転軸心ＡＸと平行な線とがなす角度θが同一に形成されている。すなわち、内側ダクト２Ｃと外側ダクト３とは、翼弦線２７Ｃ，３７が互いに略平行となるように配置されている。

上記した構成によれば、内側ダクト２Ｃの前端部２１Ｃと外側ダクト３の前端部３１との距離Ｌ６よりも、内側ダクト２Ｃの後端部２２Ｃと外側ダクト３の後端部３２との距離Ｌ７は長く（大きく）形成される。このため、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏは、ダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも大きく形成される。従って、ダクト間流出口８での流出速度Ｖｏをダクト間流入口７での流入速度Ｖｉよりも小さく（遅く）するディフューザ効果を奏することができるため、プロペラ１０１が駆動する際の抵抗を低減でき、その分、伴流係数の向上を図り、ひいては、船舶５０の推進効率の向上を実現できる。

また、本実施形態では、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏをダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも大きい条件の下、外側ダクト３に対する内側ダクト２Ｃの軸方向位置を自在に変更することができ、ダクト装置１Ｃの配置構成の自由度を高めることができる。

＜第５実施形態＞
図７は、第５実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。この第５実施形態に係るダクト装置１Ｄに関し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、図７に示すように、内側ダクト２の前端部２１と外側ダクト３の前端部３１とは、シャフト１０３の回転軸心ＡＸに垂直な所定の同一面Ｆ１上に位置し、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３の後端部３２とは、シャフト１０３の回転軸心ＡＸに垂直な所定の同一面Ｆ２上に位置する。また、内側ダクト２の翼型の翼弦線２７と、外側ダクト３の翼型の翼弦線３７とは、これら翼弦線２７，３７と回転軸心ＡＸと平行な線とがなす角度θが同一に形成されている。すなわち、内側ダクト２と外側ダクト３とは、翼弦線２７，３７が互いに略平行となるように配置されている。

この構成によれば、内側ダクト２及び外側ダクト３の翼弦長（コード長）が同等に形成されるため、内側ダクト２及び外側ダクト３にそれぞれ推力を発生させることができ、推進効率の向上を実現できる。また、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３の後端部３２とが所定の同一面Ｆ２上に位置することにより、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３の後端部３２とを揃えて配置することができる。この構成では、ダクト間流出口８の開口面積Ａｏがダクト間流入口７の開口面積Ａｉよりも小さくなるものの、各ダクトの後端部２２，３２とプロペラ１０１との距離をほぼ一定とすることができる。このため、各ダクトの後端部２２，３２で規定されるダクト間流出口８から流出されてプロペラ１０１に流入する流れの均一化を図ることができ、伴流係数の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、シャフト１０３の回転軸心ＡＸからプロペラ１０１のブレード１０１Ｂの先端までの径方向の距離をｒとした場合、回転軸心ＡＸから内側ダクト２の後端部２２までの径方向の距離Ｌ１は、０．３ｒ以上０．５ｒ以下であり、回転軸心ＡＸから外側ダクト３の後端部３２までの径方向の距離Ｌ３は、０．５ｒ以上０．９ｒ以下とすることが好ましい。この場合、内側ダクト２の後端部２２と外側ダクト３の後端部３２との径方向の距離Ｌ２（Ｌ３−Ｌ１）は、０．２ｒ以上０．４ｒ以下に設けられる。この構成によれば、内側ダクト２と外側ダクト３との干渉を抑制するとともに、各ダクトの内面２５，３５に沿って流れる流速と外面２６，３６に沿って流れる流速との流速差を所定値以上に確保することができ、内側ダクト２と外側ダクト３に発生する推力の低減を抑制できる。

次に、第５実施形態の変形例について説明する。図８は、第５実施形態の変形例に係るダクト装置の一例を模式的に示す部分拡大図である。この変形例に係るダクト装置１Ｅに関し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。本変形例では、内側ダクト２Ｅ及び外側ダクト３Ｅは、それぞれ翼弦長（コード長）が軸心ＳＸ１，ＳＸ２を中心とした周方向の位置によって異なる点で第５実施形態のダクト装置１Ｄと構成を異にする。

本変形例では、図８に示すように、内側ダクト２Ｅの後端部２２Ｅと外側ダクト３Ｅの後端部３２Ｅとは、シャフト１０３の回転軸心ＡＸに垂直な所定の同一面Ｆ２上に位置する。また、内側ダクト２Ｅの翼型の翼弦線２７Ｅと、外側ダクト３Ｅの翼型の翼弦線３７Ｅとは、これら翼弦線２７Ｅ，３７Ｅと回転軸心ＡＸと平行な線とがなす角度θが同一に形成されている。すなわち、内側ダクト２Ｅと外側ダクト３Ｅとは、翼弦線２７Ｅ，３７Ｅが互いに略平行となるように配置されている。

本変形例によれば、内側ダクト２Ｅの後端部２２Ｅと外側ダクト３Ｅの後端部３２Ｅとが所定の同一面Ｆ２上に位置することにより、内側ダクト２Ｅの後端部２２Ｅと外側ダクト３Ｅの後端部３２Ｅとを揃えて配置することができる。このため、上記した第５実施形態と同様に、各ダクトの後端部２２Ｅ，３２Ｅとプロペラ１０１との距離をほぼ一定とすることができる。従って、各ダクトの後端部２２Ｅ，３２Ｅで規定されるダクト間流出口８から流出されてプロペラ１０１に流入する流れの均一化を図ることができ、伴流係数の向上を図ることができる。

一方、内側ダクト２Ｅ及び外側ダクト３Ｅは、それぞれ翼弦長（コード長）が周方向の位置によって異なる。具体的には、内側ダクト２Ｅは、船尾管１０４よりも上方に位置する上部の翼弦長よりも、船尾管１０４よりも下方に位置する下部の翼弦長の方が短く形成されている。また、内側ダクト２Ｅの翼弦長は、該内側ダクト２Ｅの上部から下部に向けて漸次短くなるように傾斜しており、内側ダクト２Ｅの前端部２１Ｅは、所定の同一面Ｆ３上に位置する。外側ダクト３Ｅも同様に、船尾管１０４よりも上方に位置する上部の翼弦長よりも、船尾管１０４よりも下方に位置する下部の翼弦長の方が短く形成されている。また、外側ダクト３Ｅの翼弦長は、該外側ダクト３Ｅの上部から下部に向けて漸次短くなるように傾斜しており、外側ダクト３Ｅの前端部３１Ｅは、内側ダクト２Ｅの前端部２１Ｅとともに、所定の同一面Ｆ３上に位置する。

海中における水の流れ（潮の流れ）は複雑であり、一般に、海面からの深さが深い方が、水の流れが速い傾向にあると知られている。この構成では、内側ダクト２Ｅ及び外側ダクト３Ｅにおける下部の翼弦長が上部の翼弦長よりも短いため、該内側ダクト２Ｅ及び外側ダクト３Ｅの下部でそれぞれ発生する推力が低減するものの、より流れの速い水が内側ダクト２Ｅ及び外側ダクト３Ｅに沿って流れる際の流れ抵抗を低減することができる。このため、伴流係数の向上を図り、船舶５０の推進効率の向上を実現できる。

また、本変形例においても、シャフト１０３の回転軸心ＡＸからプロペラ１０１のブレード１０１Ｂの先端までの径方向の距離をｒとした場合、回転軸心ＡＸから内側ダクト２Ｅの後端部２２Ｅまでの径方向の距離Ｌ１は、０．３ｒ以上０．５ｒ以下であり、回転軸心ＡＸから外側ダクト３Ｅの後端部３２Ｅまでの径方向の距離Ｌ３は、０．５ｒ以上０．９ｒ以下とすることが好ましい。この場合、内側ダクト２Ｅの後端部２２Ｅと外側ダクト３Ｅの後端部３２Ｅとの径方向の距離Ｌ２（Ｌ３−Ｌ１）は、０．２ｒ以上０．４ｒ以下に設けられる。この構成によれば、内側ダクト２Ｅと外側ダクト３Ｅとの干渉を抑制するとともに、各ダクトの内面２５Ｅ，３５Ｅに沿って流れる流速と外面２６Ｅ，３６Ｅに沿って流れる流速との流速差を所定値以上に確保することができ、内側ダクト２Ｅと外側ダクト３Ｅに発生する推力の低減を抑制できる。

＜第６実施形態＞
図９は、第６実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図である。この図９では、各ダクト２，３の前端部２１，３１側から描いており、簡略化のために後端部側を省略している。また、第１実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

ダクト装置１Ｆは、図９に示すように、内側ダクト２及び外側ダクト３を支持するステー（リアクションフィン）４０と、内側ダクト２と外側ダクト３との間に設けられるフィン（リアクションフィン）４１とを備える。ステー４０は、このステー４０の内端部４０Ａが船尾管１０４の外周面に固着され、該船尾管１０４の外周面から回転軸心ＡＸの径方向に延出している。ステー４０は、例えば、回転軸心ＡＸの径方向（放射方向）であって、水平に対して４５度の傾斜角度で左上方に延出している。このステー４０は、内側ダクト２を貫通し、該ステー４０の内端部４０Ａと外端部４０Ｂとの間に形成された中間部４０Ｃが内側ダクト２に連結されている。また、ステー４０の外端部４０Ｂは、外側ダクト３を貫通しての該外側ダクト３に連結されている。なお、図９では、ステー４０の外端部４０Ｂが外側ダクト３を貫通しているが、外側ダクト３の内面３５に連結してもよい。本実施形態では、内側ダクト２及び外側ダクト３の各軸心ＳＸ１，ＳＸ２とシャフト１０３の回転軸心ＡＸとが一致するように配置されている。

フィン４１は、回転軸心ＡＸの径方向に複数（５つ）延在し、内側ダクト２の外面２６と外側ダクト３の内面３５とを連結する。これらフィン４１は、例えば、回転軸心ＡＸの径方向（放射方向）であって左右に水平にそれぞれ延出する２つと、回転軸心ＡＸの径方向（放射方向）であって、水平に対して４５度の傾斜角度で左右下方に延出する２つと、回転軸心ＡＸの径方向（放射方向）であって、水平に対して４５度の傾斜角度で右上方に延出する１つの、計５つが設けられる。本実施形態では、上記したステー４０と５つのフィン４１は、船体１００を前進させる推進力を生じるプロペラ１０１の回転方向とは逆方向の流れをプロペラ１０１に与えるように、ひねりを付けて設けられている。本実施形態では、ステー４０が支持部材だけでなくリアクションフィンとしても機能するため、ダクト装置１Ｆの構成を簡素化できる。

ステー４０及びフィン４１は、プロペラ１０１が回転して船体１００が前進するとき、プロペラ１０１の回転方向と逆方向の流れをプロペラ１０１に送り込む。このため、プロペラ１０１の後方にてプロペラ１０１の回転方向と同じ方向で発生する回転流が減少される。この結果、回転流によるプロペラ１０１の推進効率の低下が抑えられ、プロペラ１０１の推進性能の向上を図ることができる。

＜第７実施形態＞
図１０は、第７実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図であり、図１１は、第７実施形態の変形例に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図である。この図１０，１１においても、各ダクト２Ｇ（２Ｈ），３（３Ｈ）の前端部２１Ｇ（２１Ｈ），３１（３１Ｈ）側から描いており、簡略化のために後端部側を省略している。また、第１実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

ダクト装置１Ｇは、図１０に示すように、内側ダクト２Ｇと外側ダクト３とを備える。外側ダクト３は、この外側ダクト３の軸心ＳＸ２と回転軸心ＡＸとが一致するように配置されている。一方、内側ダクト２Ｇは、この内側ダクト２Ｇの軸心ＳＸ１が回転軸心ＡＸに対して鉛直下方に位置するように偏心して配置されている。このように、内側ダクト２Ｇは、外側ダクト３に対して、鉛直下方に偏心配置されているため、内側ダクト２の前端部２１Ｇと外側ダクト３の前端部３１とで規定されるダクト間流入口７は上部側が下部側よりも広くなる。

上述したように、一般に、海面からの深さが深い方が、水の流れが速く、深さが浅い方が、水の流れが遅い傾向にある。本実施形態では、ダクト間流入口７の上部側の開口面積を下部側よりも広くしたため、流速の遅い水の流れを、より多くプロペラ１０１に供給することができる。従って、プロペラ１０１が駆動する際の抵抗を低減でき、その分、伴流係数の向上を図り、ひいては、船舶の推進効率の向上を実現できる。

変形例に係るダクト装置１Ｈは、図１１に示すように、内側ダクト２Ｈと外側ダクト３Ｈとを備え、これら内側ダクト２Ｈ及び外側ダクト３Ｈの軸心ＳＸ１，ＳＸ２がそれぞれ回転軸心ＡＸに対して鉛直上方に位置するように偏心して配置されている。この構成では、内側ダクト２Ｈ及び外側ダクト３Ｈが鉛直上方に偏心配置されているため、内側ダクト２の前端部２１Ｈが規定する内側ダクト流入口５は、回転軸心ＡＸの上部側が下部側よりも広くなる。このため、本変形例においても、流速の遅い水の流れを、より多くプロペラ１０１に供給することができるため、プロペラ１０１が駆動する際の抵抗を低減でき、その分、伴流係数の向上を図り、ひいては、船舶の推進効率の向上を実現できる。

＜第８実施形態＞
図１２は、第８実施形態に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図であり、図１３は、第８実施形態の変形例に係るダクト装置の一例を模式的に示す正面図である。この図１２，１３においても、各ダクト２（２Ｊ），３Ｉ（３Ｊ）の前端部２１（２１Ｊ），３１Ｉ（３１Ｊ）側から描いており、簡略化のために後端部側を省略している。また、第１実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

ダクト装置１Ｉは、図１２に示すように、内側ダクト２と外側ダクト３Ｉとを備える。内側ダクト２は、略円筒形状の筒状体として形成され、外側ダクト３Ｉは、半円筒状（筒状体の一部）に形成されて、内側ダクト２（船尾管１０４）の上方に配置されている。内側ダクト２と外側ダクト３Ｉの軸心ＳＸ１，ＳＸ２は回転軸心ＡＸと一致する。ここで、半円筒状（筒状体の一部）の軸心は、筒状体を構成した際の軸心とする。

上述したように、一般に、海面からの深さが深い方が、水の流れが速い傾向にあり、より流れの速い水がダクト装置１Ｉを流れると流れ抵抗が増大するおそれがある。本実施形態では、外側ダクト３Ｉを、半円筒状（筒状体の一部）に形成して内側ダクト２（船尾管１０４）の上方に配置しているため、内側ダクト２及び外側ダクト３Ｉに沿って流れる際の流れ抵抗を低減することができる。このため、伴流係数の向上を図り、推進効率の向上を実現できる。

また、変形例に係るダクト装置１Ｊは、図１３に示すように、内側ダクト２Ｊと外側ダクト３Ｊとを備え、これら内側ダクト２Ｊ及び外側ダクト３Ｊをともに半円筒状（筒状体の一部）に形成している。これら内側ダクト２Ｊ及び外側ダクト３Ｊは、船尾管１０４の上方に配置されており、内側ダクト２Ｊ及び外側ダクト３Ｊの軸心ＳＸ１，ＳＸ２は回転軸心ＡＸと一致する。本変形例においても、内側ダクト２Ｊ及び外側ダクト３Ｊに沿って流れる際の流れ抵抗を低減することができるため、伴流係数の向上を図り、推進効率の向上を実現できる。

本実施形態では、内側ダクト２Ｊ及び外側ダクト３Ｉ，３Ｊを半円筒状に形成したが、筒状体の一部として、船尾管１０４（回転軸心ＡＸ）の周囲の少なくとも上部に配置されているのであれば、形状を適宜変更してもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ ダクト装置
２、２Ｂ、２Ｃ、２Ｅ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｊ 内側ダクト
３、３Ａ、３Ｅ、３Ｈ、３Ｉ、３Ｊ 外側ダクト
４ ステー
４Ａ 内端部
４Ｂ 外端部
４Ｃ 中間部
７ ダクト間流入口
８ ダクト間流出口
２１、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｇ、２１Ｈ 前端部
２２、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｅ 後端部
２７、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｅ 翼弦線
３１、３１Ａ、３１Ｅ 前端部
３２、３２Ａ、３２Ｅ 後端部
３７、３７Ｅ 翼弦線
３８Ａ キャンバ線
４０ ステー（リアクションフィン）
４１ フィン（リアクションフィン）
５０ 船舶
１００ 船体
１００Ｂ 船尾
１０１ プロペラ
１０３ シャフト
１０４ 船尾管（ボス部）
ＡＸ 回転軸心
Ａｉ 開口面積
Ａｏ 開口面積
ＳＸ１ 軸心
ＳＸ２ 軸心
Ｖｉ 流入速度
Ｖｏ 流出速度
θ１ 角度
θ２ 角度

Claims (15)

1. 船体の船尾に設けられたプロペラの前方において前記プロペラのシャフトを支持するボス部の周囲の少なくとも一部に配置される内側ダクトと、
   前記内側ダクトの外側に配置される外側ダクトと、
   前記内側ダクト及び前記外側ダクトを前記船体に支持するステーと、を備え、
   前記内側ダクト及び前記外側ダクトの断面は、それぞれ翼型であり、
   前記内側ダクトの前端部と前記外側ダクトの前端部とで規定されるダクト間流入口の開口面積よりも、前記内側ダクトの後端部と前記外側ダクトの後端部とで規定されるダクト間流出口の開口面積を大きく形成したことを特徴とするダクト装置。
2. 前記内側ダクトの前記翼型の翼弦線と前記シャフトの回転軸心と平行な線とがなす角度は、前記外側ダクトの前記翼型の翼弦線と前記回転軸心と平行な線とがなす角度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のダクト装置。
3. 前記外側ダクトは、前記翼型の後縁が前記シャフトの回転軸心に対して径方向に湾曲していることを特徴とする請求項１または２に記載のダクト装置。
4. 前記内側ダクトの後端部と前記外側ダクトの後端部とは、前記シャフトの回転軸心に垂直な同一面上に位置することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のダクト装置。
5. 前記シャフトの回転軸心から前記プロペラの先端までの径方向の距離をｒとした場合、
   前記回転軸心から前記内側ダクトの後端部までの径方向の距離は、０．３ｒ以上０．５ｒ以下であり、
   前記回転軸心から前記外側ダクトの後端部までの径方向の距離は、０．５ｒ以上０．９ｒ以下であることを特徴とする請求項４に記載のダクト装置。
6. 前記内側ダクトの後端部と前記外側ダクトの後端部との径方向の距離は、０．２ｒ以上０．４ｒ以下であることを特徴とする請求項５に記載のダクト装置。
7. 前記内側ダクトの前端部と前記外側ダクトの前端部とは、前記シャフトの回転軸心に垂直な同一面上に位置し、前記内側ダクトの前記翼型の翼弦長を前記外側ダクトの前記翼型の翼弦長よりも長く形成したことを特徴とする請求項１に記載のダクト装置。
8. 前記内側ダクトの前記翼型の翼弦長を前記外側ダクトの前記翼型の翼弦長よりも短く形成すると共に、前記内側ダクトの前端部と前記外側ダクトの前端部との距離よりも前記内側ダクトの後端部と前記外側ダクトの後端部との距離を長く形成したことを特徴とする請求項１に記載のダクト装置。
9. 船体の船尾に設けられたプロペラの前方において前記プロペラのシャフトを支持するボス部の周囲の少なくとも一部に配置される内側ダクトと、
   前記内側ダクトの外側に配置される外側ダクトと、
   前記内側ダクト及び前記外側ダクトを前記船体に支持するステーと、を備え、
   前記内側ダクト及び前記外側ダクトの断面は、それぞれ翼型であり、
   前記内側ダクトの後端部と前記外側ダクトの後端部とは、前記シャフトの回転軸心に垂直な同一面上に位置することを特徴とするダクト装置。
10. 前記シャフトの回転軸心から前記プロペラの先端までの径方向の距離をｒとした場合、
    前記回転軸心から前記内側ダクトの後端部までの径方向の距離は、０．３ｒ以上０．５ｒ以下であり、
    前記回転軸心から前記外側ダクトの後端部までの径方向の距離は、０．５ｒ以上０．９ｒ以下であることを特徴とする請求項９に記載のダクト装置。
11. 前記内側ダクトの後端部と前記外側ダクトの後端部との径方向の距離は、０．２ｒ以上０．４ｒ以下であることを特徴とする請求項１０に記載のダクト装置。
12. 前記ボス部と前記内側ダクトとの間、及び、前記内側ダクトと前記外側ダクトとの間の少なくとも一方に設けられ、前記船体を前進させる推進力を生じる前記プロペラの回転方向とは逆方向の水流を該プロペラに与えるリアクションフィンを備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のダクト装置。
13. 前記内側ダクト及び前記外側ダクトは筒状体として形成され、
    前記内側ダクト及び前記外側ダクトの少なくとも一方を、前記筒状体の軸心を前記シャフトの回転軸心から偏心させたことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のダクト装置。
14. 前記内側ダクト及び前記外側ダクトは、少なくとも筒状体の一部として形成されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のダクト装置。
15. 船体と、
    前記船体の船尾に配置されたプロペラと、
    前記船尾のプロペラの前方に配置された請求項１から１４のいずれか一項に記載のダクト装置と、
    を備えることを特徴とする船舶。

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