JP5127166B2 - 船尾ダクト及びそれを取り付けた船舶 - Google Patents

Description

本発明は、船舶のプロペラ前方に取り付けられる船尾ダクト及びそれを取り付けた船舶に関するものである。

近年、環境問題の観点から、地球温暖化防止や大気汚染防止等が分野を問わず最重要課題となっている。船舶に関しても、エネルギー効率の向上や温室効果ガス（二酸化炭素）の排出抑制が強く求められている。船舶のエネルギー効率、つまり船舶の推進効率の向上を図るために、省エネ推進装置や省エネデバイスと呼ばれる装置を船体に取り付ける場合が増加している。この省エネデバイスとしては、船舶のプロペラ前方に取り付けられるリング状のノズルやダクトが従来から存在している。

このようなノズルやダクトは、プロペラ作動時における吸い込み作用によってダクト自身に発生する推力（スラスト）と、前方からの流体の流れを整流しプロペラ面にもたらす伴流利得とによって推進効率を向上させるものである。このような理由から、ノズルやダクトは、その断面形状を翼形または流線型にすることが一般的となっている。つまり、ノズルやダクトの断面形状を内側に曲面を有するような形状とすることで、より揚力が大きく、より整流作用の高いものとすることができた。

そのようなものとして、「船体の船尾部近傍両舷において、正面形状リング状で側面形状が略々逆三角形状のノズルを取り付けたことを特徴とする船舶」が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このノズル（ダクト）は、断面形状が翼形となっており、船舶の進行中にノズルに発生する揚力を利用して推力を得るようになっているものである。つまり、推力を分担することによってプロペラ荷重度を低減し、全体の推力向上を図っている。

また、「船体の船尾部とプロペラとの間に、側面視形状がほぼ逆三角形状のリング状ノズルを設け、かつこのノズル後端部の直径がプロペラ直径の５０〜８０％の大きさとなるようにするとともに、ノズル後端面とプロペラ外周先端部との水平距離がプロペラ直径の１０〜３０％となるようにしたことを特徴とする船舶」が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この船舶に設けられたノズル（ダクト）も、断面形状が翼形となっており、同様な効果によって推進効率の向上を図っている。

さらに、「船舶の船尾部とプロペラとの間に設けられるダクトにおいて、断面長さ（コード長さ）を、上半分ではほぼ一定とし、下半分では下方に向かって除々に小さく形成したことを特徴とする船舶の推進効率向上用ダクト」が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。この推進効率向上用ダクトは、ダクトの下端部で発生した抗力を減少させると共に、ダクトの上半分で推力の向上を図っている。

特開昭５４−１１５８９２号公報 実開平３−１７９９６号公報 特開２００２−２２００８９号公報

特許文献１〜特許文献３に記載されているノズル及びダクトは、その断面形状がいずれも内側に曲面をもつ翼型（流線型）であった。つまり、これらのノズル及びダクトは、船舶のエネルギー効率の観点のみを考慮すれば大きな貢献を果たすものであった。しかしながら、このような形状は、その曲面を製造するという工作上、製造に要する手間、費用及び時間が非常に多くかかってしまうという問題があった。つまり、生産効率の低いものであった。生産効率を高くするためには、ノズル及びダクトの断面形状を簡易な形状にするということが考えられる。

確かに、簡易な断面形状とすれば、生産効率を向上させることができる。しかしながら、単に簡易な断面形状に置き換えただけでは、ダクトによるエネルギー回収効果が小さいものとなってしまう。そうすると、ダクトでの抵抗が増加することになってしまい、かえって船舶の馬力増を誘発することになりかねない。したがって、推進効率と生産効率とのバランスに基づいてダクトの断面形状を決定するのが望ましい。つまり、推進効率においては船舶のエネルギー消費を、生産効率においては手間、時間及びコストをそれぞれ考慮して、最適なダクトの断面形状を決定することが望ましいのである。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、船舶の推進性能を従来からある翼型の船尾ダクトに近づける、または、それ以上にするとともに、生産効率を飛躍的に向上させた船尾ダクト及びそれを取り付けた船舶を提供するものである。

本発明に係るダクトは、船舶のプロペラ前方に取り付ける筒状の船尾ダクトであって、正面形状がリング状であって、前縁と後縁とを結ぶコードラインの長さを下方に向かって徐々に短くしたものであり、四角形状の断面形状を有する１または複数の平板で形成し、前記船尾ダクトの前縁側の端点の厚さ及び後縁側の端点の厚さを５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲で設定し、プロペラの直径をＤｐ、前記船尾ダクトにおける後縁側の直径をＤ１、前記船尾ダクトにおける前縁と後縁とを結ぶ最上部のコードラインの長さをＤ３、前記船尾ダクトにおける前縁と後縁とを結ぶ最下部のコードラインの長さをＤ４、前記Ｄ３及び前記Ｄ４が水平線となす角度をθ１とした場合において、０．４Ｄｐ＜Ｄ１＜Ｄｐ、０．４Ｄｐ＜Ｄ３＜Ｄｐ、０．０２Ｄｐ＜Ｄ４＜Ｄｐ及び５°＜θ１＜２０°の範囲でＤ１、Ｄ３、Ｄ４及びθ１を設定したことを特徴とする。
また、本発明に係る船尾ダクトは、船舶のプロペラ前方に取り付ける筒状の船尾ダクトであって、正面形状がリング状であって、前縁と後縁とを結ぶコードラインの長さを下方に向かって徐々に短くしたものであり、前記船尾ダクトの外側表面を形成する面を平面とし、内側表面を形成する面に凸部を設けた板で形成し、前記船尾ダクトの前縁側の端点の厚さ及び後縁側の端点の厚さを５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲で設定し、前記凸部の厚さをＣ３、前記船舶の前後方向における前記平面の長さをＣ５、前記船舶の前後方向における前縁側の端点の外側から前記Ｃ３の中心線に至るまでの長さをＣ４とした場合において、５０ｍｍ＜Ｃ３＜０．２０×Ｃ５であり、かつ、０．０５＜Ｃ４／Ｃ５＜０．５の範囲でＣ３、Ｃ４及びＣ５を設定することを特徴とする。

本発明に係るダクトは、船舶のプロペラ前方に取り付ける筒状の船尾ダクトであって、正面形状がリング状であって、前縁と後縁とを結ぶコードラインの長さを下方に向かって徐々に短くしたものであり、四角形状の断面形状を有する１または複数の平板で形成し、前記船尾ダクトの前縁側の端点の厚さ及び後縁側の端点の厚さを５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲で設定し、プロペラの直径をＤｐ、前記船尾ダクトにおける後縁側の直径をＤ１、前記船尾ダクトにおける前縁と後縁とを結ぶ最上部のコードラインの長さをＤ３、前記船尾ダクトにおける前縁と後縁とを結ぶ最下部のコードラインの長さをＤ４、前記Ｄ３及び前記Ｄ４が水平線となす角度をθ１とした場合において、０．４Ｄｐ＜Ｄ１＜Ｄｐ、０．４Ｄｐ＜Ｄ３＜Ｄｐ、０．０２Ｄｐ＜Ｄ４＜Ｄｐ及び５°＜θ１＜２０°の範囲でＤ１、Ｄ３、Ｄ４及びθ１を設定したので、船尾ダクトの製造に要する手間、時間及び費用を大きく低減できる。すなわち、船尾ダクトの断面形状を略矩形状の平板で形成することによって、船舶の推進効率を極力維持したまま、生産効率を飛躍的に向上させることができる。したがって、船舶の推進効率の向上と生産効率の向上との均衡を図ることができるのである。

本発明に係るダクトは、船舶のプロペラ前方に取り付ける筒状の船尾ダクトであって、正面形状がリング状であって、前縁と後縁とを結ぶコードラインの長さを下方に向かって徐々に短くしたものであり、前記船尾ダクトの外側表面を形成する面を平面とし、内側表面を形成する面に凸部を設けた板で形成し、前記船尾ダクトの前縁側の端点の厚さ及び後縁側の端点の厚さを５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲で設定し、前記凸部の厚さをＣ３、前記船舶の前後方向における前記平面の長さをＣ５、前記船舶の前後方向における前縁側の端点の外側から前記Ｃ３の中心線に至るまでの長さをＣ４とした場合において、５０ｍｍ＜Ｃ３＜０．２０×Ｃ５であり、かつ、０．０５＜Ｃ４／Ｃ５＜０．５の範囲でＣ３、Ｃ４及びＣ５を設定するので、船尾ダクトの製造に要する手間、時間及び費用を大きく低減できる。すなわち、内側表面を形成する面に凸部を設けた板で船尾ダクトを形成するために、従来から存在する翼型断面形状を有する船尾ダクトの形状に似せることができる。したがって、船舶の推進効率を従来の船尾ダクトに近づけるとともに、生産効率を飛躍的に向上させることができる。

また、本発明に係る船舶は、上述の船尾ダクトを取り付けたので、上述の船尾ダクトの有する効果を全部有することができる。したがって、船舶の推進効率の向上と生産効率の向上との均衡を図ることができるので、省エネルギーに適した船舶を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、４種類の船尾ダクト（ダクト形状の省エネデバイス）を船尾に取り付けた状態を示す概略図である。図１に基づいて、本発明の実施の形態に係る船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの作動原理を従来の船尾ダクト１００と比較しながら説明する。また、図１（ａ）は船尾ダクト１０ａを取り付けた状態を、図１（ｂ）は船尾ダクト１０ｂを取り付けた状態を、図１（ｃ）は船尾ダクト１０ｃを取り付けた状態を、図１（ｄ）は船尾ダクト１００を取り付けた状態をそれぞれ示している。

図１に示すように、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃ及び船尾ダクト１００は、船体１の船尾であって、プロペラ２の前方（船首側）に取り付けられるようになっている。このように、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃ及び船尾ダクト１００を取り付けることで、プロペラ２の吸い込み作用によって船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃ及び船尾ダクト１００自身に発生する揚力（矢印Ｃ）を船舶の推力（矢印Ｄ）として利用できるようになっている。

また、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃ及び船尾ダクト１００を取り付けることによって、船体１の前方からの流体の流れ（矢印Ａ）を整流してからプロペラ２に送り込むことになり（矢印Ｂ）、摩擦伴流の拡散を防止できるようになっている。つまり、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃ及び船尾ダクト１００は、プロペラ２の作動中における流体の吸い込み作用によって船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃ及び船尾ダクト１００自身に発生する揚力を利用して得た推力と、船体１の前方からの流体の流れを整流しプロペラ２面にもたらす伴流利得とによって船舶全体の推進効率を向上させるようになっている。

ただし、プロペラ２の作動時に有効に推力が発生するとともに整流効果を上げるためには、船尾ダクト自身に発生する揚力を大きくさせなければならない。また、船尾ダクト自身の有する抵抗を極力小さくするということも考慮しなければならない。そこで、このようなことを満たすべく、図１（ｄ）に示す従来の船尾ダクト１００は、その断面形状が翼型（流線型）となるように製造されていた。

本実施の形態に係る船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃも、推進効率を向上させるという目的は船尾ダクト１００と同様である。しかしながら、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃは、推進効率を向上させるという目的に加えて、製造に要する手間、時間及び費用の低減を図るということについても重要な目的としている。すなわち、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃは、船尾ダクト１００の有する推進性能を極力維持したまま、生産効率を飛躍的に向上させることを重要な目的としているのである。

この目的を実現するために、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃは、その断面形状を四角形状（たとえば、略矩形状や略台形状）やすべての辺を直線形状（たとえば、四角形状以外の多角形状）としている。そして、これらの船尾ダクト自身に発生する揚力を大きくさせるとともに、船尾ダクト自身の有する抵抗を極力小さくするために、断面の厚さと迎え角とを最適な値に調整している（図５で詳細に説明する）。こうすることによって、推進性能を極力維持したまま、生産効率を飛躍的に向上させることを可能にしているのである。

すなわち、断面の厚さを調整することによって船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃ自身の抵抗を可能な限り小さくし、迎え角を調整することによって船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃ自身に発生する揚力を最大にするようになっているのである。また、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの断面形状を四角形状（たとえば、略矩形状や略台形状）やすべての辺を直線形状とすることによって、生産効率を飛躍的に向上させるようになっている。

図２は、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの全体形状を示す斜視図である。また、図３は、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの全体の断面形状を示すプロファイル図である。図２及び図３に基づいて、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの形状について説明する。なお、図２及び図３では、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの前縁及び後縁の端点が曲面を有した形状で形成されている場合を例に説明する（端点の形状については、図７で詳細に説明する）。

船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃは、上述したように、船舶の推進効率の向上を図るために、船舶の船尾部であって、船舶のプロペラ２の前方（船首側）に取り付けられるようになっている。また、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃは、正面形状がリング状（筒状）であって、前縁と後縁とを結ぶコードラインの長さを下方に向かって徐々に短くしたものである。

船尾ダクト１０ａは、略矩形状の断面形状を有する平板で形成したことを特徴としている。この船尾ダクト１０ａは、１枚の平板を曲げて形成してもよく、鋳型を用いて形成してもよい。また、表面形状が略矩形状の１枚の平板をテーパ型の筒状に形成した後に、コードラインの長さを下方に向かって徐々に短くなるように裁断して形成してもよい。なお、船尾ダクト１０ａを略矩形状の断面形状を有する１枚の平板で形成することに限定するものではなく、略矩形状の断面形状を有する複数枚の平板を繋ぎ併せて形成してもよい。また、船尾ダクト１０ａは、テーパ型でなくても角錐型であってもよい。

船尾ダクト１０ｂは、略台形状の断面形状を有する平板で形成したことを特徴としている。ここでは、断面形状が略台形状になっている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。つまり、断面形状を構成する上辺と下辺とが平行にならないように形成すればよいのである。この船尾ダクト１０ｂは、１枚の平板を曲げて形成してもよく、鋳型を用いて形成してもよい。また、表面形状が略矩形状の１枚の平板をテーパ型の筒状に形成した後に、コードラインの長さを下方に向かって徐々に短くなるように裁断して形成してもよい。

なお、船尾ダクト１０ｂを略台形状の断面形状を有する１枚の平板で形成することに限定するものではなく、略台形状の断面形状を有する複数枚の平板を繋ぎ併せて形成してもよい。ここでは、船尾ダクト１０ａ及び船尾ダクト１０ｂの断面形状が略矩形状及び略台形状である場合を例に説明したが、これに限定するものではない。つまり、断面形状が四角形状を有していればよいのである。また、船尾ダクト１０ｂは、テーパ型でなくても角錐型であってもよい。

船尾ダクト１０ｃは、船尾ダクト１０ｃの外側表面を形成する面を平面とし、内側表面を形成する面に凸部１１を設けた板で形成したことを特徴としている。船尾ダクト１０ｃのように内側表面に凸部１３を設けたとしても、断面形状を構成するすべての辺を略直線形状で形成することができる。つまり、断面形状を翼型にすることなく、翼型に近い形状の断面形状にすることができるのである。ここでは、凸部１１を一つ設けた場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、２以上の凸部１１を設けて多角形状を形成してもよい。

この船尾ダクト１０ｃは、１枚の板を曲げて形成してもよく、鋳型を用いて形成してもよい。また、内側表面に凸部１３を設けた断面形状の一枚の板をテーパ型の筒状に形成した後に、コードラインの長さを下方に向かって徐々に短くなるように裁断して形成してもよい。なお、船尾ダクト１０ｃを内側表面に凸部１３を設けた断面形状を有する１枚の板で形成することに限定するものではなく、内側表面に凸部１３を設けた断面形状を有する複数枚の板を繋ぎ併せて形成してもよい。また、船尾ダクト１０ｃは、テーパ型でなくても角錐型であってもよい。

図４は、各船尾ダクトの断面形状を模式的に示す断面図である。図４（ａ）は船尾ダクト１０ａの断面形状（ケースＡ）を、図４（ｂ）は船尾ダクト１０ｂの断面形状（ケースＢ）を、図４（ｃ）は船尾ダクト１０ｃの断面形状（ケースＣ）を、図４（ｄ）は船尾ダクト１００の断面形状（従来ケース）をそれぞれ示している。図４に基づいて、各船尾ダクトの断面形状について説明する。また、ケースＡ〜ケースＣについては、それぞれの断面形状の好適な数値の範囲を併せて示している。

図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの断面形状は、図４（ｄ）に示す従来からある船尾ダクト１００の翼型（流線型）の断面形状ではないことを特徴としている。つまり、図２及び図３で説明したように、断面形状を構成する各辺が直線形状になっているのである。なお、ここで示す値は、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃを２０万トン級の鉱石運搬船に適用した場合を想定して、１／３３の模型船を用いて実験した結果とＣＦＤ計算（シミュレーション計算）の結果とから導き出されたものである。

ケースＡは、その前縁側の端点の厚さ（Ａ１）及び後縁側の端点の厚さ（Ａ１）を５０ｍｍから５００ｍｍまでの範囲（５０ｍｍ＜Ａ１＜５００ｍｍ）で形成した船尾ダクト１０ａを例に示している。つまり、前縁側から後縁側にかけての断面の厚さが同一であり、上辺と下辺とが平行となるように設計されているのである。このような形状で船尾ダクト１０ａを形成するので、生産効率が飛躍的に向上することとなる。なお、ここでは、船尾ダクト１０ａの前縁側及び後縁側の端点が曲面を有するように面取り（Ｒ処理）されている場合を例に示している（図６参照）。

ケースＢは、その前縁側の端点の厚さ（Ｂ１）及び後縁側の端点の厚さ（Ｂ２）を５０ｍｍから５００ｍｍまでの範囲（５０ｍｍ＜Ｂ１＜５００ｍｍ、５０ｍｍ＜Ｂ２＜５００ｍｍ）で形成するとともに、Ｂ１がＢ２よりも厚く（Ｂ１＞Ｂ２）なるように形成した船尾ダクト１０ｂを例に示している。つまり、断面形状の厚さが前縁側の端点（Ｂ１）から後縁側の端点（Ｂ２）に向かうに従って薄くなるように設計されているのである。このような形状で船尾ダクト１０ｂを形成するので、翼型で生産する場合に比較して生産効率が飛躍的に向上することとなる。なお、ここでは、船尾ダクト１０ｂの前縁側及び後縁側の端点が曲面を有するように面取り（Ｒ処理）されている場合を例に示している（図６参照）。

ケースＣは、その前縁側の端点の厚さ（Ｃ１）及び後縁側の端点の厚さ（Ｃ２）を５０ｍｍから５００ｍｍまでの範囲（５０ｍｍ＜Ｃ１＜５００ｍｍ、５０ｍｍ＜Ｃ２＜５００ｍｍ）で形成するとともに、前縁側と後縁側との間にＣ１及びＣ２よりも厚い部分Ｃ３（Ｃ１＜Ｃ３、Ｃ２＜Ｃ３）を設けて形成した船尾ダクト１０ｃを例に示している。つまり、前縁側と後縁側との間にＣ１及びＣ２よりも厚い部分Ｃ３設けて、従来の船尾ダクト１００の形状に似せているのである。

このＣ３は、前縁側の端点の外側から後縁側の端点の外側に至るまでの長さ（Ｃ５）の０．２０倍よりも薄く形成するような範囲（５０ｍｍ＜Ｃ３＜０．２０×Ｃ５）で設計されている。また、Ｃ３は、Ｃ１からＣ３の中心線に至るまでの長さ（Ｃ４）をＣ５で割った値が０．０５から０．５までの範囲（０．０５＜Ｃ４／Ｃ５＜０．５）で前縁側と後縁側との間に設けられるようになっている。すなわち、断面形状の厚さが前縁側の端点からＣ３に向かうに従って厚くなり、Ｃ３から後縁側の端点に向かうに従って薄くなるように設計されているのである。

このような形状で船尾ダクト１０ｃを形成するので、翼型の断面形状を有する船尾ダクト１００に近い形状を有したものとなる。しかしながら、翼型のように流線形状を形成することなく、直線で形成することが可能であるために、翼型で生産する場合に比較して生産効率が飛躍的に向上することとなる。なお、ここでは、船尾ダクト１０ｃの前縁側及び後縁側の端点が曲面を有するように面取り（Ｒ処理）されている場合を例に示している（図６参照）。

次に、馬力低減率について説明する。船舶の推進効率を向上させるためには、馬力低減率が高いことが望ましい。すなわち、同型の船舶であれば馬力低減率の高いものほど、船舶の推進効率が向上するのである。従来からある船尾ダクト１００は、馬力低減率の向上、つまり推進効率の向上を主要な観点として設計されていたので、断面形状が翼型（流線型）となるように製造されていた。したがって、馬力低減率を向上させるためには、船尾ダクト自体を複雑な構造にしなければならなかった。

しかしながら、船尾ダクトの構造が複雑になればなるほど、その船尾ダクトを製造するために要する手間、時間及び費用が非常に多くかかってしまうという問題があった。確かに、従来の船尾ダクト１００は、船舶のエネルギー効率の観点のみを考慮すれば大きな貢献を果たすものであったが（図６参照）、生産効率が著しく低いという新たな問題が生じてしまった。

図５は、船尾ダクトの外形寸法を説明するための断面図である。図５に基づいて、具体的な数値を設定した場合について説明する。図５において、Ｄｐはプロペラ２の直径を、Ｄ１は後縁側リングの直径を、Ｄ３は前縁と後縁とを結ぶ最上部におけるコードラインの長さを、Ｄ４は前縁と後縁とを結ぶ最下部のコードラインの長さを、θ１はＤ３及びＤ４が水平線となす角度をそれぞれ示している。なお、図５に示す各数値は、プロペラ２の直径を基準として相対的に決定されるようになっている。また、θ１は、迎え角を最適な値として設定するための角度である。さらに、図５に示す各数値は、図４で示した範囲内で決定されたものである。

これらの数値は以下のように決定するとよい。たとえば、Ｄ１はＤｐの０．４倍からＤｐまでの範囲（０．４Ｄｐ＜Ｄ１＜Ｄｐ）で、Ｄ３はＤｐの０．４倍からＤｐまでの範囲（０．４Ｄｐ＜Ｄ３＜Ｄｐ）で、Ｄ４はＤｐの０．０２倍からＤｐまでの範囲（０．０２Ｄｐ＜Ｄ４＜Ｄｐ）で、θ１は５°から２０°までの範囲（５°＜θ１＜２０°）でそれぞれ決定するとよい。すなわち、このような条件を満たす数値を当てはめて各ケースの馬力低減率を算出し比較検討することができる。

図６は、図５の条件を満たす具体的な数値を各ケースに当てはめて算出した馬力低減率を示す説明図である。なお、ここで示す具体的な数値は一例であり、ここで示す数値に限定するものではない。図４（ａ）に示したケースＡの船尾ダクト１０ａの寸法を、たとえばパターン１としてＡ１＝３００ｍｍ、Ｄ１＝４８００ｍｍ、Ｄ３＝４４６０ｍｍ、Ｄ４＝５８０ｍｍ及びθ１＝１２°として設定すると、馬力低減率が６．３％であることがわかった。パターン２としてＡ１＝２００ｍｍ、Ｄ１＝４８００ｍｍ、Ｄ３＝４４６０ｍｍ、Ｄ４＝５８０ｍｍ及びθ１＝１２°として設定すると、馬力低減率が４．１％であることがわかった。

また、図４（ｂ）に示したケースＢの船尾ダクト１０ｂの寸法を、たとえばＢ１＝３００ｍｍ、Ｂ２＝１００、Ｄ１＝４８００ｍｍ、Ｄ３＝４４６０ｍｍ、Ｄ４＝５８０ｍｍ及びθ１＝１０°として設定すると、馬力低減率が９．６％であることがわかった。さらに、図４（ｃ）に示したケースＣの船尾ダクト１０ｃの寸法を、たとえばＣ１＝１７３ｍｍ、Ｃ２＝０ｍｍ、Ｃ３＝６７０ｍｍ、Ｃ４＝１３３８ｍｍ、Ｃ５＝４４６０ｍｍ、Ｄ１＝４８００ｍｍ、Ｄ３＝４４６０ｍｍ、Ｄ４＝５８３ｍｍ及びθ１＝１０°として設定すると、馬力低減率が９．１％であることがわかった。

なお、従来の船尾ダクト１００の寸法を上述の例と同様の数値として設定すると、馬力低減率が８．３％であることがわかっている。つまり、馬力低減率のみを比較すると、船尾ダクト１００の方が船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃよりも高くなっている。しかしながら、従来の船尾ダクト１００は、その断面形状が翼型（流線型）となっており、製造に要する手間、時間及び費用を非常に多く要するということについては上述した通りである。

したがって、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃは、従来の船尾ダクト１００の馬力低減率に近づける、または、それ以上にするとともに、製造に要する手間、時間及び費用を低減することによって、コストパフォーマンスの高いものとなっている。また、馬力低減率に関しても、従来の船尾ダクト１００の有する馬力低減率を超える馬力低減率を実現できる数値が実験の結果わかってきている。今後の更なる改良と実験とから、従来の船尾ダクト１００とほぼ同等かそれ以上の性能を有するものを提供できる可能性が高い。

具体的には、従来の船尾ダクト１００を製造する場合に比較して、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃを製造する場合には約２０％のコストダウン効果があることがわかっている。つまり、馬力低減率を従来の船尾ダクト１００の有する馬力低減率に近づける、または、それ以上にすることができるとともに、製造に要するコストを大きく低減することができるのである。すなわち、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃによれば、船舶の推進性能を従来の船尾ダクト１００とほぼ同等かそれ以上にするとともに、生産効率を飛躍的に向上させることができるのである。

次に、この実施の形態に係る船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの馬力低減率の向上について説明する。船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃ及び従来の船尾ダクト１００は、船尾ダクトに発生する推力と、船尾ダクトの整流作用及び船尾ダクトの排除厚効果（断面形状の厚さ）で船尾ダクトの後流部に流れの遅い領域を発生させて得た伴流利得と、によって馬力低減効果（省エネ効果）を達成するようになっている。

船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃは、断面形状を翼型にすることなく簡易な形状で構成することによって生産効率を向上させるとともに、馬力低減率を従来の船尾ダクト１００に近づける、または、それ以上にすることを目的としている。この目的を達成するためには、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃに発生する推力と伴流利得とのバランスを、従来の船尾ダクト１００に発生する推力と伴流利得とのバランスから変更すればよいのである。

すなわち、従来の船尾ダクト１００と比較した場合の抵抗成分（より詳しくは形状影響係数）と、自航時の抵抗増加量（より詳しくは推力減少係数の低減率）とを極力同等になるように変更し、かつ、伴流係数を従来の船尾ダクト１００よりも大きくなるように変更することによって、従来の船尾ダクト１００と同等、あるいはそれ以上の馬力低減効果を得ることができるのである。

図７は、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの端点の断面形状を示す断面図である。図７に基づいて、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの端点の形状について説明する。図４（ａ）〜図４（ｃ）では、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの端点が曲面を有するようにＲ処理されている場合を例に示したが、図７では、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの端点が曲面を有するようにＲ処理してもよく、曲面を有しないように面取りしてもよいことを示している。

このように、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの断面形状の端点は、工作性に応じて決定するとよい。つまり、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの製造される条件に応じて、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの端点をＲ処理してもよく、Ｒ処理しなくてもよい。したがって、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃの製造工程に要する手間、時間及び費用に基づいて、それらの断面形状の端点の形状を決定すればよく、生産効率を更に向上させることができる。

図７（ａ）は、直線形状で形成されている断面における端点の中心線に向かって上辺及び下辺から面取りしている場合を例に示している。つまり、端点の中心線部分が突き出したような形状となっている。図７（ｂ）は、上辺よりも下辺の方を長くするように面取りしている場合を例に示している。つまり、端点の下辺部分が突き出したような形状となっている。図７（ｃ）は、上辺よりも下辺の方を短くするように面取りしている場合を例に示している。つまり、端点の上辺部分が突き出したような形状となっている。

以上のように、本実施の形態に係る船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃは、その断面形状を直線形状とすることによって製造に要する手間、時間及び費用を低減し生産効率を向上させるとともに、その断面形状の厚さ及び迎え角を最適な値となるように調整することによってダクト自身の抵抗を低減し、ダクトに発生する揚力を大きくするようになっている。したがって、船尾ダクト１０ａ〜船尾ダクト１０ｃは、船舶の推進性能向上効果を維持したまま、生産効率の向上を図ることができるのである。

船尾ダクトを船尾に取り付けた状態を示す概略図である。 船尾ダクトの形状を示す斜視図である。 船尾ダクトの全体の断面形状を示すプロファイル図である。 船尾ダクトの断面形状を模式的に示す断面図である。 船尾ダクトの外形寸法を説明するための断面図である。 船尾ダクトの馬力低減率を説明するための説明図である。 船尾ダクトの端点の断面形状を示す断面図である。

符号の説明

１ 船体、２ プロペラ、１０ａ 船尾ダクト、１０ｂ 船尾ダクト、１０ｃ 船尾ダクト、１１ 凸部、１００ 船尾ダクト。

Claims (8)

1. 船舶のプロペラ前方に取り付ける筒状の船尾ダクトであって、
   正面形状がリング状であって、前縁と後縁とを結ぶコードラインの長さを下方に向かって徐々に短くしたものであり、
   四角形状の断面形状を有する１または複数の平板で形成し、
   前記船尾ダクトの前縁側の端点の厚さ及び後縁側の端点の厚さを５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲で設定し、
   プロペラの直径をＤｐ、
   前記船尾ダクトにおける後縁側の直径をＤ１、
   前記船尾ダクトにおける前縁と後縁とを結ぶ最上部のコードラインの長さをＤ３、
   前記船尾ダクトにおける前縁と後縁とを結ぶ最下部のコードラインの長さをＤ４、
   前記Ｄ３及び前記Ｄ４が水平線となす角度をθ１とした場合において、
   ０．４Ｄｐ＜Ｄ１＜Ｄｐ、０．４Ｄｐ＜Ｄ３＜Ｄｐ、０．０２Ｄｐ＜Ｄ４＜Ｄｐ及び５°＜θ１＜２０°の範囲でＤ１、Ｄ３、Ｄ４及びθ１を設定した
   ことを特徴とする船尾ダクト。
2. 前記平板の断面形状を略矩形状とした
   ことを特徴とする請求項１に記載の船尾ダクト。
3. 前記平板の断面形状を略台形状とした
   ことを特徴とする請求項１に記載の船尾ダクト。
4. 前記略台形状の平板における前縁側端点の厚さを後縁側端点の厚さよりも厚くした
   ことを特徴とする請求項３に記載の船尾ダクト。
5. 船舶のプロペラ前方に取り付ける筒状の船尾ダクトであって、
   正面形状がリング状であって、前縁と後縁とを結ぶコードラインの長さを下方に向かって徐々に短くしたものであり、
   前記船尾ダクトの外側表面を形成する面を平面とし、内側表面を形成する面に凸部を設けた板で形成し、
   前記船尾ダクトの前縁側の端点の厚さ及び後縁側の端点の厚さを５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲で設定し、
   前記凸部の厚さをＣ３、
   前記船舶の前後方向における前記平面の長さをＣ５、
   前記船舶の前後方向における前縁側の端点の外側から前記Ｃ３の中心線に至るまでの長さをＣ４とした場合において、
   ５０ｍｍ＜Ｃ３＜０．２０×Ｃ５であり、かつ、０．０５＜Ｃ４／Ｃ５＜０．５の範囲でＣ３、Ｃ４及びＣ５を設定する
   ことを特徴とする船尾ダクト。
6. 前記船尾ダクトの前縁側の端点及び後縁側の端点を面取りした
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の船尾ダクト。
7. 前記船尾ダクトの前縁側の端点及び後縁側の端点を、曲面を有するように面取りした
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の船尾ダクト。
8. 前記請求項１〜７のいずれかに記載の船尾ダクトを取り付けた
   ことを特徴とする船舶。

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