JP6239711B1

JP6239711B1 - 船舶のダクト装置

Info

Publication number: JP6239711B1
Application number: JP2016180213A
Authority: JP
Inventors: 大介新井; 悠秋山; 健太古池; 龍吉田; 翔太三鼓
Original assignee: SANOYAS SHIPBUILDING CORPORATION
Current assignee: SANOYAS SHIPBUILDING CORPORATION
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2036-09-15
Also published as: JP2018043654A

Abstract

【課題】キャビテーション発生リスクを抑えつつ、プロペラ推進効率を向上させることができる船舶のダクト装置を提供する。【解決手段】ダクト外殻１１の中心軸線１６をプロペラ５の回転軸線１５よりも下方位置に設け、ダクト外殻後端１１ｂの半径を所定値に設定することで、ダクト外殻後端１１ｂの形状をプロペラ回転面２０上に投影したときに、プロペラ回転面２０の頂部２０ａよりも低い位置にダクト外殻後端１１ｂが配され、かつプロペラ回転面２０の頂点２０ｂを基準にそのプロペラ回転面２０の円周に沿って左右に広がる方向に進むに従ってダクト外殻後端１１ｂとプロペラ回転面中心ＯＰとの距離ＬＡが次第に大きくなるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、プロペラの前方の船尾部に配置される船舶のダクト装置に関し、特に、翼断面形状のダクト外殻によって推力を発生させるようにした船舶のダクト装置に関するものである。

従来、船舶の推進効率を向上させる技術として、翼断面形状のダクト外殻を備えてなるダクト装置をプロペラの前方の船尾部に配置するという手法が一般的に知られている。

船尾部では、ビルジ渦を伴う複雑な流れとなっており、ダクト装置がその流れを軸方向に整流することにより、船体表面の剥離が抑制され、船体抵抗を軽減することができる。また、船尾部での流れは、船体に沿った流れとビルジ渦とで形成された斜流になっており、ダクト外殻の迎角および翼断面形状を適切に設定することにより、ダクト外殻によって推力を発生させることができる。また、ビルジ渦域の遅い流れをダクト装置でプロペラの回転面へ誘導することにより、より効果的に伴流利得を得ることができる。

ダクト外殻が円環状である場合、この円環状のダクト外殻に流れ込む水流によって、プロペラの回転軸線より上の部分ではダクト外殻が推力を発生するのに対し、プロペラの回転軸線よりも下の部分では抵抗となる。この推力と抵抗との割合を比べると、推力分が大きいため、円環状のダクト外殻でも省エネルギー効果はあったが、抵抗分が差し引かれる状態となっていた。そこで、円環状のダクト外殻の下半分を切り捨てたような半円環状のダクト外殻を採用したダクト装置が例えば特許文献１にて提案されている。

特許５１３２１４０号公報

図１２（ａ）に示されるように、特許文献１に係るダクト装置１００は、ダクト外殻１０１と、このダクト外殻１０１がプロペラ１０２の上半部分と相対するようにダクト外殻１０１をプロペラ１０２の前方に配置させた状態でダクト外殻１０１を船尾部１０３に固定する支持部材１０４（図１２（ｂ）参照）とを備えて構成されている。

ダクト外殻１０１は、プロペラ１０２の回転軸線１０５と平行な中心軸線１０６を有し前端１０１ａから後端１０１ｂに向かって進むに従いその中心軸線１０６からの距離が次第に小さくなるような外形の円錐台形状筒を水平面で切断したときの上部部分のような外観形状に形成されている。また、ダクト外殻１０１を径方向に切断したときの断面形状は、径方向内側に凸の翼状とされている。

ダクト装置１００において、ダクト外殻１０１の中心軸線１０６は、プロペラ１０２の回転軸線１０５よりも上方位置に設けられている。また、図１２（ｂ）に示されるように、ダクト外殻１０１の後端１０１ｂ（以下、「ダクト外殻後端１０１ｂ」と称する。）の形状をプロペラ１０２の回転面１０７（以下、「プロペラ回転面１０７」と称する。）上に投影したときに、プロペラ回転面１０７の頂部１０７ａよりも低い位置にダクト外殻後端１０１ｂが配されるように、ダクト外殻後端１０１ｂの半径が所定値に設定されている。
このダクト装置１００では、ダクト外殻後端１０１ｂの半径が所定値に設定されたダクト外殻１０１の中心Ｏ_Ｄをプロペラ回転面１０７の中心Ｏ_Ｐよりも上方位置に設けるようにしているため、プロペラ回転面１０７の頂点１０７ｂを基準にそのプロペラ回転面１０７の円周に沿って左右に広がる方向に進むに従ってダクト外殻後端１０１ｂとプロペラ回転面１０７の中心Ｏ_ｐとの距離Ｌ_Ｂが次第に小さくなることになる。

ところで、ダクト外殻後端１０１ｂにおいて、プロペラ回転面１０７に向かって流れる水の流速は、ダクト外殻１０１の内側よりも外側の方が相対的に速くなることが知られている。また、プロペラ推進効率を向上させるためには、プロペラ回転面１０７に向かって流れる水の平均流速が船速と比べてより遅い方が良いことが知られている。また、プロペラ回転面１０７の頂部１０７ａでは、プロペラ回転面１０７の下部と比べて水圧が低いので、キャビテーションが発生し易い環境にあり、プロペラ回転面１０７の頂部１０７ａの水流速は船速に近づけるようにできる限り速い方が、キャビテーション発生リスクが減少することが知られている。

図１２（ｂ）において二点鎖線で示されるダクト外殻後端１０１ｂ´のように、従来のダクト装置１００におけるダクト外殻後端１０１ｂの半径を大きくすれば、ダクト外殻後端１０１ｂ´における内側領域が拡大するので、プロペラ回転面１０７に向かって流れる水の平均流速が船速と比べてより遅い領域が拡大し、推進効率を高めることができるものと考えられる。しかしながら、この場合、プロペラの回転面１０７上に投影したダクト外殻後端１０１ｂ´の内側領域にプロペラ回転面１０７の頂部１０７ａが入ってしまうため、プロペラ回転面１０７上に投影したダクト外殻後端１０１ｂの外側領域にプロペラ回転面１０７の頂部１０７ａがあるときと比べて、プロペラ回転面１０７の頂部１０７ａの水流速が遅くなり、キャビテーション発生リスクが増大するという問題点がある。キャビテーション発生リスクを抑えようとすれば、ダクト外殻後端１０１ｂの半径をあまり大きくすることができず、従来のダクト装置１００では、思うように推進効率を高めることができないという問題点がある。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、キャビテーション発生リスクを抑えつつ、プロペラ推進効率を向上させることができる船舶のダクト装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による船舶のダクト装置は、
船尾部の後方に配されるプロペラの前方に配され、ダクト外殻とそのダクト外殻を前記船尾部に固定する支持部材とよりなるダクト装置であって、
前記ダクト外殻が、前記プロペラの回転軸線と平行な中心軸線を有し前端から後端に向かって進むに従いその中心軸線からの距離が次第に小さくなるような外形の円錐台形状筒を水平面で切断したときの上部部分のような外観形状で径方向に切断したときの断面形状が径方向内側に凸の翼状に構成され、
前記支持部材が、前記ダクト外殻が前記プロペラの上半部分と相対するように前記ダクト外殻を前記プロペラの前方で、かつそのダクト外殻の下端が前記プロペラの回転面の中心を通る水平面上に位置するように配置させた状態で前記ダクト外殻を前記船尾部に固定するよう構成される船舶のダクト装置において、
前記ダクト外殻の前記中心軸線を前記プロペラの回転軸線よりも下方位置に設け、前記ダクト外殻の後端の半径を所定値に設定することで、前記ダクト外殻の後端の形状を前記プロペラの回転面上に投影したときに、前記プロペラの回転面の頂部よりも低い位置に前記ダクト外殻の後端が配され、かつ前記プロペラの回転面の頂点を基準にその回転面の円周に沿って左右に広がる方向に進むに従って前記ダクト外殻の後端と前記プロペラの回転面の中心との距離が次第に大きくなるようにしたことを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、前記船尾部の下側から前記プロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を前記船尾部と前記ダクト外殻との間に形成するのが好ましい（第２発明）。

本発明において、前記支持部材は、前記ダクト外殻と前記船尾部とを接続するように左右方向に延びる形状であり、当該支持部材を前記ダクト外殻の前部もしくは後部位置に配設することにより、当該支持部材の後方もしくは前方で前記ダクト外殻と前記船尾部との間に、前記船尾部の下側から前記プロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を形成するのが好ましい（第３発明）。

本発明において、前記支持部材は、前記ダクト外殻と前記船尾部とを接続するように左右方向に延びる形状であり、複数個の当該支持部材を前後方向に所定の隙間を設けて配設することにより、前後方向で互いに隣り合う当該支持部材の間に、前記船尾部の下側から前記プロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を形成するのが好ましい（第４発明）。

本発明において、前記支持部材は、前記ダクト外殻と前記船尾部とを接続するように上下方向に延びる形状であり、当該支持部材のみを前記ダクト外殻と前記船尾部との間に配設して前記船尾部の左右両側を開放することにより、前記船尾部の下側から前記プロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を前記船尾部と前記ダクト外殻との間の全域に形成するのが好ましい（第５発明）。

本発明の船舶のダクト装置においては、ダクト外殻の中心軸線をプロペラの回転軸線よりも下方位置に設け、ダクト外殻の後端の半径を所定値に設定することで、ダクト外殻の後端の形状をプロペラの回転面上に投影したときに、プロペラの回転面の頂部よりも低い位置にダクト外殻が配され、かつプロペラの回転面の頂点を基準にその回転面の円周に沿って左右に広がる方向に進むに従ってダクト外殻の後端とプロペラの回転面の中心との距離が次第に大きくなるようにされている。

本発明の船舶のダクト装置によれば、ダクト外殻の後端の形状をプロペラの回転面上に投影したときに、プロペラの回転面の頂部よりも低い位置にダクト外殻が配される。プロペラの回転面上に投影されたダクト外殻の内側を流れる水の流速と比べてダクト外殻の外側の流速は相対的に速いため、適切な高さにダクトを配置することによってプロペラ回転面の頂部の水流速を速くすることができて、キャビテーション発生リスクを抑えることができる。
また、本発明の船舶のダクト装置によれば、プロペラの回転面の頂点を基準にその回転面の円周に沿って左右に広がる方向に進むに従ってプロペラの回転面上に投影されたダクト外殻の後端とプロペラの回転面の中心との距離が次第に大きくなるようにされているので、プロペラの回転面の頂点を基準にその回転面の円周に沿って左右に広がる方向に進むに従ってプロペラの回転面上に投影されたダクト外殻の後端とプロペラの回転面の中心との距離が次第に小さくなるようにされている従来のダクト装置１００と比べて、プロペラの回転面上に投影されたダクト外殻の内側部分の領域を広げることができ、プロペラの回転面に向かって流れる水の平均流速が船速と比べてより遅い領域を従来のダクト装置１００と比べて広く確保することができて、従来のダクト装置１００よりもプロペラ推進効率を向上させることができる。

ところで、プロペラの回転面の上部における水流速の変動が大きい場合、キャビテーション発生リスクの増加が懸念される他、プロペラに作用する応力の変動が大きくなることから強度を確保するためにプロペラ設計において展開面積や翼厚を増加させる必要があり、プロペラ推進性能の悪化やコストアップを招いてしまうという問題点がある。

プロペラの回転面の上部において水流速の変動は、船尾部の下側からプロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水の流れが、ダクト外殻を船尾部に固定するために設けられる支持部材によって妨げられたり乱されたりすることが原因で大きくなり（水流速の変動に悪影響を与える）、プロペラが回転する際に、通過する水流速の変動が大きくなると考えられる。そこで、船尾部の下側からプロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を船尾部とダクト外殻との間に形成することにより（第２発明〜第５発明）、船尾部の下側からプロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水の流れが妨げられたり乱されたりすることが抑えられるので、プロペラの回転面の上部における水流速の変動を抑えることができ、プロペラ推進性能の悪化やコストアップを回避することができる。

本発明の一実施形態に係る船舶のダクト装置が装備された船舶の船尾周辺を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。同ダクト装置におけるダクト外殻後端の形状をプロペラ回転面上に投影した図である。同ダクト装置における支持部材の説明図である。同ダクト装置を用いたときのプロペラ回転面の水流速分布図である。従来型のダクト装置を用いたときのプロペラ回転面の水流速分布図である。プロペラ回転面の水流速変化を示すグラフで、本発明のダクト装置と従来型のダクト装置とを比較した結果を示すグラフである。プロペラ回転面の水流速に対する支持部材の影響に関するシミュレーションで用いられる三角型ダクト装置の説明図である。支持部材の前後方向長さがフルの場合におけるプロペラ面への水の流れ状態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。支持部材の前後方向長さが半分の場合におけるプロペラ面への水の流れ状態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。支持部材がなしの場合におけるプロペラ面への水の流れ状態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。プロペラ回転面角度１８０°〜３６０°の範囲におけるプロペラ半径７０％位置のプロペラ面への水の流入速度の変化を示すグラフで、（ａ）は支持部材の前後方向長さがフルの場合、（ｂ）は支持部材の前後方向長さが半分の場合、（ｃ）は支持部材がなしの場合である。従来の船舶のダクト装置の説明図である。

次に、本発明による船舶のダクト装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜船舶の概略説明＞
図１（ａ）に示されるように、本実施形態の船舶１は、例えば一軸船の船尾構造を有する肥大船型船舶であって、船体中央部から船幅が狭くなる船尾２に設けられる舵３と、舵３と対向する船尾部（船尾ボス部）４に支承され、後方から見て右まわりの回転方向で船尾部４の後方に配されるプロペラ５とを備えて構成されている。

＜ダクト装置の説明＞
プロペラ５の前方の船尾部４には、ダクト装置１０が配置されている。このダクト装置１０は、ダクト外殻１１と、このダクト外殻１１がプロペラ５の上半部分と相対するようにダクト外殻１１をプロペラ５の前方に配置させた状態でダクト外殻１１を船尾部４に固定するために船尾部４の左右両側に配される支持部材１２および船尾部４の上側に配される支持部材１３（図１（ｂ）参照）とを備えて構成されている。

＜ダクト外殻の説明＞
ダクト外殻１１は、プロペラ５の回転軸線１５と平行な中心軸線１６を有し前端１１ａから後端１１ｂに向かって進むに従いその中心軸線１６からの距離が次第に小さくなるような外形の円錐台形状筒を水平面で切断したときの上部部分のような外観形状に形成されている。このダクト外殻１１の中心軸線１６は、プロペラ５の回転軸線１５よりもΔｔだけ下方位置に設けられている。また、ダクト外殻１１を径方向に切断したときの断面形状は、図１（ｂ）に示されるように、周方向全域に亘って径方向内側に凸の翼状とされている。

図２には、ダクト外殻１１の後端１１ｂ（以下、「ダクト外殻後端１１ｂ」と称する。）の形状をプロペラ５の回転面２０（以下、「プロペラ回転面２０」と称する。）に投影した図が示されている。ここで、プロペラ５の回転軸線１５とプロペラ回転面２０との交点をＯ_Ｐ（以下、「プロペラ回転面中心Ｏ_Ｐ」と称する。）とするとともに、ダクト外殻１１の中心軸線１６とプロペラ回転面２０との交点をＯ_Ｄ（以下、「ダクト外殻中心Ｏ_Ｄ」と称する。）とする。また、プロペラ回転面中心Ｏ_Ｐを原点としてプロペラ５の頂点位置を０°または３６０°とする。また、プロペラの半径をＲとするとともに、ダクト外殻後端１１ｂの半径をｒ_Ｄとする。

ダクト外殻中心Ｏ_Ｄは、プロペラ回転面中心Ｏ_ＰよりもΔｔだけ下方位置に設けられている。プロペラ回転面角度０°（３６０°）位置において、プロペラ回転面２０上に投影したダクト外殻後端１１ｂとプロペラ回転面中心Ｏ_Ｐとの距離は、（ｒ_Ｄ−Δｔ）であり、本実施形態では、以下の式（１）を満足するようにされている。
０．３Ｒ≦（ｒ_Ｄ−Δｔ）≦０．７Ｒ・・・（１）

これにより、ダクト外殻後端１１ｂの形状をプロペラ回転面２０上に投影したときに、プロペラ回転面の頂部２０ａよりも低い位置にダクト外殻後端１１ｂが配される。また、プロペラ回転面２０の頂点２０ｂ（プロペラ回転面角度０°（３６０°）位置）を基準にそのプロペラ回転面２０の円周に沿って左右に広がる方向、すなわちプロペラ回転面角度３６０°から２７０°へと向かう方向およびプロペラ回転面角度０°から９０°へと向かう方向に進むに従ってダクト外殻後端１１ｂとプロペラ回転面中心Ｏ_Ｐとの距離Ｌ_Ａが（ｒ_Ｄ−Δｔ）から次第に大きくなる。

＜支持部材の説明＞
図１（ａ）および（ｂ）において示される船尾部４の左右両側に配される支持部材１２は、ダクト外殻１１と船尾部４とを接続するように左右方向に延びる四角形状の平板部材（断面翼状の板状部材も可であり、また水平面に対し適宜に角度を付すことも可）から構成されている。この支持部材１２は、その板面を上下方向に臨ませた状態でダクト外殻１１の前部位置に配設されている。これにより、図３（ａ）に示されるように、支持部材１２の後方でダクト外殻１１と船尾部４（図３（ａ）において図示省略）との間に、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部２１が形成されている。
一方、船尾部４の上側に配される支持部材１３は、ダクト外殻１１と船尾部４とを接続するように上下方向に延びる四角形状の平板部材（断面翼状の板状部材も可であり、また鉛直面に対し適宜に角度を付すことも可）から構成されている。この支持部材１３は、その板面を左右方向に臨ませた状態でダクト外殻１１の前部から後部に亘る位置に配設されている。

＜作用効果の説明＞
本実施形態のダクト装置１０によれば、図２に示されるように、ダクト外殻後端１１ｂの形状をプロペラ回転面２０上に投影したときに、プロペラ回転面２０の頂部２０ａよりも低い位置にダクト外殻後端１１ｂが配される。プロペラ回転面２０上に投影されたダクト外殻後端１１ｂの内側を流れる水の流速と比べて相対的に速いため、適切な高さにダクトを配置することによってプロペラ回転面の頂部の水流速を速くすることができて、キャビテーション発生リスクを抑えることができる。

また、本実施形態のダクト装置１０によれば、図２に示されるように、プロペラ回転面２０の頂点２０ｂを基準にそのプロペラ回転面２０の円周に沿って左右に広がる方向に進むに従ってプロペラ回転面２０上に投影されたダクト外殻後端１１ｂとプロペラ回転面中心Ｏ_Ｐとの距離Ｌ_Ａが次第に大きくなるようにされているので、図１２（ｂ）に示されるように、プロペラ回転面１０７の頂点１０７ｂを基準にそのプロペラ回転面１０７の円周に沿って左右に広がる方向に進むに従ってプロペラ回転面１０７上に投影されたダクト外殻後端１０１ｂとプロペラ回転面中心Ｏ_Ｐとの距離Ｌ_Ｂが次第に小さくなるようにされている従来のダクト装置１００と比べて、プロペラ回転面２０上に投影されたダクト外殻後端１１ｂの内側部分の領域を図２においてハッチングで示される部分だけ広げることができ、プロペラ回転面２０に向かって流れる水の平均流速が船速と比べてより遅い領域を従来のダクト装置１００と比べて広く確保することができて、従来のダクト装置１００よりもプロペラ推進効率を向上させることができる。

ところで、プロペラ回転面２０の上部２０ｃにおける水流速の変動が大きい場合、キャビテーション発生リスクの増加が懸念される他、プロペラ５に作用する応力の変動が大きくなることから強度を確保するためにプロペラ設計において展開面積や翼厚を増加させる必要があり、プロペラ推進性能の悪化やコストアップを招く恐れがある。

プロペラ回転面２０の上部２０ｃにおいて、水流速の変動は、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水の流れが支持部材１２によって妨げられたり乱されたりすることが原因で大きくなり（水流速の変動に悪影響を与える）、プロペラが回転する際に、通過する水流速の変動が大きくなると考えられる。

そこで、本実施形態のダクト装置１０においては、船尾部４の左右両側に配される支持部材１２をダクト外殻１１の前部位置に配設することにより、支持部材１１の後方でダクト外殻１１と船尾部４との間に、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部２１（図３（ａ）参照）が形成されている。これにより、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水の流れが妨げられたり乱されたりすることが抑えられるので、プロペラ回転面２０の上部２０ｃにおける水流速の変動を抑えることができ、プロペラ推進性能の悪化やコストアップを回避することができる。

以上、本発明の船舶のダクト装置について、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、上記実施形態においては、図３（ａ）に示されるように、船尾部４の左右両側に配される支持部材１２をダクト外殻１１の前部位置に配設することで開口部２１を形成するような態様例を示したが、これに限定されるものではなく、図３（ａ´）に示されるように、支持部材１２をダクト外殻１１の後部位置に配設することで開口部２１を形成するような態様例もあり得る。また、図３（ａ）および（ａ´）に示されるような態様例に代えて、図３（ｂ）〜（ｄ）に示されるような態様例を採用することも可能である。なお、図３（ｂ）〜（ｄ）においても説明の都合上、船尾部４は図示省略されている。

図３（ｂ）において、船尾部４の左右両側に配される支持部材２２は、ダクト外殻１１と船尾部４とを接続するように左右方向に延びる丸棒状部材で構成されている。そして、複数個の支持部材２２を前後方向に所定の隙間を設けて配設することにより、前後方向で互いに隣り合う支持部材２２の間に、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部２３が形成されている。

図３（ｃ）において、船尾部４の左右両側に配される支持部材２４は、ダクト外殻１１と船尾部４とを接続するように左右方向に延びる短冊形状の平板部材から構成されている。そして、複数個の支持部材２４のそれぞれを後方に向かって上向きに傾斜させた状態でそれら支持部材２４を前後方向に所定の隙間を設けて配設することにより、前後方向で互いに隣り合う支持部材２４の間に、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部２５が形成されている。

図３（ｄ）においては、船尾部４の上側に配される支持部材１３のみよってダクト外殻１１を固定するようにし、船尾部４の左右両側を開放することにより、船尾部４の下側からプロペラの回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部２６が船尾部４とダクト外殻２１との間の全域に形成されている。

次に、本発明による船舶のダクト装置のより具体的な実施例について、図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）および（ｂ）に示されるダクト装置１０の模型を用いてプロペラ面流速分布のシミュレーションを実施したときの結果について説明する。図４には、本発明のダクト装置を用いたときのプロペラ回転面の水流速分布図が示され、図５には、従来型のダクト装置を用いたときのプロペラ回転面の水流速分布図が示されている。また、図６には、プロペラ回転面角度１８０°〜３６０°の範囲におけるプロペラ半径７０％位置のプロペラ回転面の水流速変化を示すグラフで、本発明のダクト装置と従来型のダクト装置とを比較した結果を示すグラフが示されている。

なお、プロペラ回転面角度０°〜１８０°の範囲におけるプロペラ回転面２０への流入速度の変化を示すグラフと、プロペラ回転面角度１８０°〜３６０°の範囲におけるプロペラ回転面２０への流入速度の変化を示すグラフとは、プロペラ回転面角度１８０°または３６０°における縦軸を基準に左右に対称に表れるため、図６では、説明の都合上、プロペラ回転面角度１８０°〜３６０°の範囲におけるプロペラ回転面２０への流入速度の変化を示すグラフのみ表している。また、図６のグラフでは、プロペラ回転面２０への流入速度に関し、船速を基準に相対的に遅い速度を正で表しているので、縦軸の数値が大きくなれば相対的にプロペラ回転面２０への流入速度が遅くなり、縦軸の数値が小さくなれば相対的にプロペラ回転面２０への流入速度が速くなる。縦軸の数値が１のとき流入速度は０ｍ／ｓとなり、縦軸の数値が０のときプロペラ回転面２０への流入速度が船速と等しくなる。

図４および図５のプロペラ回転面２０への流入速度分布図、並びに図６のグラフから明らかなように、プロペラ回転面２０の上部２０ｃ、特にプロペラ回転面角度２９０°〜３６０°（０°〜７０°）におけるプロペラ回転面２０への流入速度は、図４に示される本発明のダクト装置１０の方が図５に示される従来型のダクト装置５０と比べて速くなっている。また、図６のグラフから明らかなように、プロペラ回転面２０の上部２０ｃ、特にプロペラ回転面角度２９０°〜３６０°（０°〜７０°）におけるプロペラ回転面２０への流入速度の変動に関し、本発明のダクト装置１０の方の変動幅ΔＶ_Ａが０．２未満であるのに対し、従来型のダクト装置５０の方の変動幅ΔＶ_Ｂが約０．３程度であり、本発明のダクト装置１０の方が、変動幅が小さいことが分かる。

次に、船尾部４の左右両側に配される支持部材１２がプロペラ回転面２０への水流に与える影響についてシミュレーションを行った。このシミュレーションは、図７に示されるように、ダクト外殻後端１１ｂの外形に類似させた断面への字状の外観視山形状のダクト外殻３１を用いて、支持部材１２の前後方向の長さがダクト外殻３１の前後方向の長さと等しい場合、支持部材１２の前後方向の長さがダクト外殻３１の前後方向の長さの半分でダクト外殻３１の前部位置に配設した場合および支持部材１２を設けない場合の３つのケースについて行った。その結果が、図８〜図１１に示されている。

図８（ａ）および（ｂ）に示されるように、支持部材１２の前後方向の長さがダクト外殻３１の前後方向の長さと等しい場合、つまり船尾部４の左右両側の支持部材１２がダクト外殻３１の前部から後部の全域を塞ぐように配される場合には、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水の流れの一部が支持部材１２によって遮られている。
図９（ａ）および（ｂ）に示されるように、支持部材１２の前後方向の長さがダクト外殻３１の前後方向の長さの半分でダクト外殻３１の前部位置に配設した場合には、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水の流れの一部は支持部材１２によって遮られるが、一部の水流は支持部材１２によって遮られることなくプロペラ回転面２０へとスムーズに流れる。
図１０（ａ）および（ｂ）に示されるように、支持部材１２を設けない場合には、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水の流れの殆ど全てが遮られることなくプロペラ回転面２０へとスムーズに流れる。

図８〜図１０によって明らかなように、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を船尾部４とダクト外殻３１との間に設け、かかる開口部の開口面積を大きくすることでプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水の流れを改善することができる。
このようにして得られる水流改善効果により、図１１のグラフに示されるように、プロペラ回転面の２８０°〜３２０°（４０°〜８０°）の範囲において、プロペラ回転面２０に対する流入速度を速くすることができ、特に、プロペラ回転面の２８０°〜３００°（６０°〜８０°）の範囲においては、船尾部４の下側からプロペラ回転面２０に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部の開口面積が増えれば増えるほど、プロペラ回転面２０に対する流入速度を顕著に速くすることができて、プロペラ回転面２０の上部２０ｃにおける水流速の変動を抑えることができる。

本発明の船舶のダクト装置は、キャビテーション発生リスクを抑えつつ、プロペラ推進効率を向上させることができるという特性を有していることから、船舶の省エネルギー化の用途に好適に用いることができ、産業上の利用可能性が大である。

１船舶
４船尾部
５プロペラ
１０ダクト装置
１１ダクト外殻
１２，１３支持部材
１５プロペラの回転軸線
１６ダクト外殻の中心軸線
２１開口部

Claims

船尾部の後方に配されるプロペラの前方に配され、ダクト外殻とそのダクト外殻を前記船尾部に固定する支持部材とよりなるダクト装置であって、
前記ダクト外殻が、前記プロペラの回転軸線と平行な中心軸線を有し前端から後端に向かって進むに従いその中心軸線からの距離が次第に小さくなるような外形の円錐台形状筒を水平面で切断したときの上部部分のような外観形状で径方向に切断したときの断面形状が径方向内側に凸の翼状に構成され、
前記支持部材が、前記ダクト外殻が前記プロペラの上半部分と相対するように前記ダクト外殻を前記プロペラの前方で、かつそのダクト外殻の下端が前記プロペラの回転面の中心を通る水平面上に位置するように配置させた状態で前記ダクト外殻を前記船尾部に固定するよう構成される船舶のダクト装置において、
前記ダクト外殻の前記中心軸線を前記プロペラの回転軸線よりも下方位置に設け、前記ダクト外殻の後端の半径を所定値に設定することで、前記ダクト外殻の後端の形状を前記プロペラの回転面上に投影したときに、前記プロペラの回転面の頂部よりも低い位置に前記ダクト外殻の後端が配され、かつ前記プロペラの回転面の頂点を基準にその回転面の円周に沿って左右に広がる方向に進むに従って前記ダクト外殻の後端と前記プロペラの回転面の中心との距離が次第に大きくなるようにしたことを特徴とする船舶のダクト装置。
前記船尾部の下側から前記プロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を前記船尾部と前記ダクト外殻との間に形成することを特徴とする請求項１に記載の船舶のダクト装置。
前記支持部材は、前記ダクト外殻と前記船尾部とを接続するように左右方向に延びる形状であり、当該支持部材を前記ダクト外殻の前部もしくは後部位置に配設することにより、当該支持部材の後方もしくは前方で前記ダクト外殻と前記船尾部との間に、前記船尾部の下側から前記プロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を形成することを特徴とする請求項１に記載の船舶のダクト装置。
前記支持部材は、前記ダクト外殻と前記船尾部とを接続するように左右方向に延びる形状であり、複数個の当該支持部材を前後方向に所定の隙間を設けて配設することにより、前後方向で互いに隣り合う当該支持部材の間に、前記船尾部の下側から前記プロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を形成することを特徴とする請求項１に記載の船舶のダクト装置。
前記支持部材は、前記ダクト外殻と前記船尾部とを接続するように上下方向に延びる形状であり、当該支持部材のみを前記ダクト外殻と前記船尾部との間に配設して前記船尾部の左右両側を開放することにより、前記船尾部の下側から前記プロペラの回転面に向かって斜め上向きに流れる水が通過可能な開口部を前記船尾部と前記ダクト外殻との間の全域に形成することを特徴とする請求項１に記載の船舶のダクト装置。