JP6241905B2 - 船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶 - Google Patents
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Description
本発明は、プロペラにより推進する船体の船尾部に適用する船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶に関する。
船舶における省エネ装置の一つとして、船体の船尾部にダクト型省エネ付加物が取り付けられることがある。
例えば特許文献１には、環状ノズルの成形外面における境界層範囲に発生する流れの剥離防止を目的として、環状ノズルがスクリューの手前にスクリュー直径以下の水平方向間隔をおいて配置され、環状ノズルの手前の船舶外板に案内羽根が設けられた案内面装置が開示されている。
また、特許文献２には、推進効率の増大等を目的として、プロペラの前方にプロペラの直径までの水平距離をおいて配置された環状ノズルによって取り囲まれている横断面の重心を、プロペラ軸線の上方とした船尾の水流誘導面が開示されている。
また、特許文献３には、省エネルギー効果を得ることを目的として、横方向に長い半円筒状のダクト及びその下端に接続されるステーを有した船舶のダクト装置が開示されている。
また、特許文献４には、省エネルギー効果の向上とコストダウンを目的として、半円筒状のダクト及びその下端に接続される連結板を有した船舶のダクト装置が開示されている。
また、特許文献５には、船舶の推進性能の向上を目的として、ダクトの形状として略円筒又は横長を含む楕円筒状に形成した船舶の推進性能向上装置が開示されている。
また、特許文献６には、船体抵抗の減少を図るとともに船尾流場を均一することを目的として、ダクトに相当するリング状構造物の形状として円の一部を成す形状だけでなく、楕円や直線状又はそれらを組み合わせた形状を採用できる技術が示唆されている。
例えば特許文献１には、環状ノズルの成形外面における境界層範囲に発生する流れの剥離防止を目的として、環状ノズルがスクリューの手前にスクリュー直径以下の水平方向間隔をおいて配置され、環状ノズルの手前の船舶外板に案内羽根が設けられた案内面装置が開示されている。
また、特許文献２には、推進効率の増大等を目的として、プロペラの前方にプロペラの直径までの水平距離をおいて配置された環状ノズルによって取り囲まれている横断面の重心を、プロペラ軸線の上方とした船尾の水流誘導面が開示されている。
また、特許文献３には、省エネルギー効果を得ることを目的として、横方向に長い半円筒状のダクト及びその下端に接続されるステーを有した船舶のダクト装置が開示されている。
また、特許文献４には、省エネルギー効果の向上とコストダウンを目的として、半円筒状のダクト及びその下端に接続される連結板を有した船舶のダクト装置が開示されている。
また、特許文献５には、船舶の推進性能の向上を目的として、ダクトの形状として略円筒又は横長を含む楕円筒状に形成した船舶の推進性能向上装置が開示されている。
また、特許文献６には、船体抵抗の減少を図るとともに船尾流場を均一することを目的として、ダクトに相当するリング状構造物の形状として円の一部を成す形状だけでなく、楕円や直線状又はそれらを組み合わせた形状を採用できる技術が示唆されている。
特許文献１は、環状ノズルの手前に案内羽根を設ける必要があり、コストや手間が増大する。
特許文献２は、環状ノズルは分離面で分離する二つの半円環殻部から成るものであり、構造が複雑になる。
特許文献３及び特許文献４は、ダクト本体の後縁がプロペラの軸心を略中心とする半円を左右両側にずらした上部の中央に平行部を有した形状を開示するものではなく、また、平行部の左右水平方向の幅を数値的に規定しているものでもない。このため、船体推力方向成分をより大きくすることができない。
特許文献５は、ダクトの主要部をプロペラ軸位置よりも下方に設けるものであり、また、ダクト本体の後縁がプロペラの軸心を略中心とする半円を左右両側にずらした上部の中央に平行部を有した形状を開示するものではなく、平行部の左右水平方向の幅を数値的に規定しているものでもない。このため、プロペラ軸下方に剥離が発生しやすくなり、船長方向の推力が得られにくく、船体推力方向成分をより大きくすることができない。
特許文献６は、ダクト本体の後縁がプロペラの軸心を略中心とする半円を左右両側にずらした上部の中央に平行部を有した形状を示唆するものではなく、また、平行部の左右水平方向の幅を数値的に規定することを示唆しているものでもない。このため、船体推力方向成分をより大きくすることができない。
また、ダクト型省エネ付加物は、適用する船体形状により省エネ効果が著しく小さくなる場合があるが、特許文献１から特許文献６はいずれも適用する船体形状を考慮したものではない。すなわち、ダクトによる省エネ効果が小さい船体形状に対して、大幅な輸送効率の改善を図ることができない。
特許文献２は、環状ノズルは分離面で分離する二つの半円環殻部から成るものであり、構造が複雑になる。
特許文献３及び特許文献４は、ダクト本体の後縁がプロペラの軸心を略中心とする半円を左右両側にずらした上部の中央に平行部を有した形状を開示するものではなく、また、平行部の左右水平方向の幅を数値的に規定しているものでもない。このため、船体推力方向成分をより大きくすることができない。
特許文献５は、ダクトの主要部をプロペラ軸位置よりも下方に設けるものであり、また、ダクト本体の後縁がプロペラの軸心を略中心とする半円を左右両側にずらした上部の中央に平行部を有した形状を開示するものではなく、平行部の左右水平方向の幅を数値的に規定しているものでもない。このため、プロペラ軸下方に剥離が発生しやすくなり、船長方向の推力が得られにくく、船体推力方向成分をより大きくすることができない。
特許文献６は、ダクト本体の後縁がプロペラの軸心を略中心とする半円を左右両側にずらした上部の中央に平行部を有した形状を示唆するものではなく、また、平行部の左右水平方向の幅を数値的に規定することを示唆しているものでもない。このため、船体推力方向成分をより大きくすることができない。
また、ダクト型省エネ付加物は、適用する船体形状により省エネ効果が著しく小さくなる場合があるが、特許文献１から特許文献６はいずれも適用する船体形状を考慮したものではない。すなわち、ダクトによる省エネ効果が小さい船体形状に対して、大幅な輸送効率の改善を図ることができない。
そこで本発明は、Ｖ型船尾形状を有した船体のプロペラ前方にダクトを有した船体形状（船尾形状）により、船体形状とプロペラとの干渉の効果で最大の輸送効率を得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を有した船尾形状においては、船体の船尾部に設けられたプロペラと、プロペラの前方に取り付けられた船尾ダクトとを備え、船体がＶ型船尾形状を有し、船尾ダクトのダクト本体が半円筒状を成し、船体の後方から前方視した場合にダクト本体の後縁がプロペラの軸心を略中心とする半円を左右両側にずらした上部の中央に平行部を有した形状であり、かつ半円の内半径をプロペラの半径の４０％以上８０％以下の範囲に設定し、平行部の左右水平方向の幅をプロペラの直径の５％以上２５％以下に設定したことを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、ダクト本体を半円筒状とし、半円の内半径をプロペラの半径の４０％以上８０％以下の範囲に設定することで、従来の円環ダクトと比べて、プロペラ軸下方の剥離を低減し、船長方向の推力を得やすくなる。また、縦渦が形成されないＶ型船尾形状において、ダクト本体を上部中央に平行部を有した形状とし、平行部の幅をプロペラの直径との関係を考慮して適切に設定することにより、ダクトによる省エネ効果が小さかったＶ型船尾形状であっても大幅な輸送効率の改善を図ることができる。
請求項１に記載の本発明によれば、ダクト本体を半円筒状とし、半円の内半径をプロペラの半径の４０％以上８０％以下の範囲に設定することで、従来の円環ダクトと比べて、プロペラ軸下方の剥離を低減し、船長方向の推力を得やすくなる。また、縦渦が形成されないＶ型船尾形状において、ダクト本体を上部中央に平行部を有した形状とし、平行部の幅をプロペラの直径との関係を考慮して適切に設定することにより、ダクトによる省エネ効果が小さかったＶ型船尾形状であっても大幅な輸送効率の改善を図ることができる。
請求項２記載の本発明は、Ｖ型船尾形状は、船尾垂線から船長の１０％前方の位置における船体のプロペラの軸心を通る水平な線と船体の接線との成す接線角度が、船体の肥大度ごとに定義された区分角度以下となる形状であることを特徴とする。
請求項２記載の本発明によれば、肥大度に応じてＶ型船尾形状（Ｖ型船型）とＵ型船尾形状（Ｕ型船型）とを区別でき、船尾ダクトを適用する上で有効な船尾形状を的確に判別できる。
請求項２記載の本発明によれば、肥大度に応じてＶ型船尾形状（Ｖ型船型）とＵ型船尾形状（Ｕ型船型）とを区別でき、船尾ダクトを適用する上で有効な船尾形状を的確に判別できる。
請求項３記載の本発明は、区分角度が、Ｖ型船尾形状を有する船型を規定する表１に基づいて定められることを特徴とする。
請求項３記載の本発明によれば、より簡便に肥大度に応じてＶ型船型とＵ型船型とを区別できる。
なお、表１の数値は、より簡便に肥大度とＶ型船型とＵ型船型の関係を区別するためのものであり、実際は肥大度、区分角度とも各数値の間の値を取ることもできる。
請求項３記載の本発明によれば、より簡便に肥大度に応じてＶ型船型とＵ型船型とを区別できる。
なお、表１の数値は、より簡便に肥大度とＶ型船型とＵ型船型の関係を区別するためのものであり、実際は肥大度、区分角度とも各数値の間の値を取ることもできる。
請求項４記載の本発明は、ダクト本体の後縁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％未満に設定したことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、ダクト本体の後縁とプロペラの前縁との距離を近接させることによって、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２に記載の本発明によれば、ダクト本体の後縁とプロペラの前縁との距離を近接させることによって、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５記載の本発明は、ダクト本体のダクト本体下端を、プロペラの軸心よりも下方でプロペラの軸下端部よりも上方に設定したことを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、船体とダクト本体下端との隙間に生じる剥離を大幅に減少させ、大きな推進性能を得ることができる。また、舵に省エネ付加物を設けた場合は、省エネ付加物に対して良い影響を及ぼす。
請求項５に記載の本発明によれば、船体とダクト本体下端との隙間に生じる剥離を大幅に減少させ、大きな推進性能を得ることができる。また、舵に省エネ付加物を設けた場合は、省エネ付加物に対して良い影響を及ぼす。
請求項６記載の本発明は、ダクト本体の後縁の下部と船体との前後方向の水平距離を、後縁が船体の前方にある場合をプラスとして、プロペラの直径の−１５％以上５０％未満に設定したことを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、船体とダクト本体下端との隙間に生じる剥離を更に減少させて、より大きな推進性能を得ることができる。
請求項６に記載の本発明によれば、船体とダクト本体下端との隙間に生じる剥離を更に減少させて、より大きな推進性能を得ることができる。
請求項７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台形状を成していることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、船尾縦渦とダクト本体の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
請求項７に記載の本発明によれば、船尾縦渦とダクト本体の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
請求項８記載の本発明は、ダクト本体の断面が翼型を成し、翼型の翼コード長をダクト本体の上部よりも下部を短く設定したことを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、船尾縦渦と翼の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
請求項８に記載の本発明によれば、船尾縦渦と翼の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
請求項９記載の本発明は、ダクト本体の下部の翼コード長と上部の翼コード長との比を、１／２以上１未満に設定したことを特徴とすることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、より確実に、船尾縦渦と翼の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
請求項９に記載の本発明によれば、より確実に、船尾縦渦と翼の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
請求項１０記載の本発明は、半円の内半径を、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進力を高めることができる。
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進力を高めることができる。
請求項１１記載の本発明は、ダクト本体の下端に、ダクト本体を船尾部に支持するストラット部を有していることを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、ストラット部によってダクト本体を船尾部に取り付けることができるので、ダクト本体を設置しやすく、特にプロペラに対して適正な位置に配置しやすい。
請求項１１に記載の本発明によれば、ストラット部によってダクト本体を船尾部に取り付けることができるので、ダクト本体を設置しやすく、特にプロペラに対して適正な位置に配置しやすい。
請求項１２記載の本発明は、ストラット部がプロペラの回転方向とは逆の流れを誘起するように、左右のストラット部の角度を変えたことを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、プロペラ面にプロペラ回転方向とは逆の流れを誘起し、二重反転効果により推進性能を向上させることができる。
請求項１２に記載の本発明によれば、プロペラ面にプロペラ回転方向とは逆の流れを誘起し、二重反転効果により推進性能を向上させることができる。
請求項１３記載の本発明は、プロペラの後方に舵を備え、舵に船体を前方に推進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、省エネ付加物によって更に輸送効率を高めることができる。
請求項１３に記載の本発明によれば、省エネ付加物によって更に輸送効率を高めることができる。
請求項１４記載の本発明は、省エネ付加物の舵への縦方向における取付け位置が、プロペラのボス位置と略同一レベル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１２のうちの１項に記載の船尾ダクト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。
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を有した船尾形状によれば、ダクト本体を半円筒状とし、半円の内半径をプロペラの半径の４０％以上８０％以下の範囲に設定することで、従来の円環ダクトと比べて、プロペラ軸下方の剥離を低減し、船長方向の推力を得やすくなる。また、縦渦が形成されないＶ型船尾形状において、ダクト本体を上部中央に平行部を有した形状とし、平行部の幅をプロペラの直径との関係を考慮して適切に設定することにより、ダクトによる省エネ効果が小さかったＶ型船尾形状であっても大幅な輸送効率の改善を図ることができる。
また、Ｖ型船尾形状は、船尾垂線から船長の１０％前方の位置における船体のプロペラの軸心を通る水平な線と船体の接線との成す接線角度が、船体の肥大度ごとに定義された区分角度以下となる形状である場合には、肥大度に応じてＶ型船尾形状（Ｖ型船型）とＵ型船尾形状（Ｕ型船型）とを区別でき、船尾ダクトを適用する上で有効な船尾形状を的確に判別できる。
また、区分角度が、Ｖ型船尾形状を有する船型を規定する表１に基づいて定められる場合には、より簡便に肥大度に応じてＶ型船型とＵ型船型とを区別できる。
また、ダクト本体の後縁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％未満に設定した場合には、ダクト本体の後縁とプロペラの前縁との距離を近接させることによって、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、ダクト本体のダクト本体下端を、プロペラの軸心よりも下方でプロペラの軸下端部よりも上方に設定した場合には、船体とダクト本体下端との隙間に生じる剥離を大幅に減少させ、大きな推進性能を得ることができる。また、舵に省エネ付加物を設けた場合は、省エネ付加物に対して良い影響を及ぼす。
また、ダクト本体の後縁の下部と船体との前後方向の水平距離を、後縁が船体の前方にある場合をプラスとして、プロペラの直径の−１５％以上５０％未満に設定した場合には、船体とダクト本体下端との隙間に生じる剥離を更に減少させて、より大きな推進性能を得ることができる。
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台形状を成している場合には、船尾縦渦とダクト本体の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
また、ダクト本体の断面が翼型を成し、翼型の翼コード長をダクト本体の上部よりも下部を短く設定した場合には、船尾縦渦と翼の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
また、ダクト本体の下部の翼コード長と上部の翼コード長との比を、１／２以上１未満に設定した場合には、より確実に、船尾縦渦と翼の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
また、半円の内半径を、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進力を高めることができる。
また、ダクト本体の下端に、ダクト本体を船尾部に支持するストラット部を有している場合には、ストラット部によってダクト本体を船尾部に取り付けることができる。
また、ストラット部がプロペラの回転方向とは逆の流れを誘起するように、左右のストラット部の角度を変えた場合には、プロペラ面にプロペラ回転方向とは逆の流れを誘起し、二重反転効果により推進性能を向上させることができる。
また、プロペラの後方に舵を備え、舵に船体を前方に推進する省エネ付加物を有した場合には、省エネ付加物によって更に輸送効率を高めることができる。
また、省エネ付加物の舵への縦方向における取付け位置が、プロペラのボス位置と略同一レベルである場合には、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。
以下に、本発明の実施形態による船尾ダクト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を有した船尾形状及び船舶を示す概略構成図である。
本実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶は、船体１０の船尾部１５に設けられたプロペラ２０と、プロペラ２０の前方に取り付けられた船尾ダクト３０と、プロペラ２０の後方に取り付けられた舵４０とを備える。なお、「Ａ．Ｐ．」は船尾垂線を示し、「Ｆ．Ｐ．」は船首垂線を示し、「Ｌ．Ｐ．Ｐ．」は船長（垂線間長）を示している。なお、船体１０はＶ型船尾形状を有しているが、この点については後述する。また、Ｖ型船尾形状を有する船型がＶ型船型である。
本実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶は、船体１０の船尾部１５に設けられたプロペラ２０と、プロペラ２０の前方に取り付けられた船尾ダクト３０と、プロペラ２０の後方に取り付けられた舵４０とを備える。なお、「Ａ．Ｐ．」は船尾垂線を示し、「Ｆ．Ｐ．」は船首垂線を示し、「Ｌ．Ｐ．Ｐ．」は船長（垂線間長）を示している。なお、船体１０はＶ型船尾形状を有しているが、この点については後述する。また、Ｖ型船尾形状を有する船型がＶ型船型である。
図２は同船尾形状を後方から前方視した状態を示す図、図３は同船尾形状の一部断面側面図、図４は同船尾ダクトの側面図、図５は同船尾形状周辺の流れを示す図である。
船尾ダクト３０のダクト本体３１は、半円筒状である。ダクト本体３１の後縁３２は、船体１０の後方から前方視した場合に、プロペラ２０の軸心（プロペラ軸）２１を略中心とする半円を左右両側にずらして構成された外殻の上部の中央に平行部３３を有した形状である。図２において円α及び円βは、ダクト本体３１の後縁３２の半円の仮想内周を示している。円α及び円βは、プロペラ２０の軸心（プロペラ軸）２１を略中心とする円を左右両側にずらしたものであり、ダクト本体３１は、円α及び円βの一部を構成する半円に平行部３３を連ねて外殻を構成して形成される。なお、図２に示されるようにダクト本体３１の下端３６が、軸心（プロペラ軸）２１の下方にある点から明らかなように、数値的に「半円」とは、左右両側にさらに３０度程度ずつ長くした２４０度までを含むものとする。
平行部３３の左右水平方向の幅Ｗ（以下、単に「幅Ｗ」という）は、プロペラ２０の直径Ｄｐの５％以上２５％以下としている。
船尾ダクト３０のダクト本体３１は、半円筒状である。ダクト本体３１の後縁３２は、船体１０の後方から前方視した場合に、プロペラ２０の軸心（プロペラ軸）２１を略中心とする半円を左右両側にずらして構成された外殻の上部の中央に平行部３３を有した形状である。図２において円α及び円βは、ダクト本体３１の後縁３２の半円の仮想内周を示している。円α及び円βは、プロペラ２０の軸心（プロペラ軸）２１を略中心とする円を左右両側にずらしたものであり、ダクト本体３１は、円α及び円βの一部を構成する半円に平行部３３を連ねて外殻を構成して形成される。なお、図２に示されるようにダクト本体３１の下端３６が、軸心（プロペラ軸）２１の下方にある点から明らかなように、数値的に「半円」とは、左右両側にさらに３０度程度ずつ長くした２４０度までを含むものとする。
平行部３３の左右水平方向の幅Ｗ（以下、単に「幅Ｗ」という）は、プロペラ２０の直径Ｄｐの５％以上２５％以下としている。
図３及び図４に示すように、ダクト本体３１の断面は内側に凸の翼型を成している。翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用することで、推力減少率を高め、推進効率を上げることができる。
また、ダクト本体３１は、ダクト本体３１を側方視した場合に上底が下底よりも長い台形状を成している。ダクト本体３１の下部の翼型の翼コード長Ｌ2は、ダクト本体３１の上部の翼型の翼コード長Ｌ1よりも短く設定されている。すなわち、ダクト本体３１の前縁３４は、上部から下部にかけて徐々に前後方向の長さが短くなるテーパー状に形成されている。
ダクト本体３１の下部の翼コード長Ｌ2と上部の翼コード長Ｌ1との比は、１／２以上１未満に設定されている。
この構成により、船尾縦渦と翼の迎角とが相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得をより稼ぐことができる。
なお、ダクト本体３１を側方視した場合の台形状は、プロペラ２０側の後縁３２がプロペラ軸２１に対して垂直となる形状である。しかし、台形状としてはこの限りではなく、プロペラ２０側の後縁３２がプロペラ軸２１に対して垂直とならない形状も含まれる。
また、ダクト本体３１は、ダクト本体３１を側方視した場合に上底が下底よりも長い台形状を成している。ダクト本体３１の下部の翼型の翼コード長Ｌ2は、ダクト本体３１の上部の翼型の翼コード長Ｌ1よりも短く設定されている。すなわち、ダクト本体３１の前縁３４は、上部から下部にかけて徐々に前後方向の長さが短くなるテーパー状に形成されている。
ダクト本体３１の下部の翼コード長Ｌ2と上部の翼コード長Ｌ1との比は、１／２以上１未満に設定されている。
この構成により、船尾縦渦と翼の迎角とが相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得をより稼ぐことができる。
なお、ダクト本体３１を側方視した場合の台形状は、プロペラ２０側の後縁３２がプロペラ軸２１に対して垂直となる形状である。しかし、台形状としてはこの限りではなく、プロペラ２０側の後縁３２がプロペラ軸２１に対して垂直とならない形状も含まれる。
ダクト本体３１の半円の内半径は、ダクト本体３１の後部よりも前部の方が大きく設定されている。
この構成により、ダクト本体３１より下流での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３１の前部側でのスラスト成分を増加させて推進力を高めることができる。
また、図４に示すように、ダクト本体３１の後縁３２に近い部分（Ｌ４の範囲）は、やや開き気味に形成されており、内部の翼型を確保するとともに、ダクト本体３１より下流での流れの遅い部分を増やして有効伴流率をさらに小さくしている。
なお、やや開き気味に形成されているＬ４の範囲は、翼コード長Ｌ1の１０％以上２０％以下とすることが好ましい。
この構成により、ダクト本体３１より下流での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３１の前部側でのスラスト成分を増加させて推進力を高めることができる。
また、図４に示すように、ダクト本体３１の後縁３２に近い部分（Ｌ４の範囲）は、やや開き気味に形成されており、内部の翼型を確保するとともに、ダクト本体３１より下流での流れの遅い部分を増やして有効伴流率をさらに小さくしている。
なお、やや開き気味に形成されているＬ４の範囲は、翼コード長Ｌ1の１０％以上２０％以下とすることが好ましい。
船尾ダクト３０は、ダクト本体３１の下端に、ダクト本体３１を船尾部１５に支持するストラット部３５を有している。ストラット部３５は、左ストラット部３５Ａ及び右ストラット部３５Ｂから成る。ストラット部３５によってダクト本体３１を船尾部１５の船体１０（船尾管や船尾管外殻）に取り付けることができるので、ダクト本体３１を設置しやすく、特にプロペラ２０に対して適正な位置に配置しやすい。また、ダクト本体３１の下端３６や左ストラット部３５Ａ及び右ストラット部３５Ｂを、プロペラ２０の軸心（プロペラ軸）２１よりも下方でプロペラ２０の軸下端部２３よりも上方に設定することで、より確実に剥離を減少させ、また後述する省エネ付加物に対しても好ましい影響を及ぼす。
ストラット部３５はプロペラ２０の回転方向とは逆の流れを誘起するように、左ストラット部３５Ａの角度と右ストラット部３５Ｂの角度を変えている。すなわち、図３に示すように左ストラット部３５Ａは、ダクト本体３１を側方視した場合に右ストラット部３５Ｂよりも前上がりに傾斜している。
このように左ストラット部３５Ａの角度と右ストラット部３５Ｂの角度を、プロペラ２０の回転方向とは逆の流れを誘起するように異ならせることで、図５に示すように、プロペラ面にプロペラ回転方向とは逆の流れを誘起し、二重反転効果により推進性能を向上させることができる。
なお、左ストラット部３５Ａと右ストラット部３５Ｂの角度は、船体形状による推進性能を考慮して決定するため、船体形状によっては左ストラット部３５Ａと右ストラット部３５Ｂが同じ角度、又はキャンバーの向きとなることもありえる。
ストラット部３５はプロペラ２０の回転方向とは逆の流れを誘起するように、左ストラット部３５Ａの角度と右ストラット部３５Ｂの角度を変えている。すなわち、図３に示すように左ストラット部３５Ａは、ダクト本体３１を側方視した場合に右ストラット部３５Ｂよりも前上がりに傾斜している。
このように左ストラット部３５Ａの角度と右ストラット部３５Ｂの角度を、プロペラ２０の回転方向とは逆の流れを誘起するように異ならせることで、図５に示すように、プロペラ面にプロペラ回転方向とは逆の流れを誘起し、二重反転効果により推進性能を向上させることができる。
なお、左ストラット部３５Ａと右ストラット部３５Ｂの角度は、船体形状による推進性能を考慮して決定するため、船体形状によっては左ストラット部３５Ａと右ストラット部３５Ｂが同じ角度、又はキャンバーの向きとなることもありえる。
図３に示すように、ダクト本体３１の後縁３２とプロペラ２０の前縁との距離Ｌ3は、プロペラ２０の直径Ｄｐの１．０％以上５０％未満に設定している。
ダクト本体３１の後縁３２とプロペラ２０の前縁との距離Ｌ3を近づけることによって、船尾ダクト３０とプロペラ２０との干渉効果の増加により伴流利得が大きくなり、プロペラ効率が増加する。一方、距離Ｌ3を近づけすぎるとプロペラ２０との干渉で、ダクト本体３１の抵抗成分が卓越し推力減少係数が悪化する。そのため、推進効率全体を考えた場合、伴流利得の増加と推力減少係数の悪化のトレードオフ関係から、適切な距離Ｌ3を導くことができ、距離Ｌ3が最適位置にあれば、推進効率を更に向上させることができる。
この距離Ｌ3は、プロペラ２０の直径Ｄｐの１．０％以上２５％以下が好ましく、更には１０％以上２０％以下がより好ましい。また、距離Ｌ3を近づけすぎると、キャビテーションが発生し易くなる場合がある。このような場合、ダクト本体３１の半円の内半径を小さくすることによりキャビテーショ発生の問題を抑制することが可能となる。
ダクト本体３１の後縁３２とプロペラ２０の前縁との距離Ｌ3を近づけることによって、船尾ダクト３０とプロペラ２０との干渉効果の増加により伴流利得が大きくなり、プロペラ効率が増加する。一方、距離Ｌ3を近づけすぎるとプロペラ２０との干渉で、ダクト本体３１の抵抗成分が卓越し推力減少係数が悪化する。そのため、推進効率全体を考えた場合、伴流利得の増加と推力減少係数の悪化のトレードオフ関係から、適切な距離Ｌ3を導くことができ、距離Ｌ3が最適位置にあれば、推進効率を更に向上させることができる。
この距離Ｌ3は、プロペラ２０の直径Ｄｐの１．０％以上２５％以下が好ましく、更には１０％以上２０％以下がより好ましい。また、距離Ｌ3を近づけすぎると、キャビテーションが発生し易くなる場合がある。このような場合、ダクト本体３１の半円の内半径を小さくすることによりキャビテーショ発生の問題を抑制することが可能となる。
また、ダクト本体３１の後縁３２の半円の内半径は、プロペラ２０の半径の４０％以上８０％以下の範囲に設定している。
図６は同船尾形状を後方から前方視した状態においてプロペラ円と船尾ダクトを示す図であり、図７及び図８はＶ型船型及びＵ型船型における同船尾ダクトの直径による推力の比較図である。
図６において、半円１０１は、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの１０％であってダクト本体３１の後縁３２の半径ｒ1（直径ｄ1）がプロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の４０％の場合の船尾ダクト３０の形状を示し、半円１０２は、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの１０％であってダクト本体３１の後縁３２の半径ｒ２（直径ｄ２）がプロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の１００％の場合の船尾ダクト３０の形状を示している。円１０３はプロペラ円を示している。
図７（ａ）は、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの１０％である場合の船尾ダクト３０を、半径ｒ（直径ｄ）を変えてＶ型船型（肥大度０．８７、接線角度４０度）に適用した場合の船体推進方向成分の分布を示す。図７（ｂ）は、船尾ダクト３０の半径ｒ（直径ｄ）ごとの図７（ａ）の積分値であり、縦軸が実際の船長方向推力を示す。
図８（ａ）は、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの０％よりやや大きい場合の船尾ダクト３０の半径ｒ（直径ｄ）を変えたＵ型船型（肥大度０．８７、接線角度７５度）の船体推進方向成分の分布を示す。図８（ｂ）は、船尾ダクト３０の半径ｒ（直径ｄ）ごとの図８（ａ）の積分値であり、縦軸が実際の船長方向推力を示す。なお、Ｖ型船型とＵ型船型の詳細な定義については後述する。
図７（ａ）及び図８（ａ）において、ダクト本体３１の後縁３２の半径ｒ（直径ｄ）がプロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の４０％のときの推力を線１０４、６０％のときの推力を線１０５、８０％のときの推力を線１０６、１００％のときの推力を線１０７で示している。
図７（ｂ）及び図８（ｂ）から、ダクト本体３１の後縁３２の半径ｒ（直径ｄ）は、プロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の４０％以上８０％以下の範囲が好ましく、特にＶ型船型に限って言えば、プロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の４０％以上７０％以下の範囲がより好ましく、５０％以上６５％以下の範囲がさらに好ましいことが分かる。なお、例えば５０％以上６５％以下の場合、ダクト本体３１の後縁３２とプロペラ２０の前縁との距離Ｌ3のより好ましい範囲として、前述した１０％以上２０％以下を５％以上15％以下とすることができる。
図６は同船尾形状を後方から前方視した状態においてプロペラ円と船尾ダクトを示す図であり、図７及び図８はＶ型船型及びＵ型船型における同船尾ダクトの直径による推力の比較図である。
図６において、半円１０１は、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの１０％であってダクト本体３１の後縁３２の半径ｒ1（直径ｄ1）がプロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の４０％の場合の船尾ダクト３０の形状を示し、半円１０２は、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの１０％であってダクト本体３１の後縁３２の半径ｒ２（直径ｄ２）がプロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の１００％の場合の船尾ダクト３０の形状を示している。円１０３はプロペラ円を示している。
図７（ａ）は、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの１０％である場合の船尾ダクト３０を、半径ｒ（直径ｄ）を変えてＶ型船型（肥大度０．８７、接線角度４０度）に適用した場合の船体推進方向成分の分布を示す。図７（ｂ）は、船尾ダクト３０の半径ｒ（直径ｄ）ごとの図７（ａ）の積分値であり、縦軸が実際の船長方向推力を示す。
図８（ａ）は、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの０％よりやや大きい場合の船尾ダクト３０の半径ｒ（直径ｄ）を変えたＵ型船型（肥大度０．８７、接線角度７５度）の船体推進方向成分の分布を示す。図８（ｂ）は、船尾ダクト３０の半径ｒ（直径ｄ）ごとの図８（ａ）の積分値であり、縦軸が実際の船長方向推力を示す。なお、Ｖ型船型とＵ型船型の詳細な定義については後述する。
図７（ａ）及び図８（ａ）において、ダクト本体３１の後縁３２の半径ｒ（直径ｄ）がプロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の４０％のときの推力を線１０４、６０％のときの推力を線１０５、８０％のときの推力を線１０６、１００％のときの推力を線１０７で示している。
図７（ｂ）及び図８（ｂ）から、ダクト本体３１の後縁３２の半径ｒ（直径ｄ）は、プロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の４０％以上８０％以下の範囲が好ましく、特にＶ型船型に限って言えば、プロペラ２０の半径Ｒ（直径Ｄｐ）の４０％以上７０％以下の範囲がより好ましく、５０％以上６５％以下の範囲がさらに好ましいことが分かる。なお、例えば５０％以上６５％以下の場合、ダクト本体３１の後縁３２とプロペラ２０の前縁との距離Ｌ3のより好ましい範囲として、前述した１０％以上２０％以下を５％以上15％以下とすることができる。
図９（ａ）は船尾ダクト周辺を示す側面図、図９（ｂ）は従来の円環ダクトを適用した船尾形状周辺を示す斜視図、図９（ｃ）は本実施形態の船尾ダクトを適用した船尾形状周辺を示す斜視図である。
図９（ｂ）及び（ｃ）において、色が濃い部分は流れが無いか逆流して抵抗となる部分（剥離領域Ａ）を示している。図９（ａ）においては、従来の円環ダクト３００の下端を仮想的に細長い楕円で示すとともに剥離領域Ａを円で示している。
図９（ａ）及び（ｂ）より、従来の円環ダクト３００では、船体１０と円環ダクト３００の下端との隙間に剥離領域Ａが生じるため、剥離現象が発生し抵抗が著しく高くなっていることが分かる。
図９（ｂ）及び（ｃ）において、色が濃い部分は流れが無いか逆流して抵抗となる部分（剥離領域Ａ）を示している。図９（ａ）においては、従来の円環ダクト３００の下端を仮想的に細長い楕円で示すとともに剥離領域Ａを円で示している。
図９（ａ）及び（ｂ）より、従来の円環ダクト３００では、船体１０と円環ダクト３００の下端との隙間に剥離領域Ａが生じるため、剥離現象が発生し抵抗が著しく高くなっていることが分かる。
これに対し本実施形態の船尾ダクト３０は、ダクト本体３１を半円筒状とし、ダクト本体３１のダクト本体下端３６をプロペラ２０の軸心（プロペラ軸）２１よりも下方でプロペラ２０の軸下端部２３よりも上方に設定している。このため図９（ａ）及び（ｃ）に示すように、船体１０とダクト本体下端３６との隙間に生じる剥離を大幅に減少させ、大きな推進性能を得ることができる。
なお、軸下端部２３とは、プロペラ２０の取り付けられる船尾部１５の船体１０（船尾管や船尾管外殻）の軸下端部２３が略対向する船尾管後縁２４の下端部の位置を含むものとする。通常、プロペラ２０の軸下端部２３と船尾管後縁２４の下端部は、同一の高さに構成されることが多いが、船尾管後縁２４の下端部が軸下端部２３よりも若干下方になる場合もある。
なお、軸下端部２３とは、プロペラ２０の取り付けられる船尾部１５の船体１０（船尾管や船尾管外殻）の軸下端部２３が略対向する船尾管後縁２４の下端部の位置を含むものとする。通常、プロペラ２０の軸下端部２３と船尾管後縁２４の下端部は、同一の高さに構成されることが多いが、船尾管後縁２４の下端部が軸下端部２３よりも若干下方になる場合もある。
また、ダクト本体３１の後縁３２の下部と船体１０の船尾管後縁２４との前後方向の水平距離は、後縁３２が船尾管後縁２４の前方にある場合（側面視した場合に船体１０に船尾ダクト３０の後縁３２が重なる場合）をプラスとして、プロペラ２０の直径Ｄｐの−１５％以上５０％未満に設定されている。
基本的には、後縁３２の下部と船体１０の船尾管後縁２４との前後方向の水平距離を０％以上５０％未満に設定するが、本実施形態のようにダクト本体３１を側方視した場合に上底が下底よりも長い台形状とした場合には、ダクト本体３１の下部が短いため、ダクト本体３１の下部の一部が後にはみ出すか、又は船体１０から後方に離れて全く重ならない場合であっても剥離が生じる領域が小さいため、プロペラ２０の直径Ｄｐの−１５％に設定してもよい。
このように、ダクト本体３１の形状を半円筒状とし、船体プロファイルとの関係及びダクト本体と船体１０との水平距離を一体設計することで、水が流れにくく剥離が生じる領域をなくし、抵抗性能を大きく改善することができる。
基本的には、後縁３２の下部と船体１０の船尾管後縁２４との前後方向の水平距離を０％以上５０％未満に設定するが、本実施形態のようにダクト本体３１を側方視した場合に上底が下底よりも長い台形状とした場合には、ダクト本体３１の下部が短いため、ダクト本体３１の下部の一部が後にはみ出すか、又は船体１０から後方に離れて全く重ならない場合であっても剥離が生じる領域が小さいため、プロペラ２０の直径Ｄｐの−１５％に設定してもよい。
このように、ダクト本体３１の形状を半円筒状とし、船体プロファイルとの関係及びダクト本体と船体１０との水平距離を一体設計することで、水が流れにくく剥離が生じる領域をなくし、抵抗性能を大きく改善することができる。
また、平行部３３の幅Ｗは船型を考慮して設計する。
図１０は、本実施形態において船体１０の肥大度Ｃｂが０．８０の場合の例であり、船体１０を前後方向（船長方向）に輪切りにしたときにできる曲面の断面を示す船尾線図である。なお、肥大度Ｃｂは、船体１０の排水量を、船長と船幅と喫水で乗算した値で除して得られる無次元数である。
図１０において、線１０８はＵ型船型を示し、線１０９はＶ型船型を示している。線１１０はＵ型線型とＶ型船型とを分ける線であり、線１１１はプロペラ２０のプロペラ軸（軸心）２１と水平な線である。
また、「Ａ．Ｐ．」は舵４０の回転の中心を通る垂直線である船尾垂線の位置を示し、「Ｓ．Ｓ．□」は、垂線間長（船長）Ｌ．Ｐ．Ｐ．全体を１０としたときの船尾垂線Ａ．Ｐ．からの位置を示す。すなわち、「Ｓ．Ｓ．１」は、船尾垂線Ａ．Ｐ．から垂線間長Ｌ．Ｐ．Ｐ．の１０％前方の位置である。
なお、「Ｓ．Ｓ．１／２」と船尾垂線Ａ．Ｐ．の位置における線１０８及び線１０９は省略している。
この図１０のように、船体１０の肥大度Ｃｂが０．８０の場合は、線１１１と、「Ｓ．Ｓ．１」の位置において線１０８と線１０９が交わる点を通る線１０８又は線１０９の接線との成す接線角度θ１、θ２が、８４度を超える場合の船型をＵ型船型、８４度以下の場合の船型をＶ型船型と定義している。なお、図１０においてはＵ型船型の線１０８の接線角度θ１は９２度であり、Ｖ型船型の線１０９の接線角度θ2は８２度である。
図１１は、本実施形態において船体１０の肥大度Ｃｂが０．８７の場合の例であり、船体１０を前後方向（船長方向）に輪切りにしたときにできる曲面の断面を示す船尾線図である。なお、図１０で説明した事項と実質的に同様な点は、説明を省略する。
この図１１のように、船体１０の肥大度Ｃｂが０．８７の場合は、線１１１と、「Ｓ．Ｓ．１」の位置において線１０８と線１０９が交わる点を通る線１０８又は線１０９の接線との成す接線角度θ１、θ２が、５７度を超える場合の船型をＵ型船型、５７度以下の場合の船型をＶ型船型と定義している。なお、図１１においてはＵ型船型の線１０８の接線角度θ１は７５度であり、Ｖ型船型の線１０９の接線角度θ2は４０度である。
このように、Ｖ型船型とＵ型船型は、船尾垂線Ａ．Ｐ．から船長（垂線間長）Ｌ．Ｐ．Ｐ．の１０％前方の位置における船体１０のプロペラ軸（軸心）２１を通る水平な線と船体１０の接線との成す接線角度と、船体１０の肥大度Ｃｂにより区分して定義される。
図１２（ａ）、（ｂ）は、船体１０の肥大度Ｃｂと区分角度（Ｖ型船型とＵ型船型を分ける角度）との関係を示す図である。
図１２（ａ）において、船体１０の肥大度Ｃｂと、船尾垂線Ａ．Ｐ．から船長（垂線間長）Ｌ．Ｐ．Ｐ．の１０％前方の位置における船体１０のプロペラ軸（軸心）２１を通る水平な線１１１と船体１０の接線との成す接線角度θ１、θ２が、線１１４以下となるものをＶ型船尾形状（Ｖ型船型）として定義して取り扱う。肥大度Ｃｂが０．７８３以下では、区分角度である９０度以下の接線角度のものがＶ型船尾形状に相当する。また、肥大度Ｃｂが０．７８３を超え０．９１４未満の範囲においては、区分角度＝-342.86Cb+358.29 により得られる数値の区分角度以下が、Ｖ型船尾形状に相当する。また、肥大度Ｃｂが０．９１４以上では、区分角度である４５度以下のものがＶ型船尾形状に相当する。なお、図１２（ｂ）及び表１の数値は、より簡便に肥大度とＶ型船型とＵ型船型の関係を区別するためのものであり、実際は肥大度Ｃｂ、区分角度とも各数値の間の値を取ることもできる。
図１０は、本実施形態において船体１０の肥大度Ｃｂが０．８０の場合の例であり、船体１０を前後方向（船長方向）に輪切りにしたときにできる曲面の断面を示す船尾線図である。なお、肥大度Ｃｂは、船体１０の排水量を、船長と船幅と喫水で乗算した値で除して得られる無次元数である。
図１０において、線１０８はＵ型船型を示し、線１０９はＶ型船型を示している。線１１０はＵ型線型とＶ型船型とを分ける線であり、線１１１はプロペラ２０のプロペラ軸（軸心）２１と水平な線である。
また、「Ａ．Ｐ．」は舵４０の回転の中心を通る垂直線である船尾垂線の位置を示し、「Ｓ．Ｓ．□」は、垂線間長（船長）Ｌ．Ｐ．Ｐ．全体を１０としたときの船尾垂線Ａ．Ｐ．からの位置を示す。すなわち、「Ｓ．Ｓ．１」は、船尾垂線Ａ．Ｐ．から垂線間長Ｌ．Ｐ．Ｐ．の１０％前方の位置である。
なお、「Ｓ．Ｓ．１／２」と船尾垂線Ａ．Ｐ．の位置における線１０８及び線１０９は省略している。
この図１０のように、船体１０の肥大度Ｃｂが０．８０の場合は、線１１１と、「Ｓ．Ｓ．１」の位置において線１０８と線１０９が交わる点を通る線１０８又は線１０９の接線との成す接線角度θ１、θ２が、８４度を超える場合の船型をＵ型船型、８４度以下の場合の船型をＶ型船型と定義している。なお、図１０においてはＵ型船型の線１０８の接線角度θ１は９２度であり、Ｖ型船型の線１０９の接線角度θ2は８２度である。
図１１は、本実施形態において船体１０の肥大度Ｃｂが０．８７の場合の例であり、船体１０を前後方向（船長方向）に輪切りにしたときにできる曲面の断面を示す船尾線図である。なお、図１０で説明した事項と実質的に同様な点は、説明を省略する。
この図１１のように、船体１０の肥大度Ｃｂが０．８７の場合は、線１１１と、「Ｓ．Ｓ．１」の位置において線１０８と線１０９が交わる点を通る線１０８又は線１０９の接線との成す接線角度θ１、θ２が、５７度を超える場合の船型をＵ型船型、５７度以下の場合の船型をＶ型船型と定義している。なお、図１１においてはＵ型船型の線１０８の接線角度θ１は７５度であり、Ｖ型船型の線１０９の接線角度θ2は４０度である。
このように、Ｖ型船型とＵ型船型は、船尾垂線Ａ．Ｐ．から船長（垂線間長）Ｌ．Ｐ．Ｐ．の１０％前方の位置における船体１０のプロペラ軸（軸心）２１を通る水平な線と船体１０の接線との成す接線角度と、船体１０の肥大度Ｃｂにより区分して定義される。
図１２（ａ）、（ｂ）は、船体１０の肥大度Ｃｂと区分角度（Ｖ型船型とＵ型船型を分ける角度）との関係を示す図である。
図１２（ａ）において、船体１０の肥大度Ｃｂと、船尾垂線Ａ．Ｐ．から船長（垂線間長）Ｌ．Ｐ．Ｐ．の１０％前方の位置における船体１０のプロペラ軸（軸心）２１を通る水平な線１１１と船体１０の接線との成す接線角度θ１、θ２が、線１１４以下となるものをＶ型船尾形状（Ｖ型船型）として定義して取り扱う。肥大度Ｃｂが０．７８３以下では、区分角度である９０度以下の接線角度のものがＶ型船尾形状に相当する。また、肥大度Ｃｂが０．７８３を超え０．９１４未満の範囲においては、区分角度＝-342.86Cb+358.29 により得られる数値の区分角度以下が、Ｖ型船尾形状に相当する。また、肥大度Ｃｂが０．９１４以上では、区分角度である４５度以下のものがＶ型船尾形状に相当する。なお、図１２（ｂ）及び表１の数値は、より簡便に肥大度とＶ型船型とＵ型船型の関係を区別するためのものであり、実際は肥大度Ｃｂ、区分角度とも各数値の間の値を取ることもできる。
図１３は、船尾線図と、Ｕ型船型及びＶ型船型の伴流を示すコンター図である。
この図１３におけるＵ型船型の肥大度Ｃｂは、０．８７であり、また接線角度は７５度である。また、Ｖ型船型の肥大度Ｃｂは、０．８７であり、また接線角度は４０度である。
図１３（ａ）は左舷側の船尾線図であり、図１３（ｂ）はＵ型船型（線１０８）の伴流を示し、図１３（ｃ）はＶ型船型（線１０９）の伴流を示している。図１３（ｂ）及び（ｃ）において数値は船速で無次元化されており、Ｕ＝１．０を船速としている。また、長さは垂線間長（船長）Ｌ．Ｐ．Ｐ．が１．０になるように無次元化している。
「伴流」とは船体１０の後の流れのことである。通常は船体１０の影響で流れが遅くなる。また、図１３（ｂ）に示すように、Ｕ型船型では船長方向を軸とする縦渦が形成される。船長方向を軸とする縦渦が形成されないＶ型船型においては、平行部３３の幅Ｗを所定の範囲とすることが好ましい。
この図１３におけるＵ型船型の肥大度Ｃｂは、０．８７であり、また接線角度は７５度である。また、Ｖ型船型の肥大度Ｃｂは、０．８７であり、また接線角度は４０度である。
図１３（ａ）は左舷側の船尾線図であり、図１３（ｂ）はＵ型船型（線１０８）の伴流を示し、図１３（ｃ）はＶ型船型（線１０９）の伴流を示している。図１３（ｂ）及び（ｃ）において数値は船速で無次元化されており、Ｕ＝１．０を船速としている。また、長さは垂線間長（船長）Ｌ．Ｐ．Ｐ．が１．０になるように無次元化している。
「伴流」とは船体１０の後の流れのことである。通常は船体１０の影響で流れが遅くなる。また、図１３（ｂ）に示すように、Ｕ型船型では船長方向を軸とする縦渦が形成される。船長方向を軸とする縦渦が形成されないＶ型船型においては、平行部３３の幅Ｗを所定の範囲とすることが好ましい。
図１４は、平行部の幅Ｗごとの推力を示す図である。図１４（ｂ）はＶ型船型（肥大度Ｃｂ ０．８７、接線角度４０度）において船尾ダクト３０の平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの０％、５％、１０％、２０％、３０％の場合それぞれの船尾ダクト３０が誘起する力の船体推進方向成分の分布を示し、図１４（ｃ） はＵ型船型（肥大度Ｃｂ ０．８７、接線角度７５度）において船尾ダクト３０の平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの０％、５％、１０％の場合のそれぞれの船尾ダクト３０が誘起する力の船体推進方向成分の分布を示す。
図１４（ｂ）及び（ｃ）において、横軸は船尾ダクト３０の上端からの距離であり、図１４（ａ）及び（ｃ）に示すように、それぞれ左右９０度までの値を算出しており、平行部３３の大きさによって終端位置が異なる。なお、この上端からの距離は、船長Ｌ．Ｐ．Ｐ．で無次元化している。縦軸は船尾ダクト３０が翼素流れにより誘起する推力と抗力のベクトル和の船体推力方向成分であり、力を水の密度と船長Ｌ．Ｐ．Ｐ．の二乗で割った値である。具体的には、無次元の揚力係数（ＣＬ）と抗力係数（ＣＤ）に無次元速度Ｕの二乗をかけた値である。
また、算定条件は、船尾ダクト３０の後縁３２とプロペラ２０の前縁との距離をプロペラ２０の直径Ｄｐの１０％、船尾ダクト３０の後縁３２の径をプロペラ２０の直径Ｄｐの６０％、ダクト開き角はＶ型船型が１２度でＵ型船型が１０度としている。また、船尾ダクト３０の翼コード長Ｌ1を、Ｖ型船型はプロペラ２０の直径Ｄｐの２５％とし、Ｕ型船型はプロペラ２０の直径Ｄｐの３０％としている。
図１４（ｂ）より、Ｖ型船型においては、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの２０％の場合に他の場合と比べてより推力を発生していることが分かる。また、平行部３３の幅Ｗが３０％になると、船体推力方向成分がマイナスとなる部分が発生しているが、これは流れに剥離が生じ出していることに起因している。
また、図１４（ｃ）より、Ｕ型船型においては、平行部３３がプロペラ２０の直径Ｄｐの０％の場合に他の場合と比べてより推力を発生していることが分かる。この点から、Ｕ型船型においては、却って平行部３３を設けない方が船体推力面から有利だと言える。
図１５は、図１４（ｂ）のＶ型船型について、平行部３３の幅Ｗ毎に船体推力方向成分を積分した結果を示す。なお、図１５においては、平行部３３の幅Ｗは、プロペラ２０の直径Ｄｐの４０％と５０％とした場合を更に追加している。平行部３３の幅Ｗが３０％の場合は、船体推力方向成分がマイナスとなる部分が発生してはいるが、積分値としてはまだプラスとなっている。但し、剥離は平行部３３の幅Ｗ以外の条件（船尾ダクト３０の内面の凹凸や流線の方向等）によっても変わってくるため、平行部３３の幅Ｗの上限は余裕を取って小さめに設定し、２５％とすることが好ましい。
また、輸送効率の面から、本実施形態の船尾ダクトを有した船尾形状の建造コスト等を考慮すると、船体推進方向成分の積分値として、０．００１８程度はあることが好ましく、平行部３３の幅Ｗの下限としてはプロペラ２０の直径Ｄｐの５％程度あることが好ましい。
したがって、船長方向を軸とする縦渦が形成されないＶ型船型においては、平行部３３の幅Ｗを５％以上２５％以下とすることが好ましく、船体推進方向成分の積分値が単調増加する５％以上２０％以下とすることがより好ましく、船体推進方向成分の積分値の値がある程度大きくなる１０％以上２０％以下とすることがさらに好ましい。
このように、船体形状としてＶ型船型を船体１０の肥大度Ｃｂと区分角度から見極め、ダクト本体３１の平行部３３の左右水平方向の幅Ｗを、プロペラ２０の直径Ｄｐとの関係等を考慮して適切に設定することで高い輸送効率を得ることができる船尾形状とすることが可能となる。
図１４（ｂ）及び（ｃ）において、横軸は船尾ダクト３０の上端からの距離であり、図１４（ａ）及び（ｃ）に示すように、それぞれ左右９０度までの値を算出しており、平行部３３の大きさによって終端位置が異なる。なお、この上端からの距離は、船長Ｌ．Ｐ．Ｐ．で無次元化している。縦軸は船尾ダクト３０が翼素流れにより誘起する推力と抗力のベクトル和の船体推力方向成分であり、力を水の密度と船長Ｌ．Ｐ．Ｐ．の二乗で割った値である。具体的には、無次元の揚力係数（ＣＬ）と抗力係数（ＣＤ）に無次元速度Ｕの二乗をかけた値である。
また、算定条件は、船尾ダクト３０の後縁３２とプロペラ２０の前縁との距離をプロペラ２０の直径Ｄｐの１０％、船尾ダクト３０の後縁３２の径をプロペラ２０の直径Ｄｐの６０％、ダクト開き角はＶ型船型が１２度でＵ型船型が１０度としている。また、船尾ダクト３０の翼コード長Ｌ1を、Ｖ型船型はプロペラ２０の直径Ｄｐの２５％とし、Ｕ型船型はプロペラ２０の直径Ｄｐの３０％としている。
図１４（ｂ）より、Ｖ型船型においては、平行部３３の幅Ｗがプロペラ２０の直径Ｄｐの２０％の場合に他の場合と比べてより推力を発生していることが分かる。また、平行部３３の幅Ｗが３０％になると、船体推力方向成分がマイナスとなる部分が発生しているが、これは流れに剥離が生じ出していることに起因している。
また、図１４（ｃ）より、Ｕ型船型においては、平行部３３がプロペラ２０の直径Ｄｐの０％の場合に他の場合と比べてより推力を発生していることが分かる。この点から、Ｕ型船型においては、却って平行部３３を設けない方が船体推力面から有利だと言える。
図１５は、図１４（ｂ）のＶ型船型について、平行部３３の幅Ｗ毎に船体推力方向成分を積分した結果を示す。なお、図１５においては、平行部３３の幅Ｗは、プロペラ２０の直径Ｄｐの４０％と５０％とした場合を更に追加している。平行部３３の幅Ｗが３０％の場合は、船体推力方向成分がマイナスとなる部分が発生してはいるが、積分値としてはまだプラスとなっている。但し、剥離は平行部３３の幅Ｗ以外の条件（船尾ダクト３０の内面の凹凸や流線の方向等）によっても変わってくるため、平行部３３の幅Ｗの上限は余裕を取って小さめに設定し、２５％とすることが好ましい。
また、輸送効率の面から、本実施形態の船尾ダクトを有した船尾形状の建造コスト等を考慮すると、船体推進方向成分の積分値として、０．００１８程度はあることが好ましく、平行部３３の幅Ｗの下限としてはプロペラ２０の直径Ｄｐの５％程度あることが好ましい。
したがって、船長方向を軸とする縦渦が形成されないＶ型船型においては、平行部３３の幅Ｗを５％以上２５％以下とすることが好ましく、船体推進方向成分の積分値が単調増加する５％以上２０％以下とすることがより好ましく、船体推進方向成分の積分値の値がある程度大きくなる１０％以上２０％以下とすることがさらに好ましい。
このように、船体形状としてＶ型船型を船体１０の肥大度Ｃｂと区分角度から見極め、ダクト本体３１の平行部３３の左右水平方向の幅Ｗを、プロペラ２０の直径Ｄｐとの関係等を考慮して適切に設定することで高い輸送効率を得ることができる船尾形状とすることが可能となる。
図１６は省エネ付加物に流れ込む流線を比較した図である。図１６（ａ）は従来の円環ダクト３００を適用した場合を示し、図１６（ｂ）は本実施形態の船尾ダクト３０を適用した場合を示している。なお、図１６（ａ）、（ｂ）とも、船体形状としてはＶ型船型を用いている。
舵４０には、船体１０を前方に推進するＰｏｓｔ−ｓｗｉｒｌ型省エネ装置等の省エネ付加物５０を有している。省エネ付加物５０は例えばフィンである。省エネ付加物５０の舵４０への縦方向における取付け位置は、推力を得やすいプロペラ２０のボス位置と略同一レベルとしている。省エネ付加物５０によっ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。
船尾ダクト３０を適用した場合（図１６（ｂ））には、従来の円環ダクト３００を適用した場合（図１６（ａ））と比べて、舵４０に設置された省エネ付加物５０が効果を発揮するのに必要な船底からの強い上昇流が誘起される。この点は、図１６（ｂ）において、船尾ダクト３０の左側の流線が、軸心（プロペラ軸）２１に向かう方向に密となっている点からも理解できる。
なお、省エネ付加物５０の舵４０への縦方向における取付け位置が、プロペラ２０のボス位置と略同一レベルとしている関係上、船尾ダクト３０のダクト本体下端３６を、プロペラ２０の軸心よりも下方でプロペラ２０の軸下端部２３よりも上方に設定することにより、好適に流線を省エネ付加物５０に導くことができる。
このように船尾ダクト３０は省エネ付加物５０と相性がよく相乗効果が発揮されるので、組み合わせによって更に輸送効率を高めることができる。
なお、省エネ付加物としては、フィン形状の省エネ付加物５０以外にも、各種の形状が採用可能である。
舵４０には、船体１０を前方に推進するＰｏｓｔ−ｓｗｉｒｌ型省エネ装置等の省エネ付加物５０を有している。省エネ付加物５０は例えばフィンである。省エネ付加物５０の舵４０への縦方向における取付け位置は、推力を得やすいプロペラ２０のボス位置と略同一レベルとしている。省エネ付加物５０によっ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。
船尾ダクト３０を適用した場合（図１６（ｂ））には、従来の円環ダクト３００を適用した場合（図１６（ａ））と比べて、舵４０に設置された省エネ付加物５０が効果を発揮するのに必要な船底からの強い上昇流が誘起される。この点は、図１６（ｂ）において、船尾ダクト３０の左側の流線が、軸心（プロペラ軸）２１に向かう方向に密となっている点からも理解できる。
なお、省エネ付加物５０の舵４０への縦方向における取付け位置が、プロペラ２０のボス位置と略同一レベルとしている関係上、船尾ダクト３０のダクト本体下端３６を、プロペラ２０の軸心よりも下方でプロペラ２０の軸下端部２３よりも上方に設定することにより、好適に流線を省エネ付加物５０に導くことができる。
このように船尾ダクト３０は省エネ付加物５０と相性がよく相乗効果が発揮されるので、組み合わせによって更に輸送効率を高めることができる。
なお、省エネ付加物としては、フィン形状の省エネ付加物５０以外にも、各種の形状が採用可能である。
本発明の船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶は、プロペラ前方にダクトを有した船尾形状により、船体形状とプロペラとの干渉の効果で最大の輸送効率を得ることができる。
また、１軸船のみならず２軸船や多軸船、単胴船のみならず双胴船や多胴船にも適用が可能である。
また、１軸船のみならず２軸船や多軸船、単胴船のみならず双胴船や多胴船にも適用が可能である。
１０ 船体
１５ 船尾部
２０ プロペラ
２１ 軸心（プロペラ軸）
２４ 船尾管後縁
３０ 船尾ダクト
３１ ダクト本体
３２ 後縁
３３ 平行部
３５ ストラット部
３５Ａ 左ストラット部
３５Ｂ 右ストラット部
３６ ダクト本体下端
４０ 舵
５０ 省エネ付加物
Ａ．Ｐ． 船尾垂線
Ｃｂ 肥大度
Ｄｐ プロペラの直径
Ｌ１ 上部の翼コード長
Ｌ２ 下部の翼コード長
Ｌ３ ダクト本体の後縁とプロペラの前縁との距離
Ｌ．Ｐ．Ｐ． 船長（垂線間長）
Ｒ プロペラの半径
Ｗ 幅
θ１、θ２ 接線角度
１５ 船尾部
２０ プロペラ
２１ 軸心（プロペラ軸）
２４ 船尾管後縁
３０ 船尾ダクト
３１ ダクト本体
３２ 後縁
３３ 平行部
３５ ストラット部
３５Ａ 左ストラット部
３５Ｂ 右ストラット部
３６ ダクト本体下端
４０ 舵
５０ 省エネ付加物
Ａ．Ｐ． 船尾垂線
Ｃｂ 肥大度
Ｄｐ プロペラの直径
Ｌ１ 上部の翼コード長
Ｌ２ 下部の翼コード長
Ｌ３ ダクト本体の後縁とプロペラの前縁との距離
Ｌ．Ｐ．Ｐ． 船長（垂線間長）
Ｒ プロペラの半径
Ｗ 幅
θ１、θ２ 接線角度
Claims (15)
- 船体の船尾部に設けられたプロペラと、前記プロペラの前方に取り付けられた船尾ダクトとを備え、前記船体がＶ型船尾形状を有し、前記船尾ダクトのダクト本体が半円筒状を成し、前記船体の後方から前方視した場合に前記ダクト本体の後縁が前記プロペラの軸心を略中心とする半円を左右両側にずらした上部の中央に平行部を有した形状であり、かつ前記半円の内半径を前記プロペラの半径の４０％以上８０％以下の範囲に設定し、前記平行部の左右水平方向の幅を前記プロペラの直径の５％以上２５％以下に設定したことを特徴とする船尾ダクトを有した船尾形状。
- 前記Ｖ型船尾形状は、船尾垂線から船長の１０％前方の位置における前記船体の前記プロペラの前記軸心を通る水平な線と前記船体の接線との成す接線角度が、前記船体の肥大度ごとに定義された区分角度以下となる形状であることを特徴とする請求項１に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
- 前記区分角度が、前記Ｖ型船尾形状を有する船型を規定する下表１に基づいて定められることを特徴とする請求項２に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
- 前記ダクト本体の前記後縁と前記プロペラの前縁との距離を、前記プロペラの直径の１．０％以上５０％未満に設定した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を有した船尾形状。
- 前記ダクト本体のダクト本体下端を、前記プロペラの前記軸心よりも下方で前記プロペラの軸下端部よりも上方に設定した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を有した船尾形状。
- 前記ダクト本体の前記後縁の下部と前記船体の船尾管後縁との前後方向の水平距離を、前記後縁が前記船体の前方にある場合をプラスとして、前記プロペラの直径の−１５％以上５０％未満に設定したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
- 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６のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
- 前記ダクト本体の断面が翼型を成し、前記翼型の翼コード長を前記ダクト本体の上部よりも下部を短く設定したことを特徴とする請求項７に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
- 前記ダクト本体の前記下部の前記翼コード長と前記上部の翼コード長との比を、１／２以上１未満に設定したことを特徴とすることを特徴とする請求項８に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
- 前記半円の内半径を、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１から請求項９のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
- 前記ダクト本体の下端に、前記ダクト本体を前記船尾部に支持するストラット部を有している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を有した船尾形状。
- 前記ストラット部が前記プロペラの回転方向とは逆の流れを誘起するように、左右の前記ストラット部の角度を変えたことを特徴とする請求項１１に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
- 前記プロペラの後方に舵を備え、前記舵に前記船体を前方に推進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を有した船尾形状。
- 前記省エネ付加物の前記舵への縦方向における取付け位置が、前記プロペラのボス位置と略同一レベルであることを特徴とする請求項１３に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
- 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。
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