JP6548062B2 - Stern duct, stern attachment, method of designing stern duct, and ship equipped with stern duct - Google Patents

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Description

本発明は、船体の船尾に装着する船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶に関する。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stern duct mounted on a stern of a hull, a stern attachment, a method of designing a stern duct, and a ship equipped with a stern duct.

省エネ装置の一つとして、船体の船尾に取り付けたプロペラの前方には船尾用ダクトが取り付けられる。
特許文献1では、円弧状のダクトを取り付けた船舶を提案している。この円弧状のダクトは、プロペラの前方であって船尾部に生じる船尾縦渦の中心位置よりも上方に配置されている。また、このダクトの両下端部と船尾部の側面との間をプロペラの半径方向に各々延出した主フィンを備え、主フィンは、船舶後方から前方へ向かって前上がりに傾斜させている(特に段落番号(0014)〜(0016))。
また、特許文献2では、円筒の上半部のみからなる半円弧形状の船尾ダクトを開示している(特に図1及び段落番号(0018))。
また、特許文献3では、略円錐台形状の筒を中心軸を含む平面で略半分に切断した略半円錐台形状の外殻と、外殻を船尾部に固定する2枚の連結板とを備え、外殻の径の短い方をプロペラ側に向けるとともに外殻がプロペラの上半分の部分と相対するように外殻を配置したダクト装置を提案している(特に図1、図2及び段落番号(0020))。
また、特許文献4では、第1板状体が円弧状に湾曲されており、第1板状体の端部に直線状の第2板状体が設けられている船舶用ダクトを開示している(特に段落番号(0006))。
As one of the energy saving devices, a stern duct is attached to the front of a propeller attached to the stern of the hull.
Patent Document 1 proposes a ship attached with an arc-shaped duct. The arc-shaped duct is disposed in front of the propeller and above the center position of the stern longitudinal vortex generated at the stern. In addition, the ducts are provided with main fins extending respectively in the radial direction of the propeller between the lower end portions of the duct and the side surface of the aft portion, and the main fins are inclined forward and forward from the rear of the ship ( In particular, paragraph numbers (0014) to (0016)).
Patent Document 2 discloses a semicircular arc-shaped stern duct consisting of only the upper half of the cylinder (in particular, FIG. 1 and paragraph number (0018)).
Further, in Patent Document 3, a substantially semi-conical truncated outer shell obtained by cutting an approximately frusto-conical shaped cylinder into substantially half with a plane including the central axis, and two connecting plates for fixing the outer shell to the stern portion A duct device is proposed in which the outer shell is disposed such that the smaller diameter of the outer shell is directed to the propeller side and the outer shell faces the upper half of the propeller (in particular, FIG. 1, FIG. 2 and paragraph Number (0020)).
Patent Document 4 discloses a vessel duct in which a first plate-like body is curved in an arc shape and a linear second plate-like body is provided at an end portion of the first plate-like body. (Especially paragraph number (0006)).

特開2011−178222号公報JP, 2011-178222, A 特開2006−347285号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-347285 特開2008−137462号公報JP 2008-137462 A 特開2008−308023号公報JP, 2008-308023, A

特許文献1における円弧状のダクトは、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向の中心線に対して対称を成すように取り付けられている。また、特許文献1において、半円形のダクトでは、推力は主に上側部分で発生し、側面部分では推力を発生していないという問題点、すなわち、半円形のダクトの側面部分では推力を得られず、半円形のダクトの側面部分で抵抗が増える原因となる問題点に着目し(段落番号(0006))、この問題点を解決するために、主フィンを設け下降流から補助推力を得ている。なお、特許文献1の図面では、半円よりも角度の小さい円弧状のダクトを図示しているが、円弧の中心角については何ら述べられておらず、図示のダクトでは、約145度程度の中心角となっている。また、ダクトの表面に働く船体推進方向の流体力分布を考慮して中心角を決めているものでもない。
また、特許文献2における半円弧形状の船尾ダクトについても、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向の中心線に対して対称を成すように取り付けられている。また、特許文献2は、従来、船尾フィン、船尾ダクト、ラダーフィンをそれぞれ個別に設けていた場合に比して、動力の削減率を高め、更なる省エネルギー化を進めるもので、船尾フィン、船尾ダクト、及びラダーフィンの相互の関係が必要であり、船尾ダクトは、船尾フィンでせき止められた下降流がプロペラに流入する速度を減速させるために設けている(特に段落番号(0016))。
また、特許文献3における略半円錐台形状の外殻についても、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向の中心線に対して対称を成すように取り付けられている。なお、特許文献3では、中心角が180度よりも小さい外殻を持つダクト装置を開示しているが、外殻の中心軸とプロペラの回転軸が一致しているという条件では、中心角が150度となることを開示しているに過ぎない(図7(A)及び段落番号(0037))。また、中心角もダクトの表面に働く船体推進方向の流体力分布を考慮して中心角を決めているものでもない。
また、特許文献4における円弧状に湾曲された第1板状体についても、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向の中心線に対して対称を成すように取り付けられている。なお、特許文献4では、円弧の中心角については具体的に記載されていないが、180度を越える中心角である(特に図2及び段落番号(0026))。
The arc-shaped duct in Patent Document 1 is attached so as to be symmetrical with respect to the vertical center line of the propeller in a state where the hull is viewed forward from the rear. Further, in Patent Document 1, in the semicircular duct, thrust is mainly generated in the upper part, and no thrust is generated in the side part, that is, thrust is obtained in the side part of the semicircular duct. First, pay attention to the problem that causes the resistance increase at the side part of the semicircular duct (paragraph number (0006)), and to solve this problem, provide the main fin and obtain the auxiliary thrust from the downward flow. There is. In the drawing of Patent Document 1, although an arc-shaped duct having an angle smaller than a semicircle is illustrated, no description is made on the central angle of the arc, and in the illustrated duct, about 145 degrees of It is a central angle. In addition, the central angle is not determined in consideration of the fluid force distribution in the hull propulsion direction acting on the surface of the duct.
In addition, the semi-arcuate stern duct in Patent Document 2 is also mounted so as to be symmetrical with respect to the vertical center line of the propeller in a state where the hull is viewed forward from the rear. In addition, as compared with the case where the stern fins, the stern ducts, and the rudder fins are individually provided in the related art, Patent Document 2 increases the power reduction rate to promote further energy saving, and the stern fins and the stern The mutual relationship between the ducts and the rudder fins is necessary, and the stern ducts are provided to reduce the speed at which the downward flow blocked by the stern fins flows into the propeller (especially, paragraph number (0016)).
In addition, the outer shell of the substantially semi-conical shape in Patent Document 3 is also attached so as to be symmetrical with respect to the vertical center line of the propeller in a state where the hull is viewed forward from the rear. Although Patent Document 3 discloses a duct device having an outer shell whose central angle is smaller than 180 degrees, under the condition that the central axis of the outer shell and the rotational axis of the propeller coincide with each other, the central angle is It only discloses that it will be 150 degrees (FIG. 7 (A) and paragraph number (0037)). Also, the central angle is not determined in consideration of the fluid force distribution in the boat propulsion direction acting on the surface of the duct.
Further, the first plate-like body curved in an arc shape in Patent Document 4 is also attached so as to be symmetrical with respect to the vertical center line of the propeller in a state where the hull is viewed forward from the rear. In addition, in patent document 4, although it does not describe concretely about the central angle of a circular arc, it is a central angle which exceeds 180 degrees (especially FIG. 2 and paragraph number (0026)).

そこで、本発明は、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶を提供することを目的とする。
また、本発明は、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶を提供することを目的とする。
Therefore, according to the present invention, a stern duct, a stern attachment, a stern duct design method, and a stern duct capable of improving the hull efficiency without increasing the resistance of the hull even if the duct body is added to the hull. The purpose is to provide a vessel equipped with ducts.
Further, the present invention is equipped with a stern duct, stern attachment, stern duct design method, and stern duct that can increase the thrust reduction rate or the propeller efficiency ratio and reduce the effective wake rate. Intended to provide ships.

請求項1記載の本発明に対応した船尾用ダクトにおいては、船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用ダクトにおいて、ダクト本体を225度から255度の角度範囲の略円弧状に形成し、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向のプロペラ中心線に対してダクト本体のダクト中心線がプロペラの回転方向と同方向に傾き角を有するように、ダクト本体を支持手段にて船尾に取り付けるとともに、プロペラの回転方向への傾き角を、プロペラの中心から上方のプロペラ中心線に対して、プロペラの回転方向に30度から60度の角度範囲と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225度から255度の角度範囲の略円弧状に形成することで、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対してダクト本体のダクト中心線がプロペラの回転方向と同方向に傾き角を有するようにダクト本体を取り付けることで、傾き角がない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。また、ダクト本体のダクト中心線の傾き角を30度から60度の角度範囲とすることで、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。 In the stern duct according to the first aspect of the present invention, in the stern duct attached to the front of the propeller attached to the stern of the hull, the duct body is formed in a substantially arc shape having an angle range of 225 degrees to 255 degrees. And the duct body is used as a support means such that the duct center line of the duct body has an inclination angle in the same direction as the propeller rotation direction with respect to the propeller center line in the vertical direction of the propeller when the hull is viewed forward from behind The propeller is attached to the stern, and the inclination angle of the propeller in the rotational direction is in the range of 30 degrees to 60 degrees in the rotational direction of the propeller with respect to the propeller center line upward from the center of the propeller. According to the first aspect of the present invention, by forming the duct main body in a substantially arc shape having an angle range of 225 degrees to 255 degrees, the duct main body can be added to the hull without increasing the resistance of the hull. Hull efficiency can be improved. Also, by attaching the duct body so that the duct center line of the duct body has an inclination angle in the same direction as the propeller rotation direction with respect to the propeller center line in the vertical direction of the propeller, compared to the case where there is no inclination angle. , The thrust reduction rate or the thruster efficiency ratio can be increased, and the effective wake rate can be reduced. Further, by setting the inclination angle of the duct center line of the duct body to an angle range of 30 degrees to 60 degrees, the hull efficiency can be improved without increasing the resistance of the hull even if the duct body is added to the hull. it can.

請求項2記載の本発明は、ダクト本体の前後方向の断面を内側に凸の翼型に形成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、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。   The present invention according to claim 2 is characterized in that the cross section of the duct body in the front-rear direction is formed into an inwardly convex wing shape. According to the second aspect of the present invention, the thrust reduction rate can be increased and the propulsion efficiency can be increased by utilizing the propulsion direction component (thrust component) of the lift generated by the airfoil.

請求項3記載の本発明は、ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径を、前端に形成する前端円弧部の半径よりも小さくしたことを特徴とする。請求項3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することにより有効伴流率を小さくでき、かつダクト本体の前端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。   The present invention according to claim 3 is characterized in that the radius of the rear end arc formed at the rear end of the duct main body is smaller than the radius of the front end arc formed at the front end. According to the third aspect of the present invention, the effective wake rate can be reduced by delaying the flow downstream of the duct body, and the thrust component on the front end side of the duct body is increased to enhance the propulsive force. be able to.

請求項4記載の本発明は、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸と一致させたことを特徴とする。請求項4に記載の本発明によれば、設計や装備が容易である。   The present invention according to claim 4 is characterized in that the imaginary central axis of the duct body is made coincident with the rotational central axis of the propeller. According to the fourth aspect of the present invention, design and equipment are easy.

請求項5記載の本発明は、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸からずら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、例えばダクト本体を、船体やプロペラにより生ずる非対称な流れに対応しスラスト力が高められる位置にずらすことができる。   The present invention according to claim 5 is characterized in that the imaginary central axis of the duct body is offset from the rotational central axis of the propeller. According to the fifth aspect of the present invention, for example, the duct body can be shifted to a position where the thrust force can be increased in response to the asymmetric flow generated by the hull and the propeller.

請求項6記載の本発明は、船体を側面視した状態で、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸に対して傾けたことを特徴とする。請求項6に記載の本発明によれば、ダクト本体を、スラスト力を高めるように取り付けることができる。   The present invention according to claim 6 is characterized in that the imaginary central axis of the duct main body is inclined with respect to the central axis of rotation of the propeller in a side view of the hull. According to the invention as set forth in claim 6, the duct body can be mounted to increase the thrust force.

請求項7記載の本発明は、ダクト本体を、支持手段としての支柱を介して船体の船尾管又は船尾管を覆う船尾の端部に取り付けたことを特徴とする。請求項7に記載の本発明によれば、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。   The present invention according to claim 7 is characterized in that the duct body is attached to the end portion of the stern that covers the stern tube or the stern tube of the hull via a support as a support means. According to the seventh aspect of the present invention, the duct main body can be easily installed, and in particular, can be easily positioned at an appropriate position with respect to the propeller.

請求項8記載の本発明は、支持手段としての支柱を、ダクト中心線から60度以内の角度範囲に設けたことを特徴とする。請求項8に記載の本発明によれば、船体の抵抗を増加させることなく、ダクト本体の強度とダクト本体の取り付け強度を高めることができる。   The present invention according to claim 8 is characterized in that the support as a support means is provided within an angle range of 60 degrees or less from the duct center line. According to the eighth aspect of the present invention, the strength of the duct body and the mounting strength of the duct body can be enhanced without increasing the resistance of the hull.

請求項9記載の本発明は、支柱の断面を、内側に凸の翼型に形成したことを特徴とする。請求項9に記載の本発明によれば、支柱においても翼型により発生する揚力の推進方向成分(スラスト成分)を利用することができる。   The present invention according to claim 9 is characterized in that the cross section of the support is formed into an inwardly convex wing shape. According to the ninth aspect of the present invention, the thrusting direction component (thrust component) of the lift generated by the airfoil can be utilized also in the support column.

請求項10記載の本発明は、支柱を、捻った形状に形成することで、プロペラに向かう流れを、プロペラの回転方向に対して対向流化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、プロペラの推進力を高めることができる。   The present invention according to claim 10 is characterized in that the flow toward the propeller is countercurrented with respect to the rotational direction of the propeller by forming the support in a twisted shape. According to the tenth aspect of the present invention, the propulsive force of the propeller can be enhanced.

請求項11記載の本発明は、支柱を、船尾側前後幅よりもダクト本体側前後幅を大きく形成したことを特徴とする。請求項11に記載の本発明によれば、支柱の抵抗を減少させて推進力を高めることができる。   The present invention according to claim 11 is characterized in that the support is formed such that the duct body side longitudinal width is larger than the aft side longitudinal width. According to the 11th aspect of the present invention, it is possible to reduce the resistance of the support to increase the propulsive force.

請求項12記載の本発明に対応した船尾用付加物においては、船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用付加物において、略円弧状の仮想ダクト本体を支持する一対の支柱を、一対の支柱の間の角度が225度から255度の角度範囲となるように船尾に取り付け、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向のプロペラ中心線に対して一対の支柱の支柱中心線がプロペラの回転方向と同方向に傾き角を有するとともに、プロペラの回転方向への傾き角を、プロペラの中心から上方のプロペラ中心線に対して、プロペラの回転方向に30度から60度の角度範囲としたことを特徴とする。請求項12に記載の本発明によれば、一対の支柱を、一対の支柱の間の角度が225度から255度の角度範囲となるようにダクト本体を実装しないで船尾に取り付けることで、支柱を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、プロペラ中心線に対して一対の支柱の支柱中心線がプロペラの回転方向と同方向に傾き角を有することで、傾き角がない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。また、一対の支柱の支柱中心線の傾き角を30度から60度の角度範囲とすることで、一対の支柱を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。 In the stern appendage corresponding to the invention according to claim 12, in the stern appendage attached to the front of the propeller attached to the stern of the hull, a pair of support columns supporting the substantially arc-shaped virtual duct main body Attached to the stern so that the angle between the pair of supports is in the range of 225 degrees to 255 degrees, and with the ship body looking forward from the rear, the support center of the pair of supports with respect to the propeller centerline in the vertical direction of the propeller The line has an inclination angle in the same direction as the propeller rotation direction, and the inclination angle in the propeller rotation direction is 30 to 60 degrees in the propeller rotation direction with respect to the propeller center line upward from the propeller center. It is characterized in that it is an angle range. According to the present invention as set forth in claim 12, by attaching the pair of support posts to the stern without mounting the duct body so that the angle between the pair of support ends becomes an angle range of 225 degrees to 255 degrees, Can be added to the hull to improve the hull efficiency without increasing the hull resistance. In addition, since the column center line of the pair of columns has an inclination angle in the same direction as the propeller rotation direction with respect to the propeller center line, the thrust reduction rate or the propeller efficiency ratio can be improved compared to the case where there is no inclination angle. It is possible to increase and reduce the effective wake rate. In addition, by setting the inclination angle of the column center line of a pair of columns to an angle range of 30 degrees to 60 degrees, the hull efficiency is improved without increasing the resistance of the hull even if a pair of columns is added to the hull. be able to.

請求項13記載の本発明に対応した船尾用ダクトの設計方法は、船尾用ダクトを設計するに当たり、略円弧状のダクト本体と同一半径の全周ダクトを設定するステップと、全周ダクトを用いた船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップと、抵抗・自航計算結果から全周ダクトの表面に働く船体推進方向の流体力分布及び/又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を求めるステップと、流体力分布及び/又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布に基づいて全周ダクトから略円弧状のダクト本体の形状を決定するステップとを備えたことを特徴とする。請求項13に記載の本発明によれば、全周ダクトにおける表面に働く船体推進方向の流体力分布及び/又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を基にした設計ができる。   A method of designing a stern duct according to the present invention according to claim 13 includes the steps of setting an all-round duct having the same radius as the substantially arc-shaped duct main body and designing the all-round duct in designing the stern duct. Step of calculating resistance and self-propulsion calculation by the numerical calculation of the hull and the fluid force distribution in the direction of hull propulsion acting on the surface of the all-round duct from the resistance and self-propagation calculation results and / or from the back of all circumference duct to propeller surface Determining the flow velocity / flow direction distribution, and determining the shape of the substantially arc-shaped duct body from the whole circumference duct based on the fluid force distribution and / or the flow speed / flow direction distribution from the rear of the all circumference duct to the propeller surface It is characterized by having. According to the invention as set forth in claim 13, the design can be made based on the distribution of fluid force in the direction of hull propulsion acting on the surface of the all-round duct and / or the flow velocity and flow direction distribution from the rear of the all-round duct to the propeller surface. .

請求項14記載の本発明は、支持手段としての支柱の取り付け位置と取り付け数を設定するステップと、設定した支柱を用いた船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップとを備えたことを特徴とする。請求項14に記載の本発明によれば、支柱の影響を考慮した設計ができる。   The present invention according to claim 14 comprises the steps of setting the mounting position and the number of mountings of a support as a support means, and performing resistance / self-propagation calculation by numerical calculation of a hull using the set support. It is characterized by According to the present invention as set forth in claim 14, it is possible to design in consideration of the influence of the support.

請求項15記載の本発明は、流体力分布が、スラスト分布と抵抗成分分布であることを特徴とする。請求項15に記載の本発明によれば、ダクト形状の切り出しを容易に行うことができる。   The invention according to claim 15 is characterized in that the fluid force distribution is a thrust distribution and a resistance component distribution. According to the fifteenth aspect of the present invention, the duct shape can be easily cut out.

請求項16記載の本発明は、ダクト本体の形状と傾き角を、90度から180度の角度範囲の小型ダクトにおけるダクト設置角に対する省エネ率に基づいて決定したことを特徴とする。請求項16に記載の本発明によれば、ダクト形状の切り出しをさらに容易に行うことができる。   The present invention according to claim 16 is characterized in that the shape and inclination angle of the duct body are determined based on the energy saving rate with respect to the duct installation angle in the small duct of the angle range of 90 degrees to 180 degrees. According to the sixteenth aspect of the present invention, it is possible to more easily cut out the duct shape.

請求項17記載の本発明に対応した船尾用ダクトを装備した船舶は、船尾用ダクトを船尾に装備したことを特徴とする。請求項17に記載の本発明によれば、ダクト本体に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い船舶を提供できる。   A vessel equipped with a stern duct according to the 17th aspect of the present invention is characterized in that the stern duct is equipped at the stern. According to the seventeenth aspect of the present invention, the resistance applied to the duct main body can be reduced, and a ship having a high energy saving effect can be provided.

請求項18記載の本発明は、船体が二軸船尾双胴型の船体であることを特徴とする。請求項18に記載の本発明によれば、ダクト本体に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い二軸船尾双胴型の船舶を提供できる。   The present invention according to claim 18 is characterized in that the hull is a biaxial stern double barrel type hull. According to the eighteenth aspect of the present invention, it is possible to provide a two-shaft stern double-body type ship with high energy saving effect by reducing the resistance applied to the duct body.

請求項19記載の本発明は、船体が既存の船体であり、船尾用ダクトを船体に後付けしたことを特徴とする。請求項19に記載の本発明によれば、既存の船体に対しても抵抗の低減と、省エネ効果の向上を適用できる。   The invention according to claim 19 is characterized in that the hull is an existing hull and the stern duct is retrofitted to the hull. According to the 19th aspect of the present invention, the reduction of the resistance and the improvement of the energy saving effect can be applied to the existing hull.

本発明の船尾用ダクトによれば、ダクト本体を225度から255度の角度範囲の略円弧状に形成することで、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対してダクト本体のダクト中心線がプロペラの回転方向と同方向に傾き角を有するようにダクト本体を取り付けることで、傾き角がない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。また、ダクト本体のダクト中心線の傾き角を30度から60度の角度範囲とすることで、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。 According to the stern duct of the present invention, by forming the duct body in a substantially arc shape having an angle range of 225 degrees to 255 degrees, the hull can be added without increasing the resistance of the hull even if the duct body is added to the hull. Efficiency can be improved. Also, by attaching the duct body so that the duct center line of the duct body has an inclination angle in the same direction as the propeller rotation direction with respect to the propeller center line in the vertical direction of the propeller, compared to the case where there is no inclination angle. , The thrust reduction rate or the thruster efficiency ratio can be increased, and the effective wake rate can be reduced. Further, by setting the inclination angle of the duct center line of the duct body to an angle range of 30 degrees to 60 degrees, the hull efficiency can be improved without increasing the resistance of the hull even if the duct body is added to the hull. it can.

また、ダクト本体の前後方向の断面を内側に凸の翼型に形成した場合には、翼型により発生する揚力の推進方向性分(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。   When the cross-section of the duct body in the front-rear direction is formed into an inwardly convex wing shape, the thrust reduction rate is increased by utilizing the propulsive directionality (thrust component) of the lift generated by the wing. Promotion efficiency can be raised.

また、ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径を、前端に形成する前端円弧部の半径よりも小さくした場合には、ダクト本体より下流での流れを遅くすることにより有効伴流率を小さくでき、かつダクト本体の前端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。   When the radius of the rear end arc formed at the rear end of the duct main body is smaller than the radius of the front end arc formed at the front end, the effective wake flow can be obtained by slowing the flow downstream of the duct main body. The rate can be reduced, and the thrust component on the front end side of the duct body can be increased to increase the propulsive force.

また、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸と一致させた場合には、設計や装備が容易である。   In addition, when the virtual central axis of the duct body is made to coincide with the rotational central axis of the propeller, design and installation are easy.

また、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸からずらした場合には、例えばダクト本体を、船体やプロペラにより生ずる非対称な流れに対応しスラスト力が高められる位置にずらすことができる。   Further, when the virtual central axis of the duct body is shifted from the rotational center axis of the propeller, for example, the duct body can be shifted to a position where thrust force can be increased corresponding to the asymmetric flow generated by the hull or propeller.

また、船体を側面視した状態で、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸に対して傾けた場合には、ダクト本体を、スラスト力を高めるように取り付けることができる。   Further, when the virtual central axis of the duct main body is inclined with respect to the rotation central axis of the propeller in a side view of the hull, the duct main body can be attached so as to increase the thrust force.

また、ダクト本体を、支持手段としての支柱を介して船体の船尾管又は船尾管を覆う船尾の端部に取り付けた場合には、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。   In addition, when the duct body is attached to the end of the stern that covers the stern tube or the stern tube of the hull via a support as a support means, the duct body can be easily installed, and in particular, the proper position for the propeller. Easy to place.

また、支持手段としての支柱を、ダクト中心線から60度以内の角度範囲に設けた場合には、船体の抵抗を増加させることなく、ダクト本体の強度とダクト本体の取り付け強度を高めることができる。   In addition, when the support as the support means is provided within an angle range of 60 degrees or less from the duct center line, the strength of the duct body and the attachment strength of the duct body can be increased without increasing the resistance of the hull. .

また、支柱の断面を、内側に凸の翼型に形成した場合には、支柱においても翼型により発生する揚力の推進方向成分(スラスト成分)を利用することができる。   Further, when the cross section of the support is formed into an inwardly convex wing shape, it is possible to utilize the thrust direction component (thrust component) of the lift generated by the wing also in the support.

また、支柱を、捻った形状に形成することで、プロペラに向かう流れを、プロペラの回転方向に対して対向流化した場合には、プロペラの推進力を高めることができる。   Further, by forming the support columns in a twisted shape, the propulsive force of the propeller can be increased when the flow toward the propeller is counter-flowed in the rotational direction of the propeller.

また、支柱を、船尾側前後幅よりもダクト本体側前後幅を大きくした場合には、支柱の抵抗を減少させ推進力を高めることができる。   Further, in the case where the support on the duct body side is made wider than the aft side, the resistance of the support can be reduced and the propulsive force can be enhanced.

本発明の船尾用付加物によれば、略円弧状の仮想ダクト本体を支持する一対の支柱を、一対の支柱の間の角度が225度から255度の角度範囲となるように船尾に取り付けることで、ダクト本体を実装しないで支柱を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、プロペラ中心線に対して一対の支柱の支柱中心線がプロペラの回転方向と同方向に傾き角を有することで、傾き角がない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。また、一対の支柱の支柱中心線の傾き角を30度から60度の角度範囲とすることで、一対の支柱を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。 According to the stern appendage of the present invention, a pair of columns supporting the substantially arc-shaped virtual duct body is attached to the stern such that the angle between the pair of columns is in the range of 225 degrees to 255 degrees. Thus, it is possible to improve the efficiency of the hull without increasing the resistance of the hull even if the columns are added to the hull without mounting the duct body. In addition, since the column center line of the pair of columns has an inclination angle in the same direction as the propeller rotation direction with respect to the propeller center line, the thrust reduction rate or the propeller efficiency ratio can be improved compared to the case where there is no inclination angle. It is possible to increase and reduce the effective wake rate. In addition, by setting the inclination angle of the column center line of a pair of columns to an angle range of 30 degrees to 60 degrees, the hull efficiency is improved without increasing the resistance of the hull even if a pair of columns is added to the hull. be able to.

本発明の船尾用ダクトの設計方法によれば、全周ダクトにおける表面に働く船体推進方向の流体力分布及び/又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を基にした設計ができる。   According to the design method of the stern duct of the present invention, the design based on the fluid force distribution in the hull propulsion direction acting on the surface in the all-round duct and / or the flow velocity and flow direction distribution from the rear of the all-round duct to the propeller surface it can.

また、支持手段としての支柱の取り付け位置と取り付け数を設定するステップと、設定した支柱を用いた船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップとを備えた場合には、支柱の影響を考慮した設計ができる。   Also, in the case of providing the step of setting the mounting position and the number of mounting of the support as a support means, and performing the resistance / self-propulsion calculation by numerical calculation of the hull using the set support, the influence of the support is The design can be considered.

また、流体力分布のスラスト分布と抵抗成分分布を基に、全円ダクト形状からダクト形状の切り出しを容易に行うことができる。   Further, based on the thrust distribution of the fluid force distribution and the resistance component distribution, it is possible to easily cut out the duct shape from the whole circular duct shape.

また、ダクト本体の形状と傾き角を、90度から180度の角度範囲の小型ダクトにおけるダクト設置角に対する省エネ率に基づいて決定した場合には、ダクト形状の切り出しをさらに容易に行うことができる。   In addition, when the shape and inclination angle of the duct body are determined based on the energy saving rate for the duct installation angle in a small duct in the angle range of 90 degrees to 180 degrees, the cutout of the duct shape can be performed more easily. .

本発明の船尾用ダクトを有した船舶によれば、ダクト本体に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い船舶を提供できる。   According to the vessel having the stern duct of the present invention, the resistance applied to the duct body can be reduced, and a vessel having a high energy saving effect can be provided.

また、船体が二軸船尾双胴型の船体である場合には、ダクト本体に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い二軸船尾双胴型の船舶を提供できる。   In addition, when the hull is a biaxial stern double barrel type hull, resistance applied to the duct main body can be reduced, and a twin-shaft stern twin barrel type vessel with high energy saving effect can be provided.

また、船体が既存の船体であり、船尾用ダクトを船体に後付けした場合には、既存の船体に対しても抵抗の低減と、省エネ効果の向上を適用できる。   When the hull is an existing hull and the stern duct is retrofitted to the hull, the resistance reduction and the improvement of the energy saving effect can be applied to the existing hull.

本発明の一実施形態による船尾用ダクトを取り付けた状態を示す船舶の要部側面図The principal part side view of the ship showing the state where the duct for the stern was attached by one embodiment of the present invention 同船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図Principal part front view which shows the state which looked the same ship forward from the back 同船舶を斜め後方から見た要部斜視図The main part perspective view which looked at the ship from diagonally back 本実施形態による船尾用ダクトの斜視図A perspective view of a stern duct according to the present embodiment 本発明の他の実施形態による船尾用ダクトの正面図Front view of stern duct according to another embodiment of the present invention 図1から図4又は図5に示す船尾用ダクトの側面断面図Side cross-sectional view of the stern duct shown in FIGS. 1 to 4 or 5 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトの斜視図A perspective view of a stern duct according to still another embodiment of the present invention 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトの側面断面図Side cross-sectional view of a stern duct according to still another embodiment of the present invention 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトの側面断面図Side cross-sectional view of a stern duct according to still another embodiment of the present invention 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図Explanatory drawing which shows the duct for sterns by further another embodiment of this invention 試験に使用した肥大船模型とプロペラ模型の要目を示す図Diagram showing the outline of the enlarged ship model and propeller model used in the test 試験に使用した部分ダクト模型の模式図Schematic of partial duct model used for testing 試験を行ったダクト模型の要目を表すパラメータを示す図Diagram showing the parameters representing the essentials of the duct model tested 試験を行ったダクト模型の要目を示す図Diagram showing the gist of the duct model tested ダクト本体の傾き角と自航要素の関係を示す特性図(第1模型)Characteristic diagram (the first model) showing the relationship between the inclination angle of the duct body and the self-propagating element ダクト本体の傾き角と自航要素の関係を示す特性図(第2模型)Characteristic chart (the second model) showing the relationship between the inclination angle of the duct body and the self-propagating element ダクト本体の傾き角と自航要素の関係を示す特性図(第3模型)Characteristic diagram (the third model) showing the relationship between the inclination angle of the duct body and the self-propagating element ダクト本体の傾き角と自航要素の関係を示す特性図(第4模型)Characteristic chart (4th model) showing the relationship between the inclination angle of the duct body and the self-propagating element ダクト本体の傾き角と自航要素の関係を示す特性図(第5模型)Characteristic diagram showing the relationship between the tilt angle of the duct body and the self-propagating element (5th model) 馬力低減率を示す特性図Characteristic chart showing the horsepower reduction rate ダクト設置角と自航要素の関係を示す特性図Characteristic diagram showing the relationship between the duct installation angle and the self-propulsion element ダクト設置角と馬力低減率の関係を示す特性図Characteristic chart showing the relationship between the duct installation angle and the horsepower reduction rate 試験で実施した部分ダクト模型を用いた自航試験の全結果を示す図The figure which shows the whole result of the self-promotion test using the partial duct model carried out by the test 本実施形態に適用する船体の船体要目及び3次元形状側面図Husband essentials and three-dimensional side view of the hull applied to the present embodiment 本実施形態による船尾用ダクトと同一半径の全周ダクトのダクト要目及び3次元形状を示す図The figure which shows the duct point of a perimeter duct of the same radius as the stern duct by this embodiment, and a three-dimensional shape 本実施形態に使用するプロペラのプロペラ要目を示す図Diagram showing propeller points of a propeller used in the present embodiment 本実施形態に適用する船体に対するダクト及びプロペラの取り付け位置を示す図The figure which shows the attachment position of the duct and propeller with respect to the hull applied to this embodiment 全周ダクトのスラスト成分および抵抗成分分布の周方向分布図Circumferential distribution of thrust component and resistance component distribution of all-around duct 全周ダクトの表面上のスラスト分布と抵抗成分分布の等高線図Contour map of thrust distribution and resistance distribution on the surface of the all around duct 船尾用ダクトを装備した二軸船尾双胴型の船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図Principal part front view which shows the state which looked at a two-shaft stern double-body type ship equipped with a stern duct forward from the back 他の船尾用ダクトを装備した二軸船尾双胴型の船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図Principal part front view which shows the state which looked at a twin-shaft stern twin-body type ship equipped with other stern ducts from the back from the front.

本発明の一実施形態による船尾用ダクトについて図を用いて説明する。
図1は、同船尾用ダクトを取り付けた状態を示す船舶の要部側面図、図2は、同船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図、図3は、同船舶を斜め後方から見た要部斜視図である。
図1に示すように、本実施形態による船尾用ダクト10は、船体1の船尾2に取り付けたプロペラ3の前方に取り付けられる。図1では、船尾用ダクト10は、船尾管を覆う船尾2の端部に取り付けているが、船体1の船尾管に取り付けてもよい。
A stern duct according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a side view of the main part of the ship showing the stern duct attached, FIG. 2 is a front view of the main part showing the ship looking forward from the rear, and FIG. 3 is an oblique rear view of the ship It is the principal part perspective view seen from.
As shown in FIG. 1, the stern duct 10 according to the present embodiment is attached to the front of a propeller 3 attached to the stern 2 of the hull 1. In FIG. 1, the stern duct 10 is attached to the end of the stern 2 covering the stern tube, but may be attached to the stern tube of the hull 1.

図2及び図3に示すように、船尾用ダクト10は、ダクト本体11と支持手段12とで構成されている。ダクト本体11は支持手段12にて船尾2に取り付けられる。
ダクト本体11のダクト中心線Ydが、船体1を後方から前方視した状態でプロペラ3の上下方向のプロペラ中心線Ypに対してプロペラ3の回転方向に傾き角θを有するように、ダクト本体11は支持手段12にて船尾2に取り付けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the stern duct 10 is composed of a duct body 11 and a support means 12. The duct body 11 is attached to the stern 2 by the support means 12.
The duct body 11 is arranged such that the duct center line Yd of the duct body 11 has an inclination angle θ in the rotational direction of the propeller 3 with respect to the propeller center line Yp in the vertical direction of the propeller 3 in a state where the hull 1 is viewed forward from behind. Are attached to the stern 2 by support means 12.

図4は本実施形態による船尾用ダクトの斜視図である。
ダクト本体11は、中心角(角度範囲)βが180度から270度の略円弧状、より好ましくは225度から255度の略円弧状に形成している。ダクト本体11をこのような中心角βの略円弧状に形成することで、ダクト本体11による全抵抗係数を増加させることなく船殻効率を改善することができる。
ダクト本体11の後端に形成する後端円弧部11rの半径Rrを、前端に形成する前端円弧部11fの半径Rfよりも小さくしている。このように、後端円弧部11rの半径Rrを、前端円弧部11fの半径Rfよりも小さくすることで、ダクト本体11より下流での流れの全体の平均速度を遅くできるとともに、ダクト本体11の前端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。
FIG. 4 is a perspective view of the stern duct according to the present embodiment.
The duct body 11 is formed in a substantially arc shape having a central angle (angle range) β of 180 degrees to 270 degrees, more preferably in a substantially arc shape of 225 degrees to 255 degrees. By forming the duct main body 11 in a substantially arc shape of such a central angle β, the hull efficiency can be improved without increasing the total resistance coefficient by the duct main body 11.
The radius Rr of the rear end arc portion 11r formed at the rear end of the duct body 11 is smaller than the radius Rf of the front end arc portion 11f formed at the front end. As described above, by making the radius Rr of the rear end arc portion 11r smaller than the radius Rf of the front end arc portion 11f, the overall average velocity of the flow downstream of the duct main body 11 can be reduced. The thrust component on the front end side can be increased to increase the propulsive force.

支持手段12は、ダクト本体11の両側に接続される支柱12aと、この支柱12aを船尾2に取り付ける取付部12bとから構成される。支柱12aは、断面を内側に凸の翼型に形成している。このように支柱12aの断面を翼型とすることで、支柱12aにおいても翼型により発生する揚力の推進方向成分(スラスト成分)を利用することができる。
支柱12aは、船尾側前後幅Lxよりもダクト本体側前後幅Lyを大きくしている。このように、取付部12b側である船尾側前後幅Lxに対してダクト本体側前後幅Lyを大きくすることで、支柱の抵抗を減少させ、流れを有効に利用して推進力を高めることができる。
なお、リング状を成す取付部12bを無くして、支柱12aを直接、船尾管を覆う船尾2の端部、又は船体1の船尾管に取り付けてもよい。
The support means 12 is composed of a support 12 a connected to both sides of the duct main body 11 and an attachment 12 b for attaching the support 12 a to the stern 2. The support 12a has a cross section formed in an inwardly convex wing shape. Thus, by making the cross section of the support 12a into a wing shape, it is possible to utilize the thrust direction component (thrust component) of the lift generated by the wing also in the support 12a.
The column 12a has a duct body side longitudinal width Ly larger than the stern side longitudinal width Lx. Thus, by increasing the duct body side longitudinal width Ly with respect to the stern side longitudinal width Lx on the mounting portion 12b side, the resistance of the column is reduced, and the flow is effectively used to enhance the propulsive force. it can.
The support 12a may be directly attached to the end of the stern 2 covering the stern tube or the stern tube of the hull 1 without the ring-shaped attachment portion 12b.

図5は、他の実施形態による船尾用ダクトの正面図である。
図5に示すように、支持手段12は、ダクト本体11の両側に接続される一対の支柱12a以外に、支柱12cを設けてもよい。
図5では、支柱12cをダクト中心線Ydに沿って設けた場合を示している。支柱12cは、ダクト中心線Ydから60度以内の角度範囲、より好ましくはダクト中心線Ydから30度以内の角度範囲に設ける。このように支柱12cを設けても、船体1の抵抗を増加させることなく、ダクト本体11の強度、及びダクト本体11の船尾2の端部や船尾管への取り付け強度を高めることができる。
FIG. 5 is a front view of a stern duct according to another embodiment.
As shown in FIG. 5, the support means 12 may be provided with a support 12 c in addition to the pair of support 12 a connected to both sides of the duct main body 11.
FIG. 5 shows the case where the support 12c is provided along the duct center line Yd. The support 12c is provided in an angle range of 60 degrees or less from the duct center line Yd, more preferably in an angle range of 30 degrees or less from the duct center line Yd. Thus, even if the support 12c is provided, the strength of the duct body 11 and the attachment strength of the duct body 11 to the end of the stern 2 or the stern tube can be enhanced without increasing the resistance of the hull 1.

図6は、図1から図4又は図5に示す船尾用ダクトの側面断面図である。
図6に示すように、ダクト本体11の前後方向の断面11sは、内側に凸の翼型に形成している。このように、断面11sを内側に凸の翼型に形成することで、船体1の推進方向への揚力を発生させることで推進効率を上げることができる。
また、図6に示すように、ダクト本体11は、ダクト本体11の円弧の中心を結ぶ仮想中心軸Xdをプロペラ3の回転中心軸Xpと一致させている。仮想中心軸Xdと回転中心軸Xpとを一致させることで、設計や装備が容易となる。
なお、仮想中心軸Xdは、ダクト本体11の全ての円弧面における中心に必ずしも対応している必要はない。例えば、中心部と両側部とで半径が若干異なる場合や、前端円弧部11fの中心角βと後端円弧部11rの中心角βが異なる場合があり、ダクト本体11は、完全な円弧である必要はなく、略円弧状に形成されていればよい。
6 is a side sectional view of the stern duct shown in FIG. 1 to FIG. 4 or FIG.
As shown in FIG. 6, a cross section 11s in the front-rear direction of the duct main body 11 is formed into an inwardly convex wing shape. As described above, by forming the cross section 11s into a convex wing shape inward, it is possible to increase the propulsion efficiency by generating lift in the propulsion direction of the hull 1.
Further, as shown in FIG. 6, the duct main body 11 makes the virtual center axis Xd connecting the centers of the arcs of the duct main body 11 coincide with the rotation center axis Xp of the propeller 3. By matching the virtual center axis Xd and the rotation center axis Xp, design and equipment become easy.
The virtual center axis Xd does not have to correspond to the center of all the arc surfaces of the duct main body 11. For example, the radius may be slightly different between the central portion and both sides, or the central angle β of the front end arc portion 11 f and the central angle β of the rear end arc portion 11 r may be different. The duct body 11 is a perfect arc. It is not necessary, and it may be formed in a substantially arc shape.

図7は、更に他の実施形態による船尾用ダクトの斜視図である。
本実施形態による船尾用ダクト10は、支柱12aに代えて捻った形状とした支柱12eを用い、プロペラ3に向かう流れを対向流化している。すなわち、支柱12eは、プロペラ3の回転と反対方向に捻った形状としている。このように、捻った形状とした支柱12eを用いて、プロペラ3に向かう流れを、プロペラ3の回転方向に対して対向流化することで、プロペラ3の推進力を高めることができる。
なお、支持手段12は、支柱12aや支柱12eと船尾用ダクト10を船体1に取り付ける構造を組み合わせたり、支柱12aを用いずに直接船体1に取り付ける構造を採用することもできる。
FIG. 7 is a perspective view of a stern duct according to yet another embodiment.
The stern duct 10 according to the present embodiment uses a strut 12e in a twisted shape instead of the strut 12a to counterflow the flow toward the propeller 3. That is, the support 12 e has a shape twisted in the opposite direction to the rotation of the propeller 3. As described above, by making the flow toward the propeller 3 counter-flow in the rotational direction of the propeller 3 by using the support 12 e in a twisted shape, the propulsive force of the propeller 3 can be increased.
The support means 12 may adopt a structure in which the support 12a and the support 12e and the stern duct 10 are attached to the hull 1 or a structure in which the support 12 is directly attached to the hull 1 without using the support 12a.

図8は、更に他の実施形態による船尾用ダクトの側面断面図である。
図8では、ダクト本体11の仮想中心軸Xdを、プロペラ3の回転中心軸Xpからずらしている。このように、仮想中心軸Xdを回転中心軸Xpからずらすことで、船体1や船尾2、またプロペラ3により生ずる非対称な流れに対応し、スラスト力が高められる位置に船尾用ダクト10を設けることができる。
FIG. 8 is a side cross-sectional view of a stern duct according to yet another embodiment.
In FIG. 8, the virtual center axis Xd of the duct main body 11 is shifted from the rotation center axis Xp of the propeller 3. As described above, the stern duct 10 is provided at a position where the thrust force can be increased in response to the asymmetric flow generated by the hull 1, the stern 2, and the propeller 3 by shifting the virtual central axis Xd from the rotational central axis Xp. Can.

図9は、更に他の実施形態による船尾用ダクトの側面断面図である。
図9では、船体1を側面視した状態で、ダクト本体11の仮想中心軸Xdをプロペラ3の回転中心軸Xpに対して傾けている。このように、仮想中心軸Xdを回転中心軸Xpに対して傾けることで、船尾2の流れに対応しスラスト力を高めるように船尾用ダクト10を取り付けることができる。
FIG. 9 is a side cross-sectional view of a stern duct according to yet another embodiment.
In FIG. 9, the virtual center axis Xd of the duct main body 11 is inclined with respect to the rotation center axis Xp of the propeller 3 in a side view of the hull 1. Thus, the stern duct 10 can be attached so as to correspond to the flow of the stern 2 and to increase the thrust force by inclining the virtual center axis Xd with respect to the rotation center axis Xp.

図10は、更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図である。
図10では、船体1を後方から前方視した状態で、プロペラ3が反時計回りBの場合を示している。
本実施形態による船尾用ダクト10は、ダクト本体11の中心角βを210度とし、傾き角θを60度として取り付けた場合を示している。
FIG. 10 is an explanatory view showing a stern duct according to still another embodiment.
FIG. 10 shows the case where the propeller 3 is in the counterclockwise direction B in a state where the hull 1 is viewed forward from the rear.
In the stern duct 10 according to the present embodiment, the duct main body 11 is attached at a central angle β of 210 degrees and an inclination angle θ of 60 degrees.

次に、ダクト本体11の周方向の各部分が、船尾流れとの関係によって自航要素に与える影響について、試験結果に基づいて説明する。
本試験では、中心角βを120度としたダクト本体11を部分ダクト模型として用い、周方向位置(ダクト設置角θ)を変更して自航試験を行い、部分ダクト模型の周方向部分と自航要素の関係について調査した。
また、本試験では、肥大船の模型船に、部分ダクト模型を設置し、部分ダクト模型の設置角(本実施形態における傾き角θ)を変化させて、自航試験を行い、部分ダクト模型の設置角と自航要素との関係を調査した。
Next, the influence of each portion in the circumferential direction of the duct main body 11 on the self-propagating element by the relationship with the stern flow will be described based on the test results.
In this test, the duct body 11 with a central angle β of 120 degrees is used as a partial duct model, and the self-propagation test is performed by changing the circumferential position (duct installation angle θ). We investigated the relationship of navigational factors.
Also, in this test, a partial duct model is installed on a model ship of an enlarged ship, the installation angle of the partial duct model (inclination angle θ in the present embodiment) is changed, and a self-propagation test is performed. The relationship between the installation angle and the self-propagation factor was investigated.

図11は、試験に使用した肥大船模型とプロペラ模型の要目、図12は、部分ダクト模型の模式図である。
なお、部分ダクト模型においては、本実施形態における支柱12aをフィンと称して説明する。また、本実施形態における取付部12bをリング状部材として模型船の船尾管にかぶせて設置し、自航試験の際には、リング状の部分を回転させることで設置角θを変化させた。
ダクト設置角θは、船尾側からみて、直上を0度とし、右回り(時計回り)に角度を進めた。よって12時位置が、0度、3時位置が90度、6時位置が180度、9時位置が270度である。
FIG. 11 is a schematic view of the enlarged ship model and propeller model used in the test, and FIG. 12 is a schematic view of a partial duct model.
In the partial duct model, the support 12a in the present embodiment is described as a fin. Further, the mounting portion 12b in the present embodiment was installed as a ring-shaped member over the stern tube of a model ship, and in the self-promotion test, the installation angle θ was changed by rotating the ring-shaped portion.
The duct installation angle θ was 0 degrees immediately above the stern side, and was advanced clockwise (clockwise). Therefore, the 12 o'clock position is 0 degrees, the 3 o'clock position is 90 degrees, the 6 o'clock position is 180 degrees, and the 9 o'clock position is 270 degrees.

図13は、試験を行ったダクト模型の要目を表すパラメータ、図14は、試験を行ったダクト模型の要目を示す。
ここでDdiはプロペラ直径に対するダクト入口の直径比、Ddoはプロペラ直径に対するダクト出口の直径比であり、Ddi538は、プロペラ直径に対するダクト入口の直径比が53.8%、Ddo493は、プロペラ直径に対するダクト出口の直径比が49.3%であることを示している。α5は、部分ダクト模型の開き角度が5度、β120は、中心角が120度のダクトであることを示している。
ダクト入り口でのダクト直径を一定として、ダクトの開き角αとダクト長さLdを変化させた。部分ダクト模型に関しては、ダクト長さLdをプロペラ直径Dの25.5%に固定し、開き角αを5度から14度まで、3度間隔で変化させた。また部分ダクト模型の試験結果を参考に、周方向の角度が210度となるダクトについても試験を実施した。さらにダクトを船体1に固定するためのフィンも自航要素に影響を与えていると考え、ダクト部分を除去したフィン単体の試験も実施した。
試験は海上技術安全研究所の三鷹第二試験水槽で実施し、試験速力は、フルード数0.18に対応する速力とした。部分ダクト模型の水槽試験では、プロペラ荷重度の変化による1−tへの影響が出やすいため、プロペラ荷重度を変化させて試験を行い、ロードファクターが1となるところの自航要素を内挿により求めることで、プロペラ荷重度の影響を排除した。
FIG. 13 shows the parameters representing the requirements of the tested duct model, and FIG. 14 shows the requirements of the tested duct model.
Here, Ddi is the diameter ratio of the duct inlet to the propeller diameter, Ddo is the diameter ratio of the duct outlet to the propeller diameter, Ddi 538 is the diameter ratio of the duct inlet to the propeller diameter 53.8%, and Ddo 493 is the duct to the propeller diameter It shows that the diameter ratio of the outlet is 49.3%. α5 indicates that the opening angle of the partial duct model is 5 degrees, and β120 indicates that the central angle is a duct of 120 degrees.
The duct opening angle α and the duct length Ld were varied while keeping the duct diameter at the duct inlet constant. For the partial duct model, the duct length Ld was fixed at 25.5% of the propeller diameter D p , and the opening angle α was changed at intervals of 3 degrees from 5 degrees to 14 degrees. Moreover, the test was implemented also about the duct whose circumferential direction angle becomes 210 degrees on the basis of the test result of a partial duct model. Furthermore, the fin for fixing the duct to the hull 1 was also considered to affect the self-propagating element, and a test of the fin alone from which the duct portion was removed was also conducted.
The test was conducted at the Mitaka No. 2 Test Water Tank at the Japan Institute of Marine Technology Safety Research, and the test speed was set to a speed corresponding to Froude number 0.18. In the tank test of the partial duct model, the propeller loading degree is likely to be affected by changes in the propeller loading degree, so the propeller loading degree is changed and the test is performed, and the self-propagating element with a load factor of 1 is interpolated. The influence of the propeller loading degree was eliminated by

各々の部分ダクト模型とフィンについて、自航試験の結果から得られた自航要素と設置角の関係を図15から図19に示す。
図15から図19は、ダクト本体のダクト設置角と自航要素の関係を示す特性図であり、図15は第1模型(α5Ddi538Ddo493Ld255β120)、図16は第2模型(α8Ddi538Ddo466Ld255β120)、図17は第3模型(α11Ddi538Ddo439Ld255β120)、図18は第4模型(α14Ddi538Ddo411Ld255β120)、図19は第5模型(Fin)における特性図である。
自航要素として、推力減少率(1−t)、有効伴流率(1−w)、推進器効率比(ηR)を示している。
The relationship between self-propulsive elements and installation angles obtained from the results of self-propulsion tests for each of the partial duct models and fins is shown in FIG. 15 to FIG.
15 to 19 are characteristic diagrams showing the relationship between the duct installation angle of the duct main body and the self-propagating element, and FIG. 15 is a first model (α5Ddi538Ddo493Ld255β120), FIG. FIG. 18 is a characteristic diagram of the fourth model (α14Ddi538Ddo411Ld255β120), and FIG. 19 is a characteristic diagram of the fifth model (Fin).
As a self-propagating element, a thrust reduction rate (1-t), an effective wake rate (1-w), and a propeller efficiency ratio (ηR) are shown.

何れの開き角αの部分ダクト模型においても、設置角0度で1−tが最大となり、設置角90度で1−wTMが最小となり、ηRが最大となる。自航要素の良否という観点からすると、1−tと他の二つの自航要素1−wTMとηRは、逆相関となっており、フィン単体の場合も同様である。これら自航試験により得られた自航要素を用いて馬力推定を行い、各部分ダクト模型およびフィン単体の各設置角θでの馬力低減率を計算した。   In the partial duct model of any opening angle α, 1-t is maximum at an installation angle of 0 degrees, 1-wTM is minimum at an installation angle of 90 degrees, and ηR is maximum. From the viewpoint of the quality of the self-propagating element, 1-t and the other two self-propagating elements 1-wTM and η R have an inverse correlation, and the same applies to the fin alone. Horsepower estimation was performed using the self-propagation elements obtained by these self-propagation tests, and the horsepower reduction rate at each installation angle θ of each partial duct model and fin unit was calculated.

計算した馬力低減率を図20に示す。開き角αが5度の時は、設置角0度での馬力低減率が最も大きく、設置角180度、設置角270度では、ほとんど馬力低減効果が無くなっている。その他の開き角αの1/3ダクトでは、設置角90度の場合が最も良好な馬力低減率を示しており、設置角0度がそれに続くが、設置角180度においても、1〜2%程度の低減率が示されている。やはり設置角270度においては、馬力低減率は、ほとんどない。またフィンのみでも設置角0度、90度180度については、2%程度の馬力低減効果が現れているが、設置角270度では、ほとんど馬力低減効果がない。
ダクト設置角の影響をより詳細に調査するため、馬力低減率の高い設置角0度付近から設置角90度付近までにかけて、設置角の変更幅を小さくして自航試験を行った。
The calculated horsepower reduction rate is shown in FIG. When the opening angle α is 5 degrees, the horsepower reduction rate at the installation angle of 0 degrees is the largest, and at the installation angle of 180 degrees and the installation angle of 270 degrees, the horsepower reduction effect is almost lost. For one-third ducts with other opening angles α, a setting angle of 90 degrees shows the best horsepower reduction rate, followed by a setting angle of 0 degrees, but also at a setting angle of 180 degrees, 1 to 2% A degree of reduction is shown. After all, there is almost no reduction in horsepower at an installation angle of 270 degrees. In addition, about the installation angle 0 degree and 90 degrees 180 degrees, about 2% of the horsepower reduction effect appears, but there is almost no horsepower reduction effect at the installation angle of 270 degrees even with the fin alone.
In order to investigate the influence of the duct installation angle in more detail, the range of change of the installation angle was made small from near 0 ° installation angle with high horsepower reduction rate to around 90 ° installation angle, and self-propagation test was conducted.

図21は、ダクト本体の傾き角(ダクト設置角)と自航要素の関係図22は、ダクト設置角と馬力低減率の関係を示す。
図21及び図22において、角度0は、船体1を後方から前方視した状態でプロペラ3の上下方向のプロペラ中心線Ypとダクト中心線Ydとを一致させて設けた場合であり、プラスの設置角θは右舷側に傾け、マイナスの設置角θは左舷側に傾けている。プロペラ3は時計回りAに回している。また、縦軸は、ダクト無を基準としている。
1−tは、設置角0度で最大となり、設置角75度で最小となる。また1−wTMは、設置角75度で最小となり、設置角270度で最大となる。ηRは、設置角75度で最大となり、設置角−15度で最小となっている。馬力低減率が良好な設置角は0度と90度のふたつのこぶになっており、設置角0度の場合は1−tの設置角90度の場合は1−wTMとηRの良化によることが判る。
図21及び図22において、好ましい設置角の位置を円で示している。
FIG. 21 shows the relationship between the inclination angle of the duct body (duct installation angle) and the self-propagating element. FIG. 22 shows the relationship between the duct installation angle and the horsepower reduction rate.
In FIG. 21 and FIG. 22, an angle 0 is a case where the propeller center line Yp in the vertical direction of the propeller 3 and the duct center line Yd are provided in agreement with each other when the hull 1 is viewed forward from behind The angle θ is inclined to the starboard side, and the negative setting angle θ is inclined to the port side. The propeller 3 is rotated clockwise A. The vertical axis is based on the absence of a duct.
1-t is maximum at an installation angle of 0 degrees and is minimum at an installation angle of 75 degrees. Further, 1-wTM is minimum at an installation angle of 75 degrees and is maximum at an installation angle of 270 degrees. η R is maximum at an installation angle of 75 degrees and is minimum at an installation angle of -15 degrees. The installation angle with a good horsepower reduction rate is two bumps with 0 degree and 90 degrees, and in the case of 0 degree installation angle, 1-t in the case of 90 degree installation angle is due to the improvement of 1-wTM and ηR I understand that.
In FIG. 21 and FIG. 22, the position of the preferred installation angle is indicated by a circle.

部分ダクト模型(中心角βが120度)の試験結果を見ると、設置角0度と設置角90度の馬力低減効果が高い。設置角180度では、フィン単独よりも馬力低減効果が小さくなっている。設置角270度では、馬力低減効果が極めて低い。そこで、ダクト設置角0度と90度の部分ダクト模型を組み合わせ、中心角βを210度とした部分ダクト模型であれば、効果が大きいと考え、自航試験を実施することした。   Looking at the test results of the partial duct model (center angle β is 120 degrees), the horsepower reduction effect is high at an installation angle of 0 degrees and an installation angle of 90 degrees. At the installation angle of 180 degrees, the effect of reducing the horsepower is smaller than that of the fin alone. At a 270 degree installation angle, the effect of reducing horsepower is extremely low. Therefore, it was considered that the effect was large if the partial duct model having a duct installation angle of 0 degrees and 90 degrees was combined and the central angle β was 210 degrees, the self-promotion test was performed.

部分ダクト模型(中心角βが120度)での試験結果から、開き角11度の時が、設置角0度で馬力低減率3.3%、設置角90度で馬力低減率3.4%と総合的に馬力低減効果が高かったことから、この開き角11度の210度ダクトを対象に自航試験を実施した。開き角11度の210度ダクトの模式図は、図4に示す通りである。
自航試験の結果、各自航要素は、設置角0度と90度の部分ダクト模型の中間的な値となり、馬力低減率は3.9%と両者よりも大きくなった。
From the test results of the partial duct model (center angle β is 120 degrees), at an opening angle of 11 degrees, the horsepower reduction rate 3.3% at an installation angle 0 degree, and the horsepower reduction rate 3.4% at an installation angle 90 degrees Since the effect of reducing the horsepower was generally high, we conducted a self-promotion test for this 210-degree duct with an opening angle of 11 degrees. A schematic view of a 210 degree duct having an opening angle of 11 degrees is as shown in FIG.
As a result of the self-navigation test, the self-navigation factor was an intermediate value of the partial duct model with an installation angle of 0 degrees and 90 degrees, and the reduction in horsepower was 3.9%, which is larger than both.

図23は、本試験で実施した部分ダクト模型を用いた自航試験の全結果を示す。
部分ダクト模型を用いて、自航試験を行った結果、以下のことが判った。
右回りプロペラ3の場合、部分ダクト模型が後方からみて0度(12時)の位置にある時、1−tは最も大きくなる。一方、1−wTMも最も大きくなり、ηRは最も小さくなる。部分ダクト模型が後方から見て90度(3時)の位置にある時、1−tは最も小さくなり、1−wTMも最も小さくなり、ηRは最も大きくなる。つまり自航要素の良否という観点からすると、1−tと他の二つの自航要素1−wTMとηRは、逆相関となっている。これらの現象が総合されて、0度(12時)位置あるいは90度(3時)位置の省エネ効果が高くなっており、これら両位置を組み合わせた210度ダクトの省エネ効果も高くなった。なお、210度ダクトでは馬力低減率は3.9%であったが、同一条件で角度範囲だけを360度とした全周ダクトの場合、馬力低減率は3.5%となり、全周ダクトよりも210度ダクトの方が馬力低減率は大きいことが確認できた。
FIG. 23 shows the overall results of the self-propagation test using the partial duct model carried out in this test.
As a result of conducting a self-promotion test using a partial duct model, the following was found.
In the case of the clockwise propeller 3, 1-t is the largest when the partial duct model is at a position of 0 degree (12 o'clock) as viewed from the rear. On the other hand, 1-wTM is also the largest, and RR is the smallest. When the partial duct model is at a position of 90 degrees (3 o'clock) when viewed from the rear, 1-t is smallest, 1-wTM is also smallest, and ηR is largest. That is, from the viewpoint of the quality of the self-propagating element, 1-t and the other two self-propagating elements 1-wTM and η R have an inverse correlation. By combining these phenomena, the energy saving effect of the 0 degree (12 o'clock) position or the 90 degree (3 o'clock) position is high, and the energy saving effect of the 210 degree duct combining these two positions is also high. The horsepower reduction rate was 3.9% for the 210 ° duct, but in the case of an all-round duct where only the angle range was 360 degrees under the same conditions, the horsepower reduction rate was 3.5%, compared to the all-round duct It was also confirmed that the horsepower reduction rate was greater with the 210 ° duct.

以上の結果より、ダクト本体11を180度から270度の角度範囲の略円弧状に形成し、プロペラ3の上下方向のプロペラ中心線Ypに対してダクト本体11のダクト中心線Ydがプロペラ3の回転方向に、30度から60度の角度範囲で設置角を有することで、ダクト本体11を船体1に付加しても船体1の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。
より好ましくは角度範囲を225度から255度の略円弧状に形成することにより、船体1の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。
From the above results, the duct body 11 is formed in a substantially arc shape having an angle range of 180 degrees to 270 degrees, and the duct center line Yd of the duct body 11 with respect to the propeller center line Yp in the vertical direction of the propeller 3 By having the installation angle in the angle range of 30 degrees to 60 degrees in the rotational direction, the hull efficiency can be improved without increasing the resistance of the hull 1 even if the duct body 11 is added to the hull 1.
More preferably, by forming the angle range in a substantially arc shape of 225 degrees to 255 degrees, the hull efficiency can be improved without increasing the resistance of the hull 1.

次に本実施形態による船尾用ダクトの設計方法について以下に説明する。
図24は、適用する船体について、船体要目及び3次元形状側面図であり、図25は、本実施形態による船尾用ダクトと同一半径の全周ダクトについて、ダクト要目及び3次元形状を示す。
本実施形態では、パナマックスサイズ・バルクキャリア(PxBC)の、船尾肥大度を高くした形状の船体を用いた。
本実施形態による船尾用ダクト10を設計するに当たり、まず、略円弧状のダクト本体11と同一半径の全周ダクトを設定する。
ここでは、全周ダクトとして、所謂Weather Adapted Duct(WAD)を基本形状としたダクトを用いている。
図25において、DT.E.はダクト後端直径、Dはプロペラ直径、Lはダクト翼断面コード長、αは翼断面が持つ開き角である。
Next, a method of designing a stern duct according to the present embodiment will be described below.
FIG. 24 is a side view of a ship essential point and a three-dimensional shape of a hull to be applied, and FIG. 25 shows a duct essential point and a three-dimensional shape of an all-around duct having the same radius as the stern duct according to this embodiment. .
In the present embodiment, a hull of the Panamax size bulk carrier (PxBC) having a shape with a high degree of stern hypertrophy was used.
In designing the stern duct 10 according to the present embodiment, first, an all-round duct having the same radius as the substantially arc-shaped duct body 11 is set.
Here, a duct having a so-called Weather Adapted Duct (WAD) as a basic shape is used as the entire circumference duct.
In FIG. 25, D TE. Is a duct rear end diameter, D p is a propeller diameter, L d is a duct blade cross section cord length, and α is an opening angle of the blade cross section.

図26は、使用するプロペラについてのプロペラ要目を示す。
図26において、H/Dはピッチ比、aEは展開面積比、Zは翼数を表わす。
FIG. 26 shows propeller points for the used propeller.
In FIG. 26, H / D p represents a pitch ratio, aE represents a developed area ratio, and Z represents the number of blades.

図27は、船体に対するダクト及びプロペラの取り付け位置を示す。
座標原点を船体1の船首垂線(FP)に取り、FPから船尾垂線(AP)の方向をx軸正、左舷から右舷の方向をy軸正、竜骨(keel)から甲板(deck)の方向をz軸正の向きとしている。また、船長を1としている(つまりx=0.0がFP、x=1.0がAP)。
図27から導かれるように、ダクト後端はプロペラ前縁と約5%Dのクリアランスを持ち、ダクト中心はシャフトセンターラインに一致させている。
FIG. 27 shows the mounting position of the duct and propeller on the hull.
The coordinate origin is taken to the bow perpendicular (FP) of the hull 1, the direction from FP to stern perpendicular (AP) is x-axis positive, the direction from port to starboard is y-axis positive, the direction from keel to keck The z-axis is in the positive direction. Also, the captain is 1 (that is, x = 0.0 is FP, x = 1.0 is AP).
As can be derived from FIG. 27, the duct rear end has a clearance of propeller leading and about 5% D p, the duct center is made to coincide with the shaft centerline.

次に、船型・ダクト・プロペラを設定して、全周ダクトを用いた船体の数値計算による抵抗・自航計算を行う。
図24から図27に示す船型・ダクト・プロペラを用いてCFD(Computational Fluid Dynamics)解析を行った。
CFD解析の結果、ダクト無の船型に比べ、ダクト有の船型は抵抗を増加させることが無く、船殻効率を約3.2%改善した。ダクトが付いているにも関わらず、全抵抗係数が殆ど増加しない理由は、ダクト自身が推力を出しているからであると考えられる。
Next, set the hull type, duct and propeller, and perform resistance and self-propulsion calculation by numerical calculation of the hull using ducts all around.
CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis was performed using the hull form, duct and propeller shown in FIG. 24 to FIG.
As a result of CFD analysis, compared with the ductless hull, the ducted hull did not increase the resistance and improved the hull efficiency by about 3.2%. The reason why the total drag coefficient hardly increases despite the fact that the duct is attached is considered to be that the duct itself is generating thrust.

次に、抵抗・自航計算結果から全周ダクトの内表面の流体力分布を求める。
図28は、全周ダクトのスラスト成分および抵抗成分分布の周方向分布を示す。
図28において、傾き角θは、全周ダクトを後ろから見て12時の位置を0度とし、12時の位置から時計回り方向を正としている。また、図28において、縦軸Ctxは、x方向流体力であり、正の値(0ラインより上)では抵抗となり、負の値(0ラインより下)では、推進力となる。
図28に示すように、プロペラ3が作動していない時(図中点線)には、x方向流体力(Ctxlduct)は、全周に渡り正の値、つまり抵抗(resistance)となっている。
しかし、プロペラ3が作動すると、Ctxlductは0度<θ<45度、288度<θ<360度付近で負の値、つまりスラスト(thrust)として作用する。このスラスト成分が、プロペラ3の作動時には、ダクトを取り付けている時でも全抵抗係数を増加させない要因となっていると考えられる。
Next, the fluid force distribution on the inner surface of the entire duct is obtained from the resistance and self-propulsion calculation results.
FIG. 28 shows circumferential distribution of thrust component and resistance component distribution of the all-around duct.
In FIG. 28, the inclination angle θ is 0 degrees at the position of 12 o'clock when the duct around the circumference is viewed from the rear, and the clockwise direction is positive from the position of 12 o'clock. Further, in FIG. 28, the vertical axis Ctx is a fluid force in the x direction, and a positive value (above the 0 line) provides resistance, and a negative value (below the 0 line) provides a propulsive force.
As shown in FIG. 28, when the propeller 3 is not operating (dotted line in the figure), the x-direction fluid force (Ctxlduct) has a positive value, that is, resistance, over the entire circumference.
However, when the propeller 3 operates, Ctxlduct acts as a negative value, ie, thrust, in the vicinity of 0 degrees <θ <45 degrees and 288 degrees <θ <360 degrees. It is considered that this thrust component is a factor that does not increase the total resistance coefficient even when the duct is attached when the propeller 3 is in operation.

図29は、全周ダクトの表面上のスラスト分布と抵抗成分分布の等高線図であり、図28に示す抵抗/スラスト成分が、ダクト表面上にどのように分布しているかを3次元的に示す。
図28に見られるダクトのスラスト成分は、図29では主にダクト上面内側で発生していることが分かる(図中、矢印で示す領域Z)。
すなわち、スラスト成分が発生する領域Zは、扇形の中心角をβとすると、0度<β<180度の角度範囲で囲まれた扇形部分となっている。スラスト自体は、ダクト側面内側付近にも発生しているが、当該部分のダクト外側にはこのスラストよりも大きな抵抗が働いていることから、ダクトコード方向に積分した全体の流体力としては図28に示す傾き角θが90度付近に示すように、抵抗となっている。
FIG. 29 is a contour map of the thrust distribution and the resistance component distribution on the surface of the all-around duct, which three-dimensionally shows how the resistance / thrust component shown in FIG. 28 is distributed on the duct surface .
It can be seen that the thrust component of the duct seen in FIG. 28 is mainly generated inside the upper surface of the duct in FIG. 29 (area Z indicated by the arrow in the figure).
That is, the region Z where the thrust component is generated is a fan-shaped portion surrounded by an angle range of 0 degree <β <180 degrees, where β is a central angle of the fan shape. Although the thrust itself is also generated near the inner side of the duct, since a greater resistance than this thrust is exerted on the outer side of the duct in that part, the total fluid force integrated in the duct cord direction is shown in FIG. As shown in the vicinity of 90 degrees, it is resistance.

このように、抵抗・自航計算結果から全周ダクトの内表面の流体力分布を求めた後に、流体力分布に基づいて全周ダクトから略円弧状のダクト本体11の形状を決定する。ここで、流体力分布は、スラスト分布と抵抗成分分布である。
また、全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を求めてもよい。この流速・流向分布を求めることにより有効伴流率を考慮した設計が可能となる。なお、この流速・流向分布や内表面の流体力分布は単独で用いての設計も、双方を用いての設計も可能であるが、双方を用いた方がより詳細な設計が実現可能となる。
ダクト本体11の形状と傾き角θは、90度から180度の角度範囲の小型ダクトにおけるダクト設置角に対する省エネ率に基づいて決定することで、ダクト本体11の形状の切り出しを容易に行うことができる。
なお、支持手段12としての支柱12a、12cの取り付け位置と取り付け数を設定するステップと、設定した支柱12a、12cを用いた船体1の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップとを備えることで、支柱12a、12cの影響を考慮した設計ができる。
As described above, after the fluid force distribution on the inner surface of the all-around duct is obtained from the resistance / self-propagation calculation result, the shape of the duct body 11 having a substantially arc shape is determined from the all-round duct based on the fluid force distribution. Here, the fluid force distribution is a thrust distribution and a resistance component distribution.
Also, the flow velocity and flow direction distribution from the rear of the entire circumferential duct to the propeller surface may be determined. By determining the flow velocity and flow direction distribution, it is possible to design in consideration of the effective wake rate. Although this flow velocity, flow direction distribution and fluid force distribution on the inner surface can be designed independently or in combination with each other, more detailed design can be realized by using both. .
The shape of the duct main body 11 can be easily cut out by determining the shape of the duct main body 11 and the inclination angle θ based on the energy saving rate for the duct installation angle in the small duct in the angle range of 90 degrees to 180 degrees. it can.
A step of setting the attachment position and the number of attachment of the columns 12a and 12c as the support means 12 and a step of performing resistance / self-propulsion calculation by numerical calculation of the hull 1 using the set columns 12a and 12c Thus, the design can be made in consideration of the influence of the columns 12a and 12c.

図30及び図31は、船尾用ダクトを装備した二軸船尾双胴型の船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図である。
図30及び図31において、船体1には、右舷側スケグの船尾管2Rには右舷側プロペラ3R、左舷側スケグの船尾管2Lには左舷側プロペラ3Lを設けている。
FIG. 30 and FIG. 31 are front views of relevant parts showing a state in which a two-shaft stern double-body type boat equipped with a stern duct is viewed forward from the rear.
In FIGS. 30 and 31, the hull 1 is provided with a starboard side propeller 3R in the stern tube 2R of the starboard side skeg, and a port side propeller 3L in the stern tube 2L of the port side skeg.

図30では、右舷側プロペラ3Rは反時計回りB、左舷側プロペラ3Lは時計回りAであり、内回りの回転であることを示している。
このように内回りの回転による二軸船尾双胴型の船舶にあっては、右舷側プロペラ3Rに対応する右舷側船尾用ダクト10Rは左上象限にダクト本体11Rを傾けて配置し、左舷側プロペラ3Lに対応する左舷側船尾用ダクト10Lは右上象限にダクト本体11Lを傾けて配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。
In FIG. 30, the starboard side propeller 3R is counterclockwise B, and the port side propeller 3L is clockwise A, which indicates that it is inward rotation.
As described above, in the twin-shaft stern double-barrel type ship by inner rotation, the starboard side stern duct 10R corresponding to the starboard side propeller 3R inclines the duct body 11R in the upper left quadrant, and the port side propeller 3L By disposing the duct main body 11L in the upper right quadrant with the port side stern duct 10L corresponding to the above, the thrust reduction rate or the propeller efficiency ratio can be increased and the effective wake rate can be reduced.

図31では、右舷側プロペラ3Rは時計回りA、左舷側プロペラ3Lは反時計回りBであり、外回りの回転であることを示している。
このように外回りの回転による二軸船尾双胴型の船舶にあっては、右舷側プロペラ3Rに対応する右舷側船尾用ダクト10Rは右上象限にダクト本体11Rを傾けて配置し、左舷側プロペラ3Lに対応する左舷側船尾用ダクト10Lは左上象限にダクト本体11Lを傾けて配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。
In FIG. 31, the starboard side propeller 3R is clockwise A, and the port side propeller 3L is counterclockwise B, which indicates that it is an outer rotation.
As described above, in the twin-shaft stern double-barrel type ship by outer rotation, the starboard side stern duct 10R corresponding to the starboard side propeller 3R inclines the duct body 11R in the upper right quadrant, and the port side propeller 3L By disposing the duct body 11L in the upper left quadrant with the port side stern duct 10L corresponding to the above, the thrust reduction rate or the propeller efficiency ratio can be increased and the effective wake rate can be reduced.

このように、本実施形態による船尾用ダクト10は、二軸船尾双胴型の船体1にも適用でき、ダクト本体11に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い二軸船尾双胴型の船舶を提供できる。
なお、二軸船尾双胴型の船舶、一軸型船舶の場合を含めて、船尾流を有効に利用しプロペラの推進効率を高めるために、プロペラの推進軸を左右に設けたスケグや船尾の中心から位置をずらしていわゆるオフセットを設ける場合があるが、このような場合に船尾用ダクトも位置ずらす、また位置はずらさないどちらの選択も可能である。
また、本実施形態による船尾用ダクト10は、既存の船体1に対して後付けで取り付けることができる。従って、既存の船舶においても本実施形態による船尾用ダクト10による抵抗の低減と、省エネ効果の向上を活用できる。
As described above, the stern duct 10 according to the present embodiment can be applied to the twin-shaft stern double-body type hull 1 to reduce the resistance applied to the duct main body 11 and achieve a high energy saving effect. Can provide
In addition, in the case of a twin-shaft stern double-barrel type ship and a single-shaft type ship, the skegs provided with propeller propeller shafts on the left and right and the center of the stern in order to effectively utilize the stern flow and enhance propeller propulsion efficiency. There is a case where a so-called offset is provided by displacing the position, but in such a case, it is also possible to shift the stern duct also or not.
In addition, the stern duct 10 according to the present embodiment can be retrofitted to the existing hull 1. Therefore, the reduction of the resistance by the stern duct 10 according to the present embodiment and the improvement of the energy saving effect can be utilized also in the existing ship.

以上の各実施形態では、船尾用ダクト10として説明したが、試験結果で示したように、ダクト本体11を設けずに、ダクト本体11の両端を支える一対の支柱12aだけでも、船体1の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することで省エネ効果がある。
すなわち、他の実施形態としての船尾用付加物は、略円弧状の仮想ダクト本体を支持する一対の支柱12aを、一対の支柱12aの間の角度が180度から270度の角度範囲となるように船尾2に取り付け、船体1を後方から前方視した状態でプロペラ3の上下方向のプロペラ中心線Ypに対して一対の支柱12aの支柱中心線がプロペラ3の回転方向に傾き角θを有する。
In each of the above embodiments, the stern duct 10 has been described. However, as shown in the test results, the resistance of the hull 1 is not limited to the duct main body 11, and the pair of supports 12a supporting both ends of the duct main body 11 There is an energy saving effect by improving the hull efficiency without increasing the
That is, in the stern appendage as another embodiment, the angle between the pair of columns 12a in the pair of columns 12a supporting the substantially arc-shaped virtual duct main body is in the range of 180 degrees to 270 degrees. Is attached to the stern 2 and when the hull 1 is viewed from the rear from the front, the column center line of the pair of columns 12 a has an inclination angle θ in the rotation direction of the propeller 3 with respect to the propeller center line Yp in the vertical direction of the propeller 3.

本実施形態による船尾用付加物は、傾き角θを30度から60度の角度範囲とすることで、一対の支柱12aを船体1に付加しても船体1の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、プロペラ3の回転中心軸Xpよりも上部の特に推進方向成分(スラスト成分)が大きく得られる位置に、角度範囲の小さいダクト本体11を臨ませることができる。   The stern appendage according to the present embodiment is a hull without increasing the resistance of the hull 1 even if the pair of columns 12a is added to the hull 1 by setting the inclination angle θ to an angle range of 30 degrees to 60 degrees. Efficiency can be improved. In addition, the duct main body 11 with a small angle range can be made to face a position where an especially propulsion direction component (thrust component) above the rotation center axis Xp of the propeller 3 can be obtained particularly.

また、本実施形態による船尾用付加物は、一対の支柱12aの仮想中心軸Xdをプロペラ3の回転中心軸Xpと一致させた場合には、設計や装備が容易である。   Further, the stern appendage according to the present embodiment is easy in design and equipment when the virtual central axis Xd of the pair of columns 12 a is made to coincide with the rotation central axis Xp of the propeller 3.

また、本実施形態による船尾用付加物は、一対の支柱12aの仮想中心軸Xdをプロペラ3の回転中心軸Xpからずらした場合には、例えば一対の支柱12aを、船体1やプロペラ3により生ずる非対称な流れに対応しスラスト力が高められる位置にずらすことができる。   Further, in the stern appendage according to the present embodiment, when the virtual center axis Xd of the pair of columns 12 a is shifted from the rotation center axis Xp of the propeller 3, the pair of columns 12 a is generated by the hull 1 or the propeller 3, for example. It can be shifted to a position where the thrust force can be increased corresponding to the asymmetric flow.

また、本実施形態による船尾用付加物は、船体1を側面視した状態で、一対の支柱12aの仮想中心軸Xdをプロペラ3の回転中心軸Xpに対して傾けた場合には、一対の支柱12aを、スラスト力を高めるように取り付けることができる。   Further, in the stern appendage according to the present embodiment, when the virtual center axis Xd of the pair of columns 12a is inclined with respect to the rotation center axis Xp of the propeller 3 in a side view of the hull 1, the pair of columns 12a can be mounted to increase the thrust force.

また、本実施形態による船尾用付加物は、支柱12aの断面を、内側に凸の翼型に形成した場合には、翼型により発生する揚力の推進方向成分(スラスト成分)を利用することができる。   In addition, when the cross section of the support 12a is formed into an inward convex wing shape, the stern appendage according to the present embodiment may utilize the propulsion direction component (thrust component) of the lift generated by the wing. it can.

また、本実施形態による船尾用付加物は、捻った形状の支柱12cとし、プロペラ3に向かう流れを、プロペラ3の回転方向に対して対向流化した場合には、推進力を高めることができる。   Further, the stern appendage according to the present embodiment can be made into a twisted support 12c, and the propulsive force can be enhanced when the flow toward the propeller 3 is counterflowed with respect to the rotation direction of the propeller 3 .

また、本実施形態による船尾用付加物は、支柱12aを、船尾側前後幅Lxよりもダクト本体側前後幅Lyを大きくした場合には、支柱12aの抵抗を減少させて推進力を高めることができる。   In the stern appendage according to the present embodiment, the propelling force can be increased by reducing the resistance of the support 12a when the support 12a is made larger on the duct body side longitudinal width Ly than the stern side longitudinal width Lx. it can.

また、本発明の船尾用付加物を有した船舶によれば、支柱12aに加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い船舶を提供できる。   Moreover, according to the ship having the stern attachment of the present invention, the resistance applied to the support 12a can be reduced, and a ship having a high energy saving effect can be provided.

また、船体1が二軸船尾双胴型の船体である場合には、支柱12aに加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い二軸船尾双胴型の船舶を提供できる。   Moreover, when the hull 1 is a twin-stern stern double-body type hull, resistance applied to the support 12a can be reduced, and a twin-shaft stern double-body type ship with high energy saving effect can be provided.

また、船体1が既存の船体であり、支柱12aを船体1に後付けした場合には、既存の船体に対しても抵抗の低減と、省エネ効果の向上を適用できる。   When the hull 1 is an existing hull and the columns 12a are retrofitted to the hull 1, the resistance reduction and the improvement of the energy saving effect can be applied to the existing hull.

本発明は、特に低速肥大船を含めた一般の船舶の船尾に装着する船尾用ダクトに適用でき、ダクト本体を付加しても、船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することで省エネ効果がある。   The present invention is particularly applicable to stern ducts mounted on the stern of general ships including low-speed enlarged vessels, and by adding the duct body, it is possible to improve the hull efficiency without increasing the resistance of the hull. There is an energy saving effect.

1 船体
2 船尾
3 プロペラ
10 船尾用ダクト
11 ダクト本体
11s 断面
12 支持手段
Xp 回転中心軸
Yd ダクト中心線
Yp プロペラ中心線
β 中心角(角度範囲)
θ 傾き角
1 Hull 2 Stern 3 Propeller 10 Stern Duct 11 Duct Body 11s Cross Section 12 Support Means Xp Center of Rotation
Yd duct center line Yp propeller center line β center angle (angle range)
θ inclination angle

Claims (19)

船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用ダクトにおいて、ダクト本体を225度から255度の角度範囲の略円弧状に形成し、前記船体を後方から前方視した状態で前記プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対して前記ダクト本体のダクト中心線が前記プロペラの回転方向と同方向に傾き角を有するように、前記ダクト本体を支持手段にて前記船尾に取り付けるとともに、前記プロペラの前記回転方向への前記傾き角を、前記プロペラの中心から上方の前記プロペラ中心線に対して、前記プロペラの前記回転方向に30度から60度の角度範囲としたことを特徴とする船尾用ダクト。 In the stern duct attached to the front of the propeller attached to the stern of the hull, the duct main body is formed in a substantially arc shape of an angle range of 225 degrees to 255 degrees, and the upper and lower sides of the propeller in a state of looking forward from the rear The duct body is attached to the stern by the support means such that the duct center line of the duct body has an inclination angle in the same direction as the propeller rotation direction with respect to the propeller center line of the direction; The stern duct according to claim 1, wherein the inclination angle in the rotational direction is in an angular range of 30 degrees to 60 degrees in the rotational direction of the propeller with respect to the propeller center line above the center of the propeller. 前記ダクト本体の前後方向の断面を内側に凸の翼型に形成したことを特徴とする請求項1に記載の船尾用ダクト。   The stern duct according to claim 1, wherein a cross section of the duct body in the front-rear direction is formed into an inwardly convex wing shape. 前記ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径を、前端に形成する前端円弧部の半径よりも小さくしたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の船尾用ダクト。   The stern duct according to claim 1 or 2, wherein the radius of the rear end arc formed at the rear end of the duct main body is smaller than the radius of the front end arc formed at the front end. 前記ダクト本体の仮想中心軸を前記プロペラの回転中心軸と一致させたことを特徴とする請求項1から請求項3のうちの1項に記載の船尾用ダクト。   The stern duct according to any one of claims 1 to 3, wherein an imaginary central axis of the duct body is made coincident with a rotational central axis of the propeller. 前記ダクト本体の仮想中心軸を前記プロペラの回転中心軸からずら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項に記載の船尾用ダクト。   The stern duct according to any one of claims 1 to 3, wherein a virtual central axis of the duct body is offset from a rotational central axis of the propeller. 前記船体を側面視した状態で、前記ダクト本体の仮想中心軸を前記プロペラの回転中心軸に対して傾けたことを特徴とする請求項1から請求項5のうちの1項に記載の船尾用ダクト。   The stern according to any one of claims 1 to 5, wherein the virtual central axis of the duct main body is inclined with respect to the central axis of rotation of the propeller in a side view of the hull. duct. 前記ダクト本体を、前記支持手段としての支柱を介して前記船体の船尾管又は前記船尾管を覆う前記船尾の端部に取り付けたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちの1項に記載の船尾用ダクト。   The duct body is attached to an end portion of the stern that covers the stern tube of the hull or the stern tube via a column as the support means. The stern duct described in. 前記支持手段としての支柱を、前記ダクト中心線から60度以内の角度範囲に設けたことを特徴とする請求項1から請求項7のうちの1項に記載の船尾用ダクト。   The stern duct according to any one of claims 1 to 7, wherein the support as the support means is provided in an angle range of 60 degrees or less from the duct center line. 前記支柱の断面を、内側に凸の翼型に形成したことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の船尾用ダクト。   The stern duct according to claim 7 or 8, wherein a cross section of the column is formed into an inwardly convex wing shape. 前記支柱を、捻った形状に形成することで、前記プロペラに向かう流れを、前記プロペラの前記回転方向に対して対向流化したことを特徴とする請求項7から請求項9のうちの1項に記載の船尾用ダクト。   The flow toward the propeller can be counter-flowed with respect to the rotational direction of the propeller by forming the support column in a twisted shape. The stern duct described in. 前記支柱を、前記船尾側前後幅よりも前記ダクト本体側前後幅を大きく形成したことを特徴とする請求項7から請求項9のうちの1項に記載の船尾用ダクト。   The stern duct according to any one of claims 7 to 9, wherein the column is formed such that the duct body side longitudinal width is larger than the stern side longitudinal width. 船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用付加物において、略円弧状の仮想ダクト本体を支持する一対の支柱を、一対の前記支柱の間の角度が225度から255度の角度範囲となるように前記船尾に取り付け、前記船体を後方から前方視した状態で前記プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対して一対の前記支柱の支柱中心線が前記プロペラの回転方向と同方向に傾き角を有するとともに、前記プロペラの前記回転方向への前記傾き角を、前記プロペラの中心から上方の前記プロペラ中心線に対して、前記プロペラの前記回転方向に30度から60度の角度範囲としたことを特徴とする船尾用付加物。 In a stern appendage attached to the front of a propeller attached to a stern of a hull, a pair of support columns supporting a substantially arc-shaped virtual duct body, an angle range between a pair of the support columns is an angle range of 225 degrees to 255 degrees Attached to the stern so that the ship body is viewed forward from the rear, the column center lines of the pair of columns are inclined in the same direction as the propeller rotation direction with respect to the propeller center line in the vertical direction of the propeller The inclination angle of the propeller in the rotation direction is set to an angle range of 30 degrees to 60 degrees in the rotation direction of the propeller with respect to the propeller center line upward from the center of the propeller while having an angle A stern appendage characterized by 請求項1から請求項11のうちの1項に記載の船尾用ダクトの設計方法であって、前記船尾用ダクトを設計するに当たり、略円弧状の前記ダクト本体と同一半径の全周ダクトを設定するステップと、前記全周ダクトを用いた前記船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップと、抵抗・自航計算結果から前記全周ダクトの表面に働く船体推進方向の流体力分布及び/又は前記全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を求めるステップと、前記流体力分布及び/又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布に基づいて前記全周ダクトから略円弧状の前記ダクト本体の形状を決定するステップと、を備えたことを特徴とする船尾用ダクトの設計方法。   The method for designing a stern duct according to any one of claims 1 to 11, wherein in designing the stern duct, an all-round duct having the same radius as the substantially arc-shaped duct main body is set. Calculating the resistance / self-propagation by numerical calculation of the hull using the all-round duct, the distribution of fluid force in the direction of hull propulsion acting on the surface of the all-round duct from the resistance / self-propagation calculation result and And / or determining the flow velocity and flow direction distribution from the rear of the all-round duct to the propeller surface, and the all-round duct based on the fluid force distribution and / or the flow velocity and flow distribution from the rear of the all-round duct to the propeller surface And D. determining the shape of the duct body substantially in the shape of a circular arc from the above. 前記支持手段としての前記支柱の取り付け位置と取り付け数を設定するステップと、設定した前記支柱を用いた前記船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップとを備えたことを特徴とする請求項7から請求項11のうちの1項を引用する請求項13に記載の船尾用ダクトの設計方法。 Claims, characterized in that a step of performing the step of setting the mounting number of the mounting position of the strut as said support means, a resistance-self propulsion calculation by numerical calculation of the hull with the strut set A method of designing a stern duct according to claim 13, wherein one of the items 7 to 11 is cited . 前記流体力分布は、スラスト分布と抵抗成分分布であることを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の船尾用ダクトの設計方法。   The method for designing a stern duct according to claim 13 or 14, wherein the fluid force distribution is a thrust distribution and a resistance component distribution. 前記ダクト本体の形状と前記傾き角を、90度から180度の角度範囲の小型ダクトにおけるダクト設置角に対する省エネ率に基づいて決定したことを特徴とする請求項13に記載の船尾用ダクトの設計方法。   14. The design of the stern duct according to claim 13, wherein the shape of the duct body and the inclination angle are determined based on the energy saving rate with respect to the duct installation angle in a small duct having an angle range of 90 degrees to 180 degrees. Method. 請求項1から請求項11のうちの1項に記載の船尾用ダクトを前記船尾に装備したことを特徴とする船尾用ダクトを装備した船舶。   A vessel equipped with a stern duct characterized in that the stern is equipped with the stern duct according to any one of claims 1 to 11. 前記船体が二軸船尾双胴型の船体であることを特徴とする請求項17に記載の船尾用ダクトを装備した船舶。   18. A vessel equipped with a stern duct according to claim 17, wherein said hull is a two-shaft stern double-body type hull. 前記船体が既存の船体であり、前記船尾用ダクトを前記船体に後付けしたことを特徴とする請求項17又は請求項18に記載の船尾用ダクトを装備した船舶。   The ship equipped with the stern duct according to claim 17 or 18, wherein the hull is an existing hull and the stern duct is retrofitted to the hull.
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