JP7296107B2

JP7296107B2 - 船尾用付加物、船尾用付加物を有した船尾形状、及び船舶

Info

Publication number: JP7296107B2
Application number: JP2019120641A
Authority: JP
Inventors: 康雄一ノ瀬; 英幹川島; 千春川北
Original assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Current assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: JP2021006415A

Description

本発明は、船尾用付加物、船尾用付加物を有した船尾形状、及び船舶に関する。

船舶における省エネ装置の一つに、プロペラの前方に取り付けられるダクト等の船尾用付加物がある。
特許文献１には、船尾のスクリュープロペラの前方に、プロペラ軸を囲むボスから放射状に突出し、プロペラへ流入する流れの向きを、プロペラの回転方向と逆向きに変換するように形成した複数個のフィンを備えたリアクションフィンにおいて、プロペラの翼が下方へ移動する側にあってはフィンのプロペラ軸中心線に対する取付角を後縁上りにボスの取付部からフィンの先端にむかって大きくなるように捩り、翼が上方へ移動する側にあってはフィンの取付角を後縁下りにボスの取付部からフィンの先端まで同一にするとともにフィン間およびフィンとスタンフレームとの間を固着する補強材をプロペラ軸中心線を通る水線面と交叉しないように配設した船舶推進性能向上装置が開示されている。
また、特許文献２には、流れ案内面部を含み、少なくとも１つの第１フィンが流れ案内面部から突出し、第１フィンの第１端部は流れ案内面部に固定されており、第１フィンの第２端部は自由端として構成されている、船舶の所要駆動力を減らすための装置が開示されている。
また、特許文献３には、前方ノズルと、４つのフィンとを備え、フィンはそれぞれ、内側部分及び外側部分を備え、フィンの内側部分は、プロペラシャフトが取付られたシャフトブラケットから前方ノズルまで延びており、フィンの外側部分は、前方ノズルからフィンの自由端まで延びており、フィンは、それぞれの内側部分においてシャフトブラケットに固定して接続され、前方ノズルに固定して接続される、二軸船の所要駆動力を低減する装置が開示されている。
また、特許文献４には、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１８０度から２７０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ことが開示されている。

特開昭５８－４９３号公報特表２０１６－５２０４７４号公報特開２０１６－１７５６３５号公報特開２０１５－２２１６５２号公報

特許文献１～特許文献４は、ダクトの形状及び配置とフィンの配置に加え、ダクトの支柱のねじり角とフィンのねじり角との関係に着目して省エネ効果を向上させようとするものではない。
そこで本発明は、より省エネ効果の高い船尾用付加物、その船尾用付加物を有した船尾形状、及びそれらを備えた船舶を提供することを目的とする。

請求項１記載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であって、プロペラのプロペラ軸の上部に主要部を設けた部分円形状を成すダクトと、ダクトを船尾に取り付ける複数の支柱と、少なくともプロペラ軸の下部に設けた船尾に取り付けるフィンとを備え、プロペラ軸に対するフィンのねじり角を支柱のねじり角よりも大きく設定するとともに、フィンと支柱の断面形状を翼型であって、異なる断面形状に形成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、ダクトの主要部をプロペラ軸の上部に設けることで流れの剥離を低減すると共に、プロペラ軸下部のエネルギーをフィンで回収することができる。また、プロペラ軸に対するフィンのねじり角を支柱のねじり角よりも大きく設定することで、効率的に省エネ効果を高めることができる。また、支柱はダクトの構造強度の保証、フィンは推進性能の向上、というそれぞれの目的に合わせて適切な形状に形成しやすくなる。

請求項２記載の本発明は、フィンのねじり角をプロペラへ向かう流れが対向流となるようにプロペラとは逆方向にねじって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、プロペラの逆転流を形成し、二重反転効果によるプロペラとの干渉により省エネ効果を高めることができる。

請求項３記載の本発明は、支柱がプロペラ軸の前後方向のラインに平行に形成されたものであることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、支柱は、ダクトを支える強度部材であり、かつダクト製造の基準となるものであるから、プロペラ軸の前後方向のラインと平行に形成してねじり角を０度とすることで、ダクトを安価に製作することができる。

請求項４記載の本発明は、支柱の翼型のコード長に対する最大翼厚の翼厚比を、フィンの翼厚比よりも大きく設定したことを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、支柱はダクトの構造強度の保証、フィンは推進性能の向上、というそれぞれの目的に合わせて、より一層適切な形状に形成することができる。

請求項５記載の本発明は、複数のフィンの一部が、ダクトの内部に配置されることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、フィンをダクトの内部にも設けることで、省エネ効果を高めることができる。

請求項６記載の本発明は、ダクトの外殻よりもフィンが突出していることを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、省エネ効果をより一層高めることができる。

請求項７記載の本発明は、ダクトの部分円形状が、１２０度から２４０度の角度範囲であることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、プロペラ軸の下方の流れの剥離を低減し、船長方向の推力を得やすくなる。

請求項８記載の本発明は、ダクトの部分円形状が半円筒状を成し、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ることを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、ダクトによる省エネ効果を高めることができる。

請求項９記載の本発明は、ダクトの部分円形状の仮想半径が、プロペラのプロペラ半径の４０％から１００％の範囲であることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、ダクトを適切な大きさにして省エネ効果を高めることができる。

請求項１０記載に対応した船尾形状においては、船尾用付加物を有した船尾形状であって、船体がＶ型船尾形状を有し、ダクトの部分円形状を成す仮想半径が、プロペラ半径の４０％から６０％の範囲であることを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、Ｖ型船型においてダクトを適切な大きさにして省エネ効果を高めることができる。

請求項１１記載に対応した船尾形状においては、船尾用付加物を有した船尾形状であって、船体がＵ型船尾形状を有し、ダクトの部分円形状を成す仮想半径が、プロペラ半径の７０％から１００％の範囲であることを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、Ｕ型船型においてダクトを適切な大きさにして省エネ効果を高めることができる。

請求項１２記載に対応した船舶においては、船尾用付加物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１２に記載の本発明によれば、省エネ効果に優れた船舶を提供することができる。

本発明の船尾用付加物によれば、ダクトの主要部をプロペラ軸の上部に設けることで流れの剥離を低減すると共に、プロペラ軸下部のエネルギーをフィンで回収することができる。また、プロペラ軸に対するフィンのねじり角を支柱のねじり角よりも大きく設定することで、効率的に省エネ効果を高めることができる。また、フィンと支柱の断面形状を翼型であって、異なる断面形状に形成することで、支柱はダクトの構造強度の保証、フィンは推進性能の向上、というそれぞれの目的に合わせて適切な形状に形成しやすくなる。

また、フィンのねじり角をプロペラへ向かう流れが対向流となるようにプロペラとは逆方向にねじって設定した場合には、プロペラの逆転流を形成し、二重反転効果によるプロペラとの干渉により省エネ効果を高めることができる。

また、支柱がプロペラ軸の前後方向のラインに平行に形成されたものである場合には、支柱は、ダクトを支える強度部材であり、かつダクト製造の基準となるものであるから、プロペラ軸の前後方向のラインと平行に形成してねじり角を０度とすることで、ダクトを安価に製作することができる。

また、支柱の翼型のコード長に対する最大翼厚の翼厚比を、フィンの翼厚比よりも大きく設定した場合には、支柱はダクトの構造強度の保証、フィンは推進性能の向上、というそれぞれの目的に合わせて、より一層適切な形状に形成することができる。

また、複数のフィンの一部が、ダクトの内部に配置される場合には、フィンをダクトの内部にも設けることで、省エネ効果を高めることができる。

また、ダクトの外殻よりもフィンが突出している場合には、省エネ効果をより一層高めることができる。

また、ダクトの部分円形状が、１２０度から２４０度の角度範囲である場合には、プロペラ軸の下方の流れの剥離を低減し、船長方向の推力を得やすくなる。

また、ダクトの部分円形状が半円筒状を成し、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る場合には、ダクトによる省エネ効果を高めることができる。

また、ダクトの部分円形状の仮想半径が、プロペラのプロペラ半径の４０％から１００％の範囲である場合には、ダクトを適切な大きさにして省エネ効果を高めることができる。

また、本発明の船尾形状によれば、Ｖ型船型においてダクトを適切な大きさにして省エネ効果を高めることができる。

また、本発明の船尾形状によれば、Ｕ型船型においてダクトを適切な大きさにして省エネ効果を高めることができる。

また、本発明の船舶によれば、省エネ効果に優れた船舶を提供することができる。

本発明の実施形態による船舶の構成図同船尾用付加物の構成図同フィン又は支柱の断面図同船尾線図（船体の肥大度Ｃｂ＝０．８０）同船尾線図（船体の肥大度Ｃｂ＝０．８７）船体の肥大度と区分角度（Ｖ型船型とＵ型船型を分ける角度）との関係を示す図本発明の他の実施形態による船尾用付加物の構成図数値解析に用いた船尾用付加物の構成図同左舷下方に設けたフィンのねじり角を示す図同左舷下方に設けたフィンにおけるねじり角と馬力削減率の関係図同左舷下方に設けたフィンにおけるねじり角と推力減少係数の関係図同左舷上方に設けたフィンのねじり角を示す図同左舷上方に設けたフィンにおけるねじり角と馬力削減率の関係図同左舷上方に設けたフィンにおけるねじり角と推力減少係数の関係図

以下、本発明の実施形態による船尾用付加物、船尾用付加物を有した船尾形状、及び船舶について説明する。

図１は本実施形態による船舶の構成図である。
船舶１において、船体１０の船尾にはプロペラ２０が取り付けられている。プロペラ１０の前方には船尾用付加物３０が取り付けられている。プロペラ１０の後方には舵４０が取り付けられている。また、舵４０にはフィン型省エネ付加物５０が設けられている。
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。

図２は本実施形態による船尾用付加物の構成図であり、図２（ａ）は中心角１８０度のダクトを周方向に傾けることなく設けた例を示し、図２（ｂ）は中心角１５０度のダクトを周方向に傾けて設けた例を示している。
プロペラ軸２１は船尾管で支持されており、その周囲は船尾管外殻で覆われている。船体１０の一部である船尾管部１１は、船尾管と船尾管外殻で構成されている。
船尾用付加物３０は、筒状のダクト３１と、複数の支柱３２と、複数のフィン３３を備える。なお、支柱３２とフィン３３はそれぞれ複数であってよく、単数であってもよく、複数と単数を組み合わせたものであってもよい。
ダクト３１は、船体１０の後方から前方視すると円形状ダクトの一部を切り取ったような部分円形状を成し、プロペラ２０のプロペラ軸２１の上部に主要部を設けている。ここで、「プロペラ軸２１の上部に主要部を設け」とは、ダクト３１の外殻の１／２以上がプロペラ軸２１の上方側にあることをいう。また、ここでいうプロペラ軸２１は、プロペラ軸２１の軸心であることが好ましいが、プロペラ軸２１の上端、又は下端であってもよい。

支柱３２は、ダクト３１を船体１０のうちの船尾管部１１に支持するものであり、ダクト３１は、支柱３２を介して船尾に取り付けられている。支柱３２の断面形状は翼型としている。
支柱３２は、一方の支柱３２ａと他方の支柱３２ｂとからなる。一方の支柱３２ａは、一端が船体１０の船尾管部１１に接続され、他端がダクト３１の一端に接続されている。他方の支柱３２ｂは、一端が船体１０の船尾管部１１に接続され、他端がダクト３１の他端に接続されている。なお、支柱３２の一端は、船尾管部１１以外の船体１０の他の部分に接続してもよい。また、３つ以上の支柱３２を設けることもできる。

フィン３３は、プロペラ軸２１の下部に少なくとも一つ設けられる。フィン３３の断面形状は翼型としている。船体前後方向におけるダクト３１の位置とフィン３３の位置は略同一である。
図２（ａ）においては、フィン３３として、第一フィン３３ａ、第二フィン３３ｂ及び第三フィン３３ｃを船尾管部１１に取り付けた例を示している。
第一フィン３３ａ及び第二フィン３３ｂは、プロペラ軸２１の下部でダクト３１のない箇所に設けられ、第三フィン３３ｃはプロペラ軸２１の上部に設けられている。第一フィン３３ａ及び第二フィン３３ｂは、一端は船体１０と接続しており、プロペラ軸２１よりも下方に位置する他端は他部材と接続していない。すなわち、第一フィン３３ａ及び第二フィン３３ｂは、片持状態で取り付けられている。
第三フィン３３ｃは、一端は船体１０と接続しており、プロペラ軸２１よりも上方に位置する他端はダクト３１の外殻から突き出ている。

図２（ｂ）においては、フィン３３として、第一フィン３３ｄ及び第二フィン３３ｅを船尾に取り付けた例を示している。第一フィン３３ｄはプロペラ軸２１の下部でダクト３１のない箇所に設けられ、第二フィン３３ｅはプロペラ軸２１と同じ高さでダクト３１のない箇所に設けられている。第一フィン３３ｄ及び第二フィン３３ｅは、一端は船体１０と接続しており、プロペラ軸２１よりも下方又は側方に位置する他端は他部材と接続していない。すなわち、第一フィン３３ｄ及び第二フィン３３ｅは、片持状態で取り付けられている。

ダクト型の省エネ付加物を設けることによる省エネ効果の要因は、ダクトが船体推進方向に出す推力である。そして、殆どの推力はダクト上部で出される。ここで、仮にダクトを円形状とした場合には、ダクト下部で流れが剥離してしまい推力が減少して性能悪化の懸念がある。特に、本実施形態のように、舵４０にフィン型省エネ付加物５０を設けている場合には、舵４０の前方に円形状ダクトを設置すると、円形状ダクトの下部（プロペラ軸２１よりも下側）で流れが大規模に剥離してフィン型省エネ付加物５０への流れが阻害されることによりフィン型省エネ付加物５０の性能が悪化してしまう。
そこで本実施形態では、ダクト３１を円形状ではなく部分円形状とし、ダクト３１の大部分（少なくとも１／２以上、好ましくは３／４以上）をプロペラ軸２１よりも上方に設けることで、流れの剥離を低減させ省エネ効果を高めている。また、プロペラ軸２１の下部には下方へ向けて配置されるフィン３３を設けることで、プロペラ軸２１の下方におけるエネルギーを回収し、さらに省エネ効果を高めている。なお、図２（ｂ）に示すように、ダクト３１の一部がプロペラ軸２１よりも下方にある場合であっても、ダクト３１が配置されていない位置にフィン３３を設けることが好ましい。

プロペラ軸２１に対するフィン３３のねじり角は、プロペラ軸２１に対する支柱３２のねじり角よりも大きく設定している。
ここで、プロペラ軸２１に対するフィン３３のねじり角は、フィン３３の翼断面の翼弦線（コードライン）とプロペラ軸２１との角度と定義する。フィン３３の翼断面の翼弦線とプロペラ軸２１が平行なときが０度で、プロペラ２０が作る流れと反対方向の流れを作るねじり角の方向を正とする。なお、フィン３３の翼断面の翼弦線とプロペラ軸２１との角度は、２つのベクトルの内積から角度が一意に算定される。
同様に、プロペラ軸２１に対する支柱３２のねじり角は、支柱３２の翼断面の翼弦線とプロペラ軸２１との角度と定義する。
支柱３２をねじることによる省エネ効果は、フィン３３をねじることによる省エネ効果よりも小さい。また、支柱３２はダクト３１を支える強度部材であり、かつダクト３１を製造する際の基準となるため、ねじり角を小さくすることで製作コストを抑えることができる。
一方、フィン３３は、ダクト３１を支える強度部材ではない。また、フィン３３は、一翼ずつ製作して、一端を船体１０に溶接等で接合する際にねじり角を設定できるので、流れに対して適切な翼性能を発揮する角度に容易にねじり角を設定できる。
したがって、プロペラ軸２１に対するフィン３３のねじり角を支柱３２のねじり角よりも大きく設定することで、効率的に省エネ効果を高めることができる。

フィン３３のねじり角は、プロペラの逆転流を作る必要からプロペラ２０へ向かう流れが対向流となるようにプロペラ２０とは逆方向にねじり角を設定することが好ましい。
これによりプロペラ２０の逆転流を形成し、二重反転効果によるプロペラ２０との干渉により省エネ効果を高めることができる。

図２（ａ）に示す第三フィン３３ｃのように、複数のフィン３３の一部は、ダクト３１の内部に配置することができる。フィン３３を複数設ける場合は、一部のフィン３３をダクト３１の内部にも設けることで、省エネ効果を高めることができる。
この場合において、ダクト３１の内部に配置したフィン３３ｃは、ダクト３１の外殻よりも突出させてもよい。これにより、省エネ効果をより一層高めることができる。なお、フィン３３ｃは、ダクト３１の外殻よりも突出する部分と、ダクト３１の内部に配置する部分を構造的に別体で構成することもできる。この場合、外殻よりも突出する部分と、ダクト３１の内部に配置する部分をずらして配置することもできる。

支柱３２は、プロペラ軸２１の前後方向のラインに平行に形成することで、ねじり角を無し（０度）とすることが好ましい。
上述のように、支柱３２は、ねじることによる省エネ効果は小さく、支柱３２の配置によっては、ねじり角を設けると、ねじり角を０度とする場合よりも性能が悪化することもある。よって、支柱３２のねじり角を０度とすることで、省エネ効果の低下を防止できる。また、支柱３２は、ダクト３１を支える強度部材であり、かつダクト製造の基準となるものであるから、支柱３２のねじり角を０度とすることで、ダクト３１を安価に製作することができる。

図３は本実施形態によるフィン又は支柱の断面図である。
上述のように、支柱３２及びフィン３３の断面形状は共に翼型として推進性能を向上させているが、支柱３２の断面形状とフィン３３の断面形状は異ならせることが好ましい。なお、支柱３２の断面形状は矩形や楕円形等の翼型以外の形状としたり、翼型や翼型以外の形状を組み合わせて構成することも可能である。
支柱３２とフィン３３とで断面形状を異ならせることで、支柱３２はダクト３１の構造強度の保証、フィン３３は推進性能の向上、というそれぞれの目的に合わせて適切な形状に形成しやすくなる。

また、支柱３２の翼型のコード長Ａに対する最大翼厚Ｂの翼厚比を、フィン３３の翼厚比よりも大きく設定することが好ましい。
これにより、支柱３２はダクト３１の構造強度の保証、フィン３３は推進性能の向上、というそれぞれの目的に合わせて、より一層適切な形状に形成することができる。
また、支柱３２は、ダクト３１の構造強度の保証という観点から、一端から他端にかけて翼厚比の変化がない一定の厚さとすることがさらに好ましい。
また、片持ち状態で保持されるフィン３３は、船体１０に取り付けている一端から自由端である他端に向かうにつれ翼厚比が小さくなるように変化させることが好ましい。これによりフィン３３を軽量化することができる。なお、フィン３３を複数有する場合、それぞれのフィン３３の翼厚比を同一とすることも異ならすこともできる。また、それぞれのフィン３３のねじり角を同一とすることも異ならせることもできる。それぞれのフィン３３のねじり角を異ならせる場合、フィン３３の最小のねじり角よりも支柱３２のねじり角を小さくすることが好ましい。

ダクト３１の部分円形状は、１２０度から２４０度の角度範囲であることが好ましい。
ダクト３１の中心角を１２０度から２４０度の範囲とすることにより、プロペラ軸２１の下方の流れの剥離を低減し、船長方向の推力を得やすくなる。

ダクト３１の部分円形状の仮想半径ｒ（図２参照）は、プロペラ２０のプロペラ半径の４０％から１００％の範囲であることが好ましい。
これにより、ダクト３１を適切な大きさにして省エネ効果を高めることができる。

また、船体１０がＶ型船尾形状を有する場合には、ダクト３１の部分円形状を成す仮想半径ｒが、プロペラ半径の４０％から６０％の範囲とすることが好ましい。
これにより、Ｖ型船型においてダクト３１を適切な大きさにして省エネ効果を高めることができる。

また、船体１０がＵ型船尾形状を有する場合には、ダクト３１の部分円形状を成す仮想半径ｒが、プロペラ半径の７０％から１００％の範囲とすることが好ましい。
これにより、Ｕ型船型においてダクト３１を適切な大きさにして省エネ効果を高めることができる。

ここでＶ型船型とＵ型船型の定義について説明する。図４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４において、線１００はＵ型船型を示し、線１１０はＶ型船型を示している。線１２０はＵ型線型とＶ型船型とを分ける線であり、線１３０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１００及び線１１０は省略している。
この図４のように、船体１０の肥大度Ｃｂが０．８０の場合は、線１３０と、「Ｓ．Ｓ．１」の位置において線１００と線１１０が交わる点を通る線１００又は線１１０の接線との成す接線角度θ_１、θ_２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４においてはＵ型船型の線１００の接線角度θ_１は９２度であり、Ｖ型船型の線１１０の接線角度θ₂は８２度である。
図５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。円１４０はプロペラ円を示している。なお、図４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５のように、船体１０の肥大度Ｃｂが０．８７の場合は、線１３０と、「Ｓ．Ｓ．１」の位置において線１００と線１１０が交わる点を通る線１００又は線１１０の接線との成す接線角度θ_１、θ_２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５においてはＵ型船型の線１００の接線角度θ_１は７５度であり、Ｖ型船型の線１１０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６（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６（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１３０と船体１０の接線との成す接線角度θ_１、θ_２が、線１５０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６（ｂ）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７は、本発明の他の実施形態による船尾用付加物の構成図である。なお、上記した実施形態と同一構成要素については重複説明を省略する。
本実施形態では、ダクト３１の部分円形状が半円筒状を成し、船体１０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２０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３４を有した形状としている。図７において点線で示す円α及び円βは、ダクト本体の後縁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、ダクト本体は、円α及び円βの一部を構成する半円に平行部３４を連ねて外殻を構成して形成される。
これにより、ダクト３１による省エネ効果を高めることができる。特にダクト３１を周方向に傾けないで取り付ける場合に有効である。
なお、平行部３４は、ほぼ平らな形状であり、ダクト３１を周方向に傾けないで取り付けた状態において略水平となる。平行部３４の左右水平方向の幅Ｗは、プロペラ２０の直径の５％以上２５％以下とすることが好ましい。

次に、プロペラ軸２１に対するフィン３３のねじり角と支柱３２のねじり角との関係を数値解析した結果について説明する。
数値解析においては、３次元の非圧縮性レイノルズ平均ナビエ・ストークス方程式を離散的に解いて、船体１０周りの流場をシミュレーションした。使用した計算格子は８５０万セル程度の非構造格子であり、船長６ｍ相当の模型船周りの流場をシミュレーションした。

図８は、数値解析に用いた船尾用付加物の構成図である。なお、プロペラ２０は図示を省略している。
ダクト３１は、ダクト本体が１８０度の略円弧状に形成されており、周方向に傾けることなく設けている。ダクト３１は、一方の支柱３２ａと他方の支柱３２ｂによって船体１０に支持されている。左舷下方の第一フィン３３ａ及び右舷下方の第二フィン３３ｂは、プロペラ軸２１の下部でダクト３１のない箇所に設けられ、左舷上方の第三フィン３３ｃはプロペラ軸２１の上部に設けられている。
ダクト３１の支柱３２のねじり角は０度に設定し、左舷下方の第一フィン３３ａ及び左舷上方の第三フィン３３ｃのねじり角をそれぞれ－１０度から＋１５度の範囲で変化させ、そのときの船尾用付加物の効果による実船の馬力削減率を数値シミュレーションで推定した。
なお、左舷下方の第一フィン３３ａ及び左舷上方の第三フィン３３ｃの標準ねじり角は共に５度とし、馬力削減率の基準は、左舷下方－１０度、左舷上方５度の馬力算定結果とした。これは、標準の左舷下方５度、左舷上方５度の条件では計算が発散し、結果がないためである。

図９は、左舷下方に設けたフィンのねじり角を示す図である。図１０は、左舷下方に設けたフィンにおけるねじり角と馬力削減率の関係図である。図１１は、左舷下方に設けたフィンにおけるねじり角と推力減少係数の関係図である。
まず、図９に示すように、左舷下方の第一フィン３３ａのねじり角を－１０度から１５度まで変更し、そのときの馬力削減率を算定した。なお、右舷下方の第二フィン３３ｂのねじり角、及び左舷上方の第三フィン３３ｃのねじり角は、５度に固定とした。
結果は、図１０に示すように、６度程度で馬力削減率が最大となり、２度から１０度で好ましい馬力削減率が得られた。なお、計算結果の不安定性を考慮し結果を２次関数で補間している。
また、これらの馬力削減効果の要因は、図１１に示すように、ダクト３１及びフィン３３が船体推進方向へ発生させる推力により改善する推力減少係数（１－ｔ）の改善である。

図１２は、図９とは反対側から見た左舷上方に設けたフィンのねじり角を示す図である。図１３は、左舷上方に設けたフィンにおけるねじり角と馬力削減率の関係図である。図１４は、左舷上方に設けたフィンにおけるねじり角と推力減少係数の関係図である。
次に、図１２に示すように、左舷上方の第三フィン３３ｃのねじり角を－５度と１５度に変更し、そのときの馬力削減率を算定した。なお、左舷下方の第一フィン３３ａのねじり角、及び右舷下方の第二フィン３３ｂのねじり角は、５度に固定とした。
結果は、図１３に示すように、１５度で馬力削減率が最大となった。
これらの馬力削減効果の要因は、先ほどと同様に、図１４に示すように、ダクト３１及びフィン３３が船体推進方向へ発生させる推力により改善する推力減少係数（１－ｔ）の改善である。

数値解析の結果、馬力削減率は、左舷下方の第一フィン３３ａ、及び左舷上方の第三フィン３３ｃともに、６度から１５度程度の正の角度で高いことが分かる。支柱３２は上述のように製造上の観点等から０度であることが好ましいことから、プロペラ軸２１に対するフィン３３のねじり角を支柱３２のねじり角よりも大きくすることで、効率的に省エネ効果を高めることができる。

本発明の船尾用付加物、船尾用付加物を有した船尾形状、及び船舶は、１軸船のみならず２軸船や他軸船にも適用可能であり、また、単胴船のみならず双胴船や多胴船にも適用可能である。

１船舶
１０船体
２０プロペラ
２１プロペラ軸
３０船尾用付加物
３１ダクト
３２支柱
３３フィン
３４平行部
Ａコード長
Ｂ最大翼厚
ｒ仮想半径

Claims

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であって、前記プロペラのプロペラ軸の上部に主要部を設けた部分円形状を成すダクトと、前記ダクトを前記船尾に取り付ける複数の支柱と、少なくとも前記プロペラ軸の下部に設けた前記船尾に取り付けるフィンとを備え、前記プロペラ軸に対する前記フィンのねじり角を前記支柱のねじり角よりも大きく設定するとともに、前記フィンと前記支柱の断面形状を翼型であって、異なる前記断面形状に形成したことを特徴とする船尾用付加物。
前記フィンのねじり角を前記プロペラへ向かう流れが対向流となるように前記プロペラとは逆方向にねじって設定したことを特徴とする請求項１に記載の船尾用付加物。
前記支柱が前記プロペラ軸の前後方向のラインに平行に形成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の船尾用付加物。
前記支柱の前記翼型のコード長に対する最大翼厚の翼厚比を、前記フィンの前記翼厚比よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載の船尾用付加物。
複数の前記フィンの一部が、前記ダクトの内部に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の船尾用付加物。
前記ダクトの外殻よりも前記フィンが突出していることを特徴とする請求項５に記載の船尾用付加物。
前記ダクトの前記部分円形状が、１２０度から２４０度の角度範囲であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の船尾用付加物。
前記ダクトの前記部分円形状が半円筒状を成し、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ることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の船尾用付加物。
前記ダクトの前記部分円形状の仮想半径が、前記プロペラのプロペラ半径の４０％から１００％の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の船尾用付加物。
請求項９に記載の船尾用付加物を有した船尾形状であって、前記船体がＶ型船尾形状を有し、前記ダクトの前記部分円形状を成す前記仮想半径が、前記プロペラ半径の４０％から６０％の範囲であることを特徴とする船尾用付加物を有した船尾形状。
請求項９に記載の船尾用付加物を有した船尾形状であって、前記船体がＵ型船尾形状を有し、前記ダクトの前記部分円形状を成す前記仮想半径が、前記プロペラ半径の７０％から１００％の範囲であることを特徴とする船尾用付加物を有した船尾形状。
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の船尾用付加物、又は請求項１０若しくは請求項１１に記載の船尾用付加物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。