JP7405787B2

JP7405787B2 - 船尾ダクト

Info

Publication number: JP7405787B2
Application number: JP2021048026A
Authority: JP
Inventors: 航平瀬川; 剛大池田; 陽太見目
Original assignee: Mitsui E&S Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui E&S Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2023-12-26
Anticipated expiration: 2041-03-23
Also published as: JP2022146974A; CN115107977A

Description

本発明は船尾ダクトに関する。

船尾ダクトは船舶の船尾で、かつプロペラの前方に配置される管状の構造物である。船尾ダクトは船舶の航行に伴い生成される水流を整流して船体抵抗を低減する機能と、ダクト自体が水流を利用して推力を発生するダクトスラスト機能を備えるのが一般的である。

船尾ダクトに推力を発生させる手法として、ダクトの断面を翼形状にして水流で揚力を発生させ、揚力の船長方向成分を推力とする方法がある。この方法では揚力が大きくなるほど推力も大きくなるため、揚力を大きくする構造が考えられている。

揚力を大きくする構造として特許文献１に記載のようにダクトを二重管にして翼面積を大きくした構造があるが、部品数が増えるためダクトが重くなる。またダクトを支持する部材の数も増えるため部材を設けた部分の粘性抵抗が大きくなる。特許文献１は内管の一部を外管の前方にオフセットした構造も開示しているが、内管の外周に沿う水流が全て外管に導入されるため、外管内の水流の流量調節が困難で、ダクト後端で水流の剥離が生じる可能性もあり、推力の調節が困難である。

揚力を大きくする構造としては翼の数を増やさずに翼の外形を変える構造もある。
例えば特許文献２ではダクトを縦長にして船体の両側面に沿った流れのみをダクト内に流入させることで効率的に推力を発生させているが、両側面に沿った流れ以外は推力として回収しないのでエネルギー回収効率が悪い問題がある。特許文献３はダクト後端にリングを装着して圧力分布を制御することで推力を大きくした構造を開示しているが、リングの分ダクトが重く粘性抵抗も大きくなり、推進効率が悪くなる場合もある。

特開２０１８－１１８６９９号公報特開２０１８－７９８３２公報特開２００８－２４０７２号公報

このように従来の船尾ダクトのようにダクトの数や外形を変えることで揚力を大きくして推力を向上させようとすると、推力の向上と引き換えに何らかの特性が悪化するので、推力を向上させるには限界があり、推力の調節も困難であった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ダクトの数や外形を従来の構造から大きく変えずに推力を増やすことができ、推力の調節が容易な船尾ダクトの提供を目的とする。

本発明の船尾ダクトは、船舶のプロペラの前方で船尾のスタンチューブ回りに設けられ、軸方向が船長方向を向く単管で、管の表面近傍において内側の圧力が外側よりも低くなるような位置と姿勢で配置されたダクト本体を備える船尾ダクトであって、前記ダクト本体の管の周方向に沿って形成されて前記ダクト本体の内周と外周を連通する長孔であって、前記ダクト本体の外側を流れる水流の一部を前記ダクト本体の内側に導入するスロットを前記ダクト本体に備えていて、軸方向が船長方向を向き船首方向に拡径した円錐状の単管であり、円錐外周の傾斜角が、管の内側に負圧が発生する角度で配置されて、前記スロットは、前記ダクト本体の中心軸を通り前記中心軸に平行な軸断面において、前記ダクト本体の内周と外周を連通する向きが前記軸方向に平行な方向に対して所定の傾斜角で傾斜しており、前記所定の傾斜角のうち上流側の角度が、前記円錐外周の傾斜角より大きく、９０°未満であり、前記ダクト本体は、前記軸断面の外形が翼形状であり、前記軸断面において、前記スロットよりも船長方向後方に位置する部分であるダクト後方部の前記軸断面の形状は、船長方向後端の面取り部の半径が前記スロットを除く前記ダクト本体の前記軸断面の外形の外周を結んだ全体形状の船長方向後端の面取り部の半径と同じで、船長方向後端の面取り部以外は前記全体形状を縮小した相似形状であり、前記軸断面において前記スロットよりも船長方向前方に位置する部分であるダクト前方部の前記軸断面の形状は、前記スロットを挟んで前記ダクト後方部の前端と対向する対向部が、前記ダクト後方部の前端の前記軸方向に対する傾斜角と同じ傾斜角であり、前記対向部以外の形状は前記全体形状と同じであることを特徴とする。

この構成では、ダクト内側の流れよりも圧力が高い、外側を流れる水流をスロットからダクトの内側に引き込んでダクト内部での水流の剥離を遅らせて揚力を増加させることで船尾ダクトによる推力を増やす。

この構成ではダクトにスロットを設ければ推力を増やせるので、ダクトを二重管にする等して数を増やさなくても推力を増やすことができる。またダクトの外形を大きく変えなくても推力を増やすことができる。さらに、スロットの位置や寸法でダクト本体の内部に導入する水流の流量を調節できるので、推力の調節が容易である。

本発明によれば、ダクトの数や外形を従来の構造から大きく変えずに推力を増やすことができ、推力の調節が容易な船尾ダクトを提供できる。

本実施形態に係る船尾ダクトを備えた船舶の船尾付近の側面図である。（ａ）は図１の船尾ダクトの側面図であって、（ｂ）は船尾ダクトの内側と外側の水流の向きを示す図である。図１の船尾ダクトの斜視図である。（ａ）は図１の船尾ダクトの上面図であり、（ｂ）は図１の船尾ダクトの下面図である。図４（ａ）のダクト本体のＡ－Ａ断面図であり、ダクト本体の中心軸を通り中心軸に平行な軸断面図でもある。図１の船尾ダクトの変形例を示す側面図である。

以下、図面に基づき本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
最初に図１を参照して本実施形態に係る船尾ダクト１の概要について説明する。
図１に示すように船尾ダクト１は管状のダクト本体１１を備える。ダクト本体１１は船舶１００の航行に伴い、船体３の外面に沿って流れる伴流を導入して整流してプロペラ５に流入させることで船体３の推進効率を高める構造物である。ダクト本体１１は内部に流入する水流を利用して船体３を推進させる推力を生成する構造物でもある。

ダクト本体１１は、船舶１００の船尾に設けられたプロペラ５の船長方向前方に設けられ、かつ船体３のプロペラ軸回りの水密構造である船尾のスタンチューブ９回りに設けられる。

ダクト本体１１は軸方向であるＸ方向が船長方向を向く単管であり、図１では船首方向に拡径した円錐状の単管を例示している。ダクト本体１１は管の内側が伴流内、外側が内側よりも流速の速い流れの中に配置され、管の内側より外側の水流が速くなるのが好ましい。ダクト本体１１をこのような配置とする理由は以下の通りである。船舶１００の航行に伴い生成される水流は、船体３に沿って流れる伴流と、伴流よりも船体３から遠い位置を流れる一様流に大別できる。伴流は船体３に沿って流れる水流であるため、船体３の外側の表面との摩擦抵抗でエネルギーを失い、流速が一様流よりも遅くなり、圧力も低下する。また、伴流は船体３の形状の影響で渦を形成する場合もある。一方で伴流よりも船体３から遠い位置では船体３との摩擦抵抗が発生しないため流速は遅くならず、圧力も低下せず、流れる向きも船体３の形状の影響を受けない。よって、船体３から遠くなるほど水流は一様流もしくは一様流に相応する、流速が伴流よりも速く、圧力が高い流れになる。そこで、伴流を整流してプロペラ５に流入させるためにダクト本体１１はプロペラ５の船長方向前方に設けられ、かつ管の内側が伴流内に設けられるのが好ましい。

また、ダクト本体１１は、管の内側に負圧が発生する位置と姿勢で配置される。具体的には管の表面近傍において内側の圧力が外側よりも低くなるような位置と姿勢で配置される。負圧を発生させる理由は、ダクト本体１１の内部に水流を引き込む作用を生じさせ、これにより推力を発生させるためである。負圧が発生する位置と姿勢は船体３からダクト本体１１に流れ込む水流の流れに基づき決定する。図１に示すようにダクト本体１１の外形が円錐状の場合、負圧が発生するためには図１に示すように軸方向であるＸ方向に対する円錐外周の傾斜角αが、管の内側に負圧が発生する角度に設定される必要がある。傾斜角αはアタックアングルとも呼ばれる。また、軸方向に対して傾斜角αをつけると、ダクト本体１１が水流に置かれることで発生した揚力が鉛直方向に対して傾斜して船長方向成分を有するため、この成分が船体３を推進させる推力になる。
なお、図１ではダクト本体１１として外形が円錐状のものを例示しているが、伴流を整流でき、負圧の発生により推力を生成できるのであれば、形状は円錐状でなくても良い。円錐以外の形状としては例えば円筒が挙げられる。さらに円筒や円錐の円弧の長さが円周の長さの半分以下で、船長方向から見て円弧が円の上半分であり、円弧の両端部を板状部材で連結した半円筒形状や半円錐形状でもよい。あるいは円筒や円錐の円弧の長さが円周の長さの半分未満で、船長方向から見て円弧が円の上半分の一部であり、円弧の両端部をＬ字状部材で連結した扇形形状でもよい。以下の説明ではダクト本体１１の外形が円錐状の場合を例に説明する。
以上が本実施形態に係る船尾ダクト１の概要の説明である。

次に図２～図６を参照して本実施形態に係る船尾ダクト１の構造の詳細を説明する。
図２～図４に示すように船尾ダクト１はボス１４、垂直板１５ａ、１５ｂ、ダクト本体１１、及び切り欠き４７を備える。

図３に示すボス１４は船尾ダクト１をスタンチューブ９回りに固定するための円管状の部材であり、円管の軸が船長方向であるＸ方向を向いており、船長方向から見てダクト本体１１内に配置される。ボス１４は内径がスタンチューブ９の外径と同程度であり、スタンチューブ９に挿入され、図示しないストラット等の連結部材を介して溶接等の公知の連結手段で連結される。

ボス１４の外径は船舶１００の航行時に水流等の外力で変形・損傷しない程度の径が少なくとも必要である。一方でボス１４の外径が大きすぎると船尾ダクト１内に流入した水流の流れを阻害する可能性があるため、流れを阻害しない程度の外径が好ましい。
ボス１４の船長方向長さであるＸ方向長さも、水流等の外力で変形・損傷しない程度の長さが少なくとも必要である。Ｘ方向長さの上限はプロペラ５や船尾と干渉しない程度の長さである。図３に示すボス１４のＸ方向長さはダクト本体１１のＸ方向長さ以下である。

垂直板１５ａ、１５ｂはボス１４とダクト本体１１を連結する板状部材であり、図３では船長方向であるＸ方向及び鉛直方向であるＺ方向に面方向が平行に配置されている。垂直板１５ａ、１５ｂはダクト本体１１の内側に流入した水流を整流する作用も有する。図３に示すように垂直板１５ａは上端がダクト本体１１の内周最上端と連結され、下端がボス１４の外周最上端と連結される。垂直板１５ｂは上端がボス１４の外周最下端と連結され、下端がダクト本体１１の内周最下端と連結される。垂直板１５ａ、１５ｂとボス１４は、溶接等の公知の連結手段を用いて連結すればよい。

垂直板１５ａ、１５ｂの厚さ、図３では船幅方向であるＹ方向の厚さはボス１４とダクト本体１１を連結した状態で水流等の外力で垂直板１５ａ、１５ｂが変形・損傷しない程度の厚さが少なくとも必要である。ただし垂直板１５ａ、１５ｂのＹ方向の厚さが厚すぎると船尾ダクト１内に流入した水流の流れを阻害する可能性があるため、流れを阻害しない程度の厚さが上限である。
垂直板１５ａ、１５ｂの船長方向長さ、図３ではＸ方向の長さは少なくともボス１４とダクト本体１１側で垂直板１５ａ、１５ｂと連結される部分の長さと同程度であるのが好ましい。ボス１４及びダクト本体１１と連結される部分の面積を最大にできるため、連結の強度が最も高くなるためである。Ｘ方向長さの上限は船体３やプロペラ５と干渉しない長さである。図３ではダクト本体１１と同程度の長さを図示している。
垂直板１５ａ、１５ｂの鉛直方向長さ、図３ではＺ方向長さはボス１４の設置位置に応じて適宜設定する。図３ではボス１４がダクト本体１１の中心軸よりも下方にオフセットして配置されているため、垂直板１５ａのＺ方向長さの方が垂直板１５ｂのＺ方向長さよりも長い。

ダクト本体１１は船尾ダクト１の概要で説明したように、伴流の整流、負圧による推力発生、及び揚力による推力発生のための部材である。
図２～図４に示すようにダクト本体１１の側面形状は管の中心軸Ｃを境界に異なる。具体的には図２（ａ）に示すように中心軸Ｃよりも鉛直方向上方の上部ダクト本体１１ａは、Ｘ方向において船長方向後端１９ａと船長方向前端３１の距離が上に行くほど長い。一方で船長方向後端１９ａは側面視で鉛直線状であるため、船長方向前端３１が船首側に向けて斜め上方に傾斜した形状になっている。例えば図２（ａ）では鉛直方向位置が異なる二か所の船長方向長さＬ１－１、Ｌ１－２を図示しているが、上方にある部分の長さＬ１－２の方が、下方にある部分の長さＬ１－１よりも長い。一方で中心軸Ｃよりも下方の下部ダクト本体１１ｂは船長方向後端１９ａと船長方向前端３１の間の船長方向長さＬ１－３が鉛直方向位置によらず同じであり、かつその長さは上部ダクト本体１１ａの船長方向長さ以下である。これは、船尾ダクト１は伴流の流れ込む向きの関係で上方に行くほど発生する推力が大きく、下方に行くほど発生する推力が小さいため、上方に行くほどダクト本体１１の船長方向長さを長くする方が発生する推力が大きくなるためである。

図２～図５に示すようにダクト本体１１には長孔であるスロット２３が設けられる。
スロット２３は図２（ａ）及び図３に示すようにダクト本体１１の管の周方向に沿って形成されており、図５に示すようにダクト本体１１の内周と外周を連通する長孔である。

スロット２３を設けると、図２（ｂ）に示すようにダクト本体１１の外周に沿って流れる水流Ａ１、Ａ２として図示される一様流もしくは一様流に相当する流速の水流Ａのうち、その一部である水流Ａ１がスロット２３からダクト本体１１の内側に導入される。スロット２３から導入される水流Ａ１はダクト本体１１の船長方向前端３１から内側に流入する伴流である水流Ｂ１よりも圧力が高い。そのため圧力が高い水流Ａ１をダクト本体１１の内側に導入し、水流Ｂ１にエネルギーを与えることによって、ダクト本体１１の内側の船長方向後端１９ａ付近での水流Ｂ１の剥離を遅らせることができる。これにより、ダクト本体１１内の揚力が大きくなるため、推力を大きくできる。

スロット２３はダクト本体１１に設けられた長孔であるため、スロット２３を設けてもダクト本体１１の数を増やす必要はない。また、スロット２３は長孔であるため、スロット２３を形成するためにダクト本体１１に新たな部品を付加する必要はない。さらにスロット２３はダクト本体１１の内周と外周を連通する長孔であるため、ダクト本体１１の外周に沿ってダクト本体１１の外側を流れる水流の一部しかダクト本体１１の内部に導入しない。そのため、ダクトを二重管にする場合のようにダクト本体１１の外周に沿って流れる水流の全部をダクト本体１１の内部に導入する構造とは異なり、スロット２３の位置や寸法でダクト本体１１の内部に導入する水流Ａ１の流量を調節できる。よって船尾ダクト１は、ダクト本体１１内の負圧の調節が容易であり、推力の調節が容易である。

スロット２３はダクト本体１１の外周に沿う流れの一部を内周側に導入できるのであれば形状、寸法は適宜設定できるが、以下のような形状、寸法とするのが好ましい。
まず、図５に示すように、ダクト本体１１の中心軸に平行で中心軸を通る軸断面において、スロット２３がダクト本体１１の内周と外周を連通する向きは、ダクト本体１１の軸方向であるＸ方向に対して所定の傾斜角βだけ傾斜するのが好ましい。ここでいう傾斜角βとは、スロット２３の内周側開放端から外周側開放端に向かう向きと、ダクト本体１１の軸方向のなす角度のうち、水流の流れる向きにおける上流側の角度を意味する。より詳細には、図５に示す軸断面においてスロット２３に接するダクト本体１１の面と、中心軸とのなす角度が傾斜角βである。傾斜角βは、９０°未満であるのが好ましい。傾斜角βが９０°を超えるとスロット２３のダクト本体１１の外周側開口部２３ａが外周側を流れる水流の向きと逆を向くため、ダクト本体１１の外側からスロット２３に水流が流入し難くなるためである。また傾斜角βが９０°の場合、具体的にはスロット２３が径方向にダクト本体１１の内周と外周を挿通する場合、スロット２３のダクト本体１１の外周側開口部２３ａが外周側を流れる水流の向きと直交する場合があり、スロット２３に水流が流入し難くなる。よって傾斜角βは９０°以下が好ましい。
一方で、ダクト本体１１の軸方向に対するスロット２３の傾斜角βは図１に示すダクト本体１１の円錐外周の傾斜角α以下にするとスロット２３がダクト本体１１の内周と外周を挿通し難くなるため、傾斜角βは傾斜角αより大きいのが好ましい。

さらに、傾斜角βはダクト本体１１の船長方向前端３１の内周の、軸方向に対する傾斜角である迎え角γと同じ角度であるのが最も好ましい。理由は以下の通りである。
ダクト本体１１の内周は揚力が大きくなるように船長方向に向けて拡径するような傾斜角となっている。そのため、ダクト本体１１の船長方向前端３１からダクト本体１１内に流入する水流の一部はダクト本体１１の内周に衝突して迎え角γだけ傾斜した向きでダクト本体１１内を流れる。そこでスロット２３の傾斜角βを迎え角γと等しくすることで、図２（ｂ）に示すダクト本体１１の外側からスロット２３を介して流入する水流Ａ１と、ダクト本体１１の船長方向前端３１から流入する水流Ｂ１の向きを揃えることができる。水流Ａ１と水流Ｂ１の向きを揃えることで、水流Ａ１による水流Ｂ１のダクト本体１１の船長方向後端１９ａ付近での剥離を遅らせる効果を高められる。なお、ここでいう船長方向前端３１の範囲は、迎え角γを設定している範囲である。

このように図５に示すスロット２３の傾斜角βを迎え角γと等しくする手段としては、スロット２３がない従来のダクトに単に傾斜角βのスロット２３を形成してもよいが、図５（ａ）に示す形状とするのがより好ましい。

具体的には、まず図５（ａ）に示すようにダクト本体１１は、管の中心軸を通り中心軸に平行な軸断面の外形が翼形状である。これは揚力を大きくして推力を大きくするためである。この形状ではダクト本体１１の軸断面形状は船長方向であるＸ方向において、スロット２３を境界に前後に分割された形状になる。ここではスロット２３よりも船長方向後方に位置する部分をダクト後方部１９と呼び、スロット２３よりも船長方向前方に位置する部分をダクト前方部２１と呼ぶ。

ダクト後方部１９の具体的な形状は以下の形状が好ましい。まず図５（ｂ）に示すように、ダクト本体１１の軸断面形状において、スロット２３を除くダクト本体１１の軸断面の外周をループ状に結んだ閉曲線で囲まれた形状を全体形状４５とする。図５（ａ）に示すダクト後方部１９の軸断面形状は、船長方向後端１９ａの面取り部の半径は全体形状４５の船長方向後端１９ｃの面取り部の半径と同じとし、面取り部以外の形状は図５（ｂ）に示す全体形状４５を縮小した相似形状とするのが好ましい。船長方向後端１９ａの面取り部の半径を全体形状４５の船長方向後端１９ｃの面取り部の半径と同じにする理由は、船長方向後端１９ａを単純に相似形状で縮小すると船長方向後端１９ａが細くなり過ぎて強度が下がるためである。

次に、ダクト前方部２１の軸断面形状は、スロット２３を挟んでダクト後方部１９と対向する対向部３５はダクト後方部１９の対向部である前端３３の、軸方向に対する傾斜角と同じ傾斜角とし、対向部３５以外の形状は全体形状４５と同じとするのが好ましい。この点についてより具体的に説明する。
ダクト後方部１９は、船長方向後端１９ａの面取り部の半径以外が全体形状４５の相似形状である。そのため、ダクト後方部１９の軸方向における前端３３は、ダクト本体１１の船長方向前端３１の相似形状であり、その傾斜角β₁は、ダクト本体１１の船長方向前端３１の迎え角γと等しい。
ダクト前方部２１のうち、ダクト後方部１９の前端３３と対向する対向部３５の傾斜角β₂は、前端３３の傾斜角β₁と等しくするため、迎え角γとも等しい。前端３３と対向部３５はスロット２３に接する面であるため、その傾斜角β₁、β₂はスロット２３の傾斜角βになる。よって、この形状ではスロット２３の傾斜角βが迎え角γと等しくなる。

このように、ダクト本体１１は、ダクト後方部１９を全体形状４５の相似形とし、ダクト前方部２１はダクト後方部１９との対向部３５の傾斜角β₂をダクト後方部１９の前端３３の傾斜角β₁に合わせてスロット２３の傾斜角βを迎え角γにするのが好ましい。
この構造では、単純に翼の船長方向前端３１の迎え角γと同じ傾斜角βのスロット２３を形成する場合と比べてスロット２３の入口と出口が翼形状に合わせた滑らかな曲面になる。そのため、スロット２３の入口と出口で水流の剥離や粘性抵抗の増加が生じ難く、入口と出口の強度も確保できる。

図５（ａ）に示すスロット２３の軸断面における幅Ｄ、具体的には軸断面におけるダクト後方部１９とダクト前方部２１の対向面間の最短距離は、長くなるほどダクト本体１１の内側に引き込める水流の流量が多くなる。ただし水流の流量が多すぎるとダクト本体１１の内側の船長方向後端１９ａ付近で水流が早期に剥離してしまい、渦を形成する等して整流の妨げになり、スロット２３を設ける狙いである水流の剥離を遅らせる効果と相反する。よって幅Ｄは、水流が早期に剥離しない範囲にすることが好ましい。具体的にはスロット２３が設けられた位置におけるダクト本体１１の船長方向全長であるコード長Ｌ１の１％以上、６％以下であるのが好ましい。なお、幅Ｄはコード長の２％以上、４％以下であると、水流の剥離を遅らせる効果が向上するため、より好ましい。

スロット２３が設けられる船長方向位置は、図２（ｂ）に示すスロット２３からダクト本体１１の内側に水流Ａ１を引き込んで水流Ｂ１にエネルギーを与えることのみを考慮すれば前方寄りが好ましい。一方で、前方寄りにし過ぎると引き込む水流Ａ１の流量が多過ぎてダクト本体１１の内側の船長方向後端１９ａ付近で水流が早期に剥離して、渦を形成する等して整流の妨げになり、スロット２３を設ける狙いである剥離を遅らせる効果と相反する恐れがある。そのため、船長方向位置は水流が早期に剥離しない範囲にすることが好ましい。具体的には、ダクト本体１１の船長方向前端３１からスロット２３が設けられた位置におけるコード長Ｌ１の２０％以上、８０％以下であるのが好ましい。図５で示すとＬ３／Ｌ１が０．２以上、０．８以下、あるいはＬ３：Ｌ２が２：８～８：２であるのが好ましい。

なお、スロット２３が設けられる船長方向位置は、以下のように規定する。まず図５に示すように、ダクト本体１１の軸断面において船長方向後端１９ａから管の中心軸に平行な平行線Ｃ２を引く。次に平行線Ｃ２とダクト後方部１９の前端３３との交点４１、及びダクト前方部２１の対向部３５との交点４３を求め、船長方向において交点４１と交点４３から等距離にある位置Ｐをスロット２３が設けられる船長方向位置とする。

なお、スロット２３が設けられる船長方向位置はスロット２３が設けられた位置において、ダクト本体１１の船長方向前端３１からコード長Ｌ１の２５％以上、６５％以下の位置であるのが好ましい。図５で示すとＬ３：Ｌ２が２．５：７．５～６．５：３．５であるのが好ましい。内側の水流のダクト本体１１の船長方向後端１９ａ付近での剥離を遅くする効果が益々向上するためである。最も好ましい位置はスロット２３が設けられた位置において、ダクト本体１１の船長方向前端３１からコード長Ｌ１の３０％以上、５０％以下の位置、図５で示すとＬ３：Ｌ２が３：７～５：５である。

なお、図２（ａ）に示すダクト本体１１は図５に示すコード長Ｌ１が鉛直方向の位置によって異なる。そのため、スロット２３が設けられる船長方向位置を、コード長Ｌ１を基準に決める場合、スロット２３が設けられる船長方向位置はダクト本体１１の鉛直方向の位置によって異なる場合がある。
具体的には図２（ａ）に示すダクト本体１１は、中心軸Ｃよりも上方の上部ダクト本体１１ａが、船長方向前端３１が船尾側から船首側に向けて側面視で斜め上方に傾斜した形状になっており、上にいくほど船長方向長さが長い。そのため、図５に示すＬ３：Ｌ２を特定の割合とする場合、スロット２３も側面視で船尾側から船首側に向けて斜め上方に傾斜した形状になる。一方で中心軸Ｃよりも下方の下部ダクト本体１１ｂは船長方向長さが鉛直方向の位置によらず同程度なので、図５に示すＬ３：Ｌ２を特定の割合とする場合でもスロット２３は側面視で鉛直線になる。

図５に示すスロット２３の幅Ｄをコード長Ｌ１の長さを基準に決める場合、幅Ｄはダクト本体１１の鉛直方向位置によって異なる場合がある。例えば幅Ｄをコード長Ｌ１の１％以上、６％以下の範囲で特定の割合とする場合、コード長Ｌ１が長くなるほど幅Ｄも長くなり、コード長Ｌ１が短くなるほど幅Ｄも短くなる。そのため図２（ａ）に示す上部ダクト本体１１ａにおけるスロット２３の幅Ｄは、上方に行くほど長くなる。一方で下部ダクト本体１１ｂにおけるスロット２３の幅Ｄは一定であり、上部ダクト本体１１ａにおけるスロット２３の幅Ｄ以下である。

図５に示すスロット２３の幅Ｄと傾斜角βは、スロット２３内で常に一定である必要はない。例えば図５では外周側開口部２３ａ、及び内周側開口部２３ｂを拡径して水流が流入／流出し易くしている。ただしスロット２３内で幅Ｄと傾斜角βが極端に異なる部分があると、その部分で流速や水圧が変動して内側の水流のダクト本体１１の船長方向後端１９ａ付近での剥離を遅らせる効果に影響する可能性がある。そのため、スロット２３の幅Ｄと傾斜角βは、スロット２３内でなるべく差が小さいのが好ましい。

なお、図１に示すような、スロット２３を設けた船尾ダクト１はプロペラ５の船長方向前方のスタンチューブ９回りに配置されており、ダクテッドプロペラのダクトのように、プロペラ５の外周回りには設けない。理由は以下の通りである。
スロット２３を設けるとダクト本体１１の内側の水流の、船長方向後端１９ａ付近での剥離を遅らせる効果が得られる。一方で引き込む水流Ａ１の分だけ内側を流れる水流の流量が多くなるため、特にスロット２３の位置を前方寄りにするほど、ダクト本体１１の内側の船長方向後端１９ａ付近で水流が剥離した際に、渦の形成による流れの乱れは大きくなる。そのため、船尾ダクト１をダクテッドプロペラにする場合、プロペラ５に流入する流れが乱されることで、キャビテーションと呼ばれる気泡の発生現象が、スロット２３を設けない場合と比べて起こりやすくなる。キャビテーションが生じると、推力の減少、プロペラ５の損傷、騒音や振動の発生等の問題が生じる可能性があるが、特に推力が減少すると、スロット２３を設けて推力を向上させた効果が、キャビテーションによる推力減少で打ち消される。
よって船尾ダクト１はダクテッドプロペラのダクトのように、プロペラ５の外周回りに設けない。

図１～図５ではスロット２３はダクト本体１１の周方向に全周に渡って設けられている。この構造ではダクト本体１１がダクト前方部２１とダクト後方部１９に分割されるため、図３に示すようにダクト前方部２１とダクト後方部１９は垂直板１５ａ、１５ｂに各々連結される。よってダクト前方部２１とダクト後方部１９は垂直板１５ａ、１５ｂを介して互いに連結される。

ただしスロット２３は必ずしも全周に渡って設ける必要はない。図６に示すようにダクト本体１１の上半分である上部ダクト本体１１ａにのみスロット２３を設けても良い。より具体的には、ダクト本体１１は、円錐の中心軸を通る水平面Ｆよりも上方にのみスロット２３が設けられてもよい。理由は以下の通りである。船尾ダクト１は伴流の流れ込む向きの関係で上方に行くほど発生する推力が大きく、下方に行くほど発生する推力が小さいため、図２（ａ）に示すように上方に行くほどダクト本体１１の船長方向長さを長くして発生する推力を大きくしている。よって、下部ダクト本体１１ｂは上部ダクト本体１１ａよりも船長方向長さが短いため、スロット２３を設けても図５に示す幅Ｄを広げにくく、外側の水流を引き込みにくい。また、ダクト本体１１の船長方向長さが短くなるほど、外側から引き込んだ水流が直ぐに図２（ａ）に示す船長方向後端１９ａから流出するため、内側の水流のダクト本体１１の船長方向後端１９ａ付近での剥離を遅らせる効果が弱くなる。さらにスロット２３は長孔であるため、スロット２３を設けた部分の強度が下がらないように補強が必要になる場合もある。そのため、図６に示すようにダクト本体１１の上半分である上部ダクト本体１１ａにのみスロット２３を設けても良い。

このように、推力を発生する作用の強い上部ダクト本体１１ａにのみスロット２３を設け、推力を発生する作用の弱い下部ダクト本体１１ｂにスロット２３を設けないことで、推力を増やしつつ、ダクト本体１１の強度を確保できる。

ダクト前方部２１とダクト後方部１９を垂直板１５ａ、１５ｂのみで連結すると、強度の面で問題が生じる箇所がある場合は、その箇所でダクト前方部２１とダクト後方部１９を連結して補強してもよい。具体的には該当する箇所にスロット２３を設けずにダクト本体１１のままの形状とするか、もしくは垂直板１５ａ、１５ｂとは別の補強材を介してダクト前方部２１とダクト後方部１９を連結すればよい。
スロット２３を設けない位置、または垂直板１５ａ、１５ｂとは別の補強材でダクト前方部２１とダクト後方部１９を連結する位置としては、ダクト本体１１の周方向において、垂直板１５ａ、１５ｂから最も離れた位置であると、補強の効果が最も高いので好ましい。図２（ａ）では垂直板１５ａ、１５ｂは、ダクト本体１１の鉛直方向の上下端に設けられているため、連結する位置は上下端の両方から最も周方向に遠い位置である中間位置が好ましい。具体的には図２（ａ）に示す側面視で、中心軸Ｃに重なる両側面を連結する位置とするのが好ましい。このように垂直板１５ａ、１５ｂのみでは連結した部分の強度が不十分な場合、さらにダクト前方部２１とダクト後方部１９を連結する箇所があってもよい。なお、連結する部分の周方向の長さは長くなるほど補強の効果が高くなるが、スロット２３の周方向の長さが短くなり、推力を向上させる効果が弱くなる。そのため、連結する部分の周方向の長さは、必要な強度を確保できる範囲でなるべく短いのが好ましい。

図３及び図４に示す切り欠き４７は、ダクト本体１１の船長方向前端３１の一部を船体３の船尾に食い込ませるように固定する際に船尾が挿入される部分である。図３及び図４に示すように、切り欠き４７はダクト本体１１が食い込む船尾端の形状に対応した形状の欠損部であり、船長方向前端３１において、船体３の船尾に食い込む部分に形成される。
以上が本実施形態に係る船尾ダクト１の構造の詳細の説明である。

このように本実施形態の船尾ダクト１はスロット２３を備え、ダクト本体１１の外側の水流の一部をスロット２３からダクト本体１１の内側に導入してダクト本体１１の内側を流れる水流の船長方向後端１９ａ付近での剥離を遅らせることでダクト本体１１の揚力を大きくし、推力を大きくする。

この構成ではダクト本体１１の数を増やす必要はなく、ダクト本体１１に新たな部品を付加する必要もない。さらにダクト本体１１の外側を流れる水流の一部しかダクト本体１１の内部に導入しないため、スロット２３の位置や寸法でダクト本体１１の内部に導入する水流Ａ１の流量を調節でき、推力の調節が容易である。
よって船尾ダクト１は従来の構造からダクト本体１１の数や外形を大きく変えずに推力を増やすことができ、推力の調節が容易である。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において各種変形例及び改良例に想到するのは当然のことであり、これらも本発明に含まれる。
例えば上記した実施形態ではダクト本体１１の前後方向にスロット２３を１ヵ所にのみ設けた構成を例示したが、ダクト本体１１の内側の船長方向後端１９ａ付近での水流の剥離を遅らせることができれば、前後方向に複数のスロット２３を設けてもよい

１：船尾ダクト
３：船体
５：プロペラ
９：スタンチューブ
１１：ダクト本体
１１ａ：上部ダクト本体
１１ｂ：下部ダクト本体
１４：ボス
１５ａ、１５ｂ：垂直板
１９：ダクト後方部
１９ａ、１９ｃ：船長方向後端
２１：ダクト前方部
２３：スロット
２３ａ：外周側開口部
２３ｂ：内周側開口部
３１：船長方向前端
３３：前端
３５：対向部
４１、４３：交点
４５：全体形状
４７：切り欠き
１００：船舶

Claims

船舶のプロペラの前方で船尾のスタンチューブ回りに設けられ、軸方向が船長方向を向く単管で、管の表面近傍において内側の圧力が外側よりも低くなるような位置と姿勢で配置されたダクト本体を備える船尾ダクトであって、
前記ダクト本体の管の周方向に沿って形成されて前記ダクト本体の内周と外周を連通する長孔であって、前記ダクト本体の外側を流れる水流の一部を前記ダクト本体の内側に導入するスロットを前記ダクト本体に備えていて、
軸方向が船長方向を向き船首方向に拡径した円錐状の単管であり、円錐外周の傾斜角が、管の内側に負圧が発生する角度で配置されて、
前記スロットは、前記ダクト本体の中心軸を通り前記中心軸に平行な軸断面において、前記ダクト本体の内周と外周を連通する向きが前記軸方向に平行な方向に対して所定の傾斜角で傾斜しており、
前記所定の傾斜角のうち上流側の角度が、前記円錐外周の傾斜角より大きく、９０°未満であり、
前記ダクト本体は、
前記軸断面の外形が翼形状であり、
前記軸断面において、前記スロットよりも船長方向後方に位置する部分であるダクト後方部の前記軸断面の形状は、船長方向後端の面取り部の半径が前記スロットを除く前記ダクト本体の前記軸断面の外形の外周を結んだ全体形状の船長方向後端の面取り部の半径と同じで、船長方向後端の面取り部以外は前記全体形状を縮小した相似形状であり、
前記軸断面において前記スロットよりも船長方向前方に位置する部分であるダクト前方部の前記軸断面の形状は、前記スロットを挟んで前記ダクト後方部の前端と対向する対向部が、前記ダクト後方部の前端の前記軸方向に対する傾斜角と同じ傾斜角であり、前記対向部以外の形状は前記全体形状と同じであることを特徴とする船尾ダクト。
前記スロットは、
前記ダクト本体の中心軸を通り前記中心軸に平行な軸断面における幅が、前記スロットが設けられた位置における前記ダクト本体の船長方向全長であるコード長の１％以上、６％以下である請求項１に記載の船尾ダクト。
前記スロットは、
前記ダクト本体の中心軸を通り前記中心軸に平行な軸断面における幅が、前記スロットが設けられた位置における前記ダクト本体の船長方向全長であるコード長の２％以上、４％以下である請求項１または２に記載の船尾ダクト。
前記スロットが設けられる船長方向位置は、
前記ダクト本体の船長方向前端から、前記スロットが設けられた位置における前記ダクト本体の船長方向全長であるコード長の２０％以上、８０％以下の位置である請求項１～３のいずれか一項に記載の船尾ダクト。
前記スロットが設けられる船長方向位置は、
前記ダクト本体の船長方向前端から、前記スロットが設けられた位置における前記ダクト本体の船長方向全長であるコード長の２５％以上、６５％以下の位置である請求項１～４のいずれか一項に記載の船尾ダクト。
前記スロットが設けられる船長方向位置は、
前記ダクト本体の船長方向前端から、前記スロットが設けられた位置における前記ダクト本体の船長方向全長であるコード長の３０％以上、５０％以下の位置である請求項１～５のいずれか一項に記載の船尾ダクト。
前記ダクト本体は、
前記中心軸を通る水平面よりも上方にのみ前記スロットが設けられる請求項１～６のいずれか一項に記載の船尾ダクト。