JP7405787B2 - 船尾ダクト - Google Patents
船尾ダクト Download PDFInfo
- Publication number
- JP7405787B2 JP7405787B2 JP2021048026A JP2021048026A JP7405787B2 JP 7405787 B2 JP7405787 B2 JP 7405787B2 JP 2021048026 A JP2021048026 A JP 2021048026A JP 2021048026 A JP2021048026 A JP 2021048026A JP 7405787 B2 JP7405787 B2 JP 7405787B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- duct
- slot
- duct body
- longitudinal direction
- stern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 74
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
- B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
- B63H5/16—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in recesses; with stationary water-guiding elements; Means to prevent fouling of the propeller, e.g. guards, cages or screens
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
- B63B1/16—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving additional lift from hydrodynamic forces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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 (7)
- 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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021048026A JP7405787B2 (ja) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | 船尾ダクト |
CN202210289780.0A CN115107977A (zh) | 2021-03-23 | 2022-03-23 | 船尾管道 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021048026A JP7405787B2 (ja) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | 船尾ダクト |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022146974A JP2022146974A (ja) | 2022-10-06 |
JP7405787B2 true JP7405787B2 (ja) | 2023-12-26 |
Family
ID=83324736
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021048026A Active JP7405787B2 (ja) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | 船尾ダクト |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7405787B2 (ja) |
CN (1) | CN115107977A (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030064637A1 (en) | 2001-09-18 | 2003-04-03 | Tomohiro Fuse | Jet propulsion watercraft |
JP5816986B2 (ja) | 2013-03-11 | 2015-11-18 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
JP5816985B2 (ja) | 2013-01-11 | 2015-11-18 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
JP5816982B2 (ja) | 2011-01-27 | 2015-11-18 | 順▲徳▼工業股▲分▼有限公司 | 往復式鉛筆削り器 |
JP2018118699A (ja) | 2017-01-27 | 2018-08-02 | 三菱重工業株式会社 | ダクト装置および船舶 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5816982A (ja) * | 1981-07-21 | 1983-01-31 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 船用推進装置 |
JPS5816985A (ja) * | 1981-07-21 | 1983-01-31 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 船用推進装置 |
JPS5816986A (ja) * | 1981-07-21 | 1983-01-31 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 船用推進装置 |
JP6748502B2 (ja) * | 2016-07-25 | 2020-09-02 | 三菱重工業株式会社 | 船舶 |
-
2021
- 2021-03-23 JP JP2021048026A patent/JP7405787B2/ja active Active
-
2022
- 2022-03-23 CN CN202210289780.0A patent/CN115107977A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030064637A1 (en) | 2001-09-18 | 2003-04-03 | Tomohiro Fuse | Jet propulsion watercraft |
JP5816982B2 (ja) | 2011-01-27 | 2015-11-18 | 順▲徳▼工業股▲分▼有限公司 | 往復式鉛筆削り器 |
JP5816985B2 (ja) | 2013-01-11 | 2015-11-18 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
JP5816986B2 (ja) | 2013-03-11 | 2015-11-18 | アルプス・グリーンデバイス株式会社 | 電流センサ |
JP2018118699A (ja) | 2017-01-27 | 2018-08-02 | 三菱重工業株式会社 | ダクト装置および船舶 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022146974A (ja) | 2022-10-06 |
CN115107977A (zh) | 2022-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DK2597029T3 (en) | A pre-orifice for a propulsion system for a watercraft to improve energy efficiency | |
KR102307013B1 (ko) | 프로펠러 샤프트를 포함하는 멀티 스크류 선박을 위한 배열 그리고 이러한 배열을 생성하기 위한 방법 | |
TWI505966B (zh) | 降低水上運輸工具的驅動力需要之裝置 | |
CN105452100B (zh) | 用于降低水运工具的驱动动力要求的装置 | |
JP2008239060A (ja) | 船尾横長ダクト及び船舶 | |
JP7405787B2 (ja) | 船尾ダクト | |
US4899679A (en) | Keel structure | |
CN218119065U (zh) | 一种用于弯管流动消涡的螺旋涡流导流装置 | |
CN107848614B (zh) | 具有船尾导管的船尾及船舶 | |
GB1561505A (en) | Ship with stern water flow | |
KR101049308B1 (ko) | 가변핀을 구비하는 선박 | |
JP5393160B2 (ja) | 排水量型船舶の船尾形状 | |
GB2311258A (en) | Hydrodynamic apparatus such as a fin stabiliser or rudder blade | |
KR102092559B1 (ko) | 선박용 추진 스러스터 | |
US20230202628A1 (en) | Arrangement to reduce a propulsion power requirement of a watercraft | |
KR102181349B1 (ko) | 에너지 절감 부가 장치 및 이를 포함하는 선박 | |
JPS5937278B2 (ja) | 船舶 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20221130 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230831 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230905 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231031 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231128 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231214 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7405787 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |