JPH082486A - 船 舶 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノズルの効果を最大限発揮し、推進効率ηを
より大きく向上させることができる船舶を提供する。 【構成】 船舶のプロペラの前方にリング状のノズルを
備えた船舶において、ノズル３は、その前縁４が上部前
縁４１と下部前縁４２からなり、上部前縁４１は、下方
ほどプロペラ２側に接近し、上部前縁４１と下部前縁４
２とが接合する接合部５においてノズル上部前縁４１の
傾斜角θ₁ と下部前縁の傾斜角θ₂ が変わり、更に、接
合部５がプロペラ軸軸心Ｃを含む水平面の近傍に位置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船舶の推進性能を向上
させるため、船舶のプロペラの前方にリング状のノズル
を備えた船舶に関する。

【０００２】

【従来の技術】船舶のプロペラの前方に設けたリング状
のノズルは、真横から見ると、図９のように、クサビ形
のノズル３ａや台形状のノズル（不図示）がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ノズル、特に、図
９に示すノズルは、プロペラ面の上部近傍に流入する伴
流係数ｗ（ｗ＝（Ｖ_S −Ｖ_a ）／Ｖ_S ）の大きい流れを
集中整流するため、船体のビルジ部より発生する三次元
剥離渦の発生を抑制できる。そして、船体抵抗を減少さ
せ、推進効率η（η＝η_h ・η_o ・η_R ）を向上させる
ことができる。上記Ｖ_S は、船速、Ｖ_a は、プロペラ流
入流速である。また、η_h は船殻効率と呼ばれ、 η_h ＝（１−ｔ）／（１−ｗ） で表される。

【０００４】また、η_o は、船体の影響を受けない状態
でのプロペラ単独効率である。η_Rは、推進器効率比と
呼ばれ、プロペラが船尾の伴流中で作動した状態におけ
るプロペラの効率とプロペラ単独効率η_o との比であ
る。なお、上記ｔは、推力減少率である。上記ノズルの
特性を発揮させるには、ノズルに作用する循環Γを大き
くすれば良い。ノズルの循環Γを大きくするには、図１
０のように、ノズル３ａに流入する流れの迎角αを大き
くし、ノズル３ａの弦長Ｌを大きくすれば良い。

【０００５】然しながら、最近の肥大船は、プロペラ面
における伴流分布が図１１に示すように分布している。
また、プロペラ面内の面内流向は、図１２に示すような
方向を持っている。このため、図９のようなクサビ形の
ノズル３ａでは、ノズル前縁ＬＥ（図１０参照）におい
て、図１３に示すような迎角α及び流速Ｖ_a の分布を持
つことになる。図１３の横軸は、ノズル周方向の角度で
あり、ノズルの頂点、換言すれば、ノズルを時計に見立
てた場合の０時の位置を０°とし、かつ、ノズルを船首
側からプロペラの方向に向かって見て右回り、即ち、時
計回りに測った角度を示している。図１３から１８０°
を境にして流場が左右対称になっていることがわかる。

【０００６】ノズルに作用する推進力Ｆ_N は、図１０に
示すように、ノズルに作用する揚力Ｌ_N の角度βのサイ
ン成分であり、 Ｆ_N ＝Ｌ_N ・sin β で表される。一方、揚力Ｌ_N は、ノズルの循環Γに比例
し、また、循環Γは、迎角αとノズルの弦長Ｌに比例す
る。

【０００７】Ｌ_N ∝Γ∝α・Ｖ_a ² ・Ｌ 従って、ノズルに作用する推進力Ｆ_N は、 Ｆ_N ∝α・Ｖ_a ² ・Ｌ・sin β である。また、ノズル断面には、摩擦抵抗Ｄ_f が作用す
る。この摩擦抵抗Ｄ_f は、 Ｄ_f ∝Ｖ_a ² ・Ｌ で表される。

【０００８】また、ノズルに作用する力Ｆ_T は、 Ｆ_T ＝（Ｃ₁ ・α・sin β−Ｃ₂ ）・Ｖ_a ² ・Ｌ≡Ａ・
Ｖ_a ² ・Ｌ となる。ここで、Ｃ₁ 、Ｃ₂ は、比例定数である。従っ
て、推進効率ηを向上させるには、迎角αが大きく、Ａ
がプラスとなる部分では、ノズルの弦長Ｌを大きくし、
迎角αが小さく、Ａがマイナスとなる部分では、ノズル
の弦長Ｌを小さくすればよいことが分かる。

【０００９】図１４は、図９のようなクサビ形のノズル
に作用する力Ｆ_T の分布を示している。ところが、ノズ
ルの後端部の直径がプロペラの直径より小さくなると、
ノズル前縁における迎角αと流速Ｖ_a の分布が図１５の
ようになる。そして、ノズルに作用する力Ｆ_T は、図１
６のようになる。図１４や図１６のように、ノズルの頂
点０°から時計回りに９０°及び２７０°付近ではノズ
ルが抵抗となり、図８のようなクサビ形のノズルや台形
状のノズルでは、ノズルの持つ機能を最大限に発揮させ
ることが不可能である。本発明は、上記の問題を克服し
たリング状のノズルを備えた船舶を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、船舶の
プロペラの前方にリング状のノズルを備えた船舶におい
て、前記ノズルは、その前縁が上部前縁と下部前縁から
なり、上部前縁は、下方ほどプロペラ側に接近し、上部
前縁と下部前縁とが接合する接合部においてノズル上部
前縁の傾斜角と下部前縁の傾斜角が変わり、更に、前記
接合部がプロペラ軸軸心を含む水平面の近傍に位置する
ことを特徴とする。

【００１１】ここで、ノズルの後端部の直径Ｄ_N がプロ
ペラの直径Ｄ_P の４０〜１１０％であることが望まし
い。ノズル後端部の直径Ｄ_N がプロペラの直径Ｄ_P の４
０％未満になると、流速Ｖ_a が周方向全体にわたり小さ
くなり、ノズルに作用する推進力Ｆ_N が小さくなる。逆
に、ノズル後端部の直径Ｄ_N がプロペラの直径Ｄ_P の１
１０％を超えると、図１３に示す流速Ｖ_a が周方向全体
にわたり大きくなるものの、迎角αが全体的に小さくな
るため、推進力Ｆ_N は小さく、摩擦抵抗は大きくなる。
更に、ノズルを、上下二つ支持部材を介して船体に固定
すると共に、該支持部材にプロペラの回転方向と逆方向
の捻りを持たせることが望ましい。

【００１２】

【作用】上記のように、船舶のプロペラの前方に設けた
リング状のノズルは、その前縁が上部前縁と下部前縁か
らなり、上部前縁は、下方ほどプロペラ側に接近し、上
部前縁と下部前縁とが接合する接合部においてノズル上
部前縁の傾斜角と下部前縁の傾斜角が変わり、更に、前
記接合部がプロペラ軸軸心を含む水平面の近傍に位置す
ると、ノズルの推進力成分は、あまり変わらないものの
抵抗となる成分が大きく減少する。

【００１３】ノズルの抵抗となる成分が減少すると、ノ
ズルに流入する流量も大きくなる。そして、結果的に、
伴流係数ｗの大きな流れを、より集中整流することがで
きるため、ノズルの効果を最大限発揮し、推進効率η
を、より大きく向上させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例を説明す
る。図１において、１は、船舶であり、プロペラ２の前
方にリング状のノズル３を備えている。このノズル３
は、後方ほど小径化している。また、このノズル３は、
その軸心Ｃａが、プロペラ軸軸心Ｃと同軸関係にあり、
更に、プロペラ軸軸心Ｃを含む面での断面が内側に突出
した翼形になっている。

【００１５】このノズル３は、その前縁４が上部前縁４
１と下部前縁４２からなり、上部前縁４１は、下方ほど
プロペラ２の方に接近している。そして、上部前縁４１
と下部前縁４２とが接合する接合部５がノズル底部６の
先端７よりもプロペラ２の方に接近している。そして、
この接合部５は、変曲点にもなっており、ノズル上部前
縁４１の傾斜角θ₁ とノズル下部前縁４２の傾斜角θ₂
とが変わるようになっている。ここで、θ₂ ＞θ₁ であ
る。

【００１６】更に、上記接合部５は、プロペラ軸軸心Ｃ
を含む水平面上に位置している。また、このノズル３
は、その後縁８が、下方ほど船首の方に接近している。
上記ノズル３は、上下二つの支持部材９、１０を介して
船体１１に固定されている。この支持部材９、１０は、
図２に示すように、後端ほど薄肉化し、しかも、プロペ
ラ２の回転方向に対して逆方向の捻りを有している。こ
うすると、プロペラ２の後方に発生するプロペラ回転と
同一方向の回転流を減少させることができる。

【００１７】上記リング状ノズル３を用いると、ノズル
に作用する力Ｆ_T が、図７の破線のような分布になる。
なお、実線は、クサビ形のノズルに作用する力Ｆ_T の分
布を示している。図７から分かるように、ノズルの推進
力成分は、あまり変わらないものの、抵抗となる成分が
大きく減少する。ノズルの抵抗となる成分が減少する
と、ノズルに流入する流量も大きくなる。そして、結果
的に、伴流係数ｗの大きな流れを、より集中整流するこ
とができるため、ノズルの効果を最大限発揮し、推進効
率ηを、より大きく向上させることができる。

【００１８】図８は、推進効率ηに関する自航要素（η
_R 、１−ｔ、１−ｗ）が、どのように改善されるかを示
したものであるが、図８から本発明は、１−ｔが上昇
し、ノズルの作用が、より効果的になっていることがわ
かる。なお、図８において、（ａ）はノズル無し、
（ｂ）は図９のクサビ形ノズル使用の場合、（ｃ）は本
発明の場合である。

【００１９】この傾向は、ノズル後端部の直径Ｄ_N がプ
ロペラの直径Ｄ_P より小さな場合だけでなく、プロペラ
の直径Ｄ_P より大きな場合にも同様の効果が期待でき
る。ノズル後端部の直径Ｄ_N は、プロペラの直径Ｄ_P の
概ね４０〜１１０％が望ましい。図１において、符号１
３は、舵である。

【００２０】また、図４のように、舵１３にコスタバル
ブ１４を取り付けると、上記ノズル３との相乗効果によ
り、更に、船体抵抗を減少させることができる。このコ
スタバルブ１４は、頭部１５と胴部１６からなり、頭部
１５はラダーホーン１７に固定され、胴部１６は舵１３
に固定されている。また、プロペラボス１８に取り付け
たキャップ１９とコスタバルブ１４との間に段差が生じ
ないようにキャップ１９の後端面２０とバルブ頭部１５
の前端面２１が同径に近くなっており、流れが滑らかな
に流れるようになっている。

【００２１】また、図５のように、ノズル３の内壁面１
２に近づくほど支持部材９ａ，１０ａの捻り度合を大き
くしてもよい。更に、図６のように、上部支持部材９ａ
のみに捻りを付与し、下部支持部材１０ｂをプロペラ軸
軸心Ｃに沿ったストレート構造にしてもよい。上記ノズ
ル３は、真横から見ると、接合部５がプロペラ軸軸心Ｃ
上に位置しているが、接合部５は、プロペラ軸軸心Ｃよ
りやや上方に位置させたり、或いは、プロペラ軸軸心Ｃ
よりやや下方に位置させても同様の効果が得られる。

【００２２】また、ノズル３の後縁８及び下部前縁４２
は、垂直にしてもよい。また、接合部５におけるノズル
弦長は、流場に合わせて最小になるようにしてもよい。
なお、図１において、Ｌ₁ は、ノズル頂部の弦長、Ｌ₂
はノズル底部の弦長をである。

【００２３】

【発明の効果】上記のように、本発明は、船舶のプロペ
ラの前方にリング状のノズルを備えた船舶において、前
記ノズルは、その前縁が上部前縁と下部前縁からなり、
上部前縁は、下方ほどプロペラ側に接近し、上部前縁と
下部前縁とが接合する接合部においてノズル上部前縁の
傾斜角と下部前縁の傾斜角が変わり、更に、前記接合部
がプロペラ軸軸心を含む水平面の近傍に位置させたの
で、ノズルの推進力成分は、あまり変わらないものの抵
抗となる成分が大きく減少し、ノズルに流入する流量も
大きくなる。そして、結果的に、伴流係数ｗの大きな流
れを、より集中整流することができるため、ノズルの効
果を最大限発揮し、推進効率ηを、より大きく向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る船舶の側面図である。

【図２】本発明に係る船舶の要部断面図である。

【図３】図２のIII −III 断面図である。

【図４】本発明に係る船舶の他の例を示す側面図であ
る。

【図５】ノズルを支持する支持部材の他の例を示すリン
グ背面図である。

【図６】上部支持部材のみ捻りを付与した例を示すリン
グ背面図である。

【図７】ノズルに作用する力Ｆ_T の分布図である。

【図８】本発明と従来例１，２の自航要素の相違を示す
説明図である。

【図９】クサビ形のノズルを持つ従来の船舶の側面図で
ある。

【図１０】ノズルの機能説明図である。

【図１１】プロペラ面内の伴流分布図である。

【図１２】プロペラ面内の面内流向のベクトル図であ
る。

【図１３】迎角αと流速Ｖａのノズル周方向の分布図で
ある。

【図１４】ノズルに作用する力Ｆ_T の分布図である。

【図１５】ノズル径がプロペラ径より小さい時の迎角α
と流速Ｖａのノズル周方向の分布図である。

【図１６】ノズル径がプロペラ径より小さい時のノズル
に作用する力Ｆ_T の分布図である。

【符号の説明】

１ 船舶 ２ プロペラ ３ リング状のノズル ４ ノズル前縁 ５ 接合部 ６ ノズル底部 ７ ノズル底部先端 ４１ 上部前縁 ４２ 下部前縁 Ｃ プロペラ軸
軸心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 昭彦 東京都中央区築地５丁目６番４号 三井造 船株式会社内 (72)発明者 高橋 裕樹 東京都中央区築地５丁目６番４号 三井造 船株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶のプロペラの前方にリング状のノズ
   ルを備えた船舶において、前記ノズルは、その前縁が上
   部前縁と下部前縁からなり、上部前縁は、下方ほどプロ
   ペラ側に接近し、上部前縁と下部前縁とが接合する接合
   部においてノズル上部前縁の傾斜角と下部前縁の傾斜角
   が変わり、更に、前記接合部がプロペラ軸軸心を含む水
   平面の近傍に位置することを特徴とする船舶。
2. 【請求項２】 ノズルの後端部の直径Ｄ_N がプロペラの
   直径Ｄ_P の４０〜１１０％である請求項１記載の船舶。
3. 【請求項３】 ノズルを、上下二つの支持部材を介して
   船体に固定すると共に、該支持部材にプロペラの回転方
   向と逆方向の捻りを持たせた請求項１又は２記載の船
   舶。