JPS5937278B2 - 船舶 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は船舶が肥大化することによってひき起される船
尾付近の水の乱れ、流湯の不均一性に伴１ う推進に必
要な馬力の増加あるいは振動、騒音の増大のもたらす要
因を防止できる船舶に関するものである。

近年、船舶の経済性を高める船型面からのアプローチと
して、要求される載貨重量に対し出来る０ だけ船型を
肥大化させ建造コストを引き下げることがなされている
。

しかしながら、船舶の肥大化は特に船尾付近の流れの乱
れ、および流湯の不均一性を増し、結果として抵抗の増
加や推進効率の減少に伴う必要馬５ 力の増加や、プロ
ペラキャビテーション、或は振動、騒音の増大をもたら
す因となり、建造のコスト引き下げによる経済性の上昇
を減殺することになる。

従って、船型肥犬化を行いながらそれに伴う性能低下を
改善することが強く要求されている。

Ｏところで一般に、船舶の性能は主機馬力と船速の関係
でみることが出来る。

即ち、船舶が船速Ｖｓで航行する場合に、船体が受ける
抵抗をＲｓとすると、必要となる主機関からの伝達馬力
ＤＨＰは、 ＤＨＰＬｘＲ８ｖｓ／η で表わされる。

ここでηは推進効率で、で算出される。

ここで、ηＨは船殻効率と呼ばれプロペラと船体との干
渉に起因する要素であり、ｔは推進減少率、Ｗは伴流係
数である。

また、η。は船体の影響を受けない状態でのプロペラの
単独効率であり、ηＲは推進器効率比と呼ばれプロペラ
が船尾の乱れた流れの中で作動する場合の効率とプロペ
ラの単独効率η。

との比を示す。したがって、船舶の性能改善の一つとし
て、同一速力に対して必要馬力を減少させるためには抵
抗の減少または推進効率の上昇を計る必要がある。

従来、かかる観点から船舶の性能改善を目的として、例
えばダクトプロペラや球状船首が提案採用されている。

前者は、プロペラをダクト内に位置させダクト内で流体
流速を大きくしてプロペラ作動面に導くようにしたもの
であって、前記推進効率の一つの要素であるη。

（プロペラの単独効率）の改善を目的としたものである
。

また、後者は、船体抵抗のうち、造波抵抗の減少を目的
としたものである。

即ち、抵抗Ｒｓの減少を計って船舶の性能を改善しよう
とするものである。

ところで、船舶の経済性を高めるため、要求される載貨
重量に対し出来るだけ船型を肥大させた、所謂肥大船が
数多く建造、運行されているが、近来、燃料価格の高騰
や省エネルギー的見地から、新造船および既存船にかか
わらず、かかる肥大船の経済性をより高めるためその性
能を改善する気運が高まっている。

その一手段として、前記ダクトプロペラを採用する試み
があるが肥大船における船尾流場の特性から生じるキャ
ビテーション、エロージョン等、実用上の問題がある。

即ち、かかる肥大船の船尾流場は、第１図に示すように
、船側を回る平行流Ｓ３と、ヒルジ部分を回る上向きの
上昇流Ｓ１と、縦渦Ｓ２とに大別されるが、この流湯に
おいては、縦渦Ｓ２は実際には、三次元剥離渦であり乱
れが大きい。

それに加えて、平行流Ｓ３と上昇流Ｓ１とが混合してそ
の乱れは一層大きくなる。

このような混合による乱れは、はぼプロペラ直前方上部
で生じ、この結果プロペラ」二部位置に伴流値の大きい
領域が集中するが、一般的にその領域は下方に向って順
次減少する傾向にある。

この伴流値分布をプロペラ作動面でみると、第２図に示
した如くなる。

このように、肥大船においては従来の所謂スマートな船
に比して伴流分布が激しく変化し、かつ、部分的には伴
流係数の大きな流れが存在する。

換言すれば、プロペラ作動面の上部における遅い流れと
下部における速い流れが生じており、これによりプロペ
ラ上部及び下部の近傍の伴流の集中域では、キャビテー
ションが生じるとともに各プロペラ翼への負荷の不均一
を来している。

したがって、縦渦Ｓ２の剥離等による船体抵抗が増大し
、加えて不均一な流れがプロペラの起振力となって船体
振動、騒音の発生の原因となっている。

そしてこのような流湯において通常のダクトプロペラを
用いると、伴流の均一化についてはプロペラ先端とダク
トとの間隔が一定なため、プロペラとダクトの相互干渉
がプロペラ周方向にほぼ一定であり、流れの均一化があ
まりできない。

即ち、その作用を詳述すると、第３図に示すようにａの
如き流速分布でダクト入口に達した流体はダクト内にお
いてｅに示す如くほぼ均一に加速されｆの如き流速分布
でプロペラ面へ導かれることになる。

したがって、前述したような船体振動、騒音の発生を防
止することが出来ないばかりでなく、ダクト内面にキャ
ビテーションエロージョンが発生し長期使用に耐えない
こととなっている。

加えて、構造的に高強度、高精度が要求され建造費が高
くなる等の問題がある。

更に、タクトプロペラを既存船に取付けようとする場合
には、プロペラと主機回転数を適切な関係に保つため、
新らたなプロペラ、具体的にはピッチの大きなプロペラ
に取替える必要がある。

これは、通常のダクトプロペラでは、プロペラ位置の流
速が過大になり、既存プロペラのままではその回転数は
同一主機馬力の状態で最低でも約１割は上昇し、最大主
機馬力が発揮できなくなることとなり、結果的には、そ
の流速に対応することができない。

したがって、プロペラを交換するか又はエンジンの回転
数を上昇する必要があるが、実際にはかかる改造工事は
困難で、多大な費用を要することになる。

したがって、既存のダクトプロペラを既存のプロペラを
利用して採用することは、最適性能を発揮することが困
難で、結局運行に支障を来すことになる。

かかることから、通常のダクトプロペラのダクトを前方
へ移動させ、該ダクトの後端縁をプロペラ近傍に位置さ
せることが考えられるが、かかる構成にするとダクト推
力により船体を後方に引く作用が強くなり、推力減少率
ｔが増大するため船殻効率ηＨが低下し、その結果、推
進効率ηが劣化することとなるため意図した効率の改善
が出来ないこととなる。

したがって、通常ダクトプロペラの問題を解決しかつ推
進効率ηを改善するためには、ダクトの前端縁を出来る
だけ船体から離し、かつ、その後端縁をプロペラ近傍に
位置させる必要がある。

しかしながら、船体とプロペラの距離は制約されている
ため、必然的にダクトの長さは短いものとしなければな
らない。

その結果、ダクト自体が発生する推力は小さく、また、
通常のダクトプロペラに比べてプロペラ効率も低下する
こととなり、実用に供することができない。

このような点に鑑み、本発明者等は前述の各成分の内、
特に船殻効率ηＨ等に着目し鋭意研究の結果、プロペラ
上部に集中する大きな伴流領域を有効にプロペラに導き
推進効率を改善するための本発明を完成した。

すなわち、本発明の船舶推進装置は、横方向からみて長
さがプロペラ回転直径の０．２以上１以下であり、内面
が凸状の翼断面に形成され、且つ正面から見てプロペラ
中心を通る水平な基線から夫夫等間隔に配した上下２本
の水平線においてプロペラの中心を通る垂直線からリン
グ状構造物に至る線分の長さのうち、基線の上方の線分
が基線下方の線分より大きい形状の略逆おむすび型にな
したリング状構造物を、プロペラの前方に間隔を置き、
かつ、その長さの０．２から１までの範囲で船体と重複
するように、船体に嵌合固着させ、肥大船の船尾流湯で
あって、かつ、プロペラ上部前方に存在する伴流件数の
太きい遅い流れを積極的に集中し、これを整流したあと
、それを比較的遅いほぼ均一な流れとしてプロペラ作動
面に導くようになしたことを特徴とするものである。

以下、図面にもとづいて本発明の詳細な説明する。

第４図にリング状構造物２を備えた肥大船の船尾部が示
されている。

即ち、第４図において、リング状構造物２は横方向から
みて長さｔであり、かつその内側２１はゆるやかな凸状
をなすとともに、外側２には平坦面をなす所謂翼断面形
状に形成されている。

そして、リング状構造物２の長さｔはプロペラ３の直径
Ｄｐの０．２〜１の範囲内から選ばれる。

このように構成されたリング状構造物２は、その後端縁
がプロペラ３の前方に位置する如く、即ち、間隔ｄを有
する如く配置されるとともに、船体１に直接結合された
上端部分の長さｔ′がリング状構造物２の長さｔの少な
くとも２０％以上で、かつ１００％以下の範囲にあるよ
うに船体１に直接嵌合して固定される。

船体１と重ならない部分は必要に応じて支持材５によっ
て船体１と結合される。

前記リング状構造物２の後方には回転直径がＤｐのプロ
ペラ３が設けられ、さらにその後方に舵４が設けられて
いる。

この場合、好ましくは、リング状構造物２の上辺部分は
平行流Ｓ３と上昇流Ｓ１とを区別するような位置とし、
かつ、その下辺部分は下部に存する上昇流と縦渦Ｓ２と
の混合流域よりわずかに下方に位置するように配設され
る。

一方、前記間隔ｄはリング状構造物２の流出口から流出
した流れが拡散してプロペラ回転面に達するような間隔
とする。

また、リング状構造物２は、第５図に示すように、上方
に膨らみを持たせ、下方に向うにしたがって曲りを少な
くした略逆おむすび形、即ち、プロペラ３の中心Ｏを通
る水平な基線ｍから上下に等間隔に２本の水平線ｎ１．
ｎ２を配するとともに、前記プロペラ３の中心０を通
る垂直線Ｓからリング状構造物２に至る前記水平線ｎ１
．ｎ２上における線分の長さｔｌ、ｔ２のうち基線ｍの
上方の線分ｔ１が基線下方の線分ｔ２より大きくなるよ
うな形状とする。

上記リング状構造物２に内接する円の直径Ｄ１はプロペ
ラ直径のＤｐの６０％〜１５０％の範囲から適宜選択さ
れる。

次に、本発明の整流装置の作用を第８図および第９図に
基づいて説明する。

上記リング状構造物２を備えた肥大船を運航した場合、
第８図に示すように、平行流Ｓ３と上昇流Ｓ、および縦
渦Ｓ２が発生する。

そして、これらの流れはリング状構造物２の入口部分つ
まり先端縁部分に達する。

このときの入口部分における軸方向成分の流速分布が第
９図ａに示される。

ここで、矢印は流体流水の方向を示しており、上方から
下方に変化している矢印はリング状構造物２の上部から
下部にかけてのそれぞれの位置における流速の大きさを
示している。

このような状態でリング状構造物２内に導入された上昇
流Ｓ１と平行流Ｓ３との混合による遅い流れはリング状
構造物２の上部の内側２′に導かれ速度を速めた平行流
８１′となる。

また、上昇流Ｓ１もリング状構造物２の上部の横にはり
出した膨みの部分の内側２′で押えられて速度を速めた
平行流８１′となる。

一方、縦渦Ｓ２もその発生が抑制され、更に発生しても
リング状構造物がガイドとなって整流され平行流８２′
となってくる。

そして、リング状構造物２内のこれら平行流８１′、８
２′は、第９図すに示すようなリング状構造物の作用に
よりリング状構造物２内の上部と下部との間でみられる
ような不均一性が弱められて、第９図Ｃに示す如くリン
グ状構造物２を通過し、間隔ｄを経てプロペラ３に達す
るまでに拡散されほぼ均一な流速分布となって各プロペ
ラ翼全面に導かれることとなる（第９図ｄ）。

他方、上記リング状構造物２は、第５図に示す如く、略
逆おむすび型であり、上方が大きく膨らんでいるからプ
ロペラ上部前方に存在する伴流係数の太きい遅い流れを
積極的に集中し、これを整流したあと、それを比較的遅
いほぼ均一な流れとしてプロペラ作動面に導くことがで
きる。

従って、プロペラ作動面には比較的遅いほぼ均一な流れ
が導かれるため推進効率ηが一段と向上するとともに、
プロペラ３の振動が著しく減少し、更に、プロペラ振動
に起因する船体振動や騒音の発生が大幅に減少するよう
になる。

第７図は本発明の他の実施例を示すものであり、リング
状構造物２は横方向からみて上部の長さｔｌが下部の長
さｔ２より大きく、かつ上部から下方に向って、その長
さが漸減するように構成され、かつその内側２１はゆる
やかな凸状をなすとともに、外側２には平坦面をなす所
謂翼断面形状に形成する。

そして、リング状構造物２の平均の長さｔｍはプロペラ
３の直径Ｄｐ、の０．２〜１の範囲内から選ばれる。

上記のように構成されたリング状構造物２は、その後端
縁がプロペラ３の前方に位置する如く、すなわち、間隔
ｄ１．ｄ２を有する如く配置されるとともに、船体１に
直接結合された上端部分の長さ！−１′がリング状構造
物２の平均長さ１ｍの少なくとも２０％以上で、かつ１
００％以下の範囲にあるように船体１に直接嵌合して固
着される。

上記間隔ｄ１．ｄ２はリング状構造物２の流出口から流
出した流れが拡散してプロペラ回転面に達するような間
隔とし、上部の間隔ｄ１は下部の間隔ｄ２より小さい間
隔とする。

また、リング状構造物２は、第５図に示すように、」一
方に膨らみを持たせ、下方に向うにしたがって曲りを少
なくした略逆おむすび型にする。

この実施例の場合、リング状構造物２から流出する流速
は上部流体より下部流体の方が大きいがリング状構造物
２とプロペラ３との間隔は上記の如く、リング状構造物
２の下部の方が上部より大きくなるからプロペラ３に達
するまでに拡散し、はぼ均一な流速分布となってプロペ
ラ３の全面に導かれる。

次に、本発明者等が行なった実験の一例を示す。

■０条件 ■、供試模型船：模型船は下記の２船型を選定した。

船型はいわゆる肥大船型である。２、供試リング状構造
物： リング状構造物は後端内径５４ｍｍを有している。

標準断面形状は第１０図に示す様に、前端部に丸味を有
し、且つ背面部は大部分を直線とした翼形状であり、そ
の長さを用いて無次元表示したオフセットを表１に示し
た。

リング状構造物のパラメーターの変更については、上記
標準形状と同じ翼厚分布を保つように行なった。

３、実験水槽二回流水槽 ■、実験結果 ■、リング状槽構造物長さについて、 リング状構造物の長さｔとダクト出口内径Ｄ（プロペラ
回転直径りと同一とした）の比（ｔ／Ｄ）を１／ｓ 、
１／４ 、１／２ 、１／１と変化させてリング状構
造物の長さの影響について調べた。

その結果を第１１図に示す。この図からも明らかなよう
に７／Ｄが約０．２〜１．０の範囲では剰余抵抗係数Ｏ
ｒは低下し有効馬力の減少が生じ、それ以外ではリング
状構造物により剰余抵抗係数Ｏｒが増加する傾向を示し
ている。

したがってリング状構造物の長さｔはプロペラ回転直径
りの０．２〜１の範囲から選ぶのがよいことが確認出来
た。

２、リング状構造物の船体への嵌合量について、次にリ
ング状構造物の船体への嵌合量の影響について調べた。

この実験において用いられたリング状構造物の長さｔは
１／４Ｄであった。

その結果を第１２図に示す。この図からリング状構造物
の嵌合量がＯの場合剰余抵抗係数Ｏｒはやや増加し、ま
た、あまり大きくなっても同様な傾向が見られる。

したがって、この嵌合量はリング状構造物の長さｔの２
０％以上１００％以下の範囲で有効馬力の減少がみられ
ほぼ４０％〜８０％の位置でその効果が最も期待出来る
。

上記のように、本発明は、横方向からみて長さがプロペ
ラ回転直径の０．２以上１以下であり、内面が凸状の翼
断面に形成され、且つ正面から見てプロペラ中心を通る
水平な基線から夫々等間隔に配した上下２本の水平線に
おいてプロペラの中心を通る垂直線からリング状構造物
に至る線分の長さのうち、基線の上方の線分が基線下方
の線分より大きい形状の略逆おむすび型になしたリング
状構造物を、プロペラの前方に間隔を置き、かつ、その
長さの０，２から１までの範囲で船体と重複するように
、船体に嵌合固着させたので、従来の円型リング状構造
物に比較してリング状構造物の上方が大きく膨らんでお
り、プロペラ上部前方に存在する伴流件数の太きい遅い
流れを積極的に集中し、これを整流したあと、それを比
較的遅いほぼ均一な流れとしてプロペラ作動面に導くこ
とができる。

従って、本発明は、従来の円型リング状構造物に比較し
て推進効率ηが一段き向上するきともに、プロペラ３の
振動が著しく減少し、更に、プロペラ振動に起因する船
体振動や騒音の発生が大幅に減少するようになる。

本発明は、新造船において実施しても効果あるが、特に
は既存船に実施するとプロペラの改造もしくは変更の必
要なく、その目的を達成することが出来るため産業上極
めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は典型的な三次元剥離を有する肥大船の船尾流湯
を説明するための図、第２図は第１図に示される肥大船
のプロペラ面における伴流分布を示す図、第３図は従来
のタクトプロペラによる軸方向成分の速度分布の変化を
示す図、第４図は本発明の船舶の船尾部の形状を示す側
面図、第５図はリング状構造物を有する船舶の右半分を
示す図、第６図はリング状構造物に内接する円とプロペ
ラの寸法との関係を示す図、第７図は本発明の他の実施
例を示す側面図、第８図は本発明の船舶の作用を示す図
、第９図は本発明による軸方向成分の速力分布の変化を
示す図、第１０図はリング状構造物の翼形断面図、第１
１図はリング状構造物の長さの影響を示す図、第１２図
は、リング状構造物の喰込み量の影響を示す図、をそれ
ぞれ示す。 １・・・・・・船体、２・・・・・・リング状構造物、
３・・・・・・プロペラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 横方向からみて長さがプロペラ回転直径の０．２以
   上１以下であり、内面が凸状の翼断面に形成され、且つ
   正面から見てプロペラ中心を通る水平な基線から夫々等
   間隔に配した上下２本の水平線においてプロペラの中心
   を通る垂直線からリング状構造物に至る線分の長さのう
   ち、基線の上方の線分が基線下方の線分より大きい形状
   の略逆おむすび型になしたリング状構造物を、プロペラ
   の前方に間隔を置き、かつ、その長さの０．２から１ま
   での範囲で船体と重複するように、船体に嵌合固着させ
   、肥大船の船尾流湯であって、かつ、プロペラ上部前方
   に存在する伴流件数の太きい遅い流れを積極的に集中し
   、これを整流したあと、それを比較的遅いほぼ均一な流
   れとしてプロペラ作動面に導くようになしたことを特徴
   とする船舶の推進装置。