WO2014104167A1 - ダクト装置及びそれを用いた船舶 - Google Patents

ダクト装置及びそれを用いた船舶 Download PDF

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duct
propeller
rotation axis
shape
contour shape
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Inventor
卓慶 山田
千春 川北
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三菱重工業株式会社
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    • 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
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/28—Other means for improving propeller efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a duct device that affects a water flow flowing into a propeller at a stern portion of a ship.
  • Patent document 1 shows an example of such a technique.
  • Fig. 1 shows an example of a duct arranged in front of the propeller as a reference technique.
  • a propeller 103 is disposed on the stern portion 102 of the ship 101, and a rudder 104 is disposed behind the propeller 103.
  • a duct 105 is disposed in front of the propeller 103 (in the bow direction).
  • the duct 105 has an annular shape that is generally centered on the rotation axis of the propeller 103.
  • the end of the duct 105 in the bow direction has a larger diameter than the end in the stern direction.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the duct 105 in the region 106 of FIG.
  • a cross section perpendicular to the circumferential direction of the duct 105 has a wing shape.
  • the leading edge of the wing is located on the bow side and the trailing edge is located on the stern side.
  • the inner peripheral side of the duct 105 that is, the side close to the rotation axis of the propeller is the negative pressure surface 107, and the outer peripheral side is the positive pressure surface 108.
  • the duct 105 is formed so that a chord line connecting the leading edge and the trailing edge of the wing shape is inclined toward the inner periphery side toward the stern side at an angle ⁇ with respect to the rotation axis of the propeller 103.
  • ⁇ is the angle of attack of the water flow with respect to the duct 105 having the blade cross-sectional shape.
  • the duct 105 generates a lift f101 perpendicular to the flow and a drag f102 parallel to the flow.
  • a component in the bow direction of the resultant force f103 of the lift force f101 and the drag force f102 becomes a propulsive force that acts on the duct 105.
  • the duct 105 can generate a propulsive force.
  • the duct 105 has the effect of changing the direction of the water flow flowing into the propeller 103 and apparently accelerating in the axial direction. Since the propeller 103 is more efficient when the water flow speed is slower, if the water flow is accelerated in the axial direction of the propeller 103 by the duct 105, the efficiency of the propeller 103 may be reduced. Therefore, the addition of the duct 105 may not effectively improve the overall efficiency of the combined propeller 103 and duct 105.
  • the duct device is disposed in front of the propeller at the stern portion of the ship.
  • the duct device includes a duct body.
  • the duct body is located on the rear side of the ship, draws an arc with the propeller axis inside, and the contour shape seen in the axial direction is within the region of 0.5R or less with the propeller radius being R,
  • An arc that is located on the front side of the propeller and has an axis that is the inner side of the axis of the propeller is drawn, and has a front edge that has a contour shape that is larger than the front edge.
  • FIG. 1 is a side view of a stern part in the reference technique.
  • FIG. 2 shows the cross-sectional shape of the duct.
  • FIG. 3 is a side view of the stern part.
  • FIG. 4 is a perspective view of the duct body.
  • FIG. 5 shows the flow velocity distribution viewed from the stern side.
  • FIG. 6 shows the relationship between the angle in the circumferential direction around the propeller axis and the flow direction angle.
  • FIG. 7 is a front view of the duct device.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional shape of the duct body.
  • FIG. 9 is a perspective view of the duct body.
  • FIG. 10 is a front view of the duct body.
  • FIG. 11 shows the duct body and water flow in the BB ′ cross section of FIG.
  • FIG. 12 shows the duct body and water flow in the CC ′ cross section of FIG.
  • FIG. 13 is a front view of the duct device.
  • FIG. 14 shows the
  • FIG. 3 is a side view showing a stern part of a ship provided with the duct device according to the first embodiment of the present invention.
  • a propeller 3 is installed on the stern portion 2 of the ship 1 and a rudder 4 is installed on the rear side (stern side).
  • the propeller 3 includes a plurality of wings arranged in the circumferential direction, and rotates about a rotation axis C1 that extends in a ship length direction that generally connects the bow and stern.
  • a duct device 5 is attached in front of the propeller 3 in the stern part 2.
  • the duct device 5 has an arcuate front edge 6 and a rear edge 7 that draw an arc with the rotation axis C ⁇ b> 1 inside.
  • the contour shape of the trailing edge 7 in the cross section perpendicular to the rotation axis C ⁇ b> 1 is smaller than the radius of the leading edge 6.
  • the contour shape of the trailing edge 6 is within a region of 0.2R to 0.5R from the rotation axis C in a cross section perpendicular to the rotation axis C1.
  • FIG. 4 shows a schematic shape of the duct main body 9 having a function of changing the water flow in the duct device 5.
  • the shape of the truncated cone is formed by the surface connecting the circle C3, the circle C4, and the C3 and C4 of the cone C2.
  • the outline of the duct body 9 is shown by cutting out a region within a predetermined angle ⁇ with the rotation axis C1 as the center from the vertical line V around the rotation axis C1.
  • the duct body 9 is symmetrical with respect to a circular straight line on a vertical plane including the rotation axis C1 of the propeller 3.
  • the leading edge 6 of the duct body 9 draws an arc on a circle C4.
  • the angle is ⁇ from the vertical line V to the left and right around the rotation axis C1.
  • ⁇ is not particularly limited, it is desirable that ⁇ be 90 degrees or less because the water flow flowing into the upper half of the propeller 3 can easily obtain the propulsive force by the duct device 5.
  • the rear edge 7 of the duct body 9 draws an arc on a circle C3.
  • the angle of the arc is the same as that of the leading edge 6, but may be an angle different from that of the leading edge 6.
  • the leading edge 6 and the trailing edge 7 do not have to be complete arcs, and may be arcs obtained by deforming arcs such as a parabolic shape, such as a convex shape.
  • FIG. 5 shows a view of the flow velocity distribution of the water flowing into the propeller 3 as viewed from the rear (stern direction).
  • FIG. 6 shows the distribution of the flow direction angle ⁇ at each circumferential angle ⁇ 1.
  • the radial component of the flow velocity is small.
  • the radial component of the flow velocity is large.
  • the duct body 9 generates a larger propulsive force in a region where the radial component of the flow velocity is large. Therefore, it is desirable that the duct body 9 is formed so that the front edge 6 supplements the water flow in a region within an angle of 45 degrees from the vertical line V.
  • FIG. 7 is a front view showing the duct device 5 as seen from the bow direction.
  • FIG. 4 is a view of the inside of the duct body 9 viewed from the front in the AA ′ cross section shown in FIG. 3.
  • the duct device 5 includes a support portion 10, and the duct body 9 is fixed to, for example, the bossing 8 of the stern portion 2 by the support portion 10.
  • the radius of the trailing edge 7 is r1 and the radius of the rotating surface C5 of the propeller 3 is R, 0.2R ⁇ r1 ⁇ 0.5R.
  • the entire trailing edge 7 is within a circle of 0.5R or less centered on the rotation axis C1.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional shape of the duct body 9.
  • the cross section perpendicular to the circumferential direction of the duct body 9 has a wing shape at an arbitrary angle in the circumferential direction.
  • the inner peripheral side of the duct body 9, that is, the side facing the rotation axis C1 is a negative pressure surface, and the outer peripheral side is a positive pressure surface.
  • a propulsive force (a component in the bow direction of the combined force of lift and drag) is generated in the duct body 9 by the water flow.
  • the propulsion efficiency of the propeller 3 in the region of r1 ⁇ 0.5R is relatively small from the beginning, so that a reduction in propulsive force of the propeller 3 can be suppressed to a small level.
  • 9 and 10 are a perspective view and a front view showing a schematic shape of the duct main body 9a in the present embodiment.
  • the duct body 9a has a shape with a greater inclination toward the top. As described below, according to such a shape, an efficient propulsive force can be obtained according to the flow velocity distribution of the stern portion 2.
  • the cross section B by the plane P including the rotation axis C1 of the duct body 9 has the same blade shape as the cross section of the duct body 9 shown in FIG.
  • the angle ⁇ formed by the chord line CH of the cross section and the extending direction (x-axis direction) of the rotation axis C1 is larger as the circumferential angle ⁇ 1 about the rotation axis C1 is closer to the vertical line V.
  • the duct main body 9a has a front edge 7a that forms a part of the front edge side circle C3, similarly to the duct main body 9 in the first embodiment.
  • the rear edge 6a of the duct main body 9a has a contour shifted from the rear edge side circle C4. That is, the smaller the angle ⁇ 1, the larger the shape of the rear edge side circle C4.
  • Such a shape can be realized, for example, by forming the trailing edge 6a as a parabola.
  • FIG. 11 shows the duct body 9a and the water flow in the BB ′ cross section of FIG.
  • FIG. 12 shows the duct main body 9a and the water flow in the CC ′ section of FIG.
  • the inclination angle of the duct body 9a (more precisely, the inclination angle in the plane including the rotation axis C1 with respect to the extending direction of the rotation axis C1 (x-axis direction)) ⁇ 1 is large.
  • the water flow just above the rotation axis C1 flows into the rear edge 6a of the duct body 9a. Since the water flow in this region has a large component in the radial direction, the duct body 9a can generate a larger propulsive force when the duct body 9a has a large inclination.
  • the inclination angle of the duct body 9a (more precisely, the inclination angle in the plane including the rotation axis C1 with respect to the extending direction of the rotation axis C1) ⁇ 2 is small.
  • the water flow in this region has a larger component in the direction of the rotation axis C1 than the section BB ′. Therefore, the duct body 9a can generate a larger propulsive force because the inclination of the duct body 9a with respect to the direction of the rotation axis C1 is small.
  • the shape of the duct body 9a is designed as follows. (1) The flow velocity distribution of the water flow ahead of the propeller 3 in the stern part 2 is obtained. (2) Based on the flow velocity distribution, the inclination of the duct body 9a in each circumferential direction ( ⁇ 1 in FIG. 11, ⁇ 2 in FIG. 12) approaches 0 to 20 degrees so that the angle of attack ( ⁇ 1 in FIG. 11 and ⁇ 2 in FIG. 12) approaches 0 degrees to 20 degrees. Design ⁇ 1, ⁇ 2).
  • shapes other than the duct body 9a in FIG. 9 are also conceivable.
  • a modified example in which the shape of the leading edge 6a is an arc and the shape of the trailing edge 7a is a curve (for example, a parabola) whose height is lower than the trailing edge side circle C3 as ⁇ 1 is smaller is conceivable. Even with such a shape, since the inclination of the duct body 9a is larger in the region where ⁇ 1 is smaller, a high propulsive force can be obtained according to the flow velocity distribution.
  • FIG. 13 is a front view of the duct device 5a according to the third embodiment of the present invention.
  • the duct device 5a in the present embodiment includes the same duct body 9a as in the second embodiment. Instead of this, the same duct body 9 as in the first embodiment may be used.
  • the duct device 5a according to the third embodiment further includes reaction fins 12 including at least one blade (two blades in the example of FIG. 13). The reaction fin 12 improves the efficiency of the propeller 3 by giving the flow velocity distribution in the stern portion 2 a change in the direction opposite to the rotation direction of the propeller 3.
  • FIG. 14 shows an example.
  • the cross section of the reaction fin 12 attached to the right side as viewed from the stern direction is shown in the clockwise propeller 3 (providing forward thrust to the hull 1 when rotating clockwise when viewed from the stern direction).
  • reaction fin 12 is attached to the front of the propeller 3 with a downward inclination angle theta R toward the bow direction.
  • the negative pressure surface 12a is disposed in the rotation direction of the propeller 3, that is, in the clockwise rotation direction with respect to the positive pressure surface 12b.
  • Such reaction fins 12 can improve the efficiency of the propeller 3.
  • the reaction fin 12 is supported by the duct main body 9a at the end of the base (the side close to the rotation axis C1).
  • the tip extends, for example, to 1.1R, where R is the radius of the rotating surface C5 of the propeller 3.
  • the reaction fin 12 is most effective in the vicinity of the radius 0.7R where the efficiency of the propeller 3 is high. On the other hand, the effect is small near the radius of 0.5 R or less, and the efficiency of the propeller 3 may be lowered. In the present embodiment, the reaction fin 12 is not disposed near the base near the propeller 3 by being supported by the duct main body 9a, and can be disposed only in a region having a radius of 0.5 or more with the highest effect. Become.
  • reaction fins 12 In a known reaction fin supported by bossing or the like, a configuration in which the effect on the water flow is reduced by twisting the angle of the fin near the base where the effect is low is also conceivable.
  • the reaction fins 12 since the reaction fins 12 do not need to be arranged near the roots, the reaction fins 12 can be formed of members having a shape that is easy to process without twisting.

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Abstract

　ダクト装置は、船舶の船尾部においてプロペラの前方に配置される。ダクト装置は、ダクト本体を備える。ダクト本体は、船舶の後方側に位置し、プロペラの回転軸を内側とする弧を描き、回転軸に垂直な方向の輪郭形状がプロペラの半径をＲとして０．５Ｒ以下の領域に収まる後縁と、船舶の前方側に位置し、回転軸を内側とする弧を描き、回転軸に垂直な方向の輪郭形状が後縁よりも大きい前縁とを有する。こうして、プロペラの前方にダクトを設ける技術において、プロペラの推進効率の低下を避ける。

Description

ダクト装置及びそれを用いた船舶
　本発明は、船舶の船尾部において、プロペラに流入する水流に影響を与えるダクト装置に関する。
　船舶の推進効率を向上するためのデバイスとして、プロペラの前方にダクトを配置する技術が知られている。特許文献１は、そのような技術の一例を示す。
特開２００８－１３７４６２号公報
　図１に、参考技術として、プロペラ前方に配置するダクトの一例を示す。船舶１０１の船尾部１０２にプロペラ１０３が配置され、プロペラ１０３の後方に舵１０４が配置される。プロペラ１０３の前方（船首方向）に、ダクト１０５が配置される。ダクト１０５は、概ねプロペラ１０３の回転軸を中心とする円環形状を有する。ダクト１０５の船首方向の端部は、船尾方向の端部よりも径が大きい。
　図２は、図１の領域１０６におけるダクト１０５の拡大図である。ダクト１０５の周方向に垂直な断面は、翼形状を有する。翼の前縁が船首側、後縁が船尾側に配置される。ダクト１０５の内周側、すなわちプロペラの回転軸に近い側が負圧面１０７であり、外周側が正圧面１０８である。ダクト１０５は、翼形状の前縁と後縁とを結ぶ翼弦線がプロペラ１０３の回転軸に対して角度θをなして船尾側に向かって内周側に傾くように形成される。
　図２において、プロペラ１０３の回転軸に対して角度Ψ＝α＋θで船尾部１０２における水流がダクト１０５に流入する。αは、翼断面形状を有するダクト１０５に対する水流の迎角である。この水流により、ダクト１０５が流れに垂直な揚力ｆ１０１と、流れに平行な抗力ｆ１０２とを発生する。揚力ｆ１０１と抗力ｆ１０２の合力ｆ１０３の船首方向の成分が、ダクト１０５に働く推進力となる。
　このようにダクト１０５は推進力を生み出すことができる。しかしながら、ダクト１０５はプロペラ１０３に流入する水流の向きを変え、見かけ上軸方向に加速する効果を持つ。プロペラ１０３は、水流の速度が遅い方が効率が高いため、ダクト１０５によってプロペラ１０３の軸方向に水流が加速されると、プロペラ１０３の効率が落ちる可能性がある。従って、ダクト１０５の追加によって、プロペラ１０３とダクト１０５とを合わせた全体の効率が有効に向上しない可能性がある。
　プロペラの前方にダクトを設ける技術において、プロペラの推進効率の低下を避けることが望まれる。
　本発明の一実施形態において、ダクト装置は、船舶の船尾部においてプロペラの前方に配置される。ダクト装置は、ダクト本体を備える。ダクト本体は、船舶の後方側に位置し、プロペラの軸を内側とする弧を描き、軸方向に見た輪郭形状がプロペラの半径をＲとして０．５Ｒ以下の領域に収まる後縁と、船舶の前方側に位置し、プロペラの軸を内側とする弧を描き、軸の方向に見た輪郭形状が前縁よりも大きい前縁とを有する。
　本発明により、プロペラの前方にダクトを設ける技術において、プロペラの推進効率の低下を避けることが可能となる。
図１は、参考技術における船尾部の側面図である。 図２は、ダクトの断面形状を示す。 図３は、船尾部の側面図である。 図４は、ダクト本体の斜視図である。 図５は、船尾側から見た流速分布を示す。 図６は、プロペラ軸周りの周方向の角度と流向角の関係を示す。 図７は、ダクト装置の前面図である。 図８は、ダクト本体の断面形状を示す。 図９は、ダクト本体の斜視図である。 図１０は、ダクト本体の前面図である。 図１１は、図１０のＢ－Ｂ´断面におけるダクト本体と水流を示す。 図１２は、図１０のＣ－Ｃ´断面におけるダクト本体と水流を示す。 図１３は、ダクト装置の前面図である。 図１４は、リアクションフィンの形状と取付角度を示す。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図３は、本発明の第１実施形態におけるダクト装置を備えた船舶の船尾部を示す側面図である。船舶１の船尾部２にプロペラ３が設置され、その後側（船尾側）に舵４が設置される。プロペラ３は、周方向に並ぶ複数の翼を備え、概ね船首と船尾を結ぶ船長方向に延長する回転軸Ｃ１を中心に回転する。
　船尾部２におけるプロペラ３の前方に、ダクト装置５が取り付けられる。ダクト装置５は、回転軸Ｃ１を内側とする弧を描く円弧状の前縁６と後縁７とを有する。回転軸Ｃ１に垂直な断面における後縁７の輪郭形状は、前縁６の半径よりも小さい。プロペラ３の回転面の半径をＲとすると、後縁６の輪郭形状は、回転軸Ｃ１に垂直な断面において回転軸Ｃから０．２Ｒ以上０．５Ｒ以下の領域に収まる。
　図４は、ダクト装置５において水流を変化させる機能を有するダクト本体９の概略形状を示す。プロペラ３の回転軸Ｃ１を中心として、所定の点（ｘ＝ｘ０）を頂点とし、ｘ軸方向に中心線を有する仮想的な円錐形Ｃ２を描く。その円錐形Ｃ２について、頂点から第１の距離ｘ＝ｘ１におけるｙｚ断面を円Ｃ３として示し、第２の距離ｘ＝ｘ２（ｘ２＞ｘ１）におけるｙｚ断面を円Ｃ４として示す。
　円Ｃ３と、円Ｃ４と、円錐Ｃ２のうちＣ３とＣ４とを結ぶ表面によって、円錐台の形状が形成される。この円錐台のうち、回転軸Ｃ１を中心として、鉛直線Ｖから左右それぞれに、回転軸Ｃ１を中心として所定の角度φ以内の領域を切り取った箇所が、ダクト本体９の概略形状を示す。ダクト本体９は、プロペラ３の回転軸Ｃ１を含む鉛直面において、円直線に関して左右対称である。
　ダクト本体９の前縁６は円Ｃ４上の円弧を描く。その角度は、回転軸Ｃ１を中心として鉛直線Ｖから左右にそれぞれφである。φの値は特に限定されないが、プロペラ３の上半分に流入する水流の方がダクト装置５による推進力を得やすいため、φは９０度以下であることが望ましい。ダクト本体９の後縁７は円Ｃ３上の円弧を描く。図４の例では、その円弧の角度は、前縁６と同じであるが、前縁６と異なる角度でもよい。前縁６と後縁７は、完全な円弧である必要は無く、例えば放物線など、上に凸の形状のように円弧を変形した弧であってもよい。
　図５に、プロペラ３に流入する水流の流速分布を後方（船尾方向）から見た図を示す。図６に、各周方向角度φ１における流向角Ψの分布を示す。この例で示されるように、回転軸Ｃ１より上側で鉛直線Ｖから角度が４５度以上の領域１１においては、流速の半径方向の成分が小さい。それに対して、鉛直線Ｖからの角度が４５度以下の領域においては、流速の半径方向の成分が大きい。ダクト本体９は、流速の半径方向の成分が大きい領域において、より大きい推進力を生成する。従って、ダクト本体９は、その前縁６が、鉛直線Ｖからの角度４５度以内の領域における水流を補足するように形成することが望ましい。
　よって、例えば前縁６がφ＝４５度の扇形、又は４５度の位置における水流を確実に補足するためにφ＝５０度の扇形を有するダクト本体９であれば、十分に推進力を発生することができる。従って、好ましい実施形態において、ダクト本体９は、プロペラ３の回転軸Ｃ１を通る鉛直線Ｖを中心とした周方向の角度が５０度以内に収まる。更に、φ＝５０度以内に設定されると、ダクト本体９が小さいため軽量であり、且つその外側の領域においてプロペラ３に流入する流れを妨げないため好ましい。
　図７は、船首方向から見たダクト装置５を示す前面図である。図３に示すＡ－Ａ´断面において、ダクト本体９の内側を前方から覗き込んだ図である。ダクト装置５は支持部１０を備え、ダクト本体９は、支持部１０によって船尾部２の例えばボッシング８に固定される。
　後縁７の半径をｒ１とし、プロペラ３の回転面Ｃ５の半径をＲとしたとき、０．２Ｒ≦ｒ１≦０．５Ｒである。後縁７が完全な円弧でない場合は、後縁７の全体が回転軸Ｃ１を中心とする０．５Ｒ以下の円内に収まることが好ましい。以下に、このような半径ｒ１によって得られる利点を説明する。
　図８に、ダクト本体９の断面形状が示されている。ダクト本体９の周方向に垂直な断面は、周方向の任意の角度において翼形状を有する。ダクト本体９の内周側、すなわち回転軸Ｃ１に向く側が負圧面であり、外周側が正圧面である。
　船舶１が前方に航行しているとき、船体に相対的に水流が発生する。船尾部２において、ダクト装置５の位置における水流が、ダクト本体９によって変化する。ダクト本体９の内側において、水流がダクト本体９によって回転軸Ｃ１の方向に曲げられ、軸方向の流速が速い水流ｆ１となる。一方、一般的には、プロペラ３の上側における水流は、軸方向の流速が遅い。ダクト本体９の外側には、このような軸方向の流速が遅い水流ｆ２が流入する。
　一般的なプロペラ３が最も効率的に仕事を行うのは、半径方向の中心よりやや外側、例えば０．７Ｒ付近の領域である。本実施形態においては、この領域においては、軸方向の流速の遅い水流ｆ２が流入するため、プロペラ３が高い効率で推進力を生成する。
　一方、ダクト本体９よりも内側の領域では、水流によってダクト本体９に推進力（揚力と抗力の合力の船首方向の成分）が発生する。ダクト本体９によって、水流ｆ１の軸方向の流速が上昇するが、ｒ1≦０．５Ｒの領域におけるプロペラ３の推進効率はもともと比較的小さいため、プロペラ３の推進力低下は小さく抑えられる。ダクト本体９によって有効な推進力を得るためには、ｒ１≧０．２Ｒであることが望ましい。
　以上に説明したように、本実施形態においては、軸からの半径方向の距離をｒとした場合、ｒ＝０.７Ｒ程度の領域ではダクト装置５が流れを妨げずにプロペラ３が高い推進力を発生し、プロペラ３の効率が小さいＲ≦０．５の領域ではダクト装置５によって推進力を発生することができる。そのため、プロペラ３とダクト装置５とを合わせて高い推進力を得ることができる。
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。図９、図１０は、本実施形態におけるダクト本体９ａの概略形状を示す斜視図と前面図である。第１実施形態におけるダクト本体９が円錐面の一部を形成していたのに対して、本実施形態においては、ダクト本体９ａが、上方ほど傾きが大きい形状を有している。以下に説明するように、このような形状により、船尾部２の流速分布に応じて、効率的な推進力を得ることができる。
　本実施形態におけるダクト本体９ａの形状についてより詳細に説明すると、ダクト本体９の回転軸Ｃ１を含む平面Ｐによる断面Ｂは、図８に示したダクト本体９の断面と同様の翼形状を有する。その断面の翼弦線ＣＨと、回転軸Ｃ１の延長方向（ｘ軸方向）とがなす角度θは、回転軸Ｃ１を中心とする周方向の角度φ１が鉛直線Ｖに近い位置ほど大きい。
　図９、図１０においては、ダクト本体９ａは、第１実施形態におけるダクト本体９と同様に、前縁側円Ｃ３の一部を形成する前縁７ａを有する。一方、ダクト本体９ａの後縁６ａは、後縁側円Ｃ４からずれた輪郭を有する。すなわち、角度φ１が小さいほど、後縁側円Ｃ４よりもより大きく上方に張り出した形状を有する。このような形状は、例えば後縁６ａを放物線に形成することによって実現できる。
　図１１は、図１０のＢ－Ｂ´断面におけるダクト本体９ａと水流を示す。図１２は、図１０のＣ－Ｃ´断面におけるダクト本体９ａと水流を示す。図１１に示すＢ－Ｂ´断面においては、ダクト本体９ａの傾き角（正確には、回転軸Ｃ１の延長方向（ｘ軸方向）に対する、回転軸Ｃ１を含む平面内の傾き角）θ１が大きい。この領域には、回転軸Ｃ１に対して真上付近の水流がダクト本体９ａの後縁６ａに流入する。この領域における水流は半径方向に大きい成分を有するため、ダクト本体９ａが大きい傾きを有することにより、ダクト本体９ａがより大きな推進力を発生することができる。
　一方、図１２に示すＣ－Ｃ´断面においては、ダクト本体９ａの傾き角（正確には、回転軸Ｃ１の延長方向に対する、回転軸Ｃ１を含む平面内における傾き角）θ２が小さい。この領域の水流は、Ｂ－Ｂ´断面に比べて回転軸Ｃ１方向の成分が大きい。そのため、ダクト本体９ａの回転軸Ｃ１方向に対する傾きが小さいことにより、ダクト本体９ａがより大きな推進力を発生することができる。
　典型的な翼形状を有するダクトにおいては、ダクト本体９ａに流入する水流の迎角αが０度～２０度付近で大きな推進力が得られる。従って、ダクト本体９ａの形状は、以下のように設計される。（１）船尾部２のプロペラ３前方の水流の流速分布を求める。（２）その流速分布に基づいて、各周方向の角度における迎角（図１１のα１、図１２のα２）が０度～２０度に近づくように、各周方向におけるダクト本体９ａの傾き（θ１、θ２）を設計する。
　本実施形態においては、図９のダクト本体９ａ以外の形状も考えられる。例えば、前縁６ａの形状を円弧とし、後縁７ａの形状を、φ１が小さいほど後縁側円Ｃ３よりも高さが低い曲線（例えば放物線）とする変形例も考えられる。このような形状によっても、φ１が小さい領域ほどダクト本体９ａの傾きが大きいため、流速分布に応じて、高い推進力を得ることができる。
　図１３は、本発明の第３実施形態におけるダクト装置５ａの前面図である。本実施形態におけるダクト装置５ａは、第２実施形態と同じダクト本体９ａを備える。これに替えて、第１実施形態と同じダクト本体９を用いてもよい。第３実施形態におけるダクト装置５ａは更に、少なくとも１枚のブレード（図１３の例では２枚のブレード）からなるリアクションフィン１２を備える。リアクションフィン１２は、船尾部２における流速分布に対して、プロペラ３の回転方向とは逆方向の変化を与えることによって、プロペラ３の効率を向上する。
　リアクションフィン１２の輪郭形状、及び取付角度については、公知のリアクションフィンの設計を適用することができる。図１４は、その一例を示す。右回りの（船尾方向から見て時計回りに回転するときに船体１に前方向きの推進力を与える）プロペラ３において、船尾方向から見て右側に取り付けられるリアクションフィン１２の断面を示す。この位置において、リアクションフィン１２は船首方向に向かって下向きの傾き角θＲでプロペラ３の前方に取り付けられる。その負圧面１２ａは、正圧面１２ｂに対して、プロペラ３の回転方向、すなわち時計周りの回転の進行方向に配置される。このようなリアクションフィン１２により、プロペラ３の効率を向上することができる。
　図１３においては、リアクションフィン１２が、その根元（回転軸Ｃ１に近い側）の端部において、ダクト本体９ａによって支持されている。その先端は、プロペラ３の回転面Ｃ５の半径をＲとして、例えば１．１Ｒまで延長する。
　リアクションフィン１２は、プロペラ３の効率が高い半径０．７Ｒ付近で最も効果を発揮する。それに対して、半径０．５Ｒ以下の付近では効果が小さく、逆にプロペラ３の効率を下げる場合もある。本実施形態においては、ダクト本体９ａによって支持することによって、リアクションフィン１２をプロペラ３に近い根元付近には配置せず、効果が最も高い半径０．５以上の領域にのみ配置することが可能となる。
　ボッシング等によって支持される公知のリアクションフィンにおいては、効果の低い根元付近においてフィンの角度に捩じりを加えて、水流への影響を低減するという構成も考えられる。しかしながら、本実施形態においては、根元付近にリアクションフィン１２を配置する必要が無いため、捩じりが無く加工が容易な形状の部材によってリアクションフィン１２を形成することができる。
　以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。

Claims (10)

  1. 　船体の船尾部においてプロペラの前方に配置され、後縁と前記後縁より前方にある前縁とを有するダクト本体を具備し、
    　前記後縁は、前記プロペラの回転軸と直交する第１直交面内で前記回転軸より離れて弧状の輪郭形状を有し、前記プロペラの半径をＲとして前記後縁の前記輪郭形状が前記プロペラの前記回転軸から０．５Ｒ以下の領域に収まり、
    　前記前縁は、前記プロペラの回転軸と直交する第２直交面内で前記回転軸より離れて弧状の輪郭形状を有し、前記前縁の前記輪郭形状が、前記プロペラの前記回転軸から前記後縁の前記輪郭形状よりも大きい距離を有する
    　ダクト装置。
  2. 　前記回転軸を含む平面における前記ダクト本体の断面は、前記回転軸の側を負圧面とする翼形状を有する
    　請求項１に記載のダクト装置。
  3. 　前記ダクト本体は、上向きの鉛直線からの前記回転軸の周方向の角度が５０度以内に収まる
    　請求項１に記載のダクト装置。
  4. 　前記ダクト本体の前記回転軸を含む平面による断面は翼形状を有し、
    　前記断面の翼弦線と、前記回転軸の延長方向とがなす角度は、前記回転軸を中心とする周方向の角度が鉛直線に近い位置ほど大きい
    　請求項１に記載のダクト装置。
  5. 　前記ダクト本体に支持され、前記ダクト本体から半径方向外側に向かって延長する少なくとも１枚のリアクションフィンを更に具備する
    　請求項１から４のいずれかに記載のダクト装置。
  6. 　船体と、
    　プロペラと、
    　前記船体の船尾部において前記プロペラの前方に配置されるダクト装置と
    を具備し、
    　前記ダクト装置は、弧状の輪郭形状を有し、後縁と前記後縁より前方にある前縁とを有するダクト本体を具備し、
    　前記後縁は、前記プロペラの回転軸と直交する第１直交面内で前記回転軸より離れて弧状の輪郭形状を有し、前記プロペラの半径をＲとして前記後縁の前記輪郭形状が前記プロペラの前記回転軸から０．５Ｒ以下の領域に収まり、
    　前記前縁は、前記プロペラの回転軸と直交する第２直交面内で前記回転軸より離れて弧状の輪郭形状を有し、前記前縁の前記輪郭形状が、前記プロペラの前記回転軸から前記後縁の前記輪郭形状よりも大きい距離を有する
    　船舶。
  7. 　前記回転軸を含む平面における前記ダクト本体の断面は、前記回転軸の側を負圧面とする翼形状を有する
    　請求項６に記載の船舶。
  8. 　前記ダクト本体は、上向きの鉛直線からの前記回転軸の周方向の角度が５０度以内に収まる
    　請求項６に記載の船舶。
  9. 　前記ダクト本体の前記回転軸を含む平面による断面は翼形状を有し、
    　前記断面の翼弦線と、前記回転軸の延長方向とがなす角度は、前記回転軸を中心とする周方向の角度が鉛直線に近い位置ほど大きい
    　請求項６に記載の船舶。
  10. 　前記ダクト本体に支持され、前記ダクト本体から半径方向外側に向かって延長する少なくとも１枚のリアクションフィンを更に具備する
    　請求項６から９のいずれかに記載の船舶。
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