WO2015093048A1 - 船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶 - Google Patents

船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶 Download PDF

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duct
stern
propeller
hull
degrees
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PCT/JP2014/006281
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Inventor
英幹 川島
信晶 坂本
健一 久米
純一 藤沢
雅裕 岸本
康雄 一ノ瀬
良和 笠原
杏実 金子
達也 濱田
大輔 若生
正太郎 宇都
元輝 荒木
宗彦 日夏
康剛 川並
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独立行政法人海上技術安全研究所
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    • 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
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Definitions

  • the present invention relates to a stern duct mounted on the stern of a hull, a stern appendage, a stern duct design method, and a ship equipped with the stern duct.
  • Patent Document 1 proposes a ship equipped with an arc-shaped duct.
  • This arc-shaped duct is disposed in front of the propeller and above the center position of the stern vertical vortex generated in the stern part.
  • the main fin which each extended in the radial direction of the propeller between the both lower end parts of this duct and the side surface of a stern part is provided, and the main fin is made to incline forward from the ship back toward the front ( Especially paragraph numbers (0014) to (0016).
  • Patent Document 2 discloses a stern duct having a semicircular arc shape including only the upper half of a cylinder (particularly FIG.
  • Patent Document 4 discloses a marine duct in which a first plate-like body is curved in an arc shape and a linear second plate-like body is provided at an end of the first plate-like body. (Particularly paragraph number (0006)).
  • Patent Document 1 The arc-shaped duct in Patent Document 1 is attached so as to be symmetric with respect to the center line in the vertical direction of the propeller when the ship body is viewed from the rear. Further, in Patent Document 1, in the semicircular duct, the thrust is mainly generated in the upper portion and the thrust is not generated in the side portion, that is, the thrust is obtained in the side portion of the semicircular duct.
  • the thrust is mainly generated in the upper portion and the thrust is not generated in the side portion, that is, the thrust is obtained in the side portion of the semicircular duct.
  • Patent Document 3 discloses a duct device having an outer shell whose central angle is smaller than 180 degrees. However, if the central axis of the outer shell coincides with the rotation axis of the propeller, the central angle is It only discloses that the angle is 150 degrees (FIG. 7A and paragraph number (0037)).
  • the central angle is not determined in consideration of the fluid force distribution in the hull propulsion direction acting on the duct surface.
  • the first plate-like body curved in an arc shape in Patent Document 4 is also attached so as to be symmetric with respect to the center line in the vertical direction of the propeller when the ship body is viewed from the rear.
  • the center angle of the arc is not specifically described, it is a center angle exceeding 180 degrees (particularly FIG. 2 and paragraph number (0026)).
  • the present invention provides a stern duct, a stern appendage, a stern duct design method, and a stern that can improve hull efficiency without increasing the hull resistance even if a duct body is added to the hull.
  • the purpose is to provide a ship equipped with a duct.
  • the present invention is equipped with a stern duct, a stern appendage, a stern duct design method, and a stern duct that can increase the thrust reduction rate or the propulsion device efficiency ratio and reduce the effective wake rate.
  • the purpose is to provide a ship.
  • the duct body in the stern duct attached to the front of the propeller attached to the stern of the hull, is formed in an arc shape in an angle range of 90 degrees to 140 degrees.
  • the radius of the rear end circular arc part formed at the rear end of the duct body is set to 50% or less and 20% or more of the propeller radius, and the duct is defined with respect to the propeller center line in the vertical direction of the propeller when the ship is viewed from the rear.
  • the duct main body is attached to the stern by the supporting means so that the duct center line of the main body has an inclination in the rotation direction of the propeller.
  • the duct body is formed in an arc shape with an angle range of 90 degrees to 140 degrees, so that even if the duct body is added to the hull, the hull resistance is not increased. Shell efficiency can be improved. Further, by setting the radius of the rear end arc portion formed at the rear end of the duct body to 50% or less and 20% or more of the propeller radius, the interference between the duct body and the propeller is increased, and the effective wake ratio is reduced. be able to.
  • the thrust reduction rate or The propeller efficiency ratio can be increased and the effective wake rate can be further reduced.
  • the inclination angle of the propeller in the rotation direction is set to be larger than 0 degree and 60 degrees in the rotation direction of the propeller with respect to the upper propeller center line from the center of the propeller.
  • the angle range is as follows. According to the second aspect of the present invention, by setting the inclination angle of the duct center line of the duct body in the propeller rotation direction to be greater than 0 degree and not more than 60 degrees, the duct body and the support are provided in a region where the horsepower reduction rate is high. Since the means can be exposed, a stern duct having a high energy saving effect can be provided.
  • the duct body in the stern duct attached to the front of the propeller attached to the stern of the hull, is formed in an arc shape in an angle range of 180 degrees to 270 degrees.
  • the radius of the rear end circular arc part formed at the rear end of the duct body is set to 50% or less and 20% or more of the propeller radius, and the duct is defined with respect to the propeller center line in the vertical direction of the propeller when the ship is viewed from the rear.
  • the duct main body is attached to the stern by the supporting means so that the duct center line of the main body has an inclination in the rotation direction of the propeller.
  • the duct body is formed in an arc shape with an angle range of 180 degrees to 270 degrees, so that even if the duct body is added to the hull, the hull resistance is not increased. Shell efficiency can be improved. Further, by setting the radius of the rear end arc portion formed at the rear end of the duct body to 50% or less and 20% or more of the propeller radius, the interference between the duct body and the propeller is increased, and the effective wake ratio is reduced. be able to.
  • the thrust reduction rate or The propeller efficiency ratio can be increased and the effective wake rate can be further reduced.
  • the invention according to claim 4 is characterized in that the inclination angle in the propeller rotation direction is an angle range of 30 degrees or more and 60 degrees or less in the rotation direction of the propeller with respect to the upper propeller center line from the center of the propeller.
  • the duct body can be formed in a region where the horsepower reduction rate is high.
  • a supporting means can be faced, so that a stern duct having a high energy-saving effect can be provided.
  • the present invention according to claim 5 is characterized in that a longitudinal cross section of the duct body is formed in a wing shape protruding inward.
  • the thrust reduction rate can be increased and the propulsion efficiency can be increased by using the propulsion direction component (thrust component) of the lift generated by the airfoil.
  • the present invention according to claim 6 is characterized in that the radius of the rear arc portion is smaller than the radius of the front arc portion formed at the front end.
  • the effective wake ratio can be reduced by reducing the average flow velocity flowing into the propeller downstream from the duct body, and the thrust component on the front end side of the duct body can be reduced. You can increase the driving force.
  • the present invention according to claim 7 is characterized in that the virtual central axis of the duct main body coincides with the rotation central axis of the propeller. According to the seventh aspect of the present invention, design and equipment are easy.
  • the present invention according to claim 8 is characterized in that the virtual central axis of the duct body is shifted from the rotational central axis of the propeller.
  • the duct main body can be shifted to a position where the thrust force can be increased corresponding to the asymmetric flow generated by the hull or the propeller.
  • the present invention according to claim 9 is characterized in that the virtual central axis of the duct body is tilted with respect to the rotation central axis of the propeller in a state where the hull is viewed from the side.
  • a duct main body can be attached so that a thrust force may be raised further using the flow of a stern part.
  • the present invention according to claim 10 is characterized in that the duct main body is attached to the stern tube of the hull or the stern end portion covering the stern tube via a support column as a support means. According to the tenth aspect of the present invention, it is easy to install the duct body, and it is particularly easy to arrange the duct body at an appropriate position with respect to the propeller.
  • the present invention according to claim 11 is characterized in that the cross section of the support column is formed in a wing shape that is convex inward.
  • produces with an airfoil can be utilized also in a support
  • the present invention according to claim 12 is characterized in that the flow toward the propeller is counterflowed with respect to the rotation direction of the propeller by forming the support column in a twisted shape. According to this invention of Claim 12, the propulsive force of a propeller can be raised.
  • the present invention according to claim 13 is characterized in that the support column is formed such that the front-rear width on the duct body side is larger than the front-rear width on the stern side. According to this invention of Claim 13, the resistance of a support
  • a pair of support columns supporting the arcuate virtual duct body is provided in the stern appendage attached to the front of the propeller attached to the stern of the hull. Attach to the stern so that the angle between the struts is in the range of 180 to 270 degrees, and the radius of the virtual rear end arc formed at the rear end of the virtual duct body is 50% or less 20% or more of the propeller radius
  • the prop center line of the pair of props has an inclination in the rotation direction of the propeller with respect to the propeller center line in the vertical direction of the propeller when the hull is viewed from the rear.
  • the present invention as set forth in claim 14, by attaching the pair of struts to the stern without mounting the duct body so that the angle between the pair of struts is in an angle range of 180 degrees to 270 degrees, Even if is added to the hull, hull efficiency can be improved without increasing the resistance of the hull. Also, by setting the radius of the virtual rear end arc portion formed at the rear end of the virtual duct body to 50% or less and 20% or more of the propeller radius, the interference between the stern appendage and the propeller is increased, and the effective wake The rate can be reduced.
  • the thrust reduction rate or the propulsion device efficiency ratio is increased and effective wake compared to the case where there is no inclination.
  • the rate can be further reduced.
  • the inclination angle of the propeller in the rotation direction is set to an angle range of 30 degrees or more and 60 degrees or less in the rotation direction of the propeller with respect to the upper propeller center line from the center of the propeller.
  • the inclination angle of the prop center line of the pair of props in the propeller rotation direction is set to an angle range of 30 degrees or more and 60 degrees or less, thereby supporting a region with a high horsepower reduction rate. Since the means can be exposed, it is possible to provide a stern appendage having a high energy saving effect.
  • a step of setting an all-around duct having the same radius as the arc-shaped duct body, and an all-around duct were used. Steps for calculating resistance and self-propulsion by numerical calculation of the hull, and distribution of fluid force in the direction of hull propulsion acting on the surface of the all-around duct and / or flow velocity from the rear of the all-around duct to the propeller surface A step of obtaining a flow direction distribution and a step of determining the shape of the arc-shaped duct body from the circumferential duct based on the fluid force distribution and / or the flow velocity / flow direction distribution from the rear of the circumferential duct to the propeller surface.
  • the design can be made on the basis of the hydrodynamic force distribution in the hull propulsion direction acting on the surface of the circumferential duct and / or the flow velocity / flow direction distribution from the rear of the circumferential duct to the propeller surface. .
  • the present invention according to claim 17 includes the step of setting the number of attachments of the support means, and performing the step of performing resistance / self-propulsion calculation by numerical calculation of the hull using the set conditions of the support means. To do. According to the present invention as set forth in claim 17, it is possible to design in consideration of the influence of the support means.
  • the present invention according to claim 18 is characterized in that the fluid force distribution is a thrust distribution and a resistance component distribution. According to the present invention as set forth in claim 18, the duct shape can be easily cut out.
  • a ship equipped with a stern duct corresponding to the present invention according to claim 19 is equipped with a stern duct on the stern. According to the 19th aspect of the present invention, the resistance applied to the duct body can be reduced, and a ship with a high energy saving effect can be provided.
  • the present invention according to claim 20 is characterized in that the hull is a biaxial stern catamaran type hull. According to the present invention of the twentieth aspect, the resistance applied to the duct body can be reduced, and a biaxial stern catamaran vessel having a high energy saving effect can be provided.
  • the present invention according to claim 21 is characterized in that the hull is an existing hull and a stern duct is retrofitted to the hull. According to the 21st aspect of the present invention, the reduction of resistance and the improvement of the energy saving effect can be applied to an existing hull.
  • the hull efficiency is increased without increasing the resistance of the hull even if the duct main body is added to the hull by forming the duct main body in an arc shape with an angle range of 90 degrees to 140 degrees. Can be improved. Further, by setting the radius of the rear end arc portion formed at the rear end of the duct body to 50% or less and 20% or more of the propeller radius, the interference between the duct body and the propeller is increased, and the effective wake ratio is reduced. be able to.
  • the thrust reduction rate or The propeller efficiency ratio can be increased and the effective wake rate can be further reduced.
  • the duct of the duct body By making the tilt angle of the center line in the direction of propeller rotation greater than 0 degrees and less than 60 degrees, the duct body and support means can face the area where the horsepower reduction rate is high. Can be provided.
  • the hull efficiency is increased without increasing the resistance of the hull even if the duct main body is added to the hull by forming the duct main body in an arc shape with an angle range of 180 degrees to 270 degrees. Can be improved. Further, by setting the radius of the rear end arc portion formed at the rear end of the duct body to 50% or less and 20% or more of the propeller radius, the interference between the duct body and the propeller is increased, and the effective wake ratio is reduced. be able to.
  • the thrust reduction rate or The propeller efficiency ratio can be increased and the effective wake rate can be further reduced.
  • the inclination angle in the propeller rotation direction is set to an angle range of 30 degrees or more and 60 degrees or less in the rotation direction of the propeller with respect to the propeller center line from the center of the propeller, the region having a high horsepower reduction rate Since the duct main body and the supporting means can be exposed to, the stern duct having a high energy saving effect can be provided.
  • the thrust reduction rate is increased by utilizing the propulsive directionality (thrust component) of lift generated by the airfoil, Propulsion efficiency can be increased.
  • the effective wake ratio is reduced by reducing the average flow velocity flowing into the propeller downstream from the duct body.
  • the thrust component on the front end side of the duct body can be increased to increase the propulsive force.
  • the duct body can be shifted to a position where the thrust force can be increased corresponding to the asymmetric flow generated by the hull or the propeller.
  • the thrust force is further increased by using the flow of the stern part of the duct body. Can be attached.
  • the duct body when the duct body is attached to the stern tube of the hull or the stern end that covers the stern tube via a support pillar as a support means, the duct body is easy to install, and particularly suitable for the propeller. Easy to place in.
  • the propulsion direction component (thrust component) of lift generated by the airfoil can also be used in the support column.
  • the propeller propulsive force can be increased when the flow toward the propeller is counterflowed with respect to the propeller rotation direction.
  • the propelling force can be increased by reducing the resistance of the support column.
  • the stern appendage of the present invention by attaching the pair of struts supporting the arcuate virtual duct body to the stern so that the angle between the pair of struts is in an angle range of 180 degrees to 270 degrees. Even if a column is added to the hull without mounting the duct body, the hull efficiency can be improved without increasing the resistance of the hull. Also, by setting the radius of the virtual rear end arc portion formed at the rear end of the virtual duct body to 50% or less and 20% or more of the propeller radius, the interference between the stern appendage and the propeller is increased, and the effective wake The rate can be reduced.
  • the thrust reduction rate or the propulsion device efficiency ratio is increased and effective wake compared to the case where there is no inclination.
  • the rate can be further reduced.
  • the support means can be placed in a region with a high horsepower reduction rate. Can be provided.
  • the design based on the distribution of fluid force in the hull propulsion direction acting on the surface of the all-around duct and / or the flow velocity / flow direction distribution from the rear of the all-around duct to the propeller surface can be performed. it can.
  • a step of setting the number of support means attached is provided, and when the step of performing resistance / self-propulsion calculation by numerical calculation of the hull using the set support means condition is performed, the influence of the support means is considered.
  • the ship having the stern duct of the present invention it is possible to reduce the resistance applied to the duct body and provide a ship with a high energy saving effect.
  • the resistance applied to the duct body can be reduced, and a biaxial stern catamaran vessel with high energy saving effect can be provided.
  • the resistance can be reduced and the energy saving effect can be applied to the existing hull.
  • FIG. 6 is a perspective view of a stern duct according to still another embodiment of the present invention.
  • Explanatory drawing which shows the stern duct by other embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a side view of the main part of the ship showing the state where the stern duct is attached
  • FIG. 2 is a front view of the main part showing the state of the ship viewed from the rear
  • FIG. It is a principal part perspective view.
  • the stern duct 10 according to this embodiment is attached in front of a propeller 3 attached to the stern 2 of the hull 1.
  • the stern duct 10 is attached to the end of the stern 2 that covers the stern tube, but may be attached to the stern tube of the hull 1.
  • the stern duct 10 includes a duct body 11 and support means 12.
  • the duct body 11 is attached to the stern 2 by the support means 12.
  • the duct body 11 is formed in an arc shape and is disposed above the rotation center axis Xp of the propeller 3.
  • the arc shape means that the stern duct 10 forms an arc, and includes a deformation of about ⁇ 5% and R for smoothly connecting the joint portion of the duct body 11 and the support means 12.
  • FIG. 4 is a perspective view of the stern duct according to the present embodiment
  • FIG. 5 is an explanatory view showing the stern duct.
  • the duct body 11 is formed in an arc shape having a central angle (angle range) ⁇ of 90 degrees to 140 degrees.
  • ⁇ central angle
  • the radius Rr of the rear end arc portion 11r formed at the rear end of the duct body 11 is made smaller than the radius Rf of the front end arc portion 11f formed at the front end.
  • the radius Rr of the rear end arc portion 11r is preferably 50% or less and 20% or more of the radius of the propeller 3 shown in FIG.
  • the radius Rr of the rear arc portion 11r exceeds 50% of the radius of the propeller 3, the effective wake ratio increases and the resistance increases, which is not preferable.
  • the radius Rr of the rear end arc portion 11r is preferably set to 20% or more of the radius of the propeller 3. Further, setting the radius Rr of the rear end arc portion 11r to 50% or less and 20% or more of the radius of the propeller 3 is within the vicinity of 70% to 80% of the radius that produces the maximum thrust of the propeller 3 in the duct body 11. It is guided to the blade root portion of the propeller 3 without applying a flow that has passed through the propeller 3 and the effective flow rate is increased by reducing the average flow velocity on the surface of the propeller 3.
  • the support means 12 includes a column 12 a connected to both sides of the duct body 11 and a mounting portion 12 b that attaches the column 12 a to the stern 2.
  • the support column 12a is formed in a wing shape having a cross section protruding inward.
  • the propulsion direction component (thrust component) of lift generated by the wing shape can be used also in the support column 12a.
  • the column 12a has a duct body side front-rear width Ly larger than the stern side front-rear width Lx.
  • the ring-shaped attachment portion 12b may be eliminated, and the column 12a may be directly attached to the end portion of the stern 2 that covers the stern tube or the stern tube of the hull 1.
  • the cross section 11s of the duct body 11 in the front-rear direction is formed in a wing shape that is convex inward.
  • the duct body 11 has a virtual center axis Xd connecting the centers of the arcs of the duct body 11 aligned with the rotation center axis Xp of the propeller 3.
  • the virtual center axis Xd does not necessarily correspond to the center of all the arc surfaces of the duct body 11.
  • the radius may be slightly different between the center portion and both side portions, or the center angle ⁇ of the front end arc portion 11f may be different from the center angle ⁇ of the rear end arc portion 11r, and the duct body 11 is a complete arc. It is not necessary, and it only needs to be formed in a substantially arc shape.
  • FIG. 6 is a perspective view of a stern duct according to another embodiment of the first embodiment.
  • the stern duct 10 according to the present embodiment uses a strut 12e having a twisted shape instead of the strut 12a, and counterflows the flow toward the propeller 3. That is, the support column 12 e has a shape twisted in the direction opposite to the rotation of the propeller 3. In this way, the propulsion force of the propeller 3 can be increased by making the flow toward the propeller 3 counterflow with respect to the rotation direction of the propeller 3 by using the struts 12e having a twisted shape.
  • pillar 12e can also be employ
  • FIG. 7 is an explanatory view showing a stern duct according to still another embodiment of the first embodiment.
  • the virtual center axis Xd of the duct body 11 is shifted from the rotation center axis Xp of the propeller 3.
  • the stern duct 10 is provided at a position corresponding to the asymmetrical flow generated by the hull 1, the stern 2, and the propeller 3 and the thrust force can be increased. Can do.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing a stern duct according to still another embodiment of the first embodiment.
  • the virtual center axis Xd of the duct body 11 is tilted with respect to the rotation center axis Xp of the propeller 3 in a state in which the hull 1 is viewed from the side.
  • the stern duct 10 can be attached so as to increase the thrust force corresponding to the flow toward the lower side of the stern 2 by tilting the virtual center axis Xd with respect to the rotation center axis Xp.
  • FIG. 9 and 10 are explanatory views showing a stern duct according to still another embodiment of the first embodiment.
  • the duct center line Yd of the duct body 11 is inclined in the rotation direction of the propeller 3 with respect to the propeller center line Xv in the vertical direction of the propeller 3 when the hull 1 is viewed from the rear.
  • the duct body 11 is attached to the stern 2 by the support means 12 so as to have the following.
  • FIG. 9 shows a case where the propeller 3 is clockwise A in a state in which the hull 1 is viewed from the rear.
  • the thrust reduction rate or the propulsion device efficiency ratio can be increased and the effective wake rate can be reduced by arranging the duct body 11 in the upper right quadrant.
  • the central angle ⁇ of the duct body 11 is set to 120 degrees, and the duct body 11 is attached by rotating 40 degrees to the starboard side from a position symmetric with respect to the vertical center line Xv of the propeller 3. Shows the case. As shown in FIG. 9, the central angle ⁇ of the duct body 11 is set to 120 degrees, and the duct body 11 is attached by rotating 40 degrees to the starboard side from a position symmetric with respect to the vertical center line Xv of the propeller 3. Shows the case. As shown in FIG.
  • the duct main body 11 when the central angle ⁇ of the duct main body 11 exceeds 90 degrees, the duct main body 11 is necessarily located in a quadrant other than the upper right quadrant. By arranging even a part of these in the upper right quadrant, the thrust reduction rate or the propulsion device efficiency ratio can be increased, and the effective wake rate can be reduced. As a result, the stern duct 10 can increase the horsepower reduction rate and improve the energy saving effect.
  • FIG. 10 illustrates a case where the propeller 3 is counterclockwise B in a state in which the hull 1 is viewed from the rear.
  • the propeller 3 is counterclockwise B
  • the thrust reduction rate or the thruster efficiency ratio can be increased, and the effective wake rate can be reduced.
  • the central angle ⁇ of the duct main body 11 is 90 degrees
  • the duct main body 11 is attached by rotating 45 degrees to the starboard side from a position symmetric with respect to the vertical center line Xv of the propeller 3. Shows the case.
  • the propeller 3 is counterclockwise B, the data shown in FIG.
  • the duct body 11 is attached to the upper left quadrant by attaching the stern duct 10 so that the duct body 11 is asymmetric with respect to the vertical center line Xv of the propeller 3 by tilting to the port side up to 90 degrees. It is arranged and the horsepower reduction rate can be increased.
  • the duct body 11 may be located in a quadrant other than the upper left quadrant.
  • the thrust reduction rate or the propulsion device efficiency ratio can be increased, and the effective wake rate can be reduced.
  • the angle range of the inclination angle ⁇ of the duct center line Yd in the rotation direction of the propeller 3 is greater than 0 degree and not more than 60 degrees in the rotation direction of the propeller 3.
  • the central angle ⁇ of the duct main body 11 is formed in an arc shape in an angle range of 90 degrees to 140 degrees.
  • the radius Rr of the rear arc portion 11 r formed at the rear end of the duct body 11 is set to 50% or less and 20% or more of the radius of the propeller 3.
  • a method for designing the stern duct according to the first embodiment will be described below.
  • a hull having a shape in which the stern enlargement degree of the Panamax size bulk carrier (PxBC) is increased is used.
  • FIG. 11 shows a hull outline and a three-dimensional shape side view of the hull to be applied.
  • FIG. 12 shows a duct outline and a three-dimensional shape of an entire circumference duct having the same radius as the stern duct according to the present embodiment.
  • an all-around duct having the same radius as the arc-shaped duct body 11 is set.
  • a duct having a basic shape of a so-called Weather Adapted Duct (WAD) is used as the all-around duct.
  • WAD Weather Adapted Duct
  • D p is the propeller diameter
  • L d is the duct blade section cord length
  • ⁇ is the opening angle of the blade section.
  • FIG. 13 shows the main points of the propeller to be used.
  • H / D p is the pitch ratio
  • Z represents the number of blades.
  • FIG. 14 shows the mounting position of the duct and the propeller with respect to the hull.
  • the coordinate origin is taken to the hull perpendicular (FP) of the hull, the direction from FP to stern perpendicular (AP) is positive on the x axis, the direction from port to starboard is positive on the y axis, and the direction from keel to deck (z) is z
  • the axis is positive.
  • the duct rear end has a clearance of propeller leading and about 5% D p, the duct center is made to coincide with the shaft centerline.
  • FIG. 15 shows the circumferential distribution of the thrust component and resistance component distribution of the entire circumferential duct.
  • the inclination angle ⁇ is 0 degree at the 12 o'clock position when viewing the entire circumference duct from behind, and the clockwise direction from the 12 o'clock position is positive.
  • the vertical axis Ctx is the x-direction fluid force, and becomes a resistance at a positive value (above 0 line), and a propulsive force at a negative value (below 0 line). As shown in FIG.
  • FIG. 16 is a contour diagram of the thrust distribution and the resistance component distribution on the surface of the entire circumference duct, and shows three-dimensionally how the resistance / thrust component shown in FIG. 15 is distributed on the duct surface. ing.
  • the thrust component of the duct seen in FIG. 15 is mainly generated inside the upper surface on the front end side of the duct (region Z indicated by an arrow in the figure). That is, the region Z where the thrust component is generated is a fan-shaped portion surrounded by a range of 0 degrees ⁇ ⁇ 180 degrees, where ⁇ is the center angle of the fan shape.
  • the shape of the circular-arc-shaped duct main body 11 is determined from a perimeter duct based on a fluid force distribution.
  • the fluid force distribution is a thrust distribution and a resistance component distribution.
  • a contour map (FIG. 16) and / or a circumferential distribution map (FIG. 15) of the thrust distribution and the resistance component distribution is a contour map (FIG. 16) and / or a circumferential distribution map (FIG. 15) of the thrust distribution and the resistance component distribution.
  • the flow velocity / flow direction distribution and the fluid force distribution on the inner surface can be designed independently or both, but more detailed design can be achieved by using both. .
  • the shape of the duct body 11 and the inclination angle ⁇ are determined based on the energy saving rate with respect to the duct installation angle in a small duct having an angle range of 90 degrees to 140 degrees, so that the shape of the duct body 11 can be easily cut out. it can.
  • step of setting the number of supporting means 12 is provided, and the step of performing the resistance / self-propulsion calculation by numerical calculation of the hull 1 using the set conditions of the supporting means 12 is performed, whereby the influence of the instruction means 12 Can be designed.
  • FIG. 18 shows a cutout range of the duct shape from which an effective thrust with respect to the central angle (angle range) ⁇ is obtained.
  • the central angle (angle range) ⁇ of the fan shape can be formed in an arc shape of 90 ° to 180 ° with the upper limit being 180 ° as shown in the range of (a) in FIG.
  • the central angle (angle range) ⁇ is more preferably formed in an arc shape of 90 degrees to 140 degrees with the upper limit being 140 degrees as shown in the range of (b) in FIG. ), It is most preferable to form an arc of 90 to 120 degrees.
  • the range in which the x-direction fluid force has a negative value and the propulsive force is around 0 degree ⁇ ⁇ 45 degrees, 288 degrees ⁇ ⁇ 360 degrees, These center positions are in the vicinity of 346.5 degrees, and the center line that bisects the fan-shaped center angle ⁇ is present in the upper left quadrant in terms of a quadrant. Therefore, the duct body 11 is preferably present at least in the upper left quadrant, and more preferably, the main part of the duct body 11 is present in the upper left quadrant. In this case, as a result, the duct body 11 is arranged to be asymmetric with respect to the center line Xv in the vertical direction of the propeller 3.
  • the range in which the x-direction fluid force becomes a negative value and becomes the propulsive force varies depending on the structure of the hull 1 and the stern 2 and the characteristics of the propeller 3 in addition to the rotation direction of the propeller 3 described above.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a duct deceleration effect.
  • FIG. 19A shows no duct
  • FIG. 19B shows duct.
  • the area indicated by the arrow Y is an area where the duct deceleration effect can be seen. The area is about 60 degrees on the left and right sides with the duct at the 12 o'clock position as viewed from behind. You can see that it is obtained.
  • the area where the duct generates thrust and the area where the deceleration effect is generated are substantially the same, and the duct is surrounded by a sector having a center angle ⁇ of about 120 degrees with the center at the 12 o'clock position when viewed from the rear. It turns out that it is an area. Therefore, also from the duct deceleration effect shown in FIG. 19, it is preferable that the duct body 11 be exposed to an area of 90 degrees to 140 degrees including an adjacent area of about 120 degrees, and should be exposed to an area of 90 degrees to 120 degrees. Is more preferable.
  • a duct with a small angle range ⁇ of 90 ° to 140 ° is provided at a position where a propulsion direction component (thrust component) is particularly large above the rotation center axis of the propeller 3.
  • a propulsion direction component thrust component
  • the design method of the stern duct 10 includes the steps of setting an all-around duct having the same radius as the arc-shaped duct body 11 and the all-around duct in designing the stern duct 10. Step of performing resistance / self-propulsion calculation by numerical calculation of the hull 1 used, and from the result of resistance / self-propulsion calculation, the fluid force distribution on the inner surface of the all-around duct and / or the flow velocity from the rear of the all-around duct to the propeller surface The flow direction distribution is obtained, and the flow force distribution and / or the flow velocity / flow direction distribution from the rear of the all-around duct to the propeller surface are used to determine the shape of the arc-shaped duct body 11 from the all-around duct.
  • the arc-shaped duct body 11 can be designed based on the conventional design method for the entire circumference duct.
  • FIG. 20 is a characteristic diagram showing the relationship between the inclination angle of the duct body and the self-propelling element, and FIG.
  • FIG. 21 is a characteristic diagram showing the relationship between the inclination angle of the duct body and the horsepower reduction rate.
  • the angle 0 is a case where the duct body 11 is provided symmetrically with respect to the center line Xv in the vertical direction of the propeller 3 in a state in which the hull 1 is viewed from the rear, and the positive inclination angle is Tilt to starboard side, minus tilt angle to starboard side.
  • the propeller 3 is turning clockwise A.
  • the vertical axis is based on no duct.
  • FIG. 20 shows the thrust reduction rate (1-t), the effective wake rate (1-w), and the propulsion unit efficiency ratio (etaR) as the self-propelled elements.
  • etaR propulsion unit efficiency ratio
  • preferred positions of the inclination angle ⁇ are indicated by circles.
  • the duct body 11 when the propeller 3 is in the clockwise direction A, the duct body 11 has a range from minus 30 degrees (30 degrees on the port side) to plus 90 degrees (90 degrees on the starboard side).
  • the horsepower reduction rate can be increased by attaching the stern duct 10 so that the duct body 11 is asymmetric with respect to the vertical center line Xv of the propeller 3.
  • the duct body 11 is tilted in a range from 30 degrees on the starboard side to 90 degrees on the port side, and the duct body 11 is ducted with respect to the vertical center line Xv of the propeller 3.
  • the horsepower reduction rate can be increased. Even if the fan-shaped central angle ⁇ of the propeller body 11 designed earlier is 90 degrees to 140 degrees, or 90 degrees to 120 degrees, the inclination angle of the duct center line Yd in the rotation direction of the propeller 3 is determined as the propeller center line. With respect to Xv, the angle range of greater than 0 degrees and less than or equal to 60 degrees in the rotation direction of the propeller 3 covers one peak or two peaks of the horsepower reduction rate in FIG. 12a can be placed in a region where the horsepower reduction rate is high. 20 and 21 are different from the hull outline and propeller outline of FIG. 11 and the propeller outline of FIG. 11 when the numerical calculation results of FIG. 15 are obtained. Yes.
  • 22 and 23 are main part front views showing a state in which a biaxial stern catamaran vessel equipped with a stern duct is viewed from the rear. 22 and 23, the hull 1 is provided with a starboard side propeller 3R on the starboard side stern tube 2R and a port side propeller 3L on the port side stern tube 2L.
  • the starboard side propeller 3R is counterclockwise B, and the starboard side propeller 3L is clockwise A, which indicates inward rotation.
  • the starboard side stern duct 10R corresponding to the starboard side propeller 3R has the duct body 11R in the upper left quadrant and corresponds to the port side propeller 3L.
  • the port-side stern duct 10L can increase the thrust reduction rate or the propulsion unit efficiency ratio and reduce the effective wake rate.
  • the starboard side propeller 3R is clockwise A and the starboard side propeller 3L is counterclockwise B, which indicates that the rotation is outward.
  • the starboard side stern duct 10R corresponding to the starboard side propeller 3R has the duct body 11R arranged in the upper right quadrant and corresponds to the port side propeller 3L.
  • the port side stern duct 10L can increase the thrust reduction rate or the propulsion unit efficiency ratio and reduce the effective wake rate.
  • the stern duct 10 according to the present embodiment can be applied to the biaxial stern catamaran hull 1, which reduces the resistance applied to the duct body 11 and has a high energy saving effect. Can provide. Further, the stern duct 10 according to this embodiment can be retrofitted to the existing hull 1. In this case, reduction of resistance and improvement of energy saving effect can be applied to the existing hull 1 as well.
  • FIG. 24 is a side view of the main part of the ship showing the state where the stern duct is attached
  • FIG. 25 is a front view of the main part showing the state of the ship viewed from the rear
  • FIG. It is the principal part perspective view seen from.
  • the stern duct 10 according to this embodiment is attached in front of the propeller 3 attached to the stern 2 of the hull 1.
  • the stern duct 10 is attached to the end of the stern 2 covering the stern tube, but may be attached to the stern tube of the hull 1.
  • the stern duct 10 includes a duct body 11 and support means 12.
  • the duct body 11 is attached to the stern 2 by the support means 12.
  • the duct body 11 has an inclination in the rotation direction of the propeller 3 with respect to the propeller center line Xv in the vertical direction of the propeller 3 in a state in which the duct center line Yd of the duct body 11 is viewed from the rear in front.
  • the support means 12 is attached to the stern 2.
  • FIG. 27 is a perspective view of the stern duct according to the present embodiment.
  • the duct body 11 is formed in an arc shape with a central angle (angle range) ⁇ of 180 degrees to 270 degrees, more preferably an arc shape of 225 degrees to 255 degrees.
  • a central angle ⁇ 180 degrees to 270 degrees
  • the arc shape means that the stern duct 10 forms an arc, and includes a deformation of about ⁇ 5% and R for smoothly connecting the joint portion of the duct body 11 and the support means 12.
  • the radius Rr of the rear end arc portion 11r formed at the rear end of the duct body 11 is made smaller than the radius Rf of the front end arc portion 11f formed at the front end.
  • the radius Rr of the rear end arc portion 11r is preferably 50% or less and 20% or more of the radius of the propeller 3 shown in FIG.
  • the radius Rr of the rear end arc portion 11r By setting the radius Rr of the rear end arc portion 11r to 50% or less and 20% or more of the radius of the propeller 3, interference with the propeller 3 of the duct body 11 can be increased. If the radius Rr of the rear arc portion 11r exceeds 50% of the radius of the propeller 3, the effective wake ratio increases and the resistance increases, which is not preferable. Further, since the shaft radius of the propeller 3 is generally 16 to 18% of the radius of the propeller 3, the radius Rr of the rear end arc portion 11r is preferably set to 20% or more of the radius of the propeller 3.
  • radius Rr of the rear end arc portion 11r is within the vicinity of 70% to 80% of the radius that produces the maximum thrust of the propeller 3 in the duct body 11. It is guided to the blade root portion of the propeller 3 without applying a flow that has passed through the propeller 3 and the effective flow rate is increased by reducing the average flow velocity on the surface of the propeller 3.
  • the support means 12 includes a column 12 a connected to both sides of the duct body 11, and a mounting portion 12 b that attaches the column 12 a to the stern 2.
  • the support column 12a is formed in a wing shape having a cross section protruding inward.
  • the propulsion direction component (thrust component) of lift generated by the wing shape can be used also in the support column 12a.
  • the column 12a has a duct body side front-rear width Ly larger than the stern side front-rear width Lx.
  • the ring-shaped attachment portion 12b may be eliminated, and the column 12a may be directly attached to the end portion of the stern 2 that covers the stern tube or the stern tube of the hull 1.
  • FIG. 28 is a front view of a stern duct according to another embodiment of the second embodiment.
  • the support means 12 may be provided with struts 12 c in addition to the pair of struts 12 a connected to both sides of the duct body 11.
  • FIG. 28 shows a case where the support column 12c is provided along the duct center line Yd.
  • the column 12c is provided in an angle range within 60 degrees from the duct center line Yd, and more preferably within an angle range within 30 degrees from the duct center line Yd.
  • FIG. 29 is a side sectional view of the stern duct shown in FIG. 24 to FIG. 27 or FIG.
  • the cross-section 11s in the front-rear direction of the duct body 11 is formed in a wing shape that is convex inward.
  • the duct body 11 has a virtual center axis Xd connecting the centers of the arcs of the duct body 11 aligned with the rotation center axis Xp of the propeller 3.
  • the virtual center axis Xd does not necessarily correspond to the center of all the arc surfaces of the duct body 11.
  • the radius may be slightly different between the center portion and both side portions, or the center angle ⁇ of the front end arc portion 11f may be different from the center angle ⁇ of the rear end arc portion 11r, and the duct body 11 is a complete arc. It is not necessary, and it only needs to be formed in a substantially arc shape.
  • FIG. 30 is a perspective view of a stern duct according to still another embodiment of the second embodiment.
  • the stern duct 10 according to the present embodiment uses a strut 12e having a twisted shape instead of the strut 12a, and counterflows the flow toward the propeller 3. That is, the support column 12 e has a shape twisted in the direction opposite to the rotation of the propeller 3. In this way, the propulsion force of the propeller 3 can be increased by making the flow toward the propeller 3 counterflow with respect to the rotation direction of the propeller 3 by using the struts 12e having a twisted shape.
  • pillar 12e is also employable.
  • FIG. 31 is a side sectional view of a stern duct according to still another embodiment of the second embodiment.
  • the virtual center axis Xd of the duct body 11 is shifted from the rotation center axis Xp of the propeller 3.
  • the stern duct 10 is provided at a position corresponding to the asymmetrical flow generated by the hull 1, the stern 2, and the propeller 3 and the thrust force can be increased. Can do.
  • FIG. 32 is a side sectional view of a stern duct according to still another embodiment of the second embodiment.
  • the virtual center axis Xd of the duct body 11 is inclined with respect to the rotation center axis Xp of the propeller 3 in a state in which the hull 1 is viewed from the side.
  • the stern duct 10 can be attached so as to increase the thrust force corresponding to the flow toward the lower side of the stern 2 by tilting the virtual center axis Xd with respect to the rotation center axis Xp.
  • FIG. 33 is an explanatory view showing a stern duct according to still another embodiment of the second embodiment.
  • FIG. 33 shows a case where the propeller 3 is counterclockwise B in a state in which the hull 1 is viewed from the rear.
  • the stern duct 10 according to the present embodiment shows a case where the center angle ⁇ of the duct body 11 is 210 degrees and the inclination angle ⁇ is 60 degrees.
  • the influence which each part of the circumferential direction of the duct main body 11 has on a self-propelled element by relationship with a stern flow is demonstrated based on a test result.
  • the duct body 11 having a central angle ⁇ of 120 degrees is used as a partial duct model, and a self-propulsion test is performed by changing the circumferential position (duct installation angle ⁇ ).
  • the relationship between navigation elements was investigated.
  • a partial duct model was installed on a model ship of an enlarged ship, and the self-propulsion test was performed by changing the installation angle of the partial duct model (inclination angle ⁇ in this embodiment). The relationship between installation angle and self-propelled elements was investigated.
  • FIG. 34 is a gist of the enlarged ship model and the propeller model used in the test
  • FIG. 35 is a schematic diagram of the partial duct model.
  • the column 12a in the present embodiment will be described as a fin.
  • the mounting portion 12b in the present embodiment is installed as a ring-shaped member over the stern tube of the model ship, and during the self-propulsion test, the installation angle ⁇ is changed by rotating the ring-shaped portion.
  • the duct installation angle ⁇ was set to 0 degrees directly above, and the angle was advanced clockwise (clockwise). Therefore, the 12 o'clock position is 0 degree, the 3 o'clock position is 90 degrees, the 6 o'clock position is 180 degrees, and the 9 o'clock position is 270 degrees.
  • FIG. 36 shows parameters representing the main points of the tested duct model
  • FIG. 37 shows the main points of the tested duct model.
  • Ddi is the ratio of the diameter of the duct inlet to the propeller diameter
  • Ddo is the diameter ratio of the duct outlet to the propeller diameter
  • Ddi538 is the diameter ratio of the duct inlet to the propeller diameter is 53.8%
  • Ddo493 is the duct to the propeller diameter. It shows that the outlet diameter ratio is 49.3%.
  • ⁇ 5 indicates that the opening angle of the partial duct model is 5 degrees
  • ⁇ 120 indicates that the central angle is 120 degrees. The opening angle ⁇ of the duct was changed with the duct diameter at the duct entrance being constant.
  • a test was also performed on a duct having a central angle of 210 degrees.
  • the fins for fixing the duct to the hull 1 were considered to have an influence on the self-propulsion element, and a test of the fin alone with the duct portion removed was conducted. The test was carried out in the Mitaka No. 2 test tank of the National Maritime Research Institute, and the test speed was a speed corresponding to a fluid number of 0.18.
  • the thrust reduction rate (1-t) is likely to be affected by the change in the propeller load. Therefore, the test is performed with the propeller load changed, and the load factor becomes 1. The influence of the propeller load is eliminated by determining the navigational element by interpolation.
  • FIG. 38 to FIG. 42 show the relationship between the self-propelled element and the installation angle obtained from the result of the self-propulsion test for each partial duct model and fin.
  • 38 to 42 are characteristic diagrams showing the relationship between the duct installation angle of the duct body and the self-propelled elements.
  • FIG. 38 shows the first model ( ⁇ 5Ddi538Ddo493Ld255 ⁇ 120)
  • FIG. 39 shows the second model ( ⁇ 8Ddi538Ddo466Ld255 ⁇ 120)
  • FIG. 41 is a characteristic diagram of the third model ( ⁇ 11Ddi538Ddo439Ld255 ⁇ 120)
  • FIG. 41 is a characteristic diagram of the fourth model ( ⁇ 14Ddi538Ddo411Ld255 ⁇ 120)
  • the propeller 3 is turning clockwise A. The vertical axis is based on no duct.
  • any partial duct model with an opening angle ⁇ 1-t is maximized at an installation angle of 0 degrees, 1-wTM is minimized at an installation angle of 90 degrees, and ⁇ R is maximized.
  • 1-t and the other two self-propelled elements 1-wTM and ⁇ R have an inverse correlation, and the same applies to the case of a single fin.
  • the horsepower was estimated using the self-propulsion factors obtained from these self-propulsion tests, and the horsepower reduction rate at each installation angle ⁇ of each partial duct model and fin alone was calculated.
  • FIG. 43 shows the calculated horsepower reduction rate.
  • the horsepower reduction rate at the installation angle of 0 degree is the largest, and at the installation angle of 180 degrees and the installation angle of 270 degrees, the horsepower reduction effect is almost lost.
  • the installation angle of 90 degrees shows the best horsepower reduction rate, followed by an installation angle of 0 degrees, but even at an installation angle of 180 degrees, 1-2% A degree of reduction is shown.
  • the horsepower reduction effect of about 2% appears at the installation angles of 0 degrees, 90 degrees, and 180 degrees, but at the installation angle of 270 degrees, there is almost no horsepower reduction effect.
  • a self-propulsion test was conducted with a small change in the installation angle from the installation angle of about 0 degrees where the horsepower reduction rate was high to the installation angle of about 90 degrees.
  • FIG. 44 shows the relationship between the inclination angle of the duct body (duct installation angle) and the self-propelled elements
  • FIG. 45 shows the relationship between the duct installation angle and the horsepower reduction rate.
  • the positive installation angle ⁇ is inclined to the starboard side
  • the negative installation angle ⁇ is inclined to the port side.
  • the propeller 3 is turning clockwise A.
  • the vertical axis is based on no duct. 1-t is maximum at an installation angle of 0 degrees and is minimum at an installation angle of 75 degrees.
  • 1-wTM is minimum at an installation angle of 75 degrees and maximum at an installation angle of 270 degrees.
  • ⁇ R is maximum at an installation angle of 75 degrees and is minimum at an installation angle of ⁇ 15 degrees.
  • the installation angle with a good horsepower reduction rate is two humps of 0 degree and 90 degrees.
  • 1-t when the installation angle is 90 degrees, 1-wTM and ⁇ R are improved. I understand that. 44 and 45, the positions of preferable installation angles are indicated by circles.
  • FIG. 46 shows all results of the self-propulsion test using the partial duct model carried out in this test.
  • 1-t is the largest when the partial duct model is at a position of 0 degrees (12 o'clock) when viewed from the rear.
  • 1-wTM is the largest and ⁇ R is the smallest.
  • 1-t is the smallest
  • 1-wTM is the smallest
  • ⁇ R is the largest.
  • the duct body 11 is formed in an arc shape with an angle range of 180 degrees to 270 degrees, and the duct center line Yd of the duct body 11 rotates relative to the propeller center line Xv in the vertical direction of the propeller 3.
  • the installation angle ⁇ in the angle range of 30 degrees or more and 60 degrees or less in the direction, the two peaks of the horsepower reduction rate in FIG. Therefore, the stern duct 10 having a high energy saving effect can be provided.
  • the angle range in an arc shape of 225 degrees to 255 degrees the hull efficiency can be improved without increasing the resistance of the hull 1.
  • the radius Rr of the rear end arc portion 11r formed at the rear end of the duct body 11 is 50% or less and 20% or more of the radius of the propeller 3.
  • FIG. 11 used in the description of the first embodiment is a hull outline and a three-dimensional shape side view of the hull to be applied
  • FIG. 12 is an all-around duct having the same radius as the stern duct according to the present embodiment.
  • the duct outline and three-dimensional shape are shown.
  • a hull having a shape in which the stern enlargement degree of the Panamax size bulk carrier (PxBC) is increased is used.
  • PxBC Panamax size bulk carrier
  • a duct having a basic shape of a so-called Weather Adapted Duct is used as the all-around duct.
  • WAD Weather Adapted Duct
  • FIG. 13 used in the description of the first embodiment shows the main points of the propeller for the propeller to be used.
  • H / D p is the pitch ratio
  • Z represents the number of blades.
  • FIG. 14 used in the description of the first embodiment shows the mounting positions of the duct and the propeller with respect to the hull.
  • the origin of the coordinate is taken to the bow perpendicular (FP) of the hull 1, the direction from FP to the stern perpendicular (AP) is positive on the x axis, the direction from port to starboard is positive on the y axis, and the direction from keel to deck (deck)
  • the z axis is positive.
  • the duct rear end has a clearance of propeller leading and about 5% D p, the duct center is made to coincide with the shaft centerline.
  • FIG. 15 used in the description of the first embodiment shows the circumferential distribution of the thrust component and the resistance component distribution of the entire circumferential duct.
  • the inclination angle ⁇ is 0 degree at the 12 o'clock position when viewing the entire circumference duct from behind, and the clockwise direction from the 12 o'clock position is positive.
  • the vertical axis Ctx is the x-direction fluid force, and becomes a resistance at a positive value (above 0 line), and a propulsive force at a negative value (below 0 line). As shown in FIG.
  • FIG. 16 used in the description of the first embodiment is a contour map of the thrust distribution and the resistance component distribution on the surface of the entire circumference duct, and how the resistance / thrust component shown in FIG. 15 is distributed on the duct surface. This is shown in three dimensions.
  • the thrust component of the duct seen in FIG. 15 is mainly generated inside the upper surface on the front end side of the duct (region Z indicated by an arrow in the figure). That is, the region Z in which the thrust component is generated is a fan-shaped portion surrounded by an angle range of 0 ° ⁇ ⁇ 180 °, where ⁇ is the central angle of the fan.
  • the shape of the circular-arc-shaped duct main body 11 is determined from a perimeter duct based on a fluid force distribution.
  • the fluid force distribution is a thrust distribution and a resistance component distribution.
  • a step of setting the number of supporting means 12 is provided, and the step of performing resistance / self-propulsion calculation by numerical calculation of the hull 1 using the set conditions of the supporting means 12 is executed, thereby affecting the influence of the supporting means 12 Can be designed.
  • 47 and 48 are main part front views showing a state in which a biaxial stern catamaran vessel equipped with a stern duct is viewed from the rear. 47 and 48, the hull 1 is provided with a starboard side propeller 3R on the starboard side stern tube 2R and a port side propeller 3L on the port side stern tube 2L.
  • the starboard side propeller 3R is counterclockwise B, and the starboard side propeller 3L is clockwise A, indicating that the rotation is inward.
  • the starboard side stern duct 10R corresponding to the starboard side propeller 3R is disposed with the duct body 11R inclined in the upper left quadrant, and the port side propeller 3L.
  • the port side stern duct 10L corresponding to is able to increase the thrust reduction rate or the propulsion device efficiency ratio and reduce the effective wake rate.
  • the starboard side propeller 3R is clockwise A
  • the starboard side propeller 3L is counterclockwise B, which indicates that the rotation is outward.
  • the starboard side stern duct 10R corresponding to the starboard side propeller 3R is disposed with the duct body 11R inclined in the upper right quadrant, and the port side propeller 3L.
  • the stern duct 10 according to the present embodiment can be applied to the biaxial stern catamaran hull 1, which reduces the resistance applied to the duct body 11 and has a high energy saving effect. Can provide.
  • the center of the skeg or stern center with the propeller propulsion shaft provided on the left and right There is a case where a so-called offset is provided by shifting the position of the stern, but in such a case, either the position of the stern duct or the position without shifting the position can be selected.
  • the stern duct 10 according to this embodiment can be retrofitted to the existing hull 1. Accordingly, even in an existing ship, the reduction in resistance and the improvement in the energy saving effect by the stern duct 10 according to the present embodiment can be utilized.
  • the stern duct 10 has been described.
  • the resistance of the hull 1 is not provided by the pair of columns 12a that support both ends of the duct body 11 without providing the duct body 11.
  • the pair of struts 12a that support the arcuate virtual duct main body is set so that the angle between the pair of struts 12a is in an angle range of 180 degrees to 270 degrees.
  • the prop center line of the pair of props 12a has an inclination angle ⁇ in the rotation direction of the propeller 3 with respect to the propeller center line Xv in the vertical direction of the propeller 3 in a state of being attached to the stern 2 and viewing the hull 1 from the rear.
  • the radius of the virtual rear end arc portion is preferably 50% or less and 20% or more of the radius of the propeller 3 shown in FIG.
  • the radius of the virtual rear end arc portion is preferably 50% or less and 20% or more of the radius of the propeller 3.
  • the stern appendage according to this embodiment has two peaks of the horsepower reduction rate in FIG. 45 by setting the inclination angle ⁇ of the prop center line in the rotation direction of the propeller 3 to an angle range of 30 degrees or more and 60 degrees or less. Since a pair of support
  • the stern appendage according to the present embodiment is easy to design and equip when the virtual center axis Xd of the pair of struts 12a is aligned with the rotation center axis Xp of the propeller 3.
  • the stern appendage generates, for example, the pair of struts 12a by the hull 1 and the propeller 3 when the virtual center axis Xd of the pair of struts 12a is shifted from the rotation center axis Xp of the propeller 3. Corresponding to the asymmetric flow, it can be shifted to a position where the thrust force can be increased.
  • the stern appendage has a pair of struts when the virtual center axis Xd of the pair of props 12a is tilted with respect to the rotation center axis Xp of the propeller 3 in a state where the hull 1 is viewed from the side. 12a can be mounted to increase the thrust force.
  • the stern appendage may use a propulsion direction component (thrust component) of lift generated by the airfoil when the cross section of the support column 12a is formed in an inwardly convex airfoil. it can.
  • thrust component propulsion direction component
  • the stern appendage according to the present embodiment is a twisted column 12e, and when the flow toward the propeller 3 is counterflowed with respect to the rotation direction of the propeller 3, the propulsive force can be increased. .
  • the stern appendage increases the propulsive force by reducing the resistance of the column 12a when the column 12a has a virtual duct main body side longitudinal width Ly larger than the stern side longitudinal width Lx. Can do.
  • the resistance applied to the support 12a can be reduced, and a ship with a high energy saving effect can be provided.
  • the resistance applied to the support 12a can be reduced, and a biaxial stern catamaran vessel having a high energy saving effect can be provided.
  • the resistance can be reduced and the energy saving effect can be applied to the existing hull.
  • the present invention can be applied to a stern duct mounted on a stern of a general ship including a low-speed enlargement ship, and even if a duct body is added, the hull efficiency is improved without increasing the resistance of the hull. There is energy saving effect.

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Abstract

　本発明は、船体１の船尾２に取り付けたプロペラ３の前方に取り付けられる船尾用ダクト１０において、ダクト本体１１を９０度から１４０度の角度範囲の円弧状に形成し、ダクト本体１１の後端に形成する後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒをプロペラ３の半径の５０%以下２０%以上とし、船体１を後方から前方視した状態で、プロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖに対してダクト本体１１のダクト中心線Ｙｄがプロペラ３の回転方向に傾きを有するように、ダクト本体１１を支持手段１２にて船尾２に取り付けたことで、ダクト本体１１を船体１に付加しても船体１の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶を提供する。

Description

船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶
　本発明は、船体の船尾に装着する船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶に関する。
　省エネ装置の一つとして、船体の船尾に取り付けたプロペラの前方には船尾用ダクトが取り付けられる。
　特許文献１では、円弧状のダクトを取り付けた船舶を提案している。この円弧状のダクトは、プロペラの前方であって船尾部に生じる船尾縦渦の中心位置よりも上方に配置されている。また、このダクトの両下端部と船尾部の側面との間をプロペラの半径方向に各々延出した主フィンを備え、主フィンは、船舶後方から前方へ向かって前上がりに傾斜させている（特に段落番号（００１４）～（００１６））。
　また、特許文献２では、円筒の上半部のみからなる半円弧形状の船尾ダクトを開示している（特に図１及び段落番号（００１８））。
　また、特許文献３では、略円錐台形状の筒を中心軸を含む平面で略半分に切断した略半円錐台形状の外殻と、外殻を船尾部に固定する２枚の連結板とを備え、外殻の径の短い方をプロペラ側に向けるとともに外殻がプロペラの上半分の部分と相対するように外殻を配置したダクト装置を提案している（特に図１、図２及び段落番号（００２０））。
　また、特許文献４では、第１板状体が円弧状に湾曲されており、第１板状体の端部に直線状の第２板状体が設けられている船舶用ダクトを開示している（特に段落番号（０００６））。
特開２０１１－１７８２２２号公報 特開２００６－３４７２８５号公報 特開２００８－１３７４６２号公報 特開２００８－３０８０２３号公報
　特許文献１における円弧状のダクトは、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向の中心線に対して対称を成すように取り付けられている。また、特許文献１において、半円形のダクトでは、推力は主に上側部分で発生し、側面部分では推力を発生していないという問題点、すなわち、半円形のダクトの側面部分では推力を得られず、半円形のダクトの側面部分が抵抗が増える原因となる問題点に着目し（段落番号（０００６））、この問題点を解決するために、主フィンを設け下降流から補助推力を得ている。なお、特許文献１の図面では、半円よりも角度の小さい円弧状のダクトを図示しているが、円弧の中心角については何ら述べられておらず、図示のダクトでは、約１４５度程度の中心角となっている。また、ダクトの表面に働く船体推進方向の流体力分布を考慮して中心角を決めているものでもない。
　また、特許文献２における半円弧形状の船尾ダクトについても、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向の中心線に対して対称を成すように取り付けられている。また、特許文献２は、従来、船尾フィン、船尾ダクト、ラダーフィンをそれぞれ個別に設けていた場合に比して、動力の削減率を高め、更なる省エネルギー化を進めるもので、船尾フィン、船尾ダクト、及びラダーフィンの相互の関係が必要であり、船尾ダクトは、船尾フィンでせき止められた下降流がプロペラに流入する速度を減速させるために設けている（特に段落番号（００１６））。
　また、特許文献３における略半円錐台形状の外殻についても、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向の中心線に対して対称を成すように取り付けられている。なお、特許文献３では、中心角が１８０度よりも小さい外殻を持つダクト装置を開示しているが、外殻の中心軸とプロペラの回転軸が一致しているという条件では、中心角が１５０度となることを開示しているに過ぎない（図７（Ａ）及び段落番号（００３７））。また、中心角もダクトの表面に働く船体推進方向の流体力分布を考慮して中心角を決めているものでもない。
　また、特許文献４における円弧状に湾曲された第１板状体についても、船体を後方から前方視した状態でプロペラの上下方向の中心線に対して対称を成すように取り付けられている。なお、特許文献４では、円弧の中心角については具体的に記載されていないが、１８０度を越える中心角である（特に図２及び段落番号（００２６））。
　そこで、本発明は、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶を提供することを目的とする。
　また、本発明は、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶を提供することを目的とする。
　請求項１記載の本発明に対応した船尾用ダクトにおいては、船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用ダクトにおいて、ダクト本体を９０度から１４０度の角度範囲の円弧状に形成し、ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径をプロペラの半径の５０%以下２０%以上とし、船体を後方から前方視した状態で、プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対してダクト本体のダクト中心線がプロペラの回転方向に傾きを有するように、ダクト本体を支持手段にて船尾に取り付けたことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、ダクト本体を９０度から１４０度の角度範囲の円弧状に形成することで、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径をプロペラの半径の５０%以下２０%以上とすることで、ダクト本体とプロペラとの干渉が大きくなり、有効伴流率を小さくすることができる。また、プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対してダクト本体のダクト中心線がプロペラの回転方向に傾きを有するようにダクト本体を取り付けることで、傾きがない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率をさらに小さくすることができる。
　請求項２記載の本発明に対応した船尾用ダクトにおいては、プロペラの回転方向への傾き角を、プロペラの中心から上方のプロペラ中心線に対して、プロペラの回転方向に０度より大きく６０度以下の角度範囲としたことを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、ダクト本体のダクト中心線のプロペラ回転方向への傾き角を０度より大きく６０度以下とすることにより、馬力減少率の高い領域にダクト本体や支持手段を臨ませることができるため、省エネ効果の高い船尾用ダクトを提供することができる。
　請求項３記載の本発明に対応した船尾用ダクトにおいては、船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用ダクトにおいて、ダクト本体を１８０度から２７０度の角度範囲の円弧状に形成し、ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径をプロペラの半径の５０%以下２０%以上とし、船体を後方から前方視した状態で、プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対してダクト本体のダクト中心線がプロペラの回転方向に傾きを有するように、ダクト本体を支持手段にて船尾に取り付けたことを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、ダクト本体を１８０度から２７０度の角度範囲の円弧状に形成することで、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径をプロペラの半径の５０%以下２０%以上とすることで、ダクト本体とプロペラとの干渉が大きくなり、有効伴流率を小さくすることができる。また、プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対してダクト本体のダクト中心線がプロペラの回転方向に傾きを有するようにダクト本体を取り付けることで、傾きがない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率をさらに小さくすることができる。
　請求項４記載の本発明は、プロペラ回転方向への傾き角を、プロペラの中心から上方のプロペラ中心線に対して、プロペラの回転方向に３０度以上６０度以下の角度範囲としたことを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、ダクト本体のダクト中心線のプロペラ回転方向への傾き角を３０度以上６０度以下の角度範囲とすることで、馬力減少率の高い領域にダクト本体や支持手段を臨ませることができるため、省エネ効果の高い船尾用ダクトを提供することができる。
　請求項５記載の本発明は、ダクト本体の前後方向の断面を内側に凸の翼型に形成したことを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用することで、推力減少率を高め、推進効率を上げることができる。
　請求項６記載の本発明は、後端円弧部の半径を、前端に形成する前端円弧部の半径よりも小さくしたことを特徴とする。請求項６に記載の本発明によれば、ダクト本体より下流でのプロペラに流入する平均的な流速を遅くすることにより有効伴流率を小さくでき、かつダクト本体の前端側でのスラスト成分を増加させて推進力を高めることができる。
　請求項７記載の本発明は、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸と一致させたことを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、設計や装備が容易である。
　請求項８記載の本発明は、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸からずらしたことを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、例えばダクト本体を、船体やプロペラにより生ずる非対称な流れに対応しスラスト力が高められる位置にずらすことができる。
　請求項９記載の本発明は、船体を側面視した状態で、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸に対して傾けたことを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、ダクト本体を、船尾部の流れを利用してさらにスラスト力を高めるように取り付けることができる。
　請求項１０記載の本発明は、ダクト本体を、支持手段としての支柱を介して船体の船尾管又は船尾管を覆う船尾の端部に取り付けたことを特徴とする。請求項１０に記載の本発明によれば、ダクト本体を、設置しやすく、特にプロペラに対して適正な位置に配置しやすい。
　請求項１１記載の本発明は、支柱の断面を、内側に凸の翼型に形成したことを特徴とする。請求項１１に記載の本発明によれば、支柱においても翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用することができる。
　請求項１２記載の本発明は、支柱を、捻った形状に形成することで、プロペラに向かう流れを、プロペラの回転方向に対して対向流化したことを特徴とする。請求項１２に記載の本発明によれば、プロペラの推進力を高めることができる。
　請求項１３記載の本発明は、支柱を、船尾側前後幅よりもダクト本体側前後幅を大きく形成したことを特徴とする。請求項１３に記載の本発明によれば、支柱の抵抗を減少させて推進力を高めることができる。
　請求項１４記載の本発明に対応した船尾用付加物においては、船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用付加物において、円弧状の仮想ダクト本体を支持する一対の支柱を、一対の支柱の間の角度が１８０度から２７０度の角度範囲となるように船尾に取り付け、仮想ダクト本体の後端に形成する仮想後端円弧部の半径をプロペラの半径の５０%以下２０%以上とし、船体を後方から前方視した状態で、プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対して一対の支柱の支柱中心線がプロペラの回転方向に傾きを有することを特徴とする。請求項１４に記載の本発明によれば、一対の支柱を、一対の支柱の間の角度が１８０度から２７０度の角度範囲となるようにダクト本体を実装しないで船尾に取り付けることで、支柱を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、仮想ダクト本体の後端に形成する仮想後端円弧部の半径をプロペラの半径の５０%以下２０%以上とすることで、船尾用付加物とプロペラとの干渉が大きくなり、有効伴流率を小さくすることができる。また、プロペラ中心線に対して一対の支柱の支柱中心線がプロペラの回転方向に傾きを有することで、傾きがない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率をさらに小さくすることができる。
　請求項１５記載の本発明は、プロペラの回転方向への傾き角を、プロペラの中心から上方のプロペラ中心線に対して、プロペラの回転方向に３０度以上６０度以下の角度範囲としたことを特徴とする。請求項１５に記載の本発明によれば、一対の支柱の支柱中心線のプロペラ回転方向への傾き角を３０度以上６０度以下の角度範囲とすることで、馬力減少率の高い領域に支持手段を臨ませることができるため、省エネ効果の高い船尾用付加物を提供することができる。
　請求項１６記載の本発明に対応した船尾用ダクトの設計方法は、船尾用ダクトを設計するに当たり、円弧状のダクト本体と同一半径の全周ダクトを設定するステップと、全周ダクトを用いた船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップと、抵抗・自航計算結果から全周ダクトの表面に働く船体推進方向の流体力分布及び／又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を求めるステップと、流体力分布及び／又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布に基づいて全周ダクトから円弧状のダクト本体の形状を決定するステップとを備えたことを特徴とする。請求項１２に記載の本発明によれば、全周ダクトにおける表面に働く船体推進方向の流体力分布及び／又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を基にした設計ができる。
　請求項１７記載の本発明は、支持手段の取り付け数を設定するステップを備え、設定した支持手段の条件を用いて船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップを実行したことを特徴とする。請求項１７に記載の本発明によれば、支持手段の影響を考慮した設計ができる。
　請求項１８記載の本発明は、流体力分布は、スラスト分布と抵抗成分分布であることを特徴とする。請求項１８に記載の本発明によれば、ダクト形状の切り出しを容易に行うことができる。
　請求項１９記載の本発明に対応した船尾用ダクトを装備した船舶は、船尾用ダクトを船尾に装備したことを特徴とする。請求項１９に記載の本発明によれば、ダクト本体に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い船舶を提供できる。
　請求項２０記載の本発明は、船体が二軸船尾双胴型の船体であることを特徴とする。請求項２０に記載の本発明によれば、ダクト本体に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い二軸船尾双胴型の船舶を提供できる。
　請求項２１記載の本発明は、船体が既存の船体であり、船尾用ダクトを船体に後付けしたことを特徴とする。請求項２１に記載の本発明によれば、既存の船体に対しても抵抗の低減と、省エネ効果の向上を適用できる。
　本発明の船尾用ダクトによれば、ダクト本体を９０度から１４０度の角度範囲の円弧状に形成することで、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径をプロペラの半径の５０%以下２０%以上とすることで、ダクト本体とプロペラとの干渉が大きくなり、有効伴流率を小さくすることができる。また、プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対してダクト本体のダクト中心線がプロペラの回転方向に傾きを有するようにダクト本体を取り付けることで、傾きがない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率をさらに小さくすることができる。
　また、プロペラの回転方向への傾き角を、プロペラの中心から上方のプロペラ中心線に対して、プロペラの回転方向に０度より大きく６０度以下の角度範囲とした場合には、ダクト本体のダクト中心線のプロペラ回転方向への傾き角を０度より大きく６０度以下とすることにより、馬力減少率の高い領域にダクト本体や支持手段を臨ませることができるため、省エネ効果の高い船尾用ダクトを提供することができる。
　本発明の船尾用ダクトによれば、ダクト本体を１８０度から２７０度の角度範囲の円弧状に形成することで、ダクト本体を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径をプロペラの半径の５０%以下２０%以上とすることで、ダクト本体とプロペラとの干渉が大きくなり、有効伴流率を小さくすることができる。また、プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対してダクト本体のダクト中心線がプロペラの回転方向に傾きを有するようにダクト本体を取り付けることで、傾きがない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率をさらに小さくすることができる。
　また、プロペラ回転方向への傾き角を、プロペラの中心から上方のプロペラ中心線に対して、プロペラの回転方向に３０度以上６０度以下の角度範囲とした場合には、馬力減少率の高い領域にダクト本体や支持手段を臨ませることができるため、省エネ効果の高い船尾用ダクトを提供することができる。
　また、ダクト本体の前後方向の断面を内側に凸の翼型に形成した場合には、翼型により発生する揚力の推進方向性分（スラスト成分）を利用することで、推力減少率を高め、推進効率を上げることができる。
　また、後端円弧部の半径を、前端に形成する前端円弧部の半径よりも小さくした場合には、ダクト本体より下流でのプロペラに流入する平均的な流速を遅くすることにより有効伴流率を小さくでき、かつダクト本体の前端側でのスラスト成分を増加させて推進力を高めることができる。
　また、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸と一致させた場合には、設計や装備が容易である。
　また、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸からずらした場合には、例えばダクト本体を、船体やプロペラにより生ずる非対称な流れに対応しスラスト力が高められる位置にずらすことができる。
　また、船体を側面視した状態で、ダクト本体の仮想中心軸をプロペラの回転中心軸に対して傾けた場合には、ダクト本体を、船尾部の流れを利用してさらにスラスト力を高めるように取り付けることができる。
　また、ダクト本体を、支持手段としての支柱を介して船体の船尾管又は船尾管を覆う船尾の端部に取り付けた場合には、ダクト本体を、設置しやすく、特にプロペラに対して適正な位置に配置しやすい。
　また、支柱の断面を、内側に凸の翼型に形成した場合には、支柱においても翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用することができる。
　また、支柱を、捻った形状に形成することで、プロペラに向かう流れを、プロペラの回転方向に対して対向流化した場合には、プロペラの推進力を高めることができる。
　また、支柱を、船尾側前後幅よりもダクト本体側前後幅を大きく形成した場合には、支柱の抵抗を減少させて推進力を高めることができる。
　本発明の船尾用付加物によれば、円弧状の仮想ダクト本体を支持する一対の支柱を、一対の支柱の間の角度が１８０度から２７０度の角度範囲となるように船尾に取り付けることで、ダクト本体を実装しないで支柱を船体に付加しても船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。また、仮想ダクト本体の後端に形成する仮想後端円弧部の半径をプロペラの半径の５０%以下２０%以上とすることで、船尾用付加物とプロペラとの干渉が大きくなり、有効伴流率を小さくすることができる。また、プロペラ中心線に対して一対の支柱の支柱中心線がプロペラの回転方向に傾きを有することで、傾きがない場合と比較して、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率をさらに小さくすることができる。
　また、プロペラの回転方向への傾き角を、プロペラの中心から上方のプロペラ中心線に対して、プロペラの回転方向に３０度以上６０度以下の角度範囲とした場合には、一対の支柱の支柱中心線のプロペラ回転方向への傾き角を３０度以上６０度以下の角度範囲とすることで、馬力減少率の高い領域に支持手段を臨ませることができるため、省エネ効果の高い船尾用付加物を提供することができる。
　本発明の船尾用ダクトの設計方法によれば、全周ダクトにおける表面に働く船体推進方向の流体力分布及び／又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を基にした設計ができる。
　また、支持手段の取り付け数を設定するステップを備え、設定した支持手段の条件を用いて船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップを実行した場合には、支持手段の影響を考慮した設計ができる。
　また、流体力分布のスラスト分布と抵抗成分分布を基に、全円ダクト形状からダクト形状の切り出しを容易に行うことができる。
　本発明の船尾用ダクトを有した船舶によれば、ダクト本体に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い船舶を提供できる。
　また、船体が二軸船尾双胴型の船体である場合には、ダクト本体に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い二軸船尾双胴型の船舶を提供できる。
　また、船体が既存の船体であり、船尾用ダクトを船体に後付けした場合には、既存の船体に対しても抵抗の低減と、省エネ効果の向上を適用できる。
本発明の第１実施形態による船尾用ダクトを取り付けた状態を示す船舶の要部側面図 同船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図 同船舶を斜め後方から見た要部斜視図 本実施形態による船尾用ダクトの斜視図 同船尾用ダクトを示す説明図 本発明の他の実施形態による船尾用ダクトの斜視図 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図 本実施形態に適用する船体の船体要目及び３次元形状側面図 本実施形態による船尾用ダクトと同一半径の全周ダクトのダクト要目及び３次元形状を示す図 本実施形態に使用するプロペラのプロペラ要目を示す図 本実施形態に適用する船体に対するダクト及びプロペラの取り付け位置を示す図 全周ダクトのスラスト成分および抵抗成分分布の周方向分布図 全周ダクトの表面上のスラスト分布と抵抗成分分布の等高線図 図１５に示すデータを基に、扇形の中心角（角度範囲）βを、β＝１８０度、β＝１４０度、β＝１２０度とした時のスラストの比を示す図 中心角（角度範囲）βについての有効なスラストの得られるダクト形状の切り出し範囲を示す図 ダクトの減速効果を示す図 ダクト本体の傾き角θと自航要素の関係を示す特性図 ダクト本体の傾き角θと馬力減少率の関係を示す特性図 船尾用ダクトを装備した二軸船尾双胴型の船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図 他の船尾用ダクトを装備した他の二軸船尾双胴型の船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図 本発明の第２実施形態による船尾用ダクトを取り付けた状態を示す船舶の要部側面図 同船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図 同船舶を斜め後方から見た要部斜視図 本実施形態による船尾用ダクトの斜視図 本発明の他の実施形態による船尾用ダクトの正面図 図２４から図２７又は図２８に示す船尾用ダクトの側面断面図 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトの斜視図 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトの側面断面図 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトの側面断面図 本発明の更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図 試験に使用した肥大船模型とプロペラ模型の要目を示す図 試験に使用した部分ダクト模型の模式図 試験を行ったダクト模型の要目を表すパラメータを示す図 試験を行ったダクト模型の要目を示す図 ダクト本体の傾き角θと自航要素の関係を示す特性図（第１模型） ダクト本体の傾き角θと自航要素の関係を示す特性図（第２模型） ダクト本体の傾き角θと自航要素の関係を示す特性図（第３模型） ダクト本体の傾き角θと自航要素の関係を示す特性図（第４模型） ダクト本体の傾き角θと自航要素の関係を示す特性図（第５模型） ダクト本体の傾き角θ馬力減少率の関係を示す特性図 ダクト本体の傾き角θと自航要素の関係を示す特性図 ダクト本体の傾き角θと馬力減少率の関係を示す特性図 試験で実施した部分ダクト模型を用いた自航試験の全結果を示す図 船尾用ダクトを装備した二軸船尾双胴型の船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図 他の船尾用ダクトを装備した二軸船尾双胴型の船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図
　本発明の第１実施形態による船尾用ダクトについて図を用いて説明する。
　図１は同船尾用ダクトを取り付けた状態を示す船舶の要部側面図、図２は同船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図、図３は同船舶を斜め後方から見た要部斜視図である。
　図１に示すように、本実施形態による船尾用ダクト１０は、船体１の船尾２に取り付けたプロペラ３の前方に取り付けられる。図１では、船尾用ダクト１０は、船尾管を覆う船尾２の端部に取り付けているが、船体１の船尾管に取り付けてもよい。
　図１から図３に示すように、船尾用ダクト１０は、ダクト本体１１と支持手段１２とで構成されている。ダクト本体１１は支持手段１２にて船尾２に取り付けられる。
　ダクト本体１１は、円弧状に形成され、プロペラ３の回転中心軸Ｘｐよりも上部に配置される。なお、円弧状とは、凡そ船尾用ダクト１０が円弧を成すものであり±５％程度の変形、及びダクト本体１１と支持手段１２の接合部を滑らかに繋ぐためのＲは含むものとする。
　図４は本実施形態による船尾用ダクトの斜視図、図５は同船尾用ダクトを示す説明図である。
　ダクト本体１１は、中心角（角度範囲）βが９０度から１４０度の円弧状に形成されている。ダクト本体１１をこのような中心角βの円弧状に形成することで、ダクト本体１１による全抵抗係数を増加させることなく船殻効率を改善することができる。
　ダクト本体１１の後端に形成する後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒを、前端に形成する前端円弧部１１ｆの半径Ｒｆよりも小さくしている。このように、後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒを、前端円弧部１１ｆの半径Ｒｆよりも小さくすることで、ダクト本体１１より下流でのプロペラ３に流入する平均的な流速を遅くできるとともに、ダクト本体１１の前端側でのスラスト成分を増加させて推進力を高めることができる。
　なお、後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒは、図１または図２に示すプロペラ３の半径の５０%以下２０%以上とすることが好ましい。後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒを、プロペラ３の半径の５０%以下２０%以上とすることで、ダクト本体１１のプロペラ３との干渉を大きくすることができる。後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒがプロペラ３の半径の５０%を越えて大きくなると有効伴流率が上昇し、抵抗も大きくなり好ましくない。また、プロペラ３の軸半径は一般にプロペラ３の半径の１６～１８％であるため、後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒはプロペラ３の半径の２０%以上とすることが好ましい。また、後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒを、プロペラ３の半径の５０%以下２０%以上とすることは、プロペラ３の推力を最大に生み出す半径の７０%～８０%の近傍にダクト本体１１内を通過し速くなった流れを当てることなくプロペラ３の翼根部に導き、プロペラ３面の平均流速を遅くして有効伴流率を高めることになる。
　図４に示すように、支持手段１２は、ダクト本体１１の両側に接続される支柱１２ａと、この支柱１２ａを船尾２に取り付ける取付部１２ｂとから構成される。支柱１２ａは、断面を内側に凸の翼型に形成している。このように支柱１２ａの断面を翼型とすることで、支柱１２ａにおいても翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用することができる。
　支柱１２ａは、船尾側前後幅Ｌｘよりもダクト本体側前後幅Ｌｙを大きくしている。このように、取付部１２ｂ側である船尾側前後幅Ｌｘに対してダクト本体側前後幅Ｌｙを大きくすることで、支柱の抵抗を減少させ、流れを有効に利用して推進力を高めることができる。
　なお、リング状を成す取付部１２ｂを無くして、支柱１２ａを直接、船尾管を覆う船尾２の端部、又は船体１の船尾管に取り付けてもよい。
　図５に示すように、ダクト本体１１の前後方向の断面１１ｓは、内側に凸の翼型に形成している。このように、断面１１ｓを内側に凸の翼型に形成することで、ダクト本体１１の前端側で船体１の推進方向への揚力を発生させ、推進効率を上げることができる。
　また、図５に示すように、ダクト本体１１は、ダクト本体１１の円弧の中心を結ぶ仮想中心軸Ｘｄをプロペラ３の回転中心軸Ｘｐと一致させている。仮想中心軸Ｘｄと回転中心軸Ｘｐとを一致させることで、設計や装備が容易となる。
　なお、仮想中心軸Ｘｄは、ダクト本体１１の全ての円弧面における中心に必ずしも対応している必要はない。例えば、中心部と両側部とで半径が若干異なる場合や、前端円弧部１１ｆの中心角βと後端円弧部１１ｒの中心角βが異なる場合があり、ダクト本体１１は、完全な円弧である必要はなく、略円弧状に形成されていればよい。
　図６は、第１実施形態のうちの他の実施形態による船尾用ダクトの斜視図である。
　本実施形態による船尾用ダクト１０は、支柱１２ａに代えて捻った形状とした支柱１２ｅを用い、プロペラ３に向かう流れを対向流化している。すなわち、支柱１２ｅは、プロペラ３の回転と反対方向に捻った形状としている。このように、捻った形状とした支柱１２ｅを用いて、プロペラ３に向かう流れを、プロペラ３の回転方向に対して対向流化することで、プロペラ３の推進力を高めることができる。
　なお、支柱１２ａ又は支柱１２ｅとダクト本体１１を船体１に取り付けたり、支柱１２ａ又は支柱１２ｅを用いずにダクト本体１１を直接船体１に取り付ける構造を採用することもできる。
　図７は、第１実施形態のうちの更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図である。
　図７では、ダクト本体１１の仮想中心軸Ｘｄを、プロペラ３の回転中心軸Ｘｐからずらしている。このように、仮想中心軸Ｘｄを回転中心軸Ｘｐからずらすことで、船体１や船尾２、またプロペラ３により生ずる非対称な流れに対応し、スラスト力が高められる位置に船尾用ダクト１０を設けることができる。
　図８は、第１実施形態のうちの更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図である。
　図８では、船体１を側面視した状態で、ダクト本体１１の仮想中心軸Ｘｄをプロペラ３の回転中心軸Ｘｐに対して傾けている。このように、仮想中心軸Ｘｄを回転中心軸Ｘｐに対して傾けることで、船尾２の下方に向かう流れに対応しスラスト力を高めるように船尾用ダクト１０を取り付けることができる。
　図９及び図１０は、第１実施形態のうちの更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図である。
　本実施形態による船尾用ダクト１０は、船体１を後方から前方視した状態で、プロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖに対してダクト本体１１のダクト中心線Ｙｄがプロペラ３の回転方向に傾きを有するように、ダクト本体１１を支持手段１２にて船尾２に取り付けたものである。
　図９では、船体１を後方から前方視した状態で、プロペラ３が時計回りＡの場合を示している。このように、プロペラ３が時計回りＡの場合には、右上象限にダクト本体１１を配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。
　なお、図９では、ダクト本体１１の中心角βを１２０度とし、ダクト本体１１を、プロペラ３の上下方向の中心線Ｘｖに対して対称を成す位置から、右舷側に４０度回転させて取り付けた場合を示している。図１５で示すように、全周ダクトを後ろから見て１２時の位置をθ(傾き角)＝０度とし、時計回りＡの方向をプラスとすると、プロペラ３が時計回りＡの場合には、ダクト本体１１は、θ＝マイナス３０度（左舷側に３０度）からθ＝プラス９０度（右舷側に９０度）までの範囲に傾けて、プロペラ３の上下方向の中心線Ｘｖに対してダクト本体１１が非対称を成すように船尾用ダクト１０を取り付けることで、右上象限にダクト本体１１が配置され、馬力減少率を高くすることができる。
　ここで、図９にも示すように、ダクト本体１１の中心角βが特に９０度を越える場合には、ダクト本体１１は右上象限以外の象限にも必ず位置することになるが、ダクト本体１１の一部でも右上象限に配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。この結果、船尾用ダクト１０により、馬力減少率を高め省エネ効果を向上させることができる。
　図１０では、船体１を後方から前方視した状態で、プロペラ３が反時計回りＢの場合を示している。このように、プロペラ３が反時計回りＢの場合には、左上象限にダクト本体１１を配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。
　なお、図１０では、ダクト本体１１の中心角βを９０度とし、ダクト本体１１を、プロペラ３の上下方向の中心線Ｘｖに対して対称を成す位置から、右舷側に４５度回転させて取り付けた場合を示している。プロペラ３が反時計回りＢの場合には、図１５で示すデータとプラスマイナスが逆になるため、ダクト本体１１は、θ＝マイナス３０度（右舷側に３０度）からθ＝プラス９０度（左舷側に９０度）までの範囲で傾けて、プロペラ３の上下方向の中心線Ｘｖに対してダクト本体１１が非対称を成すように船尾用ダクト１０を取り付けることで、左上象限にダクト本体１１が配置され、馬力減少率を高くすることができる。
　ここで、図１０にも示すように、ダクト本体１１の中心角βが９０度である場合でも、ダクト本体１１は左上象限以外の象限にも位置することがあるが、ダクト本体１１の一部でも左上象限に配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。
　図９および図１０で説明したように、船体１を後方から前方視した状態で、ダクト本体１１のダクト中心線Ｙｄは、プロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖに対してプロペラ３の回転方向に傾ける。そして、プロペラ３の回転方向へのダクト中心線Ｙｄの傾き角θは、プロペラ３の中心から上方のプロペラ中心線（１２時の方向）に対して、プロペラ３の回転方向にマイナス３０度からプラス９０度の範囲とする（この場合、傾き角θ＝０度も含む）。より好ましくは、プロペラ３の回転方向へのダクト中心線Ｙｄの傾き角θの角度範囲は、プロペラ３の回転方向に０度より大きく６０度以下である。
　なお、ダクト本体１１の中心角βは、９０度から１４０度の角度範囲の円弧状に形成している。また、図５に示すように、ダクト本体１１の後端に形成する後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒはプロペラ３の半径の５０%以下２０%以上としている。
　次に第１実施形態による船尾用ダクトの設計方法について以下に説明する。
　本実施形態では、パナマックスサイズ・バルクキャリア（ＰｘＢＣ）の、船尾肥大度を高くした形状の船体を用いた。
　図１１は、適用する船体について、船体要目及び３次元形状側面図を示している。
　図１２は、本実施形態による船尾用ダクトと同一半径の全周ダクトについて、ダクト要目及び３次元形状を示している。
　本実施形態による船尾用ダクト１０を設計するに当たり、まず、円弧状のダクト本体１１と同一半径の全周ダクトを設定する。
　ここでは、全周ダクトとして、所謂Ｗｅａｔｈｅｒ　Ａｄａｐｔｅｄ　Ｄｕｃｔ（ＷＡＤ）を基本形状としたダクトを用いている。
　図１２において、ＤＴ．Ｅ．はダクト後端直径、Ｄｐはプロペラ直径、Ｌｄはダクト翼断面コード長、βは翼断面が持つ開き角である。
　図１３は、使用するプロペラについて、プロペラ要目を示している。
　図１３において、Ｈ／Ｄｐはピッチ比、ａＥは展開面積比、Ｚは翼数を表わす。
　図１４は、船体に対するダクト及びプロペラの取り付け位置を示している。
　座標原点を船体の船首垂線（ＦＰ）に取り、ＦＰから船尾垂線（ＡＰ）の方向をｘ軸正、左舷から右舷の方向をｙ軸正、竜骨（ｋｅｅｌ）から甲板（ｄｅｃｋ）の方向をｚ軸正の向きとしている。また、船長を１としている（つまりｘ＝０．０がＦＰ、ｘ＝１．０がＡＰ）。
　図１４から導かれるように、ダクト後端はプロペラ前縁と約５%Ｄｐのクリアランスを持ち、ダクト中心はシャフトセンターラインに一致させている。
　次に、船型・ダクト・プロペラを設定して、全周ダクトを用いた船体の数値計算による抵抗・自航計算を行う。
　図１１から図１４に示す船型・ダクト・プロペラを用いてＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を行った。
　ＣＦＤ解析の結果、ダクト無の船型に比べ、ダクト有の船型は抵抗を増加させることが無く、船殻効率を約３．２%改善した。ダクトが付いているにも関わらず、全抵抗係数が殆ど増加しない理由は、ダクト自身が推力を出しているからであると考えられる。
　次に、抵抗・自航計算結果から全周ダクトの内表面の流体力分布を求める。
　図１５は、全周ダクトのスラスト成分および抵抗成分分布の周方向分布を示している。
　図１５において、傾き角θは、全周ダクトを後ろから見て１２時の位置を０度とし、１２時の位置から時計回り方向を正としている。また、図１５において、縦軸Ｃｔｘは、ｘ方向流体力であり、正の値（０ラインより上）では抵抗となり、負の値（０ラインより下）では、推進力となる。
　図１５に示すように、プロペラ３が作動していない時（図中点線）には、ｘ方向流体力（Ｃｔｘｌｄｕｃｔ）は、全周に渡り正の値、つまり抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）となっている。
　しかし、プロペラ３が作動すると、Ｃｔｘｌｄｕｃｔは０度＜θ＜４５度、２８８度＜θ＜３６０度付近で負の値、つまりスラスト（ｔｈｒｕｓｔ）として作用する。このスラスト成分が、プロペラ３の作動時には、ダクトを取り付けている時でも全抵抗係数を増加させない要因となっていると考えられる。
　図１６は、全周ダクトの表面上のスラスト分布と抵抗成分分布の等高線図であり、図１５に示す抵抗／スラスト成分が、ダクト表面上にどのように分布しているかを３次元的に示している。
　図１５に見られるダクトのスラスト成分は、図１６では主にダクトの前端側の上面内側で発生していることが分かる（図中、矢印で示す領域Ｚ）。
　すなわち、スラスト成分が発生する領域Ｚは、扇形の中心角をβとすると、０度＜β＜１８０度の範囲で囲まれた扇形部分となっている。スラスト自体は、ダクト側面内側付近にも発生しているが、当該部分のダクト外側にはこのスラストよりも大きな抵抗が働いていることから、ダクトコード方向に積分した全体の流体力としては図１５に示す傾き角θが９０度付近に示すように、抵抗となっている。
　このように、抵抗・自航計算結果から全周ダクトの内表面の流体力分布を求めた後に、流体力分布に基づいて全周ダクトから円弧状のダクト本体１１の形状を決定する。ここで、流体力分布は、スラスト分布と抵抗成分分布である。
　流体力分布に基づいて全周ダクトから円弧状のダクト本体１１の形状を決定するに当っては、スラスト分布と抵抗成分分布の等高線図（図１６）及び／又は周方向分布図（図１５）を用いることで、ダクト本体１１の形状の切り出しを容易に行うことができる。
　また、全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を求めてもよい。この流速・流向分布を求めることにより有効伴流率を考慮した設計が可能となる。なお、この流速・流向分布や内表面の流体力分布は単独で用いての設計も、双方を用いての設計も可能であるが、双方を用いた方がより詳細な設計が実現可能となる。
　ダクト本体１１の形状と傾き角θは、９０度から１４０度の角度範囲の小型ダクトにおけるダクト設置角に対する省エネ率に基づいて決定することで、ダクト本体１１の形状の切り出しを容易に行うことができる。
　なお、支持手段１２の取り付け数を設定するステップを備え、設定した支持手段１２の条件を用いて船体１の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップを実行することで、指示手段１２の影響を考慮した設計ができる。
　次に、ダクト本体１１の形状の切り出し範囲について説明する。
　図１７は、図１５に示すデータを基に、扇形の中心角（角度範囲）βを、β＝１８０度、β＝１４０度、β＝１２０度とした時のスラスト比を示している。
　また、図１８は、中心角(角度範囲) βについての有効なスラストの得られるダクト形状の切り出し範囲を示している。
　扇形の中心角βは、図１５に示すデータを用いてβ＝１８０度とした時のスラストを１とする場合、β＝１４０度とした時ではスラスト比が１．１０、β＝１２０度とした時では１．３９となる。
　すなわち、β＝１８０度に比べ、β＝１４０度、β＝１２０度の時、スラストはそれぞれ約１０%、４０%増加する。
　従って、扇形の中心角（角度範囲）βは、図１８中に（ａ）の範囲で示すように１８０度を上限として、９０度から１８０度の円弧状に形成することもできるが、扇形の中心角（角度範囲）βは、図１８中に（ｂ）の範囲で示すように１４０度を上限として、９０度から１４０度の円弧状に形成することがより好ましく、図１８中に（ｃ）の範囲で示すように、９０度から１２０度の円弧状に形成することが最も好ましい。
　また、スラスト成分および抵抗成分に注目すると、前述のようにｘ方向流体力が負の値となり推進力となる範囲は、０度＜θ＜４５度、２８８度＜θ＜３６０度付近であり、これらの中心位置は３４６．５度付近にあり、扇形の中心角βを２分する中心線は象限で表現すると左上象限に存在していることになる。従って、ダクト本体１１は少なくとも左上象限に存在することが好ましく、ダクト本体１１の主要部が左上象限に存在することがより好ましい。またこの場合、結果的にプロペラ３の上下方向の中心線Ｘｖに対してダクト本体１１が非対称を成すよう配置されることになる。
　なお、ｘ方向流体力が負の値となり推進力となる範囲は、前述のプロペラ３の回転方向のほか、船体１や船尾２の構造、プロペラ３の特性により変わってくる。
　一方、ダクトは、ダクト後方の流れを減速させることによって、プロペラ３は軸方向のゲインを得ることができる。
　図１９は、ダクトの減速効果を示す図である。
　図１９（ａ）はダクト無、図１９（ｂ）はダクト有を示している。
　図１９（ｂ）において、矢印Ｙで示す領域が、ダクトの減速効果が見られる領域であり、ダクトを後ろから見て１２時の位置を中心とし、左右舷にそれぞれ約６０度程度の領域で得られていることが分かる。
　以上より、ダクトがスラストを出す領域及び減速効果を生む領域は、概ね一致しており、ダクトを後ろから見て１２時の位置を中心とし、中心角βが約１２０度の扇形で囲まれた領域であることが分かる。
　従って、図１９に示すダクトの減速効果からも、約１２０度の近接領域を含め９０度から１４０度の領域にダクト本体１１を臨ませることが好ましく、９０度から１２０度の領域に臨ませることがより好ましい。
　なお、コスト面や装備の容易化の面から、プロペラ３の回転中心軸よりも上部の特に推進方向成分（スラスト成分）が大きく得られる位置に、角度範囲βの小さい９０度から１４０度のダクト本体１１を臨ませる場合には、このダクトの減速効果からいっても好ましい配置となる。
　以上のように、本実施形態による船尾用ダクト１０の設計方法は、船尾用ダクト１０を設計するに当たり、円弧状のダクト本体１１と同一半径の全周ダクトを設定するステップと、全周ダクトを用いた船体１の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップと、抵抗・自航計算結果から全周ダクトの内表面の流体力分布及び／又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を求めるステップと、流体力分布及び／又は全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布に基づいて全周ダクトから円弧状のダクト本体１１の形状を決定するステップとで行うことで、全周ダクトにおける従来の設計方法を基にして、円弧状のダクト本体１１を設計できる。
　次に、設計した円弧状のダクト本体１１を、プロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖに対して非対称に設けることによる効果を説明する。なお、船尾用ダクト１０は、船体１を後方から前方視した状態で、プロペラ３の中心から上方のプロペラ中心線Ｘｖに対して、ダクト本体１１のダクト中心線Ｙｄがプロペラ３の回転方向に傾き角θを有することで、プロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖに対してダクト本体１１を非対称に設けることができる。
　図２０はダクト本体の傾き角と自航要素の関係を示す特性図、図２１はダクト本体の傾き角と馬力減少率の関係を示す特性図である。
　図２０及び図２１において、角度０は、船体１を後方から前方視した状態でプロペラ３の上下方向の中心線Ｘｖに対してダクト本体１１を対称に設けた場合であり、プラスの傾き角は右舷側に傾け、マイナスの傾き角は左舷側に傾けている。プロペラ３は時計回りＡに回している。また、縦軸は、ダクト無を基準としている。
　図２０では、自航要素として、推力減少率（１－ｔ）、有効伴流率（１－ｗ）、推進器効率比（ｅｔａＲ）を示している。
　図２０及び図２１において、好ましい傾き角θの位置を円で示している。
　図２０及び図２１に示すように、プロペラ３が時計回りＡの場合には、ダクト本体１１は、マイナス３０度（左舷側に３０度）からプラス９０度（右舷側に９０度）までの範囲で傾けて、プロペラ３の上下方向の中心線Ｘｖに対してダクト本体１１が非対称を成すように船尾用ダクト１０を取り付けることで、馬力減少率を高くすることができる。なお、プロペラ３が反時計回りＢの場合には、ダクト本体１１は、右舷側に３０度から左舷側に９０度までの範囲で傾けて、プロペラ３の上下方向の中心線Ｘｖに対してダクト本体１１が非対称を成すように船尾用ダクト１０を取り付けることで、馬力減少率を高くすることができる。先に設計したプロペラ本体１１の扇形の中心角βが、９０度から１４０度、あるいは９０度から１２０度であっても、プロペラ３の回転方向へのダクト中心線Ｙｄの傾き角をプロペラ中心線Ｘｖに対して、プロペラ３の回転方向に０度より大きく６０度以下の角度範囲とすることにより、図２１における馬力減少率の1つのピーク、あるいは２つのピークをカバーし、ダクト本体１１や支柱１２ａを馬力減少率の高い領域に臨ませることができる。
　なお、図２０、図２１のデータを取得した船体要目やプロペラ要目等は、図１５の数値計算結果を得たときの図１１の船体要目や図１３のプロペラ要目とは異なっている。
　図２２及び図２３は、船尾用ダクトを装備した二軸船尾双胴型の船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図である。
　図２２及び図２３において、船体１には、右舷側スケグの船尾管２Ｒには右舷側プロペラ３Ｒ、左舷側スケグの船尾管２Ｌには左舷側プロペラ３Ｌを設けている。
　図２２では、右舷側プロペラ３Ｒは反時計回りＢ、左舷側プロペラ３Ｌは時計回りＡであり、内回りの回転であることを示している。
　このように内回りの回転による二軸船尾双胴型の船舶にあっては、右舷側プロペラ３Ｒに対応する右舷側船尾用ダクト１０Ｒは左上象限にダクト本体１１Ｒを配置し、左舷側プロペラ３Ｌに対応する左舷側船尾用ダクト１０Ｌは右上象限にダクト本体１１Ｌを配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。
　図２３では、右舷側プロペラ３Ｒは時計回りＡ、左舷側プロペラ３Ｌは反時計回りＢであり、外回りの回転であることを示している。
　このように外回りの回転による二軸船尾双胴型の船舶にあっては、右舷側プロペラ３Ｒに対応する右舷側船尾用ダクト１０Ｒは右上象限にダクト本体１１Ｒを配置し、左舷側プロペラ３Ｌに対応する左舷側船尾用ダクト１０Ｌは左上象限にダクト本体１１Ｌを配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。
　このように、本実施形態による船尾用ダクト１０は、二軸船尾双胴型の船体１にも適用でき、ダクト本体１１に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い二軸船尾双胴型の船舶を提供できる。
　また、本実施形態による船尾用ダクト１０は、既存の船体１に対して後付けで取り付けることができる。この場合、既存の船体１に対しても抵抗の低減と、省エネ効果の向上を適用できる。
　次に、本発明の第２実施形態による船尾用ダクトについて図を用いて説明する。
　図２４は、同船尾用ダクトを取り付けた状態を示す船舶の要部側面図、図２５は、同船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図、図２６は、同船舶を斜め後方から見た要部斜視図である。
　図２４に示すように、本実施形態による船尾用ダクト１０は、船体１の船尾２に取り付けたプロペラ３の前方に取り付けられる。図２４では、船尾用ダクト１０は、船尾管を覆う船尾２の端部に取り付けているが、船体１の船尾管に取り付けてもよい。
　図２５及び図２６に示すように、船尾用ダクト１０は、ダクト本体１１と支持手段１２とで構成されている。ダクト本体１１は支持手段１２にて船尾２に取り付けられる。
　ダクト本体１１のダクト中心線Ｙｄが、船体１を後方から前方視した状態で、プロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖに対してプロペラ３の回転方向に傾きを有するように、ダクト本体１１は支持手段１２にて船尾２に取り付けられている。
　図２７は本実施形態による船尾用ダクトの斜視図である。
　ダクト本体１１は、中心角（角度範囲）βが１８０度から２７０度の円弧状、より好ましくは２２５度から２５５度の円弧状に形成されている。ダクト本体１１をこのような中心角βの円弧状に形成することで、ダクト本体１１による全抵抗係数を増加させることなく船殻効率を改善することができる。なお、円弧状とは、凡そ船尾用ダクト１０が円弧を成すものであり±５％程度の変形、及びダクト本体１１と支持手段１２の接合部を滑らかに繋ぐためのＲは含むものとする。
　ダクト本体１１の後端に形成する後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒを、前端に形成する前端円弧部１１ｆの半径Ｒｆよりも小さくしている。このように、後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒを、前端円弧部１１ｆの半径Ｒｆよりも小さくすることで、ダクト本体１１より下流でのプロペラ３に流入する平均的な流速を遅くできるとともに、ダクト本体１１の前端側でのスラスト成分を増加させて推進力を高めることができる。
　なお、後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒは、図２４または図２５に示すプロペラ３の半径の５０%以下２０%以上とすることが好ましい。後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒを、プロペラ３の半径の５０%以下２０%以上とすることで、ダクト本体１１のプロペラ３との干渉を大きくすることができる。後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒがプロペラ３の半径の５０%を越えて大きくなると有効伴流率が上昇し、抵抗も大きくなり好ましくない。また、プロペラ３の軸半径は一般にプロペラ３の半径の１６～１８％であるため、後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒはプロペラ３の半径の２０%以上とすることが好ましい。また、後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒを、プロペラ３の半径の５０%以下２０%以上とすることは、プロペラ３の推力を最大に生み出す半径の７０%～８０%の近傍にダクト本体１１内を通過し速くなった流れを当てることなくプロペラ３の翼根部に導き、プロペラ３面の平均流速を遅くして有効伴流率を高めることになる。
　支持手段１２は、ダクト本体１１の両側に接続される支柱１２ａと、この支柱１２ａを船尾２に取り付ける取付部１２ｂとから構成される。支柱１２ａは、断面を内側に凸の翼型に形成している。このように支柱１２ａの断面を翼型とすることで、支柱１２ａにおいても翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用することができる。
　支柱１２ａは、船尾側前後幅Ｌｘよりもダクト本体側前後幅Ｌｙを大きくしている。このように、取付部１２ｂ側である船尾側前後幅Ｌｘに対してダクト本体側前後幅Ｌｙを大きくすることで、支柱の抵抗を減少させ、流れを有効に利用して推進力を高めることができる。
　なお、リング状を成す取付部１２ｂを無くして、支柱１２ａを直接、船尾管を覆う船尾２の端部、又は船体１の船尾管に取り付けてもよい。
　図２８は、第２実施形態のうちの他の実施形態による船尾用ダクトの正面図である。
　図２８に示すように、支持手段１２は、ダクト本体１１の両側に接続される一対の支柱１２ａ以外に、支柱１２ｃを設けてもよい。
　図２８では、支柱１２ｃをダクト中心線Ｙｄに沿って設けた場合を示している。支柱１２ｃは、ダクト中心線Ｙｄから６０度以内の角度範囲、より好ましくはダクト中心線Ｙｄから３０度以内の角度範囲に設ける。このように支柱１２ｃを設けても、船体１の抵抗を増加させることなく、ダクト本体１１の強度、及びダクト本体１１の船尾２の端部や船尾管への取り付け強度を高めることができる。
　図２９は、図２４から図２７又は図２８に示す船尾用ダクトの側面断面図である。
　図２９に示すように、ダクト本体１１の前後方向の断面１１ｓは、内側に凸の翼型に形成している。このように、断面１１ｓを内側に凸の翼型に形成することで、ダクト本体１１の前端側で船体１の推進方向への揚力を発生させ、推進効率を上げることができる。
　また、図２９に示すように、ダクト本体１１は、ダクト本体１１の円弧の中心を結ぶ仮想中心軸Ｘｄをプロペラ３の回転中心軸Ｘｐと一致させている。仮想中心軸Ｘｄと回転中心軸Ｘｐとを一致させることで、設計や装備が容易となる。
　なお、仮想中心軸Ｘｄは、ダクト本体１１の全ての円弧面における中心に必ずしも対応している必要はない。例えば、中心部と両側部とで半径が若干異なる場合や、前端円弧部１１ｆの中心角βと後端円弧部１１ｒの中心角βが異なる場合があり、ダクト本体１１は、完全な円弧である必要はなく、略円弧状に形成されていればよい。
　図３０は、第２実施形態のうちの更に他の実施形態による船尾用ダクトの斜視図である。
　本実施形態による船尾用ダクト１０は、支柱１２ａに代えて捻った形状とした支柱１２ｅを用い、プロペラ３に向かう流れを対向流化している。すなわち、支柱１２ｅは、プロペラ３の回転と反対方向に捻った形状としている。このように、捻った形状とした支柱１２ｅを用いて、プロペラ３に向かう流れを、プロペラ３の回転方向に対して対向流化することで、プロペラ３の推進力を高めることができる。
　なお、支柱１２ａ又は支柱１２ｅとダクト本体１１を船体１に取り付けたり、支柱１２ａ又は支柱１２ｅを用いずにダクト本体１１を直接船体１に取り付ける構造を採用することもできる。
　図３１は、第２実施形態のうちの更に他の実施形態による船尾用ダクトの側面断面図である。
　図３１では、ダクト本体１１の仮想中心軸Ｘｄを、プロペラ３の回転中心軸Ｘｐからずらしている。このように、仮想中心軸Ｘｄを回転中心軸Ｘｐからずらすことで、船体１や船尾２、またプロペラ３により生ずる非対称な流れに対応し、スラスト力が高められる位置に船尾用ダクト１０を設けることができる。
　図３２は、第２実施形態のうちの更に他の実施形態による船尾用ダクトの側面断面図である。
　図３２では、船体１を側面視した状態で、ダクト本体１１の仮想中心軸Ｘｄをプロペラ３の回転中心軸Ｘｐに対して傾けている。このように、仮想中心軸Ｘｄを回転中心軸Ｘｐに対して傾けることで、船尾２の下方に向かう流れに対応しスラスト力を高めるように船尾用ダクト１０を取り付けることができる。
　図３３は、第２実施形態のうちの更に他の実施形態による船尾用ダクトを示す説明図である。
　図３３では、船体１を後方から前方視した状態で、プロペラ３が反時計回りＢの場合を示している。
　本実施形態による船尾用ダクト１０は、ダクト本体１１の中心角βを２１０度とし、傾き角θを６０度として取り付けた場合を示している。
　次に、ダクト本体１１の周方向の各部分が、船尾流れとの関係によって自航要素に与える影響について、試験結果に基づいて説明する。
　本試験では、中心角βを１２０度としたダクト本体１１を部分ダクト模型として用い、周方向位置（ダクト設置角θ）を変更して自航試験を行い、部分ダクト模型の周方向部分と自航要素の関係について調査した。
　また、本試験では、肥大船の模型船に、部分ダクト模型を設置し、部分ダクト模型の設置角（本実施形態における傾き角θ）を変化させて、自航試験を行い、部分ダクト模型の設置角と自航要素との関係を調査した。
　図３４は、試験に使用した肥大船模型とプロペラ模型の要目、図３５は、部分ダクト模型の模式図である。
　なお、部分ダクト模型においては、本実施形態における支柱１２ａをフィンと称して説明する。また、本実施形態における取付部１２ｂをリング状部材として模型船の船尾管にかぶせて設置し、自航試験の際には、リング状の部分を回転させることで設置角θを変化させた。
　ダクト設置角θは、船尾側からみて、直上を０度とし、右回り（時計回り）に角度を進めた。よって１２時位置が、０度、３時位置が９０度、６時位置が１８０度、９時位置が２７０度である。
　図３６は、試験を行ったダクト模型の要目を表すパラメータ、図３７は、試験を行ったダクト模型の要目を示す。
　ここでＤｄｉはプロペラ直径に対するダクト入口の直径比、Ｄｄｏはプロペラ直径に対するダクト出口の直径比であり、Ｄｄｉ５３８は、プロペラ直径に対するダクト入口の直径比が５３．８％、Ｄｄｏ４９３は、プロペラ直径に対するダクト出口の直径比が４９．３％であることを示している。α５は、部分ダクト模型の開き角度が５度、β１２０は、中心角が１２０度のダクトであることを示している。
　ダクト入口でのダクト直径を一定として、ダクトの開き角αを変化させた。部分ダクト模型に関しては、ダクト長さＬｄをプロペラ直径Ｄｐの２５．５%に固定し、開き角αを５度から１４度まで、３度間隔で変化させた。また部分ダクト模型の試験結果を参考に、中心角が２１０度となるダクトについても試験を実施した。さらにダクトを船体１に固定するためのフィンも自航要素に影響を与えていると考え、ダクト部分を除去したフィン単体の試験も実施した。
　試験は海上技術安全研究所の三鷹第二試験水槽で実施し、試験速力は、フルード数０．１８に対応する速力とした。部分ダクト模型の水槽試験では、プロペラ荷重度の変化による推力減少率（１－ｔ）への影響が出やすいため、プロペラ荷重度を変化させて試験を行い、ロードファクターが１となるところの自航要素を内挿により求めることで、プロペラ荷重度の影響を排除した。
　各々の部分ダクト模型とフィンについて、自航試験の結果から得られた自航要素と設置角の関係を図３８から図４２に示す。
　図３８から図４２は、ダクト本体のダクト設置角と自航要素の関係を示す特性図であり、図３８は第１模型（α５Ｄｄｉ５３８Ｄｄｏ４９３Ｌｄ２５５β１２０）、図３９は第２模型（α８Ｄｄｉ５３８Ｄｄｏ４６６Ｌｄ２５５β１２０）、図４０は第３模型（α１１Ｄｄｉ５３８Ｄｄｏ４３９Ｌｄ２５５β１２０）、図４１は第４模型（α１４Ｄｄｉ５３８Ｄｄｏ４１１Ｌｄ２５５β１２０）、図４２は第５模型（Ｆｉｎ）における特性図である。
　自航要素として、推力減少率（１－ｔ）、有効伴流率（１－ｗＴＭ）、推進器効率比（ηＲ）を示している。
　図３８から図４２において、ダクト設置角θ＝０度は、船体１を後方から前方視した状態でプロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖとダクト中心線Ｙｄとを一致させて設けた場合であり、プラスの設置角θは右舷側に傾け、マイナスの設置角θは左舷側に傾けている。プロペラ３は時計回りＡに回している。また、縦軸は、ダクト無を基準としている。
　何れの開き角αの部分ダクト模型においても、設置角０度で１－ｔが最大となり、設置角９０度で１－ｗＴＭが最小となり、ηＲが最大となる。自航要素の良否という観点からすると、１－ｔと他の二つの自航要素１－ｗＴＭとηＲは、逆相関となっており、フィン単体の場合も同様である。これら自航試験により得られた自航要素を用いて馬力推定を行い、各部分ダクト模型およびフィン単体の各設置角θでの馬力減少率を計算した。
　計算した馬力減少率を図４３に示す。開き角αが５度の時は、設置角０度での馬力減少率が最も大きく、設置角１８０度、設置角２７０度では、ほとんど馬力低減効果が無くなっている。その他の開き角αの１／３ダクトでは、設置角９０度の場合が最も良好な馬力減少率を示しており、設置角０度がそれに続くが、設置角１８０度においても、１～２%程度の低減率が示されている。やはり設置角２７０度においては、馬力減少率は、ほとんどない。またフィンのみでも設置角０度、９０度、１８０度については、２%程度の馬力低減効果が現れているが、設置角２７０度では、ほとんど馬力低減効果がない。
　ダクト設置角の影響をより詳細に調査するため、馬力減少率の高い設置角０度付近から設置角９０度付近までにかけて、設置角の変更幅を小さくして自航試験を行った。
　図４４は、ダクト本体の傾き角（ダクト設置角）と自航要素の関係を示し、図４５は、ダクト設置角と馬力減少率の関係を示す。
　図４４及び図４５において、ダクト設置角θ＝０度は、船体１を後方から前方視した状態でプロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖとダクト中心線Ｙｄとを一致させて設けた場合であり、プラスの設置角θは右舷側に傾け、マイナスの設置角θは左舷側に傾けている。プロペラ３は時計回りＡに回している。また、縦軸は、ダクト無を基準としている。
　１－ｔは、設置角０度で最大となり、設置角７５度で最小となる。また１－ｗＴＭは、設置角７５度で最小となり、設置角２７０度で最大となる。ηＲは、設置角７５度で最大となり、設置角－１５度で最小となっている。馬力減少率が良好な設置角は０度と９０度のふたつのこぶになっており、設置角０度の場合は１－ｔの設置角９０度の場合は１－ｗＴＭとηＲの良化によることが判る。
　図４４及び図４５において、好ましい設置角の位置を円で示している。
　部分ダクト模型（中心角βが１２０度）の試験結果を見ると、設置角０度と設置角９０度の馬力低減効果が高い。設置角１８０度では、フィン単独よりも馬力低減効果が小さくなっている。設置角２７０度では、馬力低減効果が極めて低い。そこで、ダクト設置角０度と９０度の部分ダクト模型を組み合わせ、中心角βを２１０度とした部分ダクト模型であれば、効果が大きいと考え、自航試験を実施することした。
　部分ダクト模型（中心角βが１２０度）での試験結果から、開き角１１度の時が、設置角０度で馬力減少率３．３%、設置角９０度で馬力減少率３．４%と総合的に馬力低減効果が高かったことから、この開き角１１度の２１０度ダクトを対象に自航試験を実施した。開き角１１度の２１０度ダクトの模式図は、図２７に示す通りである。
　自航試験の結果、各自航要素は、設置角０度と９０度の部分ダクト模型の中間的な値となり、馬力減少率は３．９％と両者よりも大きくなった。
　図４６は、本試験で実施した部分ダクト模型を用いた自航試験の全結果を示す。
　部分ダクト模型を用いて、自航試験を行った結果、以下のことが判った。
　右回りプロペラ３の場合、部分ダクト模型が後方からみて０度（１２時）の位置にある時、１－ｔは最も大きくなる。一方、１－ｗＴＭも最も大きくなり、ηＲは最も小さくなる。部分ダクト模型が後方から見て90度（３時）の位置にある時、１－ｔは最も小さくなり、１－ｗＴＭも最も小さくなり、ηＲは最も大きくなる。つまり自航要素の良否という観点からすると、１－ｔと他の二つの自航要素１－ｗＴＭとηＲは、逆相関となっている。これらの現象が総合されて、０度（１２時）位置あるいは90度（３時）位置の省エネ効果が高くなっており、これら両位置を組み合わせた２１０度ダクトの省エネ効果も高くなった。なお、２１０度ダクトでは馬力減少率は３．９％であったが、同一条件で角度範囲だけを３６０度とした全周ダクトの場合、馬力減少率は３．５％となり、全周ダクトよりも２１０度ダクトの方が馬力減少率は大きいことが確認できた。
　以上の結果より、ダクト本体１１を１８０度から２７０度の角度範囲の円弧状に形成し、プロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖに対してダクト本体１１のダクト中心線Ｙｄがプロペラ３の回転方向に、３０度以上６０度以下の角度範囲で設置角θを有することで、図４５における馬力減少率の２つのピークを確実にカバーし、馬力減少率の高い領域にダクト本体１１や支持手段１２を臨ませることができるため、省エネ効果の高い船尾用ダクト１０を提供することができる。
　より好ましくは角度範囲を２２５度から２５５度の円弧状に形成することにより、船体１の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することができる。
　また、ダクト本体１１の後端に形成する後端円弧部１１ｒの半径Ｒｒをプロペラ３の半径の５０％以下２０％以上とすることが好ましい。
　次に本実施形態による船尾用ダクトの設計方法について以下に説明する。
　第１実施形態の説明でも用いた図１１は、適用する船体について、船体要目及び３次元形状側面図であり、図１２は、本実施形態による船尾用ダクトと同一半径の全周ダクトについて、ダクト要目及び３次元形状を示す。
　本実施形態では、パナマックスサイズ・バルクキャリア（ＰｘＢＣ）の、船尾肥大度を高くした形状の船体を用いた。
　本実施形態による船尾用ダクト１０を設計するに当たり、まず、円弧状のダクト本体１１と同一半径の全周ダクトを設定する。
　ここでは、全周ダクトとして、所謂Ｗｅａｔｈｅｒ　Ａｄａｐｔｅｄ　Ｄｕｃｔ（ＷＡＤ）を基本形状としたダクトを用いている。
　図１２において、ＤT.E．はダクト後端直径、Ｄｐはプロペラ直径、Ｌｄはダクト翼断面コード長、αは翼断面が持つ開き角である。
　第１実施形態の説明でも用いた図１３は、使用するプロペラについてのプロペラ要目を示す。
　図１３において、Ｈ／Ｄｐはピッチ比、ａＥは展開面積比、Ｚは翼数を表わす。
　第１実施形態の説明でも用いた図１４は、船体に対するダクト及びプロペラの取り付け位置を示す。
　座標原点を船体１の船首垂線（ＦＰ）に取り、ＦＰから船尾垂線（ＡＰ）の方向をｘ軸正、左舷から右舷の方向をｙ軸正、竜骨（ｋｅｅｌ）から甲板（ｄｅｃｋ）の方向をｚ軸正の向きとしている。また、船長を１としている（つまりｘ＝０．０がＦＰ、ｘ＝１．０がＡＰ）。
　図１４から導かれるように、ダクト後端はプロペラ前縁と約５%Ｄｐのクリアランスを持ち、ダクト中心はシャフトセンターラインに一致させている。
　次に、船型・ダクト・プロペラを設定して、全周ダクトを用いた船体の数値計算による抵抗・自航計算を行う。
　図１１から図１４に示す船型・ダクト・プロペラを用いてＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を行った。
　ＣＦＤ解析の結果、ダクト無の船型に比べ、ダクト有の船型は抵抗を増加させることが無く、船殻効率を約３．２%改善した。ダクトが付いているにも関わらず、全抵抗係数が殆ど増加しない理由は、ダクト自身が推力を出しているからであると考えられる。
　次に、抵抗・自航計算結果から全周ダクトの内表面の流体力分布を求める。
　第１実施形態の説明でも用いた図１５は、全周ダクトのスラスト成分および抵抗成分分布の周方向分布を示す。
　図１５において、傾き角θは、全周ダクトを後ろから見て１２時の位置を０度とし、１２時の位置から時計回り方向を正としている。また、図１５において、縦軸Ｃｔｘは、ｘ方向流体力であり、正の値（０ラインより上）では抵抗となり、負の値（０ラインより下）では、推進力となる。
　図１５に示すように、プロペラ３が作動していない時（図中点線）には、ｘ方向流体力（Ｃｔｘｌｄｕｃｔ）は、全周に渡り正の値、つまり抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）となっている。
　しかし、プロペラ３が作動すると、Ｃｔｘｌｄｕｃｔは０度＜θ＜４５度、２８８度＜θ＜３６０度付近で負の値、つまりスラスト（ｔｈｒｕｓｔ）として作用する。このスラスト成分が、プロペラ３の作動時には、ダクトを取り付けている時でも全抵抗係数を増加させない要因となっていると考えられる。
　第１実施形態の説明でも用いた図１６は、全周ダクトの表面上のスラスト分布と抵抗成分分布の等高線図であり、図１５に示す抵抗／スラスト成分が、ダクト表面上にどのように分布しているかを３次元的に示す。
　図１５に見られるダクトのスラスト成分は、図１６では主にダクトの前端側の上面内側で発生していることが分かる（図中、矢印で示す領域Ｚ）。
　すなわち、スラスト成分が発生する領域Ｚは、扇形の中心角をβとすると、０度＜β＜１８０度の角度範囲で囲まれた扇形部分となっている。スラスト自体は、ダクト側面内側付近にも発生しているが、当該部分のダクト外側にはこのスラストよりも大きな抵抗が働いていることから、ダクトコード方向に積分した全体の流体力としては図１５に示す傾き角θが９０度付近に示すように、抵抗となっている。
　このように、抵抗・自航計算結果から全周ダクトの内表面の流体力分布を求めた後に、流体力分布に基づいて全周ダクトから円弧状のダクト本体１１の形状を決定する。ここで、流体力分布は、スラスト分布と抵抗成分分布である。
　また、全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を求めてもよい。この流速・流向分布を求めることにより有効伴流率を考慮した設計が可能となる。なお、この流速・流向分布や内表面の流体力分布は単独で用いての設計も、双方を用いての設計も可能であるが、双方を用いた方がより詳細な設計が実現可能となる。
　なお、支持手段１２の取り付け数を設定するステップを備え、設定した支持手段１２の条件を用いて船体１の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップを実行することで、支持手段１２の影響を考慮した設計ができる。
　図４７及び図４８は、船尾用ダクトを装備した二軸船尾双胴型の船舶を後方から前方視した状態を示す要部正面図である。
　図４７及び図４８において、船体１には、右舷側スケグの船尾管２Ｒには右舷側プロペラ３Ｒ、左舷側スケグの船尾管２Ｌには左舷側プロペラ３Ｌを設けている。
　図４７では、右舷側プロペラ３Ｒは反時計回りＢ、左舷側プロペラ３Ｌは時計回りＡであり、内回りの回転であることを示している。
　このように内回りの回転による二軸船尾双胴型の船舶にあっては、右舷側プロペラ３Ｒに対応する右舷側船尾用ダクト１０Ｒは左上象限にダクト本体１１Ｒを傾けて配置し、左舷側プロペラ３Ｌに対応する左舷側船尾用ダクト１０Ｌは右上象限にダクト本体１１Ｌを傾けて配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。
　図４８では、右舷側プロペラ３Ｒは時計回りＡ、左舷側プロペラ３Ｌは反時計回りＢであり、外回りの回転であることを示している。
　このように外回りの回転による二軸船尾双胴型の船舶にあっては、右舷側プロペラ３Ｒに対応する右舷側船尾用ダクト１０Ｒは右上象限にダクト本体１１Ｒを傾けて配置し、左舷側プロペラ３Ｌに対応する左舷側船尾用ダクト１０Ｌは左上象限にダクト本体１１Ｌを傾けて配置することで、推力減少率又は推進器効率比を高め、有効伴流率を小さくすることができる。
　このように、本実施形態による船尾用ダクト１０は、二軸船尾双胴型の船体１にも適用でき、ダクト本体１１に加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い二軸船尾双胴型の船舶を提供できる。
　なお、二軸船尾双胴型の船舶、一軸型船舶の場合を含めて、船尾流を有効に利用しプロペラの推進効率を高めるために、プロペラの推進軸を左右に設けたスケグや船尾の中心から位置をずらしていわゆるオフセットを設ける場合があるが、このような場合に船尾用ダクトも位置ずらす、また位置はずらさないどちらの選択も可能である。
　また、本実施形態による船尾用ダクト１０は、既存の船体１に対して後付けで取り付けることができる。従って、既存の船舶においても本実施形態による船尾用ダクト１０による抵抗の低減と、省エネ効果の向上を活用できる。
　以上の各実施形態では、船尾用ダクト１０として説明したが、試験結果で示したように、ダクト本体１１を設けずに、ダクト本体１１の両端を支える一対の支柱１２ａだけでも、船体１の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することで省エネ効果がある。
　すなわち、他の実施形態としての船尾用付加物は、円弧状の仮想ダクト本体を支持する一対の支柱１２ａを、一対の支柱１２ａの間の角度が１８０度から２７０度の角度範囲となるように船尾２に取り付け、船体１を後方から前方視した状態でプロペラ３の上下方向のプロペラ中心線Ｘｖに対して一対の支柱１２ａの支柱中心線がプロペラ３の回転方向に傾き角θを有する。
　なお、仮想後端円弧部の半径は、図２４または図２５に示すプロペラ３の半径の５０%以下２０%以上とすることが好ましい。仮想後端円弧部の半径を、プロペラ３の半径の５０%以下２０%以上とすることで、仮想ダクト本体のプロペラ３との干渉を大きくすることができる。仮想後端円弧部の半径がプロペラ３の半径の５０%を越えて大きくなると有効伴流率が上昇する。また、プロペラ３の軸半径は一般にプロペラ３の半径の１６～１８％であるため、仮想後端円弧部の半径はプロペラ３の半径の２０%以上とすることが好ましい。
　本実施形態による船尾用付加物は、プロペラ３の回転方向への支柱中心線の傾き角θを３０度以上６０度以下の角度範囲とすることで、図４５における馬力減少率の２つのピークの存在する馬力減少率の高い領域に一対の支柱１２ａを臨ませることができるため、省エネ効果の高い船尾用付加物を提供することができる。また、プロペラ３の回転中心軸Ｘｐよりも上部の特に推進方向成分（スラスト成分）が大きく得られる位置に、角度範囲の小さい一対の支柱１２ａを臨ませることができる。
　また、本実施形態による船尾用付加物は、一対の支柱１２ａの仮想中心軸Ｘｄをプロペラ３の回転中心軸Ｘｐと一致させた場合には、設計や装備が容易である。
　また、本実施形態による船尾用付加物は、一対の支柱１２ａの仮想中心軸Ｘｄをプロペラ３の回転中心軸Ｘｐからずらした場合には、例えば一対の支柱１２ａを、船体１やプロペラ３により生ずる非対称な流れに対応しスラスト力が高められる位置にずらすことができる。
　また、本実施形態による船尾用付加物は、船体１を側面視した状態で、一対の支柱１２ａの仮想中心軸Ｘｄをプロペラ３の回転中心軸Ｘｐに対して傾けた場合には、一対の支柱１２ａを、スラスト力を高めるように取り付けることができる。
　また、本実施形態による船尾用付加物は、支柱１２ａの断面を、内側に凸の翼型に形成した場合には、翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用することができる。
　また、本実施形態による船尾用付加物は、捻った形状の支柱１２ｅとし、プロペラ３に向かう流れを、プロペラ３の回転方向に対して対向流化した場合には、推進力を高めることができる。
　また、本実施形態による船尾用付加物は、支柱１２ａを、船尾側前後幅Ｌｘよりも仮想ダクト本体側前後幅Ｌｙを大きくした場合には、支柱１２ａの抵抗を減少させて推進力を高めることができる。
　また、本発明の船尾用付加物を有した船舶によれば、支柱１２ａに加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い船舶を提供できる。
　また、船体１が二軸船尾双胴型の船体である場合には、支柱１２ａに加わる抵抗を低減し、省エネ効果の高い二軸船尾双胴型の船舶を提供できる。
　また、船体１が既存の船体であり、支柱１２ａを船体１に後付けした場合には、既存の船体に対しても抵抗の低減と、省エネ効果の向上を適用できる。
　本発明は、特に低速肥大船を含めた一般の船舶の船尾に装着する船尾用ダクトに適用でき、ダクト本体を付加しても、船体の抵抗を増加させることなく船殻効率を改善することで省エネ効果がある。
　１　船体
　２　船尾
　３　プロペラ
　１０　船尾用ダクト
　１１　ダクト本体
　１１s　断面
　１２　支持手段
　Ｘｐ　回転中心軸
　Ｘｖ　上下方向の中心線
　β　　中心角(角度範囲)

Claims (21)

  1. 　船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用ダクトにおいて、
    ダクト本体を９０度から１４０度の角度範囲の円弧状に形成し、
    前記ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径を前記プロペラの半径の５０%以下２０%以上とし、
    前記船体を後方から前方視した状態で、前記プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対して前記ダクト本体のダクト中心線が前記プロペラの回転方向に傾きを有するように、前記ダクト本体を支持手段にて前記船尾に取り付けたことを特徴とする船尾用ダクト。
  2. 　前記プロペラの回転方向への傾き角を、前記プロペラの中心から上方の前記プロペラ中心線に対して、前記プロペラの回転方向に０度より大きく６０度以下の角度範囲としたことを特徴とする請求項１に記載の船尾用ダクト。
  3. 　船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用ダクトにおいて、
    ダクト本体を１８０度から２７０度の角度範囲の円弧状に形成し、
    前記ダクト本体の後端に形成する後端円弧部の半径を前記プロペラの半径の５０%以下２０%以上とし、
    前記船体を後方から前方視した状態で、前記プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対して前記ダクト本体のダクト中心線が前記プロペラの回転方向に傾きを有するように、前記ダクト本体を支持手段にて前記船尾に取り付けたことを特徴とする船尾用ダクト。
  4. 　前記プロペラの回転方向への傾き角を、前記プロペラの中心から上方の前記プロペラ中心線に対して、前記プロペラの回転方向に３０度以上６０度以下の角度範囲としたことを特徴とする請求項３に記載の船尾用ダクト。
  5. 　前記ダクト本体の前後方向の断面を内側に凸の翼型に形成したことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の船尾用ダクト。
  6. 　前記後端円弧部の半径を、前端に形成する前端円弧部の半径よりも小さくしたことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の船尾用ダクト。
  7. 　前記ダクト本体の仮想中心軸を前記プロペラの回転中心軸と一致させたことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の船尾用ダクト。
  8. 　前記ダクト本体の仮想中心軸を前記プロペラの回転中心軸からずらしたことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の船尾用ダクト。
  9. 　前記船体を側面視した状態で、前記ダクト本体の仮想中心軸を前記プロペラの回転中心軸に対して傾けたことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の船尾用ダクト。
  10. 　前記ダクト本体を、前記支持手段としての支柱を介して前記船体の船尾管又は前記船尾管を覆う前記船尾の端部に取り付けたことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の船尾用ダクト。
  11. 　前記支柱の断面を、内側に凸の翼型に形成したことを特徴とする請求項１０に記載の船尾用ダクト。
  12. 　前記支柱を、捻った形状に形成することで、前記プロペラに向かう流れを、前記プロペラの回転方向に対して対向流化したことを特徴とする請求項１０に記載の船尾用ダクト。
  13. 　前記支柱を、前記船尾側前後幅よりも前記ダクト本体側前後幅を大きく形成したことを特徴とする請求項１０に記載の船尾用ダクト。
  14. 　船体の船尾に取り付けたプロペラの前方に取り付けられる船尾用付加物において、
    円弧状の仮想ダクト本体を支持する一対の支柱を、一対の前記支柱の間の角度が１８０度から２７０度の角度範囲となるように前記船尾に取り付け、
    前記仮想ダクト本体の後端に形成する仮想後端円弧部の半径を前記プロペラの半径の５０%以下２０%以上とし、
    前記船体を後方から前方視した状態で、前記プロペラの上下方向のプロペラ中心線に対して一対の前記支柱の支柱中心線が前記プロペラの回転方向に傾きを有することを特徴とする船尾用付加物。
  15. 　前記プロペラの回転方向への傾き角を、前記プロペラの中心から上方の前記プロペラ中心線に対して、前記プロペラの回転方向に３０度以上６０度以下の角度範囲としたことを特徴とする請求項１４に記載の船尾用付加物。
  16. 　請求項１又は請求項３に記載の船尾用ダクトの設計方法であって、前記船尾用ダクトを設計するに当たり、円弧状の前記ダクト本体と同一半径の全周ダクトを設定するステップと、前記全周ダクトを用いた前記船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップと、抵抗・自航計算結果から前記全周ダクトの表面に働く船体推進方向の流体力分布及び／又は前記全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布を求めるステップと、前記流体力分布及び／又は前記全周ダクトの後方からプロペラ面までの流速・流向分布に基づいて前記全周ダクトから円弧状の前記ダクト本体の形状を決定するステップと、を備えたことを特徴とする船尾用ダクトの設計方法。
  17. 　前記支持手段の取り付け数を設定するステップを備え、設定した前記支持手段の条件を用いて前記船体の数値計算による抵抗・自航計算を行うステップを実行したことを特徴とする請求項１６に記載の船尾用ダクトの設計方法。
  18. 　前記流体力分布は、スラスト分布と抵抗成分分布であることを特徴とする請求項１６に記載の船尾用ダクトの設計方法。
  19. 　請求項１又は請求項３に記載の船尾用ダクトを前記船尾に装備したことを特徴とする船尾用ダクトを装備した船舶。
  20. 　前記船体が二軸船尾双胴型の船体であることを特徴とする請求項１９に記載の船尾用ダクトを装備した船舶。
  21. 　前記船体が既存の船体であり、前記船尾用ダクトを前記船体に後付けしたことを特徴とする請求項１９に記載の船尾用ダクトを装備した船舶。

     
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