JP2011042201A

JP2011042201A - 小翼付き船尾ダクト及び船舶

Info

Publication number: JP2011042201A
Application number: JP2009190697A
Authority: JP
Inventors: Seiji Masuda; 聖始増田; Kenji Takagishi; 憲璽高岸; Kazuyoshi Hirota; 和義廣田; Keiichi Yamazaki; 啓市山崎
Original assignee: Universal Shipbuilding Corp
Current assignee: Universal Shipbuilding Corp
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-03-03

Abstract

【課題】船舶の省エネデバイスとして従来からある船尾ダクトを改良して、更なる省エネ効果をあげること。
【解決手段】プロペラ２前方の船尾部に配置される筒状のダクト本体２１と、ダクト本体２１の内部に設けられ、船尾部の左舷側および右舷側に取り付けられる複数の小翼２２ｓとを備える小翼付きダクト２０を船舶１００に装備する。ダクト本体２１は、たとえばその内側に翼型のキャンバーを持つ断面を有するものとし、小翼２２ｓは非対称翼もしくは対称翼で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶の省エネルギーデバイスとして使用される小翼付き船尾ダクト及びその船尾ダクトを装備した船舶に関する。

船舶における推進効率の向上を図り省エネルギーの効果（馬力低減効果）が得られるデバイス（以下、省エネデバイスという）として、プロペラ前方の船尾に筒状のダクトを取り付けたもの（ダクト型省エネデバイス）が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

上記のダクト型省エネデバイスは、船尾部に沿って流れる船尾流れをダクト内を通過させることによって整流化するとともに、ダクトに揚力を発生させて揚力の水平方向成分である推力を生じさせようとする構成となっている。このため、ダクトの内側の断面形状は一般的にキャンバーを有する翼形状となっている。
また、ダクト内部に複数のステーを設けたものも提案されている（たとえば、特許文献２参照）。これは、ダクトの剛性を高め振動を抑制する目的で開発されたものであり、該ステーは補強のためであって翼型とはなっていない。

特開２００７−３３１５４９号公報特開２００８−１４３４８８号公報

上述したダクト型省エネデバイスは、それ自体を船尾に取り付けることで省エネルギーの効果（以下、省エネ効果と略称する）を発揮するものであるが、本発明は、これを改良し、更なる省エネ効果をあげることを目的としたものである。

本発明に係る小翼付き船尾ダクトは、プロペラ前方の船尾部に配置される筒状のダクト本体と、前記ダクト本体の内部に設けられ、前記船尾部の左舷側および右舷側に取り付けられる複数の小翼と、を備えたものである。

このように構成することにより、従来からあるダクト型省エネデバイス（本発明でいうダクト本体のみ）が持つ省エネ効果に加えて、小翼による省エネ効果が加わるので、より大きな省エネ効果が得られる。

また、本発明の小翼付き船尾ダクトにおいて、前記ダクト本体のプロペラ軸方向の取付位置は、該ダクト本体の後端位置がプロペラ位置からプロペラ直径の１００％以内となるように配置する。

また、本発明の小翼付き船尾ダクトにおいて、前記ダクト本体の上下方向の取付位置は、ダクト中心の高さがプロペラ軸心の高さよりプロペラ直径の±５０％以内となるようにプロペラ軸と同軸または平行に配置する。

また、本発明の小翼付き船尾ダクトにおいて、前記小翼は、非対称または対称の翼型であり、左舷側小翼は船首側が上がる方向に傾斜し、右舷側小翼は船首側が下がる方向に傾斜しており、各小翼とも迎角が０〜２５゜の範囲である。

また、本発明に係る船舶は、上記のいずれかの小翼付き船尾ダクトを装備したことを特徴とするものである。

以上のように、本発明に係る小翼付き船尾ダクトを船舶に装備することにより、より大きな省エネ効果を上げることができる。

本発明の実施の形態１に係る小翼付き船尾ダクトを装備した船舶の船尾部分を示す概略側面図である。小翼付きダクトを左舷側および右舷側から見たときの断面側面図で、（ａ）は左舷側断面側面図、（ｂ）は右舷側断面側面図である。小翼付きダクトのダクト中心での断面上面図である。小翼付きダクトのダクト本体の作用説明図で、（ａ）はダクト本体での推力発生説明図、（ｂ）は小翼での推力発生図である。小翼付きダクトの小翼の迎角を変化させたときの馬力比較図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る小翼付き船尾ダクト１０を装備した船舶１００の船尾部分を示す概略側面図である。
この実施の形態１に係る船舶１００は、船体１と、プロペラ２と、舵３と、省エネデバイスとして、本発明に係る小翼付き船尾ダクト２０とを装備したものである。

本発明に係る小翼付き船尾ダクト２０について、さらに図２から図４を参照して説明する。
図２は小翼付きダクト２０を左舷側及び右舷側から見たときの断面側面図で、（ａ）は左舷側断面側面図、（ｂ）は右舷側断面側面図である。図３は小翼付きダクト２０のダクト中心での断面上面図で、図中の点線は、船尾Water Line（小翼の船尾取付線）をあらわしている。また、図４は小翼付きダクト２０の作用説明図で、（ａ）はダクト本体２１での推力発生説明図、（ｂ）は小翼２２ｓでの推力発生図である。

［小翼付きダクト２０の構成］
小翼付きダクト２０は、一つの筒状のダクト本体２１と、このダクト本体２１の内部の左舷側および右舷側にそれぞれ配置された小翼２２ｐ、２２ｓとを備える。ここで、記号「ｐ」はport（左舷）側、「ｓ」はstarboard（右舷）側をあらわす。以下同様である。

ダクト本体２１は、たとえば、ダクト本体２１の内側に翼型のキャンバーを持つ断面を有する筒状の形状を有するものとし、船尾方向の端縁であるダクト後端２１ａの断面径Ｄｄが船首方向の断面径より小さい円錐形状の一部をなしている。ダクト本体２１の側面形状は矩形状もしくは台形状となっている。なお、ダクト本体２１の外形及び断面形状は特に限定されない。

ダクト本体２１の内部に設けられる小翼２２ｐ、２２ｓは、非対称翼もしくは対称翼で構成する。小翼２２ｐ、２２ｓには、０〜２５゜の範囲で適切な迎角αを設定するものとし、左舷側小翼２２ｐは船首側（前縁）が上がる方向（上向き）に傾斜し、右舷側小翼２２ｓは船首側（前縁）が下がる方向（下向き）に傾斜して、上記角度範囲で迎角αをつける。なお、左舷側小翼２２ｐおよび右舷側小翼２２ｓはそれぞれ一つに限らず複数設けてもよい。小翼２２ｐ、２２ｓを複数ずつ設けた場合は、さらに整流化と、揚力増加に基づく推力増加による省エネ効果の増加を図ることができる。

小翼付きダクト２０の各部の寸法関係について、適切な値及び範囲の一例を示すと、次のようになっている。ここで、プロペラ２の直径をＤｐ、ダクト本体２１のダクト後端２１ａの直径をＤｄ、ダクト本体２１の上部長さをＬ１、ダクト本体２１の下部長さをＬ２、小翼２２ｐ及び２２ｓのダクト中心２０ａにおける翼弦長をＣｒ、外端接続部の翼弦長をＣｔ、小翼２２ｐ及び２２ｓの迎角をαとすると、
Ｄｄ＝６０％Ｄｐ
Ｌ１＝５５．７％Ｄｐ
Ｌ２＝７．２％Ｄｐ
Ｃｒ＝２０〜４０％Ｄｐ
Ｃｔ＝１０〜２０％Ｄｐ
α＝０〜２５゜
である。

上記のように構成された小翼付きダクト２０は、プロペラ２の前方の船体１の船尾部に取り付けられる。また、小翼２２ｐ、２２ｓもダクト本体２１の内部においてそれぞれ船尾部の左舷側および右舷側に取り付けられる。なお、小翼２２ｐ、２２ｓは、図３に示す点線１１、１１で切断された箇所で船尾部に取り付けられる。従って、点線１１と点線１１の内側に存在する小翼２２ｐ、２２ｓの部分は取付時には除去される。

この小翼付きダクト２０のプロペラ軸方向の取付位置は、ダクト後端２１ａの位置がプロペラ位置からプロペラ２の直径Ｄｐの１００％以内となるように配置する。その理由は、この値以下であれば、ダクト本体２１がプロペラ２から離れすぎないので、ダクト本体２１内で整流化された流れを乱されることなくスムーズにプロペラ２に導くことができるからである。なお、本実施形態ではダクト後端２１ａの位置をプロペラ位置から２０％Ｄｐとしている。

また、小翼付きダクト２０の上下方向の取付高さは、ダクト中心（ダクト後端２１ａの断面中心）２０ａの高さがプロペラ軸心２ａの高さよりプロペラ２の直径Ｄｐの±５０％以内となるようにプロペラ軸と同軸または平行に配置する。本実施形態ではダクト中心２０ａの高さをプロペラ軸心２ａから５％Ｄｐ上方としている。

［小翼付きダクト２０の作用効果］
上記のように構成された小翼付きダクト２０を船舶１００の船尾に取り付けると、この小翼付きダクト２０に対して船尾流れが図４に示すように作用する。なお、図４は右舷側を示すが、左舷側も同様である。ここでは、特に断らない限り右舷側について説明する。
ダクト本体２１は、筒状の円錐形状の一部として形成されており、内側には断面がキャンバーを持つ翼形状に形成されているので、船尾流れの流入方向に対して垂直方向に揚力５１が発生し、その揚力５１の水平方向成分である推力５３が発生する。
また、ダクト本体２１の内部の右舷側には翼形状の右舷側小翼２２ｓが配置されているので、この右舷側小翼２２ｓに対しても船尾流れの流入方向に対して垂直方向に揚力５２ｓが発生し、その揚力５２ｓの水平方向成分である推力５４ｓが発生する。
したがって、右舷側では上記の二つの推力５３、５４ｓが発生し、左舷側でも同様に二つの推力５３、５４ｐ（不図示）が右舷側と同じ方向に発生するので、ダクト本体２１のみに比べて、より大きな省エネ効果（馬力低減効果）が得られることになる。また、小翼２２ｐ、２２ｓの後方には速度の遅い流れが生じ、この遅い流れがプロペラ２に導入されるので、伴流利得によりプロペラ２の効率アップを図ることができる。

表１は、船型試験水槽における模型試験による省エネ効果（馬力低減効果）を確認した結果である。水槽試験は下記の３つのケースについて実施した。なお、カッコ内は表中の記載を示す。
・省エネデバイス無し
・ダクト型省エネデバイス付き（従来例）
・小翼付きダクト付き（本発明）
ここで、小翼の迎角は、ｐ側、ｓ側ともに０゜とした。
また、表中の省エネ効果は、省エネデバイス無しの場合の馬力に対する馬力低減率をあらわしたものである。

表１に示すように、満載状態では、従来例の単なるダクト本体のみに比べて、本発明のようにダクト本体２１内部に小翼２２ｐ、２２ｓを配置することにより、約１％の省エネ効果（馬力低減）アップを達成している。

図５は小翼付きダクト２０について小翼２２ｐ、２２ｓの迎角（図５では、Fin Angleと記載）を変えたときの馬力比較をあらわしたものである。小翼無しの場合（Ａ００のケース）に対する馬力比であり、マイナスは馬力の減少を表す。
小翼の迎角は−角度（図２のαと反対方向の迎角）以外はほとんど省エネ効果があるが、約１％以上の馬力減少を目安とすれば、ｐ側は０〜１７．５゜、ｓ側は０〜２５゜の範囲が好ましい。なお、図５において、ｎ・Ｑ／Ｖｍ³（但し、ｎはプロペラ回転数、Ｑはトルク、Ｖｍは船速）は馬力比を表す指標であり、値が小さいほど省エネ効果が大きいことを表す。

以上のように、本実施形態に係る船舶１００は、ダクト本体２１内部に小翼２２ｐ、２２ｓを設けた小翼付きダクト２０をプロペラ前方の船尾部に配置したので、次のような作用効果がある。
（１）プロペラ前方の船尾部に配置された小翼付きダクト２０は主として船尾縦渦を回収する。このとき、ダクトを通過した流れは、渦成分が回収され、整流した（２次速度ベクトル流れの少ない）流れとなる。
（２）さらにダクト内に小翼２２ｐ、２２ｓを配置することで、プロペラ２に流れ込む流れをさらに整流することができる。このとき、小翼２２ｐ、２２ｓはダクト内に生じた流れを推力としてとらえ、後流は伴流利得としてプロペラ２で回収される。
表２に、上記模型試験におけるプロペラ作動状態の自航要素を示す。１−ｔは推力減少係数と呼ばれる係数で、この値が大きいほどプロペラが作動したときの抵抗が小さいことを示す。１−ｗは伴流係数と呼ばれる係数で、この値が小さいほどプロペラ作動時の効率が良くなることを示す。

本発明の場合、従来例に比べて、１−ｔが大きくなり、１−ｗが小さくなっていることがわかる。これは小翼によりプロペラ作動時の抵抗が下がっていることを示しており、１−ｗの減少は、その後流をプロペラ伴流利得（流速が遅いところでプロペラが作動するときの効率アップ）を得ていることを示している。

１船体
２プロペラ
３舵
２ａプロペラ軸心
３ｐ左舷側舵
３ｓ右舷側舵
２０小翼付きダクト
２１ダクト本体
２０ａダクト中心
２２ｐ左舷側小翼
２２ｓ右舷側小翼
１００船舶

Claims

プロペラ前方の船尾部に配置される筒状のダクト本体と、
前記ダクト本体の内部に設けられ、前記船尾部の左舷側および右舷側に取り付けられる複数の小翼と、
を備えることを特徴とする小翼付き船尾ダクト。
前記ダクト本体のプロペラ軸方向の取付位置は、該ダクト本体の後端位置がプロペラ位置からプロペラ直径の１００％以内となるように配置することを特徴とする請求項１記載の小翼付き船尾ダクト。
前記ダクト本体の上下方向の取付位置は、ダクト中心の高さがプロペラ軸心の高さよりプロペラ直径の±５０％以内となるようにプロペラ軸と同軸または平行に配置することを特徴とする請求項１または２記載の小翼付き船尾ダクト。
前記小翼は、非対称または対称の翼型であり、左舷側小翼は船首側が上がる方向に傾斜し、右舷側小翼は船首側が下がる方向に傾斜しており、各小翼とも迎角が０〜２５゜の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の小翼付き船尾ダクト。
請求項１乃至４のいずれかに記載の小翼付き船尾ダクトを装備したことを特徴とする船舶。