JP6795830B2 - 船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶 - Google Patents

Description

本発明は、推進効率を向上させる船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶に関する。

船舶の船尾においてプロペラの前方に設置される船尾ダクトは、通常円形である。
図１３（ａ）は従来の船尾ダクトの側面断面図である。なお、黒塗矢印は推力を示す。船尾ダクト周りの流場は、図１３（ａ）に示すように、ダクト下部の形状と流れ込む流れが適合しない場合があり、ダクト下部で剥離を生ずる。すなわち、ダクト上部の迎角とダクト下部の迎角とが同じであるため、ダクト下部の迎角の角度が大きすぎて流れが剥離する。この剥離が抵抗増加をもたらし、１−ｔ（推力減少係数）の悪化をもたらしている。
この悪化を小さくする観点から、テーパー型船尾ダクトが提案された。図１３（ｂ）は従来のテーパー型船尾ダクトの側面断面図である。テーパー型船尾ダクトは、図１３（ｂ）に示すように、ダクト下部の弦長をダクト上部の弦長よりも短くし、剥離を少なくして抵抗増加の減少を図るものである。

ところで、特許文献１には、推進性能の向上を目的として、円弧状に湾曲した第１板状体と直線状の第２板状体とで構成されたダクトを、第１板状体を上側、第２板状体を下側となるように船体に取り付け、従来のダクトの下側部分を無くした船舶用ダクトが記載されている。
また、特許文献２には、省エネルギー効果を得ることを目的として、半筒状のダクトの後端部の内面に内側に突出する凸部を形成し、その半円筒状のダクトをステーによって船体に接続したダクト装置が記載されている。
また、特許文献３には、抵抗増加の要因を軽減し、推進効率の低下を小さくすることを目的として、複数個のフィンを備えたリアクションフィンにおいて、上方のリアクションフィンの長さよりも下方のリアクションフィンの長さを短くするとともに、リング状の補強材を、半円形の上部補強材と幅広で深さの浅い形状の下部補強材とによって構成することが記載されている。
また、特許文献４には、省エネルギー効果の効率を高くすることを目的として、ダクトが、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船舶のダクト装置が記載されている。

特開２００８−３０８０２３号公報 特開２０１５−１２７１７９号公報 実願昭５７−３７００８号（実開昭５８−１３９３９５号）のマイクロフィルム 特開２００８−１３７４６２号公報

図１に示す船尾ダクト及び図２に示すテーパー型船尾ダクトにおいては、前進方向とは逆向きの推力が発生している。従来は、プロペラ軸よりも下方のダクト形状は、極力抵抗にならないように考慮するのみであり、積極的にプロペラ下部の流れを前進方向の推力に変えるものではなかった。
また、特許文献１から特許文献４のいずれにおいても、プロペラ下部の流れを利用して船舶の推進効率を向上させることについては全く記載されていない。

そこで本発明は、プロペラ下部の流れを利用して推進効率を向上させる船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶を提供することを目的とする。

請求項１記載に対応した船尾ダクトを有した船尾形状においては、船体の船尾に設けられたプロペラと、プロペラの前方に取り付けられた船尾ダクトとを備え、船尾ダクトのダクト本体が略３／４円筒状を成し、船体の後方から前方視した場合にダクト本体の後縁が略３／４円の下部又は下方の中央に略３／４円と接続される直線部を有した形状であり、直線部の側面視した断面形状が水平面に対して後部が上方に２度以上１０度以下の範囲で傾いた内側に凸の翼型を成し、かつ略３／４円の内半径をプロペラの半径の４０％以上８０％以下の範囲に設定するとともに、船尾ダクトの中心がプロペラの軸心と一致し、直線部が略３／４円の後方視した中心線から下方のプロペラの半径の３０％以上１００％以下の範囲に設けられていることを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、略３／４円とすることにより剥離現象を少なくしてダクトによる抵抗増加を減少させ、翼型を成した直線部で上昇流を利用してプロペラ下部の流れを前進方向の推力に変えることができる。また、ダクト本体の下部における剥離を低減し、更に有効に前進方向の推力を得ることができる。

請求項２記載の本発明は、直線部の幅はプロペラの半径の４０％以上１２０％以下の範囲に設けられていることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、推力を更に向上させることができる。

請求項３記載の本発明は、直線部の水平面に対する傾きよりも、ダクト本体の上部の水平面に対する傾きのほうが大きいことを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、ダクト本体の上部の加速効果を高め、ダクト本体の下部における剥離を更に低減できる。

請求項４記載の本発明は、ダクト本体が、ダクト本体を側方視した場合に、上底が下底よりも長い倒立した台形状を成していることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、流向に対するダクト本体の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。

請求項５記載の本発明は、上底に対する下底の比が７％以上３０％以下の範囲であることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、更に高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。

請求項６記載の本発明は、ダクト本体の後縁とプロペラの前縁との距離を、プロペラの直径の１．０％以上５０％以下の範囲に設定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、プロペラとの干渉効果も高め推進効率を更に向上させることができる。

請求項７記載の本発明は、ダクト本体の断面形状が内側に凸の翼型を成していることを特徴とする。
請求項７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）を利用して推力減少率を高め、推進効率を上げることができる。

請求項８記載の本発明は、略３／４円の内半径を、ダクト本体の後部よりも前部の方を大きく設定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、ダクト本体より下流での流れを遅くして有効伴流係数を小さくでき、かつダクト本体の前部側でのスラスト成分を増加させて推力を高めることができる。

請求項９記載の本発明は、ダクト本体を側面視した中心線が水平面に対して前方が上方に０．５度以上１０度以下の範囲で傾いていることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、流向に対して適正な迎角となるようにダクトを設置しやすくなる。

請求項１０記載の本発明は、ダクト本体を船尾に支持する翼型を成す支持部を有していることを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、支持部によってダクト本体を船体に取り付けることができるので、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、翼型を成す支持部によっても前進方向の推力を得ることができる。

請求項１１に記載の本発明は、支持部がプロペラの軸心より上部に位置する上部支持部と、プロペラの軸心より下部に位置する下部支持部からなり、上部支持部と下部支持部がプロペラに向かう流れが対向流となるように逆方向に捩られていることを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、プロペラに向かう流れを対向流化することによって、プロペラの推力を高めることができる。

請求項１２に記載の本発明は、プロペラの後方に舵を備え、舵に船体を前方に推進する省エネ付加物を有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、省エネ付加物によっても推力を得て、高い推進効率を達成して更に輸送効率を高めることができる。

請求項１３に記載の本発明は、省エネ付加物の舵への縦方向における取付け位置が、プロペラのボス位置と略同一レベルであることを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、推力を得やすい取り付け位置となるため、省エネ付加物が効果を発揮しやすくなり、高い推進効率を達成することができる。

請求項１４記載に対応した船舶においては、請求項１から請求項１３のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状を船体に備えたことを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、従来よりも省エネ効果が高い船尾ダクトを有した船尾形状を備えた船舶を提供することができる。

本発明の船尾ダクトを有した船尾形状によれば、略３／４円とすることにより剥離現象を少なくしてダクトによる抵抗増加を減少させ、翼型を成した直線部で上昇流を利用してプロペラ下部の流れを前進方向の推力に変えることができる。また、ダクト本体の下部における剥離を低減し、更に有効に前進方向の推力を得ることができる。

また、直線部の幅はプロペラの半径の４０％以上１２０％以下の範囲に設けられている場合には、推力を更に向上させることができる。

また、直線部の水平面に対する傾きよりも、ダクト本体の上部の水平面に対する傾きのほうが大きい場合には、ダクト本体の上部の加速効果を高め、ダクト本体の下部における剥離を更に低減できる。

また、ダクト本体が、ダクト本体を側方視した場合に、上底が下底よりも長い倒立した台形状を成している場合には、流向に対するダクト本体の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。

また、上底に対する下底の比が７％以上３０％以下の範囲である場合には、更に高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。

また、ダクト本体の後縁とプロペラの前縁との距離を、プロペラの直径の１．０％以上５０％以下の範囲に設定した場合には、プロペラとの干渉効果も高め推進効率を更に向上させることができる。

また、ダクト本体の断面形状が内側に凸の翼型を成している場合には、翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用して推力減少率を高め、推進効率を上げることができる。

また、略３／４円の内半径を、ダクト本体の後部よりも前部の方を大きく設定した場合には、ダクト本体より下流での流れを遅くして有効伴流係数を小さくでき、かつダクト本体の前部側でのスラスト成分を増加させて推力を高めることができる。

また、ダクト本体を側面視した中心線が水平面に対して前方が上方に０．５度以上１０度以下の範囲で傾いている場合には、流向に対して適正な迎角となるようにダクトを設置しやすくなる。

また、ダクト本体を船尾に支持する翼型を成す支持部を有している場合には、支持部によってダクト本体を船体に取り付けることができるので、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、翼型を成す支持部によっても前進方向の推力を得ることができる。

また、支持部がプロペラの軸心より上部に位置する上部支持部と、プロペラの軸心より下部に位置する下部支持部からなり、上部支持部と下部支持部がプロペラに向かう流れが対向流となるように逆方向に捩られている場合には、プロペラに向かう流れを対向流化することによって、プロペラの推力を高めることができる。

また、プロペラの後方に舵を備え、舵に船体を前方に推進する省エネ付加物を有した場合には、省エネ付加物によっても推力を得て、高い推進効率を達成して更に輸送効率を高めることができる。

また、省エネ付加物の舵への縦方向における取付け位置が、プロペラのボス位置と略同一レベルである場合には、推力を得やすい取り付け位置となるため、省エネ付加物が効果を発揮しやすくなり、高い推進効率を達成することができる。

また、従来よりも省エネ効果が高い船尾ダクトを有した船尾形状を備えた船舶を提供することができる。

本発明の第一実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状を備えた船舶を示す概略構成図 同船尾ダクトを有した船尾形状の概略図 同船尾ダクトの側面断面図 同船尾ダクトを有した船尾形状の概略図 プロペラ面の流場を計測した図 本発明の第二実施形態による船尾ダクトの側面断面図 本発明の第三実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状の概略図 同船尾ダクトを示す図 試験に用いた船尾ダクトの斜視図 試験に用いた船尾ダクトの側面図 試験に用いた船尾ダクトを有した船尾形状の圧力分布図 図１１の部分拡大図 従来の船尾ダクト及びテーパー型船尾ダクトの側面断面図

以下に、本発明の実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶について説明する。

図１は本発明の第一実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状を備えた船舶を示す概略構成図である。
図２は本実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状の概略図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は側面図、図２（ｄ）は上面図である。
図３は本実施形態による船尾ダクトの側面断面図である。図３において黒塗矢印は推力を示す。
図４は本実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状の概略図である。
図５はプロペラ面の流場を計測した図であり、図５（ａ）は従来の船尾ダクトを適用した場合を示し、図５（ｂ）は本実施形態による船尾ダクトを適用した場合を示している。

図１に示すように、本実施形態による船舶は、船体１０の船尾に設けられたプロペラ２０と、プロペラ２０の前方に取り付けられた船尾ダクト３０と、プロペラ２０の後方に取り付けられた舵５０を備える。

図２に示すように、船尾ダクト３０の中心は、プロペラ２０の軸心と一致させている。船尾ダクト３０は、ダクト本体３１が略３／４円筒状を成しており、船体１０の後方から前方視した場合（図２（ｂ）参照）に、ダクト本体３１の後縁が、略３／４円の下部の中央に、略３／４円と接続した直線部３２を有した形状である。
なお、略３／４円とは、ダクト本体３１の中心角が２２５度以上３１５度以下であって各部における内半径ｒのばらつきが±１０％以下のものをいう。また、船尾ダクト３０の中心とプロペラ２０の軸心とは、プロペラ２０の半径の±１０％以内のずれを許容するものとする。
ダクト本体３１の後部の略３／４円の内半径ｒは、プロペラ２０の半径の所定範囲に設定されている。本実施形態では、ダクト本体３１の後部の略３／４円の内半径ｒを、プロペラ２０の半径の４０％以上８０％以下の範囲としている。
なお、略３／４円の内半径ｒのプロペラ２０の半径に対する所定範囲は、４０％以上６０％以下がより好ましい。
また、図３に示すように、船尾ダクト３０の直線部３２は、側面視した断面形状が、水平面に対して後部が上方に所定角度α（迎角）の範囲内で傾くとともに、内側に凸の翼型を成している。本実施形態では所定角度αを、２度以上１０度以下の範囲としている。一方、ダクト本体３１の上部は、側面視した断面形状が、水平面に対して後部が下方に所定角度αよりも大きく（本実施形態では１２度）傾くとともに、内側に凸の翼型を成している。
プロペラ２０に流れ込む流れは、プロペラ軸より下方では、プロペラ軸中心部を除けば比較的安定した上昇する流れである。本実施形態のように、ダクト本体３１を略３／４円筒状とし、ダクト本体３１の下部に直線部３２を設け、直線部３２の迎角をダクト本体３１の上部の迎角よりも小さい角度に設定することで、ダクト本体３１の上部の加速効果を高め、下部を翼型を成した直線部３２として迎角を適切に設定することで剥離を低減し、上昇流を利用してプロペラ２０の下部の流れ（プロペラ２０の下部に相当するダクト本体３１部の流れ）を前進方向の推力に変えることができる。
また、ダクト本体３１の断面形状が内側に凸の翼型を成していることによって、翼型により発生する揚力の推進方向成分（スラスト成分）を利用して推力減少係数を高め、推進効率を上げることができる。

ここで図５は、船長方向の速度分布を示している。従来の船尾ダクトを適用した図５（ａ）の場合、破線で囲んだ領域の流速は、船の速度を１とすると、０．０５〜０．１程度となっており、プロペラ２０の下部の流れに剥離が生じている。一方、本実施形態の船尾ダクト３０を適用した図５（ｂ）の場合、破線で囲んだ領域の流速は、０．２５〜０．３５程度となっており、プロペラ２０の下部の流れに殆ど剥離が生じていないことが分かる。

また、図２に示すように、直線部３２は、ダクト本体３１の後縁の略３／４円の中心線Ｘから下方に位置する。本実施形態では、中心線Ｘから直線部３２までの距離Ｈを、プロペラ２０の半径の３５％としている。直線部３２を中心線Ｘから所定距離下方に位置させることで、ダクト本体３１の下部における剥離を低減し、更に有効に前進方向の推力を得ることができる。
距離Ｈは、プロペラ２０の半径の３０％以上１００％以下とすることが好ましく、プロペラ２０の半径の３５％以上７０％以下とすることがより好ましい。

また、直線部３２の幅Ｗ（図２（ｂ）参照）は、プロペラ２０の所定範囲内に設定している。本実施形態では、幅Ｗをプロペラ２０の半径の６０％としている。直線部３２の幅Ｗを適正に設定することにより、更に推力を向上させることができる。
幅Ｗは、プロペラ２０の半径の４０％以上１２０％以下の範囲とすることが好ましく、プロペラ２０の半径の５０％以上１００％以下の範囲とすることがより好ましい。

また、ダクト本体３１は、ダクト本体３１を側方視した場合（図２（ｃ）参照）に、上底３１Ａが下底３１Ｂよりも長い、倒立した台形状を成している。本実施形態では、上底３１Ａに対する下底３１Ｂの比を２０％としている。ダクト本体３１を倒立した台形状とすることにより、流向に対するダクト本体３１の迎角が相対的に悪化して抵抗となるのを避け、従来の円環ダクトよりも高い推力減少係数を保ちながら下端の伴流利得を稼ぐことができる。
上底３１Ａに対する下底３１Ｂの比は、７％以上３０％以下の範囲とすることが好ましく、１５％以上３０％以下の範囲とすることがより好ましい。
なお、上底３１Ａと下底３１Ｂとは平行でなくともよい。

また、ダクト本体３１の後縁とプロペラ２０の前縁との距離Ｌは、プロペラ２０の直径の４％に設定している。ダクト本体３１の後縁とプロペラ２０の前縁との距離を近接させることによって、プロペラ２０との干渉効果も高め推進効率を更に向上させることができる。
距離Ｌは、プロペラ２０の直径の１．０％以上５０％以下の範囲に設定することが好ましく、１０％以上２０％以下の範囲に設定することがより好ましい。

また、ダクト本体３１の後部の略３／４円の内半径ｒは、ダクト本体３１の前部の略３／４円の内半径よりも小さく設定している。これにより、ダクト本体３１より下流での流れを遅くして有効伴流係数を小さくでき、かつダクト本体３１の前部側でのスラスト成分を増加させて推力を高めることができる。

また、ダクト本体３１は、翼型を成す支持部４０によって船尾に支持されている。支持部４０によってダクト本体３１を船体に取り付けることができるので、ダクト本体３１を設置しやすく、特にプロペラ２０に対して適正な位置に配置しやすい。また、翼型を成す支持部４０によっても前進方向の推力を得ることができる。
支持部４０は、プロペラ２０の上部に位置する上部支持部４１と、プロペラ２０の下部に位置する下部支持部４２とからなり、上部支持部４１と下部支持部４２とがプロペラ２０に向かう流れが対向流となるように逆方向に捩られている。
本実施形態では、プロペラ２０は後方から前方視した場合、時計方向に回転するため、上部支持部４１は、後縁が左舷側に０度以上５度以下の角度（好ましくは１度以上３度以下）を有する左舷側に凸の翼断面形状である。また、下部支持部４２は、後縁が右舷側に０度以上５度以下の角度（好ましくは１度以上３度以下）を有する右舷側に凸の翼断面形状である。
プロペラ２０に向かう流れを対向流化することによって、プロペラ２０の推力を高めることができる。
なお、支持部４０の形状は、本実施形態以外にもダクト本体３１を支持する強度と、対向流化を満足する様々な形状が採用可能である。

また、図４に示すように、舵５０には、船体１０を前方に推進する省エネ付加物６０が設けられている。省エネ付加物６０は例えばフィンである。省エネ付加物６０の舵５０への縦方向における取付け位置は、推力を得やすいプロペラ２０のボス位置と略同一レベルとしている。省エネ付加物６０を舵５０に設けることにより、省エネ付加物６０によっても推力を得て、高い推進効率を達成して更に輸送効率を高めることができる。更に、省エネ付加物６０をプロペラ２０のボス位置と略同一レベルに取り付けることによって、推力を得やすい取り付け位置となるため、省エネ付加物６０が効果を発揮しやすくなり、高い推進効率を達成することができる。
なお、省エネ付加物６０としては、フィン形状の省エネ付加物６０以外にも、各種の形状が採用可能である。

次に、本発明の第二実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶について説明する。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
図６は、本実施形態による船尾ダクトの側面断面図である。

本実施形態において、ダクト３０は、ダクト本体３１の側面視した断面形状が水平面Ａに対して前部が上方に所定角度β傾いている。これにより、流向に対して適正な迎角となるようにダクト３０を設置しやすくなる。
なお、所定角度βは、０．５度以上１０度以下の範囲とすることが好ましく、１度以上５度以下の範囲とすることがより好ましい。

次に、本発明の第三実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶について説明する。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
図７は本実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状の概略図であり、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は側面図、図７（ｄ）は下面図である。
図８は、本実施形態による船尾ダクトを示す図であり、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は正面図、図８（ｃ）は側面図、図８（ｄ）は下面図である。なお、図８においては、比較のために、第一実施形態で説明した直線部３２の位置を併せて示している。
本実施形態において、ダクト本体３１の後縁は、船体１０の後方から前方視した場合（図７（ｂ）参照）に、略３／４円の下方の中央に、略３／４円と接続した直線部１３２を有した馬蹄形状としている。すなわち、ダクト本体３１の後縁は、略３／４円の下端に直線部３２が接続される場合よりも下方に延伸されており、延伸された下端に直線部１３２が接続されている。
直線部１３２は、ダクト本体３１の後縁の略３／４円の中心線Ｘから距離Ｈ下方に位置する。本実施形態では距離Ｈを、プロペラ２０の半径の約５５％としている。これにより、プロペラ２０の下部における剥離を低減し、上昇流を利用してプロペラ２０の下部の流れを前進方向の推力に変えることができる。
距離Ｈは、プロペラ２０の半径の３０％以上１００％以下とすることが好ましく、プロペラ２０の半径の３５％以上７０％以下とすることがより好ましい。あまり距離Ｈが大きいと、流速の速い領域に推力に寄与しない直線部１３２の端部や略３／４円の下部が臨むことになり、抵抗が増して好ましくない。

次に、本発明の実施形態による船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶を、船型（８１万トン型パナマックスバルク）の模型船を用いて曳航水槽で試験した結果を示す。
まず、第一実施形態の船尾ダクト３０を適用した場合（実施例１、実施例２）と、船尾ダクト３０無しの場合（比較例１）、及び従来のテーパー型船尾ダクトを適用した場合（比較例２）との比較結果を表１に示す。所定角度α（迎角）は、実施例１においては２度、実施例２においては４度とした。

表１から、実施例１及び実施例２は、比較例１及び比較例２に比べて推力減少係数が大きくなり、推進効率が向上していることが分かる。また、所定角度αが２度のときよりも４度のときのほうが推力減少係数が大きくなっている。
なお、従来の船尾ダクトを適用した試験は行っていないが、船尾ダクトの省エネ効果は、有効伴流係数の減少から得られるものであり、実船馬力を推定する場合に、尺度影響のため模型船で得られた効果の半分程度に減少する。一方、本実施形態の船尾ダクト３０を適用した場合は、尺度影響を受けない推力減少係数が増加する。すなわち、本実施形態の船尾ダクト３０によれば、模型船で測定した省エネ効果と実船に適用した場合の省エネ効果との乖離が少ない。

次に、ダクト本体３１の後縁とプロペラ２０の前縁との距離Ｌを変えて試験した結果を表２に示す。表２において、比較例３は船尾ダクト無しの場合である。実施例３及び実施例４は、第一実施形態の船尾ダクト３０を適用した場合であり、距離Ｌは、実施例３ではプロペラ２０の直径の１０％、実施例４ではプロペラ２０の直径の１５％とした。なお、実施例３及び実施例４においては、所定角度αを２度とした。

表２から、実施例３及び実施例４は、比較例３に比べて推力減少係数が大きくなり、推進効率が向上していることが分かる。また、推力減少係数は、距離Ｌがプロペラ２０の直径の１０％のときよりも１５％のときのほうが大きくなっている。

次に、直線部１３２の幅Ｗを変えて試験した結果を表３に示す。表３において、比較例４は船尾ダクト無しの場合である。実施例５から実施例７は、第三実施形態の船尾ダクト３０を適用した場合であり、直線部１３２の幅Ｗは、実施例５における直線部１３２の幅Ｗ５を１（基準）として、実施例６における直線部１３２の幅Ｗ６を１．２４７、実施例７における直線部１３２の幅Ｗ７を１．４８８とした。実施例５における直線部１３２の幅Ｗ５は、プロペラ２０の半径の６０％である。なお、実施例５から実施例７においては、所定角度αを２度とした。
図９は試験に用いた船尾ダクト３０の斜視図であり、図９（ａ）は実施例５から実施例７の直線部１３２の幅Ｗの比較図、図９（ｂ）は実施例５の直線部１３２を示す拡大図、図９（ｃ）は実施例７の直線部１３２を示す拡大図である。

表３から、比較例４を１（基準）としたときの効率アップ比は実施例５で最も大きくなっており、直線部１３２の幅Ｗが短いほど推力が大きいことが分かる。なお、これらの実施例５から７においては、断面形状が水平面Ａに対して前部が上方に所定角度β傾いている。また、流場に応じて水平面Ａに対する所定角度β（迎角β）の設定と直線部１３２の幅Ｗを調整することによって、推力がより大きくなるように調整することも可能であり、所定角度α、所定角度βによっては幅Ｗが長いほど推力が大きくなることもあり得る。
但し、あまり幅Ｗが長いと流速の速い領域に直線部１３２の両端部が臨むことになり、抵抗が増して好ましくない。

次に、倒立した台形状を成したダクト本体３１の上底３１Ａの弦長を一定として下底３１Ｂの弦長Ｄを変えて試験した結果を表４に示す。表４において、比較例５は船尾ダクト３０無しの場合である。実施例８から実施例１０は、第一実施形態の船尾ダクト３０を適用した場合であり、下底３１Ｂの弦長Ｄは、実施例９における下底３１Ｂの弦長Ｄ９を１（基準）として、実施例８の弦長Ｄ８を０．５、実施例１０の弦長Ｄ１０を１．５とした。実施例９の上底３１Ａに対する下底３１Ｂの比は１５％である。
図１０は試験に用いた船尾ダクト３０の側面図であり、実施例８から実施例１０の下底３１Ｂの弦長Ｄを示している。図１１は試験に用いた船尾ダクト３０を有した船尾形状の圧力分布図であり、図１１（ａ）は実施例８、図１１（ｂ）は実施例９、図１１（ｃ）は実施例１０のものである。また、図１２は図１１の部分拡大図であり、図１２（ａ）は実施例８、図１２（ｂ）は実施例９、図１２（ｃ）は実施例１０のものである。

表４から、船尾ダクト３０を適用すると、推力減少係数が増加して有効伴流係数が減少し、効率増加を得られることが分かる。また、実施例間における差は少ないが、上底３１Ａに対する下底３１Ｂの比が１５％のとき（実施例９）が最も良い値となっている。

本発明の船尾ダクトを有した船尾形状及び船舶は、１軸船のみならず２軸船や多軸船に適用でき、また、単胴船のみならず双胴船や多胴船にも適用できる。

１０ 船体
２０ プロペラ
３０ 船尾ダクト
３１ ダクト本体
３１Ａ 上底
３１Ｂ 下底
３２、１３２ 直線部
４０ 支持部
４１ 上部支持部
４２ 下部支持部
５０ 舵
６０ 省エネ付加物
ｒ ダクト本体の後部の略３／４円の内半径
Ｌ ダクト本体の後縁とプロペラの前縁との距離
Ｗ 直線部の幅
Ｘ 略３／４円の中心線

Claims (14)

1. 船体の船尾に設けられたプロペラと、前記プロペラの前方に取り付けられた船尾ダクトとを備え、前記船尾ダクトのダクト本体が略３／４円筒状を成し、前記船体の後方から前方視した場合に前記ダクト本体の後縁が略３／４円の下部又は下方の中央に前記略３／４円と接続される直線部を有した形状であり、前記直線部の側面視した断面形状が水平面に対して後部が上方に２度以上１０度以下の範囲で傾いた内側に凸の翼型を成し、かつ前記略３／４円の内半径を前記プロペラの半径の４０％以上８０％以下の範囲に設定するとともに、前記船尾ダクトの中心が前記プロペラの軸心と一致し、前記直線部が前記略３／４円の後方視した中心線から下方の前記プロペラの半径の３０％以上１００％以下の範囲に設けられていることを特徴とする船尾ダクトを有した船尾形状。
2. 前記直線部の幅は前記プロペラの半径の４０％以上１２０％以下の範囲に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
3. 前記直線部の水平面に対する傾きよりも、前記ダクト本体の上部の水平面に対する傾きのほうが大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
4. 前記ダクト本体が、前記ダクト本体を側方視した場合に、上底が下底よりも長い倒立した台形状を成していることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
5. 前記上底に対する下底の比が７％以上３０％以下の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
6. 前記ダクト本体の前記後縁と前記プロペラの前縁との距離を、前記プロペラの直径の１．０％以上５０％以下の範囲に設定したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
7. 前記ダクト本体の断面形状が内側に凸の翼型を成していることを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
8. 前記略３／４円の内半径を、前記ダクト本体の後部よりも前部の方を大きく設定したことを特徴とする請求項１から請求項７のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
9. 前記ダクト本体を側面視した中心線が水平面に対して前方が上方に０．５度以上１０度以下の範囲で傾いていることを特徴とする請求項１から請求項８のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
10. 前記ダクト本体を前記船尾に支持する翼型を成す支持部を有していることを特徴とする請求項１から請求項９のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
11. 前記支持部が前記プロペラの前記軸心より上部に位置する上部支持部と、前記プロペラの前記軸心より下部に位置する下部支持部からなり、前記上部支持部と前記下部支持部が前記プロペラに向かう流れが対向流となるように逆方向に捩られていることを特徴とする請求項１０に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
12. 前記プロペラの後方に舵を備え、前記舵に前記船体を前方に推進する省エネ付加物を有したことを特徴とする請求項１から請求項１１のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
13. 前記省エネ付加物の前記舵への縦方向における取付け位置が、前記プロペラのボス位置と略同一レベルであることを特徴とする請求項１２に記載の船尾ダクトを有した船尾形状。
14. 請求項１から請求項１３のうちの１項に記載の船尾ダクトを有した船尾形状を前記船体に備えたことを特徴とする船舶。