JPS5822880Y2 - 船舶の推進装置 - Google Patents

Description

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

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

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

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

ところで一般に、船舶の性能は主機馬力と船速（７ＪＩ
係でみることができる。

即ち、船舶が船速Ｖｓで航行する場合に、船体が受ける
抵抗をＲ２とすると、必要となる主機関からの伝達馬力
ＤＨＰは、 ＤＨＰｏ：Ｒｓ Ｖｓ ／１ で表わされる。

ここでηは推進効率で、で算出される。

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

筐た、η０は船体の影響を受けない状態でのプロペラの
単独効率であり、ηＲは推進器効率比と呼ばれプロペラ
が船尾の乱れた流れの中で作動する場合の効率とプロペ
ラの単独効率η０との比を示す。

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

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

前者は、プロペラをダクト内に位置させ、ダクト内で流
体流速を大きくしてプロペラ作動面を導くようにしたも
のであって、前記推進効率の一つの要素であるη０（プ
ロペラの単独効率）ノ改善を目的としたものである。

また、後者は、船体抵抗のうち、造波抵抗の減少を目的
と船舶の性能を改善しようとするものである。

ところで、船舶の経済性を高めるため、要求される載置
重量に対し出来るだけ船型を肥大させた、所謂肥大船が
数多く建造、運行されているが、近来、燃料価格の高騰
や省エネルギー的見地から、新造船および巳存船にかか
わらず、かかる肥大船の経済性をより高めるためその性
能を改善する気運が高１っている。

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

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

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

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

この伴流値分布をフロペラ作動面でみると、第２図に示
した如くなる。

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

換言すれば、プロペラ作動面の上部にふ・ける遅い流れ
と下部にむける速い流れが生じて釦り、これによりプロ
ペラ上部及び下部の近傍の伴流の集中域では、キャビテ
ーションが生じるとともに各プロペラ翼）の負荷の不均
一を来している。

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

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

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

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

加えて、構造的に高強度、高精度が要求され建造費が高
くなる等の問題がある。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

即ち、本考案の船舶の推進装置は、横方向からみた長さ
をプロペラ回転直径の０．２以上１以下となすとともに
、内面が凸状の翼形断面に形成された主リング状構造物
をその長さの０．２から１１での範囲に、かつ該主リン
グ状構造物の後端縁とプロペラとの間に主リング状構造
物の流出口から流出した流れが拡散してプロペラ回転面
に達するに足る間隔を設けて船体に嵌合固着させ、かつ
前記主リング状構造物の前方に、内面が凸状の翼形断面
に形成された副リング状構造物を配設し、さらに、少な
くとも主リング状構造物は正面からみてプロペラ中心を
通る水平な基線から夫々等間隔に配した上下２本の水平
線に釦いてプロペラの中心を通る垂直線から当該リング
状構造物に至る線分の長さのうち基線の上方の線分が基
線下方に線分より大きい形状の略逆卦むすび型となした
ことを特徴とする。

以下、図面にもとづいて本考案の実施例を説明する。

第４図に本考案の肥大船の船尾部が示されている。

即ち、第４図において、主リング状構造物２は横方向か
らみて、その前端縁から後端縁１での長さｔがプロペラ
３の直径ＤＰの０．２〜１の範囲内から選ばれ、かつそ
の内側はゆるやかな凸状２１の所謂翼形断面形状をなす
ように形成されている。

このように構成された主リング状構造物２は、その後端
縁がプロペラ３の前方に位置する如く、即ち、間隔ｄを
有する如く配置されるとともにその長さｔの少なくとも
２０％以上でかつ１００％以下の範囲が船体に嵌合して
固着される。

この場合打着しくは、主リング状構造物２の上辺部分は
、平行流Ｓ３と上昇流Ｓ１とを区分するような位置とし
、かつ、その下辺部分は下部に存する上昇流Ｓ０と、縦
渦Ｓ２との混合流域よりわずかに下方に位置するように
配設される。

一方、前記間隔ｄは、主リング状構造物２の流出口から
流出した流れが拡散してプロペラ回転面に達するような
距離を有する。

渣た、前記プロペラ３の後方にはラダー４が設けられて
いる。

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

上記主リング状構造物２に内接する円の直径Ｄ１ば（第
６図参照）プロペラ直径ＤＰの６０％〜１５０係の範囲
から適宜選択される。

また、主リング状構造物２は第７図に示す如く、平坦面
２にと船体１の中心線となす角α（船体１の中心線から
外向きを正とする）が約−１０度から３０度の範囲内で
選ばれるようになっている。

即ち、この角αが太きくなりすぎると船尾付近の遅い流
れを外側に拡げる効果が少く、筐た船底から巻き上って
くる流れに達して抵抗が増える。

方、角αが小さ過ぎる（内側に傾き過ぎる）と流れに抗
する角度になり抵抗が増える。

また、主リング状構造物の断面は、流線状の翼形である
ことが好ましいが、流線状に近似したものでも十分使用
することができる。

断面が完全な流線状であるものと、直線を組合せたもの
とでは、後者の方が前者より製作が著しく容易である。

第８図はこの製作の容易さを主体にして設計されたもの
であって、全体が翼形に類似した直線で形成されている
。

特に、第９図は推進効率を増加するために設計されたも
ので、断面２ｅの後端部２０′に、ディフューザー角γ
を設けたもので、その範囲はリング状構造物の内面との
間のなす角がＯ〜１０ 好１しくは３〜５ かよくこれ
によって更に推進効率を増加することができる。

筐た、第４図に示す如く、上記主リング状構造物２の前
方に位置して、内側がゆるやかな凸状２１をなし、かつ
外側が平坦２にな所謂翼形断面形状をなす副リング状構
造物２Ａを配設する。

この副リング状構造物２人は略半円形の部材を船体１の
側部に固定することによって形成される。

該副リング状構造物２人と前記主リング状構造物２との
間隔、或いは副リング状構造物２人の下向き角度等は船
体の回りの流れ、具体的には上昇流Ｓ１および縦渦Ｓ２
等に合わせて適宜選択されるが、特に船尾縦渦Ｓ２の発
生箇所近傍に設けることが望ましい。

上記副リング状構造物２Ａの翼形断面形状は上記主リン
グ状構造物２の翼形断面形状と同様に適宜の形状とする
ことができる。

ｌた、副リング状構造物２人は主リング状構造物２と同
様に略逆おむすび型の正面形状とするのが好もしい。

しかし、副リング状構造物の直径は主リング状構造物２
の場合とは異なってもよい。

次に、本考案の作用を第１０図および第１１図にもとづ
いて説明する。

主副２つのリング状構造物２，２人を備えた肥大船を運
航した場合、一般には第１０図に示すように、平行流Ｓ
３と上昇流Ｓ工および縦渦Ｓ２が発生する。

そして、これらの流れのうち、特に上昇流Ｓ０は、１ず
副リング状構造物２人の人口部分、つ筐り先端縁部分に
達する。

このときの入口部分における軸方向成分の流速分布が第
１１図ａに示される。

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

このような状態で副リング状構造物２人内に導入された
上昇流Ｓ１は、副リング状構造物２Ａの上部の内壁２１
で押えられてゆるい上昇流８１′となる。

また、縦渦Ｓ２は副リング状構造物２Ａの近傍に発生す
るために発生後、すぐに副リング状構造物２Ａ内に流入
し、発達しないうちに弱い縦渦Ｓ２′となる。

そして、これらの流れは第１１図（ｂ）に示すような副
リング状構造物２人の作用により全体として第１１図Ｃ
に示す如き速度分布をなして副リング状構造物２人を通
過する。

次いで、副リング状構造物２人の流出口から流出した上
記の流れＳ １’ ｓ Ｓ ２’は後方の略逆おむすび
形の主リング状構造物２内に流入されるが上記のゆるい
上昇流８０′は船側を回る平行流Ｓ３の一部とさらに合
流しながら横にはり出した逆かむすび形の膨みの部分の
内側２′で押えられて速度を速めた平行流Ｓ□〃となる
。

そして、主リング状構造物２内の、これらの流れＳ １
／／ 、 Ｓ２／／は第１１図ｄに示すような主リン
グ状構造物の作用により主リング状構造物２内の上部と
下部との間の不均一性が弱められ第１０図ｅ・に示すよ
うな流速分布で主リング状構造物２から流出し、該主リ
ング状構造物２後方の間隔ｄを経てプロペラ３に達する
１でに拡散されてほぼ均一な流速分布となってプロペラ
作動面全面に導かれることとなる（第１１図ｆ）。

上記のように、副リング状構造物２人は縦渦Ｓ２の発生
位置近傍に設けられるため、縦渦Ｓ２の発生や発達の抑
制に効果的であり、捷た、副リング状構造物２Ａによっ
て多少整流された遅い流れは主リング状構造物２を通過
する間にほぼ整流されたあと、主リング状構造物２後方
の間隔ｄを経てプロペラ３に達するｌでに拡散されてほ
ぼ均一な流速分布となってプロペラ作動面全面に導かれ
るため、推進性能が一段と向上することになる。

次に、本考案者等が行った実験の一例を示す。

■０条件 １、供試模型船：模型船は下記の２船型を選定した。

船型はいわゆる肥大船型である。模型船Ａ 模型船
Ｂ Ｌｐｐ ２．００９？？Ｚ １．７０８７７
ＺＢ（型） ０．３１５ｍ ０．２７１７７２
Ｃｂ Ｏ，８３１０，８２６ Ｌｐｐ／Ｂ ６．３８ ６．３０縮尺比 １
／１６４．６ １／９９．５材質は木製 ２、供試リング状構造物：リング状構造物は後端内接内
径５４調を有している。

標準断面形状は第１２図に示す様に、前端部に丸味を有
し、且つ背面部は大部分を直線とした翼形状であり、そ
の長さを用いて無次元表示したオフセットを表１に示し
た。

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

３、実験水槽：回流水槽 表 １ Ｘ／ｌ Ｙｔ／ｌ Ｙｕ／１ ０１２５ （０１８７０） ００２３２５００２５０．
１７７００．２３３５ ００５０１５８００２３５０ ００７５０．１４０００２３５０ ０１００１２３５０２３４０ ０１５００９４７０２２８０ ０２０００７２００２１８５ ０．２５００５４００．２０６０ ０３ ００３９０ ０４ ０．０１８５ 樋 ０．５ ０．００４０ ０６ ０．０ ７ ゜８ 渚 幌 烟 ０．９ １０ ０．０ ０．００５Ｓ
／ｌ ０．０４８ ■、実験結果 １、主リング状構造物の長さについて、 主リング状構造物の長さｔとその出口内径Ｄ（プロペラ
回転直径りと同一とした）の比（４／Ｄ）をｌ／８．１
／４．１／２．１／１と変化させて主リング状構造物の
長さの影響について調べた。

その結果を第１３図に示す。この図からも明らかなよう
にｔ／Ｄが約０．２〜１．０の範囲では剰余抵抗係数Ｃ
ｒは低下し有効馬力の減少が生じ、それ以外では主リン
グ状構造物により剰余抵抗係数Ｃｒが増加する傾向を示
している。

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

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

この実験において用いられた主リング状構造物の長さｔ
は１／４Ｄであった。

その結果を第１４図に示す。この図から主リング状構造
物の嵌合量がＯの場合剰余抵抗係数Ｃｒはやや増加し、
また、あ１り大きくなっても同様な傾向が見られる。

したがって、この嵌合量は主リング状構造物の長さｔの
２０％以上１００φ以下の範囲で有効馬力の減少がみら
れほぼ４０％〜８０多の位置でその効果が最も期待出来
る。

上記のように、本考案は横方向からみた長さをプロペラ
回転直径の０．２以上１以下となすとともに、内面が凸
状の翼形断面に形成された主リング状構造物をその長さ
の０．２から１１での範囲に、かつ該主リング状構造物
の後端縁とプロペラとの間に主リング状構造物の流出口
から流出した流れが拡散してプロペラ回転面に達するに
足る間隔を設けて船体に嵌合固着させ、かつ前記主リン
グ状構造物の前方に、内面が凸状の翼形断面に形成され
た副リング状構造物を配設し、さらに、少なくとも主リ
ング状構造物は正面からみてプロペラ中心を通る水平な
基線から夫々等間隔に配した上下２本の水平線において
プロペラの中心を通る垂直線から当該リング状構造物に
至る線分の長さのうち基線の上方の線分が基線下刃の線
分より大きい形状の略逆おむすび型となしたので、船舶
、特に、肥大船の船尾流状に生じる伴流係数の大きい流
れを二段階に分けて集中整流できるのみならず、船側を
回る平行流Ｓ３の二部を逆おむすび形のリング状構造物
によって取り入れ集中流線したあと、リング状構造物の
後端縁とプロペラとの間で拡散してプロペラ作動を積極
的に集中整流した後拡散してプロペラ作動面に導くこと
が出来るため、推進動率ηを向上させることが出来るば
かりでなく、船体振動、騒音の発生をも防止出来ると云
う効果を有する。

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

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的な三次元剥離を有する肥大船の船尾渡場
を説明するための図、第２図は第１図に示される肥大船
のプロペラ面に釦ける伴流分布を示す図、第３図は従来
のダクトプロペラによる軸方向成分の速度分布の変化を
示す図、第４図は本考案の船舶の船尾部の形状を示す側
面図、第５図は主リング状構造物部分の右半分を示す図
、第６図は主リング状構造物に内接する円とプロペラの
寸法との関係を示す図、第７図は第５図のＢ −Ｂ断面
図、第８図および第９図はリング状構造物の断面形状を
示す図、第１０図は本考案の船舶の作用を示す図、第１
１図は本考案による軸方向成分の速力分布の変化を示す
図、第１２図にリング状構造物の翼形断面図、第１３図
は主リング状構造物の長さの影響を示す図、第１４図は
主リング状構造物の喰込み量の影響を示す図、を夫々示
す。 １・・・・・・船体、２，２Ａ・・・・・・リング状構
造物、３・・・・・・プロペラ、４・・・・・・ラダー
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 横方向からみた長さをプロペラ回転直径の０．２以上１
   以下となすとともに、内面が凸状の翼形断面に形成され
   た主リング状構造物を、その長さの０．２から１１での
   範囲に、かつ該主リング状構造物ノ後端縁とプロペラと
   の間に主リング状構造物の流出口から流出した流れが拡
   散してプロペラ回転面に達するに足る間隔を設けて船体
   に嵌合固着させ、かつ、前記主リング状構造物の前方に
   、内面が凸状の翼形断面に形成された副リング状構造物
   を配設し、さらに、少なくとも主リング状構造物は正面
   からみてプロペラ中心を通る水平な基線から夫々等間隔
   に配した上下２本の水平線においてプロペラの中心を通
   る垂直線から当該リング状構造物に至る線分の長さのう
   ち基線の上下の線分が基線下方の線分より大きい形状の
   略逆おむすび型となしたことを特徴とする船舶の推進装
   置。