(57)【要約】【課題】渦抵抗とプロペラ負荷条件との関係から、馬力低減効果を得られる船体を特定し、大型ダクトと中型ダクトとの両者の特徴を兼ね備えた省エネ装置として、プロペラ形状を工夫し、プロペラの前方に近接して小型のダクトを配置することで、荷重度が増加する実海域において、キャビテーションを抑制した上で、効率を支配するプロペラの半径方向の負荷分布を小型のダクトとの干渉を利用して最適化すること。【解決手段】本発明の小型ダクト付き船舶は、船体１の船尾に取り付けるプロペラ１０と、プロペラ１０の前方に取り付けるダクト２０とを有し、船体１を、実海域中におけるプロペラ負荷条件が１．０以上３．５以下で、渦抵抗が１０％以上１５％以下の船体とし、ダクト２０の直径を、プロペラ１０の直径の２０％以上５０％以下の小型ダクトとしたことを特徴とする。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の船尾に取り付けるプロペラと、前記プロペラの前方に取り付けるダクトとを有するダクト付き船舶において、前記船体を、実海域中におけるプロペラ負荷条件が１．０以上３．５以下で、渦抵抗が１０％以上１５％以下の船体とし、前記ダクトの直径を、前記プロペラの直径の２０％以上５０％以下の小型ダクトとしたことを特徴とする小型ダクト付き船舶。
【請求項２】
前記プロペラのピッチを、半径方向に減少する逓減ピッチとしたことを特徴とする請求項１に記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項３】
前記ピッチが前記プロペラの翼根部で最大値となり、前記ピッチの前記最大値を、前記ピッチの最小値に対して１２０％以上１６０％以下としたことを特徴とする請求項２に記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項４】
前記ダクトの後端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０．５％以上１０％未満としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項５】
前記ダクトの断面形状を内側に凸形状とし、前記凸形状の突出度を、前記ダクトの上流側において大きくしてキャンバー比を６％以上１６％以下としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項６】
前記ダクトを、上流側の内直径よりも下流側の内直径が小さい加速型ダクトとしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項７】
前記ダクトの中心線を前記プロペラの中心線と一致させたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項８】
前記ダクトの中心線を前記プロペラの中心線に対して、前記ダクトの前方が、上方に１０度以下、下方に５度以下の範囲で傾けて設置したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項９】
前記ダクトの内面に、前記プロペラへの流れを対向流として形成する固定翼を有したことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項１０】
前記固定翼が前記プロペラの回転方向と逆方向に捻られていることを特徴とする請求項９に記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項１１】
前記固定翼の捻りを前記プロペラに近づくに従って大きくしたことを特徴とする請求項１０に記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項１２】
前記固定翼の最大捻り角度を前記プロペラのピッチ比の１５倍以上２５倍以下としたことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項１３】
前記船尾に前記ダクトを取り付ける支柱が前記固定翼を兼ねていることを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項１４】
前記ダクトを、側面視で、上辺が下辺より長い逆台形形状としたことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項１５】
前記ダクトの前記上辺を、前記下辺の長さの１倍より大きく２倍以下としたことを特徴とする請求項１４に記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項１６】
前記ダクトを既存の船舶に後付けしたことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶の前記船体への小型ダクトの適用を判断する船舶への小型ダクト適用判断方法であって、適用対象とする前記船舶について、実海域中におけるプロペラ負荷条件と渦抵抗とを算出し、又は、予め定めた前記船舶の船種と前記プロペラ負荷条件及び前記渦抵抗の関係に適用し、前記プロペラ負荷条件と前記渦抵抗を考慮して、前記小型ダクトを適用することを特徴とする船舶への小型ダクト適用判断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船体の船尾に取り付けるプロペラと、プロペラの前方に取り付けるダクトとを有する小型ダクト付き船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプロペラ付近に設けるダクトには、プロペラを覆うタイプのプロペラよりも直径の大きい大型ダクトや、プロペラ直径よりやや小さく、プロペラ前方に配置した中型ダクトがある。
プロペラを覆うタイプの大型ダクトは、ダクトプロペラと呼ばれ、プロペラと一体で荷重度の高い場合に有効な推進器として扱われている。この理由は、プロペラとダクトとの干渉が大きく、この干渉を考慮した性能を推進器として扱う方が合理的だからである。
一方、プロペラ前方のプロペラ直径よりやや小さい中型ダクトは、省エネ装置として扱われ、推進器とは見なされていない。この理由は、ダクトとプロペラの干渉がそれほど大きくなく、むしろ船体とダクトの干渉が大きいからである。
したがって、中型ダクトの性能試験では、船体にダクトを装備したままで抵抗試験を実施する。これはダクトが船体の一部であるという認識に基づく。
【０００３】
大型ダクトは、プロペラとの干渉が大きいため、荷重度が増加する実海域において効率が上昇するが、プロペラとダクト間に発生するキャビテーションが問題となり、大型船においては、ほとんど採用されることがない。
【０００４】
特許文献１には、船体の船尾に取り付けるプロペラと、プロペラの前方に取り付ける加速型ダクトとを有し、ダクトの直径をプロペラの直径の４０〜１１０％とし、ダクトの中心をプロペラの軸心と一致させたダクト付きプロペラを装備した船舶が開示されている。
そして、このダクトは、上流側の内直径よりも下流側の内直径が小さく、ダクトの内面に、プロペラへの流れを対向流として形成する固定翼の機能を兼ねる。ダクトは、プロペラの回転方向と逆方向に捻られている支柱を介して船体の船尾管又は船尾管を覆う船体端部に取り付けられている。
【０００５】
特許文献２には、船体の船尾に取り付けるプロペラと、プロペラの前方に取り付ける加速型ダクトとを有し、ダクトの直径をプロペラの直径の４０〜７０％とし、ダクトの中心をプロペラの軸心に対して傾斜させたダクト付きプロペラを装備した船舶が開示されている。そして、このダクトは、上流側の内直径よりも下流側の内直径が小さく、断面形状が内側に凸形状となっている。
【０００６】
特許文献３には、肥大船の経済性を高めることを目的とし、船殻効率に着目して、縦渦等に起因した伴流係数の大きい領域に対して、船体とプロペラとの間にダクトを配置することが開示されている。特許文献３では、プロペラ直径と同程度の直径のダクトで大型ダクトの概念にも近いものである。横方向からみたダクトの形状がダクトの軸線に対して非対称（非軸対称形状）であるが、ダクトの断面形状を内側に凸形状とし、凸形状の突出度は、ダクトの上流側において大きい。
【０００７】
特許文献４には、ダクトを側面視した形状が、略台形状、つまり、非軸対称形状のダクトであるが、プロペラ直径よりも小さな直径のダクトが開示されている。
特許文献５には、プロペラの翼根部でのピッチをやや大きくし、中央部で減少させ、翼端部で再び増加させた推進装置が開示されている。
特許文献６には、プロペラピッチがプロペラの翼根部で最大値となり翼端部で最小値となる、つまり、半径方向にピッチが減少する逓減ピッチのプロペラが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２４８６号公報
【特許文献２】特開平９−１７５４８８号公報
【特許文献３】実公昭５６−３２３９６号公報
【特許文献４】特開２００７−３３１５４９号公報
【特許文献５】特開平１０−２６４８９０号公報
【特許文献６】特開２０１０−９５１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、プロペラの前方に置かれた中型ダクトは、プロペラとの干渉が弱いため、波風によってプロペラの負荷が増加する実海域において先のダクトプロペラのような効果が、それほど期待できない。
また、各特許文献に開示された中型ダクトは、効率を支配するプロペラの半径方向の負荷分布をダクトとの干渉を利用して最適化するものではない。また、干渉の期待できる大型ダクトは、キャビテーションの問題があり、プロペラ径の大きい大型船には採用が困難である。
また、特許文献５は、プロペラの翼端部でのピッチを大きくしているため、プロペラの翼端部においてキャビテーションが増加してしまう。
一方で、実海域における馬力低減効果は、プロペラとダクトとの関係だけでなく、船体の船型によっても大きく影響する。
【００１０】
そこで、本発明は、渦抵抗とプロペラ負荷条件との関係から、馬力低減効果を得られる船型を有した船体を特定し、大型ダクトと中型ダクトとの両者の特徴を兼ね備えた省エネ装置として、プロペラ形状を工夫し、プロペラの前方に近接して小型のダクトを配置することで、荷重度が増加する実海域において、伴流を考慮しキャビテーションを抑制した上で、効率を支配するプロペラの半径方向の負荷分布を小型のダクトとの干渉を利用して最適化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載に対応した小型ダクト付き船舶においては、船体の船尾に取り付けるプロペラと、プロペラの前方に取り付けるダクトとを有するダクト付き船舶において、船体を、実海域中におけるプロペラ負荷条件が１．０以上３．５以下で、渦抵抗が１０％以上１５％以下の船体とし、ダクトの直径を、プロペラの直径の２０％以上５０％以下の小型ダクトとしたことを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、ダクトの直径をプロペラの直径の２０％以上５０％以下とすることでキャビテーションを発生させずにダクトをプロペラに近づけることができ、例えばＬＰＧ船、ＰＣＣ船のような、プロペラ負荷条件が１．０以上３．５以下で渦抵抗が１０％以上１５％以下の船体に適用することで、波風によってプロペラの荷重度が増加する実海域において、プロペラ中心部での吸い込み効果を高め、効率を支配するプロペラの半径方向の負荷分布をダクトとの干渉を利用して最適化し、馬力低減効果を得ることができる。また、請求項１に記載の本発明によれば、ダクトは、プロペラの直径の２０％以上５０％以下であるため、小型軽量で摩擦抵抗が小さく、低振動、低騒音、低コストでプロペラの効率を高めることができる。なお、渦抵抗とは、船体の抵抗としての粘性抵抗であって船体面の摩擦抵抗以外の船型により発生する渦に起因した抵抗である。渦抵抗が○○％という表現は、船体の全抵抗に対する渦抵抗の割合を言う。
また、プロペラ負荷条件はプロペラ荷重度と同じ意味であり、プロペラが発生する推力を、水流の動圧×プロペラ円面の面積で割った数値である。
【００１２】
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の小型ダクト付き船舶において、プロペラのピッチを、半径方向に減少する逓減ピッチ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、ダクトを逓減ピッチのプロペラと組み合わせることでキャビテーションを発生させずにダクトをプロペラに近づけることができ、プロペラのピッチを逓減ピッチとすることで、波風によってプロペラの荷重度が増加する実海域において、プロペラ中心部での吸い込み効果を高め、効率を支配するプロペラの半径方向の負荷分布をダクトとの干渉を利用して最適化することができる。
【００１３】
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の小型ダクト付き船舶において、ピッチがプロペラの翼根部で最大値となり、ピッチの最大値を、ピッチの最小値に対して１２０％以上１６０％以下としたことを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、プロペラ翼端部で発生するキャビテーションを抑制でき、プロペラ中心部での吸い込み効果を高めて最適な負荷分布とすることができる。
【００１４】
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３に記載の小型ダクト付き船舶において、ダクトの後端とプロペラの前縁との距離を、プロペラの直径の０．５％以上１０％未満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、船体との関係により剥離を生じることなくダクトをプロペラに近接させることができ、ダクトとプロペラとの干渉効果を高めることができる。
【００１５】
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４に記載の小型ダクト付き船舶において、ダクトの断面形状を内側に凸形状とし、凸形状の突出度を、ダクトの上流側において大きくしてキャンバー比を６％以上１６％以下と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、キャンバー比を６％以上１６％以下としても、プロペラ中心部での吸い込み効果により、剥離を生じさせることなく、分力として船体を前方に推進する揚力を増加させることができる。
【００１６】
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５に記載の小型ダクト付き船舶において、ダクトを、上流側の内直径よりも下流側の内直径が小さい加速型ダクトと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、プロペラ中心部での吸い込み効果と、分力として船体を前方に推進する揚力とを更に高めることができる。
【００１７】
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６に記載の小型ダクト付き船舶において、ダクトの中心線をプロペラの中心線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、非軸対称形のダクトと比較して、又は、プロペラ軸とダクトの中心軸をずらしたり、傾斜角を持たせたりして設置するダクトと比較して、ダクトの製作や設置が容易で安価に提供できる。
【００１８】
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項６に記載の小型ダクト付き船舶において、ダクトの中心線をプロペラの中心線に対して、ダクトの前方が、上方に１０度以下、下方に５度以下の範囲で傾けて設置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、例え製作が比較的簡単な軸対称形状のダクトを用いたとしても、船体毎に異なる伴流に合わせ、非軸対称形状のダクトと同程度の推進性能を得ることができる。
【００１９】
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項８に記載の小型ダクト付き船舶において、ダクトの内面に、プロペラへの流れを対向流として形成する固定翼を有したことを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、ダクトに流入した流れは固定翼によってプロペラに対向流として流入することにより、プロペラ効率の一層の向上が図れる。
【００２０】
請求項１０記載の本発明は、請求項９に記載の小型ダクト付き船舶において、固定翼がプロペラの回転方向と逆方向に捻られ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、固定翼により流れを回転することによりプロペラの効率が向上する。
【００２１】
請求項１１記載の本発明は、請求項１０に記載の小型ダクト付き船舶において、固定翼の捻りをプロペラに近づくに従って大きく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、プロペラの効率が更に向上する。
【００２２】
請求項１２記載の本発明は、請求項１０又は請求項１１に記載の小型ダクト付き船舶において、固定翼の最大捻り角度をプロペラのピッチ比の１５倍以上２５倍以下と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、プロペラの出口流れを更に捻れがない流れにでき、プロペラの効率が更に向上する。
【００２３】
請求項１３記載の本発明は、請求項９から請求項１２に記載の小型ダクト付き船舶において、船尾にダクトを取り付ける支柱が固定翼の機能を兼ねていることを特徴とする。請求項１３に記載の本発明によれば、支柱が固定翼の機能を兼ねることで構成が簡素化される。
【００２４】
請求項１４記載の本発明は、請求項１から請求項１３に記載の小型ダクト付き船舶において、ダクトを、側面視で、上辺が下辺より長い逆台形形状としたことを特徴とする。請求項１４に記載の本発明によれば、ダクトの下端部で発生した抗力を減少させるとともに、ダクトの上端部で推力の向上を図ることができる。
【００２５】
請求項１５記載の本発明は、請求項１４に記載の小型ダクト付き船舶において、ダクトの上辺を、下辺の長さの１倍より大きく２倍以下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、抗力の減少と推力の向上を図りつつ、プロペラ中心部での吸い込み効果を高めることができる。
【００２６】
請求項１６記載の本発明は、請求項１から請求項１５に記載の小型ダクト付き船舶において、ダクトを既存の船舶に後付けしたことを特徴とする。請求項１６に記載の本発明によれば、新造船以外の既存の船舶においても、小型軽量で摩擦抵抗が小さく、低振動、低騒音、低コストでプロペラの効率を高めることができる小型ダクトが利用可能となる。
【００２７】
請求項１７記載に対応した船舶への小型ダクト適用判断方法においては、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の小型ダクト付き船舶の船体への小型ダクトの適用を判断する船舶への小型ダクト適用判断方法であって、適用対象とする船舶について、実海域中におけるプロペラ負荷条件と渦抵抗とを算出し、又は、予め定めた船舶の船種とプロペラ負荷条件及び渦抵抗の関係に適用し、プロペラ負荷条件と渦抵抗を考慮して、小型ダクトを適用することを特徴とする。請求項１７に記載の本発明によれば、プロペラ負荷条件と渦抵抗とから小型ダクト適用による馬力低減効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の小型ダクト付き船舶によれば、ダクトの直径をプロペラの直径の２０％以上５０％以下とすることでキャビテーションを発生させずにダクトをプロペラに近づけることができ、例えばＬＰＧ船、ＰＣＣ船のような、プロペラ負荷条件が１．０以上３．５以下で渦抵抗が１０％以上１５％以下の船体に適用することで、波風によってプロペラの荷重度が増加する実海域において、プロペラ中心部での吸い込み効果を高め、効率を支配するプロペラの半径方向の負荷分布をダクトとの干渉を利用して最適化し、従来の大型ダクトや中型ダクトでは効果が期待できなかった馬力低減効果を得ることができる。
また、本発明の小型ダクト付き船舶によれば、ダクトは、プロペラの直径の２０％以上５０％以下であるため、小型軽量で摩擦抵抗が小さく、低振動、低騒音、低コストでプロペラの効率を高めることができる。
【００２９】
また、プロペラのピッチを半径方向に減少する逓減ピッチとした場合には、ダクトを逓減ピッチのプロペラと組み合わせることでキャビテーションを発生させずにダクトをプロペラに近づけることができ、波風によってプロペラの荷重度が増加する実海域において、プロペラ中心部での吸い込み効果を高め、効率を支配するプロペラの半径方向の負荷分布をダクトとの干渉を利用して最適化することができる。
【００３０】
また、ピッチがプロペラの翼根部で最大値となり、ピッチの最大値を、ピッチの最小値に対して１２０％以上１６０％以下とした場合には、プロペラ翼端部で発生するキャビテーションを抑制でき、プロペラ中心部での吸い込み効果を高めて、最適な負荷分布とすることができる。
【００３１】
また、ダクトの後端とプロペラの前縁との距離を、プロペラの直径の０．５％以上１０％未満とした場合には、逓減ピッチのプロペラの吸い込み効果により剥離を生じることなくダクトをプロペラに近接させることができ、ダクトとプロペラとの干渉効果を高めることができる。
【００３２】
また、ダクトの断面形状を内側に凸形状とし、凸形状の突出度を、ダクトの上流側において大きくしてキャンバー比を６％以上１６％以下とした場合には、キャンバー比を６％以上１６％以下としてもプロペラ中心部での吸い込み効果により、剥離を生じることなく、分力として船体を前方に推進する揚力を増加させることができる。
【００３３】
また、ダクトを、上流側の内直径よりも下流側の内直径が小さい加速型ダクトとした場合には、プロペラ中心部での吸い込み効果と、分力として船体を前方に推進する揚力とを更に高めることができる。
【００３４】
また、ダクトの中心線をプロペラの中心線と一致させた場合には、非軸対称形のダクトと比較して、又は、プロペラ軸とダクトの中心軸をずらしたり、傾斜角を持たせたりして設置するダクトと比較して、ダクトの製作や設置が容易で安価に提供できる。
【００３５】
また、ダクトの中心線をプロペラの中心線に対して、ダクトの前方が、上方に１０度以下、下方に５度以下の範囲で傾けて設置した場合には、例え製作が比較的簡単な軸対称形状のダクトを用いたとしても、非軸対称形状のダクトと同程度の推進性能を得ることができる。
【００３６】
また、ダクトの内面に、プロペラへの流れを対向流として形成する固定翼を有した場合には、ダクトに流入した流れは固定翼によってプロペラに対向流として流入することにより、プロペラ効率の一層の向上が図れる。
【００３７】
また、固定翼がプロペラの回転方向と逆方向に捻られている場合には、固定翼により流れを回転することによりプロペラの効率が向上する。
【００３８】
また、固定翼の捻りをプロペラに近づくに従って大きくした場合には、プロペラの効率が更に向上する。
【００３９】
また、固定翼の最大捻り角度をプロペラのピッチ比の１５倍以上２５倍以下とした場合には、プロペラの出口流れを更に捻れがない流れにでき、プロペラの効率が更に向上する。
【００４０】
また、船尾にダクトを取り付ける支柱が固定翼の機能を兼ねている場合には、支柱が固定翼を兼ねることで構成が簡素化される。
【００４１】
また、ダクトを、側面視で、上辺が下辺より長い逆台形形状とした場合には、ダクトの下端部で発生した抗力を減少させるとともに、ダクトの上端部で推力の向上を図ることができる。
【００４２】
また、ダクトの上辺を、下辺の長さの１倍より大きく２倍以下とした場合には、抗力の減少と推力の向上を図りつつ、プロペラ中心部での吸い込み効果を高めることができる。
【００４３】
また、ダクトを既存の船舶に後付けした場合には、新造船以外の既存の船舶においても、小型軽量で摩擦抵抗が小さく、低振動、低騒音、低コストでプロペラの効率を高めることができる小型ダクトが利用可能となる。
【００４４】
本発明の船舶への小型ダクト適用判断方法によれば、適用対象とする船舶について、実海域中におけるプロペラ負荷条件と渦抵抗とを算出し、又は、予め定めた船舶の船種とプロペラ負荷条件及び渦抵抗の関係に適用し、プロペラ負荷条件と渦抵抗を考慮して、小型ダクトを適用することで、馬力低減効果を的確に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態による小型ダクト付き船舶の概略構成図
【図２】同船舶に用いる小型ダクトを示す一部断面側面図及びＡ−Ａ断面図
【図３】同船舶に用いる他の小型ダクトの要部を示す一部断面構成図
【図４】逓減ピッチプロペラと通常プロペラのピッチ分布を示すグラフ
【図５】逓減ピッチプロペラと通常プロペラの流速分布を示すグラフ
【図６】小型ダクト付きプロペラにおけるダクトの後端とプロペラの前縁との距離を変更した場合の流速分布を示すグラフ
【図７】波浪中における船速低下を模擬した荷重度変更試験結果を示すグラフ
【図８】波浪中における船速低下を模擬した荷重度変更試験結果を示すグラフ
【図９】船体に対する実海域中におけるプロペラ負荷条件（Ｃｔ）と渦抵抗（％）との関係を示す図
【図１０】船種別の主要項目の関係を示す図
【図１１】本発明の他の実施形態による小型ダクト付き船舶の要部を示す側面図
【図１２】本発明の更に他の実施形態による小型ダクト付き船舶の要部を示す側面図
【図１３】本発明の更に他の実施形態による小型ダクト付き船舶の要部を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下に、本発明の実施形態による小型ダクト付き船舶について説明する。
図１は本発明の実施形態による小型ダクト付き船舶の概略構成図、図２（ａ）は同船舶に用いる小型ダクトの要部を示す一部断面側面図、図２（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図、図３は同船舶に用いる他の小型ダクトの要部を示す一部断面構成図、図４は逓減ピッチプロペラと通常プロペラのピッチ分布を示すグラフ、図５は逓減ピッチプロペラと通常プロペラの流速分布を示すグラフ、図６は小型ダクト付き船舶におけるダクトの後端とプロペラの前縁との距離による流速分布を示すグラフである。
【００４７】
図１に示すように、船舶は、船体１の船尾に取り付けるプロペラ１０と、プロペラ１０の前方に取り付けるダクト２０とを有している。
船体１は、例えばタンカーやバルク船、ＬＰＧ船、ＰＣＣ船である。実海域中におけるプロペラ負荷条件（Ｃｔ）が１．０以上で渦抵抗が１０％以上である。
【００４８】
図２（ａ）に示すように、プロペラ１０は中心部にボス１１を有し、ダクト２０は、上流側となる前端２１の内直径よりも下流側となる後端２２の内直径が小さい加速型ダクトである。
【００４９】
ダクト２０は、その断面形状が内側に凸形状２３となっており、凸形状２３の突出度は、ダクト２０の上流側において大きくしている。最大キャンバー位置におけるキャンバー比は、６％以上１６％以下としている。一般にはキャンバー比が８％を越えるとダクト２０内で剥離を生じるが、本実施の形態で特定した小型のダクト２０をプロペラ１０の前方に近接させて設け、プロペラ１０のピッチを半径方向に減少する逓減ピッチとしているため、プロペラ１０中心部での吸い込み効果により８％を越えても剥離を生じることなく揚力を増加させることができる。このようにダクト２０を加速型ダクトとし、断面形状を内側に凸形状２３としてキャンバー比を高くすることにより、流れが加速でき、プロペラ１０との干渉を高めることができ、分力として船体１を前方に推進する揚力も増すことができる。
【００５０】
プロペラ１０の直径をＤｐ、ダクト２０の前端２１の直径をＤｄｉｎ、ダクト２０の後端２２の直径をＤｄｏｕｔ、プロペラ１０の前縁とダクト２０の後端２２との距離をＬとすると、ダクト２０の前端２１の直径Ｄｄｉｎをプロペラ１０の直径Ｄｐの５０％以下、ダクト２０の後端２２とプロペラ１０の前縁との距離Ｌをプロペラ１０の直径Ｄｐの１５％以下、更には１０％未満とすることが好ましい。ダクト２０の後端２２とプロペラ１０の前縁との距離Ｌは、可能な限り近接させることが好ましいが、ダクト２０とプロペラ１０との接触を避けるためには、プロペラ１０の直径Ｄｐの０．５％以上とすることが好ましい。
なお、ダクト２０の直径Ｄｄｉｎ、Ｄｄｏｕｔは、前端、後端が曲面を成している場合は外面と内面との接点から計測した寸法を基本とするが、簡便的に前端、後端の外端面あるいは内端面から計測した寸法を用いることもできる。
【００５１】
ダクト２０の前端２１の直径Ｄｄｉｎ、及びダクト２０の後端２２の直径Ｄｄｏｕｔは、プロペラ１０の直径Ｄｐに対して２０％以上５０％以下とする。プロペラ１０の直径Ｄｐに対して２０％以上５０％以下の範囲において、ダクト２０は、ダクト２０の前端２１の直径Ｄｄｉｎとダクト２０の後端２２の直径Ｄｄｏｕｔが等しい筒状であってもよい。ダクト２０の前端２１の直径Ｄｄｉｎとダクト２０の後端２２の直径Ｄｄｏｕｔは、Ｄｄｉｎ＞Ｄｄｏｕｔとすることがより好ましい。また、ダクト２０の前端２１の直径Ｄｄｉｎは、プロペラ１０の直径Ｄｐに対して３５％以上５０％以下、ダクト２０の後端２２の直径Ｄｄｏｕｔは、プロペラ１０の直径Ｄｐに対して２０％以上４０％未満とすることがより好ましい。
プロペラ１０の直径Ｄｐの２０％以上５０％以下のダクト２０とすることで、ダクト２０は、小型軽量で摩擦抵抗が小さく、低振動、低騒音、低コストでプロペラ１０の効率を高めることができる。
また、ダクト２０の幅Ｗ（長さ）は、干渉効果を高め、また船尾部への当接や抵抗増加を避けるため、直径Ｄｐに対して２０%以上６０%以下であることが好ましい。特に、大型船を含めて広く一般の船舶に適用する上では、ダクト２０の幅Wは、直径Ｄｐに対して２５%以上５０%以下であることがより好ましい。
【００５２】
図２（ａ）に示すように、ダクト２０は軸対称形に形成され、プロペラ１０の駆動軸１０ａとダクト２０の中心軸を一致させて取り付けているため、非軸対称形のダクトと比較して、又は、プロペラ軸とダクトの中心軸をずらしたり、傾斜角を持たせたりして設置するダクトと比較し、ダクト２０の製作や設置が容易で安価に提供できるものとなっている。
【００５３】
図２（ｂ）に示すように、ダクト２０は支柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄによって船尾管１０ｂを覆う船体端部１ａに取り付けられている。船尾管１０ｂはプロペラ１０の駆動軸１０ａ周りに設けられている。なお、船尾管１０ｂを露出している形式の船舶にあっては、ダクト２０は支柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄにより船尾管１０ｂに直接取り付けてもよい。また、船尾管１０ｂを一部露出している船舶にあっては、ダクト２０は、支柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄにより、船尾管１０ｂと船体端部１ａの双方に取り付けてもよい。
ダクト２０を、支柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを介して船体１の船尾管１０ｂ又は船尾管１０ｂを覆う船体端部１ａに取り付けることで、流れを前方の全面から取り込み、プロペラ１０との干渉を強めて効率向上を図れるとともに、ダクト２０の後付けを容易に行うことができる。これは既存船に後付でダクト20を取り付ける場合に利点が大きいが、新造船に取り付ける場合も、従来のように船体１の外板へ加工を要しないため利点を有している。
【００５４】
支柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、ダクト２０の中心軸に対して放射状に配置し、特に支柱２０ａと支柱２０ｄとの間の角度を、支柱２０ｂと支柱２０ｃとの間の角度よりも小さくすることで、伴流分布を改善できる。
支柱は最低２本、最大５本とすることが好ましく、ダクト２０の外側に更に支柱を設けることも可能である。
【００５５】
また、ダクト２０の流路断面は、前端２１の直径Ｄｄｉｎより後端２２の直径Ｄｄｏｕｔが狭まるように構成している。ダクト２０の流路断面を、下流に向かって狭めることで伴流分布を改善できる。ダクト２０の下流側の流路断面を狭めるために、ダクト２０の内断面を小さくする他に、支柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの断面積を下流側に向かって大きくしてもよい。伴流分布を改善することで、小型のダクト２０によるプロペラ効率をさらに向上できる。
【００５６】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダクト２０の内面に捻りを有した支柱２０ｅを設け、プロペラ１０への流れを対向流（カウンターフロー）として形成することもできる。この場合、その船体中心線に対する取り付け角度は、船体側θｓで５度から２５度、ダクト２０の内面側θｄで５度から１０度とすることが好ましい。ダクト２０に流入した流れは、上流側から下流側に向かって加速されるとともに、捻りを有した支柱２０ｅによりプロペラ１０の回転方向と逆向きに流れが回転され、プロペラ１０に対向流として流入することにより、プロペラ効率の一層の向上が図れる。
なお、支柱２０ｅはダクト２０の外側に設け、ダクト２０の内面には流れを回転する固定翼を専用に設けてもよいが、支柱２０ｅにより流れを回転することにより支柱２０ｅが固定翼を兼ねることができ、構成が簡素化される。
また、固定翼としての支柱２０ｅの捻りをプロペラ１０に近づくに従って大きくすることで、プロペラ１０の効率が更に向上する。
また、固定翼としての支柱２０ｅの最大捻り角度をプロペラ１０のピッチ比の１５倍以上２５倍以下とすることで、プロペラ１０の出口流れを更に捻れがない流れにでき、プロペラ１０の効率が更に向上する。
なお、ダクト２０の断面は図３（d）に示すように、内側に凸の翼型形状をしていてもよい。また、支柱２０ｅの断面形状も図３（e）に示すように、翼型形状をしていてもよい。この場合、支柱20ｅの捩り方向は有効な効果を生じるように流れに合わせて翼型形状の上側、下側が選択可能である。
ダクト２０の断面を内側に凸の翼型形状とする、また支柱２０ｅの断面形状を翼型形状とすることにより、船体を前方に推進する揚力をさらに増加させることができる。
【００５７】
図４に逓減ピッチプロペラと通常プロペラのピッチ分布を示す。
プロペラ１０は、ボス１１の半径をｒ１、翼根部を半径ｒ１から半径ｒ２とする。半径Ｒは１／２Ｄｐであり、Ｈはピッチである。翼根部は、プロペラ１０の直径Ｄｐの２０％以上４０％以下である。
本実施の形態によるプロペラ１０のピッチＨは、プロペラ１０の翼根部で最大値となり翼端部で最小値となる、半径Ｒ方向に減少する逓減ピッチとしている。図４に示す比較例は一定ピッチを示している。
本実施の形態によるプロペラ１０のピッチＨは、プロペラ１０の翼根部（ｒ１からｒ２）で最大値Ｈｍａｘとなり、最大値Ｈｍａｘを、ピッチＨの最小値Ｈｍｉｎに対して推進効率とキャビテーション発生抑制を考慮して１２０％以上１６０％以下としている。
【００５８】
図５は、図４に示す本実施の形態による逓減ピッチによるプロペラと、比較例としての通常プロペラとの流速分布を示している。
Ｖはプロペラ１０の流入側の流速、Ｖｘはプロペラ１０の流出側の流速で、Ｖ及びＶｘはいずれも軸方向の流速である。
図５に示すように、本実施の形態では比較例に対して、ｒ１／Ｒが０．２から０．６において流速分布が向上している。
すなわち図５では、プロペラ１０を逓減ピッチとすることにより、プロペラ１０の中心付近（翼根部）の流速分布が改善されるため、ダクト２０が直径Ｄｄｉｎの小さい小型のダクト２０であってもよいことを示唆している。ダクト２０を小型化できることにより、プロペラ１０の翼根部の流速を増加させ、翼根部におけるプロペラ１０のピッチの増加と相まって干渉を高めることができる。また、ダクト２０は、軽量で低コストでの製作が可能となり、表面積が小さいことから摩擦抵抗の低減にも繋がる。また、小型のダクト２０であることにより、相対的に速度の遅いプロペラ１０の翼根部の流速を高めるため、キャビテーションの発生を抑制でき、プロペラ１０の損傷や振動、騒音の発生が防止できる。さらに、プロペラ１０のピッチが、翼根部で最大値となり翼端部で最小値となる半径方向に減少する逓減ピッチであるため、プロペラ１０の翼端部で発生するキャビテーションも抑制できる。
【００５９】
図６は、小型ダクト付き船舶におけるダクト２０の後端２２とプロペラ１０の前縁との距離Ｌを変更した場合の流速分布を示している。
距離Ｌは、プロペラ１０の直径Ｄｐの１５％以下において、プロペラ１０とダクト２０との干渉が顕著に表れており、距離ＬをＤｐの１０％未満とすることで更にプロペラ１０の半径Ｒ方向の負荷分布に大きな影響を与えている。また、距離Ｌを長くしすぎると、ダクト２０は船体１に当接してしまう。距離ＬをＤｐの１０％未満とすることで、ダクト２０が船体１に当接することを防止し、前方の全面から流れを取り込むことが困難になることを防止できる。
【００６０】
図７及び図８に波浪中における船速低下を模擬した荷重度変更試験結果を示す。
図７は、プロペラの前縁とダクトの後端との距離を変化させた場合とダクトを設けない場合の推進効率を示すグラフ、図８は、プロペラの前縁とダクトの後端との距離を変化させた場合の推力変化を示すグラフである。
【００６１】
本実験では、Ｌｐｐ（垂線間長さ）＝２２９m、Ｂ（船の幅）＝４２ｍ、Ｄ（船の深さ）＝１２．１９ｍのアフラマックスタンカーを試験対象船とし、Ｌｐｐ＝４．８６００m、Ｂ＝０．８９１４ｍ、Ｄ＝０．２５８７ｍのモデル船を用いた。
また、試験対象船のプロペラ１０は、Ｄｐ（プロペラ直径）＝７ｍ、Ｈ／Ｄ（０．７Ｒ）（ピッチ位置）＝０．６７、ＥＡＲ（展開面積比）＝０．４５、Ｒａｋｅ（翼傾斜）＝−２１６．７ｍｍ、Ｚ（翼数）＝４、Ｂｏｓｓ  Ｒａｔｉｏ（ボス比）＝０．１５８６、Ｓｋｅｗ（翼の反り）＝２０ｄｅｇとし、Ｄｐ＝０．１４８５５９ｍ、Ｈ／Ｄ（０．７Ｒ）＝０．６７、ＥＡＲ＝０．４５、Ｒａｋｅ＝−4.6ｍｍ、Ｚ＝４、Ｂｏｓｓ  Ｒａｔｉｏ＝０．１５８６、Ｓｋｅｗ＝２０ｄｅｇをモデルプロペラとして用いた。
【００６２】
ダクト２０は、Ｄｄｉｎ（前端２１の直径）がＤｐの４８％、Ｄｄｏｕｔ（後端２２の直径）がＤｐの４０％、ダクト２０の長さ（幅）ＷをＤｐの２４％、ダクト翼キャンバー比を８％とした。
本実験は、波浪中における船速低下を模擬するため、回転数一定のまま船速を低下させ、プロペラ荷重度を増加させた状態での自航試験を行った。
【００６３】
図７では、横軸を船速比、縦軸を推進効率とし、船速比を０．７５まで低下させた場合の推進効率を比較している。
実施例１としてプロペラ１０の前縁とダクト２０の後端２２との距離Ｌ＝Ｄｐ×６％、実施例２としてＬ＝Ｄｐ×３％、実施例３としてＬ＝Ｄｐ×１％を用い、ダクト２０を用いないものを比較例として示している。
実施例１から実施例３は、船速比０．７５から１までのいずれにおいても比較例よりも推進効率が上回っている。
【００６４】
図８では、横軸をプロペラ推力、縦軸をダクト抵抗（推力）とし、プロペラ推力を１．０５から１．３の間で変化させた場合の推力を比較している。
実施例２は実施例１よりも推力が増加し、実施例３は実施例２よりも推力が増加している。
図８に示すように、プロペラ１０の前縁とダクト２０の後端２２との距離Ｌは小さいほど推力が増加する。
【００６５】
図９は船体に対する実海域中におけるプロペラ負荷条件（Ｃｔ）と渦抵抗（％）との関係を示す図、図１０は船種別の主要項目の関係を示す図である。
ここで、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）とは、プロペラ荷重度と同じ意味であり、プロペラが発生する推力を、水流の動圧×プロペラ円面の面積で割った数値である。また、渦抵抗とは、船体の抵抗としての粘性抵抗であって、船体面の摩擦抵抗以外の船型により発生する渦に起因した粘性抵抗である。より詳しくは、粘性抵抗として（粘性）摩擦抵抗と（粘性）圧力抵抗があるが、渦抵抗は（粘性）圧力抵抗のうちの渦成分による抵抗である。
船体の船尾では流線がねじれることで船体の長手方向に軸を持つ渦が発生し、粘性抵抗として渦抵抗を生じる。渦抵抗は、船型の3次元影響を表す形状影響を、船の肥厚化による影響と流線のねじれによる影響の2つに分けた場合の後者にあたる。船体の抵抗を極限まで減らすと流線が局地線に沿った渦なし船型となるが、その場合の抵抗は前者のみとなり、上記の渦抵抗は発生しない。渦抵抗の求め方は、粘性抵抗から渦なし船型の抵抗を差し引くことで求められる。
渦抵抗が○○％という表現は、船体の造波抵抗を含めた全抵抗に対する渦抵抗の割合を言う。
なお、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）及び渦抵抗には、同種の現象を取り扱う他の物理量での表現も含むものとする。
【００６６】
図９において、縦軸は実海域中におけるプロペラのプロペラ負荷条件（Ｃｔ）、横軸は渦抵抗（％）である。
プロペラ負荷条件（Ｃｔ）は、Ｔ／（１／２ρＶ2Ｓｐ）であり、Ｔはスラスト力（推進力）、ρは水の密度、Ｖはプロペラの流入側の流速、Ｓｐはプロペラの円盤面積である。
タンカーやバルク船は、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が２から４程度、渦抵抗（％）が１５から２７程度である。また、ＬＰＧ船は、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が２から３．５程度、渦抵抗（％）が１２から１５程度である。また、ＰＣＣ船は、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が１から１．８程度、渦抵抗（％）が１０から１６程度である。また、コンテナ船は、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が０．２から１程度、渦抵抗（％）が７から１４程度である。
【００６７】
図９に示す菱形プロットは、水槽実験データである。実験において、図４に示す逓減ピッチプロペラを用い、ダクトの直径をプロペラの直径の２０％以上５０％以下とし、ダクトの後端とプロペラの前縁との距離をプロペラの直径の０．５％以上１０％未満とした。そして、図９に示す一点破線は、この水槽実験データに基づく馬力低減率を示している。
図９に示すように、タンカーやバルク船では、馬力低減率が６％程度であり、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が３以上、渦抵抗（％）が２３以上の時の馬力低減率は８％となっている。
また、ＬＰＧ船では馬力低減率が４％程度、ＰＣＣ船では馬力低減率が２％程度である。
これに対して、コンテナ船では、馬力低減効果を得ることができない。
図９に示す、タンカーやバルク船、ＬＰＧ船、ＰＣＣ船、コンテナ船の主要項目の値は、図１０に示す通りである。図１０において、Lは垂線間長さ、Bは船の幅、Cｂは方形係数、ｄは船の喫水である。
【００６８】
以上のことから、実海域中におけるプロペラ負荷条件（Ｃｔ）が１．０以上で渦抵抗が１０％以上の船体に対して、ダクトの直径を、プロペラの直径の２０％以上５０％以下とすることで、特定の船型の船体に対し馬力低減を図れ、省エネ効果があることがわかる。
特に、渦抵抗とプロペラ負荷条件との関係から、本実施形態による小型ダクトを適用することで馬力低減効果を得られる船体（船種）を特定できる設計方法を採用することで、タンカーやバルク船以外に、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が３．５以下で渦抵抗が１５％以下である、ＬＰＧ船やＰＣＣ船での馬力低減効果を見出すことができた。
従来、通常のダクトをＬＰＧ船やＰＣＣ船に適用しても効果は期待できないとされていた。しかし、ダクトの直径を、プロペラの直径の２０％以上５０％以下として小型ダクト化を図った上、逓減ピッチプロペラを用いることにより、これらの船であっても効果が期待できる。なお、翼端の耐キャビテーション条件が許容できる場合は、プロペラの途中までピッチを減少させる逓減ピッチであってもよい。また、通常ピッチプロペラであっても小型ダクトと組み合わせることにより、馬力低減効果は多少落ちるが、従来のダクトと比較して、ＬＰＧ船、ＰＣＣ船での効果が期待できる。
なお、船舶への小型ダクトの適用の判断に当っては、適用対象とする船舶について、実海域中におけるプロペラ負荷条件（Ｃｔ）と渦抵抗とを設計やシミュレーション、また模型実験等から算出する。そして、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が１．０以上で渦抵抗が１０％以上であるか、更にプロペラ負荷条件（Ｃｔ）が３．５以下で渦抵抗が１５％以下であるかを判定し、小型ダクトの適用の判断と馬力低減効果の推定を行ってもよい。又は、予め定めた図９等に代表される船舶の船種とプロペラ負荷条件（Ｃｔ）及び渦抵抗（%）の関係に適用し、船種を決める。そして、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が１．０以上で、渦抵抗が１０％以上になっているかを判定し、小型ダクトの適用の判断と馬力低減効果の推定を行ってもよい。
この方法で、船舶への小型ダクトの適用を判断した後の最適化は、船舶の諸元や寸法の微調整もあるが、主に小型ダクトとプロペラの最適化を行う。
小型ダクトは、実海域において平水よりさらに効率改善効果が増すよう、そのダクト形状や取り付け位置が工夫され、プロペラとの干渉がより増加する設計となっている。そのため、プロペラ設計は、ダクトと一体で実施する必要がある。
まず、小型ダクトとして船体の伴流を考慮した形状や寸法を定める。この小型ダクトは、プロペラに近接させプロペラの吸い込み作用の大きいところで作動することを前提に設計している。そのため、特にダクト後縁部に工夫がされ、ダクト内部はダクトの無い場合に比べ大きく加速される。そのため、プロペラのピッチは従来プロペラの翼根部近くのピッチを増加させる設計としなくてはならない。
次に、プロペラの設計を行う。プロペラのピッチを考慮した詳細な設計は、渦格子法によるダクトとプロペラの干渉計算を利用してプロペラ形状を決定するのが良いが、簡易的な設計指針でも十分に実用的な意味で問題ないプロペラ設計が可能と考える。
すなわち、まず従来の方法でプロペラを設計し、次にプロペラのピッチ分布を変更するに当り、予め用意した船種による複数種の変更パターンを適用し、ピッチ分布を求める。
そして、プロペラ特性を確認し、不都合がある場合は、条件変更を行って上記計算を繰り返す。また、場合によってはダクトの形状や、寸法にまで遡って最適化を行う。
プロペラが既に装着されている既存船の場合は、小型ダクトをプロペラとの関係において最適化を行う。但し、既存船であってもプロペラの交換も含めて最適化を行う場合は、この限りではなく、上記と同様に小型ダクトとプロペラの最適化を行う。
なお、図９に示すコンテナ船、PCC船、LPG船、タンカー、バルク船は、船種の一例であって、別の呼称を持つ船種であっても、渦抵抗とプロペラ負荷条件（Ｃｔ）から数値的に当てはまる船種は、本願発明の適用の対象とする。
【００６９】
図１１は本発明の他の実施形態による小型ダクト付き船舶の要部を示す側面図である。
本実施形態におけるプロペラ１０及びダクト２０の基本構成は図２で示した上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態では、ダクト２０の中心線をプロペラ１０の中心線に対して、ダクト２０の前方（前端２１）が上方となるように、角度αだけ傾けて設置したものである。ここで角度αは、１０度以下とすることが好ましい。
【００７０】
図１２は本発明の更に他の実施形態による小型ダクト付き船舶の要部を示す側面図である。
本実施形態におけるプロペラ１０及びダクト２０の基本構成は図２で示した上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態では、ダクト２０の中心線をプロペラ１０の中心線に対して、ダクト２０の前方（前端２１）が下方となるように、角度βだけ傾けて設置したものである。ここで角度βは、５度以下とすることが好ましい。
図１１及び図１２に示す実施形態のように、ダクト２０の前方を、上方に１０度以下、下方に５度以下の範囲で傾けて設置する。従って、例え製作が比較的簡単な軸対称形状のダクトを用いたとしても、船体毎に異なる伴流に合わせ、非軸対称形状のダクトと同程度の推進性能を得ることができる。
【００７１】
図１３は本発明の更に他の実施形態による小型ダクト付き船舶の要部を示す側面図である。
本実施形態におけるプロペラ１０及びダクト２０の基本構成は図２で示した上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態では、ダクト２０を、側面視で、上辺２４が下辺２５より長い逆台形形状とすることで、ダクト２０の下端部で発生した抗力を減少させるとともに、ダクト２０の上端部で推力の向上を図ることができる。
なお、ダクト２０の上辺２４を、下辺２５の長さの１倍より大きく２倍以下とすることで、抗力の減少と推力の向上を図りつつ、プロペラ中心部での吸い込み効果を高めることができる。
【００７２】
以上のように、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、船体１の船尾に取り付けるプロペラ１０と、プロペラ１０の前方に取り付けるダクト２０とを有する小型ダクト付き船舶において、ダクト２０の直径Ｄｄｉｎをプロペラ１０の直径Ｄｐの２０％以上５０％以下としキャビテーションを発生させずにダクト２０をプロペラ１０に近づけることができ、実海域中におけるプロペラ負荷条件（Ｃｔ）が１．０以上で渦抵抗が１０％以上の例えばタンカーやバルク船、ＬＰＧ船、ＰＣＣ船に適用することで、波風によってプロペラの荷重度が増加する実海域において、プロペラ１０中心部での吸い込み効果を高め、効率を支配するプロペラ１０の半径Ｒ方向の負荷分布をダクト２０との干渉を利用して最適化することができる。
【００７３】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が３．５以下で渦抵抗が１５％以下の、例えば、ＬＰＧ船、ＰＣＣ船において馬力低減効果を得ることができる。
【００７４】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ダクト２０を逓減ピッチのプロペラ１０と組み合わせたことで、ダクト２０の小型化が可能となり、ダクト２０の直径Ｄｄｉｎをプロペラ１０の直径Ｄｐの２０％以上５０％以下としキャビテーションを発生させずにダクト２０をプロペラ１０に近づけることができ、プロペラのピッチを逓減ピッチとすることで、波風によってプロペラの荷重度が増加する実海域において、プロペラ中心部での吸い込み効果を高め、効率を支配するプロペラの半径方向の負荷分布をダクトとの干渉を利用して最適化することができる。
【００７５】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ピッチＨがプロペラ１０の翼根部で最大値Ｈｍａｘとなり、ピッチＨの最大値Ｈｍａｘを、ピッチＨの最小値Ｈｍｉｎに対して１２０％以上１６０％以下としたことで、プロペラ翼端部で発生するキャビテーションの発生を抑制した上で、プロペラ１０中心部での吸い込み効果を高めて最適な負荷分布とし、推進効率を向上することができる。
【００７６】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ダクト２０の後端２２とプロペラ１０の前縁との距離Ｌを、プロペラ１０の直径Ｄｐの０．５％以上１０％未満としたことで、ダクト前端２１が船尾部の船体１に触れることを防止しダクト２０の前方の全面から流れを取り込み、ダクト２０とプロペラ１０との干渉効果を高めることができる。
【００７７】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ダクト２０の断面形状を内側に凸形状２３とし、凸形状２３の突出度を、ダクト２０の上流側において大きくしてキャンバー比を６％以上１６％以下としたことで平均速度の遅い上流側で流れが加速でき、抵抗増加を抑え、プロペラ１０中心部での吸い込み効果を更に高めることができる。この場合、吸い込み効果によりキャンバー比を６％以上１６％以下と高くしても剥離を生じることなく、船体１を前方に推進する揚力を増加させることができる。
【００７８】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ダクト２０を、上流側の内直径よりも下流側の内直径が小さい加速型ダクトとしたことで流れが加速でき、プロペラ１０中心部での吸い込み効果を更に高めることができる。
【００７９】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ダクト２０の中心をプロペラ１０の軸心と一致させたことで、ダクト２０の製作や設置が容易で安価に提供できる。
【００８０】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ダクト２０の中心線をプロペラ１０の中心線に対して、ダクト２０の前方が、上方に１０度以下、下方に５度以下の範囲で傾けて設置したことで、例え製作が比較的簡単な軸対称形状のダクトを用いたとしても、船体毎に異なる伴流に合わせ、非軸対称形状のダクトと同程度の推進性能を得ることができる。
【００８１】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ダクト２０の内面に、プロペラ１０への流れを対向流として形成する固定翼を有したことで、ダクト２０に流入した流れは固定翼によってプロペラ１０に対向流として流入することにより、プロペラ効率の一層の向上が図れる。
【００８２】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、固定翼がプロペラ１０の回転方向と逆方向に捻られていることで、固定翼により流れを回転することによりプロペラ１０の効率が向上する。
【００８３】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、固定翼の捻りをプロペラ１０に近づくに従って大きくしたことで、プロペラ１０の効率が更に向上する。
【００８４】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、固定翼の最大捻り角度をプロペラ１０のピッチ比の１５倍以上２５倍以下としたことで、プロペラ１０の出口流れを更に捻れがない流れにでき、プロペラ１０の効率が更に向上する。
【００８５】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、船尾にダクトを取り付ける支柱２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄが固定翼を兼ねていることで構成が簡素化される。
【００８６】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ダクト２０を、側面視で、上辺２４が下辺２５より長い逆台形形状としたことで、ダクト２０の下端部で発生した抗力を減少させるとともに、ダクト２０の上端部で推力の向上を図ることができる。
【００８７】
また、本実施の形態による小型ダクト付き船舶によれば、ダクト２０の上辺２４を、下辺２５の長さの１倍より大きく２倍以下としたことで、抗力の減少と推力の向上を図りつつ、プロペラ中心部での吸い込み効果を高めることができる。
なお、本実施の形態によるダクトとしては直径の全周に亘ってダクトが構成された例を挙げたが、本発明の思想は、ダクトが有効に機能する部分を残して全周の一部を切除した形状のダクトにも適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の小型ダクト付き船舶によれば、ダクトは、小型軽量で摩擦抵抗が小さく、低振動、低騒音、低コストでプロペラの効率を高めることができる。従って、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が２．０以上で渦抵抗が１５％以上の例えばタンカーやバルク船だけでなく、プロペラ負荷条件（Ｃｔ）が１以上３．５以下で渦抵抗が１０％以上１５％以下の例えばＬＰＧ船、ＰＣＣ船に適用できる。
【符号の説明】
【００８９】
１  船体
１ａ  船体端部
１０  プロペラ
１０ｂ  船尾管
１１  ボス
２０  ダクト
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  支柱（固定翼）
Ｄｐ  プロペラの直径
Ｄｄｉｎ  ダクトの前端の直径
Ｄｄｏｕｔ  ダクトの後端の直径
Ｈ  ピッチ
Ｌ  ダクトの後端とプロペラの前縁との距離
【図１】
2018165152.tif 000003
【図２】
2018165152.tif 000004
【図３】
2018165152.tif 000005
【図４】
2018165152.tif 000006
【図５】
2018165152.tif 000007
【図６】
2018165152.tif 000008
【図７】
2018165152.tif 000009
【図８】
2018165152.tif 000010
【図９】
2018165152.tif 000011
【図１０】
2018165152.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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