(57)【要約】【課題】通常のプロペラ位置及びプロペラボス形状を変更することなく、自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果をさらに大きくできる多段ラダーバルブ、多段ラダーバルブの設計方法、及び船舶を提供すること。【解決手段】プロペラ２０の後方に配置された舵３０の前縁部に設けられた多段ラダーバルブ４０は、前部４１がプロペラ２０の中心部に設けられるプロペラボス２１の直径と略同一径の前部直径４１Ｄを有し、かつ前部４１がプロペラ２０の中心線Ｃの通る位置に設けられ、後部４２が前部直径４１Ｄより大径の後部最大直径４２Ｄを有し、形状として段を成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の船尾のプロペラの後方に配置された舵に設けられるラダーバルブであって、前記舵の前縁部に設けられ、前部が前記プロペラの中心部に設けられるプロペラボスの直径と略同一径の前部直径を有し、かつ前記前部が前記プロペラの中心線の通る位置に設けられ、後部が前記前部直径より大径の後部最大直径を有し、形状として段を成していることを特徴とする多段ラダーバルブ。
【請求項２】
前記前部直径に対する前記後部最大直径の比が、１.０より大きく２.５以下であることを特徴とする請求項１に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項３】
前記前部の前端と前記プロペラボスの後端との距離が前記前部直径の１/２０より大きく２以下の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項４】
前記前部が前後方向に同一の前記直径を有した円柱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項に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項５】
前記後部は、側面視した場合に前記前部との接合部から次第に後方にかけて膨らみ、前記後部最大直径を有する部分から次第に後方にかけて収縮する紡錘状を成していることを特徴とする請求項１から請求項４のうちの１項に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項６】
前記前部の前端部が、前記プロペラの前記中心線に対して直角に切り落とされた略平面形状を成すことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項７】
前記前部を前記後部の中へ移動可能に構成し、前記舵を切ったときに前記前部を後方に移動することを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項８】
前記前部を外部から着脱可能に構成することを特徴とする請求項１から請求項７のうちの１項に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項９】
前記前部の外部からの着脱可能な構成は、前記前部を複数に分割して着脱可能とする構成であることを特徴とする請求項８に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項１０】
前記前部の外周、または前記後部の前端部の外周にステータ状のフィンを設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のうちの１項に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項１１】
前記ステータ状のフィンを遊転可能に構成したことを特徴とする請求項１０に記載の多段ラダーバルブ。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうちの１項に記載の多段ラダーバルブを設計する設計方法であって、前記プロペラの直径とプロペラボス比に基づき前記プロペラボスの前記直径を算出する、又は前記プロペラボスの前記直径を取得するプロペラボス直径設定ステップと、前記プロペラボス直径設定ステップで算出又は取得した前記プロペラボスの前記直径に基づき前記前部直径を定める前部直径設定ステップと、前記プロペラのプロペラ荷重度又はプロペラピッチを取得するプロペラ条件取得ステップと、前記プロペラ条件取得ステップで取得した前記プロペラ荷重度又は前記プロペラピッチに基づいて前記後部最大直径を定める後部最大直径設定ステップとを備えたことを特徴とする多段ラダーバルブの設計方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のうちの１項に記載の多段ラダーバルブを前記船体に装備したことを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の舵に設けられるラダーバルブ、ラダーバルブの設計方法、及びラダーバルブを備えた船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
船体の船尾に設けられたプロペラによって誘起されるハブ渦の抑制などを目的として、プロペラの後方に配置された舵にラダーバルブを設けることが従来から提案されている。
例えば、特許文献１には、ハブ渦の発生の防止を目的として、プロペラハブの後端と舵柱の前縁との一方から他方へ近接するまで延在する、円柱状又は載頭円錐状の付加物を設けることが開示されている。
また、特許文献２には、中・高速船のような船尾の流れが速い船でも付加抵抗の増加よりも推進効率の改善を大きくすることを目的として、小型化したラダーバルブにフィンを設け、フィンの作用が支配的になるように構成することが開示されている。
また、特許文献３には、ラダーバルブを既存の船に対して簡易かつ安価に取り付けることを目的として、ラダーバルブを船首側と船尾側の直径が同一である円筒状とすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平２−１１３６００号公報
【特許文献２】特開平１１−１３９３９５号公報
【特許文献３】特開２０１３−１０７５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１から特許文献３は、付加物又はラダーバルブの形状として段を成しているものではないため、ハブ渦を適切に整流することが困難であり、自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果が十分ではない。
【０００５】
また、図５は従来の船舶の船尾を示す側面図である。
船舶１００の船体１１１の船尾には、プロペラ１２０が配置されている。プロペラ１２０の中心部には、プロペラボス１２１が設けられている。
プロペラ１２０の後方には、舵１３０が配置されている。舵１３０には、ラダーバルブ１４０が装備されている。
図５に示すラダーバルブ１４０の直径（最大直径）は、プロペラボス１２１の直径（最大直径）と同程度かそれよりも大きい。しかし、図５（ａ）のようにラダーバルブ１４０の先端とプロペラボス１２１の後端との距離が大きいと、プロペラ１２０により誘起されるハブ渦が逃げてしまい、性能が悪化する。また、図５（ｂ）のようにラダーバルブ１４０の先端とプロペラボス１２１の後端とを近づけ過ぎてしまうと、舵を切ったときにラダーバルブ１４０の先端とプロペラボス１２１の後端が当る不具合が発生し、また、修繕時などにプロペラ１２０を取り外すことが困難になってしまう。また、ラダーバルブ１４０が段を成した形状ではないため、既存船を含めた通常のプロペラ位置やプロペラボス形状を変更することなく、ラダーバルブ１４０の最大直径の位置を最適化することが困難である。
【０００６】
そこで本発明は、通常のプロペラ位置及びプロペラボス形状を変更することなく、ハブ渦を整流して自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる多段ラダーバルブ、多段ラダーバルブの設計方法、及び船舶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載に対応した多段ラダーバルブにおいては、船体の船尾のプロペラの後方に配置された舵に設けられるラダーバルブであって、舵の前縁部に設けられ、前部がプロペラの中心部に設けられるプロペラボスの直径と略同一径の前部直径を有し、かつ前部がプロペラの中心線の通る位置に設けられ、後部が前部直径より大径の後部最大直径を有し、形状として段を成し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、プロペラボスの直径と略同一径の前部直径を有する前部と、前部直径よりも大径の後部最大直径を有する後部とで構成することにより、ハブ渦を整流して、従来のラダーバルブよりも省エネ効果が大きい多段ラダーバルブとすることができる。また、ラダーバルブを多段にすることにより、通常のプロペラ位置及びプロペラボス形状を変更することなく、後部最大直径の位置を最適化できる。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、前部直径に対する後部最大直径の比が、１.０より大きく２.５以下であることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、高速船や低速船といった様々な船種において、自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる。
【０００９】
請求項３記載の本発明は、前部の前端とプロペラボスの後端との距離が前部直径の１/２０より大きく２以下の範囲であることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、ラダーバルブの先端がロペラボスの後端に近接しているため、ハブ渦の集中を避け、拡散効果が向上する。
【００１０】
請求項４記載の本発明は、前部が前後方向に同一の直径を有した円柱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、ハブ渦を適切に処理し、前部の形状が単純化され、製作が容易となる。
【００１１】
請求項５記載の本発明は、後部は、側面視した場合に前部との接合部から次第に後方にかけて膨らみ、後部最大直径を有する部分から次第に後方にかけて収縮する紡錘状を成していることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、誘導抵抗を低く抑え、自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる。
【００１２】
請求項６記載の本発明は、前部の前端部が、プロペラの中心線に対して直角に切り落とされた略平面形状を成すことを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、ハブ渦をより適切に処理し、推進性能がさらに向上する。
【００１３】
請求項７記載の本発明は、前部を後部の中へ移動可能に構成し、舵を切ったときに前部を後方に移動することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、転舵時にラダーバルブが舵の動作の障害となることを防止できる。
【００１４】
請求項８記載の本発明は、前部を外部から着脱可能に構成することを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、修繕時などプロペラの取り外しが必要な場合には、前部を先に取り外すことによって作業用のスペースを確保し、プロペラの取り外し作業が容易となる。
【００１５】
請求項９記載の本発明は、前部の外部からの着脱可能な構成は、前部を複数に分割して着脱可能とする構成であることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、前部の取り外し作業が一層容易となる。
【００１６】
請求項１０記載の本発明は、前部の外周、または後部の前端部の外周にステータ状のフィンを設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、フィンによってスラスト力を発生させることができる。
【００１７】
請求項１１記載の本発明は、ステータ状のフィンを遊転可能に構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、スラスト力を発生させることができるとともに、ステータ状のフィンが回転するときのエネルギーを回収して利用することができる。
【００１８】
請求項１２記載に対応した多段ラダーバルブの設計方法においては、プロペラの直径とプロペラボス比に基づきプロペラボスの直径を算出する、又はプロペラボスの直径を取得するプロペラボス直径設定ステップと、プロペラボス直径設定ステップで算出又は取得したプロペラボスの直径に基づき前部直径を定める前部直径設定ステップと、プロペラのプロペラ荷重度又はプロペラピッチを取得するプロペラ条件取得ステップと、プロペラ条件取得ステップで取得したプロペラ荷重度又はプロペラピッチに基づいて後部最大直径を定める後部最大直径設定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、ハブ渦の拡散効果、ポテンシャル伴流による伴流改善効果、及びラダーバルブの誘導抵抗による逆効果といった３つの効果の総和として最適な効果が発揮されるように、多段ラダーバルブの大きさを設定することができる。これにより、高速船や低速船といった様々な船種において、ハブ渦を整流して自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる。また、ラダーバルブを多段にすることにより、通常のプロペラ位置及びプロペラボス形状を変更することなく、後部最大直径の位置を最適化できる。
【００１９】
請求項１３記載に対応した船舶は、多段ラダーバルブを船体に装備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、省エネ効果に優れた船舶を提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の多段ラダーバルブによれば、プロペラボスの直径と略同一径の前部直径を有する前部と、前部直径よりも大径の後部最大直径を有する後部とで構成することにより、ハブ渦を整流して、従来のラダーバルブよりも省エネ効果が大きい多段ラダーバルブとすることができる。また、ラダーバルブを多段にすることにより、通常のプロペラ位置及びプロペラボス形状を変更することなく、後部最大直径の位置を最適化できる。
【００２１】
また、前部直径に対する後部最大直径の比が、１.０より大きく２.５以下である場合には、高速船や低速船といった様々な船種において、自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる。
【００２２】
また、前部の前端とプロペラボスの後端との距離が前部直径の１/２０より大きく２以下の範囲である場合には、ラダーバルブの先端がロペラボスの後端に近接しているため、ハブ渦の集中を避け、ハブ渦の拡散効果が向上する。
【００２３】
また、前部が前後方向に同一の直径を有した円柱状を成している場合には、ハブ渦を適切に処理し、前部の形状が単純化され、製作が容易となる。
【００２４】
また、後部は、側面視した場合に前部との接合部から次第に後方にかけて膨らみ、後部最大直径を有する部分から次第に後方にかけて収縮する紡錘状を成している場合には、誘導抵抗を低く抑え、自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる。
【００２５】
また、前部の前端部が、プロペラの中心線に対して直角に切り落とされた略平面形状を成す場合には、ハブ渦をより適切に処理し、推進性能がさらに向上する。
【００２６】
また、前部を後部の中へ移動可能に構成し、舵を切ったときに前部を後方に移動する場合には、転舵時にラダーバルブが舵の動作の障害となることを防止できる。
【００２７】
また、前部を外部から着脱可能に構成する場合には、修繕時などプロペラの取り外しが必要な場合には、前部を先に取り外すことによって作業用のスペースを確保し、プロペラの取り外し作業が容易となる。
【００２８】
また、前部の外部からの着脱可能な構成は、前部を複数に分割して着脱可能とする構成である場合には、前部の取り外し作業が一層容易となる。
【００２９】
また、前部の外周、または後部の前端部の外周にステータ状のフィンを設けた場合には、フィンによってスラスト力を発生させることができる。
【００３０】
また、ステータ状のフィンを遊転可能に構成した場合には、スラスト力を発生させることができるとともに、ステータ状のフィンが回転するときのエネルギーを回収して利用することができる。
【００３１】
本発明の多段ラダーバルブの設計方法によれば、ハブ渦の拡散効果、ポテンシャル伴流による伴流改善効果、及びラダーバルブの誘導抵抗による逆効果といった３つの効果の総和として最適な効果が発揮されるように、多段ラダーバルブの大きさを設定することができる。これにより、高速船や低速船といった様々な船種において、ハブ渦を整流して自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる。また、ラダーバルブを多段にすることにより、通常のプロペラ位置及びプロペラボス形状を変更することなく、後部最大直径の位置を最適化できる。
【００３２】
本発明の船舶によれば、省エネ効果に優れた船舶を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態による船舶の船尾を示す図
【図２】本発明の他の実施形態による船舶の船尾を示す側面図
【図３】本発明の実施形態による多段ラダーバルブの設計方法のフローチャート
【図４】プロペラピッチと省エネ率の関係を示す図
【図５】従来の船舶の船尾を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明の実施形態による多段ラダーバルブ及び船舶について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の実施形態による船舶の船尾を示す図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は斜視図である。
船舶１０の船体１１の船尾には、プロペラ２０が配置されている。プロペラ２０の中心部には、プロペラボス２１が設けられている。
プロペラ２０の後方には、舵３０が配置されている。舵３０には、多段ラダーバルブ４０が装備されている。
多段ラダーバルブ４０は、舵３０の前縁部に設けられている。多段ラダーバルブ４０は、前部４１と後部４２とからなる。前部４１はプロペラボス２１に対向するように配置されており、後部４２は前部４１の後端に接続されている。
【００３６】
前部４１は、前後方向に同一の前部直径４１Ｄを有した円柱状を成している。前部４１を円柱状とすることより、ハブ渦を適切に処理できる。また、前部４１の形状が単純化され、製作が容易となる。また、前部４１の後端は、舵３０の前縁３０ａよりも前方に位置している。
前部直径４１Ｄをプロペラボス２１の直径（最大直径）と略同一径とし、前部４１の前端をプロペラボス２１の後端に近接させている。これにより、プロペラ後流のハブ渦を整流し、推進性能を向上させることができる。なお、前部４１が台形状など前後方向に異なる直径を有した形状の場合には、前部４１の最大直径がプロペラボス２１の直径と略同一径となるようにする。
前部４１は、プロペラ２０の回転軸方向における中心線Ｃが通る位置に設けられている。なお、多段ラダーバルブ４０は、前部４１のどこかがプロペラ２０の中心線Ｃの通る位置に臨む範囲で、中心線Ｃの通る位置から上下左右にずらすことが可能である。
【００３７】
後部４２は、側面視した場合に、前部４１との接合部から後方にかけて次第に膨らみ、後部最大直径４２Ｄを有する部分から後方にかけて次第に収縮する紡錘状を成している。後部４２が紡錘状を成すことにより、誘導抵抗を低く抑え、自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる。後部最大直径４２Ｄは、舵３０の前縁３０ａの位置か、前縁３０ａよりも後方の位置にある。後部４２の前端の直径は、前部４１の後端の直径と略等しい。後部４２の後端は、舵３０の前縁部の範囲内に位置している。
後部４２の後部最大直径４２Ｄは、前部直径４１Ｄよりも大径であり、プロペラボス２１の最大直径よりも大径である。なお、前部４１が台形状など前後方向に異なる直径を有した形状の場合には、後部４２の後部最大直径４２Ｄが前部４１の最大直径よりも大径となるようにする。後部４２を前部４１、プロペラボス２１よりも大きくすることで、ハブ渦を整流して自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる。
【００３８】
多段ラダーバルブ４０が、プロペラボス２１の直径と略同一の直径を有する前部４１と、前部４１よりも大径の後部最大直径４２Ｄを有する後部４２とにより、形状として段を成していることで、通常の舵位置やプロペラ位置、プロペラボス形状を変更することなく、後部最大直径４２Ｄの位置を最適化できる。従って、新造船のみならず、既存船へのレトロフィットとしても多段ラダーバルブ４０を適用することができ、コストを低減できる。
なお、本実施形態では、多段ラダーバルブ４０を前部４１と後部４２の二段に構成した例を示しているが、これに限らず、三段以上の多段ラダーバルブとすることもできる。
【００３９】
なお、前部４１の前端部は、曲面状に形成することもできるが、図１に示すようにプロペラ２０の中心線Ｃに対して直角に切り落とされた略平面形状を成すことが好ましい。また、プロペラボス２１の後端部もプロペラ２０の中心線Ｃに対して直角に切り落とされた略平面形状を成すことがより好ましい。これにより、ハブ渦をより適切に処理し、推進性能をさらに向上させることができる。
【００４０】
また、多段ラダーバルブ４０は、前部４１を後部４２の中へ移動可能に構成し、舵３０を切ったときに前部４１を後方に移動させることもできる。これにより、転舵時に多段ラダーバルブ４０が舵３０の動作の障害となることを防止できる。
前部４１を後部４２の中へ移動可能とする構成としては、例えば、電動モーターや油圧シリンダなどの駆動源を設けて前部４１の前後方向への移動を制御する構成や、バネなどの圧縮手段により付勢された前部４１が転舵時に舵３０に当たって後部４２の中に移動する構成など、様々な構成が採用できる。
【００４１】
また、前部４１は、外部から着脱可能に構成することもできる。これにより、修繕時などプロペラ２０の取り外しが必要な場合には、先に前部４１を取り外すことで多段ラダーバルブ４０の先端とプロペラボス２１の後端との距離を大きくし作業用のスペースを確保することができるため、プロペラ２０の取り外し作業が容易となる。
また、例えば周方向に２分割して着脱可能とするなど、前部４１を複数に分割して着脱可能とした場合には、特に前部４１を前方に引き抜いて取り外すことが困難なほど前部４１とプロペラボス２１との距離が近い場合に、前部４１の取り外し作業が一層容易となる。
このため、既存船を含めた通常のプロペラ２０の位置やプロペラボス２１の形状を変更することなく、多段ラダーバルブ４０の前部４１を取り付けることができ、多段ラダーバルブ４０の最大直径も含めた形状を最適化することができる。
【００４２】
次に、本発明の他の実施形態による多段ラダーバルブ及び船舶について、図２を用いて説明する。なお、上記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。
【００４３】
図２は、本実施形態による船舶の船尾を示す側面図である。
本実施形態は、多段ラダーバルブ４０にフィン５０が設けられている点において上記した実施形態と異なる。フィン５０は多段ラダーバルブ４０の外周にステータ状に設けられている。すなわち、多段ラダーバルブ４０の外周には、複数のフィン５０が周方向に所定間隔で設けられている。図２（ａ）はフィン５０を前部４１の外周に設けた場合を示し、図２（ｂ）はフィン５０を後部４２の前端部の外周に設けた場合を示している。
フィン５０が設けられた前部４１又は後部４２の前端部は、多段ラダーバルブ４０に固定されており回転しない。フィン５０は、側面視した場合の形状が後ろ下がりとなるように設けられており、矢印Ａで示すプロペラ回転方向の流れによりスラスト力を発生させることができる。
多段ラダーバルブ４０のうち、プロペラボス２１の直径よりも大きい箇所にフィン５０を設けた場合には大きな誘導抵抗が発生してしまう。そこで本実施形態では、プロペラボス２１の直径と略同一径の前部４１の外周又は後部４２の前端部の外周にフィン５０を設け、フィン５０の高さを後部最大直径４２Ｄ以下に抑えることで、フィン５０による誘導抵抗を小さくしている。また、フィン５０を小さくすることで、コストも抑制できる。
【００４４】
なお、ベアリングを介して前部４１を後部４２に取り付けるなどして、前部４１又は後部４２の前端部に設けられたフィン５０を遊転可能に構成することもできる。この場合、スラスト力を発生させることができる他、多段ラダーバルブ４０の内部にギア機構等を設けるなどして前部４１又は後部４２の前端部が回転するときのエネルギーを回収し、他の推進装置の動力源などに利用することができる。
【００４５】
次に、本発明の実施形態による多段ラダーバルブの設計方法について説明する。
【００４６】
プロペラ荷重度が小さい高速船の場合は、ラダーバルブが大きくなると、ラダーバルブによる伴流率の改善効果を誘導抵抗の増加が上回ってしまうため、ラダーバルブを小さくする必要がある。また、プロペラ荷重度が小さいためハブ渦が弱くなることもラダーバルブを小さく設計せざるを得ない要因である。
一方、プロペラ荷重度が大きい低速船の場合は、ラダーバルブが大きいことによる伴流率の改善効果が高い。また、ハブ渦が強く、ラダーバルブによるハブ渦の拡散効果が増加するため、ラダーバルブが大きい方が省エネ率が高い。
そこで本実施形態では、前部直径４１Ｄを、プロペラボス２１の直径に基づいて定め、多段ラダーバルブ４０の最大直径（後部最大直径４２Ｄ）を、前部直径４１Ｄとプロペラ荷重度又はプロペラピッチとにより設定する。これにより、高速船や低速船といった様々な船種に対して、適切な大きさの多段ラダーバルブ４０を提供できる。
【００４７】
図３は、本実施形態による多段ラダーバルブの設計方法のフローチャートである。
本実施形態による多段ラダーバルブ４０の設計方法は、プロペラボス直径設定ステップＳ１と、前部直径設定ステップＳ２と、プロペラ条件取得ステップＳ３と、後部最大直径設定ステップＳ４とを備える。
【００４８】
まず、プロペラ２０の直径とプロペラボス比に基づきプロペラボス２１の直径（最大直径）を算出するか、又はプロペラボス２１の直径を計測手段などにより取得する（プロペラボス直径設定ステップＳ１）。
次に、プロペラボス直径設定ステップＳ１で算出又は取得したプロペラボス２１の直径に基づき、多段ラダーバルブ４０の前部直径４１Ｄを定める（前部直径設定ステップＳ２）。
次に、プロペラ２０のプロペラ荷重度又はプロペラピッチを取得する（プロペラ条件取得ステップＳ３）。なお、プロペラ条件取得ステップＳ３は、プロペラボス直径設定ステップＳ１又は前部直径設定ステップＳ２より前に行ってもよい。
次に、プロペラ条件取得ステップＳ３で取得したプロペラ荷重度又はプロペラピッチに基づいて多段ラダーバルブ４０の後部最大直径４２Ｄを定める（後部最大直径設定ステップＳ４）。
【００４９】
ここで、ラダーバルブの効果は、次の３つに分類される。
（１）プロペラが誘起するハブ渦の拡散効果
（２）ラダーバルブが誘起するポテンシャル伴流による伴流改善効果
（３）ラダーバルブの誘導抵抗による逆効果
ラダーバルブの効果は、船速、所要馬力に起因するプロペラ設計条件としてのプロペラ荷重度及びこの設計条件での最適なプロペラピッチにより、上記（１）から（３）の効果がそれぞれ増減する。そこで本実施形態では、以下に説明するように、上記（１）から（３）の効果の総和として最適な効果が発揮されるように、多段ラダーバルブ４０の大きさを設定する。これにより、高速船から低速船まで様々な船種において、ハブ渦を整流して自航要素の改善や推進性能の向上などによる省エネ効果を大きくできる。
【００５０】
まず、前部直径設定ステップＳ２において、前部４１の前部直径４１Ｄをプロペラボス２１の直径と略同一径と定める。このとき、プロペラボス２１の形状が円筒形状以外の場合もあり、角のある円筒形状や回転楕円体形状である場合は流れの状況に従い、相当する直径を同一径として定める。すなわち、プロペラボス２１の表面から流れが剥離するよどみ点の径と同一径と定める。この理由は、よどみ点の径より小さい範囲は流れが遅く乱れている死水領域となるため、これより大きい範囲は流れが速く前部４１が抵抗となり省エネ性能が悪化し、これより小さすぎる範囲に前部４１が形成されると死水領域が大きくなり、ハブ渦の整流効果が弱くなる。そのため、前部直径４１Ｄがプロペラボス２１の直径を超えず、小さすぎない範囲を略同一径の範囲とすることが好ましい。具体的には、プロペラボス２１が角のある円筒形状の場合は、その角がよどみ点となるためよどみ点の径はプロペラボス径と同一であり、プロペラボス２１の直径と前部４１の直径の比は１．０が好ましい。一方、プロペラボス２１が回転楕円対の場合一般的によどみ点の径の位置はプロペラボス２１の最大径との比で０．８を中心として０．６から１．０より小さい範囲となることが多い。そのため、プロペラボス２１の直径と前部４１の直径の比が、０．６より大きく１．０以下であることが好ましく、０．８より大きく１．０以下であることが更に好ましい。
さらに、前部４１の前端とプロペラボス２１の後端との距離を、前部直径４１Ｄの１／２０より大きく２以下の範囲、より好ましくは前部直径４１Ｄの１／２０より大きく１以下の範囲として、多段ラダーバルブ４０をプロペラボス２１に近接して配置する。これは、１／２０より小さくなると、操舵時に前部４１を後部４２の中へ移動可能に構成したものであっても、前部４１の前端とプロペラボス２１の後端とが接触するおそれが生ずるためである。例えば、８万トンクラスの船に使用される直径６.５ｍ程度のプロペラ２０を想定すると、プロペラボス２１の後端部が１００cm程度になることが多い。前部４１の前部直径４１Ｄを、プロペラボス２１の後端部と略同一径の１００cmとするとこの１／２０は５cmとなる。重量物であるプロペラ２０が片持ち状態で軸受けに支持されることによる歪みや、運航中におけるプロペラ２０の軸受けの摩耗、また海洋生物の付着等を想定すると、余裕を見ても５cm程度の間隙は必要である。
また、前部４１の前端とプロペラボス２１の後端との距離を開けすぎると、ハブ渦の集中がしやすくなる。通常の運航状態においてハブ渦は、その半回転する距離が、プロペラボス２１の後端部の直径とほぼ同一かやや短い距離となる。このためハブ渦が完全に集中しないように、すなわち１回転しないような距離に留めることが好ましく、半回転のうちに留めることがより好ましい。好ましくは前部直径４１Ｄの２以下の範囲、より好ましくは前部直径４１Ｄの１以下の範囲は、この理由により若干の余裕をみて設定されるものである。
これらにより、ハブ渦の集中を避け、上記（１）の効果を最大化できる。
【００５１】
次に、後部最大直径設定ステップＳ４において、後部最大直径４２Ｄを前部直径４１Ｄより大径となるように定める。
図４は、プロペラピッチと省エネ率の関係を示す図である。縦軸を省エネ率、横軸をプロペラピッチとし、前部直径４１Ｄと後部最大直径４２Ｄの比が１．０の場合を実線、１．５の場合を一点鎖線、２．０の場合を破線、２．５の場合を点線で示している。なお、プロペラピッチとプロペラ荷重度は相関があるため、プロペラピッチの代わりにプロペラ荷重度を用いることもできる。
図４に示す通り、高速船のようにプロペラピッチが高い場合と低速船のようにプロペラピッチが低い場合とでは、最適点（図中「●」）が異なる。また、プロペラピッチが低い場合のほうが、プロペラピッチが高い場合よりも省エネ率が高い。
上記（２）の効果と上記（３）の効果は、設計プロペラピッチに対して逆相関にある。上記（２）の効果と上記（３）の効果を合わせた多段ラダーバルブ４０の省エネ効果は、図４に示す通り、プロペラピッチに対して前部直径４１Ｄと後部最大直径４２Ｄの比が１．０より大きく２．５以下で最適点（図中「●」）が遷移していく。なお、３．０近くになると流れの速い位置に多段ラダーバルブ４０の一部が位置することになるため省エネ率は低下する。
従って、前部直径４１Ｄに対する後部最大直径４２Ｄの比は、プロペラピッチ又はプロペラ荷重度によって、上記（２）の効果と上記（３）の効果を合わせた多段ラダーバルブ４０による省エネ効果が最大となるように、１．０より大きく２．５以下、より好ましくは１．５より大きく２．０以下の範囲で最適化する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、低速船（肥大船）や高速船（やせ型船）といった幅広い船種に適用することができ、各船種において優れた省エネ効果をもたらす。
【符号の説明】
【００５３】
１０  船舶
１１  船体
２０  プロペラ
２１  プロペラボス
３０  舵
４０  多段ラダーバルブ
４１  前部
４１Ｄ  前部直径
４２  後部
４２Ｄ  後部最大直径
５０  フィン
Ｃ  中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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