(57)【要約】【課題】船尾ノズルをプロペラの直前に配置した船舶において、ノズル全体で高い省エネルギー効果を得ることができて、これにより、船尾ノズルによる推力をより大きくできる船舶を提供する。【解決手段】船尾ノズル１０の後縁の形状を船尾方向から見て円形形状若しくは内接円からの外側へのずれ量がこの内接円の直径の１０％以内の略円形形状に形成してプロペラ３の直前に配置して、船体横方向から見て、船尾ノズル１０のノズル前縁１１ａａ、１１ｂａの傾斜角が変化する変曲点１１ｄを設け、船体２の上下方向に関して、船尾ノズル１０の後縁の円若しくは内接円の中心Ｃｎと変曲点１１ｄの両方が、船体の上下方向に関して、プロペラボスの上端の位置から、プロペラ直径Ｄｐの３％の下方の位置とプロペラ直径Ｄｐの１０％の上方の位置との間にあるように構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル部材と該ノズル部材を船体に支持するノズル支持部材とを有して構成された船尾ノズルを、前記ノズル部材の後縁の形状を船尾方向から見て円形形状若しくは内接円からの外側へのずれ量が前記内接円の直径の１０％以内の略円形形状に形成すると共にプロペラの直前に配置した船舶において、
船体横方向から見て、前記船尾ノズルのノズル部材の前縁の傾斜角が上下で変化する変曲点を設けた形状とし、
船体の上下方向に関して、プロペラボスの上端の位置から、プロペラ直径の３％の下方の位置を第１位置とし、プロペラ直径の１０％の上方の位置を第２位置としたときに、前記ノズル部材の後縁の前記円若しくは前記内接円の中心と前記変曲点の両方が、船体の上下方向に関して、前記第１位置と前記第２位置の間にあることを特徴とする船舶。
【請求項２】
船体の上下方向に関して、プロペラボスの上端の位置から、プロペラ直径の３％の上方の位置を第３位置としたときに、前記変曲点が船体の上下方向に関して前記第３位置より下方にあることを特徴とする請求項１に記載の船舶。
【請求項３】
前記ノズル部材の後縁の前記円若しくは前記内接円の直径を、プロペラ直径の３５％以上でかつ１１０％以下としていることを特徴とする請求項１または２に記載の船舶。
【請求項４】
船体横方向から見て、前記ノズル部材の前縁の上部が船体に重なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船尾ノズルを備えた船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常船舶では、図１に示すように、船尾にビルジ渦と呼ばれる３次元剥離渦が発生している。この剥離渦の発生は、船体抵抗が増加する要因の一つとなっている。この剥離渦による船体抵抗の増加を抑制するために、ビルジ渦を整流し、その反作用として推進方向に推力を発生させるリング状のノズルを船尾に設置することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、この船尾ノズルをプロペラ直前に設置することで、ビルジ渦域の遅い流れをプロペラに誘導することができ、航走する船体の周りに伴ってできる航走方向の流れである伴流のエネルギーをプロペラで有効に回収することができる。さらに、船尾ノズルによって船尾ノズルに流入する前の水流の流れを軸流方向の流れに整流することができ、プロペラキャビテーションによる害を防ぐ上で有利な流場にすることができ、プロペラ展開面積の低減などにも寄与できる。
【０００４】
この船尾ノズルに関しては、一般的に、プロペラ軸の軸心の下方では比較的ビルジ渦が弱く、船尾ノズルがあることで船体抵抗が増加してしまい、むしろ推進性能が悪くなる場合がある。一方、プロペラ軸の軸心の上方では、比較的ビルジ渦が強いため、船尾ノズルを、プロペラ軸の軸心から上方に偏心させて、ビルジ渦の整流効果を強めることにより、より多くの推力を得ることができる。これを考慮して、プロペラ軸の軸心の下方では、船首方向からノズルを見た際の投影面積を小さくして船体抵抗の増加を抑制することができる、プロペラ軸の軸心から上方に偏心させたノズルの構造が提案されている。
【０００５】
例えば、船舶の航走の際に、プロペラの前方に設置され、プロペラに流入する流体の流入角を変更して推進効率を向上させる前流固定翼と、プロペラの前方からプロペラに入ってくる流体の流動を加速整流して推進効率を向上させるダクトとの最適結合のために、ダクトをプロペラ軸の軸心から右上方に偏心させたダクト付き前流固定翼体が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２４８６号公報
【特許文献２】特開２０１１−６３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これに関連して、本発明者らは多くの実験結果を見て、省エネルギー効果が大きい部分はプロペラボスより上方の部分であり、このプロペラボスがある部分よりも下方の部分では、ノズルの設置によりプロペラボス付近の流れを閉塞して船体の抵抗を増加させる傾向があるとの知見を得て、本発明に想到した。
【０００８】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、船尾ノズルをプロペラの直前に配置した船舶において、ノズル全体で高い省エネルギー効果を得ることができて、これにより、船尾ノズルによる推力をより大きくできる船舶を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するための船舶は、ノズル部材と該ノズル部材を船体に支持するノズル支持部材とを有して構成された船尾ノズルを、前記ノズル部材の後縁の形状を船尾方向から見て円形形状若しくは内接円からの外側へのずれ量が前記内接円の直径の１０％以内の略円形形状に形成すると共にプロペラの直前に配置した船舶において、船体横方向から見て、前記船尾ノズルのノズル部材の前縁の傾斜角が上下で変化する変曲点を設けた形状とし、船体の上下方向に関して、プロペラボスの上端の位置から、プロペラ直径の３％の下方の位置を第１位置とし、プロペラ直径の１０％の上方の位置を第２位置としたときに、前記ノズル部材の後縁の前記円若しくは前記内接円の中心と前記変曲点の両方が、船体の上下方向に関して、前記第１位置と前記第２位置の間にあるように構成される。
【００１０】
この構成によれば、上記のノズル部材の後縁の円若しくは内接円の中心と変曲点の位置により、ノズル部材の上部を十分に大きくできるので、従来技術のプロペラ回転軸の軸心に後縁の円若しくは内接円の中心を置いている船尾ノズルに比べて、船体後流を利用して推力を発生できる船尾ノズルの推力発生部分を増加できる。即ち省エネルギー効果が大きい部分を増加できる。また、その一方で、プロペラボスに近いノズル部材の下部については小さくすることができるので、プロペラボス付近の流れを不必要に閉塞して船体の抵抗を増加させることが無いようにすることができる。従って、船尾ノズル全体で高い省エネルギー効果を得ることができ、船尾ノズルによる推力をより大きくすることができる。
【００１１】
上記の船舶において、船体の上下方向に関して、プロペラボスの上端の位置から、プロペラ直径の３％の上方の位置を第３位置としたときに、前記変曲点が船体の上下方向に関して前記第３位置より下方にあるように構成すると、船尾ノズルの後縁の円若しくは内接円の中心位置にかかわらず、船尾ノズルのうち抵抗の原因となるプロペラボス付近だけを小さくし、プロペラボスより上にあって推力を発生させる部分の全体を大きくすることができ、船尾ノズル全体の推力をさらに大きくすることができる。
【００１２】
上記の船舶において、前記ノズル部材の後縁の前記円若しくは前記内接円の直径を、プロペラ直径の３５％以上でかつ１１０％以下として構成すると、船尾後流場に対してノズル部材の形状をより大きな推力を得られるように最適化させることができ、船体後流をより効率的に利用してより大きな推力を発生することができるようになる。
【００１３】
上記の船舶において、船体横方向から見て、前記ノズル部材の前縁の上部が船体に重なるように構成すると、船尾ノズルの上部の大きさを船尾ノズルと船体の船尾形状とその位置との関係で制限されることなく、船尾ノズルを最適な大きさにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の船舶によれば、船尾ノズルをプロペラの直前に配置した船舶において、省エネルギー効果が大きいノズル部材の上部を十分に大きくでき、その一方で、プロペラボスに近いノズル部材の下部については、プロペラボス付近の流れを不必要に閉塞して船体の抵抗を増加させることが無いように小さくすることができる。これにより、船尾ノズル全体で高い省エネルギー効果を得ることができ、船尾ノズルによる推力をより大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態の船舶における船尾ノズルを模式的に示す側面図である。
【図２】図１の船舶における船尾ノズルの形状を模式的に示す船尾側から見た図である。
【図３】図１の船舶における船尾ノズルのノズル部材の形状と断面形状を模式的に示す側断面図である。
【図４】図１の船舶における船尾ノズルの位置関係を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施の形態の船舶について、図面を参照しながら説明する。なお、この船尾後流の水流の向きや流速は、水槽実験や流体数値計算の結果等から容易に推定できる。なお、ここでは、図面などでは、船尾ノズルのノズル部材の後縁を船尾方向から見て円形形状に形成した例で説明するが、本発明は完全な円形即ち真円のみならず、内接円からの外側へのずれ量がこの内接円の直径の１０％以内の略円形形状に対しても適応可能である。
【００１７】
図１〜図４に示すように、この本発明に係る実施の形態の船舶１は、船体２の後部にプロペラ３と舵４を有しており、このプロペラ３はプロペラボス５により、船尾管（図示しない）から出ているプロペラシャフト（図示しない）に固定されている。この船尾において、プロペラ３の直前に、船尾ノズル１０を配置して構成される。この船尾ノズル１０は、ノズル部材１１をノズル支持部材１２で船体２に固定されている。
【００１８】
この船舶１において、図３及び図４に示すように、船体２の側面視で、即ち、船体２の横からＹ方向に見て、上部ノズル部材１１ａと下部ノズル部材１１ｂとを接合部１１ｃで接合した形状に構成する。つまり、船体２の横からＹ方向に見て、この接合部１１ｃの先端側では、船尾ノズル１０のノズル部材１１の前縁１１ａａ、１１ｂａの船体２の鉛直方向Ｚからの傾きを示す傾斜角θａ、θｂが大きく変化する変曲点１１ｄが設けられている。
【００１９】
言い換えれば、ノズル部材１１の前縁１１ａａ、１１ｂａが上部前縁１１ａａと下部前縁１１ｂａとからなり、上部前縁１１ａａと下部前縁１１ｂａとが接合する接合部１１ｃにおいて、上部前縁１１ａａの傾斜角θａと下部前縁１１ｂａの傾斜角θｂが変わり、上部前縁１１ａａと下部前縁１１ｂａとが変曲点１１ｄで曲がり角を持つようになる。
【００２０】
一方、ノズル部材１１の後縁１１ａｂ、１１ｂｂを形成する上部後縁１１ａｂと下部後縁１１ｂｂは、通常は、直線状に形成される。つまり、船体２の横からＹ方向に見て、この接合部１１ｃの後端側では、船尾ノズル１０のノズル部材１１の後縁１１ａｂ、１１ｂｂの船体２の鉛直方向Ｚからの傾きを示す傾斜角は変化しない。この傾斜角は通常は船体２の鉛直方向に対してはゼロに形成される。しかし、船体２の船尾形状に応じて上部後縁１１ａｂと下部後縁１１ｂｂの両方の傾斜角を同じに、又は、異ならせて傾斜させても良い。
【００２１】
そして、図２に示すように、この上部ノズル部材１１ａの後縁１１ａｂと下部ノズル部材１１ｂの後縁１１ｂｂとで形成する図形が円形形状若しくは内接円からの外側へのずれ量がこの内接円の直径の１０％以内の略円形形状になるように形成する。すなわち、船尾ノズル１０のノズル部材１１の後縁１１ａｂ、１１ｂｂを船尾方向から見て円形形状若しくは略円形形状に形成する。
【００２２】
さらに、図４に示すように、プロペラボス５の上端の位置Ｐ１から、プロペラ直径Ｄｐの３％の下方の位置を第１位置Ｈ１とし、プロペラ直径Ｄｐの１０％の上方の位置を第２位置Ｈ２としたときに、ノズル部材１１の後縁１１ａｂ、１１ｂｂの円（若しくは内接円）の中心Ｃｎと変曲点１１ｄの両方が、船体２の上下方向Ｚに関して、第１位置Ｈ１と第２位置Ｈ２の間Ｒにあるように構成される。
【００２３】
また、船体２の上下方向Ｚに関して、プロペラボス５の上端の位置Ｐ１から、プロペラ直径Ｄｐの３％の上方の位置を第３位置Ｈ３としたときに、変曲点１１ｄが船体の上下方向に関して第３位置Ｈ３より下方にあるように構成すると、船尾ノズル１０の後縁の円（若しくは内接円）の中心Ｃｎの位置にかかわらず、船尾ノズル１０のうち抵抗の原因となるプロペラボス５付近を小さくし、プロペラボス５より上にあって推力を発生させる部分の全体を大きくすることができ、船尾ノズル１０全体の推力をさらに大きくすることができる。
【００２４】
また、ノズル部材１１の後縁の円（若しくは内接円）の直径Ｄｎを、プロペラ直径Ｄｐの３５％以上でかつ１１０％以下として構成する。後縁の円（若しくは内接円）の直径Ｄｎを、プロペラ直径Ｄｐの３５％未満にすると、ノズル部材１１に流入する水流の流速が周方向全体にわたり小さくなって、ノズル部材１１に作用する推進力が小さくなる。また、後縁の円（若しくは内接円）の直径Ｄｎを、プロペラ直径Ｄｐの７０％より大きくすると、ノズル部材１１の周方向全体に水流の流速が増すことができるが、その一方で、迎角が全体的に小さくなってしまって、推力が小さくなり、摩擦抵抗が大きくなる。直径Ｄｎがプロペラ直径Ｄｐの１１０％を超えると、抵抗はさらに大きくなる。
【００２５】
これらの問題を、後縁の円（若しくは内接円）の直径Ｄｎをプロペラ直径Ｄｐの３５％以上でかつ１１０％以下、より好ましくは７０％以下とすることで回避できる。従って、船尾後流場に対してノズル部材１１の形状をより大きな推力を得られるように最適化させることができ、船体後流をより効率的に利用してより大きな推力を発生することができるようになる。
【００２６】
さらに、船体横からＹ方向に見て、船尾ノズル１０のノズル部材１１の前縁１１ａａの上部が船体２に重なるように、言い換えれば、上部前縁１１ａａが船体２に接するもしくは船尾形状にあわせて切り欠いて一体化させるように構成すると、船尾ノズル１０と船体２の船尾形状とその位置との関係でノズル部材１１の上部の大きさを制限されることがなくなり、船尾ノズル１０を最適な大きさにすることができる。
【００２７】
上記の構成の船舶１によれば、上記のノズル部材１１の後縁１１ａｂ、１１ｂｂの円（若しくは内接円）の中心Ｃｎと変曲点１１ｄの位置により、ノズル部材１１の上部を十分に大きくできるので、従来技術のプロペラ回転軸の軸心に後縁の円の中心を置いている船尾ノズルに比べて、船体後流を利用して推力を発生できる船尾ノズル１０の推力発生部分を増加できる。即ち省エネルギー効果が大きい部分を増加できる。また、その一方で、プロペラボス５に近いノズル部材１１の下部については小さくすることができるので、プロペラボス５付近の流れを不必要に閉塞して船体２の抵抗を増加させることが無いようにすることができる。従って、船尾ノズル１０全体で高い省エネルギー効果を得ることができ、船尾ノズル１０による推力をより大きくすることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  船舶
２  船体
３  プロペラ
４  舵
５  プロペラボス
１０  船尾ノズル
１１  ノズル部材
１１ａ  上部ノズル部材
１１ｂ  下部ノズル部材
１１ｃ  接合部
１１ｄ  変曲点
１２  ノズル支持部材
Ｃｐ  プロペラ回転軸中心
Ｃｎ  ノズル部材の後縁の円（若しくは内接円）の中心
Ｄｐ  プロペラ直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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