(57)【要約】【課題】ＯＬＰ方式を用いた二軸船において、キャビテーションやエロージョンなどの発生、プロペラ軸でのベアリングフォースが過大になることを抑制しつつ、推進性能を向上させる。【解決手段】推進装置は、左舷プロペラ２０と、右舷プロペラ１０とを具備する。右舷プロペラ１０は、船長方向における左舷プロペラ２０の前方又は後方の位置で、翼の一部が前記左舷プロペラ２０の翼とオーバーラップするように設けられている。左舷プロペラ２０と右舷プロペラ１０のうち、後方に位置する後方プロペラの直径は、前方に位置する前方プロペラの直径よりも小さい。【選択図】図２Ａ
2011098696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左舷プロペラと、
船長方向における前記左舷プロペラの前方又は後方の位置で、翼の一部が前記左舷プロペラの翼とオーバーラップするように設けられた右舷プロペラと
を具備し、
前記左舷プロペラと前記右舷プロペラのうち、後方に位置する後方プロペラの直径は、前方に位置する前方プロペラの直径よりも小さい
推進装置。
【請求項２】
請求項１に記載の推進装置であって、
前記後方プロペラの直径をＤｐ２とし、前記前方プロペラの直径をＤｐ１としたとき、
０．８≦（Ｄｐ２／Ｄｐ１)＜１．０
である
推進装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の推進装置であって、
前記船長方向における前記後方プロペラの後方に設けられた後方舵と、
前記船長方向における前記前方プロペラの後方に設けられた前方舵と
を更に具備する
推進装置。
【請求項４】
請求項３に記載の推進装置であって、
前記後方舵は、前記前方舵よりも小さい
推進装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の推進装置であって、
前記船尾船体は、一軸船型の船尾構造を有する
推進装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の推進装置を有する船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用の推進装置、及びそれを用いた船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶の推進装置の一例として、１機一軸（１機の主機と１基のプロペラ）の方式、及び２機二軸（２機の主機と２基のプロペラ）の方式が知られている。一般商船の推進装置としては、これら１機一軸方式、又は２機二軸方式を採用することが多い。それぞれ、前者を採用した船舶は一軸船、後者を採用した船舶は二軸船とも呼ばれている。
【０００３】
また、近年の船舶の大型化に伴い、一軸船ではプロペラの荷重度の増加に伴う推進効率の低下、キャビテーション範囲の拡大に伴う船体振動の増加及びエロージョンの発生が問題となるケースがある。それら問題は船舶を二軸船とすることで解決できることが知られている。二軸船とすると、１基当たりのプロペラ荷重度が低減され、プロペラ効率が向上し、キャビテーション発生範囲が低減できるからである。
【０００４】
船尾に２基のプロペラを配置する例としては、オーバーラッピングプロペラ（ＯＬＰ；Ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ  Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ）の方式、インターロックプロペラの方式、及び、プロペラを左右並列する方式などがある。ＯＬＰ方式では、２基のプロペラを前後にずらして配置し、船尾から見た場合に２基のプロペラが重なるように配置する。ＯＬＰ方式を採用することで推進性能が一軸船から５〜１０％程度改善できる。また、インターロックプロペラ方式では、一方のプロペラの翼と翼との間に他方のプロペラの翼が入るように配置する。プロペラを左右並列する方式では、プロペラを船長方向の同じ位置に並べて配置する。
【０００５】
ここで、一軸船型の船尾構造（スケグ方式の船尾であり、船尾中央部分を薄くしてプロペラ軸を近づけた船尾）に２基のプロペラを配置する際のプロペラの位置関係は、船体中心線付近の遅い流れやビルジ渦のような船尾の縦渦との関係から船体中心近傍に配置することが好ましい。船尾において、通常の一軸船のプロペラの位置では船体中心線に対称な１組の内回りに回転するビルジ渦のような遅い流れの縦渦が発生する。プロペラは流れの遅い場所で効率がよくなるように設計されているため、その縦渦付近にてプロペラを回転させ、船体中心線付近の遅い流れや縦渦を回収することで、推進効率を向上させることができるからである。ＯＬＰ方式の場合では、船体中心近傍の縦渦を効率良く回収して推進性能向上が図られるよう、プロペラ回転方向は外回りが採用されることが多い。
【０００６】
例えば、特許文献１（ＷＯ２００６／０９５７７４号公報）には、一軸船型の船尾構造にＯＬＰを採用した場合のプロペラ荷重度やキャビテーションの発生を低減させる技術が記載されている。図１Ａ及び図１Ｂは、特許文献１の二軸船の船尾の構成の一部を示す模式図である。ただし、図１Ａは二軸船の船尾を船底側から見た模式図であり、図１Ｂは側方（右舷側）から見た模式図である。また、この図では、二軸船１００は、一軸船型の船尾を有し、船尾に右舷プロペラ１１０、左舷プロペラ１２０、及び舵１０５を備えている。右舷プロペラ１１０は、右舷船尾管１１１内に挿通されている右舷プロペラ軸１１２の一端に接続されている。右舷プロペラ軸１１２は、他端を船体内部の右舷主機１３１に接続されている。右舷主機１３１は、右舷プロペラ軸１１２を介して右舷プロペラ１１０を回転させる。また、左舷プロペラ１２０は、右舷プロペラ１１０と同様に、左舷船尾管１２１内に挿通されている左舷プロペラ軸１２２の一端に接続されている。左舷プロペラ軸１２２は、他端を船体内部の左舷主機１３２に接続されている。左舷主機１３２は左舷プロペラ軸１２２を介して左舷プロペラ１２０を回転させる。また、右舷船尾管１１１と船尾船体１０３との間、及び左舷船尾管１２１と船尾船体１０３との間はそれぞれブラケットフィン１０８、１０９にて結合されている。また、舵１０５は、右舷プロペラ１１０及び左舷プロペラ１２０の後方、船体中心線Ｃ上に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００６／０９５７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ＯＬＰ方式を用いた二軸船の場合、前方プロペラは船体中心近傍の遅い流れの中で作動し、後方プロペラは前方プロペラによって加速された早い流れ及び船体中心近傍の遅い流れの中を交互に通過する。例えば、図１Ａの場合では、前方の右舷プロペラ１１０は、船体中心線Ｃの近傍の遅い流れの中で作動する。一方、後方の左舷プロペラ１２０は、前方の右舷プロペラ１１０によって加速された早い流れ（主に右舷側）及び船体中心線Ｃの近傍の遅い流れ（主に左舷側）の中を交互に通過する。そのため、後方プロペラのプロペラ翼に掛かる荷重が大きく変動する。その結果、二軸船では、一軸船と比較して、後方プロペラのプロペラ軸でのベアリングフォースが過大となる可能性がある。
【０００９】
また、前方プロペラの回転により、速度の速い回転流が新たに形成される。従って、後方プロペラは非常に複雑な流れの中で動作する必要があり、必然的にプロペラキャビテーション発生範囲が広がってしまう。その結果、過大な振動が発生する恐れがある。更に、前方プロペラ自体もキャビテーションを発生させる。例えば、プロペラ翼の先端から発生するチップボルテックスキャビテーション（翼端渦キャビテーション）である。そのキャビテーションが後方プロペラのプロペラ翼面上で破裂するなどして、そのプロペラ翼にエロージョンを発生させる可能性もある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、ＯＬＰ方式を用いた二軸船において、キャビテーションやエロージョンなどの発生を抑制しつつ、推進性能の向上が可能な推進装置及びそれを用いた船舶を提供することである。また、プロペラ軸でのベアリングフォースが過大になることを防止しつつ、推進性能の向上が可能な推進装置及びそれを用いた船舶を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明の推進装置は、左舷プロペラ（２０）と、船長方向における左舷プロペラ（２０）の前方又は後方の位置で、翼の一部が左舷プロペラ（２０）の翼とオーバーラップするように設けられた右舷プロペラ（１０）とを具備する。左舷プロペラ（２０）と右舷プロペラ（１０）のうち、後方に位置する後方プロペラ（２０）の直径（Ｄｐ２）は、前方に位置する前方プロペラ（１０）の直径（Ｄｐ１）よりも小さい。
【００１３】
本発明では、ＯＬＰ方式において、後方プロペラ（２０）の直径（Ｄｐ２）を前方プロペラ（１０）の直径（Ｄｐ１）よりも小さくすることで、後方プロペラ（２０）において、前方プロペラ（１０）により発生する速い流れの影響を抑制することができる。それにより、キャビテーションやエロージョンなどの発生を抑制しつつ、また、プロペラ軸でのベアリングフォースが過大になることを防止しつつ、船体中心近傍の遅い流れや縦渦を効率的に回収して、推進性能を向上させることができる。
【００１４】
上記の推進装置において、後方プロペラ（２０）の直径をＤｐ２とし、前方プロペラ（１０）の直径をＤｐ１としたとき、０．８≦（Ｄｐ２／Ｄｐ１)＜１．０、である。
本発明では、両プロペラ（２０、１０）の直径の比（Ｄｐ２／Ｄｐ１)を上記範囲にすることで、推進効率向上の効果をより顕著に得ることができる。
【００１５】
上記の推進装置は、船長方向における後方プロペラ（２０）の後方に設けられた後方舵（５ｂ）と、船長方向における前方プロペラ（１０）の後方に設けられた前方舵（５ａ）とを更に具備する。
本発明では、プロペラ（２０、１０）ごとに舵（５ｂ、５ａ）を設けることで、舵が一つの場合と比較して操作性を向上させることができる。
【００１６】
上記の推進装置は、後方舵（５ｂ）は、前方舵（５ａ）よりも小さい。
本発明では、更に、舵（５ｂ、５ａ）の大きさをプロペラ（２０、１０）の大きさに対応して変更することで、舵（５ｂ、５ａ）による不必要な抵抗の発生を防止することができ推進性能を向上させることができる。
【００１７】
上記の推進装置において、船尾船体（３）は、一軸船型の船尾構造を有する。
本発明により、一軸船型の船尾構造を有する場合には、ＯＬＰ方式とすることで船体中心付近の遅い流れを効率的に回収でき好ましい。
【００１８】
本発明の船舶は、上記各段落のいずれかに記載の推進装置を有する。
本発明により、上記各段落に記載の特徴を有する推進装置を船舶（１）に対して適用することで、その作用効果を特に顕著に奏することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、キャビテーションやエロージョンなどの発生を抑制しつつ、推進性能の向上が可能となる。また、プロペラ軸でのベアリングフォースが過大になることを防止しつつ、推進性能の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、特許文献１の二軸船の船尾の構成の一部を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、特許文献１の二軸船の船尾の構成の一部を示す模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る船舶の推進装置の一部の構成を示す模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る船舶の推進装置の一部の構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施に係る船舶の推進装置における後方プロペラと前方プロペラの直径の比と推進効率との関係を示すグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る船舶の推進装置の一部の構成を示す模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る船舶の推進装置の一部の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の推進装置、及びそれを用いた船舶の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施に係る船舶の推進装置の構成について説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る船舶の推進装置の一部の構成を示す模式図である。ただし、図２Ａは船舶の推進装置を船底側から見た模式図であり、図２Ｂは側方（右舷側）から見た模式図である。ここでは、船舶として、一軸船型の船尾構造を有するＯＬＰ方式の二軸船１を例に説明する。図２Ａに示されるように、二軸船１は、右舷プロペラ１０、右舷プロペラ軸管１１、右舷プロペラ軸１２、右舷主機３１、左舷プロペラ２０、左舷プロペラ軸管２１、左舷プロペラ軸２２、右舷主機３２、舵５を備えている。
【００２３】
右舷プロペラ１０は、船体の船尾の下方部分である船尾船体３の右舷に設けられたプロペラである。右舷プロペラ１０は、右舷プロペラ軸管１１内に挿入されている右舷プロペラ軸１２の一端に接続されている。右舷プロペラ軸１２は、他端を船体内部の右舷主機３１に接続されている。右舷主機３１は、右舷プロペラ軸１２を介して右舷プロペラ１０を回転させる。右舷プロペラ軸１２及び右舷主機３１は、右舷プロペラ１０を駆動する右舷駆動部と見ることができる。また、同様に、左舷プロペラ２０は、船尾船体３の左舷に設けられたプロペラである。左舷プロペラ２０は、左舷プロペラ軸管２１内に挿入されている左舷プロペラ軸２２の一端に接続されている。左舷プロペラ軸２２は、他端を船体内部の左舷主機３２に接続されている。左舷プロペラ軸２２を介して左舷プロペラ２０を回転させる。左舷プロペラ軸２２及び左舷主機３２は、左舷プロペラ２０を駆動する左舷駆動部と見ることができる。
【００２４】
右舷プロペラ軸管１１及び左舷プロペラ軸管２１は、それぞれ右舷プロペラ軸１２及び左舷プロペラ軸２２を保護し、支持するための外筒（管）であり、ボッシングに例示される。ただし、本実施の形態はそれに限定されず、どのような形態のものでもよい。
【００２５】
舵５は、右舷プロペラ１０及び左舷プロペラ２０の後方、船体中心線Ｃ上に設けられている。
【００２６】
右舷プロペラ１０は、船長方向における左舷プロペラ２０の前方又は後方の位置で、翼の一部が左舷プロペラ２０の翼とオーバーラップするように設けられている（ＯＬＰ方式）。また、右舷プロペラ１０と左舷プロペラ２０とは、船体中心線Ｃに対して対称な位置に設けられている。図２Ａの例では、右舷プロペラ１０が船長方向における左舷プロペラ２０の前方に設けられた場合を示している。ただし、本実施の形態はこの例に限定されるものではなく、右舷プロペラ１０が左舷プロペラ２０の後方の場合についても、同様に適用が可能である。
【００２７】
更に、左舷プロペラ２０と右舷プロペラ１０のうち、後方に位置する後方プロペラの直径は、前方に位置する前方プロペラの直径よりも小さくなるように設けられている。図２Ａの例では、後方プロペラである左舷プロペラ２０の直径Ｄｐ２は、前方プロペラである右舷プロペラ１０の直径Ｄｐ１よりも小さい。このように後方プロペラの直径をより小さくすることで、後方プロペラに流入する、前方プロペラによって加速された早い流れの影響を抑えながら、船体中心近傍の遅い流れや縦渦を回収することができる。それにより、キャビテーションやエロージョンなどの発生を抑制しつつ、また、プロペラ軸でのベアリングフォースが過大になることを防止しつつ、推進効率を向上させることができる。
【００２８】
図３は、本発明の第１の実施に係る船舶の推進装置における後方プロペラと前方プロペラの直径の比と推進効率との関係を示すグラフである。縦軸は推進効率、横軸は後方プロペラ直径Ｄｐ２と前方プロペラ直径Ｄｐ１との比（Ｄｐ２／Ｄｐ１）をそれぞれ示している。また、グラフはシミュレーション結果の一例を示している。なお、船尾形状等により、グラフの曲線の形状は異なるが、比（Ｄｐ２／Ｄｐ１）が約０．８〜１．０の範囲における傾向は、図３の場合と概ね同じ傾向を示している。
【００２９】
図に示されるように、推進効率は、比（Ｄｐ２／Ｄｐ１）が約０．８〜１．０の間でピークを持つような値となる。“１．０”の側において比（Ｄｐ２／Ｄｐ１）の増大と共に推進効率が低下するのは、後方プロペラ直径Ｄｐ２が大きくなり、船体中心近傍の遅い流れや縦渦を回収する効果以上に、前方プロペラの影響が増大するためと考えられる。一方、“０．８”の側において比（Ｄｐ２／Ｄｐ１）の低下と共に推進効率が低下するのは、後方プロペラ直径Ｄｐ２が小さくなり、前方プロペラの影響を抑制する効果以上に、船体中心近傍の遅い流れや縦渦を十分に回収できなくなるためと考えられる。また、左右のプロペラの面積比は推力や操作性の面から約６割程度以上必要と考えられる。プロペラ面積の比は直径の比（Ｄｐ２／Ｄｐ１）の２乗となることを考慮すると、比（Ｄｐ２／Ｄｐ１）は０．８程度以上必要と考えられる。
【００３０】
以上の事項を考慮すると、後方プロペラの直径Ｄｐ２と、前方プロペラの直径Ｄｐ１との比は、具体的には、０．８≦（Ｄｐ２／Ｄｐ１)＜１．０、とするのがより好ましい。比（Ｄｐ２／Ｄｐ１）をこの安易に収めることで、比（Ｄｐ２／Ｄｐ１）＝１の場合と比較して、特に推進効率をより確実に向上させることが可能となる。
【００３１】
以上示されるように、本実施の形態では、ＯＬＰ方式を用いた二軸船において、後方に位置する後方プロペラの直径が前方に位置する前方プロペラの直径よりも小さくなるように設けられ、より好ましくは０．８≦（Ｄｐ２／Ｄｐ１)＜１．０となるように設けられている。そのため、後方プロペラにおいて、前方プロペラにより発生する速い流れの影響を抑制することができる。それにより、キャビテーションやエロージョンなどの発生を抑制しつつ、また、プロペラ軸でのベアリングフォースが過大になることを防止しつつ、船体中心近傍の遅い流れや縦渦を効率的に回収して、推進性能を向上させることができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施に係る船舶の推進装置の構成について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る船舶の推進装置の一部の構成を示す模式図である。ただし、図４Ａは船舶の推進装置を船底側から見た模式図であり、図４Ｂは側方（右舷側）から見た模式図である。ここでは、船舶として、一軸船型の船尾構造を有するＯＬＰ方式の二軸船１を例に説明する。図２Ａに示されるように、二軸船１は、右舷プロペラ１０、右舷プロペラ軸管１１、右舷プロペラ軸１２、右舷主機３１、左舷プロペラ２０、左舷プロペラ軸管２１、左舷プロペラ軸２２、右舷主機３２、右舷舵５ａ、左舷舵５ｂを備えている。
【００３３】
本実施の形態では、舵が右舷用の右舷舵５ａと左舷用の左舷舵５ｂとに分かれている点で、第１の実施の形態と異なる。
【００３４】
すなわち、右舷舵５ａは、船長方向における右舷プロペラ１０の後方（船体中心線Ｃに平行な右舷プロペラ中心を通る線Ｃａの後方）に設けられ、主に右舷用の舵として機能する。左舷舵５ｂは、船長方向における左舷プロペラ２０の後方（船体中心線Ｃに平行な左舷プロペラ中心を通る線Ｃｂの後方）に設けられ、主に左舷用の舵として機能する。
【００３５】
更に、左舷プロペラ２０と右舷プロペラ１０のうち、後方に位置する後方プロペラの後方に設けられた後方舵の大きさは、前方に位置する前方プロペラの後方に設けられた前方舵の大きさよりも小さくなるように設けられている。図２Ａの例では、後方プロペラである左舷プロペラ２０の後方に設けられた左舷舵５ｂ（後方舵）は、前方プロペラである右舷プロペラ１０の後方に設けられた右舷舵５ａ（前方舵）よりも小さい。ここで、舵が小さいとは、その船長方向の長さ、船幅方向の幅、深さ方向の高さのうちの少なくとも一つが小さいことを言う。特に、その船長方向の長さを小さくすることが好ましい。下記の作用・効果を最も奏しやすいからである。
【００３６】
このような構成をとる理由は以下の通りである。後方プロペラの直径が前方プロペラの直径と比較して小さいため、舵に作用するプロペラによる流体力が減少するため舵の大きさを小さくしても強度上の問題を生じない。後方舵の大きさを小さくすることでコストを削減できる。加えて、後方舵を不必要に大きくしないことで、舵による抵抗増加を防止することができる。それにより、推進効率を高めることができる。また、後方舵の船長方向の長さを小さくすることで船全体の長さを大きくする必要がなく船の建造費増加を抑制できる。
【００３７】
なお、各舵（５ａ、５ｂ）の位置は、船尾船体３の形状やそれに伴う船尾流れなどを考慮して、推進効率や推進性能などが所望の範囲になるように設定することができる。また、各舵（５ａ、５ｂ）の大きさや形状は、船尾船体３の形状やそれに伴う船尾流れなどを考慮して、推進効率や推進性能などが所望の範囲になるように設定することができる。具体的には、シミュレーションや実験により最適な形状を設定することができる。
【００３８】
その他の機能や構成については、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、プロペラごとに舵を設けることで、舵が一つの場合と比較して操作性を向上させることができる。また、その際に舵の大きさをプロペラの大きさに対応して変更することで、舵による不必要な抵抗の発生を防止することができ推進性能を向上させることができる。
【００４０】
なお、第２の実施の形態において、ＯＬＰ方式の二軸船について、右舷プロペラ１０及び左舷プロペラ２０の直径が等しい場合であっても、前方プロペラと後方プロペラの推力に差がある場合には、前方プロペラに対応した舵と後方プロペラに対応した舵とをそれぞれ設けることは、舵が一つの場合と比較して当て舵が少なくなり、抵抗低減に寄与するという面においては好ましい。
【００４１】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、本発明の各実施の形態の技術は、互いに技術的矛盾の発生しない限り、組み合わせて使用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    二軸船
３    船尾船体
５    舵
５ａ    右舷舵
５ｂ    左舷舵
１０    右舷プロペラ
１１    右舷プロペラ軸管
１２    右舷プロペラ軸
２０    左舷プロペラ
２１    左舷プロペラ軸管
２２    左舷プロペラ軸
３１    右舷主機
３２    左舷主機
１００    二軸船
１０３    船尾船体
１０５    舵
１１０    右舷プロペラ
１１１    右舷船尾管
１１２    右舷プロペラ軸
１２０    左舷プロペラ
１２１    左舷船尾管
１２２    左舷プロペラ軸
１３１    右舷主機
１３２    左舷主機
Ｃ    船体中心線
Ｃａ    右舷プロペラ中心線
Ｃｂ    左舷プロペラ中心線
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2011098696.tif 000009