SRC News̲No.97̲P16-17

04校 2015.11.24（火）

スラスト動力ベースと伝達動力ベースの係数で、計４種の係数の最適プロペラ（その1）

みであることが分かります。

図-７〜１０に、同じく４種の動力係数を横軸、ピッチ比を縦軸とした効率（薄い実線）と前進係数（薄い破線）の等高線を示します。これらの図も図-２に示したデータを変換して作成しました。図-２〜１０

2. ピッチ比変更シリーズ
本節では、ピッチ比のみを変更したプロペラの単独特性を用い

図から他の図に変換可能です。

本稿ではプロペラ効率が最高となるプロペラを最適プロペラと用した動力係数で、プロペラ直径の次数は０です。これは、プロペて、前節に示した４種の係数の例を示します。動力、前進速度、回転

称し、それが設計条件によってどのように変化するかを示します。

ラ設計条件としてスラスト動力（または伝達動力）、前進速度、回転数、直径のマッチングをとりつつ、効率を最高とするプロペラを求対象は、通常の舶用スクリュープロペラです。

数を与えて効率が最高となる直径を求めるための動力係数です。

めます。本節では、翼数（５翼）、展開面積比（0.60）、最大肉厚比

図-７には効率の各等高線で右側に凸となっている点を繋いだ線（コラ
これは、通常のプロペラ設計で使用される動力係数BPと同等

B.T.R.
（0.05）
を固定しますので、プロペラ強度やキャビテーション

を濃い点線と□印で示してあります。プロペラ設計条件としてスラ

ム１参照）
で、求められた直径は最適直径と呼ばれます。

性能は考慮せず、実際のプロペラ設計の第一ステップとでも言う

スト動力、前進速度、回転数が与えられると図-７の横軸の値が定ま効率は、一般に、入力されたエネルギーに対する使用目的に叶う（２）の係数は、前進速度
（３次）
と直径
（２次）
を使用した動力係数

べき段階に対応するものです。

りますが、その動力係数における点線の値が効率が最高となるプ

有効なエネルギーの比です。舶用プロペラの使用目的はスラスト

で、回転数の次数は０です。これは、プロペラ設計条件としてスラス

2.1 プロペラ単独特性

ロペラを示します。この点における前進係数
（等高線）
の値から効

を発生することですから、主機関から供給される伝達動力
（伝達馬

ト動力
（または伝達動力）、前進速度、直径を与えて効率が最高とな

図-１に、
ピッチ比
（0.7R）
がP/DP=1.0のプロペラの単独特性を率が最高となる直径――最適直径が求まります。また、
この点の縦力、時間当たりのエネルギー）
PDに対するスラスト動力PTの比がプる回転数を求める動力係数です。求められた回転数は、言わば、最示します。図中の◇印は、このプロペラで効率が最高になる点です

軸の値が対応するプロペラのピッチ比です。図-８においても、スラ

ロペラの効率ηOです。

適回転数です。

（他のマークは後述）。

スト動力の代わりに伝達動力を使用する以外は同じです。

1. 最適直径と最適回転数

なお、
コラム１に示しますように、図-８は従来からプロペラ設計に使用されているBPチャートと等価です。

（３）の係数は、回転数
（３次）
と直径
（５次）
を使用した動力係数で、ここに示した単独特性は、模型試験結果ではなく、菅井の揚力面

図-９、1０は設計条件として回転数の代わりに直径を与える以外

入力

前進速度の次数は０です。
これは、プロペラ設計条件としてスラスト

計算の結果です。粘性影響は相当二次元翼に対する二次元境界層は図-７、８の場合と同じです。この場合は、効率が最高となるプロペ

出力

動力（または伝達動力）、回転数、直径を与えて効率が最高となる計算で求めました。特に断らない限り、レイノルズ数は実船プロペラは濃い実線と○印で示してあります。この場合もこの点の前進

プロペラ回転数

前進速度を求める動力係数ですが、このようなプロペラ設計は存ラを想定し、表面粗度は国際試験水槽委員会の標準であるkS=30

係数から効率が最高となる回転数――最適回転数が求まります。

Q

トルク

在しません。

μmとしました。
（以下、同様）

T

スラスト

VA

効率

ηO=PT/PD

伝達動力

PD=2πnQ

スラスト動力

PT=TVAn

図-７〜１０に示すように、最適曲線付近では、動力係数が小さく３個の次数が総て０ではない動力係数は、無数にあります。次数

図-２はピッチ比の異なる複数のプロペラの単独特性を重ねた図

プロペラ前進速度が整数である必要もありませんが、これらの場合は、設計条件としです。4)の図は3)プロペラ効率の部分的拡大図です。図中の◇印

図-７〜１０の効率の等高線において下に凸となっている点（◇印）

効率が最高のプロペラとは、分母である伝達動力が与えられた場て、
スラスト動力（または伝達動力）、前進速度、回転数、直径を与えは、図-１の場合と同様、各プロペラで効率が最高になる点で、一点を繋いだ一点鎖線は、ピッチ比ベースで効率が最高となる線で合には分子であるスラスト動力を最大とするプロペラ、
逆に、スラス

るということで、プロペラ形状は一意的に決まってしまい、効率を

鎖線はこれらを繋いだ線です。破線は効率を表す曲線群の包絡線

す。また、効率の等高線と前進係数の等高線が接する点（△印）

ト動力が与えられた場合には伝達動力を最小とするプロペラです。

最高にするための自由度が残されていません。

で、横軸（前進係数）
ベースで効率が最高となる線です。△印はそれを繋いだ破線は、前進係数ベースで効率が最高となる線です。

水の密度ρ、プロペラ前進速度、プロペラ回転数、プロペラ直径以上のことから、プロペラ効率を最高にしようとするプロペラ設の各プロペラでの値です。同じ点は図-１にD Pを使用した動力の無次元係数（動力係数）を表-1に示します。

計で使用する動力係数は、
（２）
の係数と
（３）
の係数の各々について、も示してあります。
（他の線やマークは後述）

なるに伴い、
効率、
ピッチ比、前進係数が大きくなります。

2.2 動力係数ベースの特性

この表には

図-３〜６に、表-１の
（1）
（
、2）
に示した４種プロペラ前進係数

J=V A /nD P

スラスト係数K T =T/ρn2 D P 4の動力係数をベースにプロペラ効率とプロ

トルク係数

K Q =Q/ρn2 D P 5

ペラ前進係数を示します。助変数はピッチを使用した表式も示してあります。
この表にはV A 、n、比で、薄い実線が効率、薄い破線が前進係

DPの内の一つの次数が０となる３種の係数を示してあ数です。これらの図は図-２に示したデータ

りますが、二つ以上の次数を０とする無次元係数は存を変換して作成しました。
図-３、４の横軸は直径を含まない動力係

在しません。

図-3 KT/J4＝PTn2/ρVA5ベース

図-4 2πKQ/J5＝PDn2/ρVA5ベース

図-5 KT/J2＝PT/ρVA3 DP2ベース

図-6 2πKQ/J3＝PD/ρVA3 DP2ベース

数です。効率の包絡線を濃い点線で、これ（1）の係数は、前進速度
（５次）
と回転数
（−２次）
を使

に対応する各プロペラの点を□印で示しま
表-1 動力の無次元係数

16スラスト動力P T =TV A

伝達動力
P D =2πnQ

スラスト動力の
無次元係数

伝達動力の
無次元係数

（1）

KT
PT
= 4
J
ρV A 5/n 2

（2）
（3）

す。これが最適直径を有するプロペラの効
プロペラ効率ηO =P T /P D
ηO =JK T /2πK Q
VA

n

DP

PD
2πK Q
=
J5
ρV A 5/n 2

5

−2

0

PT
KT
= 2
J
ρV A 3D P 2

PD
2πK Q
=
J3
ρV A 3D P 2

3

0

2

PT
= JK Tρn 3D P 5PD
= 2πK Qρn 3D P 503

5

SRC News No.97 December 2015

率です。
図-５、
６の横軸は回転数を含まない動力係数です。効率の包絡線を濃い実線で、これに対応する各プロペラの点を○印で示します。これが最適回転数を有するプロペラ
図-1 プロペラ単独特性例

図-2 ピッチ比シリーズの効率です。

SRC News No.97 December 2015 17

04校 2015.11.24（火）

は全て同じデータを用いて作成されており、これらの内の一つの

SRC News̲No.97̲P16-17

SRC資料室（17）SRC News̲No.97̲P16-17

04校 2015.11.24（火）

スラスト動力ベースと伝達動力ベースの係数で、計４種の係数の最適プロペラ（その1）

みであることが分かります。

図-７〜１０に、同じく４種の動力係数を横軸、ピッチ比を縦軸とした効率（薄い実線）と前進係数（薄い破線）の等高線を示します。これらの図も図-２に示したデータを変換して作成しました。図-２〜１０

2. ピッチ比変更シリーズ
本節では、ピッチ比のみを変更したプロペラの単独特性を用い

図から他の図に変換可能です。

本稿ではプロペラ効率が最高となるプロペラを最適プロペラと用した動力係数で、プロペラ直径の次数は０です。これは、プロペて、前節に示した４種の係数の例を示します。動力、前進速度、回転

称し、それが設計条件によってどのように変化するかを示します。

ラ設計条件としてスラスト動力（または伝達動力）、前進速度、回転数、直径のマッチングをとりつつ、効率を最高とするプロペラを求対象は、通常の舶用スクリュープロペラです。

数を与えて効率が最高となる直径を求めるための動力係数です。

めます。本節では、翼数（５翼）、展開面積比（0.60）、最大肉厚比

図-７には効率の各等高線で右側に凸となっている点を繋いだ線（コラ
これは、通常のプロペラ設計で使用される動力係数BPと同等

B.T.R.
（0.05）
を固定しますので、プロペラ強度やキャビテーション

を濃い点線と□印で示してあります。プロペラ設計条件としてスラ

ム１参照）
で、求められた直径は最適直径と呼ばれます。

性能は考慮せず、実際のプロペラ設計の第一ステップとでも言う

スト動力、前進速度、回転数が与えられると図-７の横軸の値が定ま効率は、一般に、入力されたエネルギーに対する使用目的に叶う（２）の係数は、前進速度
（３次）
と直径
（２次）
を使用した動力係数

べき段階に対応するものです。

りますが、その動力係数における点線の値が効率が最高となるプ

有効なエネルギーの比です。舶用プロペラの使用目的はスラスト

で、回転数の次数は０です。これは、プロペラ設計条件としてスラス

2.1 プロペラ単独特性

ロペラを示します。この点における前進係数
（等高線）
の値から効

を発生することですから、主機関から供給される伝達動力
（伝達馬

ト動力
（または伝達動力）、前進速度、直径を与えて効率が最高とな

図-１に、
ピッチ比
（0.7R）
がP/DP=1.0のプロペラの単独特性を率が最高となる直径――最適直径が求まります。また、
この点の縦力、時間当たりのエネルギー）
PDに対するスラスト動力PTの比がプる回転数を求める動力係数です。求められた回転数は、言わば、最示します。図中の◇印は、このプロペラで効率が最高になる点です

軸の値が対応するプロペラのピッチ比です。図-８においても、スラ

ロペラの効率ηOです。

適回転数です。

（他のマークは後述）。

スト動力の代わりに伝達動力を使用する以外は同じです。

1. 最適直径と最適回転数

なお、
コラム１に示しますように、図-８は従来からプロペラ設計に使用されているBPチャートと等価です。

（３）の係数は、回転数
（３次）
と直径
（５次）
を使用した動力係数で、ここに示した単独特性は、模型試験結果ではなく、菅井の揚力面

図-９、1０は設計条件として回転数の代わりに直径を与える以外

入力

前進速度の次数は０です。
これは、プロペラ設計条件としてスラスト

計算の結果です。粘性影響は相当二次元翼に対する二次元境界層は図-７、８の場合と同じです。この場合は、効率が最高となるプロペ

出力

動力（または伝達動力）、回転数、直径を与えて効率が最高となる計算で求めました。特に断らない限り、レイノルズ数は実船プロペラは濃い実線と○印で示してあります。この場合もこの点の前進

プロペラ回転数

前進速度を求める動力係数ですが、このようなプロペラ設計は存ラを想定し、表面粗度は国際試験水槽委員会の標準であるkS=30

係数から効率が最高となる回転数――最適回転数が求まります。

Q

トルク

在しません。

μmとしました。
（以下、同様）

T

スラスト

VA

効率

ηO=PT/PD

伝達動力

PD=2πnQ

スラスト動力

PT=TVAn

図-７〜１０に示すように、最適曲線付近では、動力係数が小さく３個の次数が総て０ではない動力係数は、無数にあります。次数

図-２はピッチ比の異なる複数のプロペラの単独特性を重ねた図

プロペラ前進速度が整数である必要もありませんが、これらの場合は、設計条件としです。4)の図は3)プロペラ効率の部分的拡大図です。図中の◇印

図-７〜１０の効率の等高線において下に凸となっている点（◇印）

効率が最高のプロペラとは、分母である伝達動力が与えられた場て、
スラスト動力（または伝達動力）、前進速度、回転数、直径を与えは、図-１の場合と同様、各プロペラで効率が最高になる点で、一点を繋いだ一点鎖線は、ピッチ比ベースで効率が最高となる線で合には分子であるスラスト動力を最大とするプロペラ、
逆に、スラス

るということで、プロペラ形状は一意的に決まってしまい、効率を

鎖線はこれらを繋いだ線です。破線は効率を表す曲線群の包絡線

す。また、効率の等高線と前進係数の等高線が接する点（△印）

ト動力が与えられた場合には伝達動力を最小とするプロペラです。

最高にするための自由度が残されていません。

で、横軸（前進係数）
ベースで効率が最高となる線です。△印はそれを繋いだ破線は、前進係数ベースで効率が最高となる線です。

水の密度ρ、プロペラ前進速度、プロペラ回転数、プロペラ直径以上のことから、プロペラ効率を最高にしようとするプロペラ設の各プロペラでの値です。同じ点は図-１にD Pを使用した動力の無次元係数（動力係数）を表-1に示します。

計で使用する動力係数は、
（２）
の係数と
（３）
の係数の各々について、も示してあります。
（他の線やマークは後述）

なるに伴い、
効率、
ピッチ比、前進係数が大きくなります。

2.2 動力係数ベースの特性

この表には

図-３〜６に、表-１の
（1）
（
、2）
に示した４種プロペラ前進係数

J=V A /nD P

スラスト係数K T =T/ρn2 D P 4の動力係数をベースにプロペラ効率とプロ

トルク係数

K Q =Q/ρn2 D P 5

ペラ前進係数を示します。助変数はピッチを使用した表式も示してあります。
この表にはV A 、n、比で、薄い実線が効率、薄い破線が前進係

DPの内の一つの次数が０となる３種の係数を示してあ数です。これらの図は図-２に示したデータ

りますが、二つ以上の次数を０とする無次元係数は存を変換して作成しました。
図-３、４の横軸は直径を含まない動力係

在しません。

図-3 KT/J4＝PTn2/ρVA5ベース

図-4 2πKQ/J5＝PDn2/ρVA5ベース

図-5 KT/J2＝PT/ρVA3 DP2ベース

図-6 2πKQ/J3＝PD/ρVA3 DP2ベース

数です。効率の包絡線を濃い点線で、これ（1）の係数は、前進速度
（５次）
と回転数
（−２次）
を使

に対応する各プロペラの点を□印で示しま
表-1 動力の無次元係数

16スラスト動力P T =TV A

伝達動力
P D =2πnQ

スラスト動力の
無次元係数

伝達動力の
無次元係数

（1）

KT
PT
= 4
J
ρV A 5/n 2

（2）
（3）

す。これが最適直径を有するプロペラの効
プロペラ効率ηO =P T /P D
ηO =JK T /2πK Q
VA

n

DP

PD
2πK Q
=
J5
ρV A 5/n 2

5

−2

0

PT
KT
= 2
J
ρV A 3D P 2

PD
2πK Q
=
J3
ρV A 3D P 2

3

0

2

PT
= JK Tρn 3D P 5PD
= 2πK Qρn 3D P 503

5

SRC News No.97 December 2015

率です。
図-５、
６の横軸は回転数を含まない動力係数です。効率の包絡線を濃い実線で、これに対応する各プロペラの点を○印で示します。これが最適回転数を有するプロペラ
図-1 プロペラ単独特性例

図-2 ピッチ比シリーズの効率です。

SRC News No.97 December 2015 17

04校 2015.11.24（火）

は全て同じデータを用いて作成されており、これらの内の一つの

SRC News̲No.97̲P16-17

SRC資料室（17）SRC News̲No.97̲P18-19

05校 2015.11.30（月）

一般財団法人 日本造船技術センター技術セミナーの開催は全て同じもので、（１）
点線、□印；KT/J4ベースまたはとなる最適直径を表します(株)の宮脇幹一グループリーダーより、それぞれエンジンメーカーおよび内装事業者としての騒音規制に対する取組について、九州大学大学院の後藤浩二

造船会社、舶用機器メーカーなどから約100人近い参加をいただきました。

准教授より、造船分野におけるレーザ・アークハイブリッド溶接技術に関する

本年のセミナーでは、
当センターからは、
SRCの最近の試験水槽や技術開発

2（２）
実線、○印；KT/J ベースまたは
図-8 2πKQ/J5＝PDn2/ρVA5ベース

図-7 KT/J4＝PTn2/ρVA5ベース

32πKQ/J ベースで効率が最高となる最適回転数を表します

業界共同研究について、ご講演いただきました。

の状況の他、実船の流場計測の可能性を中心に流場計測技術についてご紹介

本セミナーの開催にあいたしました。また、国土交通省海事局の大坪新一郎船舶産業課長より、国のたり、ご多忙中にご講演

船舶産業政策の最近の状況について、広島大学大学院の安川宏紀教授より、をいただきました講師のEEDI規制における最低出力ガイドラインの検討状況と改正海上試運転解析

皆様方、そして、ご協力を（４）
破線、△印；プロペラ前進係数ベース法について、横浜国立大学大学院の日野孝則教授より、CFDを利用した船舶賜りました中国運輸局殿で効率が最高となるプロペラをの性能評価技術の最新の状況について、（ 一財）
日本海事協会の中村庸介には、心より感謝申し上

プロジェクトコーディネーターより、船内騒音に係る中国地区における取組に

げます。

表します

ついて、ダイハツディーゼル（株）の宮本一郎グループ長および長崎船舶装備（５）
一点鎖線、◇印；ピッチ比ベースで効率が最高となるプロペラを

（企画室

桶谷光洋）

委員会等

表します

● 第9回 理事会となっていますが、（ 4）や（5）がプロペラ● 第5回 役員候補者選出委員会

平成27年6月4日 日本造船技術センター役員会議室● 第1回 SPCG委員会（平成27年度）

設計で使用されることはありません。これ

図-9 KT/J2＝PT/ρVA3 DP2ベース

らは、プロペラ設計条件として、動力係数

図-10 2πKQ/J3＝PD/ρVA3 DP2ベース

平成27年6月5日 日本造船技術センター大会議室● 第130回 HRC委員会
平成27年6月5日 日本造船技術センター大会議室の代わりに、プロペラの作動状態を表す前進係数や幾何形状であ● 第2回 SPCG委員会（平成27年度）

平成27年6月9日 日本造船技術センター役員会議室● 第7回 評議委員会

平成27年10月5日 日本造船技術センター大会議室● 第131回 HRC委員会

平成27年6月25日 日本造船技術センター役員会議室

平成27年10月5日 日本造船技術センター大会議室● 第10回 理事会（書面）● 第11回 理事会（書面）

平成27年6月25日

平成27年10月19日

るピッチ比が予め与えられるということです。図-11に図-７、９の部
分拡大図を示しますが、設計条件として△印や◇印を与える場合

申し込みの受付

編 集 後 記を想定しますと、
これらの点の動力係数と同じ動力係数では、図中の□印や○印の方がプロペラ効率の良いプロペラとなります。

「マイナンバー」の通知は届きましたか。

試験等の申し込み、問い合わせはご存知の様に10月以降、市町村から皆さんに「マイナンバー」の通知

また、現実のプロペラ設計では（1）のプロペラ回転数を与えてカードが送付され、来年1月以降の社会保障や税金等の行政手続きに効率が最高となる最適直径のプロペラを求めるのが普通ですが、

下記までご連絡をお願いいたします。

利用されることになります。

主機関の回転数に自由度が増えてきますと（2）による設計の可能

これまでも各行政機関から「住民票コード」「、基礎年金番号」「、健康〒１８０−０００３

保険被保険者番号」など様々な個人を特定する番号が通知されている性が増えてくることも考えられます。
(技術顧問

図−11 ピッチ比ベースと前進係数ベース

佐藤和範)

かと思いますが、「マイナンバー」
は各個人の「住民票コード」
をベース

東京都武蔵野市吉祥寺南町1丁目６番１号に作成され、いずれ他の番号とリンクした共通番号的な利用が行われ吉祥寺スバルビル３階る予定だそうです。この様な国民全員を対象とした共通番号制度は、

TEL 0422-40-2820

米国(社会保障番号制度)、
フランス(住民登録番号制度)など主要国で等高線に粘性の無い流体

コラム 1

中の計算結果（点線）
を重5BPチャートで使用されるBPと動力係数2πKQ/J とは下式で換算
できます。
2

1852

5

2πK Q

｛ 3600 ｝ J

BP =ρ602

575g = 180. 8

1
δ

=

60
1852

J=

いるもので、「 マイナンバー」の導入により行政サービスの効率化が一方、「マイナンバー」
利用に伴うリスクもあります。
先日マイナンバー法の改正が行われ、平成30年以降は任意ではあり

2πK Q

如何なる意味でも効率＝ますが本人の同意があれば銀行口座と「マイナンバー」
をリンクさせる

J5

最高のプロペラは存在しことが可能となりました。また、途中で断念されましたが、財務省は消費ません。

税率10%へのアップ時の軽減税率に関連して、食料品購入毎に「マイ

図-12 粘性によるプロペラ特性の変化

地図期待できるとされています。

がりの単調な曲線となり、また、直径係数δとプロペラ前進係数Jとは下式にて換算できます。

ねた図です。点線は右下も既に導入され、年金・医療・税務など行政サービス全般に活用されてナンバー」を提示させ年間の購入額に応じた税金の還付を行う方法を提案しています。こうなると、「マイナンバー」を利用することにより、

J

個人の財布の中身からお金の使い方まで全ての情報を政府が把握30.86

できる仕組みができてしまう可能性があります。
また、年金機構の情報漏えい問題に関連して前述のマイナンバー法
改正案に入っていた「マイナンバー」と「基礎年金番号」とをリンクさせコラム 2

る時期が延期されましたが、本来「マイナンバー」
を利用すべき行政

最適直径、最適回転数等の最適値の存在は粘性によるエネル

これらのリスク等を考慮すると、余り歓迎できる制度とは思えません

粘性の無い理想流体中での計算結果です。図中、網を掛けた領域

が、制度が導入されてしまったからには、行政機関等による誤った利用・が粘性に因る効率低下です。図-13は、図-7、9に示した効率の18機関等以外に情報が漏えいして悪用される可能性もあります。

ギー損失に起因します。図-12の実線は図-1と同じですが、点線はSRC News No.97 December 2015

図-13 粘性と最適プロペラ運用がされないよう注視していく必要があるものと思います。（M.T.）

SRC News No.97 December 2015 19

05校 2015.11.30（月）

2πK Q/J 5ベースで効率が最高

一般財団法人日本造船技術センターは、11月26日(木)広島市内において、
平成27年度一般財団法人日本造船技術センター 技術セミナーを開催し、SRC News̲No.97̲P18-19

Topics

図-１〜１０に示した同一種のマークと線

SRC News̲No.98̲P16-17

03校 2016.5.19（木）

最適プロペラ（その2）

2.3 直径、回転数を変更したときの効率
前号の図-７〜１０では４種の動力係数をベースとしたプロペラ
単独効率の等高線を示しましたが、図-１４には、同じデータを用いても同様の関係が得られます。

ペラの表面粗度が増加した場合のプロペラ特性（図-２１はピッチ比した図で、効率１％低下に対応する直径、回転数の違いを示します。

が1.0のプロペラの例）
を使用して求めた効率です。表面粗度増加（３）の点線によると、効率低下を１％に抑えるためには直径制限をに伴って効率が低下していますが、最適直径のプロペラでは、表面８〜９％以下にする必要のあることが分かります。直径をその最適値

粗度を１０倍の300μmにすると７％近い効率低下となっています。

より大きくすることは、実際のプロペラ設計では無いと思われますが、効率低下の割合は、高速痩せ型船用の高ピッチ比プロペラで小さ

その許容値は直径制限の場合に比べて狭く５〜６％程度です。効率

く、低速肥大船型用の低ピッチ比プロペラで大きくなる傾向があり１％低下に対応する回転数の違い（実線）
は、直径の場合の２倍近くます。

図-１６を見ますと、左上の領域で単独効率が向上しています。

となり１０％を超えています。
これは、
（１）
（
、２）
に示した効率の等高線

図-１９の
（２）
の実線は、
（１）
に示した最適直径および直径を10％これが、プロペラ効率向上のための低回転・大直径化の方向です。

の曲率が、実線付近で小さく、点線付近で大きいことに因ります。
こ

小さくしたプロペラの表面粗度増加に伴う効率低下です。点線

低回転化と大直径化は両方が必要で、片方のみでは効率向上は

れは、有効ピッチ比の異なるプロペラの性能比較に際して、KT/J2（右側目盛）
は設計時の回転数(100rpm)に対する回転数低下を得られません。

ベースのプロペラ効率が比較される理由の一つとなっています。

示します。伝達動力＝一定の条件で計算していますので、効率低下

スラスト動力 P T を分子とする２つの動力係数 K T / J 4 、K T / J 2 を

図-１６の点線より上方の領域は、直径が最適直径より大きい

横軸、縦軸とした効率の等高線（薄色の実線）を示します。本図には、領域ですから、言わば「直径過大領域」
です。直径が大きいとプロペ

K T / J 2 ベース、K T / J 4 ベースで効率が最高となる線を各々実線、

ラ重量・慣性モーメントの増加、船体とのクリアランスの減少、空荷点線で示してありますが、
これらは、前号の図-２〜１０に示した実線、状態でのバラスト水の増加を招きますので、通常のプロペラ設計

点線と同じものです。参考のため、ピッチ比 P / D P の等高線も二では、点線で示した直径より小さい直径が選択されます。他方、

プロペラ表面の粗さが増加した場合のプロペラ効率等の変化に伴う効率低下が大きく、表面粗度がかなり大きい状況では、直径点鎖線で示しています。

実線の左側の領域は、回転数が最適回転数より小さい領域ですを図-１９に示します。本稿では、各半径位置の翼型の抗力係数C D

を最適値より小さくしたプロペラの効率の方が良くなっています。

ここで、動力係数を有次元値に変換します。図-１５に示すように、から、言わば「回転数過小領域」
です。これら二つの領域で挟まれは、相当二次元翼に関する二次元境界層計算で求まる抗力に、プ

これは、直径の大きいプロペラでは、運動量損失に対する粘性

スラスト動力と前進速度V A を定めますと、K T / J 4 は回転数Nに、た領域を「直径制限領域」と称することにしました。これら三領域

ロペラ表面の粗さによる抗力増加⊿CDを次式

損失の割合が相対的に大きいことに因ります。また、（２）に示す

K T / J 2は直径 D Pに変換することができます。変換された結果を

を図-１７
（１）
に示します。
（２）には図-７の形式での三領域も示して

図-16に示します。線種の意味は図-１４と同じです。K T / J 2ベースありますが、他の動力係数でも同様の関係が得られます。
（２）をで効率が最高となる線は、直径が与えられたときに効率が最高と見て分かりますように、動力係数が小さくなりピッチ比が高くなる

なる回転数を表す線に変換されています。また、K T / J 4 ベースでに伴い、直径制限領域が狭くなります。

効率が最高となる線は、回転数が与えられたときに効率が最高となる直径を表す線に変換されています。図-１４〜１６にはスラスト
動力をベースに示しましたが、その代わりに伝達動力を使用して2.4 最適直径、回転数とは異なるプロペラの効率低下
プロペラの直径や回転数が最適値とは異なる場合の効率低下
は如何ほどでしょうか？
図-１８には、効率が１％低下する範囲を

図-14 2つの動力係数ベースのプロペラ単独効率とピッチ比の等高線

図-16 回転数、直径ベースのプロペラ単独効率とピッチ比の等高線

なお、図-１８にはスラスト動力の動力係数の例を示しましたが、伝達動力を使用した動力係数でも同じ結論となります。

に伴い回転数が低下します（その分、プロペラのトルクは増加します）。回転数低下は、高ピッチ比プロペラで小さく、低ピッチ比プロペラで大きくなる傾向があります。

2.5 プロペラの表面粗度

図-１９に示すように、最適直径のプロペラでは、表面粗度増加⊿CD＝{1.89+1.62log10(C/kS)}−2.5-0.455/log10 RnC
C; 各半径位置の翼弦長

RnC ; Cベースのレイノルズ数(Kempfの定義)

ように、表面粗度による回転数低下も、直径を10％小さくした
直径制限プロペラでは最適直径を有するプロペラに比べて半分程度になっています。

kS ; Nikuradseの等価砂粗度で求めて加えています。図-２０
および２１に抗力係数の例およびこれらを使用したプロペラ単独特性の例を示します。

示してあります。
（１）（、２）
は前号の図-７、
９

図-１９
（１）
の実線は、
kS=30μmと同じ図ですが、（１）
はKT/J4 ベースの特の場合のプロペラ特性（図-２）

性で、□印を繋いだ点線は最適直径を与を使用して、直径を変更して設

える曲線です。その上下の２本の点線は、計したプロペラの効率です。プ

効率が１％低下する点を繋いだ線です。

ロペラ設 計 時 の 伝 達 動 力は（２）
は最適回転数を与えるK T / J 2 ベース

PD=10MWとし、プロペラが発の図で、上下の２本の実線が効率１％低下

生すべきスラスト動力は前進速

の線です。
（３）
は、
（１）
（
、２）
の上下の点線、度の３乗に比例する(P T =20ρ

図-19 プロペラ表面粗度と効率

V A 3 )と仮定しました。設計時の回転数NDESIGNは100rpmです。
■印は効率が最高となる点――
最適直径の点です。▲印は最適直径に対して直径を１０％小さくしたプロペラです。
（１）の点線等は、kS=30μmで
図-15 動力係数から回転数、直径への変換

16

SRC News No.98 June 2016

図-17 3領域の特性を使用して設計したプロ

図-18 効率1%低下の範囲

図-20 断面抗力係数の例

図-21 表面粗度とプロペラ特性の例

SRC News No.98 June 2016 17

03校 2016.5.19（木）

ピッチ比変更シリーズに関する前号からの続きです。

実線に対応する前進係数の比を最適曲線のピッチ比をベースに示SRC News̲No.98̲P16-17

SRC資料室（18）SRC News̲No.98̲P16-17

03校 2016.5.19（木）

最適プロペラ（その2）

2.3 直径、回転数を変更したときの効率
前号の図-７〜１０では４種の動力係数をベースとしたプロペラ
単独効率の等高線を示しましたが、図-１４には、同じデータを用いても同様の関係が得られます。

ペラの表面粗度が増加した場合のプロペラ特性（図-２１はピッチ比した図で、効率１％低下に対応する直径、回転数の違いを示します。

が1.0のプロペラの例）
を使用して求めた効率です。表面粗度増加（３）の点線によると、効率低下を１％に抑えるためには直径制限をに伴って効率が低下していますが、最適直径のプロペラでは、表面８〜９％以下にする必要のあることが分かります。直径をその最適値

粗度を１０倍の300μmにすると７％近い効率低下となっています。

より大きくすることは、実際のプロペラ設計では無いと思われますが、効率低下の割合は、高速痩せ型船用の高ピッチ比プロペラで小さ

その許容値は直径制限の場合に比べて狭く５〜６％程度です。効率

く、低速肥大船型用の低ピッチ比プロペラで大きくなる傾向があり１％低下に対応する回転数の違い（実線）
は、直径の場合の２倍近くます。

図-１６を見ますと、左上の領域で単独効率が向上しています。

となり１０％を超えています。
これは、
（１）
（
、２）
に示した効率の等高線

図-１９の
（２）
の実線は、
（１）
に示した最適直径および直径を10％これが、プロペラ効率向上のための低回転・大直径化の方向です。

の曲率が、実線付近で小さく、点線付近で大きいことに因ります。
こ

小さくしたプロペラの表面粗度増加に伴う効率低下です。点線

低回転化と大直径化は両方が必要で、片方のみでは効率向上は

れは、有効ピッチ比の異なるプロペラの性能比較に際して、KT/J2（右側目盛）
は設計時の回転数(100rpm)に対する回転数低下を得られません。

ベースのプロペラ効率が比較される理由の一つとなっています。

示します。伝達動力＝一定の条件で計算していますので、効率低下

スラスト動力 P T を分子とする２つの動力係数 K T / J 4 、K T / J 2 を

図-１６の点線より上方の領域は、直径が最適直径より大きい

横軸、縦軸とした効率の等高線（薄色の実線）を示します。本図には、領域ですから、言わば「直径過大領域」
です。直径が大きいとプロペ

K T / J 2 ベース、K T / J 4 ベースで効率が最高となる線を各々実線、

ラ重量・慣性モーメントの増加、船体とのクリアランスの減少、空荷点線で示してありますが、
これらは、前号の図-２〜１０に示した実線、状態でのバラスト水の増加を招きますので、通常のプロペラ設計

点線と同じものです。参考のため、ピッチ比 P / D P の等高線も二では、点線で示した直径より小さい直径が選択されます。他方、

プロペラ表面の粗さが増加した場合のプロペラ効率等の変化に伴う効率低下が大きく、表面粗度がかなり大きい状況では、直径点鎖線で示しています。

実線の左側の領域は、回転数が最適回転数より小さい領域ですを図-１９に示します。本稿では、各半径位置の翼型の抗力係数C D

を最適値より小さくしたプロペラの効率の方が良くなっています。

ここで、動力係数を有次元値に変換します。図-１５に示すように、から、言わば「回転数過小領域」
です。これら二つの領域で挟まれは、相当二次元翼に関する二次元境界層計算で求まる抗力に、プ

これは、直径の大きいプロペラでは、運動量損失に対する粘性

スラスト動力と前進速度V A を定めますと、K T / J 4 は回転数Nに、た領域を「直径制限領域」と称することにしました。これら三領域

ロペラ表面の粗さによる抗力増加⊿CDを次式

損失の割合が相対的に大きいことに因ります。また、（２）に示す

K T / J 2は直径 D Pに変換することができます。変換された結果を

を図-１７
（１）
に示します。
（２）には図-７の形式での三領域も示して

図-16に示します。線種の意味は図-１４と同じです。K T / J 2ベースありますが、他の動力係数でも同様の関係が得られます。
（２）をで効率が最高となる線は、直径が与えられたときに効率が最高と見て分かりますように、動力係数が小さくなりピッチ比が高くなる

なる回転数を表す線に変換されています。また、K T / J 4 ベースでに伴い、直径制限領域が狭くなります。

効率が最高となる線は、回転数が与えられたときに効率が最高となる直径を表す線に変換されています。図-１４〜１６にはスラスト
動力をベースに示しましたが、その代わりに伝達動力を使用して2.4 最適直径、回転数とは異なるプロペラの効率低下
プロペラの直径や回転数が最適値とは異なる場合の効率低下
は如何ほどでしょうか？
図-１８には、効率が１％低下する範囲を

図-14 2つの動力係数ベースのプロペラ単独効率とピッチ比の等高線

図-16 回転数、直径ベースのプロペラ単独効率とピッチ比の等高線

なお、図-１８にはスラスト動力の動力係数の例を示しましたが、伝達動力を使用した動力係数でも同じ結論となります。

に伴い回転数が低下します（その分、プロペラのトルクは増加します）。回転数低下は、高ピッチ比プロペラで小さく、低ピッチ比プロペラで大きくなる傾向があります。

2.5 プロペラの表面粗度

図-１９に示すように、最適直径のプロペラでは、表面粗度増加⊿CD＝{1.89+1.62log10(C/kS)}−2.5-0.455/log10 RnC
C; 各半径位置の翼弦長

RnC ; Cベースのレイノルズ数(Kempfの定義)

ように、表面粗度による回転数低下も、直径を10％小さくした
直径制限プロペラでは最適直径を有するプロペラに比べて半分程度になっています。

kS ; Nikuradseの等価砂粗度で求めて加えています。図-２０
および２１に抗力係数の例およびこれらを使用したプロペラ単独特性の例を示します。

示してあります。
（１）（、２）
は前号の図-７、
９

図-１９
（１）
の実線は、
kS=30μmと同じ図ですが、（１）
はKT/J4 ベースの特の場合のプロペラ特性（図-２）

性で、□印を繋いだ点線は最適直径を与を使用して、直径を変更して設

える曲線です。その上下の２本の点線は、計したプロペラの効率です。プ

効率が１％低下する点を繋いだ線です。

ロペラ設 計 時 の 伝 達 動 力は（２）
は最適回転数を与えるK T / J 2 ベース

PD=10MWとし、プロペラが発の図で、上下の２本の実線が効率１％低下

生すべきスラスト動力は前進速

の線です。
（３）
は、
（１）
（
、２）
の上下の点線、度の３乗に比例する(P T =20ρ

図-19 プロペラ表面粗度と効率

V A 3 )と仮定しました。設計時の回転数NDESIGNは100rpmです。
■印は効率が最高となる点――
最適直径の点です。▲印は最適直径に対して直径を１０％小さくしたプロペラです。
（１）の点線等は、kS=30μmで
図-15 動力係数から回転数、直径への変換

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SRC News No.98 June 2016

図-17 3領域の特性を使用して設計したプロ

図-18 効率1%低下の範囲

図-20 断面抗力係数の例

図-21 表面粗度とプロペラ特性の例

SRC News No.98 June 2016 17

03校 2016.5.19（木）

ピッチ比変更シリーズに関する前号からの続きです。

実線に対応する前進係数の比を最適曲線のピッチ比をベースに示SRC News̲No.98̲P16-17

SRC資料室（18）SRC News̲No.98̲P18-19

04校 2016.5.23（月）

数低下の割合は、高ピッチ比のプロペラで大きく、低ピッチ比の最高とする直径が小さくなっています。kS=30μmのプロペラ特性

プロペラで小さくなる傾向があります。直径を制限したプロペラのを使用した場合の最適直径（□印）
は、プロペラ表面粗度が増大し回転数低下量は少し小さいようですが大差ありません。

過大領域における作動となります。

国際海事展「SEA JAPAN」にMIBSおよびメガフロートの模型等を出展

当センターは、平成28年4月13日から15日まで東京ビックサイトにおいて最大の出展者数となる程の盛況で、期間中、当センターの展示スペースにも多開催された「SEA JAPAN」に出展し、国土交通省などの後援のもと日本の数の方々が来場し、パネルの説明を読んだり、説明員に質問したりしていました。

以上の例に示すように、伝達動力＝一定の条件下では、プロペラと開発したバラスト水低減船（Minimal Ballast Water

いプロペラでは最適直径が小さくなり、効率の良いプロペラは最の表面粗度増加や必要スラストの増加に伴い回転数が低下します

Ship：MIBS）やロジスティック・ハブへ活用可能なメガフ

適直径が大きくなります。最適直径の大きいプロペラは、配置上のので、プロペラ設計においては回転数にマージンをプラスして設

ロート技術を模型や説明用パネルなどで紹介しました。

都合もあり、敬遠されることもありますが、図-１９の
（１）
に示すよう

計します。図-２３には回転数マージンを０〜８％と変更した場合の設

また、会期中に同ブース内のショート・プレゼンテーション・
コーナーで、当センター、（株）名村造船所および（一財）
日本に、効率の良いプロペラは如何なる直径においても効率が高くな

計例を示します。
（１）
は効率で、■印は各マージンでの最適直径でり、逆転することはありませんので、最適直径の大きいプロペラを

（▲印）
す。
（２）
の実線は最適直径およびDP=6.0mとしたプロペラ

紹介し好評を得ました。

直径を小さくして使用した方が良い、ということになります。

の効率です。点線（右側目盛）
は最適直径です。
（３）には、■印、▲印「SEA JAPAN」
は、国内最大の海事展であり、本年は、過去の対応点を示してあります。

海事協会の3者で合同のプレゼンテーションを行いMIBSを

ショートプレゼンテーション

MIBS模型

委員会等

マージン１％当たり最適直径は0.5％程度の減少、効率は0.2％

次に、船体表面粗度の増加や波浪中の抵抗増加等によって船を程度の低下です。
４％のマージンでは、２％程度の直径減少、0.8％

前進させるために必要なスラストが増加する場合のプロペラ効率

程度の効率低下となっています。効率低下の割合は、高ピッチ比プの変化の例を示します。

ロペラで小さく、低ピッチ比プロペラで大きくなる傾向がありま

図-２２に示すように、必要スラストの増加を係数ｒで表します。

す。ただし、直径を6.0ｍと制限した例では、逆に、回転数マージン

プロペラは、kS=30μmのプロペラ特性を使用しr=0.0で直径をを大きくしたプロペラの効率の方が良くなっていますが、これは、変更して設計しました。設計回転数は同じくNDESIGN=100rpmで回転数マージンを大きくしたプロペラの最適直径が小さくなるこ

す。そのプロペラの効率を（１）に実線で示しますが、これは図-１９とに因ります。

（１）の実線と同じです。■印、▲印も図−１９（１）と同じです。点線等● 第３回 ＳＰＣＧ委員会（平成２７年度）
平成２８年１月２５日 日本造船技術センター大会議室● 第１３２回 ＨＲＣ委員会● 第１２回 理事会（通常）● 第４回 ＳＰＣＧ委員会（平成２７年度）

平成２８年３月４日 日本造船技術センター役員会議室● 第８回 評議員会
（臨時）

平成２８年１月２５日 日本造船技術センター大会議室

（技術顧問

佐藤和範）

平成２８年３月３０日 日本造船技術センター試験センター会議室● 第１３３回 ＨＲＣ委員会

平成２８年３月２２日 日本造船技術センター役員会議室

平成２８年３月３０日 日本造船技術センター試験センター会議室

申し込みの受付

編 集 後 記NHKの大河ドラマ
「真田丸」
が面白い！

試験等の申し込み、問い合わせは

真田昌幸率いる真田衆が、武田勝頼の死による武田家の滅亡後、織田（後に徳川）、北条、上杉といった戦国大名の信濃侵攻の狙いのは、
このプロペラで必要スラストが１０〜

下記までご連絡をお願いいたします。

狭間をかいくぐりながら第一次上田合戦で7,000人の徳川軍を打ち４０％増加（r=0.1〜0.4）
したときの効率破るまでの攻防が終わり、真田幸村が上洛し豊臣秀吉に会うところを示します。◇印は各ｒの場合に効率が最から今後舞台は大阪に移っていきます。

高となる点です。

〒１８０−０００３

この間、昌幸が智謀・策略を巡らせ、上杉に臣従すると見せかけつつ

東京都武蔵野市吉祥寺南町1丁目６番１号

北条に寝返ろうとしたり、北条と徳川が和睦すると上杉に再び近づい

吉祥寺スバルビル３階（２）の実線は最適直径およびそれをたりと、常識では考えられないような変心を繰り返します。上杉の歓心を買うため、上杉に仕えていた武田の旧臣に謀反を勧め同意するや

TEL 0422-40-2820

10％小さくしたプロペラの必要スラスト

これを上杉に密告し処刑させてしまうといった策を講じたりもします。

増加に伴う効率低下で、点線（右側目盛）

こういう行動が人としてどうか疑わしい点はありますが、真田の統領

は回転数低下です。
（３）
では、
（１）
に示した

として非情の選択をせざるを得なかったのかとも思わせられるのは、□印、△印、◇印の対応点をKQ/J5 ベース

その時々の決断に悩む昌幸を演じる草刈正雄氏が良い味を出して地図いるからでしょうか？

のチャートに示しました。
最適直径プロペラでは、r=0.4で５．
５％

小橋素己）

パビリオン において、（株）
名村造船所、（株）
大島造船所など

また、本項は表面粗度を変更した例ですが、一般的に、効率の悪

2.6 スラスト動力の増加（企画室

舶用工業、造船関係団体、研究機関等により構成されたテーマゾーン Japan

2.7 回転数マージン

図-22 必要スラスト増加と効率、回転数低下等

今後は、第二次上田合戦（徳川秀忠軍38,000人を上田城周辺に足止めし、関ヶ原の合戦に遅参させた戦い）における昌幸・幸村父子や、真田丸の戦い（大坂冬の陣で、幸村らが真田丸という大阪城の出丸をの効率低下となっています。必要スラスト

築いて徳川軍を迎え撃った戦い）
における幸村の戦いぶりを、脚本を増加１０％当たり１．
５％弱の効率低下で手掛ける三谷幸喜氏がどのように描いていくのか楽しみです。

す。効率低下の割合は、高ピッチ比プロペ

日曜夜8時、騙されたと思ってチャンネルを合わせてみては？

ラで小さく、低ピッチ比プロペラで大きく

最後に、
「真田丸」
と船とを結びつけるトリビアを一つ！

なる傾向があります。また、直径を制限し日本の船は昔からその名に「丸」を付けるものが多いといわれますが、その由来の一つに『本丸、一の丸といった城の構造物を呼ぶ時の「丸」

たプロペラの効率低下が相対的に大きくからとられたという説。つまり、船を城に見立てたわけだ。』（ 出典：日なっていますが、
これは、◇印に示すよう

本船主協会海運雑学ゼミナール）があるそうです。

に、必要スラスト増加に伴い効率が最高に
注）「丸」の由来について定説は無く、代表的なものでは
「麿
（まろ）
」
の転化だという説がある。もともと自分のことを「麿」といっていたものが、「 丸」に転じ、愛犬・刀など広く愛するものに転用され船にもつけられるようになったというもの。

なる直径が大きくなることに因ります。
r=0.4で４％、必要スラスト増加１０％当た
り１％の回転数低下となっています。回転18

SRC News No.98 June 2016

（M.T.）

図-23 回転数マージンと効率、最適直径等

SRC News No.98 June 2016 19

04校 2016.5.23（月）

た状況では、その状況における最適直径（◇印）
よりも大きく、直径

TopicsSRC News̲No.98̲P18-19

図-１９の
（１）
の◇印に示すように、表面粗度増大に伴い、効率をSRC News̲No.99̲P14-15

03校 2016.11.30（水）

SRC News̲No.99̲P14-15

SRC資料室（19）

広島で平成28年度技術セミナーを開催

最適プロペラ（その3）の条件を満たしていません。また、プロペラ直径変更に伴う主船

前節（SRC News No.97,98）
では、プロペラのピッチ比のみをもとで開催いたしました。全国各地から海運、造船、舶用、設計等の変更したシリーズを用いて最適直径、最適回転数の存在を確認し、各事業分野の皆様に加え、国の機関、関係の団体から合わせて約

プロペラ表面粗度の影響や回転数マージン等についての計算例

について改めて検討します。

120名の方々にご参加いただきました。

を紹介しました。そこでは翼厚や翼面積を変えていませんので、プ

3.1 最適直径、最適回転数

技術セミナーの開催は今年で5年目を迎えますが、今回は講演ロペラ設計におけるプロペラ強度上の条件やキャビテーション上

本節では、これらを考慮した、実際の設計例を示し、最適直径等

本項では、前号（SRC News No.98）の２．
３と同様、プロペラ回

テーマの範囲を従前より拡大し、造船分野における喫緊の課題

転数とプロペラ直径を系統的に変更してプロペラを設計し、プロに加え、今後の技術開発課題、外航海運の現状、内航海運のCO2

ペラ効率等を比較します。
プロペラは、
日本造船技術センターで開発したPDプロペラ設計

低減策等をテーマとして取り上げました。

システムで設計しました。対象船型例は次に示す方形係数の異な講師も国土交通省、広島大学、海上技術安全研究所、日本船主

る２隻です。

協会、鉄道・運輸機構、日本海事協会と、広く関係各界からお招き

長さ LPP ; 200m

してご講演いただきました。
当日のプログラムは以下のとおりです。

最後の講演では、SRCがこれまで実施してきている水槽模型

長さ幅比 LPP/B ; 6.0

試験、省エネ船型の開発、CFDによる検証・改善、SRC Tips を（1）造船業の動向について①｢造船業の現状と｢i-Shipping｣の取り組み｣

活用した最適船型の設計支援、海水バラスト対策となる新船型の

幅喫水比 B/d ; 3.0

方形係数CB ; 0.60 および 0.80
図-24 プロペラ設計に使用した推進性能

制動動力は、方形係数が0.60の痩せ型船では18MW、0.80の開発、船舶のFS・基本設計・仕様書作成・建造管理・保守管理、技術

肥大船型では8.4MWとしま（2）造船技術の動向について

研修、海外協力事業等に加え、今後は（株）Class NK CSとの協業した。共に５翼プロペラとし②｢船内騒音の解析手法｣も図りつつ、全ての海事関係者の皆様のニーズに、より的確に応えました。プロペラ翼の肉厚はることができることを目指して船舶技術支援事業に取り組むこと船級協会の規則をベースにが紹介されました。

決めました。設計には次ペー

国土交通省

宮武宣史船舶産業課長

広島大学 大学院工学研究院

竹澤晃弘准教授

③｢最新のCFDを利用した船舶の性能評価技術の状況｣

会場はほぼ満席となりましたので、ご参加の皆様の中には窮屈

ジの資料に示す推進性能を

海上技術安全研究所

な思いをされた方もおられたかと存じますが、何れも講演に熱心使用しましたが、有効動力等

平田信行CFD研究グループ長に耳を傾け、積極的に質疑に参加され、途中で退席される方はほとのプロペラ直径D P /d（d；満んど見られず、講演内容に対する関心の高さが窺えました。

載喫水）による変化を図-２４（国研）
海上・港湾・航空技術研究所④｢無人化船の開発の現状と今後の見通し｣
同上に示します。直径増に伴い有本セミナーは、我が国の造船技術の発展に資することを目的と効動力P E が増加しています

して、主に我が国の海事関係事業の経営、企画、技術開発などにが、この主因は形状影響係⑤｢外航海運の現状、課題及び展望｣携わられている方々を対象に、造船、舶用工業分野における最新の数増です。本図には、有効動（一社）
日本船主協会情報、当センターの研究開発成果や業務に関する情報等をお伝え

力をスラスト減少係数
（1-t）

するため、
SRCが平成24年度から毎年実施してきている事業です。

で割った必要スラスト動力

SRCは今後も引き続き、当セミナーの開催等を通じて、海事関

P T の変化も示してあります。

係の皆様のニーズに沿った最新情報が提供できるよう努めて参り

プロペラ軸 の 没 水 深 度 Iはます。

I=0.98d-D P /2としました。

田村兼吉研究統括監（3）海運業の動向について

石川尚常務理事⑥｢内航海運におけるCO２低減化船等の建造支援｣（独法）
鉄道建設・運輸施設整備支援機構
渡田滋彦共有船舶建造支援部長（4）船舶技術支援事業について⑦NKの船舶技術支援事業

最後になりましたが、本セミナーにご参加いただいた皆様をは使用したプロペラ設計シス（一財）日本海事協会

じめとして、ご多忙中にもかかわらず資料提供及びご講演を頂

テムでは翼背面前縁側の圧［（株）Class NK CS 代表取締役社長 兼務］

いた講師の皆様、ご後援を賜りました中国運輸局の皆様に対し、力分布を平坦にしています⑧SRCの船舶技術支援事業

心より感謝申し上げます。

が、この平坦部の圧力レベル

髙野裕文本部長（一社）
日本造船技術センター

14

体の抵抗や伴流係数等の変化も考慮していません。

日本造船技術センター 技術セミナー」
を中国運輸局のご後援のSRC News No.99 December 2016

鷲尾祐秀常務理事

（企画室

小橋素己）

図-25 プロペラ効率等の等高線によって翼面積が変わります。

SRC News No.99 December 2016 15

03校 2016.11.30
（水）

3．設計例

SRCは11月28日（月）に広島市内で、「平成28年度一般財団法人

SRC News̲No.99̲P16-17

入稿 2016.11.17（木）

実際のプロペラ設計でも、プロペラ効率等が最高と設計結果を図-２５〜２７に示します。

ることが分かります。翼重量は、ほぼ直径によって決まっています

なる回転数、直径が存在していますが、方形係数が0.80

図-２５は、横軸を回転数、縦軸を直径とする（1）
展開面積比、（2）が、回転数を大きくすると少し増加しています。

の肥大船型の例では、効率等が最高となる回転数が、低回転数の領域では使用したプロペラ設計システムの適用

独効率、
（7）
推進係数、
（8）
到達速力の等高線です。使用したプロ

範囲外となっています。

ペラ設計システムの適用範囲外の領域では、等高線を示していま

図-２６、２７に、プロペラ単独効率、推進係数、到達速力

せん。
（ 6）
〜
（8）
には、最適回転数、最適直径を表す曲線（回転数の比較を示します。図-２６は回転数が各々N=100rpm、

ベースないし直径ベースでプロペラ単独効率、推進係数、到達N=120rpmにおける比較で、各々の最大値に対する比速力が最高となる点を結んだ曲線）
も実線、点線で示してあります。

（到達速力の場合は速力の３乗の比）を示しています。

展開面積比は、回転数増加に伴い大きくなっています。翼の厚図 - 2 7は、同じく等 高 線 および 最 適 直 径 の 比 較です
図-26 プロペラ効率等の比較

みは回転数増加に伴い薄くなっています。回転数や直径を小さく（参考のため最適回転数も一点鎖線で示してあります）。

入稿 2016.11.17
（木）

肉厚、
（3）
ピッチ比、
（4）
キャンバー比、
（5）
翼重量、
（6）
プロペラ単

SRC News̲No.99̲P16-17

したプロペラでは、
ピッチ比、キャンバー比を大きくする必要のあ

ここでは設計システムの標準値（CP/CPV=0.85）としました。

図-27 プロペラ単独効率ベース等の最適直径の比較

資料 プロペラ直径と推進性能
プロペラ直径変更に伴う形状影響係数等の変化の例を（１）〜

回帰式による推定値ですので、
プロペラ直径が異なると、それに応（１）はプロペラ直径（満載喫水に対する比D P /d）と方形係数

等高線です。左側の図は方形係数がCB =0.60、右側の図は0.80（３）に示します。これらは、日本造船技術センターで実施した水槽

じて主船体の（船尾）形状も異なっている場合の推進性能と考えら

C Bを変更したときの推進性能です。左側の図は、D P /dを横軸との船型の等高線です。
（３）はプロペラ直径と幅喫水比を変更した

試験結果を用いて作成した回帰式から求めました。よって、
ここで

れます。

した形状影響係数等で、方形係数を助変数としています。右側のときの推進性能の等高線です。

示すのは、個々の船型の性能ではなく、平均的な性能です。また、上段が形状影響係数、中段がスラスト減少係数、下段が有効伴

図は、同じデータに関する等高線表示で、DP/dを横軸、CBを縦軸以上に示した図から、
プロペラ直径（DP/d）
増加に伴い形状影響

ここで示すのは、或る特定の主船体に対して模型プロペラの直径

流係数です。何れも満載状態における性能です。造波抵抗係数、船としています。スラスト減少係数、有効伴流係数は、
（４）
に示した

係数が単調に増大していることが分かります。これは、直径の大きを変更した水槽試験結果ではなく、主船体の大きさとプロペラの後プロペラ効率比については、プロペラ直径の影響が小さく、回フルード数（設計フルード数の平均的値）
における値です。

なプロペラを使用するためには、それに合わせて船尾形状を変更

大きさとの関係が異なる様々な船型の水槽試験結果から求めた

帰式の推定誤差以下と考えられますので省略します。

（２）
は、プロペラ直径と長さ幅比を変更したときの推進性能のする必要があり、その船型変更が形状影響係数増加を招いている
ことを示しています。このプロペラ直径増加に伴う形状影響係数の増大は、船の長さ幅比、幅喫水比が変わってもほぼ同じです。方
形係数の小さい領域では、
プロペラ直径が形状影響係数に及ぼす影響は、方形係数の影響より大きくなっています。
スラスト減少係数1- tは、大略の傾向として、プロペラ直径を大きくすると減少しています。この傾向は、方形係数の小さい船型で著しくなっています。これは、前記の形状影響係数増加と併せて、同一船速においてプロペラが発生すべきスラストの増大となります。プロペラ直径増大によってプロペラ単独効率向上を得ることができますが、その一部は形状影響係数増大とスラスト減少係数
低下によって損なわれてしまいます。
有効伴流係数1-wTは、方形係数の大きい船型領域では、
プロペ
ラ直径増加に伴い増加しています。他方、方形係数の小さい船型
では、プロペラ直径の影響は小さく、方形係数や長さ幅比の影響が支配的になっています。これには、プロペラ直径の違いによって船尾形状が異なることが関係していると考えられます。

（1）プロペラ直径、方形係数を変更したときの性能（LPP/B=6.0、B/d=3.0）

16

SRC News No.99 December 2016（2）プロペラ直径、長さ幅比を変更したときの性能（B/d=3.0）（3）プロペラ直径、幅喫水比を変更したときの性能（LPP/B=6.0）（4）フルード数

SRC News No.99 December 2016 17

SRC News̲No.99̲P16-17

入稿 2016.11.17（木）

実際のプロペラ設計でも、プロペラ効率等が最高と設計結果を図-２５〜２７に示します。

ることが分かります。翼重量は、ほぼ直径によって決まっています

なる回転数、直径が存在していますが、方形係数が0.80

図-２５は、横軸を回転数、縦軸を直径とする（1）
展開面積比、（2）が、回転数を大きくすると少し増加しています。

の肥大船型の例では、効率等が最高となる回転数が、低回転数の領域では使用したプロペラ設計システムの適用

独効率、
（7）
推進係数、
（8）
到達速力の等高線です。使用したプロ

範囲外となっています。

ペラ設計システムの適用範囲外の領域では、等高線を示していま

図-２６、２７に、プロペラ単独効率、推進係数、到達速力

せん。
（ 6）
〜
（8）
には、最適回転数、最適直径を表す曲線（回転数の比較を示します。図-２６は回転数が各々N=100rpm、

ベースないし直径ベースでプロペラ単独効率、推進係数、到達N=120rpmにおける比較で、各々の最大値に対する比速力が最高となる点を結んだ曲線）
も実線、点線で示してあります。

（到達速力の場合は速力の３乗の比）を示しています。

展開面積比は、回転数増加に伴い大きくなっています。翼の厚図 - 2 7は、同じく等 高 線 および 最 適 直 径 の 比 較です
図-26 プロペラ効率等の比較

みは回転数増加に伴い薄くなっています。回転数や直径を小さく（参考のため最適回転数も一点鎖線で示してあります）。

入稿 2016.11.17
（木）

肉厚、
（3）
ピッチ比、
（4）
キャンバー比、
（5）
翼重量、
（6）
プロペラ単

SRC News̲No.99̲P16-17

したプロペラでは、
ピッチ比、キャンバー比を大きくする必要のあ

ここでは設計システムの標準値（CP/CPV=0.85）としました。

図-27 プロペラ単独効率ベース等の最適直径の比較

資料 プロペラ直径と推進性能
プロペラ直径変更に伴う形状影響係数等の変化の例を（１）〜

回帰式による推定値ですので、
プロペラ直径が異なると、それに応（１）はプロペラ直径（満載喫水に対する比D P /d）と方形係数

等高線です。左側の図は方形係数がCB =0.60、右側の図は0.80（３）に示します。これらは、日本造船技術センターで実施した水槽

じて主船体の（船尾）形状も異なっている場合の推進性能と考えら

C Bを変更したときの推進性能です。左側の図は、D P /dを横軸との船型の等高線です。
（３）はプロペラ直径と幅喫水比を変更した

試験結果を用いて作成した回帰式から求めました。よって、
ここで

れます。

した形状影響係数等で、方形係数を助変数としています。右側のときの推進性能の等高線です。

示すのは、個々の船型の性能ではなく、平均的な性能です。また、上段が形状影響係数、中段がスラスト減少係数、下段が有効伴

図は、同じデータに関する等高線表示で、DP/dを横軸、CBを縦軸以上に示した図から、
プロペラ直径（DP/d）
増加に伴い形状影響

ここで示すのは、或る特定の主船体に対して模型プロペラの直径

流係数です。何れも満載状態における性能です。造波抵抗係数、船としています。スラスト減少係数、有効伴流係数は、
（４）
に示した

係数が単調に増大していることが分かります。これは、直径の大きを変更した水槽試験結果ではなく、主船体の大きさとプロペラの後プロペラ効率比については、プロペラ直径の影響が小さく、回フルード数（設計フルード数の平均的値）
における値です。

なプロペラを使用するためには、それに合わせて船尾形状を変更

大きさとの関係が異なる様々な船型の水槽試験結果から求めた

帰式の推定誤差以下と考えられますので省略します。

（２）
は、プロペラ直径と長さ幅比を変更したときの推進性能のする必要があり、その船型変更が形状影響係数増加を招いている
ことを示しています。このプロペラ直径増加に伴う形状影響係数の増大は、船の長さ幅比、幅喫水比が変わってもほぼ同じです。方
形係数の小さい領域では、
プロペラ直径が形状影響係数に及ぼす影響は、方形係数の影響より大きくなっています。
スラスト減少係数1- tは、大略の傾向として、プロペラ直径を大きくすると減少しています。この傾向は、方形係数の小さい船型で著しくなっています。これは、前記の形状影響係数増加と併せて、同一船速においてプロペラが発生すべきスラストの増大となります。プロペラ直径増大によってプロペラ単独効率向上を得ることができますが、その一部は形状影響係数増大とスラスト減少係数
低下によって損なわれてしまいます。
有効伴流係数1-wTは、方形係数の大きい船型領域では、
プロペ
ラ直径増加に伴い増加しています。他方、方形係数の小さい船型
では、プロペラ直径の影響は小さく、方形係数や長さ幅比の影響が支配的になっています。これには、プロペラ直径の違いによって船尾形状が異なることが関係していると考えられます。

（1）プロペラ直径、方形係数を変更したときの性能（LPP/B=6.0、B/d=3.0）

16

SRC News No.99 December 2016（2）プロペラ直径、長さ幅比を変更したときの性能（B/d=3.0）（3）プロペラ直径、幅喫水比を変更したときの性能（LPP/B=6.0）（4）フルード数

SRC News No.99 December 2016 17

SRC News̲No.99̲P18-19

03校 2016.11.24（木）の２船型ですが、回転数は各々100rpm、120rpmの一定値とし回転数過小領域も示してあります。以上に示した図から、単独効率てプロペラ設計時の回転数マージンを変更しました。

当センターの受賞理由は、
設計コンサルタントとしてジブチ沿岸域での沿岸警備活動に適した船種・仕様を提案・設計したことが評価されたことによるものとする直径は、この順で小さくなっていることが分かります。そのの図が0.80の例です。上段がプロペラ効率、中段が推進係数、下違いは、回転数が大きくなるに伴い小さくなりますが、
３．
５〜５％

段が到達速力です。この図によると、最適直径の低下は、回転数程度です。

マージン１％当たり0.4〜0.5％で、ピッチ比変更シリーズの場合と3.2 回転数の誤差ほとんど同じです。方形係数による違い、ベースによる違いもほと2016年10月13日午後4時からJICA市ヶ谷ビル2階の国際会議場で、受注実績を活かし、ジブチ沿岸警備隊の巡視艇に要求される仕様を我が国

第12回JICA理事長賞の表彰式が行われ、当センターは、事業部門でJICA

独自の高い技術で満たしつつ、円滑に建造したことが高く評価されました。
当日の表彰式には当センターを代表して染矢常務理事と小川海外協力部長

理事長賞を受賞しました。
受賞の対象となった事業はジブチ国向け「海上保安能力向上のための巡視が出席しました。写真は式典の模様と表彰状です。

艇建造計画」です。本案件は2014年3月30日に両国政府間でE/N、G/A署名が交わされた後、2015年11月14日に巡視艇2隻が完工引渡しされました。
当センターは、本事業の実施機関「ジブチ沿岸警備隊」
殿と、建造者「墨田川
造船株式会社」
殿とともに、
設計コンサルタントとして表彰されました。

んどありません。

本事業は第5回アフリカ開発会議（TICAD Ⅴ）の公約として掲げられた支援策

した場合のプロペラ回転数の違いに関して、計算例を示します。

回転数マージンによるプロペラ効率の低下は、回転数マージンの柱の一つである「平和と安定」に資する取り組みとして実施され、ソマリア沖

図-２８は、何れの直径においても図-２４の縦の二重線における推進

１％当たり、0.1%程度（C B =0.60）、0.2%程度（C B =0.80）
で、
こ海賊問題に対処する各国の活動拠点でもあるジブチにおいて、沿岸の治安性能を使用して設計したプロペラが、図-２４に示した推進性能下でれも、ピッチ比変更シリーズの場合（0.2%程度）とほぼ同じです。

ジブチ経済の中心である港周辺の海上保安の確保は、同国および同港を作動した場合にどのような回転数Nで回転するかを、設計条件とただし、推進係数ベースでは、その2/3程度に縮小しています。回

活用する内陸諸国の経済活動に極めて重要であるとともにソマリア沖海賊して与えた回転数NDESIGNに対する比で表した図です。CB=0.60

転 数マージンの０から８％へ の 変 更に因る到 達 速 力 の 低 下は、の例では直径の小さい領域では回転数の違いは小さいのですが、

CB=0.60の船型例では0.01ノット強ですが、CB=0.80の船型例

直径の大きい領域では回転数が低下しています。CB=0.80の例ででは0.03ノット強となっています。

対処行動に参加する我が国をはじめとする国際社会にとっても重要な課題

式典の模様

委員会等
● 第１３回 理事会（通常）

ピッチ比変更シリーズの場合と同様、プロペラ効率等の曲線

表彰状

能力を強化するために、
ジブチ沿岸警備隊に対し巡視艇2隻が供与されました。

● 第１３４回 ＨＲＣ委員会

平成２８年６月２日 日本造船技術センター役員会議室● 第１回 ＳＰＣＧ委員会（平成２８年度）● 第２回 ＳＰＣＧ委員会（平成２８年度）

平成２８年６月３日 日本造船技術センター大会議室

平成２８年１０月２５日 日本造船技術センター大会議室● 第９回 評議員会
（定時）

● 第１３５回 ＨＲＣ委員会

単調に高くなっています。一般に、必要スラストが１％増加するとが直径の小さい領域で交差しています。C B=0.60の船型例では回転数は0.05〜0.1％低下し、有効伴流係数1-wTが１％増加する

直径6.7ｍ付近で交差しています。これは、回転数マージンを４％と回転数は0.1〜0.3％程度増加しますが、痩せ型船の直径の小さにしたときに到達速力が最高となる直径6.86mの97.7％です。

い領域では、必要スラストの影響と有効伴流係数の影響が打ち消C B =0.80の船型例では直径5.2ｍ付近で交差しています。これし合っています。直径の大きい領域では両者が共に回転数低下をは、同じく回転数マージンを４％にしたときに到達速力が最高と編 集 後 記

申し込みの受付

招いています。肥大船型の例では、必要スラスト増加の影響と有効なる直径5.71mの91％です。これらのことは、プロペラ直径を制

本号にも掲載されたJICAや東京MOUの研修では、海事関連施設の視察等のため職員試験等の申し込み、問い合わせは

伴流係数増加の影響が逆ですが、後者の影響が大きいので、直径限して、最適直径の97.7％以下、91％以下にする場合は、回転数が外国人研修生と一緒に電車で移動することがありますが、
日本の電車の発着時間の正確

下記までご連絡をお願いいたします。

増加に伴って単調に増加しています。ここで示した２例から、直径による推進性能の違いを無視してプロペラ設計した場合の回転数のマージンを大きくした方が有利、ということを示しています。
（技術顧問

違いは単純ではないことが分かります。回転数マッチングの面から、プロペラ設計に使用する推進性能の精度が重要です佐藤和範）

平成２８年６月３日 日本造船技術センター大会議室

平成２８年６月２４日 日本造船技術センター役員会議室

平成２８年１０月２５日 日本造船技術センター大会議室

さには皆さん驚いているそうです。日本を訪れる外国人の共通した感想のようで何となく〒１８０−０００３

誇らしい気持ちがするものの、通勤時の度重なる電車の遅れにイライラすることが多い

東京都武蔵野市吉祥寺南町1丁目６番１号

日々の現実と若干の乖離を感じるのも事実です。
一方、先日、電車の遅れに対する乗客のクレームに逆上した駅員が、突然制服を投げ捨て

吉祥寺スバルビル３階

高架の線路上から飛び降りてケガをしたというニュースがありました。
「人間が犬を噛んだ」

TEL 0422-40-2820

的なニュースですが、電車の遅れでイライラしているのは乗客だけではないようです。

が、通常は図-２８に示したような広範囲の直径変更は国土交通省の2年前の調査ですが、
「平日
（5日間）
の朝のラッシュ時に遅延証明書を発行無いとしても、プロペラ直径が大きく変わるようなプした日が平均1日以上あった路線が東京圏の51路線中21路線
（40%）
あった」
そうです。

ロペラ設計の場合には慎重な判断が必要です。

ワースト1位の埼京線では平均3日、次いで横須賀線、東海道線、宇都宮・高崎線、の順と地図

なっています。SRC職員の多くが通勤に利用する中央線快速も堂々（？）
5位にランクされて3.3 回転数マージンいます。
注）
多くの鉄道会社では5分以上の遅延で遅延証明書を発行しています。

２．
７
（前号）
において、
ピッチ比変更シリーズの場合のこれらの遅延の原因については、人的要因によるものが50%強、車両・信号機故障など

プロペラ回転数マージンとプロペラ単独効率や最適の設備要因によるものが30%、強風・地震などの災害要因によるものが10%などとなって直径との関係について紹介しました。ここでは、同様のいます（2014年中に発生した15分以上の運行停止を対象とした調査による）。
人的要因の内訳では、人身事故が80%弱、線路への人の立ち入りが10%強、救護活動趣旨に関して、実際の設計結果を紹介します。

が5%の順だそうです。人身事故が多いのに驚きますが、「 線路内に人が立ち入ったため設計例は、前項までと同様、方形係数が0.60、0.80

運転を見合わせます」
とか、「急病の方の救護活動を行っています」
とかいった車内放送もよく聞きます。
「 線路内への人の立ち入り」には酔っ払いのホームからの転落、歩行者の無理な踏切横断などがあるそうですが、スリや痴漢発生に伴う遅延の場合もこういった言い方をするようです。また、発車間際の駆け込み乗車でカバンや傘をドアに挟み、なか
なか発車できないケースもよく見かけます。
これまで被害者とばかり思っていた乗客も、自分自身で遅延の原因を作ることにより他の乗客・駅員など周囲の人たちに迷惑をかけることがないよう、「駆け込み乗車をやめる」、「酔ってホーム際を歩かない」「、 歩きスマホをやめる」などチョットした注意を払っていく必要がありそうですね。
（M.T.）

図-28 プロペラ回転数の誤差

18

SRC News No.99 December 2016

図-29 回転数マージンと最適直径

SRC News No.99 December 2016 19

03校 2016.11.24（木）

結果を図-２９に示します。左側の図がCB=0.60の船型例、右側は、直径の小さい領域では回転数が低く、直径が大きくなるに伴いです。本事業の効果は地域的・国際社会に広がるものと見込まれています。

です。また、建造所の墨田川造船㈱殿は造船技術および海外官庁用船艇のを最高とする直径、推進係数を最高とする直径、到達速力を最高

本項では、直径による推進性能変化を考慮せずにプロペラ設計

第12回JICA理事長賞（事業部門）を受賞

SRC News̲No.99̲P18-19

２．
３
（前号）
で示した直径過大領域、直径制限領域（網掛け領域）、Topics