JP 7178077 B2 2022.11.25(12)特許公報(B2)(19)日本国特許庁(JP)(45)発行日(24)登録日

令和4年11月25日(2022.11.25)(51)国際特許分類
Ｇ０６Ｆ
30/15 (2020.01)
Ｂ６３Ｂ
3/00 (2006.01)
Ｂ６３Ｂ
1/32 (2006.01)
Ｂ６３Ｈ
5/16 (2006.01)
Ｇ０６Ｆ
30/20 (2020.01)

ＦＩ
Ｇ０６Ｆ
Ｂ６３Ｂ
Ｂ６３Ｂ
Ｂ６３Ｈ
Ｇ０６Ｆ

(11)特許番号
特許第7178077号(P7178077)
令和4年11月16日(2022.11.16)

30/15
3/00
Ｚ
1/32
Ｚ
5/16
Ｃ
30/20
請求項の数 17(73)特許権者（全23頁）

最終頁に続く(21)出願番号

特願2018-96661(P2018-96661)(22)出願日

平成30年5月18日(2018.5.18)

国立研究開発法人 海上・港湾・航空技(65)公開番号

特開2019-200752(P2019-200752

術研究所

A)
(43)公開日
審査請求日

501204525

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号

令和1年11月21日(2019.11.21)(74)代理人

100098545(74)代理人

100087745(74)代理人

100106611(74)代理人

100189717(72)発明者

一ノ瀬 康雄令和3年4月13日(2021.4.13)

弁理士
弁理士
弁理士
弁理士

阿部 伸一
清水 善廣
辻田 幸史
太田 貴章

東京都三鷹市新川６丁目３８番１号 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術

最終頁に続く(54)【発明の名称】

伴流場設計方法、伴流場設計システム、及び伴流場を考慮した船舶(57)【特許請求の範囲】【請求項１】
伴流場設計システムを用いた船舶の船尾に生ずる伴流場の設計方法であって、前記伴流場設計システムが、入力された船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する条件を取得し、入力された前記条件に対して前記船体、前記船尾付加物、及び前記プロ
ペラの少なくとも一つに対する前記伴流場を、予め構築した船型と伴流場をリンクさせた船型・伴流場データベースに基づいて解析し、前記伴流場の解析結果に基づいて前記船尾
付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つに適した前記伴流場の設計を行い、前記伴流場の設計結果を出力することを特徴とする伴流場設計方法。
【請求項２】
前記伴流場設計システムにおける前記伴流場の設計は、目標とする前記伴流場に近い船10型データの選定を前記船型・伴流場データベースに基づいて行い、目標とする前記伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする請求項１に記載の伴流場設計方法。
【請求項３】
目標とする前記伴流場に近い前記船型データを複数選定し、平均化して目標とする前記伴流場が得られる前記船型を生成することを特徴とする請求項２に記載の伴流場設計方法。
【請求項４】
目標とする前記伴流場を得られる前記船型を生成した後、前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つの設計を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の伴流場設計方法。

20

(2)JP 7178077 B2 2022.11.25【請求項５】
前記伴流場設計システムにおいて、前記船型・伴流場データベースに基づいて、前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つに適した最適伴流場データベースを構築し、前記最適伴流場データベースを利用し前記船体の制約条件を考慮した上、前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つに適した前記伴流場を選定することを特徴とする
請求項１に記載の伴流場設計方法。
【請求項６】
前記船体の制約条件を考慮した前記船型を生成することを特徴とする請求項５に記載の伴流場設計方法。
【請求項７】

10

前記伴流場設計システムにおいて、前記船体の制約条件を設定し、前記船型・伴流場データベースに基づいて前記制約条件に対する前記伴流場の統計的解析を行い、前記制約条
件の下での伴流場統計データを得ることを特徴とする請求項１に記載の伴流場設計方法。
【請求項８】
前記伴流場統計データを基に、前記制約条件の下での前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つの最適な設計を行うことを特徴とする請求項７に記載の伴流場設計方法。
【請求項９】
前記伴流場設計システムの前記船型・伴流場データベースにおける前記伴流場は、前記船型が変わっても流れの変化の少ない節を有した流場であることを特徴とする請求項１か20

ら請求項８のいずれか１項に記載の伴流場設計方法。
【請求項１０】
船舶の船尾に生ずる伴流場の設計システムであって、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する条件を入力する条件入力手段と、船型と伴流場をリンクさせた
データを記憶した船型・伴流場データベース手段と、入力した前記条件に対して前記船型・伴流場データベース手段の前記データに基づいて前記伴流場を解析する伴流場解析手段と、前記伴流場の解析結果に基づいて前記伴流場の設計を行う伴流場設計手段と、前記伴流場の設計結果を出力する伴流場出力手段とを備えたことを特徴とする伴流場設計システ
ム。
【請求項１１】30

前記伴流場解析手段が、目標とする前記伴流場に近い船型データの選定を前記船型・伴
流場データベース手段に基づいて行い、選定した前記船型データに従って、前記伴流場設
計手段が、目標とする前記伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする請求項１０に記載の伴流場設計システム。
【請求項１２】
前記伴流場設計手段における前記伴流場の設計は、目標とする前記伴流場に近い複数の前記船型データを、平均化して目標とする前記伴流場が得られる前記船型を生成することを特徴とする請求項１１に記載の伴流場設計システム。
【請求項１３】
前記伴流場設計手段における前記伴流場の設計は、目標とする前記伴流場が得られる前40記船型を生成した後、前記船尾付加物、及び前記プロペラの少なくとも一つの設計を行う
ことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の伴流場設計システム。
【請求項１４】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の伴流場設計方法を用いた伴流場を考慮した船舶であって、前記伴流場の前記設計結果に基づいた前記船尾付加物としてダクトを用い、前記ダクトの前記伴流場に対応する開き角を−３°以上１４°以下とした条件に適した前記船体を備え、前記船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、前記船型・伴流場データベ
ースに記憶され前記伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ前記伴流場の改善を図った船体であることを特徴とする伴流場を考慮した船舶。
【請求項１５】50

(3)JP 7178077 B2 2022.11.25

前記伴流場の流れの前記ダクトに対する流入角の変動幅を２５°以下とした前記条件に適した前記船体であることを特徴とする請求項１４に記載の伴流場を考慮した船舶。
【請求項１６】前記流入角を２５°以下とする範囲は、少なくとも前記ダクトの縦方向中心線の上部交点０°から９０°の範囲内としたことを特徴とする請求項１５に記載の伴流場を考慮した船舶。
【請求項１７】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の伴流場設計方法を用いた伴流場を考慮した船舶であって、前記伴流場の前記設計結果に基づいた前記プロペラが、前記伴流場の流れを受けるプロペラ面を有し、前記プロペラの半径の６０％以上１００％以下の位置で、前10記プロペラ面に対する前記伴流場の流れの周方向分布の変動率を０．４以下とし得る前記
条件に適した前記船体を備え、前記船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、前記船型・伴流場データベースに記憶され前記伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ前記伴流場の改善を図った船体であることを特徴とする伴流場を考慮した船舶。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】
本発明は、伴流場設計方法、伴流場設計システム、及び伴流場を考慮した船舶に関する。
【背景技術】【０００２】

20

従来、船型が誘起する船尾伴流分布（船舶の船尾に生ずる伴流場）の設計は、熟練技術者の経験則に基づく試行錯誤でのみ実施できる困難なものであったため、図２４に示すよ
うに、船尾付加物とプロペラは、船体に対して従属的に設計されていた。そのため、船尾付加物とプロペラに適した船体が設計されず、船体・プロペラ・省エネ付加物の相互干渉を踏まえた全体最適化は行われていなかった。
【０００３】
ところで、特許文献１には、流体に浮かぶ船舶の形状を示す設計データを生成する船舶
デザインプログラムと、設計データを格子データにデータ変換する計算格子作成ツールと、条件を生成する計算条件設定プログラムと、格子データとその条件とに基づいて船舶が航行中の流体の流場を模擬的に導出する流場計算プログラムと、流場に基づいて流体が船30舶に作用する流体力学的性能を導出する船舶性能評価プログラムと、流体力学的性能を表
示装置に表示する可視化ツールとを具備した船舶設計装置が開示されている。
また、特許文献２には、船体まわりの二重模型流れの計算によって求めた圧力係数の変化量の船首部および船尾部における積分値より得られる船型の流場特性を示すパラメ−タと、船尾の二次流れによる抵抗増加を表すパラメ−タおよび船型の幾何形状パラメ−タを用いて、形状影響係数推定の回帰式を作成し、該推定回帰式により粘性抵抗を推定する肥大船の粘性抵抗推定法が開示されている。
また、特許文献３には、船舶の船尾部に下降流をせき止めて整流するための船尾フィンを設け、船尾フィンの存在下にてプロペラ前方の船尾ダクト設置位置における作動流場を計測又は解析し、作動流場にて最も動力削減効果が高くなる船尾ダクトを設計して設け、40船尾フィン及び船尾ダクトの存在下にて舵の左右両側に設けるラダーフィン設置位置における作動流場を計測又は解析し、作動流場にて最も動力削減効果が高くなるようラダーフ
ィンを設計して設ける船尾部構造の設計方法が開示されている。
【先行技術文献】【特許文献】【０００４】【文献】特開２００４−９８５８号公報
特開２００１−１３８９８１号公報
特開２００６−３４７２８５号公報【発明の概要】50

(4)JP 7178077 B2 2022.11.25【発明が解決しようとする課題】【０００５】
船尾伴流の分布形状は、省エネ付加物の効果の向上、及びプロペラ効率の向上やキャビ
テーションの低減に深く関連するが、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現する手法は今まで提案されていない。
特許文献１には、他の船舶が航行中の流体の圧力と流速とを示す他の流場を模擬的に導出する流場計算プログラムが記載されているが、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現するものではない。
また、特許文献２には、満載状態の形状影響係数（１＋Ｋ）の５８隻の水槽試験での計測結果をデータベースにして、推定回帰式を作成する旨が記載されているが、船体、船尾

10

付加物、及びプロペラの全体最適化を実現するものではない。
また、特許文献３には、船尾ダクトやラダーフィンは船体に従属的に設計されるため、省エネ付加物に適した船体が設計されない。すなわち、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現するものではない。
【０００６】
そこで本発明は、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現する伴流場設計
方法、伴流場設計システム、及び伴流場を考慮した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記載に対応した伴流場設計方法においては、伴流場設計システムを用いた船舶

20の船尾に生ずる伴流場の設計方法であって、伴流場設計システムが、入力された船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する条件を取得し、入力された条件に対して船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する伴流場を、予め構築した船型と伴流場をリンクさせた船型・伴流場データベースに基づいて解析し、伴流場の解析結果に基づいて船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した伴流場の設計を行い、伴流場の設計結果を出力することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、船体（船型）と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。
【０００８】

30

請求項２記載の本発明は、伴流場設計システムにおける伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い船型データの選定を船型・伴流場データベースに基づいて行い、目標とする伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
【０００９】
請求項３記載の本発明は、目標とする伴流場に近い船型データを複数選定し、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。

40【００１０】
請求項４記載の本発明は、目標とする伴流場を得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行うことを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳
細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
【００１１】
請求項５記載の本発明は、伴流場設計システムにおいて、船型・伴流場データベースに基づいて、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した最適伴流場データベースを構築し、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件を考慮した上、船尾付加物、

50

(5)

JP 7178077 B2 2022.11.25

及びプロペラの少なくとも一つに適した伴流場を選定することを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件に合わせて船尾付加物、及びプロペラの目標とする最適な伴流場を得ることができる。
【００１２】
請求項６記載の本発明は、船体の制約条件を考慮した船型を生成することを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、船尾付加物、及びプロペラに適した伴流場を実現す
る船型を船体の制約条件を考慮したうえ生成できるので、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
【００１３】
請求項７記載の本発明は、伴流場設計システムにおいて、船体の制約条件を設定し、船10型・伴流場データベースに基づいて制約条件に対する伴流場の統計的解析を行い、制約条件の下での伴流場統計データを得ることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付
加物やプロペラの設計が可能となる。例えば、船体の詳細な設計情報が不明な既存船や流場解析が予算の関係で行なえない新造船等への伴流場の推定を通じた最適な船尾付加物やプロペラの設計が可能となる。
【００１４】
請求項８記載の本発明は、伴流場統計データを基に、制約条件の下での船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの最適な設計を行うことを特徴とする。

20

請求項８に記載の本発明によれば、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、伴流場統計データを基に、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラを設計することができる。
【００１５】
請求項９記載の本発明は、伴流場設計システムの船型・伴流場データベースにおける伴流場は、船型が変わっても流れの変化の少ない節を有した流場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、節を有した流場を用いて、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を行うことができる。例えば、流れの変化の少ない節に船尾付加物、及びプロペラを臨ませて、性能の向上を図ることができる。
【００１６】

30

請求項１０記載に対応した伴流場設計システムにおいては、船舶の船尾に生ずる伴流場の設計システムであって、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する条件を入力する条件入力手段と、船型と伴流場をリンクさせたデータを記憶した船型・伴流場データベース手段と、入力した条件に対して船型・伴流場データベース手段のデータに基づいて伴流場を解析する伴流場解析手段と、伴流場の解析結果に基づいて伴流場の設計を行う伴流場設計手段と、伴流場の設計結果を出力する伴流場出力手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、船体（船型）と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロ
ペラの全体最適化が実現する。

40【００１７】
請求項１１記載の本発明は、伴流場解析手段が、目標とする伴流場に近い船型データの選定を船型・伴流場データベース手段に基づいて行い、選定した船型データに従って、伴流場設計手段が、目標とする伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
【００１８】
請求項１２記載の本発明は、伴流場設計手段における伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い複数の船型データを、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成することを特徴とする。

50

(6)JP 7178077 B2 2022.11.25

請求項１２に記載の本発明によれば、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
【００１９】
請求項１３記載の本発明は、伴流場設計手段における伴流場の設計は、目標とする伴流場が得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行うことを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
【００２０】

10

請求項１４記載に対応した伴流場を考慮した船舶においては、伴流場設計方法を用いた伴流場を考慮した船舶であって、伴流場の設計結果に基づいた船尾付加物としてダクトを用い、ダクトの伴流場に対応する開き角を−３°以上１４°以下とした条件に適した船体を備え、船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、船型・伴流場データベースに記憶され伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ伴流場の改善を図った船体であることを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現した船舶を提供することができる。また、伴流場として効果の大きな開き角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。
また、船尾縦渦を強め、その中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げることができ、伴流20場の改善が図れる。
【００２１】
請求項１５記載の本発明は、伴流場の流れのダクトに対する流入角の変動幅を２５°以下とした条件に適した船体であることを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、伴流場を考慮してダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。
【００２２】
請求項１６記載の本発明は、流入角を２５°以下とする範囲は、少なくともダクトの縦方向中心線の上部交点０°から９０°の範囲内と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、伴流場として効果の大きな流入角の範囲にダクト30を臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果を効率的に高めることができる。
【００２３】
請求項１７記載に対応した伴流場を考慮した船舶においては、伴流場設計方法を用いた伴流場を考慮した船舶であって、伴流場の設計結果に基づいたプロペラが、伴流場の流れを受けるプロペラ面を有し、プロペラの半径の６０％以上１００％以下の位置で、プロペラ面に対する伴流場の流れの周方向分布の変動率を０．４以下とし得る条件に適した船体を備え、船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、船型・伴流場データベースに記憶され伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ伴流場の改善を図った船体であることを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、伴流場を考慮してプロペラ効率をより一層高める

40ことができる。また、プロペラとして効果の大きい範囲の変動率を押さえられるため、効率的にプロペラ効率を高めることができる。また、船尾縦渦を強め、その中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げることができ、伴流場の改善が図れる。
【発明の効果】【００２４】
本発明の伴流場設計方法によれば、船体（船型）と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。
【００２５】
また、伴流場設計システムにおける伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い船型デー

50

(7)

JP 7178077 B2 2022.11.25

タの選定を船型・伴流場データベースに基づいて行い、目標とする伴流場が得られる船型を生成する場合には、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
【００２６】
また、目標とする伴流場に近い船型データを複数選定し、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成する場合には、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
【００２７】
また、目標とする伴流場を得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行う場合には、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳
細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより10

精度よく行うことができる。
【００２８】
また、伴流場設計システムにおいて、船型・伴流場データベースに基づいて、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した最適伴流場データベースを構築し、最適伴流
場データベースを利用し船体の制約条件を考慮した上、船尾付加物、及びプロペラの少な
くとも一つに適した伴流場を選定する場合には、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件に合わせて船尾付加物、及びプロペラの目標とする最適な伴流場を得ることができる。
【００２９】
また、船体の制約条件を考慮した船型を生成する場合には、船尾付加物、及びプロペラ20に適した伴流場を実現する船型を船体の制約条件を考慮したうえ生成できるので、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
【００３０】
また、伴流場設計システムにおいて、船体の制約条件を設定し、船型・伴流場データベ
ースに基づいて制約条件に対する伴流場の統計的解析を行い、制約条件の下での伴流場統計データを得る場合には、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラの設計が可能となる。例えば、船体の詳細な設計情報が不明な既存船や流場解析が予算の関係で行なえない新造船等への伴流場の推定を通じた最適な船尾付加物やプロペラの設計が可能となる。

30【００３１】
また、伴流場統計データを基に、制約条件の下での船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの最適な設計を行う場合には、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、伴流場統計データを基に、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラを設計することができる。
【００３２】
また、伴流場設計システムの船型・伴流場データベースにおける伴流場は、船型が変わっても流れの変化の少ない節を有した流場である場合には、節を有した流場を用いて、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を行うことができる。例えば、流れの変化の少ない節に船尾付加物、及びプロペラを臨ませて、性能の向上を図ることができる。

40【００３３】
また、本発明の伴流場設計システムによれば、船体（船型）と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。
【００３４】
また、伴流場解析手段が、目標とする伴流場に近い船型データの選定を船型・伴流場データベース手段に基づいて行い、選定した船型データに従って、伴流場設計手段が、目標とする伴流場が得られる船型を生成する場合には、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
【００３５】50

(8)JP 7178077 B2 2022.11.25

また、伴流場設計手段における伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い複数の船型データを、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成する場合には、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
【００３６】
また、伴流場設計手段における伴流場の設計は、目標とする伴流場が得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行う場合には、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾
付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
【００３７】
また、本発明の伴流場を考慮した船舶によれば、伴流場の設計結果に基づいた船尾付加10物としてダクトを用い、ダクトの伴流場に対応する開き角を−３°以上１４°以下とした条件に適した船体を備え、船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、船型・伴流場データベースに記憶され伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ伴流場の改善を図った船体であることで、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現した船舶を提供することができる。また、伴流場として効果の大きな開き角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。また、船尾縦渦を強め、その中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げることができ、伴流場の改善が図れる。
【００３８】
また、伴流場の流れのダクトに対する流入角の変動幅を２５°以下とした条件に適した船体である場合には、伴流場を考慮してダクトによる省エネ効果をより一層高めることが

20

できる。
【００３９】
また、流入角を２５°以下とする範囲は、少なくともダクトの縦方向中心線の上部交点
０°から９０°の範囲内とした場合には、伴流場として効果の大きな流入角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果を効率的に高めることができる。
【００４０】
また、本発明の伴流場を考慮した船舶によれば、伴流場の設計結果に基づいたプロペラが、伴流場の流れを受けるプロペラ面を有し、プロペラの半径の６０％以上１００％以下の位置で、プロペラ面に対する伴流場の流れの周方向分布の変動率を０．４以下とし得る条件に適した船体を備え、船体がＳ.Ｓ.２．０付近の船底部を、船型・伴流場データベース

30に記憶され伴流場の設計に用いた原型船の船体よりも肥大させ伴流場の改善を図った船体であることで、伴流場を考慮してプロペラ効率をより一層高めることができる。また、プロペラとして効果の大きい範囲の変動率を押さえられるため、効率的にプロペラ効率を高めることができる。また、船尾縦渦を強め、その中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げることができ、伴流場の改善が図れる。
【図面の簡単な説明】【００４１】【図１】本発明の本実施形態による伴流場設計システムのブロック図【図２】同船型データベースに格納されている船型例（S.S.1.0）を示す図【図３】同船型データベースに格納されている船型例（船尾プロファイル）を示す図40【図４】同伴流場データベース（プロペラ面の伴流分布）の例を示す図【図５】同２７３０個体の船型の全ての流場データについて軸方向の流速分布をプロペラ
半径位置毎にまとめた図【図６】同２７３０個体の船型全ての伴流場データのダクト翼断面への流入角の分布を示す図【図７】同伴流場設計方法を示すフロー図【図８】同目標とする伴流場の設計方法を示すフロー図【図９】同設計した伴流分布を示す図【図１０】同原型船と生成した船型の比較図（S.S.1.0）【図１１】同原型船と生成した船型の比較図（船尾プロファイル）

50

(9)

JP 7178077 B2 2022.11.25【図１２】本発明の他の実施形態による伴流場設計方法を示すフロー図【図１３】原船型を用いた水槽試験の様子を示す図【図１４】生成した船型を用いた水槽試験の様子を示す図【図１５】原型船の計測した伴流分布を示す図【図１６】生成した船型（システム出力船型）の計測した伴流分布を示す図【図１７】原船型におけるダクト翼断面への周方向流入角の分布を示す図【図１８】生成した船型におけるダクト翼断面への周方向流入角の分布を示す図【図１９】ダクト流入角αの説明図【図２０】ダクト位置θの説明図【図２１】生成した船型の省エネ効果を原船型と比較して示す図10【図２２】原船型の軸方向流速の流方向分布を示す図【図２３】生成した船型の軸方向流速の流方向分布を示す図【図２４】従来の船体、船尾付加物、及びプロペラの設計方法を示すフロー図【図２５】先行研究で検討した伴流設計システムの概要図【発明を実施するための形態】【００４２】
船尾伴流の分布形状は、省エネ付加物の効果の向上、及びプロペラ効率の向上やキャビ
テーションの低減に深く関連する。例えば、ダクト型の省エネ付加物の省エネ効果は、ダ
クト翼断面へ流入する流れの角度（流入角）の周方向分布に強い影響を受ける。
本件発明者は、まず意図する伴流分布の設計を可能とする新しい船型設計手法（伴流設20計システム）を先行して研究し、一個抜き交差検証により伴流設計システムの理論的な有効性を確認した。
この研究で検討した伴流設計システムの概要を図２５に示す。当該伴流設計システムは、従来の船型データベース解析例と異なり、船型を船型パラメータ（例えばＣpカーブの傾斜角等）で整理せず単にＩＤで管理するため、その自由度及び拡張性の高さに特徴を持つ。
これにより、他船種のデータも同居することが可能で、従来と異なり過去の設計遺産を
データベースに同居させて活用することができるようになった。また、船型をＩＤで管理するため、船型のパラメータ化による情報の欠落を回避できる。
また、この研究で検討した伴流設計システムでは、機械学習手法の1つであるｋ近傍法
を基礎とした手法で伴流分布と船型のデータベース（船型・流場データベース）の解析を30実施する。また、当該伴流設計システムでは機械学習の問題設定を比較的シンプルな解空間に落とし込むことができるため、ｋ近傍法よりも複雑な機械学習手法を適用する必要性が低く、簡便な手法で極めて有効なデータベースの解析が実施できることが分かった。
図２５の伴流場解析について述べる。目標とする入力伴流分布のデータと船型・流場データベースの伴流データから入力伴流とデータベース上の伴流との類似度（ユークリッド距離）を下式（１）で算定する。
【数１】

40

式（１）で得られたユークリッド距離を評価関数として、船型・流場データベースより
類似伴流３つ特定し、類似伴流を持つ３船型を特定し、３船型をユークリッド距離（ｄ1,ｄ2，ｄ3）から下式（２）で算定する重み係数（αi）を用いて船型ブレンディングするこ

50

(10)

JP 7178077 B2 2022.11.25とで、目標とする入力伴流分布を実現する船型形状を機械的に求める。
【数２】【００４３】
以下に、本研究で得られた本発明の実施形態による伴流場設計方法、伴流場設計システ
ム、及び伴流場を考慮した船舶について説明する。
図１は、本実施形態による伴流場設計システムのブロック図である。

10

伴流場設計システムは、条件入力手段１０と、船型・伴流場データベース手段２０と、伴流場解析手段３０と、伴流場設計手段４０と、伴流場出力手段５０とを備える。
【００４４】
条件入力手段１０は、例えばキーボードやタッチパネル、マウス等であり、ユーザーは、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する条件を、条件入力手段１０を用いて伴流場設計システムに入力する。
船型・伴流場データベース手段２０には、船型と伴流場をリンク（関連付け）させたデータが記憶されている。
【００４５】
本実施形態では、７４９総トンの一般貨物船を対象として、２７３０個体の船型・伴流

20

場データベースを、船型・伴流場データベース手段２０に構築した。伴流場の推定は、国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所

海上技術安全研究所（以下、「海技研」という）が開発したＲａＮＳソルバーＮＡＧＩＳＡを使用し、本件発明者らが開示した「一ノ瀬康雄，田原裕介，久米健一：総トン数に制限を有する内航船の船型データベースの構
築とその評価−749総トン型一般貨物船を対象としたプロトタイプの開発−，日本船舶海洋工学会論文集，第26号，pp.51-62, 2017.」（参考文献１）と同様の計算条件で、両舷１８０万セルの構造格子により実施した。また、乱流モデルの適用にあたっては、ＥＡＳＭ ｋω、ＳＳＴ ｋω、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＳＡの複数の乱流モデルを比較検討し、参考
文献１の原船型（MS No.869）の水槽試験結果との比較及び計算のロバスト性を考慮した
結果、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＳＡ（Cvor=20）を、船型・伴流場データベースの作成に適用30する。計算格子は、参考文献１と同等の格子を採用しており、計算格子の不確かさは参考
文献１に準じて本発明に妥当な不確かさレベルを有している。
船型・伴流場データベース手段２０は、船型データと伴流場データを船型パラメータと伴流場データで整理せず単にＩＤで管理するため、その自由度及び拡張性の高さに特徴を持つ。また、データベースとしての解析に複雑な機械学習手法の適用も可能であるが、本研究で創出した簡便な手法がむしろ極めて有用であることが確認されている。
船型・伴流場データベース手段２０は、船体（船型）と伴流場の対応付けが容易となるため、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現できることをはじめ、既存船を含めた船体の伴流場の解析、船尾付加物やプロペラに適した流場解析のための２次的な最適流場データベースの構築など、様々に利用が可能となる。

40

図２は、船型データベースに格納されている船型例（S.S.1.0）を示す図、図３は、船型データベースに格納されている船型例（船尾プロファイル）を示す図である。
船型データベースは、原船型と実用上同一の排水量を持ち、図２及び図３の船型例に示
すとおり、船尾フレームライン、船尾プロファイル、船尾横切面積曲線（以下Ｃpカーブ）の所謂肩張り、肩落ち傾向の異なる船型形状を有する２７３０の船型群である。なお、本船型データベースは同一の主要目を有することから、同じプロペラ直径及び設置位置のプ
ロペラを想定している。
【００４６】
図４は、伴流場データベース（プロペラ面の伴流分布）の例を示す図であり、図４（ａ）はID030001の船型の場合、図４（ｂ）はID030003の船型の場合、図４（ｃ）はID0

50

(11)

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30005の船型の場合、図４（ｄ）はID030006の場合である。図４に示すとおり、構築した船型・伴流場データベースは，特に船尾縦渦の強弱を中心に非常に変化に富むデータベースである。
図５は、２７３０個体の船型の全ての流場データについて軸方向の流速分布をプロペラ
半径位置毎にまとめた図であり、図５（ａ）はＲ＝０．７Ｒの場合、図５（ｂ）はＲ＝１．０Ｒの場合である。
ここで、図５の横軸は、プロペラＴＯＰ位置を０とする周方向位置であり、ｒ＝０．７
Ｒは７０％プロペラ半径位置でのグラフであることを示す。図５から２７３０個体の船型の軸方向の流速分布には、７０°位置付近を節として変化することが分かる。この軸方向の流速分布が節をもって変動するのは、今回の船型データベースは実設計における船型変10更と比較し変更範囲が大きく変化に富んでおり、また船尾縦渦の中心位置は船底からの上昇流の影響で、一般にプロペラ軸上方のみに位置することから推論すると、排水量一定の一軸スケグ船型一般に適用できる現象と推定される。
船型・伴流場データベースにおける伴流場が、船型が変わっても流れの変化の少ない節を有した流場であることにより、節を有した流場を用いて、船体、船尾付加物、及びプロ
ペラの全体最適化を行うことができる。節の存在は、２７３０個体の船型の全ての伴流場
データについて解析した結果、判明した新しい知見であり、例えば、流れの変化の少ない
節に船尾付加物、及びプロペラを臨ませて、性能の向上を図ることが期待できる。
【００４７】
ダクト型の省エネ付加物の省エネ効果は、ダクト翼断面へ流入する流れの角度（流入角20）の周方向分布に強い影響を受ける。そのため、船型により周方向の流入角を改善できれば、付加物の省エネ効果が改善しトータルの燃費削減に寄与する。工作上の観点から周方向で同じ開き角を持つダクトでは、適切な開き角の設定により、０°から８０°位置までのダクト翼断面への流入角が一定であるほど、高い省エネ効果が得られることが分かっている。ダクト翼断面への流入角が一定に近い船型は、本実施形態の伴流場設計システムに
より機械的に得られる。
図６は、２７３０個体の船型全ての伴流場データのダクト翼断面への流入角の分布を示す図である。図６においても２０°位置付近及び ９０°位置付近に節が確認できる。２０°位置付近の節は前述の船尾縦渦の位置の影響により形成されるものと考えられる。一方、９０°位置は流入角の評価軸が船体横流れ方向と一致するため、９０°位置付近の節は30

排水量一定の一軸スケグ船型の直進状態の流場では強い横流れが形成されないことが要因であると考えられる。このように流入角についても節が存在することが新しい知見として得られ、例えば、流れの変化の少ない節に船尾付加物、及びプロペラを臨ませて、性能の向上を図ることが期待できる。
【００４８】
従来のデータベースは、船型と最終結果である馬力や、抵抗自航要素である積分値を対象としていたが、本発明の船型・伴流場データベースは船型と積分値の中間にあり、物理的な知見を含む伴流場と船型をリンクさせた新しいデータベースである。
【００４９】
伴流場解析手段３０は、ユーザーが条件入力手段１０を用いて入力した船体、船尾付加40物、及びプロペラに関する少なくとも一つの条件に対して、船型・伴流場データベース手
段２０に予め構築されているデータベースに基づいて伴流場を解析する。
伴流場設計手段４０は、伴流場解析手段３０による伴流場の解析結果に基づいて、伴流場の設計を行う。
伴流場出力手段５０は、伴流場設計手段４０による伴流場の設計結果を、画面や紙等に出力する。
【００５０】
また、伴流場解析手段３０は、目標とする伴流場に近い船型データの選定を、船型・伴
流場データベース手段２０に構築されているデータベースに基づいて行う。
伴流場設計手段４０は、伴流場解析手段３０が選定した船型データに従って、目標とす

50

(12)

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る伴流場が得られる船型を生成する。
このように、伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い船型データの選定を船型・伴流場データベースに基づいて行い、目標とする伴流場が得られる船型を生成することによって、簡便に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。
【００５１】
また、伴流場設計手段４０における伴流場の設計は、目標とする伴流場に近い複数の船型データを、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成する。
このように、目標とする伴流場に近い船型データを複数選定し、平均化して目標とする伴流場が得られる船型を生成することによって、より効率的に、また的確に船尾付加物とプロペラに適した船型を設計することができる。

10【００５２】
また、伴流場設計手段４０における伴流場の設計は、目標とする伴流場が得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行う。
このように、目標とする伴流場を得られる船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つの設計を行うことによって、船型を生成した後、船尾付加物、及びプロペラの詳細設計を行なうことが可能となり、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
【００５３】
目標とする伴流場が得られる船型の生成には、前述した船型ブレンディングを利用した伴流設計システムを用いることができる。この伴流設計システムは、目標とする伴流場と20

データベース内の伴流場データとの類似度を「ユークリッド距離」で評価することにも特徴をもつ。伴流場は、通常３６０点の３速度成分で表される１０８０次元のデータのため、その類似度を低次元で効率的にパラメータ化することは、一般的に極めて困難である。
しかし、「ユークリッド距離」によるパラメータ化は、低次元で伴流場及び船型の類似度を評価できる、極めて効率的なパラメータ化である。これにより、データベースの解析における大幅な計算コストの削減が可能となる。
さらに、選定した複数の船型を、「ユークリッド距離」の重みで船型ブレンディング（
平均化）することで、船型・伴流場データベースにはない新しい船型データを作り出すことができる。これにより、単なるデータベース上のデータの取り出しではなく、希望する伴流と全く同じ伴流を誘起する船型を得ることができる。

30【００５４】
図７は、本実施形態による伴流場設計方法を示すフロー図である。
まず、選定した船尾付加物及びプロペラに適した目標とする伴流場の設計を行う（Ｓ１：ステップ１）。
ステップ１の後、予め構築した船型・伴流場データベースに基づいて、目標とする伴流場に近い船型データを複数選定する（Ｓ２：ステップ２）。
ステップ２の後、選定した複数の船型データを平均化（ブレンディング）して目標とす
る伴流場が得られる船型を生成する（Ｓ３：ステップ３）
その後、ステップ３で生成した船型の微修正を行う（Ｓ４：ステップ４）。
ステップ４の後、ステップ１で選定した船尾付加物とプロペラについて、微修正や、船40体への取付角度等を決定するための設計を行う（Ｓ５：ステップ５）。
ステップ５の後、船舶に対する船体、船尾付加物、及びプロペラによる全体最適化が目
標性能を満たすか否かを解析又は試験により確認する（Ｓ６：ステップ６）
ステップ６において目標性能を満たすと判断した場合は、設計した船型、船尾付加物、及びプロペラの結果を出力する（Ｓ７：ステップ７）。
一方、ステップ６において目標性能を満たさないと判断した場合は、ステップ４に戻り、船型の微修正を行う。
【００５５】
図８は、目標とする伴流場の設計方法を示すフロー図である。
まず、船尾付加物及びプロペラに関するデータと、予め構築した船型・伴流場データベ

50

(13)

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ースに基づいて、船尾付加物、及びプロペラに適した流場の解析を行い、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した最適伴流場データベースを先ず構築する（Ｓ１１：
ステップ１１）。
ステップ１１の後、予め構築した最適伴流場データベースに船体の制約条件を適用し、船尾付加物、及びプロペラに適した目標とする伴流場を選定する（Ｓ１２：ステップ１２）。船体の制約条件とは、船種や、船体の長さ、幅、又は喫水といった主要目等である。
このように、船型・伴流場データベースに基づいて、船尾付加物、及びプロペラの少な
くとも一つに適した最適伴流場データベースを構築し、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件を考慮した上、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した伴流場を選定することによって、最適伴流場データベースを利用し船体の制約条件に合わせて

10

船尾付加物、及びプロペラの目標とする最適な伴流場を得ることができる。
また、船体の制約条件を考慮した船型を生成することによって、船尾付加物、及びプロペラに適した伴流場を実現する船型を船体の制約条件を考慮したうえ生成できるので、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化をより精度よく行うことができる。
【００５６】
本実施形態では、ダクト翼断面への周方向流入角の改善による付加物の省エネ効果向上と、軸方向伴流の周方向の変動低減によるキャビテーション低減を目的として、目標とする伴流場を設計した。
この２つの目的を達成するため、伴流場データベースよりダクト最良流場（０°から８０°位置の設計範囲において流入角の周方向変動の分散が最も小さいデータ）とキャビ最20

良流場（０．７Ｒにおいて軸方向流速の最大値と最小値の差が最も小さいデータ）の２つを選定し、この２つの伴流場をブレンディング（平均化）することにより、目標とする伴流場を設計した。図９は、設計した伴流分布を示す図である。図９において数値は船速で無次元化されており、Ｕ＝１．０を船速としている。ダクト翼断面への周方向流入角を改善するために、船尾縦渦の中心がプロペラ軸芯と同等の高さとなっている。
【００５７】
また、本実施形態では、設計した目標とする伴流場を入力として、目標とする伴流場が得られる船型を生成した。なお、生成した船型（システム出力船型）は、設計した伴流場と類似度（式（１）のユークリッド距離）の近い３つの船型を船型ブレンディングして新たに生成した船型・伴流場データベースにはない船型であり、原船型と生成した船型の排30水量の差は０．０２％である。
図１０は、原型船と生成した船型の比較図（S.S.1.0）、図１１は、原型船と生成した船型の比較図（船尾プロファイル）である。船尾縦渦の中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げるためには、船尾の剥離線を船尾側に移動させるため、船尾後方に排水量を持たせる
所謂肩落ちのＣpカーブの船型が生成されることを当初は予想していた。しかし、生成した船型はＳ．Ｓ．１．０における断面積の小さい所謂肩張りのＣpカーブを持つ船型であった。
この理由は、図１０及び図１１に示す原型船と生成した船型の船体表面圧力分布及び限界流線から説明できる。すなわち、船体のＳ．Ｓ．２．０付近の船底部を肥大させ伴流場の改善を図ることで、ここに出来る負圧領域を強めることにより、強い逆圧力勾配の流線40を作ることで船尾縦渦を強め、その中心をプロペラ軸芯と同等の高さに下げることができ、伴流場の改善が図れる。
なお、「Ｓ．Ｓ．□」は、垂線間長（船長）Ｌ．Ｐ．Ｐ．全体を１０としたときの船尾
垂線Ａ．Ｐ．からの位置を示す。すなわち、「Ｓ．Ｓ．１．０」は、船尾垂線Ａ．Ｐ．から垂線間長Ｌ．Ｐ．Ｐ．の１０％前方の位置であり、「Ｓ．Ｓ．２．０」は、船尾垂線Ａ．Ｐ．から垂線間長Ｌ．Ｐ．Ｐ．の２０％前方の位置である。
【００５８】
本実施形態の伴流場設計方法を用いた伴流場を考慮した船舶であって、伴流場の設計を行った船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つを装備した船舶とすることにより、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化を実現した船舶を提供することができる。

50

(14)

JP 7178077 B2 2022.11.25【００５９】
図１２は、本発明の他の実施形態による伴流場設計方法を示すフロー図である。
本実施形態による伴流場設計方法は、船体又は流場情報が不明な場合における最適な船尾付加物、及びプロペラの設計方法である。船尾付加物を既存の船舶にレトロフィットす
るときには、船型情報が分からない場合が多い。また、新造船等においても予算の制約で流場推定が行えない場合が多々ある。このような場合に本実施形態による伴流場設計方法を用いることで、船型・伴流場データベースに基づく統計解析結果から、一定の制約条件
下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラを設計することができる。
まず、船体の制約条件を決定する（Ｓ２１：ステップ２１）。

10

ステップ２１の後、予め構築した船型・伴流場データベースに基づいて、決定した船体の制約条件に対する伴流場の統計解析を行い、制約条件の下での伴流場統計データを得る（Ｓ２２：ステップ２２）。
ステップ２２の後、伴流場統計データを基に、制約条件の下での船尾付加物、及びプロ
ペラの少なくとも一つの最適な設計を行う（Ｓ２３：ステップ２３）。
これにより、船型情報が不明な場合や、伴流場の推定が行えない場合であっても、伴流
場統計データを基に、一定の制約条件下のどの船舶に対しても一般に最適な効果がある船尾付加物やプロペラを設計することができる。例えば、船体の詳細な設計情報が不明な既存船や流場解析が予算の関係で行なえない新造船等への伴流場の推定を通じた最適な船尾付加物やプロペラの設計が可能となる。

20【００６０】
船尾付加物としてダクトを用いる場合は、どの船舶に対しても最適な効果があるダクト
は、ダクト流入角の設計範囲が５°以上２０°以下の範囲とすることが好ましく、１２°
以上１８°以下の範囲とすることがより好ましく、１４°以上１８°以下の範囲とすることが最も好ましい。
また、ダクトの翼の迎角は、６°から８°程度が良いため、伴流場に対応するダクトの開き角を−３°以上１４°以下とすることが好ましく、４°以上１２°以下とすることがより好ましく、６°以上１２°以下とすることが最も好ましい。これにより、伴流場として効果の大きな開き角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。

30【００６１】
以上のように、船体、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに対する伴流場を、予め構築した船型と伴流場をリンクさせた船型・伴流場データベースに基づいて解析し、船尾付加物、及びプロペラの少なくとも一つに適した伴流場の設計を行うことにより、船体（船型）と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。
【実施例】【００６２】
本発明による伴流設計システムの有効性を検証するため、原船型（MS No.869）と生成した船型（MS No.875）の船長６．８ｍの大型模型船を製作し、海技研の４００ｍ水槽に40おいて、伴流計測及び推進性能確認試験を実施した。図１３は、原船型を用いた水槽試験の様子を示す図、図１４は、生成した船型を用いた水槽試験の様子を示す図である。
【００６３】
図１５は、原型船の計測した伴流分布を示す図であり、図１６は、生成した船型（システム出力船型）の計測した伴流分布を示す図である。想定通り生成した船型の船尾縦渦の中心は原型船と比較しプロペラ軸芯と同等の高さまで下がっている。
図１７は、原船型におけるダクト翼断面への周方向流入角の分布を示す図、図１８は、生成した船型におけるダクト翼断面への周方向流入角の分布を示す図、図１９は、ダクト
流入角αの説明図、図２０は、ダクト位置θの説明図、図２１は、生成した船型の省エネ効果を原船型と比較して示す図である。

50

(15)

JP 7178077 B2 2022.11.25

図１７及び図１８には、ダクト翼断面への周方向流入角の分布をそれぞれ計算結果と比較して示している。設計目的通り、生成した船型では、原船型と比較し０°から８０°位
置の設計範囲において流入角の周方向変動が小さい。その結果、表１及び図２１に示す通り、原型船で１．９％であったダクトの馬力削減効果（Energy savings）は、生成した船型では４．１％（表１中1.0-678/708で算定）となり、設計意図通りダクトの省エネ
効果の向上が達成された。さらに、生成した船型は、ダクト非搭載の裸こく状態で、原船型より０．４％同一船速での必要馬力が大きいが、ダクトの省エネ効果の改善により、同一開き角を持つＤｕｃｔ６ｄｅｇを搭載した状態で比較して１．９％、生成した船型の伴流分布のために設計したＤｕｃｔ８ｄｅｇを搭載した状態で２．２％の馬力削減を確認し、設計目的としていた船型と付加物を組み合わせたトータルでの馬力削減を達成した

10。これらの設計結果から、本発明の有効性を確認した。
【表１】

20

【００６４】
このように、船体が誘起するダクトへの流入角の周方向の変動を改善することができる。これにより、工作性の問題で、一般に開き角を周方向一定としているダクトでは、周方向で安定した推力が得られるため省エネ効果が高くなる。

30

伴流場の流れのダクトに対する流入角の変動幅は、２５°以下とすることが好ましく、
２０°以下とすることがより好ましく、１５°以下とすることが最も好ましい。これにより、伴流場を考慮してダクトによる省エネ効果をより一層高めることができる。
また、流入角を２５°以下とする範囲は、少なくともダクトの縦方向中心線の上部交点
０°以上９０°以下の範囲内とすることが好ましく、０°以上８０°以下の範囲内とする
ことがより好ましく、１０°以上８０°以下の範囲内とすることが最も好ましい。これにより、伴流場として効果の大きな流入角の範囲にダクトを臨ませることができ、ダクトによる省エネ効果を効率的に高めることができる。
【００６５】
次に、キャビテーションの低減を目的とした軸方向伴流の周方向の変動低減について述40

べる。図２２は、原船型の軸方向流速の流方向分布を示す図であり、図２３は、生成した船型の軸方向流速の流方向分布を示す図である。
図２２及び図２３には、原船型と生成した船型の軸方向流速の流方向分布をそれぞれ計算結果と比較して示している。意図していた０．７Ｒにおける軸方向流速の最大値と最小値の差の最小化が計算上実現している。しかし、水槽試験結果では意図した０°から２０°の流速の増加、１２０°付近の減速が同傾向であるものの計算の想定よりも大きく変化
し、水槽試験結果では意図した結果が得られなかった。ただし、これはキャビテーション低減を目的とするプロペラ設計に適用するためには、流場データベースを構築するＣＦＤ
計算を格子数等より精度の高い条件で実施する必要があること示しており、伴流場設計シ
ステムの構造的な問題ではなく、容易に解決できる。

50

(16)

JP 7178077 B2 2022.11.25【００６６】
このように、プロペラのキャビテーションを低減することができる。キャビテーションを低減することで、騒音・振動問題が解決する。また、キャビテーションを低減すること
で、プロペラ展開面積比の許容範囲をより小さくすることができるため、プロペラ効率の向上に寄与する。
プロペラ面に対する伴流場の流れの周方向分布の変動率は、０．４以下に抑えることが好ましく、０．３以下に抑えることがより好ましく、０．２以下に抑えることが最も好ましい。これにより、伴流場を考慮してプロペラ効率をより一層高めることができる。
また、伴流場の流れの周方向分布の変動率を０．４以下に抑える範囲は、プロペラの半径の６０％以上１００％以下の位置とすることが好ましく、７０％以上９０％以下の位置10とすることがより好ましく、７０％以上８０％以下とすることが最も好ましい。これにより、プロペラとして効果の大きい範囲の変動率を押さえられるため、効率的にプロペラ効率を高めることができる。
【００６７】
以上のように、本発明は、意図する伴流場の設計を可能とする伴流場設計方法又は伴流場設計システムを用いて、ダクト型省エネ付加物等船尾付加物の省エネ効果向上及びキャ
ビテーション低減に資する伴流分布を改善することができる。
船尾付加物の省エネ効果の改善により、船型と船尾付加物のトータルの馬力削減が達成される。
なお、船尾付加物には、ダクトの他、舵に設けたフィンやバルブ、プロペラの前方に設20けたフィン、捩じり舵など、省エネに寄与する機器一切を含むものとする。
【産業上の利用可能性】【００６８】
本発明によれば、船体（船型）と伴流場の対応付けが容易となり、船尾付加物とプロペラに適した船体を設計することができ、船体、船尾付加物、及びプロペラの全体最適化が実現する。
また、本発明は、職人知の見える化を実現し、従来のＣＦＤと最適化手法を組み合わせた船型設計手法に対して、伴流場を理解しながら船型の設計を可能とするという優位性を有し、船型設計者の意思決定に役立てることができる。
【符号の説明】

30【００６９】
１０

条件入力手段２０船型・伴流場データベース手段

３０

伴流場解析手段４０

伴流場設計手段

５０

伴流場出力手段

40

50

(17)

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【図面】
【図１】

【図２】

10

【図３】

【図４】
20

30

40

50

(18)

【図５】

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【図６】

10

20

【図７】

【図８】

30

40

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(19)

【図９】

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【図１０】

10

【図１１】

【図１２】
20

30

【図１３】

【図１４】

40

50

(20)

【図１５】

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【図１６】

10

【図１７】

【図１８】
20

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50

(21)

【図１９】

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【図２０】

10

【図２１】

【図２２】
20

30

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50

(22)

【図２３】

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【図２４】

10

20

【図２５】

30

40

50

(23)

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フロントページの続き(51)国際特許分類
Ｇ０６Ｆ 113/08(2020.01)

ＦＩ
Ｇ０６Ｆ

113:08

研究所内(72)発明者

田原 裕介
東京都三鷹市新川６丁目３８番１号 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所内(72)発明者

藤沢 純一
東京都三鷹市新川６丁目３８番１号 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所内

審査官
堀井 啓明
(56)参考文献
中国特許出願公開第１０５１９７１７９（ＣＮ，Ａ）
中国実用新案第２０３２６８３０７（ＣＮ，Ｕ）
中国実用新案第２０３４７３２２９（ＣＮ，Ｕ）(58)調査した分野

中国特許出願公開第１０６６９７１７９（ＣＮ，Ａ）(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｆ

３０／００−３０／３９８

Ｂ６３Ｂ

３／００

Ｂ６３Ｂ

１／３２

Ｂ６３Ｈ

５／１６

10