船舶工学
船舶工学(せんぱくこうがく、英語:naval architecture、naval engineering)とは、船舶に関する工学である。特に設計理論や造船工作に関わる領域を指して造船学とも言う。海軍との関係が深い。
本項目では水上船舶の工学について説明する。潜水艦やホバークラフト、水上での表面効果を利用した航空機などは別記事を参照のこと。
船舶工学は船舶の建造(造船)、安全な航行方法や運航にかかわる人間の育成、検査、補修、合理的な海上物流などを取り扱う工学である。船舶はまず水上において航行する能力が求められるが、これを効率的で安全に行うために、波や浮力についての物理学的知識と、具体的な船体設計のための構造力学及び機械工学が必要となる。船舶は貨物や旅客の輸送などさまざまな用途に用いられるため、その目的に適した設計が研究されている。
船は船本体である「船体」(せんたい)とその上に設けられた「上部構造物」(じょうぶこうぞうぶつ)から構成される。船は前から後ろに向かって、船首部、中間部、船尾部と分けられるが、どこから分けるのか厳密な区別は無く、船体の曲線がほぼ直線的な部分が中間部とされているが、かなりあいまいである。
船からさまざまな機械類・装備類を取り外して水面に浮かんでいられる器だけの船の本体を「船体」(Hull)と呼ぶ。船体は造船技術用語では船殻(せんこく)と呼ばれる。船体の左右側面は「舷」(げん)や「舷側」(げんそく)と呼ばれ、その上縁部もまた「舷」「舷側」や「船縁」(ふなべり)「船端」(ふなばた)」などと呼ばれる。船体の上面は、上甲板と呼ばれる強度を備えた単一平面の甲板で覆われることが一般的である。船体より上の構築物は上部構造物や上構(じょうこう)と呼ばれ、船室などに当てられることが多い。上構の中でも横方向に占める構造物の幅が左右舷一杯に達しているものは「楼」と呼ばれる。船に取り付けられた機械類・装備類は「艤装品」(Equipment)や「艤装」(Rig)と呼ばれる。
日本語での「舳先」(へさき)に相当する船首の先端部は特にStemと呼ぶ。船首(Bow、バウ)は「おもて」(艏、舟偏に首)に相当する。船首部の、上が広がった形態はフレア(Flare)と呼ばれる。船首部の上甲板が船首方向に行くに従ってなだらかに持ち上がっている形態はシアー(Sheer)と呼ばれる。シアーによって船首部の乾舷(かんげん、水面からデッキまでの高さ)を高くとることでバウ・ダイビングや青波(Green water)を減らす効果が期待できる。シアーや船首楼とは別に、船首上端にフレアの一部として付けられた波除けの板はブルワーク(Bulwark)と呼ばれる。
船体外板はシェル・プレイティング(Shell plating)とも呼ばれる。
甲板は船の主要な構成部分で強度部材の1つであり、船体上にあって水平に広く取り付けられた木や金属製、FRP製の板材であるとともに、上部構造物を含む全ての船内空間の床板である。ただし船底の床だけは甲板とは呼ばない。見張り台の様な足場は甲板には数えない。
上甲板(上部甲板、Upper deck)は水密構造となっている船体のすぐ上にあって船首から船尾まで続く甲板であり、浮体としての船体のフタを構成している甲板といえる。上甲板は他の多くの甲板と同じく船体強度を保つ重要な構造材の1つである。船全体を地上のビルに例えれば上甲板は地上1階の床面に相当し、上甲板より下の部分は地階に、上部構造物のそれぞれの階はビルの地上階に相当する。風雨に曝される甲板は露天甲板(ろてんかんぱん)と呼ばれ、多くの貨物船などでは上甲板は通常、露天甲板であるが、自動車運搬船や大型客船などは上甲板の露天部分はほとんどない。
上甲板から水面までを乾舷(Freeboard)と呼び、水面から船底下面までを喫水(きっすい)と呼ぶ。
錨を繋ぐ鎖を入れておく鎖錨庫はチェイン・ロッカー(Chain Locker)と呼ばれる。
錨鎖(ホーサー、Hawser)を通す管は錨鎖管(ホースパイプ、Hawsepipe)と呼ばれ船首側面や、まれに船首正面の錨鎖孔(Hawsehole)に開口している。小型船を除けば、錨鎖孔は錨を引き込んで格納するベルマウス(Bell mouth)となっている。
船首部上甲板には多数の係船用装置類が並んでいるのが普通である。詳しくは本項目の#係船装置を参照のこと。
船首部の上甲板上にある両舷に渡ってつながった構造物は、船首楼と呼ばれる。
船首楼の上甲板より上に位置する部屋は、ボースンズ・ストア(Boatswain's Store)と呼ばれる。
船首部の上甲板より下に位置する空間のタンクは、フォア・ピーク・タンク(Fore Peak Tank)と呼ばれる。
船首部とそれに続く船体とを隔てる船首隔壁はコリジョン・バルクヘッド(Collision Bulkhead)と呼ばれる。船首隔壁は同時に第一隔壁である。
船体内部の浮力を調整する水タンクは、バラスト・タンク(Ballast tank)と呼ばれる。左右方向の傾斜(ヒール、Heel)を調整するためのバラスト・タンクを特にヒール・タンク(Heel tank)と呼ぶこともある。バラスト・タンクは船内に多数あり、多くが船体左右や前後の外板にそって配置されている。
船体の甲板は上甲板の下は中甲板と呼ばれ、多層の場合には第一・第二と番号が振られる。
船体を前後方向に貫く壁は縦隔壁と呼ばれ、船の用途によって位置や数が全く異なる。
横隔壁と縦隔壁は合わせて水密隔壁と呼ばれ、水密隔壁と船体外板や船体外板に沿って設けられたバラスト・タンクで区切られた空間は、水密区画と呼ばれる。
船体内部を横に仕切る隔壁はバルクヘッド(Bulkhead)と呼ばれ、船首隔壁を便宜上第一と数えて第二隔壁、第三隔壁と呼ばれる。隔壁の強度が要求される箇所では波型隔壁(Corrugated Bulkhead)と呼ばれる縦方向に多数の折り目が付けられた鉄板によって隔壁が作られる。
貨物船では貨物を船内へ収容する空間を船艙(せんそう、ホールド、Hold)と呼ぶ。
普通、船艙は縦隔壁と横隔壁で区切られ、それぞれに番号が振られている。
貨物船では上甲板や中甲板にハッチが設けられ、各船艙毎に1-4つ程度の開口部となる。
ハッチの周囲はハッチ・コーミング(Hatch Coaming)と呼ばれる立ち上がり部を持ち、ハッチカバー(Hatch Cover)で覆われている。
上甲板の手すり柱はスタンチョン(Stanchion)と呼ばれる。
船体の側面は船腹(せんぷく)と呼ばれる。船腹の窓は舷窓(げんそう、Porthole)と呼ばれ確実に閉鎖して水密が保てるように作られる。
船内でも最下層の船底部左右舷に計2本ある前後に長い窪みはビルジ(Bilge)と呼ばれ、そこに溜まる汚れた水も同じくビルジと呼ばれる。ビルジ部の船体外面にある減揺のための鋼鉄板はビルジ・キール(Bilge keel)と呼ばれる。船底を船首から船尾まで貫く太い構造部材はキール(keel)や竜骨と呼ばれる。
船の右側は右舷(うげん、Starboard)、左側は左舷(さげん、Port、Port side)と呼ばれる。
船体中央と機関室前端とを隔てる隔壁は機関室前端バルクヘッド(Machinary Fore Bulkhead)と呼ばれる。何も使用していない空き空間は、コファダム(Cofferdam)と呼ばれる。機関室後端とそれに続く後部船体とを隔てる隔壁は機関室後端バルクヘッド(Machinary Aft Bulkhead)と呼ばれる。
船橋のある部分の上甲板の上に建つ構造物で両舷に渡りつながったものは、船橋楼と呼ばれる。
船橋は船首にあるものや、中央やや後ろにあるもの、船尾にあるものなど、船の種別や役割、大きさ、利便性、安全性、居住性などを考慮して決められるため、船それぞれで多様な配置をとる。
船橋部分は上階から順に、コンパス甲板(Compass Deck)、船橋甲板(Navigation Bridge Deck)、船長甲板(Captain's Deck)、ボート甲板(Boat Deck)、上甲板(Upper Deck)と呼ばれる場合や、Aデッキ、Bデッキと呼ばれる場合、1番デッキ、2番デッキと呼ばれる場合などがある。
船橋甲板には一般に船橋(ブリッジ、Bridge)とも呼ばれる操舵室があり、船長をはじめ航海士が操船に当っている。機関室の一角にはエンジン・コントロール・ルームがあり、機関長をはじめ機関士が主機関と多種の補機類の運転操作を行なっている。
20世紀末からは多くの船で、エンジンのコントロールは操舵室でも行なえるように変わりつつあり、機関長をはじめ機関員が船橋に詰めることが珍しくない。
多くの船では、船橋の両脇にウイング(Wing)と呼ばれる左右に突き出て人が立てるようになっている部分があり、主に岸壁への接岸時や水路通航時に舷側(げんそく)と陸との距離を目視によって確認するのに使用される
煙突はファンネル(funnel)とも呼ばれる。上甲板や楼などにマスト(Mast)が立っている。
船尾部はStern(艉、(舟偏に尾と書く)、とも、スターン)と呼ばれる。
船尾部の露天甲板には係船用のロープを繋ぐ設備が備わっており、船によっては投錨設備も付いている。
船尾部の上部甲板上にある両舷に渡ってつながった構造物は、船尾楼と呼ばれる。
後部船体と船尾部を隔てる隔壁は船尾隔壁(Aft Peak Bulkhead)と呼ばれる。
船尾部の上甲板より下に位置する空間のタンクは、アフト・ピーク・タンク(Aft Peak Tank)と呼ばれる。
船尾が丸くなっておらず、切り落としたように平面で構成されている場合の垂直板をトランサム(Tramsom、船尾肋板、せんびろくばん)と呼ぶ。トランサムが無く、船首も船尾も丸みを帯びてとがっている船は「ダブルエンダー」(Double ender)と呼ばれる。
大多数の船では船尾船底部に舵とスクリューが備わっている。
船舶の速度は一般にノット(knot:kn)で表される。
1ノットは1時間あたり1海里(かいり、1,852m、ノーティカル・マイル、Nautical Mile:nm)を進む速度である。1海里は陸上での1マイル(1,609m)とは異なる。古くは地球の円周部、つまり同一子午線上の海面での地球中心からの角度で1分(ふん、1度の60分の1)に相当する子午線弧長を1海里として使用していたが、地球が真球でなく回転楕円体に近い事や国などによって複数の異なる距離の「海里」が存在していた。その後、20世紀中には地球の平均円周を4万kmとしてこれを360x60で割った距離(の小数点以下を四捨五入して丸めた値)である1,852mに統一された。
代表的な船舶の速度に「最大速力」と「航海速力」がある。
最大速力とはまさにその船の最も速い速度であり、普通は公試の時にエンジンを「最大出力」で運転し全力で疾走した時の速力となる。航海速力とは実際の航海時に常用される速力であり最適なエンジン状態を考慮して設定された値である。この航海速力時のエンジン出力は「常用出力」と呼ばれ、常用出力と最大出力との差の比は「シーマージン」と呼ばれる。シーマージンは15-20%程度に設定されるため、常用出力は最大出力の80-85%程度になる。
従来、船舶エンジンの出力を表すのには「馬力」が使われてきたが、国際単位系と呼ばれる「ワット」(Watt)が国際的な取り決めや公式な場で使用される事で、公式な記載方法では普及が進みつつある。しかし、これまで慣れ親しんだ馬力は21世紀初頭の今でも日常的な使用としてはワットよりも主流で使われている。
馬力にはメートル馬力と英馬力がある。
1PS = 約735.5 watt
「メートル馬力」は別名「仏馬力」とも呼ばれ、現在の日本を初め多くの国で採用されている。昔の「日本馬力」とはまた違うことに注意すること。
1HP = 約745.7 watt
「英馬力」:ヤード・ポンド法を使用する国で使われている。
図示馬力(Indicated Horse Power, IHP)
制動馬力(Brake Horse Power, BHP)
軸馬力(Shaft Horse Power, SHP)
蒸気レシプロ・エンジンでは図示馬力を使い、ディーゼル・エンジンでは制動馬力を、タービン機関では軸馬力を使うのが慣例である。
船舶用のエンジン、つまり「主機関」としては、ディーゼルエンジンを使用するのが最も一般的であり、ガスタービンエンジンも使用されている(主として艦船や高速船)。船外機も含めて、小型ボートではガソリンエンジンが多い。ただし、船舶ではガソリンの使用は避けられる傾向にある。これは、ガソリンが燃費が悪く、可燃性のリスクが高く船上火災事故が多いためである。
核物質の核分裂反応を利用した原子炉も利用されている(原子力船)。ただし、空母や潜水艦などの艦船用やロシアの砕氷船と数えるほどでしかない。
エンジンの回転方向は特に規定は無いが、一軸推進の場合に前進で右回転のものがほとんどであり、2軸では右が右回転、左が左回転のものが多い。
エンジン出力は次の式で求められる。
有効馬力 = 船の抵抗 × 船速 ÷ 75
実際にはプロペラシャフトの回転摩擦時のロスやプロペラの効率などによって必要な出力は2倍程度が求められる。
ディーゼルエンジンはガソリンエンジンに比べれば重くかさばるが、燃料には低品質で廉価ながら引火リスクが小さく高カロリーな重油や軽油が使用できるため船舶用エンジンとしては最も代表的なものである。ディーゼルエンジンの原理により高圧力に耐えるだけの重く分厚いエンジン・ブロックが必要となり重く場所を取るだけでなく、ピストンやシリンダーのサイズに比例して燃焼時の騒音や振動を抑制することはかなり困難となっている。出力増大のために過給器とインタークーラーが補機として備わっているのが普通である。始動時には、あらかじめ電動ポンプによって蓄えられた起動用圧搾空気タンクからの高圧空気をシリンダー内に抽気してピストンを動かす。また、後進時にはギヤーではなくエンジンを逆回転させる。
船舶に用いられているディーゼルエンジンもいくつかの種類に分けられる。
低速回転ディーゼル・エンジン
300回転/分以下で回転するものと分類される低速回転ディーゼルエンジンは、一般に巨大であり大直径で長尺のシリンダーを複数備えている。2サイクルのものが多く、4サイクルに比べて圧縮比を少し下げることで燃焼時のガス圧を下げてエンジン・ブロックの厚みを軽減している。
水中での物理を考えれば、大きな翼面を持つプロペラを低速で回した方がエネルギー効率が良い。その点、低速回転のエンジンでは減速歯車が不要でプロペラ・シャフトに直結できるため、重量、保守、故障、騒音振動などの面で有利であるが、エンジン本体の重量とその大きさが帳消しにしており、歯車がなければ1本のプロペラ・シャフトに1台のエンジンしか接続出来ないという制約が生じる。
回転数も100-300回転/分程度のものが多く使われており、シリンダー当り3,000馬力以上の出力のもので75-110回転/分、シリンダー当り1,000馬力程度のもので150-180回転/分となっている。
このため、タンカーやコンテナ船などの大きく比較的速度も遅い船は大きく低速回転のディーゼルエンジンを搭載している。気筒(ピストン・シリンダー)のロングストローク化が進んでいるが、これはさらに機関室の高さを求められることにもなる。
中速回転ディーゼルエンジンは300-1,000回転/分が分類上の回転数だが、実際は380-600回転/分のものが多い。4サイクルのものが多く圧縮比を高められるので燃料消費が少なくて済む。減速歯車(ギヤー)を備えるために、エンジン回転数とプロペラの特性に最も適した設定を選べるので燃費が向上し、また、複数のエンジンを1本のプロペラシャフトに接続できるため、エンジン選択の幅も広がる。減速歯車を持つディーゼルエンジンをギヤードディーゼルと呼び、複数のエンジンを1本のプロペラシャフトに接続したものはマルチプル・エンジンと呼ばれる。複数のエンジンを接続するためにそれぞれにクラッチを備える。また、エンジンとクラッチの間に弾性継手を介することによってエンジンからの回転変動によって歯車が傷むのを防いでいる。
こういった中速回転のものは機関室の高さが抑えられるので、カーフェリーやRORO船に向く。
高速客船や小型の漁船、プレジャーボートなどではディーゼル・エンジンを使用していても1,000-2,000回転/分程度の高速回転のコンパクトなエンジンを使用しており燃料も軽油を使用する。4サイクルのものが多い。
船舶用ディーゼルエンジンでも2サイクルのもののほとんどは、排気用のポペット・バルブをシリンダーの上に持ち、掃気を一方向にして掃気性能を高めた「ユニフロー掃気方式」をとっている。
排気用ポペット・バルブの駆動は一般に油圧と空気ばねが使われている。
低速回転域での効率を優先しているため、ピストンはストロークとボアの比率が3前後の超ロングストロークになっている。
長いストロークをそのままクランクで受けずに、ピストンとコンロッドの中間に側圧を受け止める潤滑部のあるクロスヘッド機構を持ち、コンロッドの長さを抑えている。
超ロング・ストロークのピストン・シリンダーとクロスヘッド機構のためにエンジンの背は高くなる。
21世紀初頭現在、大きなディーゼルエンジンは、ボアは90cm、ストロークは3mほどになり、12気筒ほどが最大である。これ以上の出力を求めると燃費の良い低速回転ディーゼルでも、ギヤード・ディーゼルでマルチプル・エンジンにしないと、エンジンルームが前後にばかり場所をとってしまう。
また一軸推進のままだと、出力に見合ったプロペラを製作する工場がないと言う問題と共に、通過する海峡、水路などの深さから喫水に制約を受けることによってあまり大きなものは付けられない。
小型軽量で比較的大出力が得られるガスタービンエンジンは艦船や高速客船や高速カーフェリーなどで使用される。
ディーゼルエンジンのような大きな振動も発生せず、使用燃料の灯油は大型ディーゼルエンジンの重油と異なり比較的良質なため、窒素酸化物(NOx)や硫黄酸化物(SOx)といった有害な排気ガスは少なくて良いが、燃費は悪くなり、エンジンそのものとメンテナンスのコストがディーゼルエンジンに比べて高い。ガスタービンエンジンには航空機用のものと陸上での発電などで使う産業用のものがあるが、船舶に使われるものは航空機用エンジンの転用品がほとんどである。
ガスタービン・エンジンは陸揚げしての整備が可能なように取り付けられている。
従来漁船に多く用いられた焼玉エンジン(Semi-diesel engine)はディーゼル・エンジンに代わった。
蒸気ピストン・エンジン(Steam reciprocate engine)を使用する船は21世紀の現在、全くない。
21世紀の今でも液化天然ガス(LNG)タンカーでは蒸気タービン・エンジンを使うものが多い。運搬中のLNG(液化天然ガス)が少しずつ気化するためにこれをエンジンの燃料として利用できるためである。
蒸気タービンでは前進時とは別に後進用にタービンを備え、前進時に常に空転している無駄を小さくするために後進用タービンの大きさは半分程度としているのが普通である。このため、船のブレーキに相当する「後進全速一杯」(クラッシュ・アスターン)の時のエンジン出力も小さくなるという弊害がある。
原子力航空母艦や原子力砕氷船に使われている原子力機関も、核燃料の核分裂エネルギーを熱源とする蒸気タービン・エンジンの仲間である。
エンジン(主機関)にはエンジン本体とは別に、エンジンを運転させるために必要なさまざまな機械類が取り巻いている。
これらの機械は機関の補機と呼ばれ、エンジンの種類によって異なったものが必要とされる。以下では大型船の搭載機関としては主流の低速回転ディーゼル・エンジンの補機について説明する。
(燃料の流れに沿って記述。燃料タンク(Fuel Oil Tank)より)
燃料移送ポンプ(Fuel Oil Transfer Pump)
燃料油沈降タンクへ燃料油を送るとともに、トリムやヒールの調整のために燃料タンク間の移送にも使用される
燃料油沈降タンク(Fuel Oil Settling Tank)
タンク内で燃料を加熱して固形物を沈降させ、水分も分離させて取り除く
清浄機(Purifier)
遠心力によってさらに不純物を取り除くとともに、安価だが重質のC重油を130-135℃に加熱して使いやすいがやや値が高いA重油と同じ粘度程度にする
燃料油常用タンク(Fuel Oil Service Tank)
燃料油ブースター・ポンプ(Fuel Oil Booster Pump)
(主機関内の燃料油噴射ポンプ(Fuel Injection Pump))
過給器(ターボチャージャー、Turbo charger)
シリンダーから排出される排ガスの圧力を使って、新たな空気をシリンダー内に加圧して送り込む装置。
インタークーラー(Intercooler)
過給器によって加圧された空気は温度が上昇するため、これを冷却することで燃焼時の膨張効率を改善するための装置。
船内で使用する水を高温排気を利用して温める装置。
潤滑油・冷却水系
エンジン内部には金属同士が接触しながら動くため、何もしなければ摩擦によって発熱が生じてトラブルの原因となり、また接触点が削られて必要な強度が保てなくなる恐れがある。
潤滑油は金属同士の間に入り込んで両者の直接の接触を避けて摩擦を減らし、発熱や損耗を最小限に抑える。潤滑油が奪う熱は冷却の役割も果たす。
アルミ合金は300度以上で、鋳鉄も400度以上になれば急速に強度が低下する。これらが使用されている主機関は冷却されなければ強度不足が起きる。主機関内のエンジン・シリンダーは内部で燃料が燃焼するため高温になり、冷却しなければ強度不足によって変形がおきて、最悪の場合は亀裂が生じる。また、高温は熱歪みを生み各部がゆがみ、また膨張によってピストンがシリンダーと固着する「焼き付き」を起こす場合がある。潤滑油が焼けて機能を失い、やはりエンジン内部での摩擦抵抗が増して出力低下が起き、やがて摩擦そのものが発熱を生み出して焼き付きを起こす。
シリンダー内下部にはシリンダー油が供給され、燃料弁、ピストンは冷却清水と潤滑油によって冷却する。冷却清水と潤滑油は機関室に取り込まれた海水によって冷却される。
高圧エアー・タンク
燃料管:赤
清水管:青
海水管:緑
蒸気管:銀
圧縮空気管:ねずみ色
ビルジ管:黒
補助ボイラー(Auxiliary Boiler)は補機や加熱装置へ蒸気を供給するための装置である。
丸ボイラー(スコッチ・ボイラー、Scotch Boiler)か、乾熱式丸ボイラー(Dry conbustion Boiler)が使用され15気圧程度の比較的低い圧力である。
多目的に使用される海水を供給するポンプ。
飲料水(清水)を供給するポンプ。
バラスト・ポンプ
船のトリム、ヒール、浮力を調節するためのバラスト水の注排水を行うポンプ。
大型船ではさまざまな用途に水が使用され、一部は海水のような外部自然水でも用をまかなえるが、清浄な水も大量に必要とされる。機関にボイラーを備える蒸気タービン船では、毎日数回のボイラー内部の蒸気洗浄(スート・ブロー)を行わねばならず、内部の蒸気も漏れにより徐々に失われるために補わなければならない。意外なことにボイラー内の水は高純度が求められ、不純物があると徐々にスケール(水垢)がたまって熱効率が落ち、そのまま放置して熱の不均一な状況が悪化すると事故が発生するリスクがある。また、客船では生活水が必要であり、貨物船であっても船体から塩分を洗浄するには清水が必要となる。
蒸気タービン船ではその蒸気を、ディーゼル船ではエンジンの冷却を兼ねた高温の清水をそれぞれ利用した造水装置(Distilling Plant)が備えられていて、大量の清水の需要に応えられるようになっている。造水装置は、水を100℃以上に加熱して清水を得るのではなく、抜気ポンプによって水タンク内の圧力を700mmHg程度にまで下げて温かい水を沸騰させる。その蒸気を別の清水タンク内で冷やすことで清水を作り出している。
通風装置、空気圧縮機、発電機(Generator, Dynamo engine)
船の用途などに応じてさまざまな推進器が開発されている。
一般にスクリュー・プロペラは大きな物をゆっくりと回すことがもっとも効率が良いが、あまり大きな物では船が軽くなった時や波で揺れた時に、スクリューが水面上に出てしまい空回りを起こしたり、水面近くで気泡を作るのにエネルギーを無駄に消費するために上端の位置には限度があり、船底より下に突き出ると浅い海での破損のリスクがあるために下端も船底より高い位置を守る必要がある。20世紀末からは「ハイスキュー・プロペラ」と呼ばれるキャビテーションの発生を低減して、より高回転での使用を可能にしたプロペラも登場している。
スクリュー・プロペラ(screw propeller)は最も一般的な形式の推進器である。
固定ピッチ・プロペラ
プロペラの取り付けが固定されているもので、可変ピッチ・プロペラの登場によって固定と強調されるようになった。プロペラの一回転する間に進む距離の理論値をピッチ(Pitch)と呼ぶ
可変ピッチ・プロペラ
可変ピッチ・プロペラ(Controllable Pitch Propeller):プロペラの取り付け角度を任意に変えることでピッチが変更できるため、プロペラ・シャフトの回転数を変えずに、前進、中立、後進や前進と後進でも任意の微速へと迅速に変更出来る。可変ピッチ・ハイスキュー・プロペラもある
可変ピッチ・プロペラはギア部分を含む軸中央のボス部が少し膨らむために水流の邪魔になってこの点では少し推進効率が低下するが、船の状況に応じてピッチが最適に出来るため総合的には推進効率は良くなる。
可変ピッチ・プロペラそのものの製造単価が高い。
プロペラの回転によって生み出される水流そのものの回転運動によって、プロペラが生み出すエネルギーの3分の1が推進力に寄与せずに失われる。二重反転プロペラ(Contra Rotating Propeller, CRP)では、前のプロペラで生じる回転水流とは逆方向に回転する後ろのプロペラによって受け止めることで、後ろのプロペラの回転力に加えて前からの水の回転力も推進力に転化できるため、一重プロペラに比べてエネルギーの無駄が少なくなる。
25万トン級のVLCCタンカーに採用された例では、約15%ものエネルギー効率の改善が報告されている。
ノズル・プロペラはプロペラのエネルギー効率を上げるため、プロペラの周囲を整流板(ノズル)で囲った形式である。ダクトプロペラやとも呼ばれる。航空機に使われるダクテッドファンの類似形式である。
1934年に登場したコルト式ノズル・プロペラ(Kort nozzle)では低速高加重での大推力が得られ、推力が30-45%増大するが、キャビテーションの発生が激しくノズル側面に穴が開くなど問題もあるため、砕氷船を除けばあまり採用されない傾向がある。
アジマススラスターは水平方向に360度回転するポッドにノズル・プロペラを装備して推進軸を任意に向けられるもの。タグボートや海底電線敷設艦、海底・海洋調査船のように細かな操船を必要とされる船に使われている。舵は必要ない。バトックフロー船型と組み合わせられる例が多い。
動力を船内からポッドへとシャフトとギヤーを経由してプロペラまで導くもの。商品名の「ゼットペラ」、「ダックペラ」、「レックスペラ」、「Tドライブ」などとも呼ばれる。