(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1に開示された船体構造は、推進効率を向上させるための手段として、プロペラの左右に形状の同じノズル部材を配している。このように、プロペラの左右に同じノズル部材を対称に設けた場合、対向流を助長する側において有益な作用を助長することができるものの、反対側では作用が減少するよりむしろ流れを乱すことによる抵抗の増大をもたらすことがある。このため、船舶の推進効率を向上させるためには必ずしも十分なものではない。
また、特許文献2に記載の整流装置は、特に肥大船における伴流分布の激しい変化を均一化してプロペラ作動面に導くことで、性能を向上させるものであり、対向流を用いてプロペラの推進効率を向上させるものではない。
そこで、本発明は、船舶の推進効率を向上させることにより省エネルギー化を実現できる船尾構造および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】
【0006】
請求項1に記載の本発明の船尾構造は、船体の船尾のプロペラに対する流れを制御する
内部が中空のダクトを有した船尾構造であって、前記
ダクトを前記船尾の左右に左右で異なる形状に
形成して設け、かつ
前記プロペラの回転方向側の前記ダクトを、前記船体を船側から側面視した状態で、前記プロぺラの軸に対し前記ダクトの中心軸が上下にわたるようにして前記プロペラの回転方向に対する対向流を強める形状に
形成し、反回転方向側の前記ダクトを船尾側が水平または水平よりも下がる角度に取り付けて前記プロペラの回転方向に対する対向流を強める形状に形成したことを特徴とする。
船尾の左右に
ダクトを設けかつ左右
でダクトの形状を異ならせる構成により、プロペラの回転方向に対する対向流による推進効率の向上と、
ダクトによる推進抵抗の増加とを考慮した最適な形状とすることができる。ここで、「プロペラの回転方向に対する対向流を強める形状」とは、プロペラが1回転する間に受ける対向流を強めることができる形状をいう。このため、プロペラ翼が上方から下方へ弧を描きながら下降する回転方向側では対向流を強め、プロペラ翼が下方から上方へ弧を描きながら上昇する反回転方向側では対向流を強めない形状も「プロペラの回転方向に対する対向流を強める形状」に含まれる。
また、プロぺラの軸に対しプロペラの回転方向側のダクトの中心軸が上下にわたるように形成することにより、対向流をプロペラ面に確実に導くことができる。
また、反回転方向側のダクトを船尾側が水平または水平よりも下がる角度に取り付けることにより、反回転方向側においてプロペラに対する対向流を形成して、推進効率を向上させることができる。
【0007】
請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の船尾構造において、
前記反回転方向側の前記
ダクトを、前記船体を船側から側面視した状態で、前記プロぺラの軸に対し前記
ダクトの中心軸が上下にわたるように形成したことを特徴とする。
プロぺラの軸に対し
ダクトの中心軸が上下にわたるように形成することにより、対向流をプロペラ面に確実に導くことができる。
【0008】
請求項3に記載の本発明は、請求項1または2に記載の船尾構造において、前記船体を側面視した状態で、前記プロペラの回転方向側の
前記ダクトの取り付け角度を反回転方向側の
前記ダクトの取り付け角度よりも船尾側が上方を向く角度に取り付けたことを特徴とする。
この構成により、プロペラの回転方向側で下方を向く流れに対する対向流を有効に形成することができる。
【0009】
請求項4に記載の本発明は、請求項3に記載の船尾構造において、前記回転方向側の
前記ダクトの取り付け角度を船尾側が水平よりも上がる角度
に取り付けたことを特徴とする。
この構成により、回転方向
側においてプロペラに対する対向流を形成して、推進効率を向上させることができる。
【0010】
請求項5に記載の本発明は、請求項1から請求項4のうちの1項に記載の船尾構造において、前記回転方向側の
前記ダクトで流れを加速したことを特徴とする。
この構成により、回転方向側のプロペラへの対向流をさらに強くして、推進効率を向上させることができる
。
【0011】
請求項
6に記載の本発明の船舶は、請求項1から請求項
5のうちの1項に記載の船尾構造を
前記船体に採用したことを特徴とする。
この構成により船舶の推進効率を向上させ省エネルギー化を実現できる
。
【0012】
請求項
7に記載の本発明は、請求項
6に記載の船舶において、前記船体が船尾双胴型であることを特徴とする。
船尾双胴型の船舶では、上述した船尾構造を採用することにより、船尾トンネル付近に生じる強い上昇流も利用して推進効率を向上させることができる。なお、船体が船尾双胴型である場合、スケグの左右が船尾の左右に相当する。例えば、プロペラが内回りの船尾双胴型である場合、スケグのトンネル側が回転方向側、外側が反回転方向側に相当する。
【発明の効果】
【0013】
本発明の船尾構造によれば、船尾の左右の
ダクトの形状自体を異ならせることにより、プロペラの回転方向に対する対向流を強め推進効率の向上と
ダクトによる抵抗増加とを総合的に考慮することができ、省エネルギー化を実現できる。
また、プロぺラの軸に対し
ダクトの中心軸が上下にわたるように形成することにより、対向流をプロペラ面に確実に導いて推進効率の向上が図れる。
また、反回転方向側のダクトの取り付け角度を船尾側が水平または水平よりも下がる角度に、回転方向側のダクトの取り付け角度を船尾側が水平よりも上がる角度に取り付けることにより、反回転方向側、回転方向側においてプロペラに対する対向流を形成して、推進効率を向上させることができる。
また、プロペラの回転方向側の
ダクトの取り付け角度を反回転方向側の
ダクトの取り付け角度よりも船尾側が上方を向く取り付け角度とすることにより、プロペラの回転方向側の対向流を強めて推進効率を向上させることができる。
また、回転方向側の
ダクトで流れを加速することにより、回転方向側のプロペラへの対向流をさらに強くして、推進効率を向上させることができる。
また、
ダクトを内部が中空の
ダクトで構成することにより、船尾形状や経済的な面等を考慮した
ダクトにより推進効率の向上が図れる。
船舶に左右の
ダクトの形状自体を異ならせた船尾構造を採用することにより、船舶の推進効率を向上させ省エネルギー化を実現できる。
また、船尾双胴型の船舶に左右の
ダクトの形状自体を異ならせた船尾構造を採用した場合、船尾トンネル付近に生じる強い上昇流も利用して推進効率を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態による船尾構造について
図1〜
図6に基づいて、以下に説明する。
図1は本実施形態による船尾構造(例その1)を模式的に示す正面図である。同図に示すように、船尾構造10は、船体20の船尾のプロペラ30に対する流れを制御するダクト(付加物)40およびダクト(付加物)50を有している。
【0016】
ダクト40およびダクト50はいずれも、内部が半円状のダクトである。
図1においては、太い線がダクト40およびダクト50の船尾側端の外殻を示しており、太い線の内側が開口を示している。このように、ダクト40とダクト50の形状を異ならせることにより、伴流分布の実態に合わせ、プロペラ30の回転方向に対する対向流(カウンターフロー)を強める機能と、プロペラ30に対する流れを整流する機能とを船尾の左右で分担させることができる。したがって、船舶の推進効率を向上させることができる。
【0017】
以下では、主にプロペラ30に対する対向流を強める作用をするダクト40、およびプロペラ30に対する流れを整流する作用をするダクト50について、
図2(a)、
図2(b)に基づいて説明する。
図2(a)は、
図1の船尾構造をプロペラの回転方向側から見た側面図である。同図に示すように、プロペラ30の回転方向側(プロペラ30のプロペラ翼が上から下に向かって回転する側、
図1にAで示した側)に設けられたダクト40は、船首側が低く船尾側が高くなるよう仰角をつけて上方を向く角度に取り付けられている。このため、プロペラの回転方向と対向する対向流を強めて推進効率を向上させることができる。
また、ダクト40は、船体20をプロペラ軸(プロペラ30の回転軸)31の高さで船側から側面視した場合、プロペラ軸31に対してその中心軸Cが上下にわたり、かつ、プロペラ軸31と重なる位置に形成されている。したがって、ダクト40によって、対向流をプロペラ面に確実に導いてプロペラ30への対向流を強くすることができる。
【0018】
ダクト40は、相対的に水流の入口が広く出口が狭くなるように、すなわち、入口の断面積が出口の断面積よりも大きくなるように形成されている。このため、ダクト40内を通過する際に水流が加速され、この加速された水流がプロペラ30に対する対向流となり、対向流をさらに強くできる。したがって、プロペラ30の推進効率が向上する。すなわち、プロペラ30の回転と逆方向の流れを増大させることにより、プロペラ30のプロペラ面の循環を増大させ、二重反転効果により推進効率が良くなる。
なお、循環とは、流れの中の閉曲線に沿った各点の接線方向のベクトルと線分の積を全周積分して求めるものである流体力学で言う循環だけでなく、プロペラが回転する円周に沿った流れのベクトルを使って循環的に求めるものをも含んだ概念をいう。
【0019】
図2(b)は、
図1の船尾構造をプロペラの反回転方向側から見た側面図である。同図に示すように、プロペラ30の反回転方向側(プロペラ30のプロペラ翼が下から上に向かって回転する側、
図1にBで示した側)に設けられたダクト50は、プロペラ軸31と平行になるように略水平に取り付けられている。また、ダクト50は、船体20をプロペラ軸31の高さにおいて船側から側面視した場合、その中心軸Cがプロペラ軸31と略平行になるように、プロペラ軸31と重なる位置に形成されている。そして、ダクト50の水流の入口と出口とが同じ大きさ(断面)となっている。このため、プロペラ30の反回転方向側に設けられているダクト50は、その内部を通過させて水流を整流する作用をする。
この反回転方向側で流れを整流することも、謂わば負に作用するものを零にするようなもので対向流を形成するものとも言える。
【0020】
ただし、船首側が高く船尾側が低くなるようにダクト50を取り付けても良い。この場合、ダクト50は、船体2をプロペラ軸31の高さにおいて船側から側面視した場合、プロペラ軸31に対しその中心軸Cが上下にわたるように、プロペラ軸31と重なる位置に形成される。この構成によれば、整流作用に加えて、下から上に向かって回転する反回転方向側のプロペラ30に対して対向流を形成する作用をも奏することができる。ダクト50に対向流を形成する作用を付与する場合、抵抗の増大による船舶の推進効率の低下という不利益より、対向流の増大による船舶の推進効率の増大により得られる利益の方が大きくなるようにする。
【0021】
プロペラ30の反回転方向側では、回転方向側とは異なり、船尾付近においてプロペラ30の回転方向と同じ方向の流れが形成されている。このため、ダクト50により、ダクト40同様にプロペラ30の対向流を形成することは困難である。ダクト50をダクト40と同じ構成とした場合、プロペラ30の推進効率の向上に寄与しないばかりか、むしろ、プロペラ30付近の水流を乱して船舶の抵抗を増大させる結果となるおそれがある。
【0022】
そこで、本実施形態の船尾構造11では、船尾の左右にダクト40とダクト50とを設け、かつ両者を異なる形状としている。この構成により、ダクト40およびダクト50の総合的な作用として、プロペラ30の回転方向に対する対向流を強めることによる推進効率の増大と、船体の抵抗増加による推進効率の低下とを調整して、船舶の推進効率を向上させるために最適な形状とすることが可能となる。船舶の推進効率を向上させることは、省エネルギー化の実現に繋がる。
【0023】
プロペラ30の回転方向側のダクト40は、船体20を側面視した状態で、反回転方向側のダクト50よりも船尾側が上方を向く角度に取り付けられている。すなわち、ダクト40は、水平Lに対する中心軸Cの取り付け角度α(
図2(a)参照)がダクト50よりも大きくなるように取り付けられている。この構成により、回転方向側の対向流を強めて、プロペラ30の推進効率を向上させることができる。
【0024】
また、プロペラ30の回転方向側のダクト40を船尾側が水平Lよりも上がるように、すなわち取り付け角度αが水平Lよりも上方に形成されるように取り付けると共に、プロペラ30の反回転方向側のダクト50を船尾側が水平Lよりも下がるように、すなわち取り付け角度αが水平Lよりも下方に形成されるように取り付けてもよい。この構成によれば、回転方向側と反回転方向側の双方においてプロペラ3に対する対向流を形成して、推進効率を向上させることができる。取り付け角度αは、上述したように、プロペラ30に対する対向流の増大による利益と、抵抗の増大による不利益とを考慮して決定すればよい。なお、ダクト40およびダクト50は、内部が中空の付加物であるため、流れを的確に導き対向流を形成できる利点を有している。
【0025】
図3は本実施形態による船尾構造(例その2)を模式的に示す正面図である。同図に示すように、船尾構造11は、船体20の船尾のプロペラ30に対する流れを制御するフィン(付加物)41およびフィン(付加物)51として、複数個からなるフィン状の付加物を有している。なお、「フィン状」には、板状、翼状のものを含む。
【0026】
図4(a)は、
図3の船尾構造をプロペラの回転方向側から見た側面図である。同図に示すように、プロペラ30の回転方向側Aには、フィン41Aおよびフィン41Bからなるフィン41が取り付けられている。フィン41は、船首側が低く船尾側が高くなるよう仰角をつけて取り付けられている。フィン41は、船体20をプロペラ軸31の高さの船側から側面視した場合、プロペラ軸31に対してその中心軸Cが上下にわたり、かつ、プロペラ軸31と重なる位置に形成されている。このため、ダクト40同様、プロペラ30の回転方向側の対向流を形成することができる。
【0027】
フィン41Aとフィン41Bは、水流の入口側(船首側)の間隔が相対的に広く、出口側(船尾側)の間隔が相対的に狭くなるように形成されている。このため、フィン41内を通過する際に加速された水流がプロペラ30に対する対向流となる。したがって、プロペラ30の推進効率を向上させることができる。すなわち、プロペラ30の回転と逆方向の流れである対向流を増大させることにより、プロペラ面の循環を増大させ、二重反転効果により推進効率が良くなる。
【0028】
図4(b)は、
図3の船尾構造をプロペラの反回転方向側から見た側面図である。同図に示すように、プロペラ30の反回転方向側Bには、フィン51Aとフィン51Bとからなるフィン51が取り付けられている。フィン51は、プロペラ軸31と略平行に(略水平に)取り付けられている。フィン51は、船体20をプロペラ軸31の高さの船側から側面視した場合、プロペラ軸31に対してその中心軸Cが略平行になるように、プロペラ軸31と重なる位置に形成されている。このため、フィン51は、ダクト50同様、フィン51内を通過させることで整流した水流をプロペラ30にあてる。
またフィン51のフィン51Aとフィン51Bは、水流の入口側(船首側)と出口側(船尾側)の間隔が同じになるように形成されている。このように、フィン51とフィン41とを異なる形状として船尾の左右において異なる作用をさせることにより、船舶の推進効率を向上させている。
【0029】
なお、フィン51は、船首側が高く船尾側が低くなるよう仰角をつけて取り付けることとしても良い。この場合、フィン51は、船体20をプロペラ軸31の高さの船側から側面視した場合、プロペラ軸31に対しその中心軸Cが上下にわたるように、プロペラ軸31と重なる位置に形成される。この構成によれば、プロペラ30が下から上に向かって回転する反回転方向側のプロペラ30に対しても対向流を形成することができる。なお、取り付け角度αは、ダクト50同様、プロペラ30に対する対向流の増大による利益と、抵抗の増大による不利益とを考慮して決定すればよい。フィン41およびフィン51は、側方が開放されているため多少、流れが逃げる面があるが構成が簡単で安価に提供できる利点を有している。
【0030】
図5は本実施形態による船尾構造(例その3)を模式的に示す正面図である。同図に示すように、船尾構造12は、船体20の船尾のプロペラ30に対する流れを制御する付加物42および付加物52として、表面に開口を有しない中空状の付加物を有している。
【0031】
図6(a)は、
図5の船尾構造をプロペラの回転方向側から見た側面図である。同図に示すように、プロペラ30の回転方向側には、付加物42が、船首側が低く船尾側が高くなるよう仰角をつけて取り付けられている。また、付加物42は、船体20をプロペラ軸31の高さで船側から側面視した場合、プロペラ軸31に対しその中心軸Cが上下にわたり、かつ、プロペラ軸31と重なる位置に形成されている。したがって、ダクト40およびフィン41同様、プロペラ30への対向流を強くすることができる。
【0032】
図6(b)は、
図5の船尾構造をプロペラの反回転方向側から見た側面図である。同図に示すように、プロペラ30の反回転方向側には、付加物52が、プロペラ30の回転軸と平行になるように略水平に取り付けられている。また、付加物52は、船体20をプロペラ軸31の高さにおいて船側から側面視した場合、その中心軸Cがプロペラ軸31と略平行になるように、プロペラ軸31と重なる位置に形成されている。このため、付加物52により整流した水流をプロペラ30に当てることができる。
【0033】
図5および
図6に基づいて説明した付加物42および付加物52は、その内部に空間を有する中空状のもの、またはその内部に空間を有さない中実状のもののいずれの構成としてもよい。付加物42および付加物52は、表面に開口を有しない中空状あるいは中実状の付加物であるため、流れを案内する効果はダクト状の付加物と比較してやや劣るが、強度面で強くできる利点を有している。
【0034】
図1〜
図6に基づいて説明した船尾構造10・11・12を採用した船舶として実施する場合、ダクト40・50、フィン41・51、付加物42・52を複数種、組み合わせて設ける構成としてもよい。また、ダクト40・50、フィン41・51、付加物42・52を船体20に新造船として最初から形成しても、既存船に後付けして形成することとしてもよい。また、損傷した場合などに取り替えたり、取り外してメンテナンスした後に再度取り付けることもできる。
【0035】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態による船尾双胴型船舶について
図7〜
図9に基づいて、以下に説明する。本実施形態の船尾双胴型船舶は、船尾双胴型である点において、第1の実施形態の船舶とは異なっている。なお、第1の実施形態において説明した部材については、同じ符号を付して、本実施形態では説明を省略する。
図7は本実施形態による船尾構造(例その1)を模式的に示す正面図である。同図に示すように、船尾構造13は、船体23の船尾のプロペラ30に対する流れを制御するダクト40およびダクト50を有している。
【0036】
図8(a)は、
図7の船尾構造をプロペラの回転方向側(スケグの内側)から見た側面図である。同図に示すようにプロペラ30の回転方向側Aには、ダクト40が、船体20をプロペラ軸31の高さで船側から側面視した場合、プロペラ軸31に対してその中心軸Cが上下にわたり、かつ、プロペラ軸31と重なる位置に形成されている。
図8(b)は、
図7の船尾構造をプロペラの反回転方向側(スケグの外側)から見た側面図である。同図に示すようにプロペラ30の反回転方向側Bには、ダクト50の中心軸Cがプロペラ軸31と略平行になるように取り付けられている。
【0037】
船尾双胴型船舶23は、船尾に2つのスケグ60を備えており、スケグ60の間のトンネル部に非常に強い上昇流が発生する。この上昇流を利用するため、2つのスケグ60の船尾側に各々設けられているプロペラ30は、トンネル内側において下方に回転するいわゆる内回りの回転で使用される。そこで、スケグ60の内側にダクト40を設けることにより、上昇流をプロペラ30の対向流としてさらに有効利用することができるから、推進効率を一層向上させることが可能となる。また、スケグ60の外側にダクト50を設けることにより、水流を整えて推進効率を向上させることが可能となる。
【0038】
上述したように、船尾双胴型船舶23のプロペラ30はトンネル内の上昇流を利用するため、通常、内回りの回転で使用される。しかし、例えば、網の巻き上げ防止などを目的として、外回りの回転で使用される場合もある。以下、
図9に基づいて、外回りの回転で用いられる場合に好適な形態について説明する。
【0039】
図9は本実施形態による船尾構造(その2)を模式的に示す正面図である。同図に示す船尾構造14は、プロペラ30が外回りである点において、
図7に示した船尾構造13と異なっている。このため、スケグ60の外側が回転方向側となり、スケグ60の内側が反回転方向となる点において内回りのものとは異なっている。しかし、船尾構造をプロペラの回転方向側、反回転方向側から見た側面図は
図8(a)、
図8(b)と同じである。
【0040】
このように、船尾双胴型船舶において、スケグの間のトンネル部の上昇流を利用することができない場合にも、スケグの左右に非対称な付加物を設けることにより、プロペラの推進効率を向上させることができる。
図7〜
図9に基づいた上記説明では、ダクト状の付加物を設けた構成について説明したが、船尾双胴型船舶においても実施の形態1において説明した別の種類の付加物を単独でまたは併用して用いてもよい。