管道装置以及使用该管道装置的船舶的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在船舶的船尾部对流入螺旋推进器的水流施加影响的管道装置。
【背景技术】
[0002]公知一种技术，在该技术中，作为用于提高船舶的推进效率的构件，在螺旋推进器的前方配置管道。专利文献I示出了这样的技术的一例。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2008-137462号公报
【发明内容】
[0006]在图1中，作为参考技术，示出配置在螺旋推进器前方的管道的一例。在船舶101的船尾部102配置螺旋推进器103，在螺旋推进器103的后方配置舵104。在螺旋推进器103的前方(船头方向)配置管道105。管道105具有大致以螺旋推进器103的旋转轴为中心的圆环形状。管道105的船头方向的端部与船尾方向的端部相比直径较大。
[0007]图2是管道105在图1的区域106中的放大图。管道105的与周向垂直的剖面具有翼形形状。翼片的前边缘配置在船头侧，后边缘配置在船尾侧。管道105的内周侧即靠近螺旋推进器的旋转轴的一侧为负压面107，外周侧为正压面108。管道105形成为使连接翼形形状的前边缘与后边缘的翼弦线与螺旋推进器103的旋转轴成角度Θ并朝向船尾侧地向内周侧倾斜。
[0008]在图2中，船尾部102处的水流相对于螺旋推进器103的旋转轴成角度Ψ = α + Θ地流入管道105。α是水流相对于具有翼形剖面形状的管道105的迎角。通过该水流，管道105产生与水流垂直的提升力Π01以及与水流平行的阻力Π02。提升力Π01与阻力Π02的合力Π03在船头方向上的分量成为作用于管道105的推进力。
[0009]这样一来，管道105能够产生推进力。然而，管道105具有改变流入螺旋推进器103的水流的朝向并且明显地在轴向上加速的效果。关于螺旋推进器103，由于水流的速度越慢则螺旋推进器103的效率越高，因此如果通过管道105使水流在螺旋推进器103的轴向上加速，则存在螺旋推进器103的效率降低的可能性。因此，存在由于追加管道105而使螺旋推进器103与管道105配合起来的整体的效率无法有效地提高的可能性。
[0010]在将管道设置于螺旋推进器的前方的技术中，期望避免螺旋推进器的推进效率的降低。
[0011]在本发明的一种实施方式中，管道装置在船舶的船尾部配置于螺旋推进器的前方。管道装置具备管道主体。管道主体具有:后边缘，位于船舶的后方侧，描绘出使螺旋推进器的轴处于内侧的弧，在轴向上观察到的后边缘的轮廓形状处于将螺旋推进器的半径设为R时的0.5R以下的区域；以及前边缘，位于船舶的前方侧，描绘出使螺旋推进器的轴处于内侧的弧，与前边缘相比，在轴的方向上观察到的前边缘的轮廓形状更大。
[0012]根据本发明，在将管道设置于螺旋推进器的前方的技术中，能够避免螺旋推进器的推进效率的降低。
【附图说明】
[0013]图1是参考技术中的船尾部的侧视图。
[0014]图2示出管道的剖面形状。
[0015]图3是船尾部的侧视图。
[0016]图4是管道主体的立体图。
[0017]图5示出从船尾侧观察到的流速分布。
[0018]图6示出绕螺旋推进器轴的周向上的角度与流向角的关系。
[0019]图7是管道装置的主视图。
[0020]图8示出管道主体的剖面形状。
[0021]图9是管道主体的立体图。
[0022]图10是管道主体的主视图。
[0023]图11示出图10的B-B^剖面中的管道主体与水流。
[0024]图12示出图10的C-C剖面中的管道主体与水流。
[0025]图13是管道装置的主视图。
[0026]图14示出反应鳍的形状与安装角度。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图3是示出具备本发明的第一实施方式中的管道装置的船舶的船尾部的侧视图。在船舶I的船尾部2设置螺旋推进器3，在其后侧(船尾侧)设置舵4。螺旋推进器3具备在周向上排列的多个翼片，以大致连接船头与船尾的在船长方向上延长的旋转轴Cl为中心旋转。
[0028]在船尾部2中的螺旋推进器3的前方安装有管道装置5。管道装置5具有描绘出使旋转轴Cl处于内侧的弧的圆弧状的前边缘6与后边缘7。与旋转轴Cl垂直的剖面中的后边缘7的轮廓形状比前边缘6的半径小。如果将螺旋推进器3的旋转面的半径设为R，则后边缘6的轮廓形状在与旋转轴Cl垂直的剖面中处于与旋转轴C相距0.2R以上且0.5R以下的区域。
[0029]图4示出具有在管道装置5中使水流变化的功能的管道主体9的概略形状。以螺旋推进器3的旋转轴Cl为中心，以预定的点(x = x0)为顶点，描绘出在X轴方向上具有中心线的虚拟的圆锥形C2。关于该圆锥形C2，将从顶点起的第一距离X = Xl处的yz剖面表示为圆C3，将第二距离X = x2(x2>xl)处的yz剖面表示为圆C4。
[0030]通过圆C3、圆C4和圆锥C2中的连接C3与C4的表面来形成圆锥台的形状。该圆锥台中的、以旋转轴Cl为中心从竖直线V分别向左右截取了以旋转轴Cl为中心的预定的角度Φ以内的区域的部位示出管道主体9的概略形状。管道主体9在包括螺旋推进器3的旋转轴Cl的竖直面中相对于铅直线而左右对称。
[0031]管道主体9的前边缘6描绘出圆C4上的圆弧。其角度是以旋转轴Cl为中心而从竖直线V向左右分别为Φ。Φ的值没有特别限定，但由于流入螺旋推进器3的上半部的水流更容易得到由管道装置5引起的推进力，因此Φ优选为90度以下。管道主体9的后边缘7描绘出圆C3上的圆弧。在图4的例子中，该圆弧的角度与前边缘6相同，但也可以是与前边缘6不同的角度。前边缘6与后边缘7不需要完全是圆弧，也可以是例如抛物线等向上方凸出的形状那样的使圆弧变形而得到的弧。
[0032]在图5中，示出从后方(船尾方向)观察流入螺旋推进器3的水流的流速分布的图。在图6中，示出各周向角度Φ1时的流向角Ψ的分布。如该例子所示，在比旋转轴Cl靠上侧且从竖直线V起的角度为45度以上的区域11中，流速的半径方向上的分量小。与此相对地，在从竖直线V起的角度为45度以下的区域中，流速的半径方向上的分量大。管道主体9在流速的半径方向上的分量大的区域中生成更大的推进力。因此，优选的是，管道主体9形成为其前边缘6补充在从竖直线V起的角度45度以内的区域中的水流。
[0033]因此，例如只要是前边缘6具有Φ = 45度的扇形，或者为了切实地补充45度的位置处的水流而使前边缘具有Φ =50度的扇形的管道主体9，就能够充分地产生推进力。因此，在优选的实施方式中，关于管道主体9，以通过螺旋推进器3的旋转轴Cl的竖直线V为中心的周向上的角度处于50度以内。进而，当设定为Φ = 50度以内时，由于管道主体9小，因此重量轻，并且在其外侧的区域中不阻碍流入螺旋推进器3的水流，因此是优选的。
[0034]图7是示出从船头方向观察到的管道装置5的主视图。是在图3所示的A-A'剖面中从前方观察管道主体9的内侧的图。管道装置5具备支撑部10，管道主体9通过支撑部10而被固定于船尾部2的例如艉膨出部(bossing) 8。
[0035]在将后边缘7的半径设为rl并将螺旋推进器3的旋转面C5的半径设为R时，为0.2R ^ rl ^ 0.5R。在后边缘7不完全是圆弧的情况下，优选后边缘7整体处于以旋转轴Cl为中心的0.5R以下的圆内。下面，说明通过这样的半径rl而获得的优点。
[0036]在图8中，示出了管道主体9的剖面形状。管道主体9的与周向垂直的剖面在周向的任意的角度下具有翼形形状。管道主体9的内周侧即朝向旋转轴Cl的一侧为负压面，外周侧为正压面。
[0037]在船舶I向前方航行时，相对于船体产生水流。在船尾部2，管道装置5的位置处的水流根据管道主体9而变化。在管道主体9的内侧，水流根据管道主体9而向旋转轴Cl的方向弯曲，成为轴向的流速较快的水流H。另一方面，通常，螺旋推进器3的上侧的水流的轴向的流速较慢。在管道主体9的外侧流入这样的轴向上的流速较慢的水流f2。
[0038]通常的螺旋推进器3最有效地进行工作的区域是比半径方向的中心稍靠外侧、例如0.7R附近的区域。在本实施方式中，在该区域中，流入轴向的流速较慢的水流f2，因此螺旋推进器3以较高的效率生成推进力。
[0039]另一方面，在比管道主体9靠内侧的区域中，通过水流对管道主体9产生推进力(提升力与阻力的合力的船头方向上的分量)。通过管道主体9使水流fl的轴向的流速上升，但在rl ^ 0.5R的区域中的螺旋推进器3的推进效率原本就较小，因此螺旋推进器3的推进力降低被抑制得较小。为了通过管道主体9而得到有效的推进力，优选为rl ^ 0.2Ro
[0040]如以上所说明地，在本实施方式中，在将从