以下、本発明に係る実施形態を図面を参� ��して説明する。

 (第1実施形態)
 図1は本発明の第1実施形態に係る船舶用ダ� �ト付きスラスタ1の正面図である。図2は図1� �示す船舶用ダクト付きスラスタ1を一部断面� ��した側面図である。図1及び2に示すように� �船舶用ダクト付きスラスタ1は、船舶の底部2 から下方に延出するストラット3を備えてい� �。そのストラット3の下部には断面円形状で� ��方(下流側)に向けて延出するポッド4が接続� ��れている。ポッド4の後部には、水流を発生 させるプロペラ5が回転可能に接続されてい� �。プロペラ5は、ストラット3の後方に配置さ れたダクト6により取り囲まれている。

 ストラット3の内部空間には、垂直回転軸 11が軸受12に回転自在に支持された状態で配� �されており、その垂直回転軸11の上端部には 船内にあるプロペラ用原動機9の出力軸に動� �伝達可能に連結されている。垂直回転軸11の 下端部は、ポッド4内部まで延びている。ポ� �ド4の内部空間には、後方に向けて延びる水� ��回転軸14が軸受15に回転自在に支持された状 態で配置されている。垂直回転軸11の下端部� ��水平回転軸14の前端部とはベベルギヤ13を介 して動力伝達可能に接続されている。水平回 転軸14の後端部は、プロペラ5に接続されてい る。このような構成により、プロペラ用原動 機9の回転動力によりプロペラ5が回転するこ� ��となる。

 また、ストラット3は、垂直回転軸11回り� ��回転可能なように船舶の底部2に軸受10及び� ��ール部材7を介して接続されており、ストラ ット3自体を回転させる駆動力を発生する旋� �用原動機8に連結されている。よって、旋回� ��原動機8による回転動力によりストラット3� �垂直回転軸11回りに回転し、それと一体的に ポッド4、プロペラ5及びダクト6が旋回し、推 力発生方向を変更しうる。

 ダクト6は、リング状で翼型断面を有して いる。ダクト6の前端部6bは、その内周面が前 方(上流側)に向けて徐々に拡径しており、前� ��部6b以外の本体部6cの内周面は略同一径とな っている。即ち、ダクト6の前端部6aの内周面 は前方に向けて拡径するように反った形状と なっている。このダクト6には、ポッド4の後� ��部分が収容され、ポッド4の前側部分はダク ト6よりも前方に突出している。詳細には、� �ッド4のダクト6に収容されている部分におけ る前後方向の長さは、ポッド4のダクト6より� ��方に突出している部分における前後方向の� ��さよりも短くなるように設定されている。

 ポッド4は、前端4cから後方に向けて徐々に� ��径しており、その最大直径部4aが前後方向� �おいてダクト6の前端部6bに対応する位置に� �置されている。具体的には、ポッド4の最大� ��径部4aとダクト6の前端6aとの間の前後方向� �おける距離L _m が、ダクト6の前後方向における長さL _p の0.2倍以下となるように設定されている。ま た、ポッド4の外周面は、最大直径部4aから後 端4dにかけて外側に向けて凸となる略円弧状� ��縮径したテール部4bを有している。さらに� �ポッド4の最大直径部4aの直径をD _g とし、プロペラ5の直径をD _p とすると、D _g /D _p は0.25以上0.45以下に設定されている。

 図3は図2の要部拡大図である。図3に示す� ��うに、ダクト6の前端部6bの内周面近傍には� ��圧力低下領域20が形成される。これは、ポ� �ド4に沿ってダクト6内に流入する水や、ダク ト6の外面近傍から前端6aに沿ってダクト6内� �巻き込まれる水などの影響により、ダクト6� ��前端部6bの内周面近傍で流速が速くなるか� �である。そして、この圧力低下領域20により 、ダクト6の前端部6bの内周面には、図3の矢� �で示すような力Fが発生する。

 この力Fは、垂直分力F _V と水平分力F _H とに分けることができる。図3に示す垂直分� �F _V は、ダクト6の上側部に対して下方に向けた� �を生じているが、ダクト6の下側部には上方� ��向けた力が生じるため、それらが互いに打� ��消しあうことでダクト6全体には力Fの垂直� �力F _V の影響はなくなる。一方、水平分力F _H は、前方に向けた力を生じるため、推進力に 寄与することとなる。

 ここで、ポッド4の最大直径部4aは、前後� ��向においてダクト6の前端部6bに対応する位� ��に配置されているので、ダクト6の前端部6b� ��傍においてダクト6の内周面とポッド4の外� �面との間の流路断面積が小さくなっている� �これにより、ダクト6に流入する水の流速は� ��くなり、ベルヌーイの定理より、ダクト6の 前端部6b近傍における圧力低下領域20の圧力� �下が促進されることとなる。

 また、ポッド4のテール部4bは、最大直径� ��4aから後端4dにかけて外側に向けて凸となる 略円弧状に縮径しているので、最大直径部4a� ��ら後端4dにかけて縮径の勾配が緩やかとな� �、ダクト6の内周面とポッド4の外周面との間 の流路断面積の小さい領域が前後方向に広く なる。これにより、ダクト6内でプロペラ5に� ��入する水において、流速が速くなる領域が� ��分に確保され、ダクト6の前端部6b近傍にお� ��る圧力低下領域20の圧力低下がさらに促進� �れることとなる。

 以上より、図3に示したダクト6の前端部6bの 内周面に生じる力Fは増大することとなり、� �進力に寄与する水平分力F _H が増大する。したがって、ダクト6により生� �る推進力は向上することとなる。

 図4は図1に示す船舶用ダクト付きスラスタ1� ��推進効率ηとD _g /D _p との関係を示したグラフである。なお、図1� �示すようにポッド4の最大直径部4aの直径をD _g とし、プロペラ5の直径をD _p と定義する。図4は、CFD(Computational Fluid Dynami cs)による数値計算で船舶用ダクト付きスラス タ1の推進効率ηとD _g /D _p との関係を出力したグラフである。なお、縦 軸は推進効率ηをその最大値で割った値η/η _max とし、横軸をD _g /D _p としている。

 図4によれば、η/η _max は、D _g /D _p が0.38あたりをピークとしており、D _g /D _p が0.25以上0.45以下の範囲で優れた推進効率を� ��揮することが分かる。なぜなら、D _g /D _p が0.25未満である場合には、プロペラ5を通過� ��る水の流路断面積が大きくなることで、ダ� ��ト6に流入する水の流速が低下し、ダクト6� �前端部6b近傍における圧力低下が不十分とな るからである。また、D _g /D _p が0.45を超えた場合には、ポッド4の水流に対� ��る抵抗が大きくなるからである。よって、� ��実施形態のポッド4とプロペラ5は、D _g /D _p が0.25以上0.45以下の範囲内になるように設定� ��れている。

 (第2実施形態)
 図5は本発明の第2実施形態に係る船舶用ダ� �ト付きスラスタ31を一部断面にした側面図で ある。なお、第1実施形態と共通する構成に� �いては同一符号を付して説明を省略する。� �5に示すように、本実施形態のポッド34は、� �の最大直径部4aが前後方向においてダクト6� �前端6aと略一致する位置に配置されている。 また、ポッド34の外周面は、最大直径部34aか� ��後端34dにかけて外側に向けて凸となる略円� ��状に縮径したテール部34bを有している。

 さらに、ポッド34のダクト6より前方に突出� ��ている部分における前後方向の長さは、ポ� ��ド34のダクト6に収容されている部分におけ� ��前後方向の長さよりもかなり長く、ポッド3 4の最大直径部34aよりも前側の部分34eの外周� �は前後方向に長尺であり、前端34cから最大� �径部34aまで緩やかに拡径した形状である。� �体的には、ポッド34の最大直径部34aの直径を D _g とし、ポッド34の前端34cから最大直径部34aま� ��の長さをL _g とすると、L _g /D _g が0.5より大となるように設定されている。こ のような構成により、ポッド4が前方からの� �流により受ける正圧抵抗が低減され、推進� �率が向上することとなる。