ダクトプロペラ

ダクトプロペラはコルトノズルとも呼ばれ、非回転ノズルを備えた船舶用プロペラです。プロペラの効率を向上させるために使用され、特に高負荷のプロペラや直径が制限されたプロペラで使用されます。最初にルイジ・スティパ(1931 年) によって開発され、後にルートヴィヒ・コルト(1934 年) によって開発されました。コルトノズルは、船舶推進用のシュラウド付きプロペラアセンブリです。シュラウドの断面はフォイルの形状をしており、特定の条件下では、シュラウドは裸のプロペラよりも流体力学的に有利です。

利点は、低速（10ノット未満）での効率の向上、進路安定性の向上、破片に対する脆弱性の低減です。欠点は、高速（10ノット超）での効率の低下、後進時の進路安定性、キャビテーションの増加です。ダクトプロペラは舵の代わりにも使用されます。

1931年にルイジ・スティパ^[1]が、その後ルートヴィヒ・コルト(1934年) ^[2]が、重い負荷がかかったプロペラの場合、プロペラをホイル状のシュラウドで囲むことで推進効率を向上できることを実証しました。「コルトノズル」は加速ノズルと呼ばれ、一般的にはMARIN 19Aプロファイル^{[3] [4]}またはMARIN 37プロファイルです。^{[3] [5]}

Kort ノズルまたはダクト付きプロペラは、低速ではダクトなしのプロペラよりも大幅に効率が高く、より小さなパッケージでより大きな推力を生み出します。Kortノズルは、低速で移動する船舶の高負荷プロペラに最も効果があるため、タグボートや漁船でよく使用されます。ノズルには、外輪効果(右回りのプロペラが左に後退する傾向など) を軽減し、浅瀬で作動しているときに底部の吸引力を軽減するという追加の利点もあります。

しかし、追加のシュラウドによって抗力が増し、コルトノズルは 10ノット(18.5 km/h) 程度でプロペラに対する優位性を失います。

コルトノズルは固定式で、水流に設置された 舵で方向を制御したり、旋回式で水流によって船の操縦を制御したりします。

このタイプのシュラウドは、プロペラの先端をある程度保護するため、氷原での航行にも役立ちます。ただし、氷やその他の浮遊物がプロペラとノズルの間に挟まり、プロペラが動かなくなる可能性があります。Kort ノズルの汚れたプロペラは、「開いた」プロペラよりも取り除くのがはるかに困難です。

ベクストンら (2012) ^[6]の研究論文では、ダクト付きプロペラが北東大西洋のアザラシの致命傷の原因である可能性が高いと結論づけています。著者らは、アザラシがノズルから引き込まれ、回転するプロペラの羽根を通り抜け、皮膚と筋肉組織に曲線状の裂傷を負ったと仮定しました。このタイプの損傷は「コルクスクリュー」損傷として知られるようになりました。著者らはまた、ネズミイルカを含む他の動物にも同様の損傷が見られると述べています。

ダクトには加速型と減速型の 2 種類があります。加速型ダクトでは、ダクトのプロファイルは内側に向かって翼型のように湾曲しており、プロペラの流入速度と効率が向上します。この効果は低速で機能し、高速になるとダクトの抵抗が加わって相殺され、推進効率が低下する傾向があります。加速型は、負荷の大きいプロペラや直径が制限されたプロペラに使用されます。ルートヴィヒ コルトが広範囲に研究を行ったため、このタイプは「コルト ノズル」とも呼ばれています。^[7]

2 番目のタイプでは、ダクト プロファイルの直線面が内側にあり、曲がった面が外側にあるため、流入速度が低下し、圧力が上昇してキャビテーションが減少します。これは、特に固定ブレードまたは可変ステーターと組み合わせると、ポンプ ジェットと呼ばれます。

MARINはダクトプロペラについて広範囲に研究してきました。使用されているプロファイルの多くはNACAの翼型に基づいており、その中でもNACA 4415は非常に優れた特性を持っています。最も一般的に使用されているのはMARINシリーズのノズル19Aと37です。^[3]これらは丸みを帯びた後縁を持ち、製造を容易にし、後進時の効率を高めます。当初はワーゲニンゲンBシリーズのプロペラが使用され、後にブレードの先端が広いカプラン型が使用されました。

コルト ノズルでは、流入速度が上昇し、圧力が低下します。これにより、プロペラの推力とトルクが低下します。同時に循環が発生し、前方成分を持つ内側に向いた力が生じます。そのため、ダクトには正の推力があります。これは通常、プロペラの推力低下よりも大きくなります。プロペラとダクトの間の隙間が小さいため、先端渦が減少し、効率が向上します。

速度が増すにつれて抗力も増し、最終的には追加された推力よりも大きくなります。したがって、通常この速度以上で運航する船舶には、ダクトは装備されていません。タグボートは、牽引時には低速で重いプロペラを装備して航行するため、ダクトが装備されていることがよくあります。ダクトにより、ボラードの引張力が最大 30% 増加することがあります。

減速ダクトでは、コルト ノズルの反対方向に循環し、ダクトの負の推力が発生します。このタイプは、キャビテーションの影響を受けやすい高速船や、軍艦などの騒音レベルを低減したい船舶に使用されます。

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• カールトン、J.（2007）：船舶用プロペラと推進装置、バターワース・ハイネマン
• Ghose, JP、Gokarn RP (2004):船舶推進の基礎、Allied Publishers
• オースターフェルト、MWC (1970): ウェーク適応ダクト プロペラ、オランダ シップ モデル盆地、ヴァーヘニンゲン

• ライススピードノズルとプロペラ
• タグボート用語集 2016-05-17 にWayback Machineでアーカイブ
• L. スティパの論文、NACA による翻訳
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