-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schiffantriebsvorrichtung unter Verwendung eines Schraubenpropellers bzw. einer Antriebs- oder Schiffsschraube und auf ein hiermit versehenes Schiff. Die vorliegende Erfindung bezieht sich genauer gesagt auf eine Antriebsvorrichtung, welche eine verbesserte Antriebsleistung eines Schraubenpropellers zeigt, in dem Flossen installiert werden, die in einer Nabenkappe vorgesehen sind, welche an einer Nabe des Schraubenpropellers angebracht ist und entsprechend an einem hiermit versehenen Schiff.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Viele Schiffe verwenden einen Schraubenpropeller als ihre Antriebsvorrichtung. Die Verbesserung der Propellereigenschaften wie z.B. der Propellerwirksamkeit liefert einen großen Beitrag zu einer Verbesserung in der Brennstoffeffizienz. Insoweit sind Forschungen an Propellerblättern bzw. Schiffsschraubenblättern durchgeführt worden, wie z.B. hinsichtlich der Anzahl der Propellerblätter, der Blätterformen, erweiterter Bereiche, Steigungswinkel und Kippwinkel und es sind verschiedene Blattformen entwickelt worden.
-
Zum Zwecke der Verbesserung der Propellereigenschaften, wie sie in der
japanischen Patentanmeldung Kokai, Veröffentlichung Nr. Hei 7-121716 beschrieben werden, ist eine Nabenkappe
5 mit Gleichrichtungsflossen entwickelt worden, wie in den
9 bis
12 dargestellt, um die Propellereffizienz durch Verminderung von Nabenwirbeln in dem Strahl der Propellernabenkappe
5 in der Nähe einer Propellernabe
2 reduziert wurden.
-
Diese Nabenkappe 5 mit Begradigungsflossen hat ebenso viele, hier an der Nabenkappe 5 angebrachte Flossen 6 (vier in 9) wie Propellerblätter 3 (vier in 9). Weiterhin hat, wie in 10 dargestellt, der Winkel α der Anbringung bzw. Neigung der Flossen 6 ein Verhältnis (–20° ≤ α – ε ≤ +30°) bezüglich des geometrischen Neigungswinkels ε am Grund bzw. der Wurzel des Propellerblattes. Aus der Sicht der Längsrichtung der Flossen 6 fallen die Vorderkanten der Flossen 6 mit den rückwärtigen Kanten der Wurzeln der Propellerblätter 3 der Vorwärts-Rückwärtsrichtung des Propellers (b ≥ 0) zusammen oder sie liegen dahinter. Zusätzlich sind die Flossen 6 in den Zwischenräumen zwischen den Wurzeln der benachbarten Propellerblätter 3 (a > 0) zu sehen. Darüber hinaus ist, wie in den 11 und 12 dargestellt, der größte Durchmesser (2r) eines imaginären Kreises, welcher die Spitzen der Flossen 6 verbindet, von der Achse des Hauptkörpers der Nabenkappe 5 aus größer als ein Durchmesser Dba einer Kappenbefestigung des Endabschnittes 2a der Kappenbefestigung der Propellernabe 2 und nicht größer als 33 % des Propellerdurchmessers (2R).
-
Die Arbeitsweise und die Wirkungen dieser Nabenkappe 5 mit Gleichrichtungsflossen wird folgendermaßen erläutert. Die Gleichrichtungsflossen 6 erzeugen als solche keinen Vortrieb und arbeiten als eine Gleichrichtungsplatte um das Auftreten der Nabenwirbel in dem Schraubenstrahl bzw. Nachstrom der Nabenkappe 5 zu reduzieren. Diese Gleichrichtungswirkung zerstreut die Nabenwirbel im Strom der Nabenkappe 5 und vermindert den dadurch induzierten Widerstand, welche durch Wirbel an den Oberflächen der Propellerblätter 3 erzeugt werden. Im Ergebnis werden die Propellereigenschaften (Propellereffizienz) in hohem Maße verbessert, ohne das Drehmoment zu erhöhen.
-
Zusätzlich wurde, beispielsweise wie in dem
japanischen Patent Nr. 3491890 beschrieben, ein Vorschlag für einen Schiffspropeller einschließlich einer Einrichtung zum Beseitigen von Nabenwirbeln gemacht, wie z.B. diese Gleichrichtungsflossen, um die Wirbel von der Propellernabe zu beseitigen, wie folgt. Die Vorrichtung zur Beseitigung von Nabenwirbeln zielt darauf ab, die Gesamteffizienz des Propellers zu verbessern, indem er dazu gebracht wird, seine Funktion vollständig auszuführen und zusätzlich Vorteile hinsichtlich der Festigkeit zu erzielen. Insoweit wurde der Neigungswinkel oder die Ausbauchung an der Wurzel jedes Propellerblattes größer eingestellt als der Neigungswinkel im mittleren Bereich des Propellerblattes.
-
Weiterhin wurde, wie in der veröffentlichten
japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Hei 5-7599 und der geprüften
japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Hei 7-34795 , ein Vorschlag für eine Propellernabe mit Flossen unterbreitet, welche stromabwärts von den Schraubpropellerblättern mit ebenso vielen Gleichrichtungsflossen versehen wurde wie Schraubenpropellerblättern an der Propellernabe, insbesondere auf der seitlichen Umfangsoberfläche des Nabenabschnittes, anstelle auf der Nabenkappe.
-
Andererseits haben die Erfinder folgende Vorschläge für eine Schiffsantriebsvorrichtung unter Verwendung eines Schraubenpropellers unterbreitet, sowie für ein mit Hilfe der Schiffsantriebsvorrichtung versehenes Schiff, ausgehend von der Idee, dass die Schiffsantriebsvorrichtung, welche die Nabenkappe mit Gleichrichtungsflossen verwendet, in der Lage sein solle, die Effizienz des Propellers zu verbessern, weiterhin in Abhängigkeit von den Flossenformen und durch Durchführen von Experimenten in einem Wassertank mit vielen Flossenformen, die aufgrund eines weiten Bereiches von Überlegungen entwickelt wurden.
-
Als ein Beispiel haben die Erfinder für das Verbessern der Propellereffizienz und zur Vereinfachung der maschinellen Bearbeitung ebenso wie für die Verminderung des Gewichts in der
japanischen Patentveröffentlichung Kokai Nr. 2010-215817 vorgeschlagen, dass der hintere Endabschnitt der Nabenkappe von einer Stirnfläche ausgehend ausgebildet sein kann und die hinteren Abschnitte so geformt sein können, dass sie Abmessungen in dem Bereich von 20 % der Gesamtlänge der Propellernabenkappe haben, wobei die volle Länge derselben das 0,28 bis 0,76-fache des Durchmessers am vorderen Endabschnitt der Kappe beträgt, und der Durchmesser am hinteren Endabschnitt der Propellernabenkappe das 0,35 bis 0,9-fache des Durchmessers am vorderen Endabschnitt der Propellernabenkappe betragen kann.
-
Die Erfinder haben einen weiteren Vorschlag für die Verbesserung der Flosse mit den folgenden Feststellungen unterbreitet. Da die Flosse nach der konventionellen Technologie in flacher Form hergestellt worden war, war der Winkel an der Wurzel der Flosse am Übergang zur Propellerwelle gleich dem Winkel an der Spitze der Flosse relativ zur Propellerwelle. Als Ergebnis einer Analyse der Strömungen entlang der Oberflächen der Flosse jedoch, unter Verwendung einer Berechnung mit fluiddynamischen Computermethoden, erhielten die Erfinder das Ergebnis, dass: Die Richtungen der Strömungen an der Flosse zwischen der Wurzel und der Spitze der Flosse unterschiedlich waren und dass die äußere umfängliche, hintere Kantenseite einer Flosse in flacher Form einen Widerstand hervorrief.
-
Auf Basis dieser Feststellungen haben die Erfinder sich überlegt, dass das Abschneiden eines äußeren, umfänglichen hinteren Kantenabschnittes der Flosse womöglich die Effizienz des Propellers steigern könnte. Zum Zwecke der Steigerung der Antriebswirksamkeit und eines einfachen Maschinenlaufs, ebenso wie zur Verminderung des Gewichtes haben die Erfinder in der
japanischen Patentanmeldung Kokai Veröffentlichung Nr. 2010-234861 vorgeschlagen dass, wenn der Durchmesser des vorderen Endabschnittes der Propellernabenkappe als Referenzdurchmesser genommen wurde, so sollte die Form des hinteren hälftigen Abschnittes jeder Flosse derart geformt sein, dass der Durchmesser eines Kreises, welcher Abschnitte der Flosse in einer Ebene miteinander verbindet, welche durch die Zentren zwischen den vorderen Enden und den hinteren Enden der Flossen verlaufen, das Zweifache des Referenzdurchmessers beträgt, und der Durchmesser eines Kreises, welcher Abschnitte der Flossen Positionen der am weitesten hinten liegenden Enden der Flossen miteinander verbindet, das 1,5-fache des Referenzdurchmessers beträgt.
-
Auf der Basis des Obigen haben die Erfinder ihre Forschungen fortgesetzt und waren schließlich sicher, dass das Einstellen der Flossenform unter Berücksichtigung der Richtungen der Strömungen zu jeder Flosse es möglich machen würde, den Auftrieb bzw. die Gleitzahl an der Spitze der Flosse positiv weiter zu vergrößern und die Flossenform zu erhalten, die in der Lage wäre, die Propellereffizienz weiter zu verbessern.
-
DOKUMENTE NACH DEM STAND DER TECHNIK
-
PATENTDOKUMENTE
-
- Patentdokument 1: Geprüfte japanische Patentanmeldung Kokai Veröffentlichung Nr. Hei 7-121716
- Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 3491890
- Patentdokument 3: Japanische veröffentlichte Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Hei 5-7599
- Patentdokument 4: Geprüfte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Veröffentlichungsnummer Hei 7-34795
- Patentdokument 5: Japanische Patentanmeldung Kokai Veröffentlichungsnummer 2010-215187
- Patentdokument 6: Japanische Patentanmeldung Kokai Veröffentlichungsnummer 2010-234861
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schiffsantriebsvorrichtung bereitzustellen, die aus einem Schraubenpropeller hergestellt ist unter Verwendung einer Propellernabenkappe mit Flossen, sowie ein Schiff, welches mit der Schiffsantriebsvorrichtung versehen ist, welche eine bessere Propellereffizienz haben als eine Schiffsantriebsvorrichtung, welche eine Propellernabenkappe mit Flossen und einer Flossenform nach konventioneller Technik hat sowie ein Schiff, welches mit dieser Antriebsvorrichtung versehen ist.
-
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
-
Eine Schiffsantriebsvorrichtung zur Erzielung der vorstehenden Zwecke bzw. zur Lösung der Aufgabe ist eine Schiffsantriebsvorrichtung, bei welcher Flossen an einer Propellernabenkappe vorgesehen sind, die an einer rückwärtigen Seite einer Propellernabe eines Schraubenpropellers bzw. einer Schraubenpropeller angebracht ist, und die hinter einem Raum zwischen den Propellerblättern angeordnet sind, wobei die Form der Flossen gebildet wird durch Erzeugen eines Dralls bzw. einer Verwindung der Flosse auf eine Weise, dass die vorderen und hinteren Kantenteile an der Spitze der Flosse bezüglich einer Wurzel der Flosse nach vorn bzw. hinten versetzt sind.
-
Gemäß dieser Ausgestaltung und da der Drall in der Flosse so erzeugt wird, dass die vorderen und hinteren Kantenteile der Spitze der Flosse jeweils hinter bzw. vor der Wurzel der Flosse liegen, wobei die Richtung einer Strömung zur Spitze der Flosse zu berücksichtigen ist, ist es möglich zu verhindern, dass die Spitze der Flosse einen Widerstand erzeugt, und den Auftrieb bzw. die Gleitzahl an der Spitze der Flosse zu verbessern. Aus diesem Grund kann die Effizienz des Propellers weiter gesteigert werden.
-
Wenn der Drall der Flosse in der Schiffsantriebsvorrichtung so gestaltet ist, dass der Drallwinkel der Spitze relativ zur Wurzel ein Winkel innerhalb eines Bereiches von weniger als 0°, jedoch auch nicht mehr als 20° liegt, macht die Verwendung einer relativ einfachen Beziehung es möglich zu verhindern, dass die Spitze der Flosse einen Widerstand erzeugt, und die Gleitzahl an der Spitze der Flosse zu verbessern, und zwar bei fast allen Schiffen.
-
Zusätzlich ist zum Erzielen des vorstehenden Zweckes die Schiffsantriebsvorrichtung so ausgestaltet, dass die Flossen an einem Abschnitt der Propellernabe einer Schraube vorgesehen sind, welcher hinter den Propellerblättern liegt anstatt auf der Propellernabenkappe. Dies geschieht aus folgendem Grund: Der Flosseneffekt wird bestimmt auf Basis der relativen Position der Flosse bzgl. der Propellerblätter und abhängig von der Beziehung bzw. dem Verhältnis zwischen der Propellernabe und der Propellernabenkappe kann ein Fall auftreten, in welchem die Flosse an der Propellernabe anstatt an der Propellernabenkappe vorgesehen ist.
-
Zusätzlich wird zur Erzielung des vorstehenden Zweckes ein Schiff mit der vorstehenden Schiffsantriebsvorrichtung bereitgestellt. Dies ermöglicht es, ein Schiff vorzusehen, welches eine bessere Propeller- bzw. Antriebseffizienz hat als ein Schiff, welches mit einer Schiffsantriebsvorrichtung versehen ist, die eine Propellernabenkappe mit Flossen einer Flossenform der konventionellen Technik verwendet.
-
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
-
Gemäß der Schiffsantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in der Antriebsvorrichtung, welche den Schraubenpropeller umfasst, der die Propellernabenkappe mit Flossen verwendet, der Drall in der Weise erzeugt worden, dass die vorderen und hinteren Randteile der Spitze der Flosse jeweils rückwärts bzw. nach vorne von der Wurzel der Flosse ausweisen, wobei die Richtungen der Strömung an der Flosse berücksichtigt wird. Dies macht es möglich, die Gleitzahl an der Spitze der Flosse zu vergrößern und die Propellereffizienz weiter zu verbessern.
-
Entsprechend dem mit der Schiffsantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung versehenen Schiff ist das Schiff, da die Schiffantriebsvorrichtung für das Schiff mit der hohen Propellereffizienz verwendet wird, in der Lage, seine Antriebseffizienz zu verbessern. Wenn auch nur die geringste Verbesserung in der Antriebseffizienz erzielt werden kann, ist das Schiff, dessen Dienstzeit mehr als 10 Jahre dauert und dessen Brennstoffverbrauch sehr groß ist, in der Lage, in großem Umfang Brennstoff einzusparen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein Diagramm, das die Ausgestaltung einer Schiffsantriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, gesehen entlang der Achse.
-
2 ist eine Seitenansicht der in 1 dargestellten Schiffsantriebsvorrichtung.
-
3 ist eine Seitenansicht einer Propellernabenkappe, welche den Zustand einer Flosse und einen Drallwinkel der Flosse zeigt.
-
4 ist eine teilweise perspektivische Ansicht der Propellernabenkappe, welche den Drallzustand der Flosse und den Drallwinkel der Flosse zeigt.
-
5 ist eine Querschnittsansicht der Propellernabenkappe mit einer Schnittlinie entlang der Linie A-A in 3 entlang der Achse, in welcher dargestellt ist, wie der Anstellwinkel der Flosse sein kann.
-
6 ist eine teilweise perspektivische Ansicht der Propellernabenkappe, bei welcher der Drallwinkel 10° beträgt.
-
7 ist eine teilweise perspektivische Ansicht der Propellernabenkappe, bei welcher der Drallwinkel 0° beträgt.
-
8 ist eine teilweise perspektivische Ansicht der Propellernabenkappe, bei welcher der Drallwinkel bei –10° liegt.
-
9 ist ein Diagramm, welches eine Ausgestaltung einer Schiffsantriebsvorrichtung gemäß einer konventionellen Technologie zeigt, gesehen von hinten entlang der Achse.
-
10 ist eine Seitenansicht der Schiffsantriebseinrichtung, welche in 9 dargestellt ist.
-
11 ist eine Seitenansicht, welche die Form einer Nabenkappe gemäß der konventionellen Technik zeigt.
-
12 ist eine Seitenansicht, welche die Positionsbeziehung zwischen Propellerblättern und Flossen gemäß der konventionellen Technologie zeigt.
-
ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß den Zeichnungen wird eine nachstehende Beschreibung für eine Ausführungsform einer Schiffsantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung und eine Ausführungsform eines Schiffes, welche mit einer solchen versehen ist bereitgestellt. Die Beschreibung wird bereitgestellt unter Bezug auf ein Beispiel, bei welchem Flossen, die hinter den Propellerblättern angeordnet sind, auf einer Propellernabenkappe angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf Fälle anwendbar, in welcher die Flossen an einem Abschnitt einer Propellernabe vorgesehen sind, der hinter den Propellerblättern liegt. Es versteht sich, dass zur Erleichterung des Verständnisses, die 1 bis 5 und die 6 bis 12 die Formen und Maße der Propellernabe, der Propellerblätter, der Propellernabenkappe, der Flossen und dergleichen zeigen als wären sie von einer Figur im Vergleich zur anderen verschieden. Diese Formen und Maße in den Figuren unterscheiden sich von den tatsächlichen Formen und Maßen. Zusätzlich sind zum Zwecke der Einfachheit in der Zeichnung und der Erläuterungen in den 3, 5, 10 und 12 die Propellerblätter fortgelassen worden und die Flossen, die selbstverständlich sichtbar sind, um auf diese Weise in den 3, 5, 10 und 12 leichter gesehen zu werden.
-
Wie in den 1 bis 5 dargestellt, wird eine Schiffsantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt aus einem Schraubenpropeller, welcher aufweist: Eine Propellernabe 2; Propellerblätter 3, die an der Propellernabe 2 angebracht sind, eine Propellernabenkappe 5, die mit dem hinteren Ende der Propellernabe 2 verbunden ist und Flossen 6, die an der Propellernabenkappe 5 vorgesehen sind.
-
Zusätzlich ist die Propellernabenkappe 5 in Form eines massiven Rotationskörpers um eine Propellerdrehachse Pc ausgebildet und ein hinterer Endabschnitt 5a der Propellernabenkappe 5 ist als flache bzw. ebene Oberfläche ausgebildet. Der massive Rotationskörper wird gebildet durch Drehen einer sanft gekrümmten oder gradlinigen Erzeugenden und der massive Rotationskörper ist in einer Form ausgebildet, die sich nach hinten hin verjüngt.
-
In dieser Hinsicht ist es, wie in 3 dargestellt, wenn der Durchmesser Dcf eines vorderen Endabschnittes der Propellernabenkappe 5 als Bezugsdurchmesser Ds verwendet wird, wünschenswert, dass die volle Länge Lc der Propellernabenkappe 5 auf das 0,28 bis 0,76-fache des Bezugsdurchmessers Ds eingestellt wird und der Durchmesser Dca des hinteren Endabschnittes 5a der Propellernabenkappe 5 auf das 0,35 bis 0,95-fache des Bezugsdurchmessers Ds eingestellt wird. Zufällig entspricht der Durchmesser Dcf des vorderen Endabschnittes 5f dem Flanschdurchmesser der Propellernabenkappe 5.
-
Zusätzlich ist in einem Fall wie er in 3 dargestellt ist, die Erzeugende des massiven Rotationskörpers, die eine äußere Umfangsoberfläche 5b der Propellernabenkappe 5 bildet, eine gerade Linie und die Propellernabenkappe 5 ist wie ein kreisförmiger Kegelstumpf geformt und ist dementsprechend sehr leicht herzustellen. Ansonsten haben, in einem Fall welcher allerdings nicht dargestellt ist, die Erzeugenden sanfte Krümmungen, sodass die Form der Propellernabenkappe 5 sich in Richtung zu dem hinteren Ende hin ebenso sanft verjüngt. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Abweichung der Form des hinteren Endabschnittes 5a der Propellernabenkappe 5 von einem kreisförmigen Kegelstumpf in einem Querschnitt senkrecht zu der Rotationsachse gleich oder weniger als 20% der vollständigen Länge Lc der Propellernabenkappe 5 beträgt.
-
Zusätzlich ist die Stirnfläche des vorderen Endabschnittes 5f der Propellernabenkappe 5 in ebener Form ausgebildet, weil die Stirnfläche am vorderen Endabschnitt 5f der Propellernabenkappe 5 mit einer rückwärtigen Stirnfläche 2a der Propellernabe 2 verbunden ist. Außerdem könnte die Stirnfläche des hinteren Endabschnittes 5a der Propellernabenkappe 5 in Form eines kreisförmigen Kegels ausgebildet sein, in Form eines Rotationskörpers oder dergleichen, der einer Ebene sehr nahekommt, auch wenn es in Anbetracht der Einfachheit der Herstellung wünschenswert ist, dass, wie in 3 dargestellt, die Stirnfläche des hinteren Endabschnittes 5a in ebener Form hergestellt ist. Selbst in diesem Fall ist die Form des hinteren Endabschnittes 5a auf eine Art und Weise hergestellt, dass der Abstand zwischen dem umlaufenden Randabschnitt und dem zentralen Abschnitt in der Vorwärts-Rückwärtsrichtung der Propellernabenkappe 5 weniger als 20% der vollen Länge Lc der Propellernabenkappe 5 beträgt oder gleich dieser ist.
-
Wie in den 1 bis 4 dargestellt, sind Flossen 6 an der Propellernabenkappe 5 vorgesehen, welche an der Rückseite der Propellernabe 2 der Schraubenpropeller 1 angebracht ist und sie sind hinter den Räumen zwischen den Propellerblättern 3 angeordnet. Mit anderen Worten, gesehen von vorne nach hinten entlang der Propellerachse Pc sind die vorderen Enden 6bf der Wurzeln (6bf bis 6ba) der Flossen 6 zwischen den hinteren Enden der Wurzeln der Propellerblätter 3 angeordnet. Außerdem sind, gesehen von der Seite, die vorderen Enden 6bf der Wurzeln (6bf bis 6ba) der Flossen 6 hinter den rückwärtigen Enden der Wurzeln der Propellerblätter 3 angeordnet. Auch wenn die Flossen 6 so hergestellt werden können, dass sie positive oder negative Ausbauchungen haben, ist eine ebene Form für die Flossen 6 unter dem Gesichtspunkt der einfachen Herstellung und einer Verminderung der Herstellungskosten zweckmäßig. Weiterhin können die Flossen 6 unter einem positiven oder negativen Neigungswinkel (auch rake-winkel genannt) an der Propellernabenkappe 5 angebracht sein.
-
Da die vorderen Enden 6bf und die hinteren Enden 6ba der Wurzeln (6bf bis 6ba) der Flossen 6 an der Propellernabenkappe 5 angeordnet sein müssen, ist es verständlich, unter Berücksichtigung des Neigungswinkels α der Flossen 6 relativ zu der zentralen Rotationsachse der Propellernabenkappe 5 eine Einschränkung für die Länge der Flossen 6 gibt. Beispielsweise sind die vorderen Enden 6bf der Wurzeln (6bf bis 6ba) der Flossen 6 so angeordnet, dass sie mit den hinteren Kanten der Wurzeln der Propellerblätter 6 zusammenfallen oder in Vorwärts-Rückwärtsrichtung der Propellernabe 2 hinter diesen angeordnet sind.
-
Zusätzlich sind die Flossen 6, wie in 10 dargestellt, in einer Art und Weise angebracht, dass, wie im Fall der konventionellen Technologie, der Neigungswinkel α der Flossen 6 die Beziehung –20° ≤ α – ε ≤ +30° erfüllt, wobei ε den geometrischen Neigungswinkel der Wurzeln der Propellerblätter bezeichnet. Weiterhin sind die Flossen 6 in den Räumen zwischen den Wurzeln der benachbarten Propellerblätter 3 angeordnet. Wie in 5 dargestellt, wird der Neigungswinkel α der Flossen 6 mit einem Anstellwinkel γ versehen sein, wie im Falle der Propellernabenkappe 5 mit Flossen nach der konventionellen Technologie. 5 zeigt Fälle, in welchen die Flossen 6 ohne Anstellwinkel, mit positivem Anstellwinkel (+γ) und mit negativem Anstellwinkel (–γ) angebracht sind.
-
Darüber hinaus sind die Flossen 6 bezüglich der Dickenrichtung der Flossen 6, wenn sie in Form einer flachen Platte mit gleichmäßiger Dicke hergestellt werden, leicht herzustellen. Wenn jedoch nach einer auch noch so geringen Verbesserung der Leistungsfähigkeit gesucht wird, sind die Flossen in Form eines Flügels ausgebildet. Weiterhin können die Flossen 6 durch Krümmen der ebenen Platte mit einer Aussparung bzw. Wölbung vorgesehen werden, oder indem sie in Form eines Flügels ausgebildet werden. In dem Fall, in welchem die Flossen 6 mit einer Aussparung versehen werden, ist es vorzuziehen, dass unter Berücksichtigung der Beziehung der Form der Flossen 6 zu der Form der Propellernabenkappe 5 die Ausbauchung an den Wurzeln der Flossen in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung der Ausbauchungen der Propellerblätter 3 versehen werden und dadurch die Flossen 6 ein Drehmoment Qf hervorrufen, dessen Richtung entgegen derjenigen des durch die Propellerblätter 3 erzeugten Drehmomentes Qp ist.
-
Außerdem ist jede Flosse 6, wie in den 3 und 4 dargestellt, durch Erzeugen eines Dralls in der Flosse 6 mit einem Drallwinkel δ in einer Art und Weise ausgebildet, dass ein vorderer Kantenteil 6tf eine Spitze (6tf bis 6ta) der Flosse 6 hinter der Wurzel (6bf bis 6ba) der Flosse 6 liegt, und der hintere Kantenteil 6ta der Spitze (6tf bis 6ta) der Flosse 6 vor der Wurzel (6bf bis 6ba) der Flosse 6 liegt, unter Berücksichtigung der Strömungsrichtung an der Wurzel (6bf bis 6ba) der Flosse 6 und der Strömungsrichtung an der Spitze (6tf bis 6ta) der Flosse 6. Weiterhin ist es in den meisten üblichen Fällen, auch wenn diese von den Strömungen um das Heck des Propellers und dergleichen abhängt, bevorzugt, dass der Drallwinkel δ der Flosse 6 ein Winkel innerhalb eines Bereiches ist, der nicht weniger als 0°, jedoch auch nicht größer als 20° beträgt. Es ist wünschenswert, dass der Drallwinkel δ innerhalb dieses Winkelbereiches liegt, da dann, wenn der Drallwinkel δ weniger als 0° beträgt, ein geringerer Auftriebs- bzw. Gleitzahlanstiegseffekt erzielt wird, und da, wenn der Drallwinkel δ größer als 20° ist, der Widerstand zunimmt. Es stellt sich heraus, dass die positiven und negativen Werte des Drallwinkels δ umgekehrt zu den positiven und negativen Werten des Neigungswinkels α der Anbringung sind.
-
Diese Ausgestaltung macht es möglich zu verhindern, dass die Spitze (6tf bis 6ta) der Flosse 6 Widerstand hervorruft, insbesondere am unteren Randabschnitt 6ta der Spitze (6tf bis 6ta) und den Auftrieb bzw. die Gleitzahl an der Spitze (6tf bis 6ta) der Flosse 6 vergrößert.
-
In der Zwischenzeit wurden unter Verwendung eines Beispiels einer Flosse mit einem abgetrennten hinteren Rand, wie sie in der
japanischen Patentanmeldung Kokai Veröffentlichungsnummer 2010-234861 noch in konventioneller Technologie verwendet wurde, folgende Experimente ausgeführt. Es wurde eine Propellereffizienz durch die Flosse ohne Drall (wobei der Drallwinkel δ 0° betrug) und eine Propellereffizienz durch die Flosse mit Drall gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet (wobei der Drallwinkel δ bei 10° lag) und zwar in einer Serie, wobei die Flossenhöhen, bezogen auf die horizontale Achse) verändert wurden. Ein Ergebnis der Experimente, welches aus dem Vergleich zwischen den beiden Propellereffektivitäten erhalten wurde, lag darin, dass die Flosse mit dem Drall eine bessere Propellereffizienz η zeigte, als die Flosse ohne Drall.
-
Zum Vergleich zeigt 6 eine teilweise perspektivische Ansicht, in welcher der Drallwinkel δ 10° beträgt; 7 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht, bei welcher der Drallwinkel δ 0° beträgt, und 8 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht, in welcher der Drallwinkel δ bei –10° liegt. Es versteht sich, dass es in Anbetracht des Bereichs des Drallwinkels δ klar ist, dass die Flossenkonfigurationen nach den 7 und 8 als Vergleichsgrößen präsentiert werden und außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
-
Für eine Schiffsantriebsvorrichtung 1 ist die Form jeder Flosse 6 durch Erzeugen eines Dralls in der Flosse 6 in der Weise hergestellt, dass der vordere Kantenteil 6cf der Spitze (6tf bis 6ta) der Flosse 6 hinter der Wurzeln (6bf bis 6ba) der Flosse 6 liegt, und der hintere Kantenteil 6ta an der Spitze (6tf bis ta) der Flosse 6 vor der Wurzel (6bf bis 6ba) der Flosse 6 liegt, wobei die Richtung der Strömung (6tf bis 6ta) an der Flosse 6 berücksichtigt wird. Dies macht es möglich, die Gleitzahl bzw. den Auftrieb an der Spitze (6tf bis 6ta) der Flosse 6 zu steigern. Dementsprechend kann die Propellerwirksamkeit der Schiffsantriebsvorrichtung 1 weiter verbessert werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin anwendbar auf einen Fall, in welchem die Flossen 6 an einem Abschnitt der Propellernabe 5 vorgesehen sind, der hinter den Propellerblättern liegt. In dem Fall, in welchem die Flossen 6 dort hinter den Propellerblättern 3 vorgesehen sind, wird ein Durchmesser der Propellerwelle entlang eines imaginären Kreises, welcher die Wurzeln der umlaufenden Kanten der Propellerblätter 3 miteinander verbindet, als der Referenzdurchmesser verwendet. In dem Fall, in welchem die Flossen 6 an der Nabenkappe 5 vorgesehen sind, sind die Vorderkanten der Flosse 6 so angeordnet, dass sie mit den rückwärtigen Kanten der Wurzeln der Propellerblätter 3 in Vorwärts-Rückwärtsrichtung des Propellers (b ≥ 0) zusammenfallen, und zwar aufgrund der physikalischen Einschränkung, dass die Nabenkappe 5 hinter den Propellerblättern 3 angeordnet sind. Andererseits können in dem Fall, in welchem die Flossen 6 an dem Abschnitt der Propellernabe 2 vorgesehen sind, der hinter den Propellerblättern 3 liegt, die Vorderenden der Flossen 6 zwischen den Propellerblättern angeordnet sein. In diesem Fall kann b einen negativen Wert haben und es ist bevorzugt, wenn –0,5 × Dcf < b < 0. Dies macht es möglich, das Gewicht der Propellernabe 5 zu reduzieren, indem ihre Länge so kurz wie möglich gemacht wird.
-
Schiffe, welche mit der Schiffsantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen sind, umfassen die vorstehende Schiffantriebsvorrichtung 1. Da diese Schiffe die vorstehende Schiffantriebsvorrichtung 1 verwenden, können diese Schiffe einen Vorteil aus der verbesserte Antriebseffizienz ziehen.
-
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
-
Die Schiffsantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine, die mit einem Schraubenpropeller unter Verwendung der Propellernabenkappe mit den Flossen versehen ist. Der Drall wird in jeder Flosse 6 in der Art und Weise erzeugt, dass die vorderen und hinteren Kantenteile an der Spitze der Flosse jeweils hinter und vor der Wurzel der Flosse liegen, wobei die Richtung der Strömungen an der Flosse berücksichtigt werden. Dadurch wird der Auftrieb bzw. die Gleitzahl an der Spitze der Flosse erhöht. Aus diesem Grund kann die Propellereffizienz weiter vergrößert werden. Dementsprechend kann die Schiffsantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung als Schiffsantriebseinrichtung verwendet werden.
-
Weiterhin sind Schiffe, welche mit der Schiffantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung versehen sind, in der Lage, Brennstoffkosten einzusparen, indem die Antriebseffizienz vergrößert wird und dies macht es möglich, das Gewicht der Antriebswelle und das Gewicht des Aufbaus zum Haltern der Antriebswelle zu reduzieren, indem die Antriebsvorrichtung mit geringem Gewicht hergestellt wird. Dementsprechend kann sie für viele Schiffe verwendet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1, 1x
- Schiffantriebsvorrichtung
- 2
- Propellerwelle
- 2a
- Hintere Stirnfläche der Propellerwelle
- 3
- Propellerblatt
- 5
- Propellernabenkappe
- 5a
- Hinterer Endabschnitt der Propellernabenkappe
- 5b
- Äußere umlaufende Fläche einer Propellernabenkappe
- 5f
- Vorderer Endabschnitt der Propellernabenkappe
- 6
- Flosse
- 6ba
- Hinteres Ende einer Wurzel der Flosse
- 6bf
- Vorderes Ende einer Wurzel der Flosse
- 6ta
- Hinteres Ende der Spitze der Flosse
- 6tf
- Vorderes Ende der Spitze der Flosse
- a
- Abstand zwischen dem Vorderende der Flosse und einem Propellerblatt in Rotationsrichtung
- b
- Abstand zwischen dem hinteren Ende eines Propellerblattes und dem Vorderende einer Flosse in Vorwärts-Rückwärtsrichtung des Propellers
- Dca
- Durchmesser des hinteren Endabschnittes einer Propellernabenkappe
- Dcf
- Durchmesser eines vorderen Endabschnittes einer Propellernabenkappe
- Ds
- Bezugsdurchmesser
- Lc
- Vollständige Länge der Nabenkappe
- Pc
- Rotationsachse des Propellers
- α
- Anbring- bzw. Anstellwinkel der Flosse
- ε
- Geometrischer Steigungswinkel einer Wurzel eines Propellerblattes
- γ
- Anstellwinkel der Anbringung der Flosse
- δ
- Drallwinkel der Flosse
