【発明の詳細な説明】
水圧推進システムの羽根
発明の分野
本発明は、水圧推進装置（ｈｙｄｒｏｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｄ
ｅｖｉｃｅ）の作動部品に関係した造船に関し、より詳細には、プロペラ、ウォ
ーター・ジェット、トンネル(ｔｕｎｎｅｌ)およびアジマス(ａｚｉｍｕｔｈ)（
姿勢制御用の）推進羽根に関する。
従来の技術
弓形、ＮＡＣＡ−６６、ＮＡＣＡ−１６、翼形中心線（ｍｅａｎ ｌｉｎｅ）
ａ＝０．８の楕円など、キャビテーション・プロファイルを有しないプロペラ（
tｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ ｈａｖｉｎｇ ｎｏｎ−ｃａｖｉｔａｔｉｏｎｐ
ｒｏｆｉｌｅ）の羽根は周知である。
そのような羽根はすべて、負圧面と正圧面（ａ ｓｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ ｓｕｒｆａｃｅｓ）および前縁と後縁（ａ ｌｅａｄｉｎｇ
ａｎｄ ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅｓ）からなる同じ非直線型プロファイルを
有する。キャビテーション特性、流体力学特性および強度特性をよりよく折り合
いを付けたこれらの羽根は、様々なプロファイルの羽根断面を有する部品を持つ
ことができる。
羽根の断面プロファイルは、前述の羽根を備えた水力推進装置と同じ軸を有す
る円筒面によって生成される羽根の断面で正確に記述することができる。
「羽根の断面」(”ｂｌａｄｅ ｓｅｃｔｉｏｎ”)という言葉は、以下の説明
ではそのような断面に使用される。
前縁と後縁の最も突き出した点を結んだ線は、断面の翼弦（ｓｅｃｔｉｏｎｃ
ｈｏｒｄ）と呼ばれ、横座標であり、それと垂直に、負圧面と正圧面を形成する
縦軸方向の線ｔが計測される。
翼弦の長さはＣで示される。この場合、羽根に関するすべての長さは、翼弦長
Ｃに対する翼弦の距離として、また、厚さすなわち縦軸方向の長さはｔ maxに対
するものとして決めることができる。負圧面と正圧面を形成する線の曲率は、
関数ｔ s.s.＝f1ｘとｔp.s.＝ｆ2ｘの二次導関数ｄｔ／ｄＸで示され、ここで、
ｘは横座標方向の前縁から計測した距離である。（なお、ｔ s.s.は負圧面と中
心線との長さ、ｔp.sは正圧面と中心線の長さである。）
このような既存の羽根の利点は、その断面プロファイルが、負圧面と正圧面に
おいて比較的均一な圧力分布を提供し、翼形抗力（ｐｒｏｆｉｌｅ ｄｒａｇ）
が比較的低く、前縁部分が丸いために前縁部分の負圧ピークが小さくなることで
ある。
既存の羽根の欠点は、船の速度と出力が上昇したときに、負圧面におけるキャ
ビテーション、侵食、振動、騒音および効率低下に関係した問題が発生すること
である。既存の羽根の負圧面は、前縁から後縁までほぼ均一の曲率を有するか、
あるいは前縁から翼弦のほぼ中間にある最小曲率の点まで一様に減少し、次に後
縁まで増大する。一般的見解に従えば、この曲率の増大により、初期の段階でキ
ャビテーションが発生する危険が生じ、翼形抗力が増大する。
本発明に最も近いものは、１９８８年１０月２５日に発行された米国特許第４
，７８０，０５８号、Ｂ６３Ｈ １／２６に記載された水力推進装置の羽根であ
る。この羽根は、凹面の負圧面と凹凸面の正圧面、および丸い前縁と尖った後縁
を有する。羽根断面のプロファイルは、前縁から０．５翼弦長以内にある点に、
最大縦方向の長さを有する一定曲率の負圧面を有する。正圧面を形成する線は、
前方の凹部と後方の凸部を有し、羽根の後部で鋭角に翼弦線と交差し、凹部から
凸部に移行する点は前縁から０．５翼弦長以内の距離にある。この羽根の正圧面
の凹部と凸部の形状のために、一定のキャビテーション条件において性能がある
程度改善された。
後縁部分の正圧面に凸部を導入することにより、後縁がきわめて薄くなるとい
う問題が発生した。さらに、翼弦長の中間に凹部から凸部への移行点があるため
、数多くの条件において羽根のキャビテーション動作を避けられない。
発明の要約
本発明の目的は、キャビテーションもベンチレーション（ｖｅｎｔｉｌａｔｉ
ｏｎ）もない状態で使用するように意図され、改善されたキャビテーション性能
と高いキャビテーション耐性および効率を有し、その結果キャビテーション侵食
、騒音および振動の危険が低減された水圧推進システムの羽根を作成することで
ある。
本発明を利用することにより達成できる性能の改善は、キャビテーションが発
生したとき、流速を高め、同じ羽根の厚さでありながら、同じ揚力係数を維持す
るか、キャビテーションのない同じ速度の流れと同じ羽根の厚さでありながら、
揚力係数を高めるか、あるいはキャビテーションのない同じ速度の流れと同じ揚
力係数を維持しながら、厚さを増加させ、それにより前縁の半径を大きくするこ
とができるであろうことである。
キャビテーションと流体力学的な性能における上記のような改善を達成するた
めに、以下に説明する改善された断面プロファイルを有する羽根を提案する。
本発明による推進装置の羽根は、前縁と鋭い後縁、および負圧面と正圧面を有
する。羽根または羽根の一部は、負圧面を形成する線が弧であり、すなわち一定
の曲率を有するか、あるいは前縁から、前縁から０．４５〜０．５５翼弦長の位
置にある最小曲率の点まで、一様に減少し、この最小曲率の点から、後縁から０
．１翼弦長の位置にある点まで、一様に増大する曲率を有する線である。最小曲
率の点において接線方向に延び負圧面の線と接する直線（接線）が、翼弦線と平
行かまたは、前縁よりも前方にある点で７°以下の角度で交わらなくてはならず
、この接線方向に延びる直線上の点から負圧面を形成する線上の点までの、最小
曲率の点から前縁と後縁の方向に等しい距離にある点で測定した距離が、最小曲
率の点と後縁の間にある点又はその位置のそれと等しいかまたは長い(Ｔｈｅ
ｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅ，ｌａｙｉｎｇ ｔａｎｇｅｎｔｉａｌｌｙ ａｎ
ｄ ｔｏｕｃｈｅｄ ｔｈｅ ｓｕｃｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｌｉｎｅ ａ
ｔ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ，ｈａｄ
ｔｏ ｂｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｈｅ ｃｈｏｒｄ ｌｉｎｅ， ｏｒ ｔ
ｏ ｃｒｏｓｓ ｉｔ ｃｏｎｔｉｎｕｅ ａｔ ｔｈｅ ｐｏｉｔ ｌｏｃａ
ｔｅｄ ｆｏｗａｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ ａｔ ｔｈ
ｅ ａｎｇｌｅ ｎｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ７°， ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓ
ｔａｎｃｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｉｔｓ ａｔ ｔｈｉｓ ｔａｎｇｅｎｔ
ｉａｌｌｙ
ｌａｙｉｎｇ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅ ｔｏ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔｓ
ａｔ ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｔｈａｔ ｆｏｒｍｅｄ ｔｈｅ ｓｕｃｔｉｏｎ
ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔｓ ｌｏｃａｔ
ｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｅｑｕａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅｐｏｉ
ｔ ｏｆ ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｉｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ
ｔｏ ｌｅａｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅｓ ｅｑｕａｌ
ｏｒ ｍｏｒｅ ａｔ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｌｏｃａｔｅｄ ｂｅｔｗｅｅ
ｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｔｒ
ａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ．)。正圧面を形成する線は、羽根の前方部分における
凹部分と、羽根の後方部分で翼弦線と交わる羽根の後部における凸部とを有する
。プロトタイプとの違いは、凹面から凸面への移行点が、前縁から測定して０．
６〜０．９翼弦長の位置にあることである。負圧面を形成する線は、後縁から測
定して０．０３〜０．１翼弦長の距離により大きな曲率を持つ部分を有する。負
圧面を形成する線の縦軸方向の巾又は長さは、０．０５翼弦長の距離に位置する
点で、この線の縦軸方向の巾又は厚さの最大値（最大縦軸方向の巾）の０．４〜
０．７倍の値（ａ ｖａｌｕｅ ｏｆ ０．４ −０．７ ｍａｘｉｍｕｍ ｏ
ｒｄｉｎａｔｅ）を有する。
翼形中心線ＮＡＣＡ ａ＝０．８、ＮＡＣＡ ａ＝１．、弓形線またはその修
正した線の縦軸方向の巾又は厚さは、負圧面を形成する線の縦軸方向の巾又は厚
さを追加し、または正圧面を形成する線の縦軸方向の巾又は厚さから差し引くこ
とができる(Ｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｍｅａｎ ｌｉｎｅｓ ＮＡＣＡ ａ＝０．
８，ＮＡＣＡ ａ＝１．０， ｓｅｇｍｅｎｔ ｌｉｎｅ ｏｒ ｉｔ’ｓ ｍ
ｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ａｄｄｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｏｒｄ
ｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｔｈａｔ ｆｏｒｍｓ ｓｕｃｔｉｏ
ｎ ｓｕｒｆａｃｅ， ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｄｕｃｔｅｄ ｏｆ ｔｈ
ｅ ｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｔｈａｔ ｆｏｒｍｓ ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ ｓｕｒｆａｃｅ．)。
本発明による羽根の前縁は、半円形または３０°以上の角度のくさび形に作成
することができる。
前縁が半円形の場合は、前縁から、前縁から０．０５翼弦長の距離にある点ま
での部分において負圧面を形成する線の曲率は、羽根のこの部分において羽根の
正圧面を形成する線の曲率よりも大きいか、小さいかまたは等しいかいずれでも
よい。
前縁がくさび形に作成されるとき、負圧面を形成する線と翼弦線との間の角度
は、正圧面を形成する線と翼弦線との間の角度よりも大きいか、小さいかまたは
等しい。
後縁から、後縁から０．０３翼弦長の距離にある点までの負圧面を形成する線
の部分は、凹形と非直線または直線で作成することができる。後縁から、後縁か
ら距離０．０３翼弦長にある点までの負圧面を形成する線の一部は、長さが０．
０１５翼弦長以下の翼弦線に垂直名方向の直線によって位置決めされた後縁に接
続された直線部分を含んでもよい(第７ｃ図参照)。
後縁までの正圧面を形成する線の凹面から凸面への移行点の有効な除去のため
に、正圧面の凹部の曲率を大きくし、その結果羽根の後部の正圧力ピークの値を
大きくすることができる。
同時に、後縁の一部の負圧面の曲率を大きくすることにより、正圧面の凸部の
曲率を大きくすることができ、その結果、羽根の後部の正圧力ピーク（ｐｏｓｉ
ｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｅａｋ）の値を大きくすることができる。
この両方の技術的解決策により、既存の羽根の正圧力ピークの約２倍の大きな
正圧力ピークを得ることができる。
正圧面の後部に正圧ピークがあるため、同じ揚力係数の値を維持しながら、負
圧面の曲率を小さくし、その結果、負の圧力係数の値を小さくし、それにより無
キャビテーション速度の値を小さくすることができる。
もう１つの事例において、羽根の同じ所与の厚さを維持しながら、揚力係数の
値を高めることができる。
理論的でかつ実験的な調査では、後縁の前述部分における負圧面の曲率の増大
は、普通の水圧推進システムの設計の考えにおいて予測されるような、この部分
でのキヤビテーションの発生又は／及び翼形抗力の著しい増大を導かないことを
示している。この負の効果の発生しない理由は、後縁から約０．０５翼弦長の距
離におけるプロファイルの厚さが境界層の厚さに匹敵し、後縁の領域に正圧ピー
クがあるので曲率か局部的に増大した部分における負の圧力の値が減少するため
である。
翼形中心線ａ＝０．８、ａ＝１．０、弓形またはその修正線の縦座標を、前述
のような負圧面の線の縦座標へ追加し、そして正圧線の縦座標から差し引くこと
によって、様々な組み合わせの揚力係数、厚さおよび負圧係数の値を得ることが
でき、これは、水圧推進システムの羽根の設計にきわめて有用である。これを使
用することによって、複雑で難しい計算なしに一連のプロファイルを作成するこ
とができる。
前縁を半円形にするかまたは３０°以上の角度でくさび形にすることにより、
前縁部分の流れが改善された。前縁部分における負圧面と正圧面の曲率の関係あ
るいは負圧面の線及び正圧面の線と翼弦線との間の角度の関係によって、所与の
揚力係数の値に関して衝撃のない水切角の値（ｔｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｓｈｏｃｋ ｆｒｅｅ ｅｎｔｒａｎｃｅ ａｎｇｌｅ）が決定され、所望の条件
で動作しているときの前縁における負圧力ピークをなくすことができる。
後縁部分の負圧面の平坦部分は、プロペラの「うなり」を防ぐ。
図面の簡単な説明
第１図は、従来の楕円プロファイルを有する羽根の断面である。
第２図は、米国特許第４，７８０，０５８号に記載された羽根の断面である。
第３図は、本発明による羽根の断面である。
第４図は、楕円断面プロファイルを有する羽根の負圧面と正圧面における圧力の
分布を表す。
第５図は、米国特許第４，７８０，０５８号による羽根の負圧面と正圧面におけ
る圧力の分布を表す。
第６図は、本発明による負圧面と正圧面における圧力の分布を表す。
第７ａ図は、羽根の断面の後縁部分である。
第７ｂ図は、負圧面の平坦部分を備えた羽根の断面の後縁部分である。
第７ｃ図は、翼弦線と垂直な方向の直線で位置決めされた直線部分を有する羽根
断面の後縁部分である。
第８ａ図は、負圧面の曲率が正圧面の線の曲率よりも小さい丸い前縁を備えた羽
根断面の前縁部分である。
第８ｂ図は、負圧面の線の曲率が正圧面の線の曲率と等しい丸い前縁を備えた羽
根断面の前縁部分である。
第８ｃ図は、負圧面の線の曲率が正圧面の線の曲率よりも大きい丸い前縁を備え
た羽根断面の前縁部分である。
第９ａ図は、負圧面の線が、翼弦線と交差する正圧面の線の角度よりも大きい角
度で翼弦線と交わる、くさび形の前縁を備えた羽根断面の前縁部分である。
第９ｂ図は、負圧面の線が、翼弦線と交差する正圧面の線の角度と等しい角度で
翼弦線と交わる、くさび形の前縁を備えた羽根断面の前縁部分である。
第９ｃ図は、負圧面の線が、翼弦線と交差する正圧面の線の角度よりも小さい角
度で翼弦線と交わる、くさび形の前縁を備えた羽根断面の前縁部分である。
第１０図は、従来のプロファイル、タイプＮＡＣＡ−１６ａ＝０．８と本発明に
よるプロファイルの，同じ幾何学的特徴を有するプロペラの比較モデル試験で得
られたキャビテーション状態と無キャビテーション状態における関数ＫT、ＫQと
、効率係数ηを表す。
第１１図は、本発明によるプロペラの羽根の図を表す。
具体例の詳細な説明
第３図〜第１１図は、本発明により設計された羽根を表す。図面から分かるよ
うに、羽根の断面プロファイルは、負圧面と正圧面、および丸い前縁と尖った後
縁を形成する線を有する。負圧面を形成する線は、前縁から後縁まで凹面であり
、前縁から距離０．６０Ｃにある点で最大厚さｔMAXを有する。さらに、負圧面
を形成する線は、後縁から、後縁から０．１Ｃ以内の距離にある点までの曲率が
増大する部分を有する。前縁から距離０．０５Ｃにある点において負圧面を形成
する線の縦座標は、この線の最大縦座標の０．５である。正圧面を形成する線は
、羽根の前方部分に凹部分と、羽根の後方部分で鋭角に翼弦線と交差する凸部分
とを有する。凹面から凸面に移行する点は、前縁から０．６５Ｃの距離にある。
第４図〜第６図に示した圧力分布の比較は、本発明に従って設計されたこの羽
根において、適用した技術的解決策の結果として、本発明にしたがって形づくれ
たプロファイルを有する羽根は、負圧面において、負圧面における低い負圧に対
応する、より高い圧力係数Ｃｐの値を有し、その結果、同じ条件で、キャビテー
ション数σの低い値でキャビテーションが始まることを示す(Ｃｏｍｐａｒｉｓ
ｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｒｅｐｒｅｓｅ
ｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ Ｆｉｇ ４−６ ｓｈｏｗｓ，ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂ
ｌａｄｅ ｗｉｔｈ ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｈａｐｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔ
ｏ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ ｈａｓ ｔｈｅ ｖａｌ
ｕｅ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｅｎｔ Ｃｐ ａｔ ｔｈｅ ｓ
ｕｃｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｔ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎ
ｄｓ ｔｏ ｌｏｗｅｒｓｕｃｔｉｏｎ ａｔ ｔｈｉｓ ｓｕｒｆａｃｅ ａ
ｎｄ ｉｎｃｏｎｃｅｑｕｅｎｃｅ，ｔｏ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｃｅｐ
ｔｉｏｎ ａｔ ｌｏｗｅｒｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｎｕ
ｍｂｅｒ σ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｓ ａ ｒ
ｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ａｐｐ
ｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｂｌａｄｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ．)。
第７図〜第８図は、所望の条件においてある一定の羽根の性能を高めるために
選択することができる前縁の様々な変形を表わす。
第10図は、キャビテーション・トンネル（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｔｕｎｎｅ
ｌ）における高速船の２プロペラ・モデルの比較試験を表わす。これらのモデル
は、羽根面積比ＡE／ＡQ＝０．９９、ｒ／Ｒ＝０．７においてＰ／Ｄ＝１．１５
、羽根数Ｚ＝４の同一の幾何学的特徴を有するが、一方のモデルは、従来のプロ
ファイル・タイプＮＡＣＡ１６ ａ＝０．８の羽根を備え、他方は、本発明によ
り設計された羽根を備える。第１０図に示したように、所望の前進比Ｊ＝０．９
において，所望のキャビテーション数σ＝０．６３は、次のように計算される。
σ＝(Ｐ−Ｐd)/０．５ρｖ2
ここで、
ｖ−船の速度
Ｐ−軸線における静圧
Ｐd−蒸気圧
ρ−水の密度
本発明に従って設計された羽根を備えたプロペラは、羽根の断面プロファイル
ＮＡＣＡ−１６ ａ＝０．８を有するプロペラが、キャビテーションを発生させ
効率係数η＝０．５７のときに、キャビテーションが発生せず効率係数η＝０．
６６を有する。本発明に従って設計された羽根を備えたプロペラの関係σ／ＣT1
の値が、従来の羽根断面を有するプロペラのσ／ＣT1＝１．９に対してσ／ＣT1
＝１．１であり、ここで、ＣT1は、キャビテーションがトラスト係数ＫＴに影響
を及ぼさないときの荷重係数の最大値である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Blade of hydraulic propulsion system
Field of the invention
The present invention relates to a hydraulic propulsion device.
device), and more particularly to propellers,
Water jet, tunnel and azimuth (
(For attitude control).
Conventional technology
Bow, NACA-66, NACA-16, mean line
Propellers without cavitation profiles, such as ellipses with a = 0.8 (
the propellers having non-cavitationp
Rofile's blades are well known.
All such blades have a suction and pressure side.
and the leading and trailing edges (a leading)
and trailing edges).
Have. Better cavitation, hydrodynamic and strength properties
These blades have parts with blade profiles of various profiles
be able to.
The cross-sectional profile of the vane has the same axis as the hydraulic propulsion device with the aforementioned vane
Can be accurately described by the cross section of the blade created by the cylindrical surface.
The term "blade section" is described below.
Is used for such cross sections.
The line connecting the most protruding points of the leading and trailing edges is the chord of the section (sectionc).
hord), which is the abscissa and forms a suction surface and a pressure surface perpendicular to it.
A vertical line t is measured.
The chord length is denoted by C. In this case, all lengths for the blade are chord lengths
As the distance of the chord with respect to C, the thickness, ie, the length in the vertical direction, is related to t max.
Can be determined. The curvature of the line forming the suction surface and the pressure surface is
Function t s.s. = f1x and tps= FTwox, represented by the second derivative dt / dX, where:
x is the distance measured from the leading edge in the abscissa direction. (Note that t s.s.
Length with core wire, tpsIs the length of the pressure surface and the center line. )
The advantage of such existing blades is that their cross-sectional profile is
To provide a relatively uniform pressure distribution and profile drag
Is relatively low, and because the leading edge is round, the negative pressure peak at the leading edge becomes smaller.
is there.
The disadvantage of existing blades is that as the speed and power of the ship increases,
Problems related to bitation, erosion, vibration, noise and reduced efficiency
It is. The suction surface of the existing blade has a substantially uniform curvature from the leading edge to the trailing edge,
Alternatively, it decreases uniformly from the leading edge to the point of minimum curvature approximately halfway in the chord, then
Growing to the edge. According to the general belief, this increase in curvature can cause early key
The risk of cavitation occurs and the airfoil drag increases.
The closest to the present invention is U.S. Pat. No. 4, issue of Oct. 25, 1988.
, 780,058, B63H 1/26.
You. This blade has a concave suction surface and a concave and convex pressure surface, as well as a round leading edge and a sharp trailing edge.
Having. The profile of the blade section is at a point within 0.5 chord length from the leading edge,
It has a suction surface with a constant curvature and a maximum longitudinal length. The line that forms the pressure surface is
It has a front concave part and a rear convex part, intersects the chord line at an acute angle at the rear part of the blade, and from the concave part
The point of transition to the convex portion is within a distance of 0.5 chord length from the leading edge. Pressure surface of this blade
Performance under certain cavitation conditions due to the concave and convex shapes
The degree was improved.
It is said that the introduction of a convex part on the positive pressure surface of the trailing edge makes the trailing edge extremely thin.
Problem has occurred. In addition, there is a transition point from the concave part to the convex part in the middle of the chord length
In many conditions, cavitation of the blade is inevitable.
Summary of the Invention
It is an object of the present invention that cavitation can also be achieved by ventilati.
on) and improved cavitation performance intended for use without
And high cavitation resistance and efficiency, resulting in cavitation erosion
By creating hydraulic propulsion system blades with reduced noise and vibration danger
is there.
The improvement in performance that can be achieved by utilizing the present invention is the result of cavitation.
When produced, increase the flow velocity and maintain the same lift coefficient while maintaining the same blade thickness
Or the same speed of flow without cavitation and the same blade thickness,
Increase the lift coefficient or use the same lift for the same speed flow without cavitation
Increasing the thickness, thereby increasing the leading edge radius, while maintaining the force coefficient
And what we can do.
To achieve these improvements in cavitation and hydrodynamic performance
To this end, we propose a blade with an improved cross-sectional profile as described below.
The blade of the propulsion device according to the present invention has a leading edge, a sharp trailing edge, and a suction surface and a pressure surface.
I do. For a blade or part of a blade, the line forming the suction surface is an arc, i.e. constant
Or from the leading edge, 0.45 to 0.55 chords from the leading edge
From the trailing edge to the point of minimum curvature at the point of minimum curvature.
. A line with a curvature that increases uniformly up to a point at one chord. Smallest song
The straight line (tangent line) that extends tangentially at the rate point and touches the suction surface line is
Must cross or at an angle of 7 ° or less at a point in front of the leading edge
, From the point on this straight line extending in the tangential direction to the point on the line forming the suction surface
The distance measured at a point equal to the leading and trailing edges from the point of curvature is the minimum curvature
Equal to or longer than the point between the rate point and the trailing edge or at that location (The
straight line, laying tangentially an
d touched the suction surface line a
t the point of minimum curve, had
to be parallel the chord line, or t
o crossit continue at the point loca
ted forward of the leading edge at the
e angle no more than 7 °, and the dis
nce from the points at this tangent
ially
layering straight line to the points
at the line that formed the suction
surface measured at the points locat
ed at the equal distance from thepooi
t of minimum curvature in directions
to reading and trailing edges equal
or more at the point located between
n the minimum curvature point and tr
ailing edge. ). The line forming the pressure surface is at the front of the blade
It has a concave part and a convex part at the rear part of the blade that intersects the chord line at the rear part of the blade.
. The difference from the prototype is that the transition point from the concave surface to the convex surface is 0.1 mm as measured from the leading edge.
6 to 0.9 chord length. The line forming the suction surface is measured from the trailing edge.
It has a portion having a larger curvature at a distance of 0.03 to 0.1 chord length. negative
The width or length of the line forming the pressure surface in the vertical axis direction is located at a distance of 0.05 chord length.
At this point, the maximum value of the width or thickness in the vertical axis direction of this line (the maximum width in the vertical axis direction) is 0.4 to 0.4.
The value of 0.7 times (a value of 0.4−0.7 maximum
rdinate).
Airfoil center line NACA a = 0.8, NACA a = 1. , Bow line or its modification
The width or thickness of the corrected line in the vertical axis direction is the width or thickness of the line forming the suction surface in the vertical axis direction.
Add or subtract from the vertical width or thickness of the line forming the pressure surface.
(Ordinates mean lines NACA a = 0.
8, NACA a = 1.0, segment line or it's m
modifications can be added to the ord
inates of the line that forms successful
n surface, and can be reduced of th
e ordinates of the line that forms p
resource surface. ).
The leading edge of the blade according to the invention is made semicircular or wedge with an angle of 30 ° or more
can do.
If the leading edge is semicircular, the leading edge must be at a distance of 0.05 chord from the leading edge.
The curvature of the line forming the suction surface at the part at
Either greater than, less than or equal to the curvature of the line forming the pressure surface
Good.
When the leading edge is made wedge-shaped, the angle between the line forming the suction surface and the chord line
Is greater than, less than, or greater than the angle between the line forming the pressure surface and the chord line.
equal.
Line forming the suction surface from the trailing edge to a point at a distance of 0.03 chord from the trailing edge
Can be made concave and non-linear or straight. From the trailing edge to the trailing edge
A part of the line forming the suction surface from the point located at a distance of 0.03 chord length from the center line has a length of 0.3 mm.
Tangent to the trailing edge positioned by a straight line in the vertical direction to a chord line no longer than 015 chord length
It may include a continuous linear portion (see FIG. 7c).
For effective removal of the transition point from the concave surface to the convex surface of the line forming the pressure surface up to the trailing edge
In addition, the curvature of the concave portion of the positive pressure surface is increased, and as a result, the value of the positive pressure peak at the rear of the blade is
Can be bigger.
At the same time, by increasing the curvature of the suction surface at a part of the trailing edge,
The curvature can be increased, resulting in a positive pressure peak (posi) at the rear of the blade.
The value of active pressure peak) can be increased.
With both technical solutions, approximately twice as large as the positive pressure peak of existing blades
A positive pressure peak can be obtained.
Since there is a positive pressure peak behind the positive pressure surface, while maintaining the same lift coefficient value,
Reduce the curvature of the pressure surface and, consequently, the value of the negative pressure coefficient, thereby
The value of the cavitation speed can be reduced.
In another case, while maintaining the same given thickness of the blade, the lift coefficient
Value can be increased.
Theoretical and experimental investigations have shown that the suction surface curvature increases in the aforementioned portion of the trailing edge.
This part, as expected in the design considerations of a normal hydraulic propulsion system,
Do not lead to cavitation or / and a significant increase in airfoil drag
Is shown. The reason that this negative effect does not occur is that the distance from the trailing edge is about 0.05 chord length.
The thickness of the profile at separation is comparable to the thickness of the boundary layer, with positive pressure peaks in the trailing edge area.
The value of the negative pressure in the part where the curvature or locally increased
It is.
The ordinates of the airfoil center line a = 0.8, a = 1.0, and the bow or its correction line are described above.
To the ordinate of the suction line, such as, and subtract from the ordinate of the pressure line
To obtain different combinations of lift coefficient, thickness and negative pressure coefficient values.
Yes, this is very useful for the design of blades in hydraulic propulsion systems. Use this
To create a series of profiles without complicated and difficult calculations.
Can be.
By making the leading edge semi-circular or wedge-shaped at an angle of 30 ° or more,
The flow at the leading edge has been improved. Relationship between curvature of suction surface and pressure surface at leading edge
Or the angle relationship between the suction line and the pressure line and the chord line,
Regarding the value of the lift coefficient, the value of the drainage angle without impact (the value of the
The shock free entry angle is determined and the desired conditions are determined.
, The negative pressure peak at the leading edge when operating at.
The flat portion of the suction surface at the trailing edge prevents the propeller from "beating."
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 is a cross section of a conventional blade having an elliptical profile.
FIG. 2 is a cross section of a blade described in U.S. Pat. No. 4,780,058.
FIG. 3 is a cross section of a blade according to the present invention.
FIG. 4 is a graph of the pressure on the suction side and the pressure side of a blade having an elliptical cross-sectional profile.
Represents the distribution.
FIG. 5 shows the suction and suction surfaces of a blade according to US Pat. No. 4,780,058.
Pressure distribution.
FIG. 6 shows the pressure distribution on the suction side and the pressure side according to the present invention.
FIG. 7a shows the trailing edge of the blade section.
FIG. 7b is the trailing edge of the cross section of the blade with the flat part of the suction surface.
FIG. 7c shows a vane having a straight section positioned in a straight line perpendicular to the chord line
This is the trailing edge of the cross section.
FIG. 8a shows a vane with a round leading edge where the curvature of the suction surface is smaller than the curvature of the line of the pressure surface.
This is the leading edge of the root section.
FIG. 8b shows a vane with a round leading edge in which the curvature of the suction surface line is equal to the curvature of the pressure surface line.
This is the leading edge of the root section.
FIG. 8c shows a rounded leading edge where the curvature of the suction surface line is greater than the curvature of the pressure surface line.
This is the leading edge of the blade section.
FIG. 9a shows that the angle of the suction surface line is greater than the angle of the pressure surface line intersecting the chord line.
It is the leading edge of the blade section with a wedge-shaped leading edge that intersects the chord line in degrees.
FIG. 9b shows that the line on the suction surface is at an angle equal to the angle of the line on the pressure surface that intersects the chord line.
It is the leading edge of the blade section with a wedge-shaped leading edge that intersects the chord line.
FIG. 9c shows the angle of the suction surface line being less than the angle of the pressure surface line intersecting the chord line.
It is the leading edge of the blade section with a wedge-shaped leading edge that intersects the chord line in degrees.
FIG. 10 shows a conventional profile, type NACA-16a = 0.8, according to the present invention.
In a comparative model test of propellers of the same profile
Function K in cavitational state and non-cavitational stateT, KQWhen
, Efficiency coefficient η.
FIG. 11 shows a diagram of a blade of a propeller according to the invention.
Detailed description of specific examples
3 to 11 show a blade designed according to the present invention. You can see from the drawing
As shown, the cross-sectional profile of the blades has a suction surface and a pressure surface, and a round leading edge and a sharp
With lines forming edges. The line forming the suction surface is concave from the leading edge to the trailing edge.
The maximum thickness t at a point 0.60 C from the leading edgeMAXHaving. In addition, the suction surface
Has a curvature from the trailing edge to a point within 0.1C of the trailing edge.
Has an increasing portion. A negative pressure surface is formed at a distance of 0.05C from the leading edge
The ordinate of this line is 0.5, the maximum ordinate of this line. The line that forms the pressure surface is
A concave portion at the front of the blade and a convex portion intersecting the chord line at an acute angle at the rear of the blade.
And The point of transition from concave to convex is at a distance of 0.65C from the leading edge.
The comparison of the pressure distributions shown in FIGS. 4 to 6 shows that this blade designed according to the invention
At the root, shaped according to the invention as a result of the applied technical solution
The blade with the profile has a low suction pressure against the low suction pressure on the suction surface.
Corresponding to a higher pressure coefficient Cp, so that, under the same conditions,
Indicates that cavitation starts at a low value of the translation number σ (Comparis
on of pressure distributions represe
nted at the Fig 4-6 shows, that the b
lade with profile shaped according t
o the proposed invitation has the val
ue of pressure coefficient Cpat at the s
action surface higher that correspon
ds to lowersuction at this surface a
nd inconsequence, to cavitation incept
Tion at lowervalues of cavitation nu
mber σ at the same conditions, as ar
esult of the technical solutions app
led in this blade design according
to proposed invitation. ).
FIG. 7 and FIG. 8 are diagrams for improving the performance of a certain blade under desired conditions.
FIG. 4 illustrates various variations of the leading edge that can be selected.
FIG. 10 shows a cavitation tunnel.
1 represents a comparative test of a two-propeller model of a high-speed ship in l). These models
Is the blade area ratio AE/ AQ= 0.99, P / D = 1.15 at r / R = 0.7
, Having the same geometric features with the number of blades Z = 4, but one model
With a blade of file type NACA16 a = 0.8, the other according to the invention
Equipped with redesigned blades. As shown in FIG. 10, the desired forward ratio J = 0.9
, The desired cavitation number σ = 0.63 is calculated as follows.
σ = (PPd) /0.5ρvTwo
here,
v-ship speed
Static pressure at P-axis
Pd-Vapor pressure
ρ-water density
Propellers with vanes designed according to the invention provide a cross-sectional profile of the vanes
A propeller with NACA-16 a = 0.8 causes cavitation
When the efficiency coefficient η = 0.57, no cavitation occurs and the efficiency coefficient η = 0.
66. Relationship of propellers with vanes designed according to the invention σ / CT1
Is the σ / C of the propeller having the conventional blade section.T1= Σ / C for 1.9T1
= 1.1, where CT1Means that cavitation affects the trust coefficient KT
Is the maximum value of the load coefficient when no influence is exerted.
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フロントページの続き
(72)発明者 フィルスコフ ユーリー ヤ
ロシア連邦，199397 サンクトペテルブル
グ，ウリ．ナリチナヤ，40―５―155────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Filskoff Yuri Ya
Russian Federation, 199397 St. Petersburg
Gu, Uri. Naritinaya, 40-5-155