JP2000512597A - パワーボート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 パワーボート用の揚力発生装置であって、横断面が半円形の境界材（４）がボートのプロペラ（５）のすぐ下側に取り付けられており、これによりプロペラが境界材（４）の上面上に高速水流を発生して、揚力を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称：パワーボート 発明の分野：この発明はパワーボートに係るものである。 発明の背景： 滑水状態で運転するように設計されたボートは、停止か低速度からスタートす るとき、船体の大部分が水中に浸かった状態（この状態では、ボートは大きな波 と排水抗力をつくりだす）から、水を通して起こされた船体への流体力学的応力 が船体の大部分を水から持ち上げ、それによって抗力を減じ、滑水状態で高速に 達する状態に移されなければならない。 かなりの船が、この移動を迅速に達成するのを妨げ制限する好ましからざる姿 勢を水中で示す。これは種々の理由による。例えば、船が非常に重かったり、水 上スキーヤーを停止位置から引っ張っていたりして、それによって船の舵を壊し たりする。ボートが動力不足であれば、ボートは効果的に滑水状態に移れないか 、またはそのようになるのに非常に時間がかかる。 これらの問題を克服するため、翼型揚力発生装置が時々ボートに取り付けられ ていて、一般的には推進ユニットの水中に没した部分に取り付けられている。流 れ偏向板もまた頻繁にボートの船尾板の後方に取り付けられている。 それら２通りの型の装置の意図するところは、ボートの船尾で揚力を上げるこ とである。これは船体全体の揚力を部分的に上げるが、さらに重要なこととして 、低速における抗力を減らすためボートの姿勢を変え、これによってより容易に より速く滑水状態に移行できるのである。 そのような装置はしばしば採用され、翼型は航空機の翼と同じ方法で運転され ている。ボートの滑水カバーが揚力を作るのと同じ方法で、偏向板が、ボートの 動きによって起こされる流れの方向を変えることにより揚力を作り出す。翼と偏 向板の両方が作用するためには、水を通したボートの動きを必要とし、両方の型 の装置で、揚力は水を通してボートのスピードの増加と共に増大する。そのため 両方の型の装置は、船尾の持上げが最も必要とされるとき、即ちボートが停まっ ているか非常にゆっくりと動いているときには、効果が少なくなっている。つま り、持上げとスピードの逆の関係を持つことが都合が良いわけで、すなわちボー トが停まっているときに揚力発生装置によって作られた揚力が最大になり、定速 のままでいるか、またはボートが運転スピードに近づくにつれ減少するという関 係である。 従って、特にボートが停まっているかゆっくり動いているときに、水を通して 最大の揚力をボートにもたらす揚力発生装置の改良型を提供することが、この発 明の目的である。 発明の概要： この発明の最初の思想によると、高速水流を発生させる流水発生機を持つボー トのために揚力発生装置を提供するもので、その装置には、上向きに向いた表面 を持ち、その上面を高速水流が境界材の下面の下を流れるいかなる水流よりも大 きい速度で流れるようになる境界材が含まれている。 流水発生機は、このボートの主推進ユニット、例えば、プロペラまたはジェッ ト推進ユニットである。 この発明の次の思想によると、高速水流を発生させる流水発生機を持ったボー トのために揚力を作り出す方法を提供するもので、その方法は、上面と下面を持 ち境界材４を上記流水発生機５に関して、上記流水発生機５の運転時に、上記境 界材４の下面の下を流れるいかなる水流よりも大きい速度で上記高速水流が上記 境界材４の上面の上を流れるよう位置する上記境界材４を提供するものである。 前記境界材は、前記高速水流の流れの方向を横切る面で好ましくはアーチ状の 形をしている。例えば、その境界材は横断面で半円の形をしていて、その様な境 界材の構造はその範囲内で高速流を維持するのに役立つ。 図面の簡単な説明： 図１は、欠陥のある高抗力の姿勢をとったボートを示す図である。 図２は、この発明による揚力発生装置を具えたボートを示す図である。 図３ａは、この発明の装置の作動方式を示す図である。 図３ｂ、３ｃおよび３ｄは、この発明の装置の別の形状を示す図である。 図４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｄは、密閉チューブすなわち実質的に密閉チュ ーブの形状を使用した結果生ずる状態を示す図である。 図５は、図２に似ているがボートの後部に揚力発生装置を備えたボートの別の 形を示す図である。 図６は、推進ユニットを具えた装置を示す斜視図である。 図７は、推進ユニットを備えた装置の別の形を示す斜視図である。 図８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄおよび８ｅは、図３ａに似ているがさらに別の設計 による変形を示す図である。 図９は、この発明による装置を使用した効果を示す表である。 好ましい実施例の説明： 図１は、欠陥のある高抗力の姿勢をとったボートを示す。図１の船はプロペラ １１を駆動する船外発動機１０を備え、発動機１０の重量と連結した駆動システ ムは、船が高抗力を作り出す非常に重い状態にあるものである。 図２は、この発明による揚力発生装置１を備えた図１の船を示す。この装置１ は、この推進ユニットの水面下の部分２についており、推進ユニットの運転時に は、揚力が生じてそれが図１の矢印３の方向に働き、それによって船の姿勢が変 わり本質的な抗力の減少をもたらす。この装置１は、船の２箇所につけられる。 第１はスケグ（かかと）挟みによって推進ユニットの水面下部分のスケグに、第 ２は２本の支柱によって船の陽極トリム・フィンのあるところである。 この発明による装置の基本的な形は、図３ａに示す。この装置は有形の境界材 ４を備え、その上部表面は高速水流にさらされる。この高速水流は、一般に（し かしもっぱらというわけではないが）装置１が付いている船の主推進ユニットに よってもたらされる。この主推進ユニットは、一般に（しかし必ずしもそうとは 限らないが）ある種のプロペラで、図３ａではプロペラは概略５に示され、その プロペラの回転軸が６に示されている。 境界材４は推進ユニットの固定部または７に概略示された支柱によって船の船 殼についている。プロペラ５の運転時には、高速の水流が起こされて境界材４の 上面を流れ、それによって揚力が生ずる。 図３ａはプロペラ５と境界材４の関係を示す。この装置が効果的に機能するた めには、高速の水流が境界材４の上面に密接していることが重要なことである。 プロペラ駆動海洋船舶の場合、境界材４の上面と高速流を完全に密接させる一つ の方法は、プロペラ回転軸６の下にあるプロペラ先端の周りを、境界材が半円で 囲まれた区域即ち図３ａに示した様にすることである。プロペラの運転によって 起こされる流れの方向は、境界材４の上流端Ｙから境界材４の下流端Ｘへの方向 である。 境界材４は、図３ａに示したごとく区画板でできた単純な半円筒形をしている か、あるいは、図３ｂ、３ｃおよび３ｄに示された補助翼部のついた半円形をし ている。境界材４が図３ｂに示した補助翼部をもっている場合、補助翼構造の最 前部は境界材４の上流端Ｙになる。もしも補助翼部を採用したとすると、図３ｃ のような隅の凹凸をとった平板から、図３ｄに示す様な後部が著しく下に曲がっ た部分を持つ下反り補助翼に実際上変化する。境界材４は、図３ａから３ｄのそ れぞれに示すごとく、プロペラ５の上流と下流に延在し、プロペラ５はＸとＹの 間すなわち境界材４の下流端と上流端の間に横たわっていると考えられる。 充分な揚力を得るため、境界材４はプロペラ回転軸６の周りに完全すなわち実 質的に密閉した対称的円筒を形成してはならない。それは、そのような形状が揚 力を打ち消すようになる好ましくない下向き応力を作り出すからである。図４ａ は、軸６に対して対称な完全に密閉した円筒を示す。その様な装置では、揚力は 実質的に下向き応力によって打ち消される。それ故にこの発明になる装置は対称 的な密閉円筒装置ではない。 図４ｂは、軸６に対して非対称の完全密閉円筒を示す。図４ｃは、軸６に対し て対称な実質的に密閉構造の円筒を示すが、図４ｄは、プロペラ回転軸６に対し て非対称の実質的に密閉な円筒を示す。図４ｂ、４ｃおよび４ｄに示された装置 は、かなりの応力を生ずるが、この発明の好ましい形ではない。 図４ａから４ｄのそれぞれにおけるＵの印は、水面に最も近い円筒側を示すの に使用され、Ｌの印は水面から最も遠い円筒側を示すのに使用される。 図２は、装置１を船外発動機駆動システム（または同様な積極駆動ユニット） につける方法を示し、図５は軸駆動装置に適した取りつけ方法を示す。図５に示 す装置の境界材４は、実質的にプロペラ５の回転軸６と一致する円の軸の断面に おいて半円形をしている。プロペラ５は境界材４の両端の間にあって、この場合 には、境界材４の下流端Ｘのより近いところに位置している。 プロペラ５は、船の殻体の下方に延在する支柱１３によって支えられる支持体 １４により支持される軸１２により駆動される。境界材４は、その下流端の近く で支柱７によって殻体につながり、上流端でクランプ８により軸支持体１４また は軸のどちらかにつながる。 図６に示された装置では、境界材４は、下流端でキャビテーション・プレート １５についている一般的に半円形の部品の形になっていて、そのキャビテーショ ン・プレートはプロペラ５が支えられている脚１６上についている。図７のもっ と進んだ装置では、境界材４は傾斜した支柱７によって推進ユニットのギアボッ クス・ケース１６についている。この場合には境界材４は、図３ｄに示された線 に沿って下側に張り出した下流端を持っている。 境界材４を推進ユニットに取り付ける方法はいろいろある。それらの方法では 、普通プロペラ軸の上方に延在する支柱または他の固定部品を使用する。それ故 に高速水流は、普通固定部品の下向きに面した表面上を流れる。これは好ましか らざる下方への応力をかなり作り出すのを避けがたい。従って境界材やそのよう な固定部品の設計には、下記の規準の少なくとも一方（好ましくは両方）を満足 させなければならない。 （１）プロペラ回転軸６の上方にある境界材４（支柱または他の固定部品を含め て）の完全または実質的に密閉した部分の全面積は、プロペラ回転軸６の下にあ る揚力発生区域の全面積よりもかなり少なく保たれなければならない。 （２）プロペラ回転軸６の上方にある境界材（支柱または他の固定部品を含めて ）の完全または実質的に密閉した部分は、プロペラ回転軸６に関して非対称でな ければならず、図４ｂおよび４ｄに示したごどく、軸６上の隙間が軸より下の隙 間よりもかなり大きくなければならない。 図３ａと図５から７に示された固定方法は、全てそれらの要求を満足している 。境界材４の形の細かな詳細を境界材４の入射角度と一緒に変えることにより、 この発明による装置が、次に挙げる引き上げおよびスピード特性を作り出すこと は 可能である。 （ａ）本装置がついている船が停まっているか、作動スピードに比較してゆっく り動いているとき揚力が大きく、 （ｂ）船がスピードを上げるにつれて初めの大きな揚力が幾分か減少するか、ま たは （ｃ）船がスピードを上げるにつれて初めの大きな揚力が一定のままでいるか、 または （ｄ）船がスピードを上げるにつれて初めの大きな揚力が増加する。 伝統的な航空翼に採用されているような種々の詳細な形を、その効果の改善ま たは修正のために境界材４に適用させることができる。その形は持ち上がったス トリップ、張り板等を含んでおり、境界材４の上面、下面、両面、プロペラ５の 上流側、下流側、両側で真っ直ぐだったり、曲がっていたりする。かくして図８ ａは、境界材４の上面で真っ直ぐなストリップ２０を使用したものを示す。図８ ｂは、境界材４の下面で真っ直ぐなストリップ２１を使用したものを示す。図８ ｃは、境界材４の上面で傾斜したストリップ２２を使用したものを示す。図８ｄ は、小さな翼２３を使用したものを、図８ｅは、境界材４の下流端Ｘの近くに細 長いくぼみ２４を使用したものを示す。 図９は浅いＶ型の船体をもった膨張式ゴムボートを使って行った試験の結果を 示す。ボートの全長は３メートルで、船幅は１．４メートルである。ボートのお およその重量は８０ｋｇｍで、ボートの動力ユニットは、８馬力２ストローク船 外発動機である。クルーは、およそ８０ｋｇｍの体重の２名である。船の重量と それぞれのクルーの重量が類似しているのは、クルーの着席位置を変えることに より、船の姿勢を広い範囲にわたって変えることが可能であるからである。 非常に重い状態でのボートの最高速度は効果的な滑水には非常に遅いが、非常 に離れた前方荷重ではかなりの滑水機能が明らかにあったという試験の為に、こ の船とクルーの荷重は選択された。このテストは、静止状態のスタートから移動 した距離と、スタートのアイドリングから出来るだけ速くスロットルをいっぱい に開くまでの時間を計ることによって行った。 曲線３０は、装置無しの非常に重い状態を作るため、クルーをできるだけ船の 後ろに座らせて得られた結果を示す。 曲線３１は、クルーを約０．５メートルづつ船の中央部に向かって前方に移動 させ、装置無しの状態で得られた結果を示す。 曲線３２は、一人のクルーが実際に船首に座り、エンジンを運転するもう一人 のクルーが、出来るだけ前方にしかも機関を制御できるところに座り、装置無し の状態で得られた結果を示す。 曲線３３は、この発明による装置を船に取り付け曲線３０の試験を繰り返して 得られた結果を示し、曲線３４は、この発明による装置を船に取り付け曲線３１ の試験を繰り返して得られた結果を示す。 図９の曲線で示されたごとく、これら試験の結果はこの発明による装置の能力 が、船の劣った姿勢とその結果である劣った滑水能力を改善していることを確証 している。それらはまたこの装置の抗力の不利な条件が、非常に控えめなもので あることを示唆している。 この発明の個々の実行に当たっての詳細な機械設計や材料選択には、応力荷重 や疲労および腐食抵抗を注意しなければならない。表面仕上げも抗力を少なくす るため必要である。 航空装置では、プロペラやジェット・エンジンによってつくられた空気の高速 流は、翼の上面に吹き付けられる様に設計されていることを出願人は知っている 。このタイプの翼およびフラップ・システムによってつくりだされた揚力は、た だ単に推進装置によって引き起こされた普通の後流の中におかれた伝統的な翼か ら実現できる揚力の数倍になる。 その様な高速のエンジン吹き付け空気流を使った装置で、後部が非常に大きく 下に曲がっている高い下反り翼断面を持った翼を採用することは可能である（し かし必要ではない）が、これは高速空気流の吹き付けが無いと、激しい流れの分 離即ち失速の損害を受けることがある。 これら公知の航空機への応用に対して、この発明になる装置は船舶への応用で あって、作動媒体として水を使用する。高速水流がその上につくられる境界材を 使用して高揚力が作り出される。この高速水流は普通（しかし例外的ではない） 船の推進ユニットによってつくられる。そのような推進ユニットは、例示したご とくプロペラまたはウオーター・ジェット装置である。 船の滑水能力を改善するために使われる既存の船舶引き上げ発生装置と比べ、 この発明になる装置の重要な利点は、運転スピードで大きな揚力をだすという追 加的選択と共に、船が停止していたりゆっくり動いているときに、最大に出来る 揚力成分をつくれることである。 運転スピードにおいて（もしもそのように望まれれば）揚力を維持するという この発明の装置のそれ以上の能力は、船の姿勢を改善してそれによって抗力を減 じ、所定の滑水スピードを維持するためにより少ない動力の使用を可能にしてい る。これは燃料の節約を増加し、エンジン・サイズをより小型化し、４ストロー ク・ガソリンまたはディーゼル・エンジンの様な重量比に対しより少ない動力の エンジン使用が可能である。これはそれと共に２ストローク・エンジンにさらに 改良された燃料消費と排ガスがよりきれいになるという結合した利益をもたらす 。 この発明の境界材装置はまた、縦ゆれや横揺れの様な挙動を制御する作動制御 装置としても使うことができる。その様な場合は、高速水流のもとが船の主推進 ユニット以外のものになる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成９年１２月２日（１９９７．１２．２） 【補正内容】 請求の範囲（補正） １．高速水流を作り出す流水発生機５を持つボートの揚力発生装置であって、上 方に向いた表面を持った境界材４を含み、上記表面上を上記境界材下面の下のい かなる水流よりも大きい速度で上記高速水流が流され、上記境界材４が上記流水 発生機５の上流と下流の両方に延在することを特徴とする揚力発生装置。 ２．上記流水発生機５が上記境界材４の上流端よりも下流端により近くの位置に なるように、上記境界材４が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載 の装置。 ３．上記境界材４が、プロペラ回転軸６の周りで概して半円形をしていることを 特徴とする上記請求項のどちらかに記載の装置。 ４．上記境界材４が、激しく後部が曲がった部分を持っていることを特徴とする 上記請求項のいずれかに記載の装置。 ５．請求項１から４のいずれかひとつに記載の装置を具えたボート。 ６．上記流水発生機５が、上記ボートの主推進ユニットであることを特徴とする 請求項５に記載のボート。 ７．高速水流を作り出す流水発生機５を持つボートの揚力を作り出す方法であっ て、上面と下面を持ち上記流水発生機５の運転時に、上記高速水流が起こされて 上記境界材４の上面の上を上記境界材４の下面の下を流れるいかなる水流よりも 大きい速度で流されるように、上記流水発生機５に関して境界材４を位置づける 上記境界材４を提供することを含み、上記境界材４が上記流水発生機５の上流と 下流の両方に延在する様に取り付けられていることを特徴とする方法。 ８．上記流水発生機５が上記境界材４の上流端よりも下流端により近く位置する ように上記境界材４を装備していることを含む特徴を持った請求項７に記載の方 法。 ９．長手方向に翼構造を持つようにした上記境界材４を形成することを含む特徴 を持った請求項８に記載の方法。 １０．上記境界材４が、激しく後部が曲がった部分を持っていることを特徴とす る請求項９に記載の方法。 １１．上記流水発生機は、キャビテーション・プレート１５が取り付いている脚 １６上で支えられたプロペラ５であり、上記境界材４は上記キャビテーション・ プレート１５に付いていることを特徴とする請求項９に記載の方法。 １２．上記流水発生機は、軸１２上に支えられたプロペラ５であり、上記境界材 ４は上記軸１２とその支え１３、１４、またはそのいずれか、および上記ボート にくっ付いていることを特徴とする請求項９に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高速水流を作り出す流水発生機５を持つボートの揚力発生装置であって、上 方に向いた表面を持った境界材４を含み、上記表面上を上記境界材下面の下のい かなる水流よりも大きい速度で上記高速水流が流されることを特徴とする揚力発 生装置。 ２．上記境界材４が、上記高速水流の流れの方向を横切る面でアーチ状の形をし ていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 ３．上記境界材４が、プロペラ回転軸６の周りで半円形であることを特徴とする 、請求項２に記載の装置。 ４．請求項１に記載の装置を具えたボート。 ５．上記流水発生機５が、ボートの主推進ユニットであることを特徴とする、請 求項４に記載のボート。 ６．高速水流を作り出す流水発生機５を持つボートの揚力を作り出す方法であっ て、上面と下面を持ち上記流水発生機５の運転時に、上記高速水流が起こされて 上記境界材４の上面の上を上記境界材４の下面の下を流れるいかなる水流よりも 大きい速度で流されるように、上記流水発生機５に関して境界材４を位置づける 上記境界材４を提供することを含む方法。 ７．上記高速水流の流れ方向を横切る面で、横断面が半円形である上記境界材４ を作ることを含む特徴をもった、請求項６に記載の方法。 ８．ボートにはプロペラ５があり、上記境界材４がプロペラ回転軸６の下のプロ ペラ先端位置の周りを囲んだ半円の一部であることを特徴とする請求項６に記載 の方法。 ９．長手方向に翼構造を持つようにした上記境界材４を形成することを含む特徴 をもった請求項７に記載の方法。 １０．キャビテーション・プレート１５が取り付けられた脚１６上で上記プロペ ラ５が支えられ、上記境界材４が上記キャビテーション・プレート１５に取り付 けられていることを特徴とする請求項８に記載の方法。 １１．上記境界材４が、上記プロペラ５に関して上流と下流に延在するように取 り付けられていることを特徴とする請求項８に記載の方法。