JP2002502762A

JP2002502762A - 推進システム

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Publication number: JP2002502762A
Application number: JP2000530421A
Authority: JP
Inventors: イアンジェームスダンカン; ヒューゴアンソニーダンカン
Original assignee: Futuretech Technologies Ltd
Current assignee: Futuretech Technologies Ltd
Priority date: 1998-02-07
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2002-01-29
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: RU2198818C2; AU736315B2; EP1053173B1; KR100657659B1; ES2213352T3; EP1053173A1; JP4299968B2; KR20010040686A; WO1999039973A1; US6332818B1; DE69913655D1; CA2320479C; ATE256591T1; CN1290223A; DE69913655T2; GB9802570D0; DK1053173T3; AU2529499A; CN1149162C; CA2320479A1

Abstract

(57)【要約】船舶用の推進システムが、当該船舶の船殻（３）の船尾肋骨（２）から後方に延びる少なくとも１本の軸（１）と、該軸を駆動する駆動システム（９、１０、１１）を有している。表面貫通型のプロペラ（４）が、該又は各軸（１）上に上記船殻の後縁（７）に近接して取り付けられ、これにより、上記プロペラは当該船舶の使用時に船殻の背後に生成される船尾肋骨キャビティ内で作動する。該又は各プロペラ（４）に関する翼（６）の間隔（Ｓ）の翼弦（Ｃ）に対する比（Ｓ／Ｃ）は、該翼の略全長に沿って少なくとも２.０である。本推進システムは、高速船舶に特に適した高運転効率を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

本発明は、高速船舶用の推進システムに関する。特に、本発明は高運転効率を
有する改良された表面駆動推進システムに関するものである。

【０００２】

【背景技術】

既知の高速船舶用推進システムは、低速度において、高速度において又は所望
の速度範囲の全体にわたり、大幅な性能の限界を呈する。船舶用の最も簡単な形
の推進器、即ち水中プロペラは多くの限界を有し、高速度では低い効率特性を有
する傾向にある。１９６０年代に導入された、改良された駆動システム、即ち“
Ｚ”（又は船尾）駆動器は、小型船舶用に高速での改善された効率を提供する。
しかしながら、この型式のプロペラに関しては、非常な高速においては問題が経
験されており、時には代わりに表面貫通型（surface-piercing）プロペラが取り
付けられなければならない。

【０００３】高船舶速度に対しては、専用の表面駆動システム又はＺ駆動器の何れかに取り
付けられた表面貫通型プロペラは、最高の効率を提供する。しかしながら、従来
の表面貫通型プロペラは低速において極端に出力吸収的である。その１つの理由
は、これらプロペラが半浸水状態で運転されるように設計されているため、それ
らの直径が通常のプロペラと較べて大きいことにある。このように、当該船舶が
滑走速度を達成するまでは、該プロペラは、通常、流れ及びトルク要件が過度に
高くなるほど過度に浸水される。あまり良く理解されていない第２の要因は、翼
が高揚力係数で働いている低速度且つ高出力においては、翼の背後の蒸気キャビ
ティが広くなり、且つ、１つの翼のキャビティの外側表面と後続の翼の推進面と
の間の距離が小さくなるということである。このように、当該翼は、実効的に、
推進の明らかな損失を伴って蒸気泡を押圧していることになる。特に、これらの
２つの要因が、表面駆動器を取り付けた船舶が滑走に達するのに大きな困難さを
有する原因であり、これは上記表面駆動器には過度に出力のあるエンジンを取り
付けなければならないことを意味する。これらの駆動器により課される制限の結
果、これら駆動器の使用も制限されたままであり、それらの費用も高くなる。ま
た、このようなプロペラは、通常、船殻のかなり背後に装着されるが、これが、
これらプロペラを操船時又は停泊時における損傷に対して脆弱にさせる。殆どの
場合、上記プロペラは当該船舶を陸揚げされるのを可能にするほど充分には持ち
上げることはできない。

【０００４】近年、ジェットポンプ駆動器も２つの類の船舶、即ち小さな興行ボート及び個
人用船舶（ジェットバイク等）、並びに大きな豪華ヨット及び興行作業ボート、
に益々使用されるようになってきている。しかしながら、ジェット駆動器は多く
の明らかな欠点を被る。即ち、実際には、その効率は通常６０％より低く、時に
は５０％未満である。また、ジェット駆動器は比較的複雑であって、高価である
傾向にあり、取り付けも、他の駆動器に関するよりも一層厄介である。

【０００５】

【発明の開示】

本発明の目的は、上述した欠点の１つ以上をほぼ防止する又は最小化するよう
な推進システムを提供することにある。

【０００６】従って、船舶用の推進システムであって、当該船舶の船殻の船尾肋骨（transo
m）から後方に延びる少なくとも１本の軸と、該少なくとも１本の軸上に前記船殻の後縁の近傍で取り付けられた表面貫通型プロペラであって、該プロペラが当
該船舶の使用時において前記船殻の船尾肋骨の背後に形成される船尾肋骨キャビ
ティ内で作動するようなプロペラと、前記少なくとも１本の軸を駆動する駆動手
段とを有し、前記プロペラがハブと、該ハブの周囲に好ましくは等距離的に角度
方向に離隔された複数の翼とを有し、前記翼の間隔（Ｓ）の該翼の翼弦（Ｃ）に
対する比（Ｓ／Ｃ）が前記翼の略全長に沿って少なくとも２.０であるような推進システムを提供する。

【０００７】本発明の推進システムの１つの利点は、翼間隔の翼弦に対する大きな比（各翼
の略全長に沿って少なくとも２.０）が、翼間隔の翼弦に対する比が通常は１の範囲にあり、もっとしばしば、１未満であるような従来既知の表面貫通プロペラ
形式の推進システムによるよりも、非常に高い効率が達成されるのを可能にする
点にある。

【０００８】向上された効率が達成される１つの理由は、或る翼の後面と後続する翼の推進
面との間の距離が比較的大きく、従って、使用時に後者の（後続する）翼の圧力
場が前者の（先行する）翼の後縁の背後に生成される翼キャビティの充分に背後
に位置することである。このような特徴による向上された効率は、主に低い船速
において見られる。比較的小さな翼弦の他の利点は、各翼が水中に入り及び水中
から離れる間の遷移期間が、翼が比較的大きな翼弦のものであるような従来既知
の表面駆動システムと較べて、プロペラサイクルの比較的小さな部分しか形成し
ない点にある。これらの遷移期間の間では、翼は大幅に低い効率で作動する。

【０００９】船舶の船殻に関する“船尾肋骨キャビティ”なる用語は、当該船舶の始動後で
あって低い及び高い船速において、当該船殻の後縁の直後に生成されるエアポケ
ットを指すものと理解されるであろう。生成された船尾肋骨キャビティ内で作動
するように、プロペラを船殻の後縁に近接させて配置することにより、翼が高い
水旋回速度の領域で作動している（従来の推進システムにおけるように）条件に
おいて、撹拌効果に起因する過度なパワー損失を防止する。

【００１０】各翼に関しては、“翼キャビティ”なる用語は、プロペラの使用時に、該プロ
ペラの各翼の後縁の背後に生成される（水中の）蒸気空間を指すことが分かるで
あろう。

【００１１】隣接する翼における翼間隔（Ｓ）の翼弦（Ｃ）に対する比（Ｓ／Ｃ）は、翼の
略全長に沿って、望ましくは２から５又はそれ以上までの範囲とし、好ましくは
２.３から４.０の範囲とする。該比Ｓ／Ｃは５より大きく選択することもできる
が、実際に充分に効果的であるには翼が過度にひょろ長くなってしまうような上
限が存在することが分かるであろう。殆どの状況では、１０を越えるようなＳ／
Ｃの比に対して、このような場合が当てはまりそうだと信じられる。しかしなが
ら、低エンジン出力を高プロペラ速度に変換したいと欲する場合は、大きな比が
望ましいであろう。

【００１２】翼間隔（Ｓ）の翼弦（Ｃ）に対する比（Ｓ／Ｃ）は好ましくは、翼の長さの少
なくとも９０％に沿って、望ましくは翼の長さの少なくとも９５％、又はそれ以
上に沿って、少なくとも２.０とする。

【００１３】好ましくは、上記プロペラのハブは比較的大きなものとする。望ましくは、ハ
ブ直径（Ｈ_ｄ）のプロペラ直径（Ｐ_ｄ）に対する比（Ｈ_ｄ／Ｐ_ｄ）は、少なくと
も０.３５、好ましくは０.４以上とする。このような大きなハブ直径の利点は、
低速度（プロペラが、高い滑走速度におけるよりも、水中の低い位置にある傾向
がある）では、当該プロペラの各回転において翼により掃引される面積の大きな
割合が空中にある点である。これは、斯様な低速度で高推力を得るために、掃引
される空気の大きな割合が必要とされる低船速において特に有益である。既知の
従来の推進システムにおいては、低い速度では、掃引される面積の大きな割合が
水中にあり（従って、翼の作動はエンジンからの大きな出力吸収を必要とする）
、これらの低速度では、本発明によるシステムと較べて著しく低減された推力に
繋がる。

【００１４】更に、大きなハブ直径対プロペラ直径の比は、プロペラ翼の長さに沿う水流速
度に余り大きな変化がない傾向となることを意味し、結果として、設計外条件に
おける性能の変動が余り著しくはなくなる。即ち、通常、ハブ直径に対して翼が
短い程、水中で発生される放射方向に作用する流れの力は少なくなり、当該推進
システムの効率は高くなる。また、翼が短い程、使用の間における翼の捻れ的曲
げ及びたわみは小さくなる。多くの場合、翼は一定の断面のもので、長さに沿っ
て著しい性能損失を伴うことなく単に捻れるだけである。

【００１５】上記プロペラは、好ましくは、前記少なくとも１つの軸に、プロペラの面が該
軸に対して略垂直となるように取り付けられる。更に、上記軸は好ましくは、プ
ロペラの面が推力線に対して略直角となるように船舶に取り付けられる。これは
、始動時及び低速においてエンジンから供給される推力を最大化するという利点
を有している。

【００１６】望ましくは、プロペラの直径も比較的大きく選定される。例えば、プロペラ直
径（Ｐ_ｄ）の静止船殻喫水（Ｈ_Ｓ）に対する比（Ｐ_ｄ／Ｈ_Ｓ）は、少なくとも１
.４又はそれ以上とされる。大きな直径のプロペラを使用する１つの利点は、従来のプロペラと同一のr.p.mを用いて一層大きな周速度を得ることができる点にある。

【００１７】本発明の推進システムにおいては、上記プロペラの回転軸に対する該プロペラ
の翼の角度、即ち“ピッチ”（β）は、好ましくは、可変とする。これは、翼の
ピッチを制御するために、当該推進システムに翼ピッチ制御手段を設けることに
より達成することができる。該翼ピッチ制御手段は、機械的手段及び／又は電気
的手段及び／又は圧力流体式、好ましくは油圧式手段とすることができる。該翼
ピッチ制御手段は、好ましくは、翼のピッチ角度（β）が５０度と１２０度との
間で変化され得るように形成且つ配置される。翼のピッチを、このような方法で
制御することにより、当該推進システムの総合効率を改善することができる。例
えば、上記翼ピッチ制御手段は、翼が８０度までの角度でピッチ設定されるのを
可能にするように形成及び配置され、幾つかの場合には、当該船舶の低速動作範
囲において９０度まで達する。これは、所与のエンジン出力に対し、得られる推
力を最大化する。

【００１８】上記翼ピッチ制御手段は、最も単純な形では、翼が取り付けられた担体手段に
連結されたピッチ制御棒の形態の機械的ピッチ制御手段を有することができ、こ
れら制御棒及び担体手段は、該制御棒の軸方向運動が上記担体手段の回転運動に
変換され、これにより前記翼が該翼の角度、即ち所謂“ピッチ”を（前記プロペ
ラの回転軸に対して）変化させるように回転されるように形成及び配置される。
便利には、上記プロペラが取り付けられる前記軸を中空とし、上記ピッチ制御棒
を該軸内に配置する。

【００１９】好ましくは、本推進システムは船舶の船殻の船尾肋骨から後方に延びる少なく
とも２本の軸を有し、各軸は該軸上に前述したように取り付けられたプロペラを
有するものとする。２つの斯様なプロペラが設けられた場合、好ましくは、各プ
ロペラ上の翼のピッチを制御するように翼ピッチ制御手段が設けられる。該翼ピ
ッチ制御手段は、有利には、各プロペラにおけるプロペラ翼のピッチを、好まし
くは独立に、且つ、当該船舶の所望の及び／又は実際の航路に依存して変化させ
、これにより該船舶の針路を制御することができるように形成及び配置される。
これは、船舶に舵を設ける必要性を無くす。最も単純な形では、上記翼ピッチ制
御手段は、上述したような方法で２つのプロペラ軸の各々の中に配置された前記
ピッチ制御棒を有する。

【００２０】本推進システムが上記の２つのプロペラを有する場合は、通常、各駆動軸は反
対方向に回転するように構成され、これにより、これらプロペラにより発生され
る如何なる側方推力も実質的に相殺するようにする。

【００２１】上記駆動手段は、内燃エンジンにより駆動される短い自在駆動軸及び、所望な
ら、減速ギアボックスを有する。他の例として、上記駆動手段は電気式、油圧式
又は空気駆動式モータを有することができる。

【００２２】上記翼ピッチ制御手段は、有利には、船舶の所望の速度、該船舶の実際の速度
、所望のエンジン速度、実際のエンジン速度、海上における上記船舶の位置、及
び該船舶の所望の及び／又は実際の航路の１以上に依存して前記翼のピッチを自
動的に制御する知能ピッチコントローラシステムを更に含むことができる。該知
能ピッチコントローラは、例えば、前記ピッチ制御棒又は各ピッチ制御棒（設け
られている場合）の軸方向運動を、上記２つのプロペラのプロペラ翼のピッチを
好ましくは独立に変えるように制御して、当該船舶の操船及び好ましくは速度制
御も行う。上記ピッチコントローラシステムは、便利には、上記ピッチ制御棒の
軸方向運動を制御する電気式又は電子式“閉ループ”型コントローラを有するこ
とができる。

【００２３】上記知能ピッチコントローラシステムは、当該船舶のエンジン速度も制御する
ことができる。

【００２４】好ましい実施例においては、上記知能ピッチコントローラシステムは、前記プ
ロペラの回転速度を一定の速度、好ましくは当該船舶が高い順方向速度で進行し
ている場合に該プロペラが作動するよう設計されている所定の一定速度、に維持
すべく前記翼のピッチを変化させるように構成される。

【００２５】上記翼は如何なる特別な動作条件に対しても最大の推力を発生するよう最適に
傾けることができるので、これが、要求される比較的大きな翼間隔対翼弦比を達
成するための比較的狭い弦を持つ翼の使用に由来する如何なる推力の損失も補償
する。更に、上述した翼のピッチ制御により達成される無限に可変な順方向及び
逆方向駆動は、特に少なくとも２つのプロペラが設けられる場合、当該船舶の港
内における容易な操船を可能にし、高い速度においては、舵の無いことにより抵
抗が大幅に減少される。

【００２６】プロペラ当たりの翼の数は、通常は、２と５の間であり、好ましくは、プロペ
ラ当たり３つ又は４つの翼とする。もっとも、或る場合においては、例えば滑ら
かな駆動を得るために、６以上の翼が望ましいかも知れない。翼は、それらの長
さに沿って捻ることも可能である。好ましくは、該捻りは２５度以下とし、最も
望ましくは、２０度以下とする。２０度を超えると、通常、効率の低下が呈され
ることが分かった。

【００２７】実際的な設計上の配慮により、上記プロペラを当該船舶の船殻の船尾肋骨に直
に隣接して取り付けることができない場合は、船尾肋骨とプロペラとの間の如何
なる間隙も橋渡しするためにスカート手段を付加的に設けることができる。該ス
カート手段は、流体の流れを上記プロペラ翼に向ける補助をする。

【００２８】任意選択的に、当該船舶における船殻の端部輪郭は、前記少なくとも１つのプ
ロペラのハブの輪郭に概ね対応した少なくとも１つの凸状の概ね弧状輪郭の突起
を有することができる。該凸状部の弧は、略１８０度までとすることができる。
上記少なくとも１つのプロペラは、好ましくは、その軸上で上記凸状端部の前に
配置され、これにより該プロペラが船殻の上記凸状端部突起に対向するようにす
る。

【００２９】本発明の推進システムを有する船舶が、例えばジェットスキーのようなレジャ
ー用船舶である場合は、前記翼の間に如何なる障害物も入るのを防止するために
、即ち安全性の理由で、好ましくは、前記プロペラ（又は複数のプログラム）を
囲む保護手段が設けられる。

【００３０】

【発明を実施するための最良の形態】

以下、本発明の好ましい実施例を、例示のみとして、添付図面を参照して説明
する。

【００３１】疑念を避けるために、上記において及び以下において使用される用語“翼の間
隔（Ｓ）”及び“翼の弦（Ｃ）”は、以下のように定義されると理解されたい。

【００３２】翼の弦（Ｃ）は、当該プロペラの回転軸から一定の半径において、当該翼の通
常濡れている表面を横切って該翼の前縁（ＬＥ）から実効的な後縁（ＴＥ１）ま
で延びる線の長さであると見なされる。

【００３３】上記翼の実効的な後縁（ＴＥ１）とは、当該翼の通常濡れている表面における
、翼のキャビティ（Ｃａ）の前側（Ｃａ”）が付着する縁と定義される。

【００３４】翼の間隔（Ｓ）は、或る翼の弦の中心から次の隣接する翼の弦の中心まで測定
した場合の２つの隣接する翼の間の回転距離であると見なされる。

【００３５】（上記定義において使用された括弧内の符号は図１２ないし１６からとられて
おり、これら図に示された実施例は本明細書では下記説明文の後の部分で詳述さ
れている。）本発明の１つの可能性のある実施例による推進システムが図１に示されている
。該システムは図１では部分的に概念的な側面図で示されており、当該船舶の船
殻３（断面で示す）の船尾肋骨（transom）２から後方に延びる軸１を有している。該軸には比較的大きな直径のハブ５を特徴とする表面貫通型のプロペラ４が
取り付けられ、該ハブには比較的短い長さ及び比較的狭い弦（従来の表面貫通型
のプロペラと比較して）の多数の翼６が取り付けられている。プロペラ４は船殻
３の後縁７に、該プロペラが当該船舶の使用の際に上記船殻の直ぐ背後に生成さ
れる船尾肋骨キャビティ内で作動するように、直ぐに隣接して装着されている。
静止船殻喫水（即ち、船殻３の基部上の表面水位Ｓ_Ｗの高さ）は、図１では符号
Ｈ_Ｓにより示されている。プロペラハブ５の基部は、船殻３の基部と位置合わせ
されている。該ロータが上記船殻の後縁の直ぐ背後に配置することができない場
合は、船殻３と翼６との間の如何なる間隙も橋渡しして流れを上記翼に向けるよ
うに、スカート（図示略）を適宜取り付けることができる。前記軸１は、船尾肋
骨２に装着されたベアリングのハウジング８内を走っている。軸１は、内燃エン
ジン１１から減速ギアボックス１０、短い自在駆動軸９により駆動される。この
型式の駆動機は例示のみとして示され、多くの他の駆動装置が可能である。例え
ば、電気、流体圧又は空気モータと共に使用する単純化された駆動機が図７に示
されている（下記参照）。

【００３６】図１に示すシステムに基づくが、２つのプロペラを有する本発明の実施例が、
図２ないし６に示されている。これら図は、船殻３の船尾肋骨２から後方に延び
る双子の反対に回転する軸１を有する推進システムを示す。これら軸の各々には
比較的大きな直径のハブ５を特徴とする表面貫通型のプロペラ４が取り付けられ
、上記ハブには比較的短い且つ比較的狭い弦の多数の翼６が回動可能に取り付け
られている。ハブの直径（Ｈ_ｄ）のプロペラの直径（Ｐ_ｄ）に対する比（Ｈ_ｄ／
Ｐ_ｄ）は少なくとも０.３５である。翼間隔の翼弦に対する比（Ｓ／Ｃ）は、各翼の略全長に沿って少なくとも２.０である。プロペラ４は、該プロペラが船尾肋骨キャビティ内で作動するように、船殻３の後縁７に直ぐ隣接して取り付けら
れている。図１に関して前述したように、船殻３と翼６との間の如何なる間隙も
橋渡しして流れを翼に向けるために、スカート（図示略）を適宜取り付けること
ができる。翼６のピッチは、正方向及び負方向の両方において可変である。該ピ
ッチを制御する多数の機械的、流体圧的又は電気的装置を考えることができるが
、簡単な機械的ピッチ制御が例示として示されている。この装置において、中空
駆動軸１内にブッシュ１５により配置された制御棒１４は、双方向性スラストベ
アリング１７により該制御棒に取り付けられたカム板１６を作動させる。翼６は
、封止されたスラスト及びラジアルベアリング１９によりプロペラハブ５内に回
動可能に収容された担体１８にネジ止めされている。カム従動子２０が担体１８
の内側端部に、制御棒１４の軸方向運動が担体１８の回転運動を生じさせるよう
に、取り付けられている。軸１は船尾肋骨２に弾性的に取り付けられたギアボッ
クス２１内のギア内に入り、これらギアボックスの１つは１対の反転ギア２２、
２３を収容している。入力軸２５は同期駆動ベルト２７により駆動される。駆動
プーリ２８が、内燃エンジン１１のフライホイール２９（図５参照）に直にネジ
止めされている。入力軸２５に取り付けられたプーリ２６は、力をギアボックス
２１に伝達する。右手（ＲＨ）ギアボックスは、ＲＨ及びＬＨ（左手）プロペラ
が反対方向に回転するように、副軸３０を有している。ギアボックス２１は、船
尾肋骨２にネジ止めされた環状リング３２内に収容された可撓性環状取付具３１
を介して船尾肋骨２に装着されている。上記可撓性部材３１は、プロペラ４によ
り与えられる推力を受けるように配置されている。ギアボックス２１は、エンジ
ンのフライホイールハウジング３４に剛性的に取り付けられたケーシング３３に
、これらギアボックスが当該船舶を陸揚げするのを可能にするために上方に旋回
することができるように（図４）、回動可能に装着される。ケーシング３３とギ
アボックス２１との間には摩擦を低減するためにブッシュ３５、３６、３７が配
設されている。この目的のために、アクチュエータ（図示略）を設けることがで
きる。上記駆動機は例示として示したもので、多数の他の単一又は複数エンジン
駆動装置を考えることができる。

【００３７】図２ないし６に示す本発明の実施例においては、船殻３は、前記２つのプロペ
ラの各々のハブに概ね対応した２つの弧状凸型輪郭の突起（各々が約１２０度の
弧を有している）を有している（図４参照）。対応する凸状船殻突起に対向して
配置された各プロペラのハブによれば、この構成は上記プロペラにより水中で掃
引される面積を増加させる。或る状況においては、これはプロペラの効率を改善
することができる。しかしながら、このような型式の船殻の輪郭は、非常に高速
の滑走船舶にとっては実用的でなく、斯様な船舶に対しては、船殻３に斯かる型
式の凸状突起は設けられないことが理解されるであろう。

【００３８】小型船舶（例えば、ジェットスキー）用又は陸揚げされる必要のある船舶用の
好ましい形態の駆動機が図７及び８に示されている。これは、モータ軸１２に直
接取り付けられたロータ４を有し、モータケーシング１３は船殻３の船尾肋骨２
に取り付けられる。モータ軸１２は、翼ピッチ制御棒１４の通過を可能にするた
めに、好ましくは中空とする。（しかしながら、斯様な駆動機は可変速度の及び
可逆転のものであるから、翼は或る場合には固定ピッチのものであってもよい）
。この実施例においては、金属又はプラスチック製の保護体３８が各プロペラの
周囲の下側部分周辺に取り付けられ、入口網３９及び出口網４０が該保護体の前
側及び背後に各々取り付けられ、これら網は怪我を防止すると共に流れの直進化
器として機能する。該網は、ハニカム若しくは環状形状又は如何なる他の好適な
形状でもよい。

【００３９】双子の又は多数の駆動機を有する船舶は、プロペラの背後に取り付けられた通
常の舵により操縦することもできるが、操舵するためのもっと有効な手段は、前
記ピッチ制御手段を、所望の旋回の外側に向かうプロペラが該旋回の内側におけ
るプロペラよりも大きなピッチで作動するように、差動的に作動させることであ
る。内側のプロペラは、きつい旋回及び殆ど静止的な操船に対しては逆ピッチで
作動させてもよい。大型の船舶に対してはピッチ制御の流体圧的又は電気的な作
動（後述するように）が有利であるが、図９を参照して説明するような、ピッチ
制御棒を用いた簡単な機械的装置も使用することができる。例えば、２つの各プ
ロペラ（図示略）用の２つのピッチ制御棒１４が、それらの船内側端部で、２つ
のカム板１０２により作動されるカム従動子ローラ１０１に取り付けられる。こ
れらカム板はハウジング１０３内で滑動するようになされ、これらハウジングは
前記ギアボックスハウジング２１又は図７及び８の実施例における電気的若しく
は流体圧的モータ１３に固定される。ハウジング１０３は、好ましくは、カバー
（図示略）により密閉される。カム板１０２はプッシュプル制御ケーブル１０４
により、操舵とピッチ制御との組み合わせ機構１０５に連結されている。

【００４０】該ピッチ制御機構は、軸１０７の廻りに軸支されたレバー１０６を有し、該レ
バーにはレバー１０８が取り付けられている。制御棒１０９がレバー１０８を担
体１１０に軸支的に接続し、該担体には制御ケーブル１０４の外側被覆が固定さ
れている。担体１１０はハウジング１１１内で滑動するようになされている。レ
バー１０６は中立位置で示されている。レバー１０６の図９における矢印Ｆの方
向への回転は担体１１０を変位させ、２つのケーブル１０４に等しい張力を生じ
させ、カム板１０２を矢印Ｆ_Ｃの方向に移動させ、２つのピッチ制御棒１４の矢
印Ｆ_Ｐの方向の移動を生じさせる。レバー１０６の矢印Ｒの方向への移動は、逆
の効果を生じさせる。レバー１０６に回動可能に取り付けられた摩擦滑り金１１
７は、ハウジング１１１に固定されたセグメント１１６にロックして、当該操舵
機構からの反力がピッチの制御設定を変えるのを防止する。中立戻り止め位置１
１８がセグメント１１６に組み込まれている。

【００４１】舵輪１１２（破線の輪郭で示す）が軸１１３に取り付けられ、該軸はハウジン
グ１１１内に保持されたベアリング内で自由に回転する。該操舵軸１１３上のピ
ニオン１１４はギア１１５を駆動し、該ギアには内側ケーブル１０４の端部が取
り付けられたボールジョイント１０４ａ、１０４ｂが固定されている。上記舵輪
の時計方向の運動は、ギア１１５の反時計方向の回転を生じさせ、結果としてボ
ールジョイント１０４ｂを縮め、ボールジョイント１０４ａを延ばすことになり
、その結果、ピッチ制御棒１０４は右舷側では矢印Ｒ_Ｐの方向に移動し、左舷側
では逆の方向に移動することになる。

【００４２】ピッチ制御及び操舵設定によるケーブルの張力の加算のため、ピッチ制御棒１
４の行程を図示のようにカム板１０２の輪郭を決めることにより制限する必要が
あるかもしれない。また、ハウジング１１１には、適宜、カバー（図示略）を取
り付けることができる。

【００４３】上述した推進システムは、駆動軸（又は複数の駆動軸）の船尾肋骨を経る単純
な通路を有し、従って該軸のシールは極僅かな圧力ヘッドしか受けることがなく
、多くの場合には、当該船舶の静止水線より上に配置することができることに注
意すべきである。更に、最小限度のギアしか必要としない。即ち、プロペラ軸は
低摩擦の転がりベアリング内を走り、外部の水潤滑式ベアリングは必要とされな
い。また、上記プロペラが船殻後縁に直ぐに隣接して取り付けられるということ
は、該プロペラが、低船速においてさえも、水位が比較的低い船殻の一様な伴流
域内で作動することを意味する。

【００４４】本新推進器の他の利点は、大きなハブ直径により、翼担体１８を支持するベア
リング１９ａ、１９ｂの間隔Ａを図１０（ａ）に示すように広く間隔をとること
ができる点にある。これらのベアリングは、該推進器の翼１６により発生される
揚力負荷Ｌ及び制御棒１４の制御力による非常に大きな推力及びモーメントを担
わなければならない。該構成は、針状ころベアリング又は他の転がしベアリング
の使用を可能とする。スラストベアリング１９ｃは小さな遠心負荷Ｐ_Ｃしか受け
ない。更に、効率的なキャビテーション化区域は、通常中間弦位置より幾らか後
方に位置する揚力中心を有する。上記翼は、揚力中心が該翼の回動軸上に位置す
るように配置することができる。結果としての制御力は、制御システムの出力が
最少となるように低くなる。

【００４５】対照的に、従来の可変ピッチプロペラのベアリング配置が図１０（ｂ）に示さ
れ、該配置においては翼担体１８は組み合わされたスラスト及びジャーナル滑り
ベアリング１９により支持されている。この場合においては、上記ジャーナルベ
アリングが揚力負荷Ｌ及び制御棒１４の制御力を支持し、上記スラストベアリン
グは揚力Ｌ及び遠心力Ｐｃにより発生されるモーメントを負う。小さな間隔Ａが
、翼により発生される大きなモーメントから生じる大きな力を結果として発生さ
せ、これが、かなり大きな摩擦力と相俟って、本新推進器の場合よりも少なくと
も１桁大きな大きさの制御力を要する結果となる。これは、圧力中心が大凡２５
％の弦点にあるという事実により、揚力中心が通常は回動軸上に配すことができ
ないように、更に悪化される。上記の大きな力及び上記滑りベアリングにより発
生される固有の“付着滑り”は、結果として、大きなヒステリシス効果を伴うよ
うな大きな制御システム出力を要する結果となる。

【００４６】ピッチを最適に制御することができるという事実により、翼配列の選択は固定
ピッチプロペラに対するよりも厳しくはなくなり、負荷状態と無負荷状態との間
での性能の変動等は大幅に目立たなくなる。プロペラの選択は不精密な技術であ
り、運用されている殆どのボート及び船舶には最適化されたものとは程遠いプロ
ペラが設けられているので、これは重要な要因である。しばしば、プロペラは試
行錯誤的に選択されねばならない。更に、本発明によればピッチを最適に制御す
ることができるので、広い範囲の用途をカバーするために、限られた範囲の交換
翼しか必要とされず、従来のプロペラと比較して在庫費用が低減される。

【００４７】また、上記プロペラは、所与の大きさ／型式の船舶に対して、既知のプロペラ
と比較して比較的大きい。例えば、高速（４０ノット）の３０,０００トンの貨物船の場合、プロペラの直径（翼端での）は約１０.８ｍで、ハブ直径はそれの約４.３ｍ（そして、静止船殻喫水は約４ｍ）となるであろう。この種の船舶用の従来の水中プロペラは、通常、１ｍのハブ直径の、８ｍのプロペラ直径を有す
るであろう。同様に、３５ノットのレジャー用釣りボートの場合、本発明のプロ
ペラは約５３０ｍｍのプロペラ直径及び１９５ｍｍのハブ直径（２００ｍｍの静
止船殻喫水で）を有するであろうのに対し、同様のボートに対する従来の水中プ
ロペラは、通常、３３０ｍｍのプロペラ直径及び９０ｍｍのハブ直径を有するで
あろう。小型の、軽量水上機の場合、本発明のプロペラは約３８５ｍｍのプロペ
ラ直径及び１９２.５ｍｍのハブ直径（２５ｍｍの静止船殻喫水）を有するであろうのに対し、斯様な船舶に対する従来の表面プロペラは約２００ｍｍのプロペ
ラ直径と、５０ｍｍのハブ直径を有するであろう。

【００４８】上述した高速貨物船の場合、本発明によるプロペラの翼の捻りは約１８.７度であり、比（Ｓ／Ｃ）は翼の根元における２.１８から翼端での５.１７へと増加
し、弦（Ｃ）は翼長の７５％までは増加し、先端へと減少する。

【００４９】前記３５ノットの釣りボートの場合、（本発明によるプロペラの）翼の捻りは
、多分２５度までであり、比Ｓ／Ｃは根元における３.１８から、プロペラ直径の６０％における４.４５を経て、翼端における８.７５まで増加する。弦（Ｃ）
も、翼長の７５％までは増加し先端へと減少する。前記軽量水上機の場合、翼の
捻りは多分１２.８度であり、比Ｓ／Ｃは根元における３.６から、プロペラ直径
の７５％における５.４４を経て、翼端における６.９９まで増加する。

【００５０】本プロペラが大きな直径のものであり、船殻の後縁に隣接して配置されるとい
うことは、翼により掃引される表面の一部が、当該船舶が静止している又は後進
している場合においてさえも、水位より上にあり、従って翼の周りの換気された
キャビテーション的流れを斯様な状態に維持することができる。即ち、上記プロ
ペラは、きつい操船に対して及び静止している場合でさえも、最大速度で回転し
続けることができる。この維持されるキャビテーション的流れは、クラッチ接続
された駆動の必要性も無くす。上記翼は、各翼が前の翼により形成されるキャビ
ティ内を走り、積極的に中立が維持されるのを可能にするようにして、中立位置
に維持することができる。ＧＰＳ受信機に接続された電子／流体圧式又は電子／
電気式制御システムを、当該船舶が静止位置に維持されるのを可能にするために
設けることもできる。

【００５１】直径が大きいという事実は、標準のプロペラに対して掃引される面積を増加さ
せ、同時に、喫水を減少させる。この特徴は、著しく滑りを減少させる（従って
、効率を上昇させる）。これは、２つのプロペラが取り付けられる好ましい場合
に特に顕著である。（船尾肋骨に取り付けられれば、プロペラの直径には殆ど制
限はない）。

【００５２】当該船舶を静止から最大エンジン速度で加速することができるという事実及び
大きなプロペラ直径は、翼を如何なる特別な条件に対しても最適に向けることが
できるという事実と共に、翼を小さい弦のものとすることができ、且つ、揚力係
数を適度なレベルに維持することができるということを意味する。このことは、
各翼の先行する翼の背後のキャビティに対する間隔を比較的大きくすることがで
きることにより、従来の表面貫通型のプロペラの主要な欠点の１つを克服する。
更に、低速推力が他の推進システムと比較して例外的に大きく、滑走速度に特別
に対応させることが可能な適度な速度（下記参照）において、推力は他の推進シ
ステムに関するよりも大幅に大きくなる。これが図１１に示されており、該図は
、上述したような本新推進システム（ＮＰＳ）及び典型的な従来のジェット推進
システムの予測推力及び効率を比較したグラフである。

【００５３】前記ピッチ制御機構により得られる無限に可変な順方向及び逆方向駆動は、港
における非常に容易な操船を可能にし、高速においては舵が無いことにより抵抗
が大幅に低減される。当該推進器、エンジン及び駆動機の設置長は、他の推進シ
ステムに対するよりも著しく短くなり、重さも低減することができる。重量配分
は高速船にとっては理想的である。製造コストは、従来のプロペラと同等であり
、軸配置はＺ駆動機又は水中ジェットに対するよりも、かなり低くなる。

【００５４】上述した推進システムの利点の幾つかの理解への助けとして、従来の表面駆動
システムの問題点の幾つか及び本発明の有利な特徴を以下に図１２ないし１７を
参照して説明する。

【００５５】図１２及び１３は、既知の通常の型式の表面貫通型プロペラを示し、特定の直
径における断面が平らにされて示されている。翼は固定ピッチのものであり、当
該プロペラの長軸に対して角度βで傾斜されると共に、翼弦Ｃ及び翼間隔Ｓを有
し、比Ｓ／Ｃは１の程度である。各々の場合において、２つの完全に水中の翼が
示され、如何なる部分的に水中の又は水中にない翼は省略されている。各翼によ
り生成された翼キャビティＣａは、水が当該翼の前縁ＬＥから離脱した場所に形
成される蒸気／液体境界Ｃａ’により規定される後側と、水が当該翼の実効的後
縁ＴＥ１から離脱する場所に形成される他の蒸気／液体境界Ｃａ”により規定さ
れる前側とを有している。水中の各翼の前縁ＬＥから実効的後縁ＴＥ１まで延び
る表面は完全に濡れている一方、各翼の前縁ＬＥから（実際の）後縁ＴＥ２まで
延びる後面は翼キャビティＣａ内の蒸気／空気混合気のみに接触する。上記の濡
れた表面に沿う圧力係数分布Ｐは、上記前縁に近接した淀み点において鋭いピー
クＰ１を有すると共に、更に、上記後縁に近接して他の広いピークＰ２を有して
いる。図１２及び１３に示す圧力係数分布は、圧力中心が当該翼の実効的後縁Ｔ
Ｅ１のかなり近くにあるような効率的な翼形状に対するものである。余り効率的
でない翼の形状は、余り目立った二次ピークＰ２を示さないか、又は二次ピーク
を全く有さない。Ｖａは翼により掃引された領域を経る軸流速度であり、船速と
滑りとの和（即ち、当該プロペラにより生成される付加的な軸流速度である）。
Ｕは、その回転による当該翼の接線方向速度と、入ってくる水の旋回速度との間
の接線方向の速度差である。結果としての相対速度がＶである。スパンの増分区
域δＨにより発生される揚力Ｌ及び抵抗Ｄは：Ｌ＝ρｗ・（Ｖ^２／２）・ＣＬ・Ｃ・δＨ及びＤ＝Ｌ／（ＣＬ／ＣＤ）なる式により与えられ、ここで、ρｗは水の密度であり、ＣＬは局部的な三次元
揚力係数であり、ＣＬ／ＣＤは局部揚力係数の抵抗係数に対する比であり、Ｃは
翼弦である。

【００５６】この増分区域により発生される推力Ｔ及び吸収される出力Ｗは：Ｔ＝Ｌ・sin(β)−Ｄ・cos(β) 及びＷ＝Ｕ・［Ｌ・sin(β)＋Ｄ・cos(β)］
なる式により与えられる。

【００５７】図１２は、高出力及び比較的低いボート速度で作動しているが、翼の完全な換
気（ventilation）が達成された後のプロペラを示している。この場合、Ｖａは低く、もし該プロペラが異常に大きな迎え角（大きな出力吸収に繋がる）で作動
してはならないなら、Ｕも低くなくてはならず、従って、結果としての相対速度
Ｖも低くなる。小さな値のＵにおける高出力に対しては、揚力Ｌは大きくなけれ
ばならず、Ｖも低いので、ＣＬは大きくなければならない。合成された効果は、
キャビテーション係数（σ）が大きくなり、キャビティＣａが非常に厚くなるで
あろうということである。これらの状況下では、揚力の抵抗に対する比は、翼が
大幅は抵抗を発生するように、減少してしまう。

【００５８】図１２から、翼６_１により発生される揚力（圧力係数曲線Ｐにより表される）
は、該翼がキャビティ壁Ｃａ’に極接近して作動しており、これが該壁の変形に
繋がるであろう事実により、減少するであろうことが明らかである。結果は、揚
力Ｌは減少するが、一定の入力パワー（出力）に対して抵抗Ｄが更に増加するこ
とであり、結果として推力が著しく減少する。揚力が減少する程度及びキャビテ
ィ壁が変形する程度は、局部的な流体の流れＴのキャビティ厚Ｔ’に対する比に
依存する。翼が相対的に接近して離隔され、且つ、キャビティが比較的厚いよう
な状況下では（従来のシステムにおけるように）、上述したような状況による推
力の減少は非常に大きくなり得る。

【００５９】Ｕの小さい値のエンジントルクへの及び発生される推力への影響は、かなりの
程度、船殻の後部とプロペラとの間の距離に依存する。図１２に示すような固定
ピッチのプロペラが船殻３の後縁７の直ぐ背後に配置される場合は、該船殻が流
れガイドとして作用し、当該プロペラに対する入力は該船殻の長さ方向の輪郭に
従う。このような状況下では、入ってくる水の旋回速度は零となり、Ｕの値は当
該プロペラの回転速度により固有に支配される。殆どのエンジンは低速度では殆
ど出力を供給せず、このような状況下では、前記迎え角は供給されるエンジン出
力が吸収されるまで増加するであろう。エンジンは働くが、プロペラは殆ど推力
を供給せず、船舶は速度を得ることができないであろう。

【００６０】このような理由で、多くの表面駆動機はプロペラが船殻３の後縁７の充分に背
後となるように配置される。例えば、プロペラは、船体の長さの例えば少なくと
も５％ないし１０％だけ船尾肋骨の後方、及び／又はプロペラ直径の３５％と１
８０％との間の距離だけ船尾肋骨の後方に配置される。斯様な配置においては、
水は旋回することができ、プロペラが所与の値のＵに対して一層速く走るのを可
能にする。これは、エンジンが一層の出力を送出することを可能にするが、この
場合においても、加速は劣り、かなりの撹拌損失が発生される。

【００６１】図１３は、巡航速度における同一のプロペラの断面を示す。この場合、迎え角
及び揚力係数は大幅に減少しており、Ｕ、Ｖａ及びＶは、キャビテーション係数
（σ）が大きく減少し、キャビティＣａが大幅に細くなるように、かなり大きく
なる。流体の流れの厚さＴ対キャビティ厚Ｔ’は、揚力の減少、キャビティ壁Ｃ
ａ’の変形及び結果としての抵抗の増加も大幅に低減されるように、どの点にお
いても大幅に減少している。

【００６２】減少されたキャビテーション係数（σ）及び迎え角、並びに後続の翼により発
生される揚力によるキャビティ境界Ｃａ’の歪みのために、後縁ＴＥ２における
及び設計速度の辺りの速度におけるキャビティ厚、上記低キャビテーション係数
及び上記低迎え角は、結果として、後側のキャビティ境界と翼の後縁との間に殆
ど間隙のない薄いキャビティとなる。上記設計速度より僅かに高い或る速度では
、後続の翼の圧力分布が上記キャビティ境界を、該キャビティ境界が翼の後面（
ＬＥ〜ＴＥ２）に再付着するように、歪ませ、結果として抵抗が劇的に増加する
ことになる。これは、固定ピッチプロペラの場合に、設計速度より上における効
率の急激な減少を説明している。

【００６３】本発明による改善されたプロペラに関する低速度の場合が図１４に示されてい
る。図示の場合、所要の性能特性に応じて、比Ｓ／Ｃが２.３以上となるように、翼弦Ｃは小さく、間隔Ｓはかなり大きくなっている。翼は角度（β）にピッチ
合わせされており、該角度は前記固定ピッチ翼に対するよりも大幅に大きく、非
常に低い速度では７８度ないし８０度に達する。これは、高い一定の接線方向速
度Ｕが、相対速度Ｖも高くなり、その結果、揚力Ｌも、結果として高損失となる
ような過度な迎え角で翼を作動させることなく大きくすることができるように、
維持されるのを可能にする。この結果、比較的小さなキャビテーション係数（σ
）が得られ、キャビティ厚は小さいままとなる。この場合に後続の翼６_２が先行
する翼６_１の幾らかの距離後方にあるという事実は、キャビティが、後続の翼６ _２により発生される圧力場Ｐの影響により遠くに曲げられるのを可能にし、何れ
の点における流体流れの厚さＴのキャビティ厚Ｔ’に対する結果としての比も、
図１２に示す場合と較べて、かなり改善されている。圧力係数曲線Ｐの歪み及び
結果としての損失も、非常に大幅に低減されている。プロペラ内への流れを整列
させるために旋回速度は必要とされないので、この構成のプロペラは、有利にも
船殻３の後縁７の直後に配置することができる（前述した理由により改善された
性能を提供する）。

【００６４】このような場合、揚力Ｌは大きくなり、抵抗Ｄは小さくなり、角度βは９０度
に達する。吸収される出力及び推力に関する前記式から、この構成は所与の出力
に対して推力を最大化することは明らかであり、エンジンは最適な速度で作動す
るように配置することができるので、全エンジン出力が撹拌又は他の大きな損失
なしで吸収され得る。

【００６５】斯様なプロペラの高速の場合が図１５に示され、該図からは、圧力係数分布Ｐ
が、大きな比Ｔ／Ｔ’により、先行する翼の背後のキャビティにより殆ど影響を
受けないことが明らかである。翼は高い一定値のＵで作動することができ、翼の
角度βは如何なる所望の設計条件下でも最適の推力を得るように最適化すること
ができる。先行する翼の後縁の充分に背後で作動する後続の翼の圧力場によれば
、翼角度を流れの状況に適するように調整することができるという事実と相俟っ
て、翼の後面ＬＥ〜ＴＥ２に対する上側キャビティＣａ’の再付着を遅らせるこ
とができ、広い作動範囲を可能にする。

【００６６】図１６は、各翼が先行する翼の背後のキャビティ内で作動するような零推力を
得るために使用される原理を示している。１００％の中立は、ＧＰＳシステム又
は推力センサに結合された能動的制御を必要とするが、バランスされた推力位置
の何れの側への小さなそれに対する正味の推力は、厚いキャビティの接近により
非常に小さくなる。図１７に示す翼の捻りにより、翼の内側の及び外側の末端は
、少量のバランスされた正及び負の推力を発生するであろう。

【００６７】図１８は、本発明による推進器と、米国特許第3,938,463号に開示された既知の型式の傾斜すくい角が付けられた（固定幾何学形状の）プロペラとの予測され
た効率曲線を示している。両システムは、８０ノットの最大速度に対して最適化
されている。図１８は２つの効率の比を示し、該図は、本新推進器の最大効率は
設計速度においては上記すくい角付きプロペラよりも８％高いだけであるが、他
の速度では差はもっと顕著になることを明確に示している。滑走船舶にとって特
に重要なものは、滑走速度における効率であり、ここでは、米国特許第3,938,46
3号のプロペラは本新推進器の効率の５０％しか有していないことが明らかである。

【００６８】本発明の上述した実施例による推進システムにより提供される高速船に対する
効率の非常に大幅な改善は、同一の性能を得るのに、大幅に小さな（そして、軽
い）エンジンを取り付けることを可能にする。また、大幅な燃料消費の節約が、
更に、船体重量並びに設置及び運転費用を低減させる。また、単純な構成は保守
を最少化し、信頼性を向上させる。殆どの場合、翼は個別に交換することが可能
であり、この作業を水位より上で行うことができるようにプロペラは回転させる
ことができる。このことは、プロペラが通常は乾ドック内で扱われ、且つ、新た
なプロペラの製作時間が予備プロペラをしばしば船内に保管しておくのを必要と
するような、大型商用船にとっては特に重要である。

【００６９】また、船殻により“遮蔽”されて、プロペラのハブは、翼の回転による当該ハ
ブの形状の如何なる変化も余り重要でないように、その理論的直径と較べて直径
が縁で減少されてもよい。

【００７０】必要な場合に最大の推力を、又は最大の運転効率等を達成するために翼のピッ
チを変化させる前記機能は、本発明の好ましい実施例の重要な特徴であることが
分かるであろう。知能的翼ピッチ制御を達成するための、本発明による推進シス
テムに使用するのに適した知能変速機コントローラシステムを以下に詳述する。
ここで、以下の説明に関連して図２０ないし２７を参照する。

【００７１】図２０は、各エンジンが単一のロータ推進器を駆動するような双子ディーゼル
エンジンの船舶用制御システムを概念的に示すものであるが、該図２０は（明瞭
化のために）単一のエンジン及び単一の推進器のための制御システムのみを示し
ている。２つの推進器の回転は反対になっている。各推進器の翼のピッチは、帰
還装置を備える電気アクチュエータにより変化される。エンジンスロットルも、
位置帰還を備えるアクチュエータにより制御される。各可変速度エンジンは独立
に制御される。変数は：ｑ主スロットル制御位置ｕ二次スロットル制御位置ｓエンジンスロットル位置ｐピッチ角ｒ(s) 測定されたエンジン速度ｒ_ｄ(s) 制御されたエンジン速度ｒ_ｍ(s) ｓにおける最大出力のためのエンジン速度ｒ’ エンジン加速（ｄｒ／ｄｔ）Ｗ(s) ｒ(s)における最大パワー出力Ｗ_ｍａｘ、ｒ(W_max) 最大出力、最大出力におけるエンジン速度 dir＝±１前進又は後進 ±φ 真っ直ぐ前方からの舵輪角度Ｖ船速上記変数は図１９ないし２６に使用されている。機能制御モード該変速機コントローラは３つの基本制御モードにおいて動作する。

【００７２】１．エンジン速度及び船速は依存して制御されるこの場合は、船速及びエンジン速度の両方、加速、前進／後進及びエンジン負
荷はエンジンスロットル制御を用いて制御される。

【００７３】２．エンジン速度及び船速は独立に制御されるこのモードにおいては、エンジン速度は別のスロットル制御を用いて或る所望
の値に設定される。船速、加速及び方向、並びにエンジンの可能性のある過負荷
は、推進器のピッチを変化させることにより制御される。この制御モードの典型
的な例は：２.１．港における操船のために、エンジン速度は、全ての予期される操船に対して充分な出力が利用できるような或る値に設定することができる。

【００７４】２.２．巡航状況下では、エンジン速度は、燃料消費に対する又は特別な騒音又は振動規準を満たすための或る最適値に設定することができる。

【００７５】２.３．動力艇に関しては、全ての時に対して最大の加速を提供するような最大出力エンジン速度を選択することができる。

【００７６】３．混合制御モード２において、もしピッチがエンジンの過負荷を生じるような値に設定さ
れた場合は、該ピッチは、これが生じるのを防止するために減少される。該混合
制御モードにおいては、この場合、エンジン速度が上昇されるであろう。

【００７７】当該制御システムは単一レバーのコントローラを有し、該コントローラはモー
ド１においては２つのエンジンのスロットル設定（結果として、エンジン速度及
び推進器ピッチの設定）及び方向（前進又は後進）を設定する。

【００７８】モード２及び３においては、別のエンジンスロットルコントローラがスロット
ル位置を設定する一方、上記単一レバーのコントローラがピッチ及び方向（前進
又は後進）を設定する。モード３において、もし制御レバーが、エンジンスロッ
トルにより設定されたものより高いエンジン速度が必要とされるように設定され
た場合は、上記単一レバーコントローラがエンジン速度も制御する。スロットル制御スロットル、ｑは、エンジンにおけるアクセル入力（キャブレターバタフライ
、ディーゼルポンプのラック又は電子入力）、ｓを：ｓ＝ｆ（ｑ）なる式に基づいて制御し、ここで、ｆは或る所望の関数である。図２１に示す可
能性のある関数は：ｓ＝max(ｓ_min,|q|) である。

【００７９】ｓにおいて、当該エンジンは設計速度ｒ_ｄにおいて作動するように最適に制御
され、エンジン速度ｒ_ｍにおいて最大出力Ｗ_ｍａｘを供給する。動作条件の範囲
に応じて、利用可能な出力の利用を最大にしながら充分な動的な余裕を維持する
ために、又は異なる負荷／海洋状態において効率を最大化するために、１以上の
“ｒ_ｄ対ｓ”曲線が必要であろう。

【００８０】エンジンは、ｒ_ｍなるエンジン速度で、その最大出力、Ｗを供給する。ｒ_ｍ(s
)、Ｗ(s)及びｒ_ｄ(s)を比較したグラフが図２２に示されている。

【００８１】エンジン速度を、その制御された値ｒ_ｄに制御するために、測定された速度、
ｒと該制御された速度との間の差がピッチコントローラに帰還される（図２０に
示されるように）。エンジンが速く回転し過ぎている場合は、ピッチが増加され
、エンジンに負荷を掛けて、速度を低下させる。エンジン速度が低過ぎる場合は
、ピッチが減少され、エンジン負荷を減少させてエンジン速度が増加するのを可
能にする。

【００８２】モータとボート速度との独立した制御が可能である場合は、該モータの速度は
二次スロットル、ｕの関数、ｒ_ｄ＝ｒ_ｄ(ｆ(ｕ))として設定される。この場合、
主スロットルはエンジンスロットル位置を減少又は増加させて、一定のモータ速
度、ｒ_ｄを維持しながら推進器のピッチの減少又は増加を可能にする。

【００８３】一定のモータ速度で出力を変えるためには、一定の速度におけるスロットル対
出力設定に関するデータが必要である。これは一連の曲線の形態をとり、これは
モータの製造者のデータから容易に導出することができる。また、推進器のピッ
チの変化に関連する消費される出力の変化に関する推定値も必要である。これら
の特性は、ピッチ及びスロットル推定器（図２０参照）内に維持される。如何な
るエラーも上記モータ速度-ピッチ帰還により修正されるので、高い精度は必要とされず、通常の設計条件（ｒ_ｄ、ｓ）における一連の値で充分である。

【００８４】特定された速度ｒ_ｍａｘを越えた場合は、スロットル設定を即座に減少させる
ことにより最大モータ速度が制限される。これが、図２３に概念的に示されてい
る。スロットル低減の率、ｋは高く設定される。制御されたエンジン速度ｒ_ｄが
何れかのスロットル位置ｓで最大出力速度ｒ_ｍより低下すると、エンジンは停止
（エンスト）しがちである。従って、翼ピッチをｒ_ｍ及びｒにより決定される最
大値に制限してエンストを防止するために、図２４に示すストールリミタ装置が
使用される。

【００８５】スロットル、ｓ_ｉも、その動作範囲内に維持されねばならず、これはスロット
ルリミタの出力においてチェックされる。制限は旋回の際にのみ発生し得、従っ
て残りのスロットルΔｓ_ｉｊ（計算されたスロットルと制限されるスロットルと
の間の差）は、旋回能力を維持するために（順方向速度を犠牲にして）他方のエ
ンジンに帰還される。（添字ｉは図２０に示すエンジンシステムを参照し、添字
ｊは２つのエンジンシステムのうちの他方を参照する）。スロットル装置及びス
ロットルリミタ装置は図２５及び２６に各々概念的に示されている。

【００８６】ピッチを使用するモータ速度の制御は、スロットルの変化に対して良好なステ
ップ応答を有するように構成される。エンジン及び推進器の特性から導出される
スロットル応答は、船舶の加速を提供する一方、モータが速度を変更するのを可
能にする。

【００８７】最大の線形な加速は、当該制御システムに加速の測定値又は推定値を含めるこ
とにより制限することができる。操舵制御（図２７）当該船舶を操縦するには、内側の推進器に供給される出力が、外側の推進器に
供給される出力に対して減少されねばならない。これは、外側のエンジンの制御
速度を内側のエンジンに対して変化させることにより、又は外側推進器のピッチ
を増加させる一方内側推進器のピッチを減少させることにより、又はエンジン速
度の変更及びピッチの変更の両方の組み合わせにより達成される。

【００８８】この場合、添字１及び２が内側及び外側の推進器を各々指すとすると、変更さ
れたモータ出力が各推進器により消費される出力により吸収され、且つ、モータ
速度が一定に留まるように、増分スロットル設定Δｓ_１、Δｓ_２を入力スロット
ル設定ｓに加算し、Δｐ_１、Δｐ_２を入力ピッチ設定ｐに加算することで充分で
ある。

【００８９】ｓ_１＝｜ｓ−Δｓ_１｜、ｓ_２＝｜ｓ＋Δｓ_２｜ｐ_１＝｜ｐ−Δｐ_１｜、ｐ_２＝｜ｐ＋Δｐ_２｜ここで、 Δｓ＝Ｆ_ｓ（φ, ｒ）、 Δｐ＝Ｆ_ｐ（ｓ, Δｓ）であり、ここで、Ｆ_ｓ、Ｆ_ｐはモータ及び推進器の特性の関数である。

【００９０】殆どの場合、低い速度ではΔｓ_１≒Δｓ_２である一方、高い速度ではエンジン
出力曲線の非線形さによりΔｓ_１＞Δｓ_２である。低速度では、項（ｓ−Δｓ_１）は負になる可能性があり、これは非現実な状態である。この条件では、dirの符号が変わり、結果としてピッチ角が変わり、その結果、負の推力となる。ｓ_１＝｜ｓ−Δｓ_１｜の値は正のままとなる。

【００９１】ヨーレートは、加速の測定値又は推定値を制御ループ内に含めることにより制
限することができる。モード制御上述した基本モードと同様に、下記のモードも使用される。

【００９２】１．緊急制御当該制御システムは、乗客の快適さのために最大の線形及びヨー加速を含んで
いる。緊急操船の場合には、これらの制限よりも優先操作されねばならない。

【００９３】２．船速制御所要の船速が選択される。測定された船速と選択された速度との間のエラーは
、エンジンコントローラに帰還されて、所要の船速を維持する。

【００９４】３．動的位置（ＤＰ）制御船速及び船首方向が制御される。

【００９５】エンジン又は推進器のコントローラが全て故障した場合、エンジンスロットル
位置又は推進器のピッチを直接制御するために、機械的制御を設けることができ
る。１つのエンジン又は推進器の故障の場合は、針路を維持するために緊急用舵
の使用が必要となる。この場合、残りの単一のエンジン及び推進器は、速度及び
前進／後進の制御のみを行う。制御システム前述したように、図２０は単一のエンジン及び単一の推進器に対する制御シス
テムのみを示している。スロットルリミタからの残存スロットル信号Δｓ_１２は
、反対のエンジンコントローラのΔｓ_２信号加算器に帰還され、Δｓ_２１信号は
反対のスロットルリミタから図示のΔｓ_１信号加算器に戻される信号である。

【００９６】尚、上述した実施例に対する種々の変形が、本発明の範囲から逸脱することな
く可能であることは理解されるであろう。例えば、幾つかの場合においては、翼
間隔の翼弦に対する比Ｓ／Ｃは、各翼の長さの小さな部分に沿って２.０より小さくてもよい。幾つかの場合においては、翼の長さの１０％までは、２.０未満のＳ／Ｃ比を有していてもよい。例えば、或る可能性のある実施例においては、
比（Ｓ／Ｃ）は翼の根元部分において２.０未満、好ましくは１.７ないし２.０の範囲とする。これは、比較的重い、半滑走船舶に使用するよう設計されたプロ
ペラの場合に特に当てはまる。このような船舶に関しては、当該船舶にとって所
望の巡航速度を得るために、例えば船殻船尾肋骨の大きさ及び当該プロペラを経
る所望の流れ面積等の他の制限要因が、選択されるＳ／Ｃ比が高速滑走船舶用の
プロペラに使用されるであろうＳ／Ｃ比よりも通常小さい必要があることを意味
する、ということが分かるであろう。

【００９７】高速滑走船舶の場合は、通常、Ｓ／Ｃ比は常に翼の長さの９５％以上にわたっ
て少なくとも２.０であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例による推進システムを備える船舶の一部の部分的に
概念で示す側面図である。

【図２】図２は、本発明の他の実施例による推進システムを備える船舶の一部の分離さ
れた（図６のＸ-Ｘ’線に沿う）断面的側面図である。

【図３】図３は、図２の装置に組み込まれたピッチ制御機構の一部の背面図である。

【図４】図４は、図２の装置の当該船舶の船殻の外側から見た端面図で、プロペラが陸
揚げのために持ち上げられている。

【図５】図５は、図２の装置の当該船舶の船殻の内側から見た端面図で、該船舶のエン
ジンは（簡略化のため）破線の輪郭で示されている。

【図６】図６は、図２の装置の当該船舶の船殻の外側から見た端面図で、プロペラは（
下げられた）作動位置となっている。

【図７】図７は、本発明の更に他の実施例による推進システムの概略側面図である。

【図８】図８は、図７の推進システムの２つのプロペラの配置の概略端面図である。

【図９】図９は、本発明の一実施例による推進システム用の機械的ピッチ制御装置を示
す。

【図１０】ａは、図１又は図２の推進システムにおけるプロペラの一部の断面的側面図で
あり、ｂは、従来の可変ピッチプロペラの対応する部分の断面的側面図である。

【図１１】図１１は、図１又は図２に示す新推進システム（ＮＰＳ）の推力及び効率を従
来のジェット推進システムと比較したグラフである。

【図１２】図１２は、高出力で作動している従来の固定翼ピッチの表面プロペラにおける
２枚翼部の概念図であり、２枚の翼が当該プロペラの中心から半径Ｒにおいて断
面で示されている。

【図１３】図１３は、図１２におけるのと同一のプロペラの２枚翼部の概念図であり、巡
航速度で作動している。

【図１４】図１４は、低（巡航）速度で作動している本発明の推進システムのプロペラに
おける２枚翼部の概念図であり、２枚の翼が当該プロペラの中心から半径Ｒにお
いて断面で示されている。

【図１５】図１５は、図１４におけるのと同一のプロペラの２枚翼部の概念図であり、高
速度で作動している。

【図１６】図１６は、図１４におけるのと同一のプロペラの２枚翼部の概念図であり、零
推力で作動している

【図１７】図１７は、図１５及び１６の翼のうちの一方の異なる半径における断面を示し
、該翼における捻れを図示している。

【図１８】図１８は、速度に対してプロットされた本新推進システム（ＮＰＳ）の効率を
、速度に対してプロットされた従来の表面貫通型推進システムの効率と比較する
グラフである。

【図１９】図１９は、本新推進システム（ＮＰＳ）の効率を上記従来のシステムの効率に
対してプロットしたものである。

【図２０】図２０は、本発明の好ましい実施例に組み込まれた変速機制御システムを図示
するブロック図である。

【図２１】図２１は、図２０のシステムにおける、エンジンスロットル位置ｓを主スロッ
トル制御位置ｐに対してプロットしたグラフである。

【図２２】図２２は、エンジン設計速度r_d(s)、エンジン最大出力速度r_m(s)及びエンジン
最大出力W(s)を比較したグラフである。

【図２３】図２３は、図２０のシステムのエンジンモータＲｅｖ.リミタ装置のブロック図である。

【図２４】図２４は、図２０のシステムのストールリミタ装置のブロック図である。

【図２５】図２５は、図２０のシステムのスロットル装置のブロック図である。

【図２６】図２６は、図２０のシステムのスロットルリミタ装置のブロック図である。

【図２７】図２７は、図２０のシステム用の操舵制御装置のブロック図である。

【符号の説明】

１…軸２…船尾肋骨３…船殻４…プロペラ５…ハブ６…翼７…船殻の後縁１１…エンジン１４…制御棒Ｃ…翼弦Ｓ…翼間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，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，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (71)出願人 11 ＬｉｎｄｅｎＧａｒｄｅｎｓ，ＴｕｎｂｒｉｄｇｅＷｅｌｌｓ，Ｋｅｎｔ，ＴＮ２５ＱＵ，ＵｎｉｔｅｄＫｉｎｇｄｏｍ (72)発明者ダンカンヒューゴアンソニーイギリス国イーエイチ54 ８ピーピーリビングストン、ディアパーク、バーンズグリーン 41番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】船舶用の推進システムにおいて、該システムが、前記船舶の船殻の船尾肋骨（２）から後方に延びる少なくとも１つの軸（１）
と、表面貫通型のプロペラ（４）であって、該プロペラが前記船舶の使用の際に前
記船殻の船尾肋骨の背後に生成される船尾肋骨キャビティ内で作動するように、
前記少なくとも１つの軸上に前記船殻の後縁（７）に近接して取り付けられた表
面貫通型のプロペラと、前記少なくとも１つの軸を駆動する駆動手段（９、１０、１１）と、を有し、前記プロペラはハブ（５）と該ハブの周囲に略等間隔で角度方向に離隔
して配された複数の翼（６）とを有し、前記翼の間隔（Ｓ）の翼弦（Ｃ）に対す
る比（Ｓ／Ｃ）が前記翼の略全長に沿って少なくとも２.０であることを特徴とする推進システム。
【請求項２】請求項１に記載の推進システムにおいて、隣接する翼におけ
る前記翼間隔（Ｓ）の前記翼弦（Ｃ）に対する前記比（Ｓ／Ｃ）が、前記翼の略
全長に沿って２ないし５の範囲であることを特徴とする推進システム。
【請求項３】請求項１に記載の推進システムにおいて、隣接する翼におけ
る前記翼間隔（Ｓ）の前記翼弦（Ｃ）に対する前記比（Ｓ／Ｃ）が、前記翼の略
全長に沿って２.３ないし４.０の範囲にあることを特徴とする推進システム。
【請求項４】請求項１又は請求項２に記載の推進システムにおいて、前記
翼間隔（Ｓ）の前記翼弦（Ｃ）に対する前記比（Ｓ／Ｃ）が、前記翼の長さの少
なくとも９０％に沿って少なくとも２.０であることを特徴とする推進システム。
【請求項５】請求項４に記載の推進システムにおいて、前記翼間隔（Ｓ）
の前記翼弦（Ｃ）に対する前記比（Ｓ／Ｃ）が、前記翼の長さの少なくとも９５
％に沿って少なくとも２.０であることを特徴とする推進システム。
【請求項６】請求項１ないし５の何れか一項に記載の推進システムにおい
て、ハブ直径（Ｈ_ｄ）のプロペラ直径（Ｐ_ｄ）に対する比（Ｈ_ｄ／Ｐ_ｄ）が少な
くとも０.３５であることを特徴とする推進システム。
【請求項７】請求項６に記載の推進システムにおいて、ハブ直径（Ｈ_ｄ）
のプロペラ直径（Ｐ_ｄ）に対する前記比（Ｈ_ｄ／Ｐ_ｄ）が少なくとも０.４であることを特徴とする推進システム。
【請求項８】請求項１ないし７の何れか一項に記載の推進システムにおい
て、前記プロペラ（４）は前記少なくとも１つの軸（１）上に、前記プロペラの
面が前記軸に対して略垂直となるように、取り付けられていることを特徴とする
推進システム。
【請求項９】請求項１ないし８の何れか一項に記載の推進システムにおい
て、前記軸は前記船舶に、前記プロペラ（４）の面が推力線に対して略直角とな
るように、取り付けられていることを特徴とする推進システム。
【請求項１０】請求項１ないし９の何れか一項に記載の推進システムにお
いて、プロペラ直径（Ｐ_ｄ）の静止船殻喫水（Ｈ_Ｓ）に対する比（Ｐ_ｄ/Ｈ_Ｓ）が少なくとも１.４であることを特徴とする推進システム。
【請求項１１】請求項１ないし１０の何れか一項に記載の推進システムに
おいて、前記プロペラにおける前記翼（６）のピッチ（β）が該プロペラの回転
軸に対して可変であることを特徴とする推進システム。
【請求項１２】請求項１１に記載の推進システムにおいて、当該推進シス
テムに前記翼のピッチを制御する翼ピッチ制御手段が更に含まれていることを特
徴とする推進システム。
【請求項１３】請求項１２に記載の推進システムにおいて、前記翼ピッチ
制御手段は、前記翼のピッチ（β）が５０度と１２０度との間で変化されるよう
に形成且つ配置されていることを特徴とする推進システム。
【請求項１４】請求項１２又は請求項１３に記載の推進システムにおいて
、前記翼ピッチ制御手段は、機械的手段、電気的手段及び流体圧的手段の１以上
で構成されていることを特徴とする推進システム。
【請求項１５】請求項１２又は請求項１３に記載の推進システムにおいて
、前記翼ピッチ制御手段は、前記翼（６）が取り付けられた担体手段（１８）に
連結されたピッチ制御棒（１４）の形態の機械的ピッチ制御手段を有し、前記制
御棒及び担体手段は、前記制御棒の軸方向運動が前記担体手段の回転運動に変換
され、これにより前記翼が該翼のピッチを（前記プロペラの回転軸に対して）変
化させるように回転されるように形成及び配置されていることを特徴とする推進
システム。
【請求項１６】請求項１ないし１５の何れか一項に記載の推進システムに
おいて、当該システムは前記船舶の船殻（３）の船尾肋骨（２）から後方に延び
る少なくとも２つの軸（１）を有し、前記各軸にはプロペラ（４）が取り付けら
れ、前記各プロペラはハブ（５）と該ハブの周囲に略等間隔で角度方向に離隔し
て配された複数の翼（６）とを有し、前記翼の間隔（Ｓ）の翼弦（Ｃ）に対する
比（Ｓ／Ｃ）が前記翼の略全長に沿って少なくとも２.０であることを特徴とする推進システム。
【請求項１７】請求項１６に記載の推進システムにおいて、前記翼ピッチ
制御手段が前記各プロペラ上の前記翼のピッチを制御するように設けられている
ことを特徴とする推進システム。
【請求項１８】請求項１７に記載の推進システムにおいて、前記翼ピッチ
制御手段が、前記各プロペラにおける前記プロペラの翼のピッチを独立に変化さ
せるように形成及び配置されていることを特徴とする推進システム。
【請求項１９】請求項１２、１３、１４、１５、１７及び１８の何れか一
項に記載の推進システムにおいて、前記翼ピッチ制御手段が、前記船舶の所望の
速度、前記船舶の実際の速度、所望のエンジン速度、実際のエンジン速度、海上
における前記船舶の位置、前記船舶の所望の航路及び前記船舶の実際の航路の１
以上に依存して前記翼のピッチを自動的に制御する知能ピッチコントローラシス
テムを更に含んでいることを特徴とする推進システム。
【請求項２０】請求項１７又は請求項１８に従属する請求項１９に記載の
推進システムにおいて、前記知能ピッチコントローラシステムが、前記翼ピッチ
制御手段における前記ピッチ制御棒の軸方向運動を前記２つのプロペラにおける
プロペラ翼のピッチを変化させるように制御することを特徴とする推進システム
。
【請求項２１】請求項１９又は請求項２０に記載の推進システムにおいて
、前記知能ピッチコントローラシステムが、前記船舶のエンジン速度も制御する
ことを特徴とする推進システム。
【請求項２２】請求項１９ないし２１の何れか一項に記載の推進システム
において、前記知能ピッチコントローラシステムが、前記プロペラの又は前記各
プロペラの回転速度を一定の速度に維持すべく前記翼のピッチを変化させるよう
に構成されていることを特徴とする推進システム。
【請求項２３】請求項１ないし２２の何れか一項に記載の推進システムに
おいて、前記プロペラ当たりの前記翼の数が２と５の間であることを特徴とする
推進システム。
【請求項２４】請求項１ないし２３の何れか一項に記載の推進システムに
おいて、前記翼が該翼の長さに沿って捻られていることを特徴とする推進システ
ム。
【請求項２５】請求項２４に記載の推進システムにおいて、前記捻りが２
０度以下であることを特徴とする推進システム。
【請求項２６】請求項１ないし２５の何れか一項に記載の推進システムに
おいて、前記船舶における前記船殻の端部輪郭が、前記プロペラ又は前記各プロ
ペラにおける前記ハブの輪郭に概ね対応した少なくとも１つの凸状の概ね弧状輪
郭の突起を有していることを特徴とする推進システム。
【請求項２７】請求項２６に記載の推進システムにおいて、前記少なくと
も１つの凸状突起の弧が略１８０度までであることを特徴とする推進システム。
【請求項２８】請求項１ないし２７の何れか一項に記載の推進システムに
おいて、前記翼（６）の間に如何なる障害物も入るのを防止するように前記プロ
ペラ又は前記各プロペラを囲む保護手段（３８、３９、４０）を更に含んでいる
ことを特徴とする推進システム。