JP2003049796A - 推進性スラストリングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】プロペラのスラスト、馬力を強化し、プロペラ
の騒音を減らすことによってプロペラが生成する性能を
改善する構造的なシステムを提供する。 【解決手段】原動機駆動のプロペラ４４が、上流側から
下流側に流体の流れを確立するため軸の回りに回転され
るとき、そのプロペラの性能を強化するための装置であ
って、複数のリング５６．１〜５６．４を有し、その内
の少なくとも１つは、プロペラの軸方向スパンの範囲内
に配置され、もう１つのリングが１つのリングの下流に
配置され；それぞれのリングは、相互に軸方向に間隔を
保って配置され、１つのリングと下流に配置されたリン
グの間で流量を増加させる開口部６０，６２，６４を形
成し、開口部は、それによって更にプロペラが発生し渦
が流体の流量を増加させうるように選択された装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】この発明は、一般にファンおよびプロペラ
によって流体を動かし混合するための改善した方法、そ
してまたプロペラおよびファン駆動の乗物、特に船舶お
よびあらゆる型の航空機、ファン、その他の流体駆動装
置用のスラスト（推力）を増大し、制御するための改善
した推進システムに関するものである。

【０００２】

【背景技術】プロペラまたは関連する回転形態のもの、
例えばローター、ファンおよびスクリューは、船舶およ
び航空機の設計において肝要な面である。現在の船舶ス
クリューは低効率であり、それは高い騒音と言う特徴の
ためで、羽根における水の空洞発生作用によって性能が
制限されている。現在の船舶スクリューなどが、水中の
マネティ（海牛）、人々、そして沈んで見えない物体と
衝突したときの安全性の欠如は、日々の新聞でしばしば
報じられている。毎時６０マイルで動いている小型船を
正確に停止させられるかどうかは疑問である；他の船
舶、泳いでいる人達、および残骸物との衝突を回避する
助けとなる実際的なブレーキシステムは、現在存在しな
い。低速度で回転する大型のプロペラは、船の設計上必
要な選択であり、船／スクリュー寸法の関係の故に、船
体から生じる著しい流れ妨害があり、結果的には一層低
い効率をもたらす。

【０００３】飛行機のプロペラおよびヘリコプターの尾
部ローターは、許容できる程度の効率を得るために、比
較的低い誘起加速度の流れを有する大量の空気を動かさ
ねばならない。そのようなローターの寸法は、相対的に
制限される。それ故十分なスラストを生成するために、
これらのローターは、羽根の翅端速度を高くして駆動さ
れる。高い〔スラスト／翅端速度〕の比の条件により生
成される翅端の渦巻は、システムの騒音を増加させる。
それ故、プロペラのスラスト、馬力を強化し、プロペラ
の騒音を減らすことによってプロペラが生成する性能を
改善する構造的なシステムが必要である。また動きの不
活発または活発な物体にプロペラが衝突したときに安全
性を確保し、プロペラの性能を不利にすることなしにプ
ロペラを保護するケージの必要性も存在する。さらに船
舶、航空機、ヘリコプターおよびファンに使用されるプ
ロペラの動作から発生する騒音レベルを減らす必要性も
存在する。

【０００４】プロペラ、スクリュー、安全装置の分野に
ついて、またプロペラのスラストを増加させる手段につ
いて、これまでの特許が詳しく調査され、つぎの結果を
得た。M.S.Smallに付与された米国特許No.4,689,026
は、プロペラスクリューに関するもので、スクリューを
取り囲む方形のトンネルを示しており、このシステム
は、トンネルのすみ及び水の回転損失の故に過大な水の
抵抗および低い流動効率を有するものと思われる。米国
特許No.4,666,411は、管状の、船の伴流発生機のための
ものであり、これはまた高い水の抵抗をもち無推進力の
代物である。V.W.Toneに付与された米国特許No.4,031,8
46は、案内駆動装置と円錐形の半力バーについて記載
し、それは反通風板として作用するかも知れないが、明
らかに推進力を発生するものではないと思われる。プロ
ペラの先端のみをカバーする円錐板として、それは安全
防護物としての作用はしないものと思われる。

【０００５】米国特許No.3,742,895は、プロペラ伴流中
の操舵用の舵について記載しており、私の発明には関係
しない。米国特許No.3,528,382は、伴流をまっすぐにす
ることによってその伴流中の回転エネルギを回収するた
め、流れをまっすぐにする装置について記載している。
この事は、伴流速度測定を行ってシャフトの回転軸に対
して高々１５°以下という流れの斜交角を示すことで、
最善のときでさえ生じるスラスト利得は小さいことを示
している。この事は、反回転ベーンに対する抗力が存在
しなかった場合、精々３．５％のスラストを増加させる
ものと思われ、評価できる積極的なスラスト効果は期待
できない。米国特許No.4,580,517は、管内に配置した、
おおい隠されたプロペラについて記載している。これ
は、前方運動では推進力を発生しないシュラウドシステ
ムである。

【０００６】この管は静力学的スラスト状態ではスラス
トを改善するが、運動に必要なパワーに大きな不利を強
いるような高い抵抗を、速度増加と共に有するに至る。
米国特許No.3,722,454は、プロペラに隣接する長い、流
体の管を示している。前方への運動の間に起こるこの装
置の高い表面摩擦のため極端な動力を必要とし、しかも
前進速度は非常に低いから、その装置の使用は除外され
る。米国特許No.4,441,163は、プロペラを保護するため
の、推進力を発生しないケージを示している。このケー
ジは、推進力を発生しない性質のものであるから、ある
適当な動作速度において過大な力を必要とする。D.C. B
abusに付与された米国特許No.4,078,516は、上記した同
じ高い抗力特性を有する、推進力を発生しないケージを
再度示している。

【０００７】Freibheim Zimmerに付与された米国特許N
o.3,968,944は、入口に配置した、プロペラを有するテ
ーパー付き収縮シュラウドを示している。これは、シュ
ラウドが推進力を発生しない性質のものであるから、こ
れもまた高い抵抗のある代物を提供するだろう。シュラ
ウドまたはトンネルについて記載している上記の従来技
術の大部分は、人および／または海洋生物がプロペラと
接触しないように保護するが、効率的な性能を犠牲に
し、かつこれらのものが高い抵抗の代物であるため大き
な動力を必要としていることに気付かれるだろう。私の
発明は、同じ速度を出すために必要な通常のプロペラ動
力のたった半分（１／２）と言う小さい人力を用いてさ
えも推進力を発生するスラストを増加させつつ、ケージ
によって提供される安全性を達成している。

【０００８】H.E. Lemontに付与された関連特許No.4,50
6,849、「ヘリコプターロータのスラストリング」は尾
部ローターの周囲に単一のスラストリングを使うことを
記載している。主ローターからおよび平行移動飛行(tra
nslational flight)から生じる両方の交差流は、スラス
トリングから発生するスラストを強めるために使用され
る。軸方向の推進力を十分増加させるために、単一のス
ラストリングを採用するに必要なその面積は、余りに多
くの抗力を課すことになり、軸方向に高速モードで成功
裏に動作させることは不可能になるものと考えられる。
タウンエンドリング（星形状配置の航空機エンジンを流
線型にする初期の方法）は、航空機のプロペラを取り囲
んでスラストを増大させるために使用された。これは、
上記の特許No.3,722,454及びNo.3,969,944のシュラウド
を使った航空機の変形である。船舶にあてはまる同じ難
点は、また航空の応用にもあてはまる。これらのタウン
エンドリングは、静力学的な地上のスラストを増大させ
る一方、航空機の並みの平行移動速度(moderate transl
ational speed)では、抵抗がスラスト増加の効果とすぐ
に等しくなり、正味の有効性をゼロまで減らす。

【０００９】輸送用航空機は、騒音抑制のためダクト／
カウリングシステム内に封入された、推進力を発生する
ファンを使用する。ファンの羽根がダクト内に配置され
るとき、カウルリップ上の負の空気圧の分布によりスラ
ストを強めること、そしてまた羽根翅端の渦を消去する
ことが要求される。並進と交差の流れを伴うダクトリッ
プ圧力の変動は、ダクト内部の空気速度の方向と大きさ
に変化を起こし、ファン内部の面速度分布に変化をもた
らす。この事は、ダクト内の半径方向の空気流分布に対
し、必要とするファン羽根ねじりとの釣合をくつがえし
効率を減じる。翅端の渦を消去するため、ファン羽根の
翅端はダクト壁に非常に接近することが必要であり（半
径の０．５％以内に）、それはさらにクリアランスの問
題を伴う。小さなクリアランスの問題は、ダクトの構造
を硬くして高速で動く羽根との接触をさけるために重量
が追加されると言う重大な不利益を生ずる。米国特許N
o.4,506,849に対して参考文献として引用された特許
は、揚力を達成するため平行移動飛行速度の間、縁に沿
って交差する流れの原理を使用しており；従って８４９
特許に対して言及したのと類似の限界を示している。

【００１０】

【発明の概要】この発明によるスラスト増加装置を使用
すると、実質的に改善されたスラストがファンあるいは
プロペラから得られる。この事は多重リング構造体を採
用することによって達成される。その構造体では、複数
のリングがスラスト増強距離(thrust enhancing distan
ce)だけ軸方向に相互に間隔をあけ設けられている。１
つのスラストリングは、回転する羽根の向い側に半径方
向に配置され、かつリングが画定する環状ポンプ開口部
を形成するように少くとも１つの他のリングが下流で軸
方向に間隔を取って配置される。ファンであれプロペラ
であれ回転羽根によって発生された渦は、リング間のポ
ンプ開口部を通って流体の主流に再度入り、主流を増加
させるために有益に使用される。この発明によるスラス
ト増加システムを使用すると、増加した流体流の量が、
同じ馬力で達成することができる。例えば、固定されて
いない空気ファンでこの発明によるリング構造体を備え
ているものは、同じ馬力に対してそのマスフローを５倍
の大きさに増加させることができる。

【００１１】実質的な騒音低減は、回転羽根の平面内と
またその平面から４５°のところの両方で、この発明の
リング構造体を使って得られる。このリング構造体は、
人々および水中生物を回転羽根から守る安全性を高め、
かつ制御可能なピッチ羽根を使って強化したスラスト逆
転を得ることを可能にしている。羽根は経済的な平坦板
で小アスペクト比の構成にすることができる。本文中に
記述した発明の一実施例において、多重リング構造体
は、コンピュータ回路または類似物を取り囲む電子的収
納体を換気するために使用する型の小型高速度ファンを
組み込んでいる。ファン羽根周縁辺の掃引ラインに対向
して半径方向に配置した少くとも数個の環状のリング画
定開口を備えるように、複数のリングが、ファン羽根の
軸方向の幅の中に配置される。リングの幅、リング間の
間隔、その形、方向、および厚さは、回転ファン羽根に
よって発生した渦からスラスト増加を生成するように選
択される。多重リング使用の結果として、入力する動力
の関数として増大されたマスフローおよび優れた静圧対
流量の性能が得られる。

【００１２】発明による多重リング構造体は、小アスペ
クト比の羽根を使えば特に効果的であって、例えばファ
ン、ボートプロペラ、羽根車、ポンプ、タービンエンジ
ン、吹付けドライヤー、ヒーターファン、ペイントとス
ラリー混合機および類似品等で遭遇する羽根である。発
明による、軸方向に延びた１つの多重リング構造体にお
いては、少くとも１つの、リングが画定する開口部が、
回転する羽根に向い側半径方向にあり、１つまたはそれ
以上のリング開口部が羽根の下流に配置されている。こ
れにより膨張する伴流が生成される。発明による多重リ
ング構造体を使用すると、単一のリングを採用するとき
より発生する抗力ははるかに小さい。多重リングの配置
を適切にすると、スラスト増加の改善が達成でき、より
小さい動力で一層大きいスラストを発生させる結果とな
る。それ故この発明の一つの目的は、従来型のファンま
たはプロペラから得られるスラストに比べ、より小さい
入力の動力を使って同じ寸法のファンまたはプロペラか
ら得られるスラストを増進することである。

【００１３】私の発明のその他の目的、利点および社会
的利益はつぎのごとくである。 １．破壊的で不具にするようなプロペラの打撃から人
々、海洋の生物と動物を保護すること。 ２．乗物に設けた、取り囲んだプロペラ、ロータ、また
はスクリュー等のスラスト増進に積極的に貢献し、燃料
消費を減らす保護的なリングケージの設置。 ３．多重リング作用により、羽根翅端と根本の渦により
代表される、これまで無駄になっていた誘起動力を使用
することによって余分の乗物推進力スラストを供給し、
燃料を節約し、より速く行く、そしてもっと効率のよい
乗物を提供すること。 ４．緊急時または他の状況時に、乗物にブレーキをかけ
るため、可変ピッチプロペラを使い、スラスト逆転を含
みスラストの大きさの一層よい制御をすること。 ５．ファンまたはプロペラの渦から発生する騒音の低
減。ファン、ヒータ、ヘアドライヤおよび類似品の静か
な動作の可能化。 ６．経済的なスラスト増加システムを使用してファンま
たはプロペラの燃料効率を向上させる事。ボート、船、
航空機、潜水艦および類似物について有意の走行コスト
節約が達成できる。この発明の多重リング構造体の中に
は動く部分がないので、長期間持ちこたえられ、ライフ
サイクルの原価は極めて低いものと期待できる。 ７．私の発明によって達成されるスラスト増加は、推進
力発生；空気または流体の混合；ガス、スラリー、スラ
ッジ、粒体の汲み揚げ；およびファン、ヒータ、ヘアド
ライヤー、石油バーナ、伝送パイプラインの並列ポンプ
等に必要な空気または他の媒体を動かすことにかかわる
多種類の羽根に適用できる。 ８．リングを通って動かされる空気または水の中の主要
な寸法の粒子の分離を容易に行う事。

【００１４】本発明は、小アスペクト比の多羽根のプロ
ペラ、ファン、羽根車あるいはロータと組合せて使用で
きる多重リング構造体を有している。この多重リング構
造体は、幅の狭い環状翼を形成し、軸方向に間隔をとっ
た多重リングを有し、これらの環状翼は、環状リング開
口部によって分離されており、その開口部の幅はリング
の翼弦距離の関数として表わされる。なおこの翼弦距離
はリングの内径対外径比に基づいている。これらのリン
グを相互の関係において、またプロペラの平面内に配置
するための構造はこの発明の一部である。第１リングの
平面は、プロペラの軸方向長さの範囲内にかつプロペラ
の上流翅端渦の僅かに後ろに配置される。プロペラの平
面に対する前方リングの僅かな傾斜および続く下流リン
グの大きな角度は、いくつかの応用に対し有益な効果が
ある。プロペラは、小アスペクト比の羽根、特別の翼断
面およびリングケージ構造体のスラスト作用を強めるた
めの平面図形状によって強度の増した後流に関連する翅
端および根本の渦を有している。リングケージは、通常
無駄にしていた渦の回転エネルギを、プロペラによって
作られるスラストの方向に働く力として変換することに
より、これらの渦を余分なスラストに変換する。発明の
これらおよびその他の利点、ならびに目的は、図面に示
す数個の実施例に関する以下の説明から理解できる。

【００１５】

【実施例の詳細な記述及び発明の効果】図１−５を参照
すると、この発明によるファン４０が示されている。こ
のファン４０には多重リング構造体４２が設けられてお
り、それにより、プロペラ羽根４４によって矢印４８の
方向に発生されたスラストが顕著に増加される。図１
は、２つの静圧カーブ５０、５２を示している。カーブ
５０は、ファン４０（４．００インチ直径）と類似の大
きさであるが僅かに大きい（４．４１インチ直径）標準
的管内ファンについてのカーブである。カーブ５２は、
リングケージ構造体４２を有するファン４０に対するカ
ーブである。特に重要な意味を持つのは、約０．２イン
チの水という通常動作の静圧において、ファン４０を用
いて得られたマスフローの増加（２倍になった）であ
る。標準の管内ファンに対する静圧カーブに通常存在す
る非線形のディップ（少しの降下）５４は、ファン４０
の使用で実質的に消去されている。カーブ５２は本質的
に直線であるが、ファンの構成によっては変動する可能
性がある。

【００１６】ファン４０により顕著に改善されたこの性
能は、多重リング構造４２を使って達成される。この構
造体４２は、少くとも２つのリングそしてこの実施例で
は複数のリング５６．１、５６．２，５６．３、と５
６．４を有し、これらのリングはファン羽根４４の周辺
スイープラインから半径方向に間隔を有しかつプロペラ
羽根４６の軸方向での距離内に配置される。リング５
６．１は、またファン４０を適当な表面に取り付ける台
として役立つ。多重リング構造体４２は、３つの環状リ
ングで画定された開口６０、６２、６４を有し、翅端が
流し出す渦と混合した空気流がそれらの開口を通って流
量を増加させる。リング５６．２、５６．３は環状で、
比較的薄い翼型構造をしており、それら構造体の半径方
向の幅（外半径より内半径を差引いた）、または翼弦
Ｃ、および軸方向間隔Ｗは、リング構造体４２により流
量増加を強めるために選択される。リング翼弦Ｃが余り
大きく作られると、増加作用は減少する傾向になり、ま
た乗物への応用における抵抗が大きくなり過ぎるかも知
れない。リング翼弦が小さ過ぎると、増加作用も減少す
る傾向にある。リング翼弦Ｃの寸法は、ファン半径Ｒの
関数として表現でき、好ましくは約０．１５Ｒから約
０．５９Ｒの範囲内に入れるべきである。特に効果的な
流量増加は、リング翼弦の寸法が０．２５Ｒのときであ
ることが判った。

【００１７】リングの厚さｔは、また性能に影響を与
え、リングが厚過ぎてもまた薄過ぎても増加作用は減退
する。一般に、リングの厚さは翼弦寸法Ｃの関数として
表現される。リング厚さｔは、好ましくは約０．１Ｃか
ら約０．４Ｃの範囲内であり、増加流量は、一般にリン
グ厚さが０．３５Ｃに近づくにつれて低下する。リング
の最大厚さは、一般に約０．１５Ｃから約０．２Ｃまで
の範囲で最大の静流量増加をもたらすことが判った。直
径８インチのファン内に２つ羽根のプロペラを有する４
つのリングを使用した１つの多重リング構造体内では、
リング厚さｔの最適値は０．２Ｃであった。改善された
マスフローは、０．１Ｃ以下のリング厚さを使ってさえ
も得ることができる。

【００１８】リング間の軸方向間隔をＷ、すなわち環状
リングが画定する開口６０、６２、６４の軸方向幅Ｗ
は、マスフローを増加させるため渦からの空気流にとっ
て十分でなければならない。もし開口が広げられると流
量増加は徐々に減少する。開口幅Ｗがゼロになるとき、
性能は単一リングを使って得られる増加量に近づく。好
ましくは、リング流開口の幅Ｗは、一般にリング翼弦長
さＣの約半分から約４倍の間に選択される。もっともこ
の範囲からはみ出ることは、空気と水のような異なった
媒体で遭遇できるであろう。上記した８インチ、２つ羽
根のファン用の１つの多重リング構造体内で、リング厚
さを０．２１Ｃに、ファンの剛率比(Solidity ratio)を
０．２にし、かつリング間隔を約翼弦Ｃの２倍にして、
ファンのみの場合と比較してマスフローで４０％の改善
が得られた。単一リングの使用から得られたマスフロー
の増加は、約１６％であった。

【００１９】回転面６７に関して前方リングの軸上位置
は、流量増加に影響を与える。一般に上流にあるつまり
前方のリング５６．１の後縁６５は、翅端渦の前方にあ
ってはならず、好ましくは回転面６７の近くに配置され
るべきである。前方リングの後縁６５は、面６９の前方
にまたは下流に配置することができる。一般に流量増加
は、後縁６５の位置が後方に動くときよりも前方に動く
ときに一層急速に減少する。前方リングの６５のような
後縁が、回転面からプロペラ半径Ｒの約０．０６倍以上
前方に出なくて、約０．２Ｒより以上下流に出なけれ
ば、流量増加は一対の羽根を使って１つのファンで得ら
れた。これらの位置は、プロペラの種々の係数、例えば
羽根によって生成される渦の強さ等によって変更するこ
とができる。

【００２０】図１Ｂは、この発明のリングケージ構造体
を使って達成された重要な改善事項を図示している。カ
ーブ７０は、２枚羽根、１０インチ直径のファンで、か
つ３つのリング５６の間に１翼弦長のリング間隔と１５
°の羽根ねじり角を持つファンの翅端７２のピッチ角の
関数としてマスフローを表わしている。ピッチ角が増加
するにつれて、マスフローは増加し、約４３°の角度で
点７４において最大値になるまで増え、そこで失速が起
こる。ピッチ角が更に増加すると、点７６で示すように
マスフローが減少する。しかし点７８においてカーブは
約５０°で安定し少くとも６０°まではこの状態のまま
である。

【００２１】従来のファンにあっては、マスフローは約
６０°のピッチ角になるまで８０に示すように減少し続
け、軸方向の流は本質的になくなる。このことは、この
発明のリングケージ構造体は、失速以上の大きいピッチ
角において発生する一層強力な渦を有用なマスフローに
変換するうえで特に効果的である、と云うことを説明し
ているのである。

【００２２】リングケージ構造体４２の特別の利点は、
その内容をプロペラ羽根４４の周辺スイープラインに接
近した間隙を保つようにしなくてもよいことである。ク
リアランスＳが小さ過ぎると、ファンと組立構造体とリ
ング構造体４２とが不注意で接触することを避けるため
に要求される公差（精度）が厳しくなる。クリアランス
Ｓが大き過ぎると、リングケージ構造体４２から生じる
有益な効果は減少し、逆空気流の可能性が出てくる。一
般にはプロペラ羽根の半径Ｒの約１０％以下の程度のク
リアランスＳが許容でき、通常はＲの約５％の値が使わ
れる。

【００２３】この多重リング構造体４２は、比較的小さ
いアスペクト比を有するプロペラ羽根４４を使えば特に
効率よく動作する。プロペラ羽根に対するアスペクト比
（ＡＲ）はｂがハブ６６の外に露出した羽根の長さで、
Ａがハブの外に出た羽根の面積であるとき、関係式ＡＲ
＝ｂ^２／Ａによって定義される。羽根４４のアスペクト
比が大き過ぎると、それが翅端渦の強度、従ってリング
ケージ構造体４２の有益性を低下させる。小アスペクト
比のプロペラ羽根４４を使えば、一層強力な翅端渦が発
生され、これが有用なマスフローに変換でき、一層良好
で全効率を生成する。

【００２４】一般的に適切な値と分かった小アスペクト
比は、典型的には約０．１０から約３．０までの範囲に
ある、もっともこの発明のシステムは、この範囲を外れ
たプロペラのアスペクト比を使ってもある程度まで動作
できる。ファン４０においては、先頭の上流リング５
６．１は回転軸６８に対して傾いている。このような傾
斜角が一層良好な空気流を作ることを可能にし、５６．
２および５６．３のような他の下流リングに対しても適
用できる。この傾斜角は、約１５°程度のオーダーにす
ることができるが、他の角度も使用できる。

【００２５】下流リング５６．４は、環状の内側に面し
たノッチ７９と共に整形される、このノッチ７９は、リ
ング５６．１、５６．２と５６．３を使って得た流量増
加を妨害すると思われる逆空気流を阻止するのに役立
つ。リング５６．２と５６．３は、翼型断面形状を有す
る。この形状が、リングの周辺に矢印８４により示した
流れを選択的に強めるが、これらのリングは４８の方向
におけるマスフローを強化するものである。

【００２６】図３と４は、ファン４０を一層詳細に図示
している。図４に９２で示すようにリング５６は、イン
ターロック用ブラケット９４と共に組み立てられ、ボル
ト９６により適当なフレーム９８に保持されている。フ
レーム９８は通風される空間（図示せず）を取り囲んで
いる。ファン４０は、ハブ６６内のモータ（原動機）９
９により駆動される。そのようなブラケット９４を使用
することは以下の事を表わすものである。そのようなブ
ラケットの使用により、私の発明の流量増加をなお行い
つつ、リング５６が連続している必要はなく、円周上の
場所（複数）で中断できることを示している。

【００２７】図５および６では、ファン１００が示さ
れ、それは、ファン羽根１０４のピッチ長さに沿って軸
方向に間隔をとった６つのリング１０３をもって形成さ
れた多重リング構造体１０２を有している。リング間の
環状開口１０６の全部は、正のポンプ作用に貢献し、そ
れによって顕著なマスフローの増加が得られる。ファン
１００は、カップ形のブラケット１１０を用いて数個の
適当なフレーム１０８の１つに取り付けることができ
る。モータリード線１１２は、ファンモータ１１４とリ
ング１０３を支持するために使用する４つの適当な中空
の支柱１１６の１つを通ってモータ１１４に連結され
る。望ましいと思われる場所にリング１０３のいくつ
か、または大多数をファン羽根１０４の回転軸に対して
相対的に傾けられることに留意すべきである。

【００２８】図７は、周辺モータ１２４により回転され
るプロペラ羽根１２２を有するファン１２０を図示して
いる。多重リング構造体１２６は、回転軸１２９に対し
て相対的に種々の角度で傾斜しているリング１２８．
１、１２８．２および１２８．３を使ってマスフローを
増加するために使用される。図８は、船外機１３２を備
えた船外機モータボート１３０に適用した私の発明の一
形式を示している。この船外機１３２は、従来のスロッ
トルおよび操舵レバー１３６を有し、典型的には現在の
慣例に従ってボートの船尾肋板１３４上に取り付けられ
ている。船外機１３２の部品は、反通風板１３８および
下部直角ギヤーボックスケーシング１４０として図８の
中で注目できよう。私の発明の、２つの主要な要素は、
すなわち小アスペクト比の羽根のプロペラ１４２と、軸
方向に間隔を取った３つのリング１４６．１、１４６．
２および１４６．３から形成されたリングケージ１４４
である。

【００２９】プロペラ１４２（図１０参照）は短い、幅
広の、薄い羽根１５２を有している。特殊な前縁横断面
のみならず、特殊な羽根１５２の平面図形状が、翅端お
よび根本の渦作用による大きい迎え角におけるプロペラ
のスラスト値を高めて境界層のエネルギーを増加させ
る。これに対して、図９に示すような通常のスクリュー
は、これらの渦を最小限にして動力損失を減少させよう
とする。リングケージ１４４を使用してこれらの渦を有
用なスラストエネルギに変換することが、渦を強化する
ようなプロペラ設計の使用を促進する。図２、４、６、
７、と８に示す実施例にあっては、３つまたはそれ以上
のリングが使用される。しかし、この発明による多重リ
ング構造体の利点は、リングとリングの間で環状の渦ポ
ンピング開口を画定するところの一対のリングを使用す
ることにより得られることを理解すべきである。この開
口は、プロペラ羽根の軸方向ピッチ長さの範囲内に少く
とも部分的に配置しなければならない。

【００３０】図８、１０、および１１において、角度を
つけ分配した４つのレール１５４により連結した３つの
リングが示されている。これらのレールは、船外機１３
２に取り付けられ、プロペラ１４２の面に関して適切な
配列でリングの間隔をとり、それらを支持してスラスト
増加の機能を遂行する。レール１５４の数、その形状、
寸法とは何れも変更してもよい。一般に、レール１５４
により生成されるようなリング支持構造は、リングケー
ジ１４４の一部を形成し、水流に略平行に配置される。
レール１５４は、各ケースに応じて現在の空気力学また
は流体力学の理論に従って低い抵抗となる構成に整形し
た断面を有している。

【００３１】図９は、船外機から出ている駆動軸に取り
付けた従来のスクリュープロペラ１６０の回りの水流を
示している。その流れを、図１０に示す、本発明の推進
力発生スラストリングシステムにおける流れ及び図１１
に示した、個々の羽根の回りの流れおよびリングの回り
の半径方向の流入の詳細な検討、と比較すべきである。

【００３２】図９のプロペラ１６０は、水平ベクトル１
６２で示す水流を有している。従来の反通風板１３８
は、水表面からプロペラ１６０内への空気洩れを防止す
る。プロペラ１４２は、通常「誘導速度(induced veloc
ity)」と称される付加的速度を、影響を受けた水力線管
(tube of water)に付加する。この機能を行う際に、上
側の低圧および下側の高圧は羽根の翅端近くで渦を形成
させ、この渦は羽根を越えて下流に流れ、「翅端が流す
渦」と称される。これは、船内流れ(inboard flow)と共
に、高回転速度の境界渦速度を有する横断面減小の伴流
を形成する。矢印を付けた渦の円１６６は、水流に直角
の平坦な切断面内における渦回転流の方向を示してい
る。渦円１６６のではなく、伴流の縮んでいる直径は、
プロペラ１６０によって作られる追加された誘導速度の
結果である。

【００３３】図１０は、２つの部分からなる、推進力ス
ラストリングシステム１４４の水流を示しており、その
内の１つは、本来の流れであり、２つ目はリング１４６
を越える誘導流である。ベクトル１７０はプロペラ１５
２に向う、ギヤケース１４０の回りの本来の水流を示し
ており、速度ベクトル１７２はリング１４６に向う誘導
流を示している。２組の渦はプロペラ羽根１５２の各に
より作られる。すなわち船内渦１７４と船外渦１７６で
ある。流れベクトル１７２は、渦１７６．１および渦１
７６．２の混合流と共にリング１４６の回りに半径方向
の増加流を作る。

【００３４】この混合は前方リング１４６．１において
始まり、下流でプロペラ１４２の直径の２倍から３倍ま
で続く。船外渦１７６と船内渦１７４により示した直径
の寸法の大きい事と直径の増大とは、渦が小さいときの
渦内の高回転速度エネルギーから渦が大きい時の低回転
速エネルギへの変換が有益であることを示している。図
９のプロペラ１４２とは異なって、プロペラのこれらの
渦は、渦の回転エネルギと質量とを伴流に加えることに
よって下流で消える。最終の伴流ベクトル１８０は、誘
導されたリング速度ベクトル１７２と一次の流れベクト
ル１７０との和からくる流量により発生した伴流膨張を
示している。

【００３５】船外機１３２にボルト止めした取付部品１
８２のリングケージ６０は、一次流路内には置かれてい
ない。そして流れベクトル１７０と１７２に直角のそれ
らの投影面積は、伴流への影響が最小である。図１１
は、推進力発生スラストリングシステム１４４および前
に定義したプロペラ１４２の斜視図である。プロペラ１
４２は、固定位置、２枚羽根の可変ピッチプロペラで、
フロントハブ１８６をリアハブ１８８の処に保持するク
ランピングねじ１８４により生成される調整能力を備え
ている。羽根１５２は、平板ベベルドエッジ（はすぶ
ち）構造体であり、それは羽根のバット上のクランピン
グねじ１８４の作用により保持されている。羽根１５２
の周囲の水流作用は、船内渦１９０、船外渦１９２、お
よび前縁渦１９４により示されている３組の渦によって
表現される。羽根１５２の迎え角はベクトル１７０（図
１０参照）およびシャフト１９６の軸のまわりの羽根回
転速度によって確定される。羽根１５２により作られる
誘導速度およびベクトル１７２で示す増加速度流は、図
１１に示す方向となる。

【００３６】羽根１５２の下部表面から上部表面にわた
る正／負の圧力比により作り出された渦１９０および渦
１９２は、図１１に示す縁渦を生ぜしめる。これらの渦
は、下部表面から上部表面に流れ、つぎに誘起したリン
グ流と混合して下流にて次第に消える。これらは、１．
０またはそれ以下という小アスペクト比の表面に対する
各単一の渦として示されているが、２つ以上の渦が羽根
の各側縁に発生するかも知れない。１９４のような渦
は、前縁２００の斜面の働きによるものであり、この前
縁は２％の翼弦前縁半径２００により僅かに丸められる
かもしれない。羽根１５２の正の迎え角において、鋭い
縁がベベル（斜面）を越える流れを分離してきた。

【００３７】流れは、斜面のあとで翼弦方向の向きに羽
根１５２に再び付着し、上昇泡を発生させる。この上昇
泡は、羽根１５２の斜面部分上で渦１９０から渦１９２
までスパン方向に広がる。この上昇泡が羽根上で重要な
揚力を作り出すが、これらの羽根はその小アスペクト比
の形状を用いて斜めの平板部分を作ることができるもの
で、よい側面をした翼断面よりも一層大きい単位面積当
り揚力を生ぜしめる。

【００３８】他の２つの重要な効果は、渦１９０、１９
２と１９４により作られる。１つは、揚力喪失と抗力増
加を来たす失速なしに４５°を越える迎え角（図１３参
照）を達成するため、羽根１５２の上部表面上の境界層
を付勢することである。プロペラ１４２の揚力値は、他
の型の揚力値の２倍を越えるかも知れない。第２の効果
は、上記の渦が従来のスクリュープロペラ１６０（図９
参照）より一層強力な混合作用を生成することである。
この、スクリュープロペラ１６０では失われるエネルギ
は、私の発明によって有用なスラストに変換される。

【００３９】図１１は、誘発した流れベクトル１７２を
斜視図で示している。これらのベクトルは、上流でシャ
フト１９６の軸に平行に始まり、内部リングケージ混合
作用（流体沈下作用(fluid sink action)）の影響の結
果として、リング１４６．１、１４６．２、１４６．３
の前方表面２０２．１、２０２．２、２０２．３を横切
るよう曲がり、つぎに下流に進む。リング１４６．１、
１４６．２、１４６．３の前方表面２０２．１、２０
２．２、２０２．３を横切り内側向きの半径方向の流れ
は、リング揚力(ring lift)を発生させ、それによりス
ラスト改善を生じる。

【００４０】図１２は、異なるシステム（複数）のスラ
スト生成能力を比較するため、それらシステムの静スラ
ストの試験データのグラフである。各システムにより発
生されたポンド表示スラスト値が、プロペラシャフトの
毎分回転数（ＲＰＭ）に対してプロットされている。カ
ーブＡは、基準線となる、１０図の１４２のような、３
枚羽根、標準設計、半楕円面形平のスクリューの、もの
の場合である。カーブＣは、リングケージ６０がなく１
４２のような３枚羽根、７５％直径のプロペラのものの
場合である。破線カーブＤは、３つのリング１４６を使
用しているリングケージ１４４を有する、カーブＣのプ
ロペラ１４２に対するもの。これらのデータ解釈は以下
のようである。

【００４１】１．２０００ＲＰＭにおいて、カーブＣの
スラストは、カーブＡに対するプロペラより小さいプロ
ペラの値であるが、カーブＡの標準プロペラの値より約
２０％小さい。 ２．２０００ＲＰＭにおいて、カーブＣ用のプロペラで
はあるが推進スラストリングシステム１４４を有するも
のに対する破線カーブＤは、カーブＡで表わされた標準
プロペラシステムのスラストよりやや大きいスラストを
生成する。

【００４２】上記の事から引き出される結論は、リング
ケージ１４４を有し、より低い羽根翅端速度（カーブＡ
のそれの７５％）で動作するより小さい直径のプロペラ
１４２は、同じかまたはやや大きい静スラストを発生さ
せるということである。リング１４６は、それらの誘起
流によって全スラストに貢献し、かくしてトータルとし
ての推進力を増加し、カーブＡで表わされる標準型でよ
り大きいプロペラに等しくする。リングケージ構造体１
４４を有する一層小型の低翅端速度のプロペラ１４２
は、このようにシャフトのより小さい馬力のレベルにお
いて、より大型のプロペラと同じ静スラストを作り出す
ことができる。

【００４３】図１３は、図１２のカーブＡとカーブＤの
システムについて静スラスト／馬力の試験データのグラ
フである。プロットしたのは、設計スラストに対する各
システムのパーセント馬力のデータである。設計スラス
トの１００％において、この推進力を発生スラストリン
グシステムは、標準のスクリュープロペラの馬力の約５
０％だけを使用する。これは効率の顕著な改善である。

【００４４】図１４は、図１２のカーブＤに関して説明
されたリングケージ１４４を有するプロペラに対する試
験データのグラフである。カーブＤはパーセント巡航速
度の関数として達成されたパーセント増加値である。増
加パーセントは、リングケージ１４４を使って達成され
たスラストＴ_ＤからプロペラのみのスラストＴ_Ａを減じ
た値をＴ_Ａで割って１００を掛けた値として定義され
る。平行移動速度ゼロにおける図１４の静スラスト増加
は、プロペラ１４２のみのスラストの約２４％である。
ボートの巡航速度において増加率は約６０％まで増す。
図１４に図示するこの増加率は、図１３に示す低減馬力
所要量を使って達成される。〔馬力／エネルギ〕比の節
約の結果、同じ燃料使用量に対して高い経済性の、より
速い、より長距離の車が生まれる。

【００４５】図１５は、空気プロペラの音測定値を示す
もので、音の強さ（ｄＢＡ）、スラスト、および馬力の
値が、毎分回転数の全範囲において測定された。マイク
ロホンは、プロペラの回転面およびプロペラから４５°
の角度でそれぞれプロペラの直径の１．５倍の距離に置
いた。コンピュータで換算したデータが図１５にプロッ
トしてある。同図は、プロペラの設計スラストパーセン
テージに対する音の強さを示している。両方の類似の位
置からのデータは略等しかった。カーブＥはプロペラの
みのｄＢＡ値を示し、他方カーブＦは、１４４のような
リングケージをシステムに付加した効果を示している。

【００４６】図１２、１３、１４に対する試験データ
は、３枚羽根のプロペラシステムを使って得られた。力
及びモーメントのデータが、４枚羽根のプロペラ４４の
試験によって見出されている。剛率として定義されるパ
ラメータは下記のものである。

【００４７】

【数１】

【００４８】このパラメータは、リングおよびプロペラ
の数を変更して試験評価し、０．０６から１．０以上ま
での範囲に対して構成部分の選択を最適にした。空気プ
ロペラ羽根のアスペクト比が３．０のとき、０．２０か
ら０．３５という剛率は適切である。他方、水に使用す
る羽根に対しては、１．０という剛率は正当な値であ
る。コンピュータのような電子構成部分を冷却するため
に使用されるかも知れないファンは、一般に１．８から
２．０の大きさの剛率を有している。それ故、剛率は発
明を種々のプロペラへ適用するについて、約０．０６か
ら約３．０まで変更してよい。図１５から判るように、
１００％の設計スラスト値において静粛化は約５ｄＢＡ
である。リングケージ１４４は、プロペラ渦を消散させ
ることによって文字通り騒音を飲み込む。

【００４９】図１６は、プロペラ１４２とリングケージ
構造体１４４からなる推進力発生スラスト−リングシス
テムの立面図である。プロペラハブの断面部分は、その
組立方法を明かにするため露出してあり、且つリング１
４６のある部分は同じ理由で削除してある。レール４０
は、鋳造かモールドか、そうでなければ図８と図１６に
示すように板１３８とギヤケース１３９と一体的に組み
立ててよい。安全性を増すため重要な部分に肋間筋を使
用しても差支えない。リングケージ１４４は、上流に面
する翼部分を有する薄いリング１４６を備えている。

【００５０】リング（複数）１４６は、狭い、円形の、
環状をしており、プロペラ１４２の直径より約５．０％
だけ大きい内径を有している。リング１４６の外径は、
プロペラ１４２の渦強度および／また他の計画された使
用法に応じてプロペラ直径の１２０％から１６０％まで
変化しても差支えない。リング１４６およびレール１５
４は、金属、プラスチックまたは複合材を一体的に鋳造
またはモールドして、それらの交差部分にしっかりした
継ぎ目を形成してもよい。または別法として、ボルト締
めした継ぎ目をシステムを一緒に保持するためにも使用
してよい。個々のリング１４６は、レール１５４上のラ
グまたはスペーサブロックに取り付けてもよい、そのス
ペーサブロックは、通しボルト付きのリングをアフトリ
ング１４６．３からギヤケース１３９に分離する。

【００５１】リングケージ１４４に使用するリング１４
６の数の選択は、プロペラ１４２の作る渦の強度に関係
する。特別の設計条件に対して所要の推進力を達成する
ためには、２つまたはそれ以上のリング１４６が必要で
ある。リング１４６間の軸方向間隔は、１／２翼弦から
４翼弦の長さまで変更してよい。１翼弦の長さは、環状
リング１４６の内径外径間の差の１／２と定義されてい
る。前方リング１４６．１の平面は、プロペラシャフト
軸１９６に関して１５°だけ傾けてもよく、それにより
スラスト増加値に認められる程に影響を与えることはな
い。しかし傾けたまたは傾けていないリング１４６の上
流側は、適切なポンプ作用を確保するため、羽根１５２
の渦１７４および１７６の前方にあってはならない。下
流リング１４６．２と１４６．３は、１つの軸側の片側
の翼弦間隔を維持し増加効果に実質的に影響を与えるこ
とがないようにしながら、シャフト１９６に関して最大
４５°まで傾けてもよい。

【００５２】第１リング１４６．１の下流でのリング１
４６（複数）の半径方向の片寄りは、重大な増加損失を
起こさなければリング翼弦Ｃの最大１／２まではよい。
試験をして判明したが、リング１４６の内径を増減しつ
つ、内径対外径比を同じに維持することは、増加効果に
僅かに小さな変化を起こすだけである。４つの翼弦間隔
の範囲内で均一または非均一のリング間隔は、マスフロ
ーの増加の効果に重大な影響を示さなかった。

【００５３】少くとも先頭の、前方の、つまり上流のリ
ング１４６．１は、プロペラ１４２の向い合うように配
置され、且つ好ましくは第２リング１４６．２もまたそ
のように配置されていることに注意されたい。このよう
に、各リング１４６．１と１４６．２は渦変換に貢献
し、流量増加効果を強化する。追加の下流リング１４６
（複数）が、プロペラ１４２の下流に配置された１４
６．３のようなものと共に延長リング構造体として使用
することができる。そのような延長リング１４６（複
数）は、膨張する伴流を収容するため、より一層大きな
直径のものとすることができる。

【００５４】これらの考察は、図２、４、６、と７に示
すリングケージ構造体にもまた適用され、そして逆に、
これらの図に示す空気ファンに関して説明した設計基準
は、ボートのプロペラおよびリングケージ構造体にも適
用できる。レール１５４は、リングケージ１４４のある
部分を形成し、構造体を支持し、配置し、また構造体を
衝撃から守りかつ保護するという構造的機能を発揮す
る。１０図の１７２のようなベクトルによって発生した
流体力学の力は、レール１５４によって抵抗され、ギヤ
ケース１３９に分配されて最後にはボート３０に加えら
れる。レール１５４は、リング（複数）１４６の相互に
プロペラ１４２の面に関連するように位置決めする。

【００５５】上流側では、レール１５４は、水流の方向
に対して半径方向および斜め方向に傾いていて、物体を
プロペラ１４２からまた一部リング１４６から逸らせ
る。図１６は、リング１４６をギヤケース１３９および
反通風板１３８に取り付けているレール１５４を示す。
この事で、プロペラ１４２の周辺の回り４点への衝突に
対する防護を行っている。物体、動物および人々を守り
プロペラ等から逸らせることを更に補うため、２次的な
適当な肋間レール１５４を、図１６に示した位置の間の
角度位置に追加し、第１リング１４６．１の前方に配置
してもよい。リング１４６の間及びそれに沿ったレール
１５４の断面形状は、一般に抗力を最小限にするように
選択され、レールの断面輪郭は翼型をしており、その前
縁はシャフト１９６から離れて船外に面している。

【００５６】シャフト１９６は標準の船外機型のもの
で、保持用ナットおよびウッドラフキーハブドライブ手
段を有している。その他のプロペラ付属品が使用でき
る。プロペラ組立体は３つの主要構造物からなる。すな
わち前方ハブ２１０、後方ハブ２１２およびプロペラ羽
根１５２である。他の部品は、羽根のピッチ角をきめる
ピン２１４およびハブ部分と羽根を適切な位置に固定す
るスクリュー取付片等である。前方ハブ２１０は、シャ
フト１９６上で滑りはめあいを可能にする内径を有し、
また流線型にするのを補う外形を備えている。後方ハブ
２１２は、またシャフト１９６にぴったりはまる内径を
もち、且つ駆動負荷をシャフト１９６から羽根１５２に
伝えるためのトルク伝達ウッドラフキーを有している。

【００５７】羽根１５２は各々、固定位置、可変ピッチ
の設計に適したワンピース構造体である。その流体力学
的で本質的に矩形の表面は、縁を斜めにした平板で、そ
の半径方向の最上部において翼弦の２％から１５％の幅
を有している。斜めになった前縁と後縁は、用途を考慮
して選択され、半径方向最上部表面上で翼弦の１０％か
ら２５％まで伸びている。羽根１５２から生じるスラス
トは、主として前縁斜面によって影響されるので、いく
つかの応用に対して羽根１５２の後方斜面の広さまたは
必要性は決定的なものではないことに留意されるだろ
う。両縁の等しい斜面化は、ピッチ角の適切な選択によ
って、羽根１５２が左回転または右回転のプロペラ回転
の何れかに使用できるようにする。左回転がこの出願の
図中で使用され、下流の位置から見たとき反時計方向運
動として定義されている。

【００５８】図１８は、プロペラ羽根断面の特別の断面
プロファイルを示し、それらが、ＮＡＳＡまたは他の航
空機プロペラの標準的な断面に加えて使用できる。平板
はす縁断面２３０は、推進力発生スラストリングシステ
ム用に流体力学的／空気力学的な特別の特性を与えるた
め、薄い翼（２％−１５％）の翼弦厚さに対するもので
ある。迎え角における前縁への流れは、図１８上左方へ
と仮定するが、急カーブの点で分離し、斜面の後ろの平
坦な厚い部分２３２上で再びくっつく。吸引泡(suction
bubble)は斜面表面と自由流れ(free stream flow)の間
に生じる。この事が、効果的なシステムを設計すること
を可能とする効率で表面揚力を発生させる。泡効果が上
部表面上の揚力決定に支配的であることから、コンター
およびプロファイルの表面仕上の精度は２次的なものに
なっている。下部表面圧力は総計して正となり、その表
面の粗さに無関係となる傾向にある。斜面表面は前縁か
ら最小の約８％の翼弦および最大の約３０％の翼弦まで
広がっている。

【００５９】断面２３４は、上部表面２３５を形成して
いる大きい〔半径／翼弦〕比をもつ円弧、と断面２３０
のような厚さ比の範囲を有している。断面２３６は、２
５％翼弦傾斜の前縁２３８、平坦な底２４０、および斜
面の後ろのテーパつき断面を有している。断面厚さ比は
断面２３０の値のよう変化する。断面２４２は、図１８
に示す傾斜した点線２４４において始まる２重テーパを
有する。この線は、断面翼弦の２５％の点でテーパつき
両表面の最上部交差点を通過する。水平線に対するこの
線の角度は、使用条件によって垂直線の前または後で７
５°程度になりうるが、この角度が断面図における前方
と後方の底線の交点を決定する。翼断面型に普通使用さ
れるドループスヌート形は、航空機の設計に使用される
多くの型のスロットやフラップのような、これらのプロ
ファイルを更に変化するためのものを組み込んでもよ
い。

【００６０】図１９は、この発明の多重リング構造体の
中のリング２４８に使用される横断面プロファイルを示
す。断面２５０は、ＮＡＳＡまたは均等な他の標準的な
航空機のプロファイルである。図１９の左側の前縁２５
２は、リング２４８の内径を形成し、後縁２５４は外径
である。リング２４８のこの断面は、リング２４８の平
面に対してある角度で据え付けうるものであり翼断面型
の迎え角に相当する角度である。リングケージの流れ
は、断面縁の後縁２５４から前縁へのもので、それは通
常の飛行機の翼動作とは１８０°の差がある。翼弦の９
％から３８％までのリング断面厚さについての試験が示
したところでは、翼弦の１５％から２０％が静状態マス
フロー増加を最大にする値である。

【００６１】図１９の断面２６０は、内径に丸くされた
縁２６２を有する曲げ板リング２４８に対するものであ
る。このカッピング式の設計は平坦板が上部の曲率を欠
く点を補償する。断面２６０の形状は、標準的なＮＡＳ
Ａの翼の最上部プロファイル線に近似しているかも知れ
ない。多重構造体における誘起された速度は、大抵この
最上部表面２６４に影響を及ぼし、静圧が下側表面上で
発生する。それ故最上部表面は非常に重要で、流れを不
利な状態に変えるおそれのある突出部またはくぼみが全
くなく、滑かでなければならない。

【００６２】図１９の断面２７０は、図２０の多重リン
グ構造体２７２内の最初の上流に応用するため特別に設
計した翼である。その断面は、クラーク−Ｙ型翼の断面
からなり、それは航空機工学で既知のもので、突端が部
分的に変更されている。最上部の実線と尾部下方の実線
に加えダッシ線はクラーク−Ｙの原形である。クラーク
−Ｙ突端半径に接する垂直線は、通常平坦な翼の下面の
前方延長部と交わる。これらの線の交差により作られた
角は、クラーク−Ｙの前縁半径に等しい半径によって曲
げられる。この翼断面の部分変更は、リングケージ２７
２に流量増加をもたらすものと思われる。

【００６３】図２０は、推進性スラストリングシステム
２７２を個人飛行用の双発型軽航空機２７４へ応用した
ものである。航空用に設計された引張式プロペラ２７６
がエンジン上に配置されている。リングケージ２７２
は、レール１５４に固定している間隔をあけた２つの延
伸ビーム２８０により飛行機の翼２７８に取り付けられ
ている。基本的な性能拡大に対する補足的利益は、利用
できる視野の改善および一層小型のプロペラに組合され
たより軽量の着陸装置である。

【００６４】図２１は、この発明の推進力発生スラスト
リングシステムを単発型推進式航空機２８６に応用した
ものである。航空機用に設計したプロペラ２８８は、通
常のプロペラの位置でエンジン上に配置されている。リ
ングケージ２９０は適当な手段により胴体に取り付けら
れている。私の記述は多くの特定事項を含んでいるが、
これらは発明の範囲についての限定と解釈してはなら
ず、発明の好ましい実施例と解釈すべきである。その他
の沢山の変形例が可能である。例えばこの文中で記述し
た多重リング構造体は円形リングを採用している。いく
つかの適用例では幾分異った形のリングが、発明の範囲
から逸脱することなく使用できる。この文中で使った術
語リングはそのような他の形をも包含する。発明の適用
例のいくつかは以下のごとくである。

【００６５】１．スラストを生成する使用法、 ａ．スキューバダイバ用潜水引張機、 ｂ．魚釣り用電動静粛トロール船外機、 ｃ．空気／水推進力発生システムが共通で、潜水には少
量の燃料が必要な飛行潜水船、 ｄ．ストール航空機用揚力発生円形翼およびプロペラ、 ｅ．ホーバリング用およびヴィストール操作を使って前
方飛行構成への変換用の傾斜プロペラ航空機、 ｆ．ヴィストール動作用傾斜翼プロペラ付乗物、 ｇ．小型および大型の航空機両用ロータ羽根の翅端推進
力発生 ｈ．超軽量航空機の推進力発生 ｉ．グランドエフェクト機およびスワンムプボートの推
進力発生、 ｊ．水中翼船。

【００６６】２． 空気および水駆動装置； ａ．軽重量機を有するリーフブロワー、 ｂ．増速度または減動力の要求に応じる風洞動力システ
ム、 ｃ．技術情報を得るための水流試験用ウォータートンネ
ル、 ｄ．自動車への応用のための水ポンプ、 ｅ．自動車ラジエータ冷却用ブロワー、 ｆ．ブレーキ冷却用ブロワー、 ｇ．車、家庭、霜なし冷蔵庫用の静粛除霜ファン、 ｈ．粒状体の汲み揚げ、 ｉ．電子装置用冷却ファン、 ｊ．事務所、工場、または他の建物内におけるダクトま
たはダクトなしの空気循環ファン、 ｋ．除雪機、 ｌ．電気掃除機 ｍ．衣類乾燥機 ｎ．冷却板または冷却管内への空気を吹きつけによる除
湿機。

【００６７】３． 加熱機と冷却機： ａ．加熱素子とダクトを有するファン、 ｂ．電気炉、熱風加熱機、 ｃ．中空、蒸気充満リングケージを有する蒸気加熱ファ
ン、 ｄ．リングのファン冷却による熱交換器、 ｅ．空気から熱を除去するための中空リング内でフレオ
ン冷却剤を膨張させるエアコン、 ｆ．対流オーブン式ファン暖房装置。

【００６８】４． 混合機： ａ．料理用キッチンミキサ、 ｂ．コーヒーひき器、 ｃ．フードプロセッサ、 ｄ．ペイント混合機、 ｅ．化学製品混合機、 ｆ．下水管混合および固形物切刻み機。

【００６９】従ってこの発明の範囲は、図解した実施例
によってではなく、添付した請求範囲によって決定され
ねばならない。

【図面の簡単な説明】

本発明およびその利点を一層完全に理解するため、添付
図面に関して行われる以下の説明を参照する。ここで

【図１Ａ】図１Ａは、この発明による多重リング構造を
備えたファン及び従来の僅かに大きいファンの静圧を示
すカーブである。

【図１Ｂ】図１Ｂは、この発明による多重リング構造を
使用したファン及び従来型のファンについての、翅端ピ
ッチ角の関数としてマスフローを示すカーブである。

【図２】図２は、多重リング構造体、及びそれと共に使
用されるファンの略示的図面である。

【図３】図３は、この発明によるファンの正面図であ
る。

【図４】図４は、図３に示すファンのプロペラ部分の側
面図である。

【図５】図５は、この発明のファンの立面における正面
図である。

【図６】図６は、図５の線６−６に沿って取った図５の
ファンの側面断面図である。

【図７】図７は、周辺型原動機駆動装置を採用している
ファンの図６と同様の側面断面図である。

【図８】図８は、発明によるリングケージシステムを備
えたボートの立面図である。

【図９】図９は、従来のボートスクリュープロペラを使
って得られた水流の略示図解図である。

【図１０】図１０は、本発明による推進力発生スラスト
リングシステムを通った水流の略示図解図である。

【図１１】図１１は、発明によるリングケージ構造を有
する小アスペクト比プロペラの斜視図である。

【図１２】図１２は、従来のスクリューのみ、スクリュ
ー直径の７５％の直径を有する小アスペクト比プロペ
ラ、および発明による推進力発生リングケージを有する
７５％直径の小アスペクト比プロペラの夫々により生成
された静スラストを比較するための諸カーブのプロット
である。

【図１３】図１３は、従来のスクリューが必要とするパ
ーセントスラスト馬力と、発明によるリングケージシス
テムを有する小アスペクト比プロペラが必要とするパー
セントスラスト馬力の比較を示すためのカーブ付きグラ
フである。

【図１４】図１４は、この発明のリングケージを有する
小アスペクト比プロペラを用いて得た船速度の増加を示
すカーブのグラフである。

【図１５】図１５は、この発明のリングケージを有す
る、および有しない小アスペクト比の空気プロペラによ
り生成された騒音を示すカーブのグラフで、マイクロホ
ンが、プロペラの面内およびプロペラ直径の１．５倍の
距離においてその面に対し４５°傾けて設置される場合
である。

【図１６】図１６は、推進力発生スラストリングシステ
ムの立面部分断面図である。

【図１７】図１７は、図１６の推進力発生スラストリン
グシステムの平面図である。

【図１８】図１８は、この発明で使用される小アスペク
ト比プロペラに適した羽根部分の断面図である。

【図１９】図１９は、この発明のリングケージシステム
に使用されるリングの断面図である。

【図２０】図２０は、この発明のリングケージシステム
の航空機装着部の立面図であり、私用航空機上で引張推
進式飛行機の構成を有している。

【図２１】図２１は、この発明のリングケージシステム
の航空機装着部の立面図であり、私用航空機上で後押推
進式飛行機の構成を有している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H034 AA02 BB02 BB08 CC03 DD05 EE06 EE08

Claims (45)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機駆動のプロペラが、上流側から下
   流側に流体の流れを確立するため軸の回りに回転される
   とき、そのプロペラの性能を強化するための装置であっ
   て、 複数のリングを有し、その内の少なくとも１つは、プロ
   ペラの軸方向スパンの範囲内に配置され、もう１つのリ
   ングが上記１つのリングの下流に配置され；上記それぞ
   れのリングは、相互に軸方向に間隔を保って配置され、
   上記１つのリングと上記下流に配置されたリングの間で
   流量を増加させる開口部を形成し、上記開口部は、それ
   によって更にプロペラが発生し渦が流体の流量を増加さ
   せうるように選択された装置。
2. 【請求項２】 請求項１による装置であって、複数のリ
   ングがプロペラの軸方向スパンの範囲内に配置されて複
   数の流量増加開口部を形成し、それらを通ってプロペラ
   が発生させた翅端渦が流体流量を増加させるようにした
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１による装置であって、上記リン
   グの１つは、それがプロペラの回転軸に関して傾いた迎
   え角を形成するように方向づけられた装置。
4. 【請求項４】 請求項１による装置であって、上記リン
   グの半径方向翼弦幅およびリング間の軸方向間隔が流体
   流量の上記増加を確立するために選択された装置。
5. 【請求項５】 請求項１による装置であって、上記リン
   グの半径方向翼弦幅、リング間の軸方向間隔、およびリ
   ングの厚さが、流体流量の上記増加を確立するべく選択
   された装置。
6. 【請求項６】 請求項１による装置であって、更に少く
   とも上記リングの１つの中に配置されているヒータ素子
   を含むところの装置。
7. 【請求項７】 請求項５による装置であって、上記リン
   グの翼弦寸法Ｃが、上記プロペラ半径の約１５％から約
   ５０％の範囲内にあり；リング間の軸方向間隔Ｗが翼弦
   寸法Ｃの約１／２倍から約４倍の範囲内にあり；そして
   上記リングの厚さｔは、翼弦寸法Ｃの約１０％から約３
   ５％の範囲内にあるところの装置。
8. 【請求項８】 請求項７による装置であって、上記プロ
   ペラは翅端を有し、上記プロペラ翅端と上記１つのリン
   グの内径間のクリアランスＳは、プロペラ半径の約３％
   から１０％の範囲内にある、装置。
9. 【請求項９】 請求項１による装置であって、上記リン
   グは翼形の横断面を有し、その一方の側は上記プロペラ
   からの１次的流体流量を増加させる方向に上記リングの
   回りの流体の誘起流を促進するように整形されている、
   装置。
10. 【請求項１０】 流体を動かすための装置であって、 原動機；軸の回りに回転するためその原動機に結合さ
    れ、比較的小さいアスペクト比を有するプロペラ；複数
    のリングから形成され、そのプロペラを囲むように置か
    れた多重リングケージ構造体で、上記リングの少なくと
    も１つが、上記プロペラの軸方向スパンの範囲内に配置
    され、「もう１つのリングが上記１つのリングの下流
    に」配置され、上記リング（複数）は、上記１つのリン
    グと上記下流に配置されたリングとの間で完全にプロペ
    ラの軸方向スパンの範囲内で少なくとも１つの流量増加
    開口部を形成するように、相互に軸方向に間隔を保た
    れ、かつプロペラに関して配置され、また上記（複数）
    のリングおよび開口部は更に、プロペラから生じる流体
    の翅端渦が有用な流体流に効果的に変換されるような寸
    法につくられたもの、 を具備する装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０による装置であって、上記
    プロペラは、約０．１から約３までの範囲のアスペクト
    比を有する羽根を備えた装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０による装置であって、プロ
    ペラの剛率が約０．０６から約１．０の範囲内にある装
    置。
13. 【請求項１３】 請求項１０による装置であって、プロ
    ペラは複数の羽根を有し、上記羽根は一般に矩形の平面
    図形を有している装置。
14. 【請求項１４】 請求項１０による装置であって、複数
    のリングはプロペラの軸方向スパンの範囲内でプロペラ
    を取り囲むように配置された装置。
15. 【請求項１５】 請求項１０による装置であって、リン
    グはプロペラの半径の約１０％から約５０％までの範囲
    内で選択した半径方向翼弦長さを有している装置。
16. 【請求項１６】 請求項１０による装置であって、軸方
    向に並んだ少くとも１対のリング間の軸方向間隔が、流
    体流を増加する開口部を画定し、その軸方向幅は、半径
    方向翼弦長さの約１／２倍から約４倍の範囲内にあり、
    かつ少くとも部分的にプロペラの軸方向スパンの範囲内
    に位置している、装置。
17. 【請求項１７】 請求項１５による装置であって、その
    リングはプロペラの半径の約１０％から約５０％の間の
    半径方向翼弦長さを有し；少くとも１対の軸方向に並ん
    だリングは、間隔をあけ流量を増加させるための開口部
    を形成し、その幅は半径方向翼弦長さの約１／２倍から
    約４倍の範囲内にある、装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７による装置であって、上記
    リングの少くとも１つの翼弦の部分は上記プロペラの回
    転軸に関してある角度で傾斜している装置。
19. 【請求項１９】 請求項１８による装置であって、上記
    翼弦の部分の傾斜角は約５°から約４５°の範囲内にあ
    る装置。
20. 【請求項２０】 請求項１０による装置であって、プロ
    ペラは、約１５°から少くとも約６０°までの範囲内の
    翅端ピッチ角を有する羽根を備えている装置。
21. 【請求項２１】 空気を動かすためのファンであって、 原動機；その原動機に結合して軸の回りに回転駆動され
    る、この軸に沿って設けられた複数の羽根を有するプロ
    ペラ；プロペラの回りに取り付けられたリングゲージ構
    造体で複数の、軸方向に間隔を保ったリングを有し、選
    択した上記リング間に環状の開口部を設けてプロペラが
    発生する翅端渦から生じる空気流量増加を生成するも
    の、 を有するファン。
22. 【請求項２２】 請求項２１によるファンであって、上
    記リングの少くとも１つは上記プロペラ羽根の軸方向ス
    パンの範囲内に配置されたファン。
23. 【請求項２３】 請求項２２によるファンであって、複
    数のリングが上記プロペラ羽根の軸方向スパンの範囲内
    に配置されたファン。
24. 【請求項２４】 請求項２２によるファンであって、複
    数の上記空気流量増加用環状開口部が上記プロペラ羽根
    の軸方向スパンの範囲内に配置されている、ファン。
25. 【請求項２５】 請求項２２によるファンであって、上
    記リングは、あるリング翼弦寸法を有し、上記１つのリ
    ングと軸方向に続くリング間の軸方向間隔が、上記流量
    増加を生成するように選択された、ファン。
26. 【請求項２６】 請求項２５によるファンであって、そ
    のリング翼弦寸法はプロペラの半径の約１０％から約５
    ０％の範囲内にある、ファン。
27. 【請求項２７】 請求項２６によるファンであって、少
    くとも上記１つのリングと軸方向に並んだリング間の間
    隔が翼弦長さの約１／２倍から約４倍までの範囲内に選
    択された、ファン。
28. 【請求項２８】 請求項２５によるファンであって、そ
    のリング翼弦寸法、上記軸方向間隔、および上記プロペ
    ラは、実質的に直線的な静圧対マスフローのカーブを生
    成するように選択された、ファン。
29. 【請求項２９】 請求項２８によるファンであって、上
    記プロペラ羽根は比較的小さいアスペクト比を有するフ
    ァン。
30. 【請求項３０】 請求項２９によるファンであって、プ
    ロペラ羽根が約０．１から約３までの範囲内のアスペク
    ト比を有する、ファン。
31. 【請求項３１】 請求項３０によるファンであって、プ
    ロペラは約０．６から約３までの範囲内の剛率を有す
    る、ファン。
32. 【請求項３２】 請求項３１によるファンであって、上
    記リングの少くとも１つは回転軸に対して相対的に所望
    の角度で傾けられている、ファン。
33. 【請求項３３】 請求項３０によるファンであって、上
    記環状開口部を形成しているリングはその横断面が翼形
    で、翼表面が上記空気流の上流に向けられている、ファ
    ン。
34. 【請求項３４】 請求項３３によるファンであって、リ
    ング翼表面は、各通常鈍い前縁および通常薄い後縁を有
    し、前記鈍い前縁は胴体中心寄りでかつ前記薄い後縁は
    胴体端寄りにあり、そのため前記翅端渦から生じる空気
    流は、後縁から翼表面を横切って鈍い前縁に向かって動
    く、ファン。
35. 【請求項３５】 回転するシャフトを有する飛行機エン
    ジンにおいて；回転のためシャフトに結合し、軸方向ス
    パンを有し、かつ上流方向から下流方向に向う気体流を
    作るプロペラ；プロペラを取り囲むように取り付けられ
    たリングケージ構造体を有し、上記リングケージ構造体
    は複数の、軸方向に間隔を保ったリングを有し、上記リ
    ングの少くとも１つは軸方向で上記プロペラのスパンの
    範囲内に配置されることによって上記プロペラを取り囲
    み、上記リングはプロペラが発生させた渦がプロペラの
    作った気体を増加させることを可能にするように軸方向
    でのプロペラのスパンの範囲内に少くとも部分的に配置
    される開口部によって軸方向に分離されている構造体で
    あること；を改善点として有するエンジン。
36. 【請求項３６】 請求項３５による改善された飛行機エ
    ンジンであって、上記プロペラは約０．１０から約３ま
    での範囲内で比較的小さいアスペクト比を有する、エン
    ジン。
37. 【請求項３７】 請求項３６による改善された飛行機エ
    ンジンであって、リングは上記プロペラの半径の約１５
    ％から約５０％の範囲内で選択した半径方向の翼弦幅Ｃ
    を有する、エンジン。
38. 【請求項３８】 請求項３７による改善された飛行機エ
    ンジンであって、リング間の軸方向間隔Ｗは半径方向翼
    弦幅の約１／２倍から約４倍の範囲内にある、エンジ
    ン。
39. 【請求項３９】 請求項３８による改善された飛行機エ
    ンジンであって、リングは上流に向いた翼表面を有しか
    つリングの厚さは半径方向翼弦幅の約１０％から約３５
    ％の範囲内にある、エンジン。
40. 【請求項４０】 請求項３９による改善された飛行機エ
    ンジンであって、上記プロペラは翅端を有し、上記プロ
    ペラの翅端と上記１つのリングの内径の間のクリアラン
    スＳはプロペラの半径の約３％から約１０％の範囲内に
    ある、エンジン。
41. 【請求項４１】 流体を動かすための軸流プロペラシス
    テムであって、 軸の回りに回転するための複数の、半径方向に延びる羽
    根を有する軸流プロペラ、上記羽根は回転の間上記流体
    を軸に沿って下流方向に動かすために選択した軸方向ス
    パンで方向付けられており；軸回りに配置された複数
    の、軸方向に間隔を保った流体流量増強リングから形成
    されたリングケージ構造体、上記流体流量増強リングの
    少くとも１つは、軸方向での羽根のスパンの範囲内で羽
    根の回りに軸方向に配置されており；上記プロペラ羽根
    は、回転の間翅端渦を発生させる翅端を有し、羽根の形
    は、その翅端渦を強化するよう選択されており；羽根の
    翅端および上記１つの流体流量強化リングの半径方向に
    内側の縁は十分に近接しており、かつ上記軸方向流体流
    量増強リングおよびそれらの軸方向間隔の寸法は羽根か
    ら生じる翅端渦が流体流量を上記下流方向に増加させる
    開口部を形成するように選択されており；それによって
    翅端渦は、軸流プロペラシステムの性能増進のために有
    用な流体流に変換できる、 ところの軸流プロペラシステム。
42. 【請求項４２】 請求項４１による軸流プロペラシステ
    ムであって、そのリングはプロペラ半径Ｒの約５９％以
    下のリング翼弦Ｃを有し、またプロペラ羽根の翅端と上
    記１つの流体流量増強リングの内側縁の半径方向クリア
    ランスは上記半径Ｒの約１０％以下であり、リング間の
    軸方向距離はリング翼弦Ｃの約１／２倍から約４倍の範
    囲内にある、ところのシステム。
43. 【請求項４３】 プロペラから生じるマスフローを増強
    するための方法であって：プロペラ羽根の翅端から生じ
    る翅端渦を発生させている間、流体を上流側から下流方
    向に動かすためにプロペラを回転するステップ；上記プ
    ロペラ回転の間、上記翅端渦の流れに影響を与えて翅端
    渦から生じるマスフローを、予め選択して間隔をあけ、
    寸法取りしたポンピング開口部に動かすステップで、但
    しこの開口部は少くとも部分的にプロペラの周囲にかつ
    翅端渦から生じるマスフローを上記プロペラから生じる
    有用なマスフローの増加量に変換するような方向に延び
    ているもの、 の各ステップを有する方法。
44. 【請求項４４】 請求項４３による、プロペラから生じ
    るマスフローを増強するための方法であって、更に：上
    記プロペラ回転中翅端渦から生じるマスフローを、続け
    て軸方向に間隔をあけた位置において上記プロペラから
    生じる有用なマスフローの増加量に変換するために、軸
    方向に並んで間隔を保ったポンピング開口部において、
    上記翅端渦の流れに影響を与えるところの、ステップを
    有する方法。
45. 【請求項４５】 流体を動かすための軸流プロペラシス
    テムであって：軸の回りに回転するための複数の半径方
    向に延びる羽根を有する軸流プロペラで、上記羽根は回
    転の間上記流体を軸に沿って下流方向に動かすために選
    択した軸方向スパンで方向づけられているもの；及び軸
    回りに配置された複数の軸方向に間隔を保った流体流増
    強リングから形成されたリングケージ構造体で、上記流
    体流増強リングの少なくとも１つは、軸方向での羽根の
    スパンの範囲内で羽根の回りに軸方向に配置され、もう
    １つの流体流増強リングは、上記１つのリングの下流に
    あるもの、を有し、 上記プロペラ羽根は、回転中翅端渦を発生させる翅端を
    有し、羽根の翅端および上記１つの流体流量増強リング
    の半径方向内側縁は十分に接近しており、かつ上記軸方
    向流体流量増強リングおよびそれらの軸方向間隔の寸法
    は、羽根から生じる翅端渦が流体流量を上記下流方向に
    増加させる開口部を形成するように選択されており、 それによって翅端渦が、軸流プロペラシステムの性能増
    進のための有用な流体流に変換されうる、 ところの軸流プロペラシステム。