JP2004090841A

JP2004090841A - ポッドプロペラ

Info

Publication number: JP2004090841A
Application number: JP2002257294A
Authority: JP
Inventors: Isao Funeno; 舩野　功
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP3842189B2

Abstract

【課題】プロペラの各翼から流出される旋回流はポッド後端部で集中し、ポッド後方で強い渦巻き状の旋回流を形成するため、これにより大きなエネルギー損失を生じる。
【解決手段】船体６から下方に向けて設けたストラット２にポッド３を設け、このポッド３の船首側にプロペラ４を配設し、このポッド３の後端部７に、前記プロペラ４の後流の旋回流９がポッド後端部７で集中するのを防いで前進推力を発生させる翼型断面のフィン８を設けている。このポッド後端部７のフィン８により、ポッドプロペラ１に推進力を与えて旋回エネルギーを回収する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、船舶の推進装置であるポッドプロペラに関し、詳しくは推進効率の向上を図ったポッドプロペラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、船舶は船尾にプロペラと舵とを装備し、プロペラで推進力を発生させて舵で操船する構成が一般的に用いられているが、近年、ポッドプロペラを採用する船舶が増えている。
【０００３】
図５は従来の一般的なポッドプロペラを示す図面であり、（ａ）　は船体に取付けた状態の側面図、（ｂ）　はポッドプロペラのみの側面図、（ｃ）　はポッドプロペラの正面図、（ｄ）　は（ｂ）　に示すＡ−Ａ矢視図である。図示するポッドプロペラ５１は、船体５６の船尾に、鉛直軸周りに旋回可能なストラット５２を介してポッド５３が設けられ、このポッド５３の船首側にプロペラ５４が装着されている。また、このポッドプロペラ５１は、ポッド５３内にプロペラ５４の駆動モータ５５が設けられている。この駆動モータ５５を駆動するための電力は、船体５６に設けられたゼネレータから供給されている。
【０００４】
このポッドプロペラ５１は、プロペラ５４による推進力の発生と、ストラット５２を旋回させることによりポッド５３とともにプロペラ５４を旋回させて水流の方向を変化させる操船が可能である。
【０００５】
しかし、このポッドプロペラ５１の場合、プロペラ５４の回転によって各翼から後方へ流出される旋回流のエネルギーは、後流中へ放棄されてエネルギー損失となっている。
【０００６】
そこで、この種の先行技術では、プロペラの後流側のポッド前部にステータフィンを設け、このステータフィンによってプロペラから流出する流れにプロペラ回転方向とは逆方向の回転を与え、プロペラにより発生した後流中の回転を減らして推進力を増加させるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、他の先行技術では、スクリュープロペラのボスキャップに複数個のフィンを設け、このフィンでプロペラの後流を整流して推進機効率を高めようとしている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１９９１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特公平７−１２１７１６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６のポッドプロペラにおける旋回流の流れを示す側面図のように、前記図５に示すポッドプロペラ５１の各翼から流出されるプロペラ後流の旋回流５８は、ポッド外壁に沿って後方へ流れてポッド後端部５７で集中し、ポッド後端で強い渦巻き状のハブ渦５９を形成して後方へと放出されている。そのため、このハブ渦５９により大きなエネルギー損失を生じている。
【００１１】
また、前記特許文献１の場合、ステータフィンを装着したプロペラ直後の位置で旋回流を減らして旋回エネルギーを回収することはできるが、ポッドの後端で再び旋回流が集中してハブ渦５９を生じ、これによってエネルギー損失を生じる。つまり、ポッド後端部においてはエネルギー損失を生じるので、効率的な工ネルギ一回収は望めない。
【００１２】
さらに、前記特許文献２の場合も、プロペラ直後の位置で後流を整流させて推進機効率を高めることはできても、本願発明のようにポッド後端部において旋回流を拡散して推進力を発生させることができるものではない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、船体から下方に向けて設けたストラットにポッドを設け、該ポッドの船首側にプロペラを配設し、該ポッドの後端部に、前記プロペラの後流の旋回流がポッド後端部で集中するのを防いで前進推力を発生させる翼型断面のフィンを設けている。このように、ポッド後端部に翼型断面のフィンを設けることにより、ポッドプロペラのプロペラによって生じる旋回流がポッド後端部で集中するのを防ぐとともに、この旋回流をポッド後端部のフィンに沿って流すことによって推進力を発生させ、旋回エネルギーを回収して推進効率の向上を図ることができる。しかも、これにより省エネルギーに貢献できる。
【００１４】
前記フィンを、先端が前記プロペラの直径のほぼ９０％の円内に収る高さで形成すれば、プロペラ後流が縮流した範囲内にフィンをほぼ位置させて、旋回流から旋回エネルギーを効率良く回収することができる。
【００１５】
また、前記フィンを、ポッド軸方向のストラット中心から後部の範囲でポッド後端部を含む長さで形成すれば、ポッド後端部において旋回流が集中するのを効果的に防止して、旋回流から旋回エネルギーを回収することができる。
【００１６】
さらに、前記フィンを、ポッド軸方向のストラット後端から後部の範囲でポッド後端部を含む長さで形成すれば、よりコンパクトなフィンでポッド後端部に旋回流が集中するのを効果的に防止することができる。
【００１７】
また、前記フィンを、少なくともポッドの鉛直方向下方に設ければ、プロペラの旋回流によってストラットの一側方に受ける旋回流の力と対向するように下方のフィンが逆の一側方から旋回流の力を受けるので、ポッドの上下位置で旋回流の流れによって作用する側方からの力を打ち消してポッドプロペラに横向きの力が作用するのを抑止することができる。
【００１８】
その上、前記フィンを、ポッドプロペラ鉛直軸に対して左右対称位置に配設すれば、ポッドの左右位置でバランス良く旋回エネルギーを回収するように複数のフィンを配設して、効率的な旋回流の集中防止と旋回エネルギーの回収ができる。
【００１９】
さらに、前記フィンに、プロペラの後流に逆方向の回転を与えるキャンバーを付ければ、旋回流から旋回成分を減らすとともに、より揚力を発生させることができるので、より効率良く旋回エネルギーを回収することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の第１実施形態を示すポッドプロペラの図面であり、（ａ）　は側面図、（ｂ）　は底面図、（ｃ）　は背面図である。
【００２１】
図１（ａ）　に示すように、ポッドプロペラ１は、船体６から下方に突設されたストラット２の下端にポッド３が設けられている。このポッド３は、ほぼ中央部がストラット２と連結されている。ポッド３の前部には、プロペラ４が配設されており、この例では４枚のスクリュープロペラ４ａ（翼）がプロペラハブから放射状に設けられている。このプロペラ４は、ポッド３の内部に設けられた電動機５により駆動されている。
【００２２】
前記ストラット２は、船体６にポッド３を支持し、スクリュープロペラ４の推力をこのポッド３を介して船体６に伝えるとともに、電動機５を駆動するための図示していない動力線や軸受等へ潤滑油を供給するための油配管等を内包している。このストラット２は、その水平断面が流線形で形成されている。なお、このストラット２の上部に旋回装置を設ければ旋回式ポッドプロペラとなり、舵としての機能も発揮することができる。
【００２３】
そして、ポッド後端部７には、水平方向と鉛直方向下方に向かってフィン８が設けられている。このフィン８は、翼型断面で形成されており、ポッド３の軸方向でストラット２の後端よりも後部からポッド後端部７を含む長さで設けられている。このフィン８の長さとしては、ストラット２の中心から後部で後端部７を含む範囲に設ければ、プロペラ４で生じた旋回流から旋回エネルギーを回収することができる。この例では、フィン８をポッド後端部７に設けるためのポッド構造を考慮して、図示するようにストラット２の後端から後部の範囲でポッド後端部７を含む長さで形成されている。
【００２４】
図１（ｂ）　に示すように、この実施形態のフィン８は、ポッド３の両水平方向に２枚と鉛直下方に１枚の合計３枚のフィン８Ａ，８Ｂが設けられている。これらのフィン８Ａ，８Ｂは、先端がプロペラ４（スクリュープロペラ４ａ）の直径のほぼ９０％の円Ｃ内に収る高さで形成されている。このフィン８の高さ（先端位置）をプロペラ４の直径のほぼ９０％以内とすることにより、プロペラ後流が縮流によって小さくなった範囲にフィン８を位置させて、旋回流から旋回エネルギーを効率良く回収できるようにしている。
【００２５】
また、ポッド３を挟んでストラット２と相反する位置である鉛直方向下方にフィン８Ｂを設けることにより、旋回流によってストラット２に作用する横向きの力と対向する逆向きの力を下方のフィン８Ｂに横向きに作用させて、ポッド３の上下位置で横向きに作用する力を打ち消し合うようにしている。これにより、旋回流の流れ方向によってポッドプロペラ１のストラット２に作用する横方向の力を打ち消すことができる。つまり、ストラット２に一方から水流が当接することによって作用する横方向のモーメントと対抗するように、下向きにフィン８Ｂを設けてストラット２とは逆方向から当接する水流によって逆方向のモーメントをポッドプロペラ１に作用させて、打ち消すようにしている。
【００２６】
このフィン８の枚数は、増やすと摩擦抵抗が大きくなるので、３，４枚程度のフィン８を設けるのが、摩擦抵抗の増加を抑えて旋回エネルギーを回収するのに好ましい。
【００２７】
図２は図１のポッドプロペラにおける旋回流の流れを示す側面図である。図示するように、前記したようなポッドプロペラ１によれば、プロペラ４より出される旋回流がハブ渦として集中する位置、即ち、ポッド後端部７にフィン８を設けているため、プロペラ４によって生じてポッド３の外面に沿って後方へ流れた旋回流９がこのフィン８に流入することにより、旋回流９が集中する前に分散されて後方へ流れる。したがって、これによりポッド後部での旋回流９の集中を防ぐことができるとともに、翼型断面のフィン８によって揚力１０が発生するので、この揚力１０の前進方向成分１１が前進推力となって作用することとなる。つまり、この第１実施形態では、ポッド３の水平方向にフィン８Ａを設けることにより、翼型断面のフィン８Ａに作用する揚力１０の前進方向成分１１の推力が出るようにしている。しかも、旋回流が集中することによってエネルギー損失を生じていたポッド後端部７で効率良く旋回エネルギーが回収されるので、そのエネルギーの回収効率は非常に高い。
【００２８】
このように、船舶の推進装置の推進効率を向上させて省エネルギーを達成させるために、ポッドプロペラのプロペラ後流の旋回エネルギー損失をポッド後端部７で回収している。
【００２９】
図３は本願発明の第２実施形態を示すポッドプロペラの背面図である。この第２実施形態は、フィン８を設ける位置が前記第１実施形態と異なっている。なお、前記第１実施形態と同一の構成には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
図示するように、この第２実施形態では、ポッド３の左右にそれぞれ２枚のフィン８が放射状に設けられている。これらのフィン８も、ポッド３の軸方向のストラット２後端近傍から後部の範囲でポッド後端部７を含む長さで形成されている。
【００３１】
また、これらのフィン８は、この実施形態ではポッド３の上部はほぼ１２０°の間隔で、下部はほぼ８０°の間隔で設けられている。これにより、フィン８がポッドプロペラ鉛直軸に対して左右対称に配置されている。この実施形態のフィン８も、先端がプロペラ４（スクリュープロペラ４ａ）の直径のほぼ９０％の円Ｃ内に収る高さで形成されており、プロペラ後流の縮流された流れの範囲内にフィン８を位置させて、旋回流９から旋回エネルギーを効率良く回収できるようにしている。
【００３２】
このように形成されたポッドプロペラ１によっても、フィン８によって、プロペラ後流の旋回流９は後端部において集中することなく旋回エネルギーが回収され、推進効率の向上を図ることができる。
【００３３】
図４は本願発明の第３実施形態を示すポッドプロペラの側面図である。前記図１、図３では翼型断面のストレートフィン８を示しているが、この図４に示すように、キャンバー１３を付けたフィン１２を設けてもよい。このフィン１２は、水平方向のフィン１２Ａと鉛直方向のフィン１２Ｂとが設けられ、キャンバー１３はプロペラ４によって生じた旋回流９に逆方向の回転を与えるように付けられている。
【００３４】
このようにフィン１２Ａ，１２Ｂにキャンバー１３を付ければ、このフィン１２Ａ，１２Ｂに沿って流れる旋回流９によってより大きな揚力を発生させることができるので、より推進効率の向上を図ることができる。他の作用効果は上述した第１実施形態と同一であるため、説明は省略する。
【００３５】
なお、前記第１〜第３実施形態におけるフィン８，１２は一例であり、ポッド３の後端部７を含む範囲でフィン８，１２が設けられていればポッド後端でハブ渦を生じてエネルギー損失を生じることはなく、フィン８，１２の枚数や形態は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
また、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００３８】
プロペラによって生じる旋回流がポッド後端部で集中するのを防ぐとともに、翼型断面のフィンによってポッドプロペラに推進力を発生させるので、旋回エネルギーを回収して推進効率の向上を図り、省エネルギーに貢献することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態を示すポッドプロペラの図面であり、（ａ）　は側面図、（ｂ）　は底面図、（ｃ）　は背面図である。
【図２】図１のポッドプロペラにおける旋回流の流れを示す側面図である。
【図３】本願発明の第２実施形態を示すポッドプロペラの背面図である。
【図４】本願発明の第３実施形態を示すポッドプロペラの側面図である。
【図５】従来のポッドプロペラを示す図面であり、（ａ）　は船体に取付けた状態の側面図、（ｂ）　はポッドプロペラのみの側面図、（ｃ）　はポッドプロペラの正面図、（ｄ）　は（ｂ）　に示すＡ−Ａ矢視図である。
【図６】図５のポッドプロペラにおける旋回流の流れを示す側面図である。
【符号の説明】
１…ポッドプロペラ
２…ストラット
３…ポッド
４…プロペラ
５…電動機
６…船体
７…ポッド後端部
８…フィン
９…旋回流
１０…揚力
１１…前進方向成分
１２…フィン
１３…キャンバー

Claims

船体から下方に向けて設けたストラットにポッドを設け、該ポッドの船首側にプロペラを配設し、該ポッドの後端部に、前記プロペラの後流の旋回流がポッド後端部で集中するのを防いで前進推力を発生させる翼型断面のフィンを設けたポッドプロペラ。
前記フィンを、先端が前記プロペラの直径のほぼ９０％の円内に収る高さで形成したことを特徴とする請求項１記載のポッドプロペラ。
前記フィンを、ポッド軸方向のストラット中心から後部の範囲でポッド後端部を含む長さで形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のポッドプロペラ。
前記フィンを、ポッド軸方向のストラット後端から後部の範囲でポッド後端部を含む長さで形成したことを特徴とする請求項３記載のポッドプロペラ。
前記フィンを、少なくともポッドの鉛直方向下方に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のポッドプロペラ。
前記フィンを、ポッドプロペラ鉛直軸に対して左右対称位置に配設したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のポッドプロペラ。
前記フィンに、プロペラの後流に逆方向の回転を与えるキャンバーを付けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のポッドプロペラ。