JP2004231102A - 船体とプロペラの配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ボートの推進の妨害を減らすようにした水上航行船舶の船体とプロペラの配置構造を提供する。
【解決手段】水上航行船舶１の船体とプロペラの配置構造には、少なくとも一つのプロペラ３が設けられていて、それに加えて、プロペラ３は、水上航行船舶の高速度航行の際に水面を貫通して作動し、プロペラ３は、プロペラ羽根１１のみ又はその一部分のみが水上航行船舶１の高速度航行の際に水中に没するように構成されており、さらに、船体２には、船体２の実質的に長手方向に延在する少なくとも一つの流線形の突出部４が設けられており、突出部４は、その外形状に関して、その船尾端部６に突出部４の長手方向に対してほぼ横切るように延在する端縁１５を有しており、プロペラ３は、端縁１５の船尾側直近に配置されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１における前提部分に記載された船体とプロペラの配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーフェスプロペラ（水面貫通型プロペラ）とは、ボートの高速度航行中にプロペラ（スクリュープロペラ）が回転する際に羽根が水面上位置と水面下位置とに交互に位置するようになっているプロペラのことであり、水上航行船舶用、特に高速モーターボート用として良く知られている。サーフェスプロペラは、所定の船体と所定の軸馬力により、全没水型プロペラよりも相当の高速度でボートを駆動できるようにするものである。サーフェスプロペラの場合におけるこのような改良された性能は、動力源の回転動力を船体の推進力に変換する際に生じる抵抗が、従来の全没水型プロペラの場合よりもかなり小さいと言う事実によるものである。
【０００３】
水力抵抗を減らすためには、ボートの航行中に水中に位置する部品ができるだけ少ないことが望ましい。ボートの推進構成に関する限り、この要望は、水への直接的な動力伝達に寄与しない部品が水流の範囲外に位置している場合に大いに満足されることになる。プロペラに関する限り、このことは、もしプロペラ羽根のみが水と接触するようになっていて且つプロペラハブが水面の上方に位置するようになっていれば達成されるものである。
【０００４】
米国特許第３，７９３，９８０号明細書（特許文献１）には、被制御状態においてプロペラハブが高速時に水流の範囲外に位置するようになっていて且つプロペラ羽根のみが水と接触するように構成されているサーフェスプロペラを備えたシステムが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第３，７９３，９８０号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ボートが滑走型航行速度で航走するとき、船体は、水を下方に押圧する力をもって水に作用すると共に、反力により水によって支えられており、その結果、船体と水との間の接触領域は、ボートが排水型航行速度で航走している場合よりも小さくなっている。速度が非常に高いときは、該接触領域は、相対的に非常に小さくなっており、船体の船尾に一番近いところに位置する。船体が、滑走しているときに複数の接触領域が生じるように設計されている場合は、該複数の接触領域の内の少なくとも一つは、船体の船尾に一番近いところに位置する。もしボートの移動が、例えばボートが水面上で波を越えて行こうとすることによって生じる妨害を受け、次いで縦揺れ方向に回転運動を起こすと、該回転の中心は、しばしば船体と水との間の船尾側接触領域の近くに位置することになる。この運動により、船尾側接触領域から長手方向において或る一定の距離の所に位置するサーフェスプロペラは、実質的に上方又は下方に動くことになる。このことは、言い換えると、該運動中においては、プロペラの水中に没している部分の面積が変化することを意味している。時には、プロペラは、水面から上方に完全に離れることもある。水面に対するプロペラの上下移動は、ボートの推進の妨害になったり、またボートの推進駆動原の利用を不十分にしたりする。
【０００７】
従来のサーフェスプロペラ構造を有したボートが、排水型推進と滑走型推進とが切り換わる速度領域のちょうど上の比較的低い速度で航走する場合、船体に対する水面レベルは、船体の船尾近傍で上昇している。このことは、この領域に配置されたプロペラが、この速度では水に没していて、その水面貫通動作モードを失っていることを意味する。ボートの排水型航行速度では、プロペラは、更にその水面貫通動作モードを失っている。
【０００８】
従来のモーターボートでは、プロペラは、各々、駆動軸の挿通部、即ち駆動軸が船体の内側からその外側に延在している箇所からある一定の距離の所に配置されている。従って、プロペラをその半径方向において固定するために、駆動装置には、通常、プロペラに近接して軸受が設けられており、該軸受は、例えば軸受ブラケットの形の構造部に取り付けられていて、該構造部は、次いで船体に取り付けられている。それ故、該駆動装置は、駆動軸の挿通部の所であると共にプロペラに隣接する所に設置しなければならない。プロペラ用軸受とそれに関連した取り付け構造部とを備えたこのような従来の構成では、複数の構成部品を使用する必要があり、水流と接触することで推進中に抵抗源が生じることになる。
【０００９】
本発明のある目的は、ボートの推進の妨害を減らすようにした水上航行船舶用の船体とプロペラの配置構造を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、ボートの推進中に抵抗を減らすようにした水上航行船舶用の船体とプロペラの配置構造を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、従来の船体とプロペラの配置構造よりもより高い速度領域で効率的な推進を行うことができるようにした水上航行船舶用の船体とプロペラの配置構造を提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、各プロペラ用の駆動装置の設置構造を簡略化した水上航行船舶用の船体とプロペラの配置構造を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を備えた船体とプロペラの配置構造によって達成される。
【００１４】
船体から突出した部分の船尾端部における端縁の船尾側近傍に各プロペラが位置しているということは、プロペラが、高速時に船体担持面となる面に接近して配置されていることを意味しており、それは次に、例えばボートが波に突入することで生じるボートの縦揺れ方向における回転運動が、結果的に、プロペラのほんの小さな上下運動にとどまることになることを意味している。このことは、次に結果的に、水面に対するプロペラ羽根の動きが小さくなり、したがって、ボートの推進に対する妨害も小さくなることを意味している。
【００１５】
各々の突出部の船尾端部における各々の端縁の船尾側近傍に各プロペラが位置しているということも、ボートが排水型航行モードと滑走型航行モードとの間で切り換わる速度領域のちょうど上である比較的低い速度で航走しているときでも、実質的にプロペラ羽根だけが水流に接触することを意味している。
【００１６】
一つの実施態様によれば、プロペラは、その寸法と配置によって、排水型航行速度において、または、少なくとも比較的高い排水型航行速度において、水面を貫通するものである。
【００１７】
本発明によれば、各プロペラには、船尾側境界面と円周境界面との間の交差箇所が比較的鋭角なハブエッジとなるように設計されたハブが設けられている。該ハブエッジは、プロペラから水が効果的に分離され得るようにするものである。
【００１８】
各々の突出部における端縁は、突出部から水流が効果的に分離され得るようにするものである。
【００１９】
プロペラの近くでは、該突出部は、少なくとも部分的に、実質的に円の一部分のような形状をしている断面を有しており、該円の半径方向における中心は、プロペラの中心と基本的に一致する。該円の半径は、プロペラの回転の際にプロペラ羽根がプロペラハブに接合している領域によって描かれる仮想円の半径とほぼ同じになっている。このことにより、突出部を離れて通過して流れて行く水の表面が、実質的にプロペラハブの円周と合致するように制御されることになる。
【００２０】
本発明によれば、船体への駆動軸の挿通部は、プロペラハブの直近に配置されており、このことにより、別途軸受部やその関連取り付け構造部を船体の外部に配置する必要が無くなるので、プロペラの取り付け構造が簡略化される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、船体２と２個のプロペラ３とを備えたモーターボート１を示している。該２個のプロペラ３は、水面を貫通して作動すると共に互いに反対方向に回転するものであり、それらの駆動軸は、実質的にボート１の長手方向前方に延びている。船体２には、２つの突出部４が設けられている。各突出部４は、流線形を成すと共に、船体２の長手方向に延びている。各突出部４は、前端５において船体２の形状に流線状に同化する形状を有している。各前端５は、長手方向においてほぼ船体２の中心で且つ横方向において船体２の中心とその縁との間に配置されている。各突出部４は、プロペラ３の各々の前方にあると共にそれに非常に近接している船尾端部６まで延びている。船体２には、その前部に、大部分の他の場所よりも船体２が深くなっている腹７が形成されている。
【００２２】
次に、図２を参照する。高速度航行の際には、ボート１は、比較的小さな担持領域を通過している水によって支えられている。ここで、担持領域とは、通過している水と直接接触し、船体２を上に持ち上げる力が作用する船体２の領域を意味する。この例示的な実施形態におけるボート１では、高速度航行の際、２つの船尾側担持領域８が形成され、各担持領域８は、図２おいてハッチング線で示された領域によって示されており、各々船尾端部６から前方に向かって比較的短い距離だけ延在する各突出部４の表面部分から構成される。前方の担持領域は、腹７に形成される。
【００２３】
図３には、各プロペラ３が、実質的に円板状に形成されている比較的大きなハブ９を有するように形成されているのが図示されている。
【００２４】
図４は、ハブ９が、その円周上に、ハブ９を形成している板の厚さに実質的に相当する長さの円柱を形成する円周境界面１０を有していることを示している。数枚のプロペラ羽根１１が、本実施形態では１６枚となっているが、円周境界面１０から半径方向に延在している。
【００２５】
図５は、ハブ９が、実質的に半径方向に延在し且つ円周境界面１０に対して実質的に直角に向けられた船尾側境界面１２を有しているのを示している。該船尾側境界面１２と円周境界面１０との交差箇所には、比較的鋭角なハブエッジ１３が形成されている。該ハブエッジ１３は、プロペラ３から水流が効果的に分離され得るようにしている。
【００２６】
各突出部４の横断面は、少なくとも船尾端部６においては、実質的に部分円形となっている。該船尾端部６の近くでは、該横断面の半径は、実質的にハブ９の外周半径に相当しており、また該横断面によって規定された円の中心は、半径方向においてプロペラの中心と実質的に一致している。船尾端部６において、各突出部４には、実質的にプロペラ円板と平行になっている端面１４が形成されている。端面１４と該端面１４の直近の外面との間の交差箇所には、比較的鋭角な端縁１５が形成されている。該端縁１５は、突出部４から水流が効果的に分離され得るようにしている。端縁１５とプロペラ３との間の間隔は、実際に可能なものであることを考慮した上で、最小値に設定されている。いずれにしても、該間隔は、各プロペラ羽根１１の長さよりも大幅に小さくされている。
【００２７】
図６は、本発明に係る推進構成の１つの作用を説明するものである。水流は、ボート１の下方における複数の実線によって図示されている。船尾端部６の近くでの突出部４の横断面の半径は、実質的にハブ９の外周半径に相当していて、また、プロペラ３は、船尾端部６の船尾側の直近に配置されているので、水流の表面は、高速度航行の際には、プロペラ羽根１１がハブ９の円周境界面１０と接合する領域に存在することになる。
【００２８】
もし、高速度航行の際に、例えばボート１が波の中に突入してボート１の縦揺れ運動が発生すると、船尾側担持領域８の範囲に位置する横方向の基本的な水平軸線を中心として回転が起きる。各プロペラ３は、各々の船尾側担持領域８の船尾側直近で、それ故、回転の中心に近接して配置されているので、上記回転運動は、結果的にプロペラ３のほんの小さな上下運動を起こすに過ぎない。
【００２９】
図５は、プロペラ３の一部分が、どのように船体２の凹所１６内に配置されているかを示している。本発明によれば、船体２に対する駆動軸１７の挿通部１８が、プロペラハブ９に隣接して配置されており、このことにより、別途軸受部やその関連取り付け構造部を船体２の外部に配置する必要が無くなるので、プロペラ３の取り付け構造が簡略化される。
【００３０】
各プロペラ３が各々の突出部４の直後に且つ垂直方向に位置することによって、結果的にボート１の少なくとも比較的高い排水型航行速度においても、プロペラ３は、水面を貫通して作動することになる。各プロペラ３が比較的大きいと言う事実もこのことに貢献している。
【００３１】
以上説明した実施形態におけるモーターボート１には、船体２の横方向において互いに或る距離をおいて配置された２つのプロペラ３が設けられている。該２つのプロペラ３は、モーターボート１が航行中にプロペラ羽根１１のピッチ角度が、各プロペラ３に対して個別に調節され得るように構成されている。その結果、ボート１の操縦は、舵無しで行われる。舵が無いことで、ボート１が航行中に水と接触する部品の数を減らすことができ、その結果、ボート１の推進中の抵抗を減らすことができることになる。
【００３２】
各プロペラ３の羽根１１は、好ましくは、ピッチ角度をボートの航行速度に適合するようにするために、該ピッチ角度が航行中に調節され得るように構成されているが、そのことは、ボート１の推進駆動源をより効果的に利用することを意味している。
【００３３】
図７には、プロペラ３における好ましい配置構造が示されている。突出部４の船尾端部６には、密封装置１９が設けられている。該密封装置１９は、環形状を有していて、プロペラ３の前方において船体２上に固定設置されており、またプロペラ円板と同軸に且つ平行になっている。羽根１１の近くで、該羽根１１の半径方向内側において、密封装置１９は、プロペラ３のハブ９に対して当接するか、又は非常に近くまで延在している。このことは、水がプロペラ３と船体２との間に進入するのを防ぐことになり、特に比較的低速度の運転中に有用である。好ましくは、密封装置１９は、ゴム等の可撓性で耐久性のある材料から造られる。
【００３４】
図７を参照してわかるように、プロペラ３の船尾側において、船体２は、船尾側突出部２１として下方に延設されている。突出部４と同様に、船尾側突出部２１は、部分円形の横断面を有していて、該横断面は、少なくともプロペラの近くで実質的にプロペラと同軸状になっており、またその下部領域ではプロペラの近くで実質的にプロペラハブ９の外周領域まで延びている。該船尾側突出部２１は、ボートの後進移動中に接近する水からプロペラハブ９を保護する働きをしている。そのため、追加の密封装置２２が、プロペラの船尾側において船尾側突出部２１上に部分的に設けられている。該追加の密封装置２２は、上述の密封装置１９と同様に構成することができるもので、即ち、環形状を有していて、また船体２上に固定設置されており、また実質的にプロペラ円板と同軸に且つ平行になっており、更にゴム等の可撓性で耐久性のある材料から造られている。羽根１１の近くで、該羽根１１の半径方向内側において、該追加の密封装置２２は、プロペラ３のハブ９に対して当接するか、又は非常に近くまで延びており、プロペラ３と船体２との間に水が入るのを防いでいる。
【００３５】
別の構成として、密封装置１９と２２の少なくとも一方は、プロペラ３の下部領域にのみ設けられていて、それ故、部分環形状を呈しているようにすることもできる。
【００３６】
好ましくは、船体に対する駆動軸１７の挿通部１８において、駆動軸１７は、可撓性の材料の支持装置２０によって支持される。該支持装置２０は、環形状又は円筒形状を有しており、またほぼプロペラ円板と同軸状になっている。該支持装置２０は、駆動軸１７と船体２との間に弾性的な接触箇所を提供し、結果的に駆動軸１７において起こり得る振動が船体２に伝搬するのを減らしたり、無くしたりすることになる。
【００３７】
図８は、船体２の下方側における好適な構成を示している。好ましくは各々が内燃機関によって駆動されるプロペラの近くに、エンジンからの排気出口２３が設けられている。好ましくは、該出口２３の各々は、ボートの長手方向においてちょうどプロペラ円板の平面の後ろに配置されている。別の構成として、該出口２３は、長手方向においてプロペラ円板の面内に、又はその前方に配置されるようにしてもよい。更に、各出口２３は、プロペラに近接して配置される。図８では、２つの出口２３が、横方向においてプロペラの中心間において、各々プロペラ羽根１１の近くに配置されているのが示されている。各出口２３からの勢いのある排気による下方に向けられたガス流は、プロペラから飛散した水を下方に押しやり、運転中に水しぶきをプロペラ間のボートの後ろの領域から隔離する。別の構成として、該出口は、プロペラ間に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る船体とプロペラの配置構造を備えたモーターボートの側方からとやや下方から視た斜視図を示す。
【図２】本発明に係る船体とプロペラの配置構造を備えたモーターボートの船尾からとやや下方から斜めに視た斜視図を示す。
【図３】本発明に係る船体とプロペラの配置構造を備えたモーターボートの船尾からとやや下方から視た斜視図を示す。
【図４】図１に示すモーターボートの船尾部の拡大図を示す。
【図５】本発明に係る船体とプロペラの配置構造の図３における線Ｖ−Ｖに沿った断面図を示す。
【図６】図５と同様な図である。
【図７】図５と同様な図である。
【図８】本発明に係る船体とプロペラの配置構造を備えたモーターボートの船尾からとやや下方から視た斜視図を示す。
【符号の説明】
１ モーターボート
２ 船体
３ プロペラ
４ 突出部
５ 前端
６ 船尾端部
７ 腹
８ 担持領域
９ プロペラハブ
１０ 円周境界面
１１ プロペラ羽根
１２ 船尾側境界面
１３ ハブエッジ
１４ 端面
１５ 端縁
１６ 凹所
１７ 駆動軸
１８ 挿通部
１９ 密封装置
２０ 支持装置
２１ 船尾側突出部
２２ 密封装置
２３ 排気出口

Claims (6)

1. 水上航行船舶（１）の高速度航行の際に水面を貫通し、且つプロペラ羽根（１１）のみ又はその一部分のみが水上航行船舶（１）の高速度航行の際に水中に没するように構成されている少なくとも一つのプロペラ（３）が設けられている水上航行船舶（１）のための船体とプロペラの配置構造において、船体（２）には、実質的に船体（２）の長手方向に延在する少なくとも１つの流線形の突出部（４）が設けられており、該突出部（４）は、その外形状に関して、その船尾端部（６）に、突出部（４）の長手方向に対して実質的に横切るように少なくとも部分的に延在する端縁（１５）を有しており、該プロペラ（３）は、端縁（１５）の船尾側直近に配置されており、半径方向における該プロペラ（３）の一部分は、突出部（４）の境界面を越えて延在しており、各突出部（４）は、水上航行船舶（１）の高速度航行の際には水上航行船舶（１）用の担持領域（８）が形成されるように構成されており、該担持領域（８）は、端縁（１５）の前方側直近で且つ突出部（４）の底部そのものに位置する突出部（４）の表面部分から実質的に構成されていることを特徴とする船体とプロペラの配置構造。
2. 各突出部（４）は、各々のプロペラ（３）の近傍において、少なくとも部分的に、実質的に円の一部分のような形状の横断面を有しており、該円の中心は、プロペラ（３）の近くでは、プロペラの中心と半径方向において実質的に一致しており、該円の半径は、プロペラ（３）の近くでは、プロペラの円周の半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の船体とプロペラの配置構造。
3. 突出部（４）の横断面によって形成される該円の半径は、プロペラ（３）の近くでは、プロペラ（３）の回転の際にプロペラ羽根（１１）がプロペラハブ（９）に接合する領域によって描かれる仮想円の半径と実質的に同じであることを特徴とする請求項２に記載の船体とプロペラの配置構造。
4. 各プロペラ（３）は、プロペラ羽根（１１）に対して、比較的大きなハブ（９）を持つように構成されており、ハブ（９）は、その円周に、実質的に円柱のような形状の円周境界面（１０）を有しており、ハブ（９）は、船尾側境界面（１２）を有しており、船尾側境界面（１２）と円周境界面（１０）との間の交差箇所は、比較的鋭角なハブエッジ（１３）として構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の船体とプロペラの配置構造。
5. 水上航行船舶（１）には、船体（２）の横方向において互いに或る距離をおいて配置された２つのプロペラ（３）が設けられており、該２つのプロペラ（３）は、水上航行船舶（１）が航行中に、プロペラ羽根（１１）のピッチ角度が各プロペラ（３）に対して個別に調節され得るように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の船体とプロペラの配置構造。
6. 船体（２）に対する駆動軸（１７）の挿通部（１８）は、プロペラハブ（９）の直近に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の船体とプロペラの配置構造。

Images