JP2005524576A - プロぺラ軸 - Google Patents

Abstract

底面に接する実質的に水平なベース平面（６）と、中央長手方向に沿って延長する実質的に垂直な中心平面（７）を有する船殻（２）を有し、少くとも１基のエンジン（３）と、少くとも２本のプロぺラ軸（４）と、少くとも２つのプロぺラ（５）から成る推進システムを備えた航洋排水型船舶のためのプロぺラ軸配構が提供される。各プロぺラ軸（４）は、ベース平面（６）からのプロぺラ軸（４）の離間距離がプロぺラ（５）からエンジン（３）に向かって前方方向に漸増するようにベース平面（６）に対して角度αをなして配置され、プロぺラ軸（４）の少くとも１つは、中心平面（７）からのプロぺラ軸（４）の離間距離がプロぺラ（５）からエンジン（３）に向かって前方方向に漸増するように中心平面（７）に対して角度βをなして配置される。

Description

本発明は、少くとも１基のエンジンと、各々プロぺラを備えた少くとも２本のプロぺラ軸とから成る推進システムを搭載した航洋排水型船舶に関する。

船舶のための最も一般的な推進方式は、プロぺラによる推進である。理論的には、プロぺラは、プロぺラシステムとは独立して、下記のように配置すべきである。即ち、（ａ）振動を避けるために船体から離れた位置に配置すべきである。（ｂ）振動、キャビテーション及びプロぺラ騒音を回避するために均一な並行水流内に配置すべきである。（ｃ）圧力減少がほとんどないように配置すべきである。（ｄ）高い粘性の並行水流を有する区域に配置すべきである。（ｅ）最大限可能な回転効率が得られるような態様に配置すべきである。又、プロペラの配置は、機関室の配構（配置と構成）、ドック入り又は座礁などに対する所要の配慮をして決めるべきである。その他にも、船の大きさ、所要の推進速度、船体の設計等、プロぺラシステムに影響を与える幾つかの要素がある。

船舶のためのプロぺラは、通常、機関室内に配置されたエンジンによって軸を介して駆動される。軸伝動機構の構成部品は、船の理想船殻構造の外部に配置される。エンジンからプロぺラへ直接伝動軸（プロぺラ軸）が延長している場合は、そのプロぺラ軸は、船殻に設けられたバルジ（斯界において「スケグ」と称される膨出部）によって覆われる。船の周りの水流パターンに対する抵抗及び擾乱作用を最少限にするために、又、経済的理由からも、これらのスケグは、できるだけ小さくされる。それとともに、スケグは、プロぺラに向かって流れてくる水の流れパターンを可能な限り最善にするように設計される。

スケグをできるだけ小さくする１つの周知の方法は、プロぺラ軸を水平平面に対して角度をなして（斜めに）配置することである。

船の推進は、又、プロぺラのサイズにも大いに依存するが、船が座礁した場合のことを考慮してプロぺラを船殻の最下点より下方に突出させることは大抵の船にとって望ましくないので、プロぺラサイズに対する制限要素は、多くの場合、プロペラの垂直方向の高さである。Ｕ字形の船殻構造を有し、２つのプロぺラを有する船の場合、各プロぺラをそれを駆動するエンジンより船殻の中心平面から遠くに位置させるように各プロぺラ軸を船殻の中心平面に対して斜めに配置することが知られている。

エンジンとプロぺラの間に直接伝動軸が存在しない場合は、プロペラをいくつかの異なる方向に回転させることができるように構成することが可能である。その一例は、特許文献１に示されている。

スケグの周りの水流パターンも極めて重要である。特許文献２には、水流をプロぺラの方に向けるようにすることによって効率を高めるためにプロぺラ軸の周りをカバーするスケグをらせん状にねじれた形状を有する非対称形とすることが開示されている。その場合、スケグの形状は、水流の接線方向の成分がプロぺラ全体の円周の周りに有利な態様に分配されるように決められる。
米国特許第４，４９３，６６０号 米国特許第４，５３８，５３７号

本発明の目的は、各々プロぺラを備えた少くとも２本のプロぺラ軸を有する船舶の設計及び作動における経済的節約を達成するために、そのような船舶のスケグの設計を改善することである。本発明の他の目的は、ダブルスケグ、船尾及び機関室の配構の設計を介して、在来の船よりも粘性並行流の利用効率を高め、水の抵抗を小さくすることである。本発明の更に他の目的は、振動を少なくし、キャビテーションが発生するおそれを少なくすることである。

これらの目的は、請求項に記載された本発明の特徴によって達成される。

上記課題を解決するために、本発明は、少くとも１基のエンジンと、各々プロぺラを備えた少くとも２本のプロぺラ軸とから成る推進システムを搭載した船舶を提供する。本発明による船舶は、船殻の底面に接する実質的に水平なベース平面内に位置するベース線と、船殻の長手に沿って実質的に垂直な中心平面内に位置する中心線を有する。本発明によれば、プロぺラ軸の少くとも２つは、ベース平面からのプロぺラ軸の離間距離がプロぺラからエンジンに向かって前方方向に漸増するようにベース平面に対して角度αをなして配置される。更に、プロぺラ軸の少くとも１つは、中心平面からのプロぺラ軸の離間距離がプロぺラからエンジンに向かって前方方向に漸増するように中心平面に対して角度βをなして配置される。

本発明によれば、上記角度αは、０〜１０°とし、上記角度βは、１〜５°、好ましくは１〜３°の範囲とする。プロぺラ軸に角度αを付与することによって、エンジンがプロぺラ軸の直接延長部である（直接延長線上にある）場合、エンジンが船殻内で上方位置に変位される。エンジンの設置に要するスペースは、しばしば、スケグのサイズに対する制限要因となる。即ち、スケグのサイズは、エンジンを設置するためのスペースを確保するように小さくしなければならない。本発明においては、エンジン及びその設置構造体を上方に持ち上げることによって、スケグの断面並びに長手延長方向の長さを小さくすることができ、スケグの存在による水流に対する抵抗の増大を小さくすることができる。又、プロぺラ軸に角度βを付与することによって、従来の平行なプロぺラ軸に比べて、スケグの内側表面における水線を細くする（スリムにする）ことができるとともに、スケグとスケグの間の断面積の変化度を小さくすることができる。これは、水流の圧力及び速度の変動を少なくし、抵抗、振動、キャビテーション及びプロぺラ騒音の増大を伴う水流のブレークアウエイ（境界層剥離）（粘性力に抗して仕事をしてきた流体の残留運動量が減少したため，圧力の増大する領域に流れが進行できなくなるという理由で、境界層が境界の形状に沿わなくなること）のおそれを少なくするので有利である。

本発明によれば、船舶に２つ以上のプロぺラ軸を設けることができる。例えば、２本のプロぺラ軸の間に比較的小さいプロぺラを備えた中央プロぺラ軸を配置することができる。その場合、例えば、その中央プロぺラ軸は、ベース平面に対して角度αをなすように位置づけすることができるが、中心平面に対しては実質的に平行にすることができる。２本のプロぺラ軸の間に各々プロぺラを備えた２本の中央プロぺラ軸を配置する場合は、それらの中央プロぺラ軸は、ベース平面及び中心平面の両方に対して平行とし、他の２本の外側プロぺラ軸は、ベース平面に対して角度αをなし、中心平面に対して角度βをなすように位置づけすることができる。

又、１本のプロぺラ軸を中心平面に対して角度βをなすように位置づけし、その他のプロぺラ軸を該プロぺラ軸に対して平行に位置づけすることもできる。

以下に、添付図を参照して本発明をその実施形態に基づいて詳しく説明する。

図１及び２は、それぞれ、船１の船殻２の後部の側面図と下からみた平面図であり、２基のエンジン３と、２本のプロぺラ軸４と、２つのプロぺラ５から成る本発明の推進システムを示す。プロぺラ５は、その回転軸線がプロぺラ軸４と一致するように配置され、エンジン３は、プロぺラ軸４の、プロぺラ５のある側とは反対側の直接延長部として配置されている。船１は、図１に示されるように船殻２の下点に接するベース平面６内に位置するベース線を有し、図２に示されるように船殻の中心平面７内に位置する中心線を有する。船殻には、各プロぺラ軸４を覆い、かつ、収納するために、各プロぺラ軸４の、船殻外に位置する部分を囲うスケグ８が設けられている。

本発明によれば、図１に示されるように、プロぺラ軸４は、ベース平面６に対して角度αをなしている。この角度は、０°から１０°までの範囲で変更することができる。比較的大きく重い船舶の場合は、１°〜３°の範囲とすることが好ましいが、その他のタイプの船舶の場合は、もっと大きい角度とすることができる。角度αの選択は、推進手段として用いられるエンジンのタイプに依存する。角度αは、０°としてもよい。即ち、プロぺラ軸４をベース平面に平行にしてもよい。

大きい角度αを選択した場合、エンジン３は、プロぺラ軸４の延長部として配置されているとすると、船殻２内で上方へ変位されることになり、場合によってはスケグ８の実質的に外部に配置される。それによって、スケグ８の、エンジン３の近傍領域における断面積を小さく設計することができる。これは、スケグ８の体積を、従って、船１の推進に対する抵抗を減少させるので有利である。プロぺラ軸４をベース平面６に対して角度をなして斜めに配置することに代えて、プロぺラ軸４を長く延長することも考えられるが、それは、強度の点からも、トルク伝達の点からも、更には船舶１内に占める占有スペースの点からも望ましくない。又、プロぺラがプロぺラ軸４の延長として配置されている場合、プロぺラ軸４のベース平面６に対する角度αを大きくしすぎるのは、得策ではない。なぜなら、角度αを大きくしすぎると、船１の推進方向以外の方向の水流速度の成分を過大にするからである。

プロぺラ軸４の角度βは、１〜５°、好ましくは１〜３°の範囲で選択することができる。図２に示されるように、この実施例の２本のプロぺラ軸４は、いずれも、同じ角度βとされている。２つのスケグ８の互いに対向する内側表面９においてスケグ８に沿っての水粒子の流れ経路又は軌道を描く水線は、本発明によるプロぺラ軸配構においては従来のプロぺラ軸配構に比べて細く（スリムに）なる。このことは、２つのスケグ８の互いに対向する内側表面９は、２本のプロぺラ軸４を互いに平行に配置した場合の従来のスケグに比べて、前後方向の、即ち長手延長方向の湾曲度が小さくなることを意味する。プロぺラ軸４を囲うスケグ８の内側表面の水線の角度変化は、従来技術に比べて小さく、２つのスケグ８の互いに対向する内側表面９は、それらの長手延長方向に従来のスケグにおけるよりも長い平行部分を有する。これは、スケグ８の周りの水流パターンにとって有利である。

本発明によるプロぺラ軸配構のためのスケグ８の形状を２本の互いに平行ではあるが、角度βをなすプロぺラ軸４のためのスケグ８の形状に対応する形状とした場合、２つのスケグ８の互いに対向する内側表面９に沿っての水線は、従来のプロぺラ軸配構に比べて細くなるが、２つのスケグ８の外側表面１０は、従来のスケグに比べて、長手延長方向の湾曲度が大きくなる。しかしながら、特に重要なのは、スケグの内側表面の水線の方であるため、外側表面１０の湾曲度が大きくなることは、スケグの内側表面の水線が細くなることによって得られる利点に比べれば、船１の推進に対して及ぼす負の影響が小さい。

２つのスケグ間の水流に圧力及び速度差を惹起するもう１つの要因は、２つのスケグ８の互いに対向する内側表面９の間の領域の断面積がスケグの長手延長方向に沿って変化することである。２本の平行なプロぺラ軸を有する従来の設計においても、本発明によるプロぺラ軸配構においても、２つのスケグ８の間の断面積が、それらの長手延長方向に沿って増大するが、本発明によるプロぺラ軸配構においてはその変化が従来のプロぺラ軸配構におけるよりも小さい。スケグ間の断面積の増大は、スケグ間の水流の速度を減少させる。本発明においては、そのような水流速度の減少度が小さいことと、上述した水線が細いこととが相俟って、水流の三次元的ブレークアウエイ即ち境界層剥離のおそれを少なくする。ブレークアウエイは、水流の抵抗を相当に増大させるとともに、振動、キャビテーション及びプロぺラ騒音の原因となる並行流の擾乱を惹起する。

図３及び図４〜９にみられるように、スケグ８は、実質的に垂直でプロぺラ軸４に実質的に平行な長手方向の中心平面を有している。このことは、図３に明示されている。即ち、図３にみられるように、２本のプロぺラ軸４に取り付けられた２つのプロぺラ５は、プロぺラ５からみてプロぺラより推進方向前方に位置する２つのスケグ８の部分の間隔より、互いにより近接した位置に位置づけされている。

図４〜８にみられるように、２つのスケグ８は、それぞれのプロぺラ軸４を通る中心平面の周りに実質的に対称的な形状に形成することができる。プロぺラ軸４の、プロぺラ５の近傍の後方部分を囲繞するスケグ８の部分は、図５に示されるように断面積が小さい。スケグ８の断面積は、その後方部分からエンジン３及びその据付構造体の周りに位置する部分にまで図６及び図８に示されるように長手延長方向に徐々に増大している。スケグ８のこの部分（エンジン３及びその据付構造体を囲う部分）では、スケグ８の断面積を決定する因子は、プロぺラ軸４をエンジン３に連結する部分より下方のエンジン据付構造体を収容するのに要するスペースである。スケグ８の前端部分は、図８に示されるようにエンジン据付構造体及びエンジン３の前端のところで船殻２に対する前部取付点として終端している。この地点では、図示の例の船の船殻２は、図９に示されるようにベース平面６と一致する平坦な底面を有している。

スケグ８は、水の流れという観点からみて有利な場合は、その中心平面の周りに非対称的な形状に形成することもできる。これに関連して考慮に入れることができる１つの例は、上記米国特許第４，５３８，５３７号に開示されたスケグの形状及び寸法に関する記載である。

本発明によるプロぺラ軸配構を有する船殻の模型実験において、プロぺラ軸に付与された角度αと角度βの組合せは、スケグに沿って生じる乱流を減少させるとともに、スケグの水流抵抗を減少させる効果をもたらすことが認められた。その結果として、スケグによる船舶の速度減速作用を抑制し、従って、エネルギー消費を改善し、船舶の速度を高めることができる。

以上、本発明を実施形態に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に規定される発明の範囲内においていろいろな変型が可能である。例えば、先に述べたように、１つの船に２つ以上のプロぺラを設けることができる。２つのプロぺラを設けた場合、第１のプロぺラ軸を角度βに配置し、第２のプロぺラ軸を第１のプロぺラ軸に対して平行に配置してもよい。スケグは、船殻の、上述した実施形態の場合よりもはるかに一体化された部分として形成することができ、あるいは、それらのスケグは、船殻構造体のより大きな部分を構成するものとし、それによってその船舶に「双胴船」のような形態を与えるようにしてもよい。そのような場合、スケグを大きくし、スケグがプロぺラ軸に沿う中心平面をもたない構成とすることが自然である。船舶を推進するためのエンジンとしては、いろいろなタイプのエンジンを用いることができる。２本のプロぺラ軸に動力を伝達する伝動機構を備えた単一のエンジンを用いてもよく、あるいは、各プロぺラ軸に２基以上のエンジンを用いてもよい。プロぺラ軸に対するエンジンの取り付けも、プロぺラ軸に対して角度をなして取り付けてもよく、又は、伝動機構を介して取り付けてもよい。

図１は、本発明によるプロぺラ軸配を備えた船殻の後部の側面図である。 図２は、図１に示された船殻後部の下からみた平面図である。 図３は、船尾からプロぺラに向かってみた図１の船殻後部の図である。 図４は、図１及び２の線ＩＶに沿ってみた断面図である。 図５は、図１及び２の線Ｖに沿ってみた断面図である。 図６は、図１及び２の線ＶＩに沿ってみた断面図である。 図７は、図１及び２の線ＶＩＩに沿ってみた断面図である。 図８は、図１及び２の線ＶＩＩＩに沿ってみた断面図である。 図９は、図１及び２の線ＩＸに沿ってみた断面図である。

符号の説明

１ 船、船舶
２ 船殻
３ エンジン
４ プロぺラ軸
５ プロぺラ
６ ベース平面
７ 中心平面
８ スケグ
９ 内側表面
１０ 外側表面

Claims (11)

1. 底面に接する実質的に水平なベース平面（６）と、中央長手方向に沿って延長する実質的に垂直な中心平面（７）を有する船殻（２）を有し、少くとも１基のエンジン（３）と、少くとも２本のプロぺラ軸（４）と、少くとも２つのプロぺラ（５）から成る推進システムを備えた航洋排水型船舶のためのプロぺラ軸配構であって、
   前記各プロぺラ軸（４）は、前記ベース平面（６）からのプロぺラ軸（４）の離間距離が前記プロぺラ（５）から前記エンジン（３）に向かって前方方向に漸増するようにベース平面（６）に対して角度αをなして配置され、
   前記プロぺラ軸（４）の少くとも１つは、前記中心平面（７）からのプロぺラ軸（４）の離間距離がプロぺラ（５）からエンジン（３）に向かって前方方向に漸増するように中心平面（７）に対して角度βをなして配置されていることを特徴とするプロぺラ軸配構。
2. 前記角度αは、好ましくは１〜１０°である、最も好ましくは１〜３°である請求項１に記載のプロぺラ軸配構。
3. 前記角度βは、好ましくは１〜５°、最も好ましくは１〜３°である請求項１又は２に記載のプロぺラ軸配構。
4. 前記各プロぺラ軸（４）を囲うスケグ（８）が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロぺラ軸配構。
5. プロぺラ軸（４）を囲う前記スケグ（８）は、それらのスケグの互いに対向する内側表面（９）が該スケグの長手の一部分においてほぼ平行になるように設計されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロぺラ軸配構。
6. 前記スケグとスケグの間の領域の断面積は、その前記プロぺラ（５）から前記船殻（２）とスケグ（８）との前方連結点までの長手に沿っての変化度が従来のスケグより小さくなるように設計されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロぺラ軸配構。
7. 前記各スケグ（８）は、対応する前記プロぺラ軸（４）に実質的に平行な長手方向の中心平面を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロぺラ軸配構。
8. 前記各スケグ（８）は、前記中心平面の周りに非対称形状に形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロぺラ軸配構。
9. 前記各スケグ（８）の所要の断面積及び体積を小さくするために前記各プロぺラ軸（４）のための前記エンジン（３）が、対応するスケグ（８）の実質的に外部に配置されている請求項１〜８のいずれか１項に記載のプロぺラ軸配構。
10. 前記２本のプロぺラ軸（４）の間にプロぺラ（５）を備えた少くとも１本の追加のプロぺラ軸（４）が設けられている請求項１〜９のいずれか１項に記載のプロぺラ軸配構。
11. ２本の追加のプロぺラ軸（４）が設けられ、それらの追加のプロぺラ軸は、ベース平面（６）に対して角度をなし、かつ、中心平面（７）に対して角度をなして配置されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプロぺラ軸配構。
    
    

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