JP2006306145A - 舶用プロペラ - Google Patents

Abstract

【課題】 高速船において舵角が取られた場合でも、ハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生を抑制することができる舶用プロペラを提供すること。
【解決手段】 プロペラハブ１３、およびこのプロペラハブ１３から半径方向外側に延びる複数枚のプロペラ翼１４を有するプロペラ本体１１と、前記プロペラ本体１１の後端側に設けられ、かつその外周面に複数個の切り込み溝１６を有するハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２とを備える、船舶の推進器として用いられる舶用プロペラ１０であって、前記ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２の後端面の略中央部に、凹部１７が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、船舶の推進器として用いられる舶用プロペラに関し、特に、プロペラ後端から発生する、ハブ・ボルテックス・キャビテーションと呼ばれる渦キャビテーションを低減させることができる舶用プロペラに関するものである。

ハブ・ボルテックス・キャビテーションを低減させる舶用プロペラとしては、プロペラの後端部にハブ・ボルテックス・フリー・キャップ（Hub Vortex Free Cap：HVFC）を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１３１９８０号公報

図７に示すように、上記特許文献に開示されたハブ・ボルテックス・フリー・キャップを備えた舶用プロペラ（HVFC付）は、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップを備えていない舶用プロペラ（HVFC無）よりもハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生を大幅に抑制するものであることがわかる。
しかしながら、最近の試験結果において、このようなハブ・ボルテックス・フリー・キャップを備えた舶用プロペラを、高速船（例えば、コンテナ船やカーフェリー等）に搭載した場合に、舵が中央位置にあるとき、すなわち、舵の舵角が０度（「舵中央」＝Midships）のときには、ハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生が確実に防止されているが、針路変更や保針のために舵が取られると、ハブ・ボルテックス・キャビテーションが発生してしまうこともあることが確認された。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、高速船において舵角が取られた場合でも、ハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生を抑制することができる舶用プロペラを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による舶用プロペラは、本発明による舶用プロペラは、プロペラハブ、およびこのプロペラハブから半径方向外側に延びる複数枚のプロペラ翼を有するプロペラ本体と、前記プロペラ本体の後端側に設けられ、かつその外周面に複数個の切り込み溝を有するハブ・ボルテックス・フリー・キャップとを備える、船舶の推進器として用いられる舶用プロペラであって、前記ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの後端面の略中央部に、凹部が設けられていることを特徴とする。
このような舶用プロペラによれば、プロペラ本体およびハブ・ボルテックス・フリー・キャップの（正）回転により、プロペラ翼の翼根部を通過した流れは、例えば、溝面に誘導されて切り込み溝に流入し、堰止め面に衝突して、流れの回転が止められた後、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップから剥離することとなる。
また、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの後端面においてハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生場所となっていた領域に凹部が設けられていることとなり、これによりハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生がさらに低減されることとなる。

また、プロペラハブと、このプロペラハブから半径方向外側に延びる複数枚のプロペラ翼とを備える、船舶の推進器として用いられる舶用プロペラであって、前記プロペラハブの後端面の略中央部に、凹部が設けられていることを特徴とする。
このような舶用プロペラによれば、プロペラハブの後端面においてハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生場所となっていた領域に凹部が設けられていることとなり、これによりハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生が低減されることとなる。

本発明による舶用プロペラは、前記凹部が、湾曲面により形成されていることが好ましい。
このような舶用プロペラによれば、凹部が連続した湾曲面により形成されているおり、プロペラハブの後端面またはハブ・ボルテックス・フリー・キャップの後端面からのハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生がさらに抑制されることとなる。

本発明による船舶は、プロペラハブの後端面またはハブ・ボルテックス・フリー・キャップの後端面からのハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生が抑制される舶用プロペラを具備してなることを特徴とする。
このような船舶によれば、ハブ・ボルテックス・キャビテーションに起因する船尾振動や舵面エロージョン（Erosion：侵食、壊食）が抑制されることとなる。

本発明によれば、高速船において舵角が取られた場合でも、ハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生を抑制することができるという効果を奏する。

以下、本発明による舶用プロペラの第１実施形態について、図１を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る舶用プロペラ１０は、プロペラ本体１１と、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２とを主たる要素として構成されたものである。
プロペラ本体１１は、プロペラハブ１３と、このプロペラハブ１３から半径方向外側に延びる複数枚（本実施形態では４枚）のプロペラ翼１４とを有するものである。
また、このプロペラ本体１１は、駆動源（例えば、ディーゼルエンジン、蒸気タービン、ガスタービン等）からの動力が伝達されるプロペラ軸１５の一端部に取り付けられているとともに、プロペラ軸１５とともに回転するようになっている。

ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２は、プロペラ本体１１の後端面に形成された（あるいは取り付けられた）概略円筒状の部材であり、その外周面に複数個（本実施形態では４個）の切り込み溝１６を有するとともに、その後端面（図１（ｂ）において左側の端面）の中央部に凹部１７を有するものである。
これら切り込み溝１６は、プロペラ翼１２の翼根部におけるピッチ角よりも小さいピッチ角で螺旋状に配置されている。
各切り込み溝１６は、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２の外周面から半径方向内側に連続面的に切り込まれた溝面１８と、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２の外周面から溝面１８の末端に向かって交叉的に切り込まれた堰止め面１９とを有している。

凹部１７は、船尾側から船首側に向かって先細になるように形成された、すなわち、船首側に頂点が形成された円錐状の窪みであり、その深さはハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２の後端面における直径の約１／４（約２５％）とされている。

本実施形態による舶用プロペラ１０によれば、プロペラ軸１５、プロペラ本体１１、およびハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２の（正）回転により、プロペラ翼１４の翼根部を通過した流れは、溝面１８に誘導されて切り込み溝１６に流入し、堰止め面１９に衝突して、流れの回転が止められた後、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２から剥離するようになっている。

また、従来のHVFCを備えた高速船（例えば、コンテナ船やカーフェリー等）において針路変更や保針のために舵が取られた際に、ハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生場所となっていた領域には、凹部１７が設けられている。
図７はハブ・ボルテックス・キャビテーションについてのキャビテーション初生試験の結果を示す図である。図７において、横軸にはプロペラの前進係数が、縦軸には初生キャビテーション数がとられている。また、図７には本発明による舶用プロペラ１０の他、比較のため、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップを備えていない舶用プロペラ（HVFC無）、および凹部１７のないハブ・ボルテックス・フリー・キャップを備えた舶用プロペラ（HVFC有）の試験結果もあわせて示している。
ここで、キャビテーション初生試験とは、キャビテーションがどれくらい抑制されているのかを評価する試験であって、キャビテーション水槽で模型プロペラを所定の回転数と水槽内流速で作動させながら圧力を下げていき、初めてキャビテーションが発生する圧力を記録し、初生キャビテーション数を算出する試験である。そして、この初生キャビテーション数が小さいほどハブ・ボルテックス・キャビテーションが抑制されていることになる。

図７から明らかなように、本発明による舶用プロペラ１０では、ハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生が、凹部１７を有していないハブ・ボルテックス・フリー・キャップを備えた舶用プロペラ（HVFC有）よりもさらに抑制されるようになっているので、高速船（例えば、コンテナ船やカーフェリー等）において針路変更や保針のために舵が取られた場合でも、ハブ・ボルテックス・キャビテーションを抑制することができるとともに、これに起因する船尾振動や舵面エロージョン（Erosion：侵食、壊食）を抑制することができる。

本発明による舶用プロペラの第２実施形態を、図２を用いて説明する。
本実施形態における舶用プロペラ２０は、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ２２の後端中央部に、略半円状（断面視半円状または断面視半楕円状）の凹部２７を有しているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態による舶用プロペラ２０によれば、凹部２７が連続した湾曲面により形成されているので、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ２２の後端面からのハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生をさらに抑制することができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明による舶用プロペラの第３実施形態を、図３を用いて説明する。
本実施形態における舶用プロペラ３０は、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ３２の後端中央部に、略円筒状の凹部３７を有しているという点で前述した第１実施形態および第２実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態による舶用プロペラ３０の作用効果は、前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明による舶用プロペラの第４実施形態を、図４を用いて説明する。
本実施形態における舶用プロペラ４０は、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ４２の後端中央部に、概略円筒状の凸部４１が設けられているとともに、この凸部４１の後端中央部に、前述した凹部１７が設けられているという点で前述した第１実施形態ないし第３実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態による舶用プロペラ４０によれば、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの後端面に、前述した凹部１７を設けることができないような場合（例えば可変ピッチプロペラ（CPP）等であって、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの内部に、プロペラ翼１２のピッチ角を変更するための機構が収められている場合等）でも、その後端面に凹部１７を形成させることができる。
その他の作用効果は、前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明による舶用プロペラの第５実施形態を、図５を用いて説明する。
本実施形態における舶用プロペラ５０は、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ５２の後端中央部に、概略円筒状の凸部５１が設けられているとともに、この凸部５１の後端中央部に、前述した凹部２７が設けられているという点で前述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態による舶用プロペラ５０によれば、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの後端面に、前述した凹部２７を設けることができないような場合（例えば可変ピッチプロペラ（CPP）等であって、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの内部に、プロペラ翼１２のピッチ角を変更するための機構が収められている場合等）でも、その後端面に凹部２７を形成させることができる。
また、凹部２７が連続した湾曲面により形成されているので、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ５２の後端面からのハブ・ボルテックス・キャビテーションの発生をさらに抑制することができる。
その他の作用効果は、前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明による舶用プロペラの第６実施形態を、図６を用いて説明する。
本実施形態における舶用プロペラ６０は、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ６２の後端中央部に、概略円筒状の凸部６１が設けられているとともに、この凸部６１の後端中央部に、前述した凹部３７が設けられているという点で前述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態による舶用プロペラ６０によれば、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの後端面に、前述した凹部３７を設けることができないような場合（例えば可変ピッチプロペラ（CPP）等であって、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの内部に、プロペラ翼１２のピッチ角を変更するための機構が収められている場合等）でも、その後端面に凹部３７を形成させることができる。
その他の作用効果は、前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、例えば、切り込み溝１６の代わりにフィン（小翼）を設けるようにすることもできる。
また、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ１２は、上述したような概略円筒状の外観を呈するようなものに限定されるものではなく、概略半球状の外観を呈するようなものとすることもできる。
さらに、切り込み溝１６やフィンを省略して、ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの後端面、あるいは概略半球状の外観を呈する一般的なボスキャップの後端部に、上述した凹部１７，２７，３７のみを設けるようにすることもできる。

本発明による舶用プロペラの第１実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明による舶用プロペラの第２実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明による舶用プロペラの第３実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明による舶用プロペラの第４実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明による舶用プロペラの第５実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明による舶用プロペラの第６実施形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 ハブ・ボルテックス・キャビテーションについてのキャビテーション初生試験の結果を示す図である。

符号の説明

１０ 舶用プロペラ
１１ プロペラ本体
１２ ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ
１３ プロペラハブ
１４ プロペラ翼
１６ 切り込み溝
１７ 凹部
２０ 舶用プロペラ
２２ ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ
２７ 凹部
３０ 舶用プロペラ
３２ ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ
３７ 凹部
４０ 舶用プロペラ
４２ ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ
５０ 舶用プロペラ
５２ ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ
６０ 舶用プロペラ
６２ ハブ・ボルテックス・フリー・キャップ

Claims (4)

1. プロペラハブ、およびこのプロペラハブから半径方向外側に延びる複数枚のプロペラ翼を有するプロペラ本体と、
   前記プロペラ本体の後端側に設けられ、かつその外周面に複数個の切り込み溝を有するハブ・ボルテックス・フリー・キャップとを備える、船舶の推進器として用いられる舶用プロペラであって、
   前記ハブ・ボルテックス・フリー・キャップの後端面の略中央部に、凹部が設けられていることを特徴とする舶用プロペラ。
2. プロペラハブと、このプロペラハブから半径方向外側に延びる複数枚のプロペラ翼とを備える、船舶の推進器として用いられる舶用プロペラであって、
   前記プロペラハブの後端面の略中央部に、凹部が設けられていることを特徴とする舶用プロペラ。
3. 前記凹部が、湾曲面により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の舶用プロペラ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の舶用プロペラを具備してなることを特徴とする船舶。

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