JP2009214650A - Pod type propulsion unit and vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はPOD型推進装置、特に、船舶に設置され、ポッドがプロペラ後流の中に位置することになるトラクター型のPOD型推進装置に関する。 The present invention relates to a POD-type propulsion device, and more particularly to a tractor-type POD-type propulsion device that is installed in a ship and whose pod is located in the wake of a propeller.
従来、船舶のPOD型推進装置は、船体の下方に突き出すように設置されるものであって、流線形の収納容器(以下、「ポッド」と称す)と、ポッドの先端側に形成された回転部(以下、「ハブ」と称す)と、ハブに固定されたプロペラと、ポッドを船体に固定するストラットと、ポッドに収納されたプロペラ回転手段または船体側からプロペラに回転を伝達する回転伝達手段と、を有している。
そして、プロペラによってその後方に形成された流体の流れ(以下、「プロペラ後流」と称す)は、ポッドにまとわりつくように螺旋状を呈するとの認識の元に、推進性能の向上を図ろうとする発明が開示されている(例えば、特許文献1〜5参照)。
Conventionally, a POD type propulsion device for a ship is installed so as to protrude below the hull, and is a streamlined storage container (hereinafter referred to as “pod”) and a rotation formed on the tip side of the pod. Section (hereinafter referred to as “hub”), a propeller fixed to the hub, a strut for fixing the pod to the hull, a propeller rotating means housed in the pod or a rotation transmitting means for transmitting rotation from the hull side to the propeller And have.
Based on the recognition that the fluid flow formed behind the propeller (hereinafter referred to as “propeller posterior flow”) spirals around the pod, the propulsion performance is improved. The invention is disclosed (for example, see Patent Documents 1 to 5).
しかしながら、特許文献1−5に記載された発明は、何れも、ポッドの側面に翼形状のフィンを設置して、プロペラ後流によってフィンに揚力を発生させ、その推進方向成分を利用しようとすることを特徴としている。
しかしながら、フィンにより旋回流を回収するためには、フィンの迎角をプロペラピッチや回転数に応じて最適な値とする必要があり、フィンの迎角が最適で無い場合は、揚力として旋回流を回収できないだけではなく、フィン自体が剥離を生じ、抵抗増加のもととなり、ポッド単独の性能よりフィンを取り付けた場合の方が性能悪化する可能性があるという問題があった。また、旋回自体がポッドに取り付けられたストラットなどの影響で、軸対象な流れとならず、これもフィンによる旋回流の回収を困難にする原因になっているという問題があった。
However, in any of the inventions described in Patent Documents 1-5, a wing-shaped fin is installed on the side surface of the pod, and lift is generated in the fin by the wake of the propeller, and the propulsion direction component is used. It is characterized by that.
However, in order to collect the swirling flow with the fin, it is necessary to set the angle of attack of the fin to an optimum value according to the propeller pitch and the number of rotations. Not only cannot be recovered, but also the fin itself peels off, increasing resistance, and there is a problem that the performance may be worse when the fin is attached than the performance of the pod alone. Further, the swirl itself is not an axial flow due to the influence of a strut attached to the pod, and this also causes a problem that makes it difficult to collect the swirl flow by the fins.
また、翼形状のフィンは製作が困難であるため、製造コストが上昇するという問題があった。また、当該フィンのポッドの側面からの突出量が大きいため、当該フィンに作用する力が大きくなり、当該フィンをポッドの側面に固定するために相当の補強をする必要が生じることからも、製造コストが上昇するという問題があった。 In addition, since the wing-shaped fins are difficult to manufacture, there is a problem that the manufacturing cost increases. Also, since the amount of protrusion of the fin from the side surface of the pod is large, the force acting on the fin is increased, and it is necessary to perform considerable reinforcement in order to fix the fin to the side surface of the pod. There was a problem that the cost increased.
本発明は上記問題を解決するものであって、簡素な構成で製造コストを安価に抑えながら、液体の流れに剥離現象を発生させないで、推進抵抗を低減することができるPOD型推進装置、および該POD型推進装置を有する船舶を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and a POD-type propulsion device capable of reducing propulsion resistance without causing a separation phenomenon in a liquid flow while suppressing manufacturing cost at a low cost with a simple configuration, and It aims at providing the ship which has this POD type propulsion device.
(1)本発明に係るPOD型推進装置は、船体に固定されたストラットと、
該ストラットに固定されたポッドと、
該ポッドの先端側に回転自在に設置されたプロペラと、
該プロペラを回転させる回転手段または回転伝達手段と、
前記ポッドの側面に、前記ポッドの軸方向に平行で、前記ポッドの側面の法線方向に位置するように固定された整流板と、
を有し、
前記整流板によって前記プロペラが形成する後流が整流されることを特徴とする。
(1) A POD type propulsion device according to the present invention includes a strut fixed to a hull,
A pod fixed to the strut;
A propeller rotatably installed on the tip side of the pod;
Rotation means or rotation transmission means for rotating the propeller;
A rectifying plate fixed to the side surface of the pod so as to be parallel to the axial direction of the pod and in the normal direction of the side surface of the pod;
Have
The wake formed by the propeller is rectified by the rectifying plate.
(2)前記(1)において、前記整流板の前記ポッドの側面からの突出量が、前記プロペラの半径の10〜40%であることを特徴とする。
(3)前記(1)または(2)において、前記ポッドの先端側に前記プロペラと一緒に回転するハブが形成され、
前記整流板の先端が、前記ハブに近接し、
前記整流板の軸方向の長さが、前記ポッドの後端と前記ハブの後端との距離の50〜100%であることを特徴とする。
(2) In (1), the amount of protrusion of the current plate from the side surface of the pod is 10 to 40% of the radius of the propeller.
(3) In the above (1) or (2), a hub that rotates together with the propeller is formed on the tip side of the pod,
The tip of the current plate is close to the hub,
The length of the current plate in the axial direction is 50 to 100% of the distance between the rear end of the pod and the rear end of the hub.
(4)前記(1)乃至(3)の何れかにおいて、前記整流板の前記ポッドの側面からの突出量が、軸方向で均一なことを特徴とする。
(5)前記(1)乃至(4)の何れかにおいて、前記整流板の断面が矩形であることを特徴とする。
(4) In any one of the above (1) to (3), the amount of protrusion of the current plate from the side surface of the pod is uniform in the axial direction.
(5) In any one of the above (1) to (4), the rectifying plate has a rectangular cross section.
(6)本発明に係る船舶は、船体と、
該船体に固定された前記(1)乃至(5)の何れかに記載のPOD型推進装置と、
を有することを特徴とする。
(6) A ship according to the present invention includes a hull,
The POD type propulsion device according to any one of (1) to (5) fixed to the hull;
It is characterized by having.
本発明に係るPOD型推進装置および船舶は以上の構成であるから、以下の効果を奏する。
(i)ポッドの軸方向に平行で、側面の法線方向に位置するように固定された整流板によって、プロペラが形成する後流が整流されるから、ポッドに作用する流れの抵抗が低減するため、推進性能が向上する。すなわち、ポッドの表面を流れる斜流をまっすぐな流れにすることで、ポッドの抵抗を下げている。なお、当該整流板(軸方向に平行)は、揚力を主として用いるものではないため、仮に部分的に失速しても問題になることはない。
さらに、当該整流板は、迎角をもって取り付けられるものではないため、非常に簡単に取り付けることができ、POD型推進装置の製造コストが安価になる。
Since the POD type propulsion device and the ship according to the present invention have the above-described configuration, the following effects can be obtained.
(I) Since the wake flow formed by the propeller is rectified by the rectifying plate fixed to be parallel to the axial direction of the pod and in the normal direction of the side surface, the resistance of the flow acting on the pod is reduced. Therefore, the propulsion performance is improved. That is, the resistance of the pod is lowered by making the diagonal flow flowing on the surface of the pod straight. In addition, since the said baffle plate (parallel to an axial direction) does not mainly use lift, even if it partially stalls, it will not become a problem.
Furthermore, since the current plate is not attached with an angle of attack, it can be attached very easily, and the manufacturing cost of the POD type propulsion device is reduced.
(ii)整流板のポッドの側面からの突出量(例えば、ポッドの側面の法線方向)が、プロペラの半径の10〜40%であるから、整流板に作用する力は小さく、補強等をすることなく、ポッドの側面に容易に固定することができるため、製造コストを安価に抑えることができる。 (Ii) Since the amount of protrusion of the current plate from the side surface of the pod (for example, the normal direction of the side surface of the pod) is 10 to 40% of the radius of the propeller, the force acting on the current plate is small. Therefore, the manufacturing cost can be kept low because it can be easily fixed to the side surface of the pod.
(iii)整流板の先端がハブに近接し、軸方向の長さが、ポッドの後端とハブの後端との距離の50〜100%であるから、ストラットよりもプロペラに近い範囲から、プロペラ後流の整流を開始するから、より確実に整流効果が得られる。 (Iii) Since the tip of the current plate is close to the hub and the axial length is 50 to 100% of the distance between the rear end of the pod and the rear end of the hub, from the range closer to the propeller than the strut, Since rectification of the propeller downstream is started, the rectification effect can be obtained more reliably.
(iv)整流板のポッドの側面からの突出量(例えば、ポッドの側面の法線方向)が、軸方向で均一であるから、製造が容易になり製造コストを安価に抑えることができる。特に、ポッドが円筒部分を有し、該円筒部分に整流板を固定する場合には、当該整流板は矩形板になるため、製造コストがさらに安価になる。 (Iv) Since the amount of protrusion of the current plate from the side surface of the pod (for example, the normal direction of the side surface of the pod) is uniform in the axial direction, the manufacturing is facilitated and the manufacturing cost can be reduced. In particular, when the pod has a cylindrical portion and the rectifying plate is fixed to the cylindrical portion, the rectifying plate is a rectangular plate, so that the manufacturing cost is further reduced.
(v)整流板の断面が矩形であるから、通常の鋼板を切り出して使用することができるため、断面を翼形状にする場合と比較して、製造コストが格段に安価になる。 (V) Since the cross section of the rectifying plate is rectangular, a normal steel plate can be cut out and used, so that the manufacturing cost is markedly lower than when the cross section is made into a wing shape.
(vi)本発明に係る船舶は、前記効果を奏する前記(1)乃至(5)の何れかに記載のPOD型推進装置を有するから、製造コストを低く抑えたまま、推進性能を向上させることができる。 (Vi) Since the ship according to the present invention has the POD type propulsion device according to any one of (1) to (5) that exhibits the above-described effects, the propulsion performance is improved while keeping the manufacturing cost low. Can do.
[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態1に係るPOD型推進装置を説明するものであって、(a)は側面図、(b)は背面図である。なお、各図において、それぞれの部材は模式的に示されているため、その寸法および数量等は図示されたものに限定されるものではない。
[Embodiment 1]
1A and 1B illustrate a POD type propulsion device according to Embodiment 1 of the present invention, in which FIG. 1A is a side view and FIG. 1B is a rear view. In addition, in each figure, since each member is typically shown, the dimension, quantity, etc. are not limited to what was illustrated.
(POD型推進装置)
図1において、POD型推進装置1は、船舶の船体2に設置されるものであって、プロペラ40と、プロペラ40を具備するポッド本体30と、ポッド本体30を船体1に設置するためのストラット10と、を有している。
ポッド本体30は、船首側に紡錘状のハブ(ポッド後端部)31と、船尾側に紡錘状のコーン(ポッド後端部)33と、円筒状または樽状のポッド中央部32と、を具備している。そして、プロペラ40によってポッド本体30に向かう水流が形成されるもの、すなわち、プロペラ40によってポッド本体30が牽引されるものである。
なお、本発明はプロペラ40を回転する機構を限定するものではなく、ポッド本体30内に回転駆動手段が配置されたものでも、船体2に設置された回転駆動手段からの回転をストラット10を経由して伝達するものであってもよい。
(POD type propulsion device)
In FIG. 1, a POD type propulsion device 1 is installed on a
The
Note that the present invention does not limit the mechanism for rotating the
(VANE)
ポッド本体30の側面にはポッド本体の軸方向に平行で、ポッド本体の側面の法線方向(半径方向に同じ)に位置するように、矩形板からなる整流板(以下「VANE」と称す)21、22、23、24(以下、まとめてまたはそれぞれを「VANE20」と称す場合がある)が固定されている。また、VANE21は、ストラット10を跨いで、同一位相(所謂12時の位置)になるように設置されたVANE21aおよびVANE21bから構成されている。
(VANE)
A rectifying plate made of a rectangular plate (hereinafter referred to as “VANE”) is arranged on the side surface of the pod
ポッド本体30は、船首側に紡錘状のハブ(ポッド後端部)31と、船尾側に紡錘状のコーン(ポッド後端部)33と、円筒状または樽状のポッド中央部32と、を具備している。なお、本発明はプロペラ40を回転する機構を限定するものではなく、ポッド本体30内に回転駆動手段が配置されたものでも、船体2に設置された回転駆動手段からの回転をストラット10を経由して伝達するものであってもよい。
The
(抵抗成分)
図2および図3は、本発明の実施形態1に係るPOD型推進装置の動作原理を説明するものであって、それぞれの(a)は模式的に示す側面図、それぞれの(b)は側面から観たCFD(Computational Fluid Dynamics:数値流体力学)を用いたシミュレーション計算結果である。
図2および図3において、前記のようにPOD型推進装置1はプロペラ40がポッド本体の前方に装着されたものであって、公知の「POD型推進装置」に、構造上簡便な板状のVANE20をポッド本体30に装着したものである。そして、装着されたVANE20によってPOD本体の抵抗成分を低減することで、POD型推進装置としての推力を向上させ、引いては推進装置としての単独効率を向上させるものである。
(Resistance component)
2 and 3 are diagrams for explaining the operation principle of the POD type propulsion device according to the first embodiment of the present invention, in which each (a) is a side view schematically showing and each (b) is a side view. It is the simulation calculation result using CFD (Computational Fluid Dynamics: Computational Fluid Dynamics) seen from.
2 and 3, the POD type propulsion device 1 has a
図2の(a)および図3の(a)に示すように、VANE20が装着されない場合には、プロペラ40で発生した旋回流は後方(下流側)に位置するポッド本体30の周りを螺旋状に流れている。旋回流はその流れを回転方向に変えながら流れるため、1つの大きな渦の中にポッド本体30が存在することとなる。かかる様子は、シミュレーション結果による流線をリボンにより可視化した図3の(a)において、ポッド本体30を斜めの流れが横切っており、POD後流でもはっきりした渦が流れ去っているのがわかる。
As shown in FIGS. 2A and 3A, when the
一方、図2の(b)および図3の(b)に示すように、VANE20が装着された場合には、VANE20によって旋回流が強制的に真っ直ぐな流れとされ、ポッド本体30まわりの旋回流がまっすぐな流れに変換されている。かかる様子は、シミュレーション結果による流線をリボンにより可視化した図3の(b)において、ポッド本体30を通過する流れもほぼ真っ直ぐになっており、POD後方の渦も緩やかに崩れていることがわかる。
すなわち、この計算結果からもVANE20が旋回流を直進流に変換しているから、旋回流の中にある場合と比較するとPOD自体の抵抗成分は低減する。
また、CFD(数値流体力学)を用いたシミュレーション結果(前進率J=0.25の場合)では、VANE20による推力増加効果のうち、約93%がポッド本体30の抵抗成分の低減であり、残りの7%はVANE20が発生する前向きのスラストであることが判明している。すなわち、POD型推進装置1におけるVANE20による推力向上は、主としてPOD本体の抵抗低減によってもたらされている。
On the other hand, as shown in FIG. 2B and FIG. 3B, when the
That is, also from this calculation result, since the
Further, in the simulation result using CFD (computational fluid dynamics) (in the case of the advance rate J = 0.25), about 93% of the thrust increase effect by the
(スラスト)
図4は、本発明の実施形態1に係るPOD型推進装置におけるスラストの発生メカニズムを説明するものであって、(a)は模式的に示す側面図、(b)は模式的に示す背面図である。 図4において、VANE20に対して角度を持った流れに対して、前向き成分を持った揚力Lが発生する。そして、揚力Lの前向き成分が推力Tとして作用する。
(Thrust)
4A and 4B illustrate a thrust generation mechanism in the POD-type propulsion device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A is a side view schematically showing, and FIG. 4B is a rear view schematically showing. It is. In FIG. 4, a lift L having a forward component is generated for a flow having an angle with respect to
POD型推進装置1の推力TPODは、プロペラの推力TPROPからポッド本体30の抵抗RPODを引いたものであるから、次式にて示される。
TPOD =TPROP−RPOD ・・・・・式1
したがって、ポッド本体30の抵抗RPODが小さくなれば小さくなるほど、同じ馬力でのPOD型推進装置1の推力TPODは向上する。
また、POD型推進装置1の効率η0は次式のように表される。
η0 = (Va ・TPOD )/(2πn・QPROP ) ・・・・・式2
ここで、nはプロペラ40の回転数、Vaはプロペラ40の前進速度、QPROPはプロペラ40のトルクである。したがって、POD型推進装置1の推力TPODが大きくなるとPOD型推進装置1の効率η0も向上する。
以上より、主としてポッド本体30の抵抗成分の低減により、POD型推進装置1の推力向上、並びに効率向上が達成されることになる。
The thrust T POD of the POD type propulsion device 1 is obtained by subtracting the resistance R POD of the
T POD = T PROP -R POD Equation 1
Therefore, as the resistance R POD of the
Further, the efficiency η 0 of the POD type propulsion device 1 is expressed by the following equation.
η 0 = (V a · T POD ) / (2πn · Q PROP )
Here, n is the rotational speed of the
As described above, mainly by reducing the resistance component of the pod
(VANEの突出量)
図5および図6は、本発明の実施形態1に係るPOD型推進装置におけるVANEの突出量の効果を説明するものであって、図5の縦軸は推力増加率、図6の縦軸はポッド本体の抵抗成分、それぞれの横軸はプロペラ半径に対する割合であるVANEの無次元化した突出量(r/R)である。
(VANE protrusion amount)
5 and 6 illustrate the effect of the amount of protrusion of VANE in the POD type propulsion device according to the first embodiment of the present invention. The vertical axis in FIG. 5 is the thrust increase rate, and the vertical axis in FIG. The resistance component of the pod body, the horizontal axis of each is the dimensionless protrusion amount (r / R) of VANE, which is a ratio to the propeller radius.
図5において、実線で示す計算結果と、VANE20の突出量r/R=15%、r/R=30%、については実施した試験結果を黒四角で示している。このとき、Rはプロペラ40の半径である。
縦軸である推力増加率は、r/R=15%では2.2%を、r/R=30%では1.8%であった。そして、推力増加率は、VANE20の突出量の増加に伴って除々に減少するため、本試験結果に関する限り、突出量の最大は、r/R=50%程度であると考えられる。
In FIG. 5, the calculation results shown by the solid lines and the test results of the
The thrust increase rate on the vertical axis was 2.2% at r / R = 15% and 1.8% at r / R = 30%. Since the thrust increase rate gradually decreases as the protrusion amount of
図6において、VANE20の突出量r(正確には無次元化した突出量r/R)が大きくなると、ポッド本体30の抵抗成分が増加している。
すなわち、VANE20はポッド本体30の表面の流れを斜流から真っ直ぐの流れに変換することで、ポッド本体30の抵抗成分を低減するものであるところ、かかる突出量r/Rが大きくなると、VANE20自体の抵抗成分が大きくなりポッド本体30抵抗成分の低減量よりも、VANE20の抵抗成分の増加量が逆転してしまう。この抵抗増加の理由は、VANE20の面積増加による摩擦抵抗の増加と、VANE20の突出量rが大きくなることによりVANE20自体が、流速の遅いポッドの境界層から速度の速い流場に突出する部分が大きくなるため、VANE20自体の形状抵抗が増加するという2点に起因する。
In FIG. 6, the resistance component of the
In other words, the
以上、図5および図6を合わせて検討すると、VANE20のSpan方向の突出量r(Span wise)は、プロペラ40の半径の40%以下、望ましくは15〜30%が好適である。すなわち、従来の公知のFINに比べ、突出量が極端に小さくなっている。
また、VANE20の軸方向の長さは、ポッド本体30の長さの5〜100%、望ましくは50〜100%が好適である。
As described above, considering FIG. 5 and FIG. 6 together, the protrusion amount r (Span width) in the span direction of the
The length of the
本発明は以上の構成であるから、安価に推進抵抗を低減することができるから、各種POD型推進装置、およびこれを有する各種船舶として広く利用することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, the propulsion resistance can be reduced at a low cost. Therefore, the present invention can be widely used as various POD type propulsion devices and various ships having the same.
1 POD型推進装置
2 船体
10 ストラット
20 VANE
30 ポッド本体
31 ハブ(ポッド後端部)
32 ポッド中央部
33 コーン(ポッド後端部)
40 プロペラ
r VANEの突出量
R プロペラの半径
1 POD
30
32
40 Propeller r Projection amount of VANE R Propeller radius
Claims (6)
該ストラットに固定されたポッドと、
該ポッドの先端側に回転自在に設置されたプロペラと、
該プロペラを回転させる回転手段または回転伝達手段と、
前記ポッドの側面に、前記ポッドの軸方向に平行で、前記ポッドの側面の法線方向に位置するように固定された整流板と、
を有し、
前記整流板によって前記プロペラが形成する後流が整流されることを特徴とするPOD型推進装置。 Struts fixed to the hull,
A pod fixed to the strut;
A propeller rotatably installed on the tip side of the pod;
Rotation means or rotation transmission means for rotating the propeller;
A rectifying plate fixed to the side surface of the pod so as to be parallel to the axial direction of the pod and in the normal direction of the side surface of the pod;
Have
A POD type propulsion device characterized in that a wake formed by the propeller is rectified by the rectifying plate.
前記整流板の先端が、前記ハブに近接し、
前記整流板の軸方向の長さが、前記ポッドの後端と前記ハブの後端との距離の50〜100%であることを特徴とする請求項1または2記載のPOD型推進装置。 A hub that rotates together with the propeller is formed on the tip side of the pod,
The tip of the current plate is close to the hub,
3. The POD type propulsion device according to claim 1, wherein a length of the current plate in the axial direction is 50 to 100% of a distance between a rear end of the pod and a rear end of the hub.
該船体に固定された請求項1乃至5の何れかに記載のPOD型推進装置と、
を有することを特徴とする船舶。 The hull,
The POD type propulsion device according to any one of claims 1 to 5, which is fixed to the hull,
A ship characterized by comprising:
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