JP2009214874A - 船舶の推進出力の必要量を減少させる装置 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶の推進出力の必要量を減少させるのに用いられる装置を創作すること。
【解決手段】単一プロペラ或いは複数プロペラ船、特に完全（幅広建造）と非完全（非幅広建造）なあまり迅速でない船の推進出力の必要量を減少させる装置１０は、プロペラの前の僅かな距離に船体に取り付けられた装置１０が前ノズル内部に配列されたフィン或いは水中翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを備える前ノズル２０から成り、前ノズルが特に前ノズルの中心点を通して延びている水平に横に位置する軸線を中心に８°までだけ上前方に傾斜されているように設計されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、単一プロペラ或いは複数プロペラ船、特に幅広建造（完全）と非幅広建造（非完全）のあまり迅速でない船の推進出力の必要量を減少させる装置に関する。

ドイツ特許第４２２３５７０号明細書（特許文献１）から制御可能なピッチプロペラの流れ案内面が知られている。この流れ案内面がデュフィーザとして流れに影響させるように上流に配列されるリング形ノズルを提供する。このために、近似領域における流れの減速と外側領域における流れの加速が実施される。デュフィーザ直径がプロペラ直径の６５％以下である。そのようなノズルは減速ノズル或いは外方に彎曲されたリング形ノズルとして設計されている。このデュフィーザはその領域の流れを減速させ、非常に厚いハブが制御可能なピッチプロペラの場合のように使用されるならば、推進効率の改良を生じ得る。そのようなノズルはリング形ノズルの内方曲率をもつ加速ノズルとして設計されていない。前記印刷物に提示されたノズルはその領域の流れを加速しなく、すべてのプロペラタイプには適合されなく、特に固定プロペラに適合されない。特許文献１は前ノズルの有効な原理を記載していなく、この原理は主流れが非常に速い領域においてプロペラ流速を増加させることから成る。

特開平０７−２６７１８９号公報（特許文献２）から星形に配列されるリング形ノズルとフィンから成るプロペラ配列が知られている。プロペラ直径がおよそノズルのリング直径に対応する。

特開昭５８ー４９２号公報（特許文献３）は効率の改良や推進力不足の減少を生じるように述べられる他のプロペラ配列を示す。この配列はフィン並びにハニーカム形式に配列された６個の要素から成る構造から成る。

ドイツ特許第４２２３５７０号明細書 特開平０７−２６７１８９号公報 特開昭５８ー４９２号公報

この発明の課題は、船舶の推進出力の必要量を減少させるのに用いられる装置を創作することである。さらに、効率の改良や流れにフィン或いは水中翼の適合が達成される。さらに、プロペラに対する流れが改良される。

この課題は、請求項１の特徴を備える装置によって解決される。

前記により、この発明による装置は、プロペラから短距離に船体に取り付けられる装置が前ノズル内に配列されるフィン或いは水中翼を備える前ノズルから成り、先端における前ノズルが前ノズルの中心を通して延びている水平横軸線に前方に、好ましくは８°までだけ傾斜され得る。

この形式に設計された装置により、船舶の推進出力の必要量を減少させることができる。プロペラの推力負荷割合が増加すると、可能な利得が増加する。装置は特にタンカー、ばら荷積み船や引き船のようなゆっくりな完全（幅広建造）船及び任意のタイプの非常に速くはない船に適している。装置自体が船体に取り付けられるので、装置が船のプロペラの上流にあり、装置は前ノズルの二つの機能要素とフィン或いは水中翼から成る。

この配列では、前ノズルの有効な原理は主流が非常に速い領域においてプロペラに対する流れの速度を増加させることと主流が遅い領域においてプロペラに対する流れを減少させることから成り、ノズル自体が推力を発生させ、前ノズル内に配列されたフィン或いは水中翼の有効原理は予備渦巻を発生させることから成り、両機能要素が損失の異なった源を目標とする、即ち前ノズルが有効な推力負荷の減少を狙っていて、フィン或いは水中翼がプロペラ流における渦巻損失の減少を目標とする。両効果は推進システムの効率の増加を生じる。

装置がプロペラの上流に出来るだけ接近して取り付けられる結果として、最善の効果が異なった負荷の場合にさえ達成される。

さらに、この発明による装置が完全（幅広建造）船に適するばかりではなく、あまり速くない、例えばＶ≦２５ｋｎであるすべての船の場合において同じ効果で使用され得る。非常に大きな容器船に装置の使用が可能である。

その他の有益な実施例は従属請求項の一部を形成する。

最善効果を達成させるために、装置或いは前ノズルの後縁がプロペラ平面の上流にプロペラ直径の０．３倍以上ではなしに取り付けられる。好ましくは、先端には、前ノズルがおよそ４°だけ前方に傾斜されている。

他の実施例によると、前ノズルが前ノズルの中心を通して延びている縦軸線に横方向に回転されて、前ノズルがプロペラの上方打撃側に前方に傾斜されている。

この発明は、前ノズルの中心を通して延びている縦軸線に３°までの、好ましくは、１°だけ横方向に回転される前ノズルを提供して、前ノズルがプロペラの上方打撃側に前方に回転され、回転が０°であるが、他の方向には回転しない。

さらに、この発明は、長さの１２％以下である前ノズルの輪郭の厚さを提供する。有益に、前ノズルの輪郭の厚さが長さの７．５％或いは９％である。

他の実施例は、入射の可変な角度から成るように半径方向においてフィン或いは水中翼を提供して、フィン或いは水中翼は、船の内側の前記フィン或いは水中翼が上方に向けられていて、入射の角度が前ノズルの方へ外側に減少するように、ねじ込まれる。

それで、前ノズルは好ましくはプロペラ軸線上に適している上方に変位した軸線により回転対称的に配列されていて、前ノズルの内径がプロペラ直径のほとんど９０％である。

好ましくは、四つのフィン或いは水中翼が前ノズル内で非対称的に且つプロペラ軸線に半径方向に配列されていて、フィン或いは水中翼が船体を前ノズルに連結させ、前ノズルの後端に配列されていて、フィン或いは水中翼の水中翼形とレンズ状横断面輪郭の彎曲側がプロペラの上方打撃側に上方に向けられ、プロペラの下方打撃側に下方に向けられている。しかし、前ノズルの内部空間内の四つのフィン或いは水中翼の配列が限定としては解釈されない。僅かな数或いはかなりの数のフィン或いは水中翼が設けられることが可能である。

図はこの発明による装置のプロペラを備える船の例示的実施例を示し、先端のプロペラが右舷へ回転する。

右舷から横方向に見たこの発明の装置を示し、この装置が装置の内部空間内に配列されるフィン或いは水中翼を備える前ノズルから成る。 入射なしにフィン或いは水中翼が示される装置の後面図を示す。 フィン或いは水中翼の輪郭の拡大横断面を示す。 ステム輪郭の横方向図を示す。 後部船体の本体平面図を示す。 フィンの位置の配列を備えて、内部空間内に配列された図１によるフィン或いは水中翼を備える前ノズルを示す。 先端の前ノズルが４°だけ前方に傾斜される装置の横方向図を示す。 船の内側のフィン上方に向けられ且つねじられる前ノズルの図を示す。 この発明による装置の使用による出力節約を示す線図を示す。 この発明による装置を備え且つ備えない出力必要量を示す線図を示す。 この発明による装置の使用による出力節約を示す線図を示す。

この発明は、次に図面を参照しながら実施例を詳細に説明される。

図１によると、この発明による装置１０には、円筒状形状或いは幾つかの他の形状の横断面の前ノズル２０が船体１００のプロペラ（図に示されていない）の上流に直接に設けられていて、前ノズル２０が船体に取り付けられている。前ノズル２０の内部空間２０ａには、フィン或いは水中翼３０が配列されている。前ノズル２０が船体に配列されていて上方に変位した軸線２１により回転可能に対称的である。

図２に示された例示実施例では、異なったフィン長さ或いは水中翼長さを備える四つのフィン或いは水中翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは前ノズル２０の内部空間２０ａ内に配列されている。これら四つのフィン或いは水中翼が前ノズル内に非対称的に且つプロペラ軸線ＰＡに半径方向に配列されている。この配列では、フィン或いは水中翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは前ノズル２０を船体１００に連結させ、前ノズル２０の後端に配列されていて、その後端がプロペラに面し、フィン或いは水中翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの水中翼形とレンズ状横断面輪郭３１の彎曲された側面３２が船の左舷側に或いはプロペラの上方間切り側に上方に向けられていて、船の右舷側に或いはプロペラの下方間切り側に下方に向けられている。さらに、フィン或いは水中翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが左舷側の前に上方に且つ右舷側の前に下方に向けられている（図２と３）。プロペラの回転方向が矢印Ｘの方向（図１）である。前ノズル２０の内部空間２０ａ内に配列されるフィン或いは水中翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの角度位置が調整でき、その角度位置が固定できる。

右舷に対して上方に回転するプロペラを備える例示実施例によると、フィン或いは水中翼３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが次の好ましい半径方向角度位置と初期角度位置を呈示する：
フィン角度 入射の角度
左舷（ＢＢ） 底フィン（３０ａ） ２４７．５° １４°
左舷（ＢＢ） 中心フィン（３０ｂ） ２９２．５° １２°
左舷（ＢＢ） 先端フィン（３０ｃ） ３３７．５° ８°
右舷（ＳＢ） フィン（３０ｄ） ９０．０° １０°
即ち後方から見たフィン角度定義において、１２時＝０°
右周りに増加し、フィン角度と入射の角度が述べられた値から逸脱できる。

図１、３と６に示された実施例によると、フィン或いは水中翼が彎曲された側面３２と真直な底領域３３を備えるレンズ横断面輪郭３１から成る。この機構では、プロペラ軸線ＰＡに対する二つのフィン３０の例えば配列と位置は、先端フィンの底領域３３がプロペラ軸線ＰＡとおよそ平行に延びていて、下フィンはその底領域３３がプロペラ軸線ＰＡに対して少なくとも５°、好ましくは１０°の角度αに延びている位置を呈示する。フィンの他の角度位置が可能である。全面的に、好ましくはフィン３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが図２に示された位置である。

図１と６による前ノズル２０は横断面輪郭２６を備える形状本体２５から成り、壁部分２６ａが外側に位置され且つプロペラ軸線ＰＡに対して角度に傾斜されるように延びていて、壁部分２６ｂが内側に位置され且つ直線にプロペラ軸線ＰＡと平行に延びていて、プロペラから離れて面する領域における壁部分２６ｂは外側壁部分２６ａへの移行部を形成する彎曲された壁部分２６ｃから成る。外側に位置されている壁部分２６ａが彎曲され得る。プロペラ側面が図６のＰＡに示されている。

図７に示されるように、装置１０がプロペラ１０１の上流に僅かな距離を備える船体１００に取り付けられた。この配列では、装置１０がプロペラ１０１の上流に出来るだけ接近して配列されている。この配列では、前ノズル２０が好ましくは前ノズルの中心を通して延びている水平横方向軸線に配列されているので、先端には８°までだけ前方に回転される。図７には、前ノズル２０の先端が４°だけ前方に傾斜される。この配列では、前ノズル２０の後縁がプロペラ平面の上流にプロペラ直径の０．３倍以上ではなしに取り付けられる。

さらに、前ノズル２０が、好ましくは前ノズルの中心を通して、横方向に例えば３°までだけ延びている縦軸線に回転でき、それで前ノズルがプロペラ１０１の上方打撃側に前方に回転される。この配列では、１°までの回転が最適であるように見える。０°の回転が適用できるが、しかし他の方向に適用できない。

前ノズル２０の輪郭の厚さがその長さの１２％以下である。好ましくは、前ノズル２０の輪郭の厚さがその長さの７．５％或いは９％である。

半径方向におけるフィン或いは水中翼３０、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは入射の可変な角度から成り、フィン或いは水中翼は船の内側における前記フィン或いは水中翼が上方に向けられるようにねじられて、入射の角度が前ノズル２０へ外側に減少させる（図８）。

前ノズル２０の輪郭の厚さ設計と半径方向におけるフィン或いは水中翼３０、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが入射の可変な角度から成る設計とは、非常に完全（幅広建造）船に絶対に必要であり、これらの設計は速い船と一緒に使用され得る。

装置１０のこの発明による設計は図９の線図から明らかであるように、意味のある出力節約を生じ、三隻の船に関して装置１０の使用による出力節約を示し、そのうちの二隻の船が異なった喫水を有する（Ｘ＝設計速度）。

図１０による線図は、装置１０を備える場合と備えない場合との１１８０００ＤＷＴの載貨重量能力のばら荷積み船の出力必要量を示す。

特に高利得が制御可能なピッチプロペラの場合において厚いハブに付与される例えば１２０００ＤＷＴの船にあり、その損失が装置１０によって減少される。

推力負荷割合が非常に大きな遅い船の場合に特に大きい。図１１の線図はＣ_TH値に依存する装置１０の使用による可能な出力節約を示す。図１１の下部分は船タイプに対する割当てを提示する。

この発明による装置は詳細の説明と請求項１に述べられた特性により且つ図面の図１乃至１１に示された実施例により特徴付けられている。

装置１０により、遅い完全（幅広建造）船の推進を改良させる新規な装置が開発されていて、燃料が節約されるか、或いは船がより速くされる。装置がしっかりと船に据付けられた二つの要素から成り、プロペラの直前のノズルとその内に一体化されたフィンシステムとから成る。ノズルは望ましからぬ船跡の領域におけるプロペラ流入を改良させ、推力を発生させ、フィンシステムは予め渦巻発生によりプロペラ噴射やプロペラボス渦巻における損失を減少させるので、プロペラ推力が同じ駆動出力のために増加する。この効果は補足的である。

装置により達成され得る出力節約は実質的にプロペラ負荷に依存し、出力節約が小さい複数目的船用の３％から大きいタンカーやばら荷積み船用の９％までである。出力節約はほとんど喫水から独立して速度からまねく。装置が新しい船やその装備には便利である。

１０．．．．．装備
２０．．．．．前ノズル
２０ａ．．．．内部空間
２１．．．．．前ノズルの軸線
２５．．．．．形状本体
２６．．．．．横断面輪郭
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ．．．壁部分
３０．．．．．フィン／水中翼
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ．．．フィン／水中翼
３１．．．．．横断面輪郭
３２．．．．．彎曲された側壁
３３．．．．．底領域

１００．．．．船体
１０１．．．．プロペラ

ＢＢ．．．．．左舷
ＳＢ．．．．．右舷
ＰＡ．．．．．プロペラ軸線
ＰＳ．．．．．プロペラ側面
Ｘ ．．．．．プロペラの回転方向
α ．．．．．角度

Claims (13)

1. 単一プロペラ或いは複数プロペラ船、特に幅広建造と非幅広建造のあまり迅速でない船の推進出力必要量を減少させる装置において、プロペラ（１０１）の前の僅かな距離に船体（１００）に取り付けられた装置（１０）が前ノズル内部に配列されたフィン或いは水中翼（３０；３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）を備える前ノズル（２０）から成り、前ノズルが特に前ノズルの中心点を通して延びている水平に横に位置する軸線を中心に８°までだけ上前方に傾斜されていることを特徴とする装置。
2. 装置或いは前ノズル（２０）がその後辺によりプロペラ平面の前でプロペラ直径の０．３倍より幅広くなくしっかりと取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前ノズル（２０）がおよそ４°だけ上前方に傾斜されていることを特徴とする請求項１或いは２に記載の装置。
4. 前ノズル（２０）が前ノズルの中心点を通して延びている縦軸線に横方向に回転されていて、前ノズル（２０）がプロペラ（１０１）の上方打撃側に前方へ変位されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前ノズル（２０）が前ノズルの中心点を通して延びている縦軸線に３°までだけ、好ましくは１°だけ、横方向に回転されていて、前ノズル（２０）がプロペラ（１０１）の上方打撃側に前方へ変位されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前ノズル（２０）の輪郭の厚さがその長さの１２％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前ノズル（２０）の輪郭の厚さがその長さの７．５％或いは９％であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 半径方向におけるフィン或いは水中翼（３０；３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）が入射の可変な角度から成り、フィン或いは水中翼は船の前記フィン或いは水中翼が上方に向けれるようにねじられて、入射の角度が前ノズル（２０）へ外側に減少させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前ノズル（２０）がプロペラ軸線（ＰＡ）上に位置される上方に変位された軸線（２１）と回転対称的に配列されていて、前ノズルの内径がプロペラ直径の９０％以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
10. 好ましくは四つのフィン或いは水中翼（３０；３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）が前ノズル（２０）の内部空間（２０ａ）内に非対称的に且つプロペラ軸線（ＰＡ）に対して半径方向に配列されていて、フィン或いは水中翼が船体を前ノズル（２０）に連結させて前ノズル（２０）の後端に配列されていて、フィン或いは水中翼（３０；３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）のレンズ状横断面輪郭（３１）の彎曲された側面（３２）がプロペラの上方打撃側に上方に向けられ且つプロペラの下方打撃側に下方に向けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
11. フィン或いは水中翼（３０；３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）が次の好ましい半径方向角度位置と初期角度位置を呈示する；
    フィン角度 入射の角度
    左舷（ＢＢ） 底フィン（３０ａ） ２４７．５° １４°
    左舷（ＢＢ） 中心フィン（３０ｂ） ２９２．５° １２°
    左舷（ＢＢ） 先端フィン（３０ｃ） ３３７．５° ８°
    右舷（ＳＢ） フィン（３０ｄ） ９０．０° １０°
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前ノズル（２０）の内部空間（２０ａ）内に配列されたフィン或いは水中翼（３０）の角度位置が変更できる、即ち調整できることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 特にタンカー、ばら荷積み船や引き船のような遅い幅広建造船や非幅広建造船と、非常に速くはない船のために船舶の推進動出力の必要量を減少させ、プロペラに対する流れを改良させ並びに予備渦巻を発生させることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置（１０）の使用方法。

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