JP2009531227A

JP2009531227A - スクリュープロペラ及びスクリュープロペラの羽根のインボリュート

Info

Publication number: JP2009531227A
Application number: JP2009502712A
Authority: JP
Inventors: レオニドヴィチシュパディアンドレイ; フェドロヴィチティモフェーフウラジミール; ボリソヴィチウシュコフアレクサンドル; アレクサンドロヴィチタロフアレクサンドル
Original assignee: Zakrytoe Aktzionernoe Obshcestvo 'aviastroitel'naya Korporatziya 'rusich'
Current assignee: Zakrytoe Aktzionernoe Obshcestvo 'aviastroitel'naya Korporatziya 'rusich'
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2009-09-03
Also published as: EP2028102A4; CN101772453A; EP2028102A1; RU2330791C2; RU2006109976A; CN101772453B; WO2007111532A1

Abstract

本発明は、流動媒体における機械的エネルギを変換するための、スクリュープロペラ及びその変化態様に関し、エンジン及びプロペラのための水スクリュー及び空気スクリューの形式において使用されることができ、プロペラ羽根の製造方法を単純化し、プロペラ羽根の寸法及び材料消費を減じ、強度及び効率を減じることなくこれによって生ぜしめられる推力を同時に増大させることを可能にする。本発明のプロペラは、少なくとも２つのシミター状の羽根を有しており、この羽根の基礎区分は、被駆動軸のハブに固定されている。各羽根の基礎区分は、直線的かつシミター状であり、この基礎区分において、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して後方へ曲げられており、次第に、逆のシミター状の末端区分に移行している。さらに、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して前方へ曲げられている。羽根は、プロペラ軸線に沿って配置されており、軸に関して対称的な形状が形成されるように末端区分によって固定されている。プロペラの全ての羽根のインボリュートは、被駆動軸のハブのカップリングサイズに対応する１つ又は２つ以上の孔（５）が設けられた１つの一体的な平坦な形状の形態に成形されている。

Description

本発明は、液体又は気体等の流動媒体における機械的エネルギを変換するためのスクリュープロペラ（"スクリュー"）及びその変化態様に関し、このスクリュープロペラは、船舶、航空機（飛行船）、風車、家庭用ファン及びその他の家庭用機器、玩具、及びその他の物品のためのエンジン及びプロペラのための水及び空気スクリューの形式で使用されることができる。

既に技術分野において、駆動軸に対して垂直な半径方向バーに取り付けられた、片面メビウス面を備えた弾性リボン羽根を有する流動媒体エンジンプロペラが知られている（１９８５年９月３０日に発行された、ソビエト連邦著作者証明書第１３０５４３０号、ＩＰＣＦＯ３Ｄ１／０６）。しかしながら、このような装置は、複雑な設計、非効率、又は高いエネルギコスト（ＣＯＥ）、及び有効な空気力学的な力を発生することに関与しない半径方向バーの存在による騒音を有する。

現在は、片持ち式に取り付けられたシミター状の羽根を備えた多羽根スクリューが最も効率的であると考えられている。羽根の固定されていない端部は、回転方向及び回転平面に対して後方へ曲げられている（１９８６年１０月２４日に発行された、ソビエト連邦著作者証明書第１７１１６６４号、ＩＰＣＢ６４Ｃ１１／００）。しかしながら、このようなスクリューは、信頼性が不十分であり、製造が複雑であり、これは、大きな延在範囲及び湾曲を備えた、シミター状の羽根を片持ち式に取り付けることによるものであり、さらに、運転中の騒音が大きく、羽根の単位面積当たりのＣＯＥが低く、質量（及び構造体の全体的な寸法）が大きい。

提案された発明の技術的結果は、プロペラ羽根の製造方法を簡単にし、羽根の寸法、ひいては金属含有量を低減し、それと同時に、有効性を低減することなく羽根の推力を増大することを目的とする。

概要
本発明は、エンジン及びプロペラのための水スクリュー及び空気スクリューの形式で使用されることができる、流動媒体における機械的エネルギを変換するための、スクリュープロペラ及びその変化態様に関し、プロペラ羽根の製造方法を単純化することを可能にし、プロペラ羽根の寸法及び材料消費を低減し、プロペラ羽根の強度及び効率を低減することなく、これによって生ぜしめられる推力を同時に増大する。本発明のプロペラは、少なくとも２つのシミター状の羽根を有しており、これらの羽根の基礎区分が被駆動軸のハブに固定されている。各羽根の基礎区分は、直線的でかつシミター状であり、この場合、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して後方へ曲げられており、次第に、逆のシミター状の末端区分へ移行している。さらに、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して前方へ曲げられている。羽根は、プロペラ軸線に沿って配置されており、軸方向に対称的な形状が形成されるように、末端区分によって固定されている。プロペラの全ての羽根のインボリュートは、被駆動軸のハブのカップリングサイズに対応する１つ又は２つ以上の孔（５）が設けられた、１つの一体的な平坦な形状に成形されている。

発明の本質は図１〜１２に説明されている。

図１は、３羽根プロペラを示している。

図２は、３羽根プロペラの軸方向の図を示している。

図３〜６は、羽根端部を結合する様々な形式を備えた２羽根プロペラを示している。

図７は、２羽根プロペラの軸方向の図を示している。

図８〜１２は、両プロペラ態様のための、プロペラ羽根の翼開発の例を示している。

提案された発明の技術的課題は、プロペラ羽根の製造方法を簡単にし、羽根の寸法、ひいては金属含有量を低減し、それと同時に、有効性を低減することなく羽根の推力を増大することを目的とする。技術的課題は、開始区分が駆動軸のハブに取り付けられているシミター状の羽根を備えたプロペラ（変化態様１）によって達成され、新規の特徴は、プロペラが少なくとも２つの羽根を有することである。各羽根の開始区分は、直線的な、シミター状であり、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して後方へ曲げられている。開始区分は、次第に、逆のシミター状の末端区分へ移行しており、この場合、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して前方へ曲げられている。羽根は、プロペラ軸線に沿って配置されており、羽根の末端区分は、互いに結合されており、軸方向で対称的な形状を形成している。

駆動軸のハブに取り付けられた開始区分を備えたシミター状の羽根を有するプロペラ（変化態様２）において、新規の特徴は、プロペラが３つ以上の羽根を有することである。各羽根の開始区分は、直線的な、シミター状であり、この場合、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して後方へ曲げられている。開始区分は、次第に、逆のシミター状の末端区分に移行しており、この場合、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して前方へ曲げられている。羽根は、プロペラ軸線に沿って配置されており、羽根の末端区分は互いに結合されており、軸方向で対称的な形状を形成しており、各羽根の開始区分及び末端区分は特定の取付け角で取り付けられている。羽根の末端区分は、環状ブシュによって互いに結合されている。エンジンの場合、各羽根の開始区分の取付け角は、個々の羽根の末端区分の取付け角よりも大きい。プロペラの場合、各羽根の開始区分の取付け角は、個々の羽根の末端区分の取付け角よりも小さい。羽根の外縁の全体的な軌道は、主に、プロペラ軸線に沿って細長いだ円形の押退け領域を形成している。

駆動軸のハブに取り付けられた開始区分を備えたシミター状の羽根を有するプロペラ（変化態様３）において、新規の特徴は、プロペラが２つの羽根を有することである。各羽根の開始区分は、直線的な、シミター状であり、この場合、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して後方へ曲げられている。開始区分は、次第に、逆のシミター状の末端区分に移行しており、この場合、羽根の前縁は、回転方向及び回転平面に対して前方へ曲げられている。羽根は、プロペラ軸線に沿って配置されており、羽根の末端区分は互いに結合されており、軸方向で対称的な形状を形成している。羽根の末端区分は、両羽根が、１つの曲げを備えた１つの片面を形成するように、両羽根の面の間に次第の曲げを備えながら、１つの片に結合されている。取付け個所において、各羽根の開始区分及び末端区分の面は、相対的に９０゜回転させられている。プロペラ軸線及び両羽根の末端区分の面は、同一平面に配置されている。羽根の外縁の全体的な軌道は、主に、プロペラの軸線に沿って細長い楕円回転形状の押退け領域を形成している。羽根の末端区分は互いに直接に結合されているか、又は羽根の末端区分は、環状のブシュ又は駆動軸によって互いに結合されている。

改良されたプロペラ羽根は、プロペラ羽根の全体が、少なくとも２つの螺旋状のエレメントから成る１つの一体的な翼形状であり、プロペラ駆動軸ハブのためのカップリングサイズを備えた１つ又は２つ以上の孔を備えた対称的な形状を形成していることを特徴とする。螺旋状のエレメントは、プロペラ駆動軸ハブのためのカップリングサイズを備えた軸方向の孔を有している。開放端部において、螺旋状のエレメントは、プロペラ駆動軸ハブのためのカップリングサイズを備えた孔を有している。２つの螺旋状エレメントを含むこの改良は、中央区分における翼形状縁部に対する接線に対して垂直な線に関して対称的な、二重集束螺旋であり、プロペラ駆動軸ハブのためのカップリングサイズを有する開放端部における孔を備えている。

最良の変化態様
流動媒体エンジン及びプロペラのための提案されたプロペラは、駆動軸２を備えたハブ１と、取付けねじ３と、シミター状の羽根４とを有している。ハブ１又は羽根４は軸方向の孔５によって軸２に取り付けられており、羽根４の開始区分６において直線的なシミター状と、取付け角αとを保証している。直線的なシミター状は、羽根４の前縁７が、回転方向及び回転平面に対して後方へ曲げられており、シミター状の羽根の従来の製造に対応する。直線的なシミター状の開始区分６は、次第に、逆のシミター状の末端区分８に移行しており、すなわち、羽根４の前縁７は、回転方向及び回転平面に対して前方へ曲げられている（図１及び図２）。羽根４は、あらゆる公知の方法を用いて、末端区分８において互いに堅固に結合されており、羽根の開始区分の取付け角αと等しくない、羽根の末端区分の取付け角βを保証している。結合方法は、製造能力に基づく（羽根４の端部における孔９を用いるねじ山結合；溶接；リベット留め；アクセサリの環状ブシュ１０を使用する）。

２羽根プロペラにおいて、羽根４の開始区分６は、孔５及びねじ３を用いてハブ１に固定されている。ハブへの取付け個所において、羽根４の面１２は、プロペラ軸線に対して垂直である。互いに対する取付け個所において、羽根４の面１３は、面１２に対して９０゜回転させられており、プロペラ軸線と同じ平面に位置しており、互いに堅固に結合されており、軸方向で対称的な形状を形成している。例えば、羽根４の面１３は、重ね合わされ、スポット溶接を用いて結合されている（図３及び図７）。羽根４の末端区分８の結合は、薄い鋼薄板金属、プラスチック又は複合材料を使用する場合でさえも、堅固で強固な構造を提供する。面が次第に融合している羽根４の形状は、次第に、取付け角度を変化させ、羽根４の端部における最大から最小への流動媒体の進入する流れの引きずりを変化させる。流れのこのような再分配は、同じ機能を行う公知の装置と比較して、広い速度範囲に亘ってより高いＣＯＥを提供する。２羽根プロペラを組み立てる場合、羽根４の末端区分８は、環状ブシュ１０又はプロペラ軸線に沿った軸延長部１１を用いて取り付けられることができ、このことは、ハブ１への羽根４の取付けをより簡単にする。

ファスナの寸法は、羽根の空気力学を変更しない（図４及び図５）。請求項に係るプロペラの両羽根４の末端区分８は直接に取り付けられており、羽根はメビウス面を形成している。したがって、プロペラの両羽根４は、１つの翼螺旋状部材の単一の曲げによって形成されることができ、この部材は、その端部に、この部材をハブ１に固定するための孔を備えており、２つの羽根４を形成する（図６）。

図８及び図９における改良された翼形状は、このような羽根４の設計の図解として働く。図８の翼形状は、２つの螺旋状エレメントから成り、これらの螺旋状エレメントは、プロペラの駆動軸２のハブ１のためのカップリングサイズを備えた螺旋状エレメントの開放端部における孔５を備えた、軸に関して対称的な形状を形成している。図９は、プロペラの駆動軸１のハブ１のためのカップリングサイズを備えた螺旋状エレメントの開放端部における孔５を備えた、中間区分における翼形状縁部の接線に対して垂直な線に関して対称的な二重集束螺旋の形状の２つの螺旋状エレメントから成る２羽根プロペラの改良された翼を示している。

同様のプロペラ設計が、図１０に示された改良を有する翼部材から達成されることができる。改良は、プロペラの駆動軸２のハブ１のためのカップリングサイズを備えた軸方向孔５を備えた、軸に関して対称的な形状を形成した２つの螺旋状エレメントを有するのに対し、図の端部における孔９は、羽根４の末端区分を互いに取り付けるためものである。羽根４の螺旋状の面は、取付け角の漸進的な変化を備えた羽根形状と、羽根の構造的強度と、プロペラの全体的な寸法及び質量の減少と共に、同時に、ＣＯＥの著しい増大を保証し、実用的に騒音なしの運転を保証し、押退け直径が低減される。

３羽根プロペラ（図１）において、羽根４の末端区分も、環状ブシュ１０によってプロペラ軸の近傍において同軸的に結合されており、環状ブシュ１０は、一方では、ハブ１固定手段にアクセスすることをより容易にし、他方では、羽根４の空気力学を変化させる；環状ブシュは、羽根８の末端区分８を所定の取付け角で固定することをも可能にし、取付け角の選択は標準的な実用に従う。３羽根プロペラは、例えば風車におけるように羽根４から軸２へのエネルギ変換の形式を考慮して、又は回転を羽根４に伝達する場合、取付け角α＞β又はβ＞αを有することができ、この場合、αは、羽根の開始区分６の取付け角であり、βは、羽根４の末端区分８の取付け角である。

プロペラは以下のように働く。駆動軸２及びハブ１が回転すると、羽根４の直線的なシミター状の区分６（逆シミター状区分８よりも小さな取付け角を有する（α＜β））が、流動媒体と相互作用し始める。これは、周囲流動媒体の漸進的な加速を生ぜしめ、これは、最大速度に達し、羽根４の端部から流出する。羽根４の外側縁部の軌道の全体は、プロペラ軸線に沿って細長い、主に楕円の形状を形成している。軸線に沿ったプロペラの延びがより長いほど、より徐々に媒体がプロペラと共に加速する。羽根４は両端部において取り付けられている、すなわち開始区分６がハブ１に、末端区分８が互いに取り付けられているので、結果的に生じる構造は、回転軸線Ｏ−Ｏ′に沿った大きな延びにもかかわらず、かなり軽くかつ剛性である。延びは、流動媒体における低い分散された圧力勾配、ひいては低レベルの騒音、キャビテーション及び乱流を保証し、このことは、ＣＯＥを著しく増大し、提案された装置の技術的効率に肯定的に影響する。プロペラは、公知のあらゆる公知の製造方法、例えば鋳造又は鍛造を用いて形成されることができる。製造に関しては、３羽根プロペラを、平坦な薄いシート材料、例えば鋼（図１１、図１２）から、プロペラ駆動軸ハブのためのカップリングサイズを備えた１つの軸方向孔５と、取付け孔９とを備えた軸方向で対称的な形状を形成する螺旋状エレメントを含む１つの一片の翼形状である部材の形状に、曲げることは容易である。螺旋を生ぜしめる時に、アルキメデススパイラル、双曲線及び対数うずまき線、インボリュート、サイクロイド、及び提案された装置の特定の目的に応じて選択されたその他の適切な曲線が使用されることができる。

産業上の利用可能性
上の情報は、狭く集束した空気ジェットに６０００ＲＰＭまでの低い騒音レベルと、あらゆる個人商店のための、ひいては潜水艦、風車、航空機等のための低騒音スクリューを製造する工場のための、与えられる低い製造コストとを提供した、翼改良（図９，１０，１１）に基づき、家庭用ファンの典型の全面的な試験によって確認された。

３羽根プロペラを示している。３羽根プロペラの軸方向の図を示している。羽根端部を結合する様々な形式を備えた２羽根プロペラを示している。羽根端部を結合する様々な形式を備えた２羽根プロペラを示している。羽根端部を結合する様々な形式を備えた２羽根プロペラを示している。羽根端部を結合する様々な形式を備えた２羽根プロペラを示している。２羽根プロペラの軸方向の図を示している。両プロペラ態様のための、プロペラ羽根の翼開発の例を示している。両プロペラ態様のための、プロペラ羽根の翼開発の例を示している。両プロペラ態様のための、プロペラ羽根の翼開発の例を示している。両プロペラ態様のための、プロペラ羽根の翼開発の例を示している。両プロペラ態様のための、プロペラ羽根の翼開発の例を示している。

符号の説明

１ハブ、２駆動軸、３取付けねじ、４羽根、５孔、６開始区分、７前縁、８末端区分、９孔、１０環状ブシュ、１１軸延長部、１２，１３面

Claims

プロペラにおいて、シミター状の羽根が設けられており、該羽根の開始区分が駆動軸ハブに取り付けられており、角羽根の開始区分が、直線的なシミター状であり、この開始区分において、羽根の前縁が回転方向及び回転平面に対して後方へ曲げられておりかつ、次第に、羽根の前縁が回転方向及び回転平面に対して前方へ曲げられている逆シミター状の末端区分に移行しており、羽根が、プロペラ軸線に沿ってねじられており、羽根全体に沿って取付け角の徐々の変化を提供しており、末端区分においてプロペラ軸に取り付けられており、羽根の開始区分及び末端区分が、異なる取付け角で取り付けられていることを特徴とする、プロペラ。
羽根面の翼改良が、螺旋形状のものである、請求項１記載のプロペラ。
プロペラにおいて、シミター状の羽根が設けられており、該羽根の開始区分が駆動軸ハブに取り付けられており、プロペラが３つ以上の羽根を有しており、各羽根の開始区分が、直線的なシミター状であり、この開始区分において、羽根の前縁が回転方向及び回転平面に対して後方に曲げられており、次第に、羽根の前縁が回転方向及び回転平面に対して前方へ曲げられている逆のシミター状の末端区分に移行しており、羽根がプロペラ軸に沿ってねじられており、羽根全体に沿って取付け角の徐々の変化を提供しており、末端区分においてプロペラ軸に取り付けられており、羽根の開始区分及び末端区分が、異なる取付け角で取り付けられていることを特徴とする、プロペラ。
羽根の末端区分が、環状ブシュによって互いに結合されている、請求項３記載のプロペラ。
エンジンの場合、各羽根の開始区分の取付け各区が、個々の羽根の末端区分の取付け角よりも大きい、請求項３記載のプロペラ。
プロペラの場合、各羽根の開始区分の取付け角が、個々の羽根の末端区分の取付け角よりも小さい、請求項３記載のプロペラ。
羽根面の翼開発が、螺旋形状のものである、請求項３記載のプロペラ。
羽根の外縁の全体的な軌道が、プロペラ軸に沿って細長い主にだ円形の押退け領域を形成している、請求項３記載のプロペラ。
プロペラにおいて、シミター状の羽根が設けられており、該羽根の開始区分が駆動軸は部に取り付けられており、プロペラが２つの羽根を有しており、各羽根の開始区分が、直線的なシミター状であり、この開始区分において、羽根の前縁が、回転方向及び回転平面に対して後方に曲げられており、次第に、羽根の前縁が回転方向及び回転平面に対して前方に曲げられている逆のシミター状の末端区分へ移行しており、羽根が、プロペラ軸線に沿ってねじられており、羽根全体に沿って取付け角の徐々の変化を提供しており、末端区分によって取り付けられており、軸に関して対称的な形状を形成しており、この場合、各羽根の開始区分及び末端区分が、異なる取付け角で取り付けられておりかつ、１つの曲げを備えた１つの片側メビウス面に結合されており、取付け個所において、各羽根の開始区分及び末端区分の面が互いに対して９０゜回転させられており、プロペラ軸線と、両羽根の末端区分の面とが同じ平面に配置されていることを特徴とする、プロペラ。
羽根面の翼開発が、螺旋状のものである、請求項９記載のプロペラ。
羽根の外縁の全体的な軌道が、プロペラ軸に沿って細長い、主に楕円回転形状の押退け領域を形成している、請求項９記載のプロペラ。
羽根の末端区分が互いに直接に結合されている、請求項９記載のプロペラ。
羽根の末端区分が、環状ブシュ又は駆動軸によって互いに結合されている、請求項９記載のプロペラ。
プロペラ羽根の全体の改良が、プロペラ駆動軸ハブのカップリング寸法のための１つ又は２つ以上の孔を備えた対称的な形状を形成した螺旋状のエレメントから成る１つの一片の翼形状であることを特徴とする、プロペラ羽根の改良。
螺旋状のエレメントが、プロペラ駆動軸ハブのカップリング寸法のための軸方向孔を備えた、軸に関して対称的な形状を形成している、請求項１４記載の改良。
３つの個々の螺旋状のエレメントから成る、請求項１４記載の改良。
２つの個々の螺旋状のエレメントから成る、請求項１４記載の改良。
２羽根プロペラの改良が、プロペラ駆動軸ハブのカップリング寸法のための軸方向孔を備えた、軸に関して対称的な形状を形成する２つの螺旋状エレメントから成る１つの一片翼形状である、請求項１４記載の改良。
２羽根プロペラの改良が、プロペラ駆動軸ハブのカップリング寸法のための螺旋状エレメントの開放端部における孔を備えた、軸に関して対称的な形状を形成する２つの螺旋状エレメントから成る１つの一片の翼形状である、請求項１４記載の改良。
２羽根プロペラの改良が、プロペラ駆動軸ハブのカップリング寸法のための螺旋状エレメントの開放端部における孔を備えた、中央区分における翼形状縁部に対する接線に対して垂直な線に関して対称的な、二重集束螺旋の形状における、２つの螺旋状エレメントから成る１つの一片の翼形状である、請求項１４記載の改良。