JP2013181896A - 舶用推進機構の性能試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラ動力計がプロペラの上流側に配置された状態であっても、プロペラ動力計を支持する支柱によって生じる波の影響を低減することができる、舶用推進機構の性能試験装置を提供する。
【解決手段】少なくともプロペラ２１を有する舶用推進機構２と、少なくともプロペラ２１に伝達されるトルク及びプロペラ２１によって発生した推力を計測するプロペラ動力計３と、プロペラ動力計３を支持する支柱４と、を有し、プロペラ動力計３は、プロペラ２１の上流側に配置されており、少なくとも支柱４からプロペラ２１までの上部を覆うとともに水面ｓに配置される制波体５を有する。性能試験装置１は、舶用推進機構２を没水可能な水槽１１と、水槽１１の上部に配置されたレール１２と、レール１２上を走行可能な台車１３と、を有し、制波体５は、支持部材５１を介して台車１３により支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、舶用推進機構の性能試験装置に関し、特に、プロペラ動力計がプロペラの上流側に配置された状態で実施する性能試験に適した舶用推進機構の性能試験装置に関する。

プロペラを有する舶用推進機構において、プロペラの単独性能を測定することは、実際の船舶の軸馬力を推定するために不可欠である。一般に、プロペラの性能は、一様流中でプロペラを作動させた際における、プロペラに伝達されたトルクに対する発生した推力の割合で評価する。そして、純粋なプロペラの性能を測定するために、水流に対してプロペラを正対させた状態で、プロペラの下流側に配置されたプロペラ動力計によって、プロペラに伝達されるトルク及びプロペラによって発生した推力を計測するようにしている（例えば、特許文献１の図１（ａ）参照）。かかる試験は、一般に、プロペラ単独性能試験（ＰＯＴ：Propeller Open water Test）と呼ばれている。

ところで、船舶の船尾に配置されたプロペラが作動する際には、プロペラハブの後方にハブ渦と呼ばれる渦流が発生し、プロペラハブの後方が負圧状態となる。このハブ渦は、推力やトルクに影響を与える。しかしながら、上述したプロペラ単独性能試験においては、プロペラの下流側にプロペラ動力計が配置されており、プロペラハブの後方にハブ渦が生じないため、ハブ渦の影響を受けた性能試験を行うことができない。そこで、プロペラの上流側にプロペラ動力計を配置して、ハブ渦を再現しながら、プロペラに伝達されるトルク及びプロペラによって発生した推力を計測する逆プロペラ単独性能試験（逆ＰＯＴ）も実施されている（例えば、特許文献１の図１（ｃ）参照）。

また、舶用推進機構には、プロペラの下流側に舵が配置されたものも多い。このように舵を有する舶用推進機構においては、舵が水流から受ける流体力を計測して舵の性能を測定したいという要求がある。そこで、逆プロペラ単独性能試験装置におけるプロペラの下流側に舵を配置したものやプロペラ単独性能試験装置におけるプロペラシャフトに舵を挿通したものが既に提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−９１５５２号公報 特開２０１１−４７６８６６号公報

上述したプロペラ単独性能試験装置や逆プロペラ単独性能試験装置では、プロペラ動力計を支持する支柱が水面を貫通していることから、プロペラ動力計の移動によって水面に波が生じる。そして、プロペラ動力計がプロペラの上流側に配置された逆プロペラ単独性能試験装置では、支柱によって生成された波がプロペラや舵の性能に影響を与えてしまうという問題があった。

また、舵を含む舶用推進機構の性能試験において、特許文献２に記載したように、プロペラシャフトに舵を挿通させた場合には、舵を回動させることができず、直進状態の性能しか測定できないという問題があった。さらに、プロペラシャフトを挿通する孔の径を大きくすると、舵が水流から受ける流体力に影響を与えてしまうという問題もあった。

本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、プロペラ動力計がプロペラの上流側に配置された状態であっても、プロペラ動力計を支持する支柱によって生じる波の影響を低減することができる、舶用推進機構の性能試験装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、少なくともプロペラを有する舶用推進機構と、少なくとも前記プロペラに伝達されるトルク及び前記プロペラによって発生した推力を計測するプロペラ動力計と、該プロペラ動力計を支持する支柱と、を有する舶用推進機構の性能試験装置において、前記プロペラ動力計は、前記プロペラの上流側に配置されており、少なくとも前記支柱から前記プロペラまでの上部を覆うとともに水面に配置される制波体を有する、ことを特徴とする舶用推進機構の性能試験装置が提供される。

前記制波体は、先端部が尖った形状に形成されていてもよい。さらに、前記制波体は、横幅が前記プロペラの直径以上の大きさであってもよい。

また、前記制波体は、前記プロペラの上部に形成され水中を透視可能な窓部を有していてもよい。

また、前記制波体に接続されるとともに前記プロペラの下流側に配置される舵と、該舵の水流から受ける流体力を計測する荷重センサと、を有していてもよい。

また、前記舶用推進機構を没水可能な水槽と、該水槽の上部に配置されたレールと、該レール上を走行可能な台車と、を有し、前記制波体は、前記台車により支持されていてもよいし、前記台車に接続された前記支柱により支持されていてもよい。

上述した本発明の舶用推進機構の性能試験装置によれば、舶用推進機構の上部に制波体を配置したことにより、プロペラ動力計がプロペラの上流側に配置された状態であっても、プロペラ動力計を支持する支柱が水面を移動する際に生じる波の発生及び増幅を抑制することができ、舶用推進機構の性能試験に対する影響を低減することができる。

また、制波体に舵を接続することにより、プロペラ及び舵を有する舶用推進機構の性能試験を容易に行うことができる。

本発明の第一実施形態に係る舶用推進機構の性能試験装置を示す全体構成図であり、（ａ）は第一実施形態、（ｂ）は従来例、を示している。 図１（ａ）に示した舶用推進機構の性能試験装置を示す図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は制波体の断面図、（ｃ）は制波体の第一変形例の断面図、（ｄ）は制波体の第二変形例の断面図、を示している。 プロペラ近傍の流速分布図であり、（ａ）は第一実施形態、（ｂ）は従来例、を示している。 本発明の第二実施形態に係る舶用推進機構の性能試験装置を示す全体構成図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は変形例、を示している。

以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る舶用推進機構の性能試験装置を示す全体構成図であり、（ａ）は第一実施形態、（ｂ）は従来例、を示している。図２は、図１（ａ）に示した舶用推進機構の性能試験装置を示す図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は制波体の断面図、（ｃ）は制波体の第一変形例の断面図、（ｄ）は制波体の第二変形例の断面図、を示している。

本発明の第一実施形態に係る舶用推進機構の性能試験装置１は、図１（ａ）に示したように、少なくともプロペラ２１を有する舶用推進機構２と、少なくともプロペラ２１に伝達されるトルク及びプロペラ２１によって発生した推力を計測するプロペラ動力計３と、プロペラ動力計３を支持する支柱４と、を有し、プロペラ動力計３は、プロペラ２１の上流側に配置されており、少なくとも支柱４からプロペラ２１までの上部を覆うとともに水面ｓに配置される制波体５を有している。

前記性能試験装置１は、プロペラ動力計３がプロペラ２１の上流側に配置されていることから、いわゆる逆プロペラ単独性能試験（逆ＰＯＴ）装置に相当するものである。また、性能試験装置１は、舶用推進機構２を没水可能な水槽１１と、水槽１１の上部に配置されたレール１２と、レール１２上を走行可能な台車１３と、を有し、制波体５は、台車１３に接続された支柱４により支持されている。

前記舶用推進機構２を構成するプロペラ２１は、プロペラハブ２２を介してプロペラシャフト２３に接続されており、プロペラシャフト２３を回転駆動させることによって、プロペラ２１を回転させることができるように構成されている。なお、本実施形態において、プロペラ２１は、スクリューも含む概念である。

前記プロペラ動力計３は、流線形の外形を有するケーシング３１を備え、ケーシング３１内には、プロペラシャフト２３を回転駆動させる駆動モータ（図示せず）が配置されている。また、ケーシング３１内には、プロペラ２１に伝達されるトルクを計測するロードセル（図示せず）やプロペラ２１によって発生した推力を計測する推力計（図示せず）が配置されている。

前記支柱４は、下端がプロペラ動力計３に接続されており、上端は台車１３に接続されている。したがって、舶用推進機構２及びプロペラ動力計３は、支柱４を介して台車１３により支持されている。そして、支柱４の中間部には、制波体５が接続されている。制波体５は、支柱４と一体に形成してもよいし、支柱４に沿って上下移動可能に配置して所望の位置でボルト等の固定具により位置決めできるように構成してもよい。また、支柱４は、水流に対する抵抗を低減するために、流線形又は翼形の断面形状を有していてもよい。

前記制波体５は、図１（ａ）に示したように、水面ｓに一部が没水した状態となるように配置される略平板形状の部品である。制波体５は、水面ｓに一部が没水した状態で水面ｓ上を走行するため、水流の抵抗を低減できる形状であってもよい。例えば、制波体５は、図１（ａ）に示したように、先端部５ａが水面ｓに対して滑らかに没水するような傾斜面を有していてもよいし、図２（ａ）に示したように、先端部５ａが尖った形状に形成されていてもよい。なお、各図において、制波体５は、理解し易くするために、灰色に塗り潰して図示している。

かかる制波体５は、水面ｓに生じる波の発生又は増幅を抑制するためのものであり、いわゆる船舶のような深い喫水である必要はなく、試験中に水面ｓから離間しない程度の浅い喫水であればよい。また、制波体５は、試験中に水面ｓ下に没水しない程度の厚さを有していればよい。したがって、制波体５の具体的な形状は、舶用推進機構２及びプロペラ動力計３の大きさや台車１３の走行速度によって設定される。

また、制波体５は、図２（ｂ）に示したように、矩形断面を有する平板形状であってもよいし、図２（ｃ）に示したように、底面部５ｂの中央部が突出した略五角形断面を有する略平板形状であってもよい。底面部５ｂの突出部は、略Ｖ字形状を形成する一対の傾斜面によって構成してもよいし、略円弧形状の曲面によって構成してもよい。また、図２（ｄ）に示したように、制波体５の外周に壁部５２を配置して、制波体５の上面に水が浸入しないように構成してもよい。かかる構成により、制波体５上に配置する機器の防水対策を緩和することができる。

制波体５は、図２（ａ）に示したように、例えば、舶用推進機構２及びプロペラ動力計３の上部を覆う大きさ（長さＬ、横幅Ｗ）を有している。支柱４によって生じる波のプロペラ２１への影響を低減するためには、制波体５は、少なくとも支柱４からプロペラ２１までの上部を覆う長さＬを有していればよい。また、支柱４によって生じる波の回り込みによる干渉を効果的に抑制するためには、制波体５は、例えば、横幅Ｗがプロペラ２１の直径Ｄ以上の大きさであればよく、好ましくは三倍〜五倍程度の範囲内であればよい。

また、制波体５は、図２（ａ）に示したように、プロペラ２１の上部に形成され水中を透視可能な窓部５３を有していてもよい。窓部５３は、制波体５に形成された開口部であってもよいし、制波体５に形成された開口部に透明なプラスチック材やガラス材を嵌め込むようにしてもよい。かかる構成により、プロペラ２１の近傍における水中の様子を監視することができ、プロペラ２１の近傍における水流や渦流を観察したり、適切な状態で性能試験が実施されているか否かを確認したりすることができる。なお、制波体５上に窓部５３を臨むように小型カメラ（撮像装置）を配置してライブ中継又は録画により水中の様子を監視するようにしてもよい。

上述した本発明の第一実施形態に係る舶用推進機構２の性能試験装置１によれば、台車１３をレール１２上で所望の速度で走行させることによって、舶用推進機構２及びプロペラ動力計３を水中で、制波体５を水面ｓ上で一定の速度で移動させることができ、一様流を形成することができる。その状態で、プロペラ２１を回転させることによって、プロペラ動力計３によりプロペラ２１に伝達されたトルク及びプロペラ２１によって発生した推力を計測し、プロペラ２１の性能を評価することができる。また、上述した性能試験装置１は、いわゆる逆ＰＯＴ装置であることから、ハブ渦ｈの影響を受けた舶用推進機構２の性能試験を実施することができる。

ここで、図１（ｂ）は、制波体５を有しない従来例における逆ＰＯＴ装置１０を示している。従来技術における逆ＰＯＴ装置１０は、水槽１１０の上部に配置されたレール１２０上を台車１３０が走行可能に配置されており、台車１３０に支柱４０を介してプロペラ動力計３０が支持されており、プロペラ動力計３０にはプロペラ２１０を有する舶用推進機構２０が接続されている。かかる逆ＰＯＴ装置１０において、台車１３０を図の矢印方向に移動させると、プロペラ動力計３０を支持する支柱４０が水面ｓを移動する際に下流側に波ｓｗを発生させる。そして、逆ＰＯＴでは、プロペラ動力計３０がプロペラ２１０の上流側に配置されている、すなわち、支柱４０がプロペラ２１０の上流側に配置されていることから、波ｓｗはプロペラ２１０の性能に影響を与えることとなる。

ここで、図３は、プロペラ近傍の流速分布図であり、（ａ）は第一実施形態、（ｂ）は従来例、を示している。図３（ｂ）に示したように、従来例の逆ＰＯＴ装置１０では、プロペラシャフト２３０とプロペラ２１０の翼端外周円との間において、水面ｓ側に等速線ｖ１，ｖ２，ｖ３が現れる。なお、各等速線は、等速線ｖ１の速度＞等速線ｖ２の速度＞等速線ｖ３の速度の関係を有している。かかる流速分布から、支柱４０によって形成された波ｓｗの影響がプロペラ２１０の翼端外周円の内側範囲まで及んでいることが容易に理解できる。

一方、本発明の第一実施形態に係る舶用推進機構２の性能試験装置１では、図３（ａ）に示したように、プロペラシャフト２３とプロペラ２１の翼端外周円との間において、プロペラシャフト２３の軸周りにプロペラシャフト２３による僅かな流速分布（等速線ｖ４）が見られるだけであり、水面ｓ側に波の影響と思われる流速分布（等速線ｖ１〜ｖ３）は現れてはいない。

すなわち、本発明の第一実施形態に係る舶用推進機構２の性能試験装置１によれば、プロペラ動力計３がプロペラ２１の上流側に配置された状態であっても、プロペラ動力計３を支持する支柱４が水面ｓを移動する際に生じる波の発生及び増幅を抑制することができ、舶用推進機構２の性能試験に対する影響を容易に低減することができる。

次に、本発明の他の実施形態に係る舶用推進機構２の性能試験装置１について、図４を参照しつつ説明する。ここで、図４は、本発明の第二実施形態に係る舶用推進機構の性能試験装置を示す全体構成図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は変形例、を示している。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。また、図４（ａ）及び（ｂ）において水槽１１の図は省略してある。

図４（ａ）に示した第二実施形態に係る舶用推進機構２の性能試験装置１は、制波体５に接続されるとともにプロペラ２１の下流側に配置される舵６と、舵６の水流から受ける流体力を計測する荷重センサ７と、を有するものである。すなわち、かかる第二実施形態において、舶用推進機構２は、プロペラ２１及び舵６によって構成される。

舵６は、制波体５の底面に接続されたラダーホーン６１を介して回動可能に配置されている。ラダーホーン６１の前面部は、水流に対する抵抗を低減するために流線形に形成されていてもよい。また、舵６は手動で回動させてもよいし、駆動モータ等で回動させるようにしてもよい。このように、制波体５に舵６を接続することにより、プロペラ２１及び舵６を有する舶用推進機構２の性能試験を容易に行うことができる。

荷重センサ７は、いわゆるロードセルであり、荷重センサ７と舵６とは起歪体７１によって連結されている。したがって、水流の流体力によって生じた舵６の変形量（移動量）は、起歪体７１を介して荷重センサ７に伝達され、荷重センサ７により舵６が水流から受ける流体力を計測することによって、舵６の性能やプロペラ２１と舵６の干渉具合を測定することができる。なお、起歪体７１は、制波体５に形成された貫通孔（図示せず）に挿通されている。

舵６を回動させた場合、それによって起歪体７１が変形し、その変形した状態からの水流の流体力によって生じた舵６の変形量（移動量）を計測することによって、舵６が水流から受ける流体力を計測することができる。また、舵６を回動させた場合に、荷重センサ７（起歪体７１を含む）を制波体５上で舵６に追従させて回動できるように構成してもよい。具体的には、制波体５に起歪体７１の通過部分を構成する円弧形状の貫通孔を形成しておき、荷重センサ７を制波体５の上面で転動可能又は滑動可能に配置しておけばよい。

また、舵６は、プロペラ２１のプロペラハブ２２と対峙する位置に舵バルブ６２やフィン装置等の附属品を有していてもよい。舵バルブ６２は、例えば、舵６の前縁部に配置された膨錘体であり、プロペラハブ２２と対峙する先端から舵６の前縁にかけて急激に拡径するとともに、舵６の前縁から後縁側に向かって緩やかに縮径している。舵バルブ６２は、プロペラハブ２２の後端から発生するハブ渦ｈを抑制し、渦抵抗を減らして推進効率を向上させるものである。また、フィン装置は、例えば、プロペラ回転軸に近い位置の舵の左右両側に配置され、プロペラの作動によって発生する旋回流れによって生じた揚力の推進方向成分を利用して推進性能を向上させるものである。かかる舵バルブ６２やフィン装置等の附属品を配置することにより、舵６の性能だけでなく、舵バルブ６２やフィン装置等の附属品の性能を評価することもできる。

なお、舵バルブ６２やフィン装置等の附属品は、舵６と一体に形成してもよいが、附属品を任意に着脱可能な構成とすることにより、附属品（例えば、舵バルブ６２）の大きさや形状を変化させた性能試験を容易に実施することができ、附属品の比較評価を行うことができる。

上述した第二実施形態に係る性能試験装置１は、第一実施形態と同様に、支柱４の中間部に制波体５が接続されている。すなわち、制波体５は、台車１３に接続された支柱４により支持されている。

一方、図４（ｂ）に示した変形例は、舶用推進機構２及びプロペラ動力計３を支持する支柱４とは別に台車１３に接続された支持部材５１により、制波体５を支持するようにしたものである。具体的には、支持部材５１の上端は台車１３に接続され、支持部材５１の下端に制波体５が接続されており、支柱４は制波体５に接続されている。したがって、制波体５は台車１３により支持されている。制波体５は、支柱４と一体に形成してもよいし、端部にボルト等の固定具により固定してもよいし、支柱４に沿って上下移動可能に配置して所望の位置でボルト等の固定具により位置決めできるように構成してもよい。また、支柱４は、制波体５と一体に形成してもよいし、ボルト等の固定具により制波体５に固定してもよいし、制波体５に対して上下移動可能に配置して所望の位置でボルト等の固定具により位置決めできるように構成してもよい。

支持部材５１の本数や配置は任意に設定することができる。例えば、性能試験装置１が、舵６を有する場合には、制波体５の下流側が重くなり易いことから、制波体５の下流側にも支持部材５１を配置するようにしてもよい。また、制波体５を支柱４に接続した場合であっても、制波体５と台車１３とを接続する支持部材５１を配置するようにしてもよい。さらに、図示しないが、支柱４及び制波体５の両方を台車１３に接続し、それぞれ個別に台車１３により支持するようにしてもよい。このとき、制波体５には、支柱４を挿通する開口部を形成しておくようにしてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、舶用推進機構２、プロペラ動力計３及び制波体５を台車１３により走行させずに、水槽１１上に固定した状態で水槽１１内に一様流の水流を形成するように水を送流又は循環させるようにしてもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 性能試験装置
２ 舶用推進機構
３ プロペラ動力計
４ 支柱
５ 制波体
６ 舵
７ 荷重センサ
１１ 水槽
１２ レール
１３ 台車
２１ プロペラ
５３ 窓部

Claims (6)

1. 少なくともプロペラを有する舶用推進機構と、少なくとも前記プロペラに伝達されるトルク及び前記プロペラによって発生した推力を計測するプロペラ動力計と、該プロペラ動力計を支持する支柱と、を有する舶用推進機構の性能試験装置において、
   前記プロペラ動力計は、前記プロペラの上流側に配置されており、
   少なくとも前記支柱から前記プロペラまでの上部を覆うとともに水面に配置される制波体を有する、ことを特徴とする舶用推進機構の性能試験装置。
2. 前記制波体は、先端が尖った形状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の舶用推進機構の性能試験装置。
3. 前記制波体は、横幅が前記プロペラの直径以上の大きさである、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の舶用推進機構の性能試験装置。
4. 前記制波体は、前記プロペラの上部に形成され水中を透視可能な窓部を有する、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の舶用推進機構の性能試験装置。
5. 前記制波体に接続されるとともに前記プロペラの下流側に配置される舵と、該舵の水流から受ける流体力を計測する荷重センサと、を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の舶用推進機構の性能試験装置。
6. 前記舶用推進機構を没水可能な水槽と、該水槽の上部に配置されたレールと、該レール上を走行可能な台車と、を有し、前記制波体は、前記台車により支持されている又は前記台車に接続された前記支柱により支持されている、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の舶用推進機構の性能試験装置。