JP2017154576A - 横軸ロータ並びにそのロータを備えた舟艇 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ブレードで流体を押し出すのではなく、ブレードの回転により生じるコアンダ効果に伴う高速流を背面方向へ流し、反作用で推進力を得る、小動力で回転効率の高い横軸ロータを提供することを目的としている。【解決手段】 揚力型ブレード１において、受流方向の正面３Ｄを、弦方向で大きな弧状の膨出面とし、放流方向の背面３Ｅを正面３Ｄの膨出より小として、回転時に正面の弦方向に沿って後縁３Ｇ部から背面３Ｅ方向に通過する高速流を推進力となるようになっている。【選択図】 図１

Description

本発明は、横軸ロータ並びにそのロータを備えた舟艇に係り、特に揚力型ブレードの受流面を大きく膨出させ、かつ翼端を受流面方向へ傾斜させた横軸ロータとそのロータを備えた舟艇に関する。

翼端を受流方向に傾斜させたブレードは、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００７−１２５９１４号公報

前記、特許文献１に記載のようなロータブレードでは、例えば船舶の推進機に使用すると、ブレードで水を力で押出すので、水の抵抗に勝つための動力の大なトルクを必要とする。
本発明は、ブレードで流体を押し出すのではなく、ブレードを回転させることによって、ブレードの周面に沿って移動する流体が、ブレードの形状によって自然に生じるコアンダ効果による高速流のもたらす水圧の差により、推進流を生じさせるロータを提供することを目的としている。

本発明の具体的な内容は、次の通りである。

（１）揚力型ブレードにおいて、受流方向の正面を、弦方向で大きな弧状の膨出面とし、放流方向の背面を正面の膨出より小として、回転時に正面の弦方向に沿って後縁部から背面方向に通過するコアンダ効果による高速流を推進力となるようになっている横軸ロータ。

（２）前記揚力型ブレードは、翼根部における放流方向の背面が、弦方向で直線状かつ回転方向へ平行で、翼根部から最大弦長部へかけて、背面は後縁部から前縁部へかけて正面方向へ次第に大きく傾斜される前記（1）に記載の横軸ロータ。

（３） 前記揚力型ブレードは、側面視で、翼根部から翼端部へかけて次第に厚さを薄くし、かつ正面は、翼根部から翼端部へかけて、背面方向へ次第に傾斜している前記（1）または（2）に記載の横軸ロータ。

（４） 前記（1）〜（3）に記載の横軸ロータを、舟艇に配設されたロータ筐体のロータ軸に、ブレードの傾斜部の先端を船首方向に向けて装着する横軸ロータを備えた舟艇。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の発明は、背面は平坦で、正面は翼断面状に膨出しているので、回転に伴い、ロータ軸方向にある正面に、コアンダ効果による高速流が生じ、弦方向の後縁から、背面方向へ通過し、反作用としてロータ軸方向へ推力が生じる。
回転に伴い、正面に沿う流体は傾斜部方向に集合し、傾斜部における正面の膨出面に生じるコアンダ効果により、更に高速となって、背面方向へ通過し、反作用として、ロータ軸方向への推力となる。

前記（2）に記載の発明は、揚力型ブレードは、翼根部における背面が、弦方向で直線状で、迎角ゼロの翼根部から最大弦長部にかけて、迎角を次第に大となっているので、翼端部分で流体を押しやって推力とするが、押しやる流体量よりも正面に沿って高速で流動する量が大なので動力を小とすることができる。

前記（3）に記載の発明は、揚力型ブレードは、側面視で、翼根部から翼端部へかけて次第に厚さを薄くし、かつ正面は、翼根部から翼端部へかけて、背面方向へ次第に傾斜しているので、回転時の抵抗は小さく、正面に沿う流体は、翼端方向へ移動しやすく、翼端の傾斜部に集合する流体は、コアンダ効果により高速となって、後縁から背面方向へ流動して、反作用として推進力を生む。

前記（4）に記載の発明は、舟艇に配設されたロータ筐体のロータ軸に、ブレードの傾斜部の先端を船首方向に向けたロータを装着するので、ロータが回転するとブレードの受流面である正面を弦方向にコアンダ効果で移動する高速流は、後縁から放流方向である背面に抜けて、反作用として推進力となる。

本発明の横軸ロータの一実施形態の正面図である。 図１における１個のブレードの後縁側から見た側面図である。 図１における１個のブレードの平面図である。 図１におけるＥ−Ｅ線横断平面図である。 図１におけるＤ−Ｄ線横断平面図である。 図１におけるＣ−Ｃ線横断平面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線横断平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線横断平面図である。 本発明の横軸ロータを備えた舟艇の側面図である。 図９における横軸ロータの一部破断面を示す側面図である。

以下本発明の１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の横軸ロータ（以下単にロータという）の上流側（受流側）となる正面図で、この正面３Ｄは、例えば船舶の船尾と対面し、飛行機では気流を受ける受流面となる。

ロータ１は、ハブ２の周面に複数（図では５枚）の揚力型ブレード（以下単にブレードという）３、３が配設されている。
ブレード３は、翼根部３Ａから翼端部へかけて次第に弦長を大として、最大弦長部３Ｂは、回転半径の45〜50％と広く設定されている。

ブレード３の側面形は、図２に示すように、翼根部３Ａから翼端部へかけて次第に厚みを薄くし、上流側の正面３Ｄは、翼根部３Ａから翼端部へかけて次第に下流方向（放流側）へ傾斜している。

最大弦長部３Ｂより先端は傾斜部３Ｃとされ、図２に示すように、上流側（受流側）へ30〜45度の角度で傾斜している。
また平面は、図３に示すように、背面３Ｅの最大弦長部３Ｂを基点として、直交方向（Ｘ矢示）へ傾斜している。

ブレード３の下流側となる背面３Ｅは、平坦面とされ、図３〜図８に示すように、翼根部３Ａでは回転方向に対して迎角ゼロで、翼端部へかけて次第に迎角を付けてある。

上流側となる正面３Ｄは、図４〜図８に示すように、弦の中央部分が上流側（図のロータ軸方向）へ膨出している。この膨出の度合いは、例えば先端付近では弦長の15％程度でもよいが、最大で弦長の30％まで厚くしてもかまわない。

図４における翼根部３Ａでは、ブレード３の強度の点で、弦長に対する厚さは図面の上では約66％であるが、それより厚くてもかまわない。
翼端部にかけて、厚さは次第に薄くなっている。図７における最大弦長部３Ｂの部分では、厚さは弦長の約17％と薄くなり、傾斜部３Ｃへかけて更に薄くなっている。

ブレード３が回転すると、膨みの大な正面３Ｄを、弦方向へ通過する流体は、コアンダ効果によって高速となって通過する。これは膨らみのない背面３Ｅを通過する流体の速度よりも早くなり、流速が周囲よりも早い流体は、その密度が粗くなり、周囲よりも圧力が低下する。

圧力が低下した流体には、周囲から常圧の流体が集合して、結果として流体圧が高まり、翼端部方向へと移動し、傾斜部３Ｃに集合して当り、傾斜部３Ｃにおける膨らみのある正面３Ｄを、弦の後縁３Ｇ方向へ通過し、反作用として推進力となる。

図５において、正面３Ｄを後縁部３Ｇ方向へ抜ける流体は、Ｄ矢示方向へ流れ込むが、背面３Ｅは回転方向に対して迎角がほとんどないので、背面３Ｅに沿って流れる流体は、最大弦長に近い部分において、押された流体が推力となる。

図６において、正面３Ｄの弦方向に沿って、後縁３Ｇ方向へ流れる流体は、Ｃ矢示方向へ流れこむ。背面３Ｅによって押出される流体は、ｃ矢示方向へ押出されるが、その量は正面３Ｄに沿う水量の比ではない。

図７において、最大弦長部３Ｂの正面３Ｄに沿う流体は、Ｂ矢示方向へ高速で流動する。このＢ矢示方向は、図６のＣ矢示方向よりも、ロータ１の軸心線Ｓから離れる方向へ開いている。これは、その反作用として、ブレード３を回転方向へ回転させる作用がある。

図８は、傾斜部３Ｃにおける横断面を示す。図８において傾斜部３Ｃは、正面３Ｄの前方向（ロータ軸方向）に傾斜している。その正面３Ｄは図示のように、大きく膨らみを持っているので、回転に伴い、傾斜部３Ｃの正面３Ｄで弦方向に沿って後縁３Ｇら背面３Ｅ方向へ、コアンダ効果により高速で通過する流体は、Ａ矢示方向へ通過し、反作用として推進力となる。

この最大弦長部３Ｂに集合する一定時間内の流体の量は、回転に伴い遠心力その他、流体圧の変化によって、翼根部３Ａ方向から寄り集まってくる流体なので、相当大な反作用、すなわち、ロータ１の回転速度を高め、かつロータ軸４方向へ大な推力をもたらす。

この図４〜図８で明らかなように、このロータ１が船舶の水中の推進機に使用されるとき、従来のスクリュのように、ブレード３で水を押し出すということでないので、水の抵抗に対する力による押しのけという作用は生じない。

すなわち、ブレード３は、図２に示すように、翼根部３Ａよりも翼端部の厚さが薄いので、回転抵抗は大とならない。ブレード３の回転時において、翼根部３Ａでは、回転周速が小なので、前縁３Ｆの厚さが厚くても抵抗になりにくい。

回転周速の早い翼端部分では、魚の半身のように、前縁部３Ｆおよび後縁部３Ｇは尖っており、正面３Ｄの中間へかけて次第に厚さが増しているので、回転時の前縁３Ｆに対する相対流は、正面３Ｄにおける最大の厚さ部分を弦方向へ通過すると、コアンダ効果によって高速で通過し、抵抗にならない。

このように、このロータ１は、ブレード３で水を下流方向へ押しのけるのではなく、ブレード３の回転により、弦方向に生じた、相対流が正面３Ｄにおいて、コアンダ効果に伴う高速水流となって、後縁部３Ｇから背面３Ｅ方向へ通過して、その反作用として推力を得るものである。

その結果、力で水を押し出すのではないので、大な動力を必要としない。ブレード３の回転によって自然に生じるコアンダ効果を利用するので、ブレード３が回転すれば、コアンダ効果は自然に生じ、正面３Ｄに沿う流体の流速が、背面３Ｅに沿う流体よりも早ければ、高速流は背面３Ｅ方向へ自然に通過する。

図９は、本発明のロータ１を、舟艇５の水上の推進機に搭載したもので、図10はロータ筐体７の一部破断面を示す側面図である。舟艇５の後甲板上に、支持体６を介して、ロータ筐体７が水平に取付られている。ロータ筐体７内には、原動機８およびクラッチ９を連結したロータ軸10が支持され、ロータ軸４の先端にロータ１が配設されている。

ロータ軸４の前端部分は、クラッチ９を介して、原動機８に連結され、原動機８により、ロータ１が回転させられるようになっているが、クラッチ９の接続を解除すると、ロータ１は風力によって回転する。ブレード３の枚数は、２枚〜６枚の範囲内で任意に設定する。

ロータ軸４の回転数は、ロータ筐体７内に設けた計速器10で計測され、その計測値は、自動制御器11に入力されるようになっている。
原動機８に入力し、クラッチ９を接続させると、ロータ１は原動機８により回転する。

ロータ１の回転に伴い、ブレード３により気流が、図９におけるＦ、Ｆ矢示方向へ放流されると、舟艇５は推進力を得て前進する。
すなわち背面３Ｅ方向の軸心方向に向って集中するので、推進力は大となる。

回転速度の高まったロータ１は、推進力を更に高める。これにより、僅かな補助動力を加えることにより、強力な推進力を得ることができる。このロータ１は、水中のスクリュウとして利用することもある。

小動力で回転することにより、ブレードの受流面の弦方向に生じるコアンダ効果による高速流を、後縁から背面方向へ通過させて、その反作用で推進力を得ることができるので、小型舟艇などの推進機として利用される。

１．横軸ロータ
２．ハブ
３．揚力型ブレード
３Ａ．翼根部
３Ｂ．最大弦長部
３Ｃ．傾斜部
３Ｄ．正面（上流側）
３Ｅ．背面（下流側）
３Ｆ．前縁部
３Ｇ．後縁部
４．ロータ軸
５．舟艇
６．支持体
７．ロータ筐体
８．原動機
９．クラッチ
10. 計測器
11.自動制御器
Ａ〜Ｆ．流体の流れる方向
Ｓ．回転軸心線

Claims (4)

1. 揚力型ブレードにおいて、受流方向の正面を、弦方向で大きな弧状の膨出面とし、放流方向の背面を正面の膨出より小として、回転時に正面の弦方向に沿って後縁部から背面方向に通過するコアンダ効果による高速流を推進力となるようになっていることを特徴とする横軸ロータ。
2. 前記揚力型ブレードは、翼根部における放流方向の背面が、弦方向で直線状かつ回転方向へ平行で、翼根部から最大弦長部へかけて、背面は後縁部から前縁部へかけて正面方向へ次第に大きく傾斜されることを特徴とする請求項１に記載の横軸ロータ。
3. 前記揚力型ブレードは、側面視で、翼根部から翼端部へかけて次第に厚さを薄くし、かつ正面は翼根部から翼端部へかけて、背面方向へ次第に傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸ロータ。
4. 前記請求項１〜３に記載の横軸ロータを、舟艇に配設されたロータ筐体のロータ軸に、ブレードの傾斜部の先端を船首方向に向けて装着することを特徴とする横軸ロータを備えた舟艇。
   
   
   

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