JP2547321B2 - 船舶プロペラの回転抵抗の低減方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスを船舶プロペラに対して供給または形
成することによって、プロペラの回転抵抗を低減する方
法に係る。本発明はまた、ガスを船舶プロペラに対して
供給または形成することによってプロペラの回転抵抗を
低減するシステムにも係る。

（従来の技術） 船が氷の中を前進する時、プロペラの回転抵抗、すな
わちプロペラの運動方向に対して反対向きのトルクが大
きくなり、プロペラの回転速度が低下する。この時氷が
船の航行速度を低下させると共に氷片がプロペラの中に
入り込む。機関の最大出力を得るために強力なディーゼ
ル機関を用いた場合でも、プロペラと連結したディーゼ
ル機関の回転速度が低下しないことがやはり重要であ
る。

先行技術では船舶にピッチ制御式プロペラを用いて、
プロペラ羽根のピッチ角を小さくすることによって回転
抵抗を低減する方法が周知である。しかしピッチ制御式
プロペラは高価である上、ハブが大型になることから損
失も生じる。その強度と信頼性から見た場合、氷も問題
になって来る。特に不都合なのは、氷の中を航行中にプ
ロペラのピッチを小さくした場合、前方から来る氷に対
して羽根がほぼ横方向に向くことになり、羽根にかかる
氷の荷重が大きくなると共に、羽根が最も弱い方向に作
用する。同時に羽根と羽根の間の空隙が非常に小さくな
り、氷片を細かく砕かなくてはプロペラ羽根の間を通せ
ないような状態となる。このため、船体に強い振動が生
じる結果となる。

先行技術ではまた、例えば電気式・油圧式機械式等の
高価な動力伝達システムを用いることにより、機関とプ
ロペラの回転速度比を変更できるようにする方法も周知
である。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の方法あるいは装置にあっては、シス
テムが大型・高価になると共に動作の信頼性も低かっ
た。

本発明の目的は、氷中航行する船舶のプロペラにおけ
る回転抵抗を低減することであり、これにより、氷中航
行に可変伝達比を有する動力伝達システムやピッチ制御
式プロペラの必要性を無くすこと、あるいはピッチ制御
式プロペラを用いた場合はその制御効果を強化すること
にある。

（問題点を解決するための手段） ところで、船舶プロペラに対して空気その他のガスを
送ることによって、キャビテーションから来る騒音、腐
食等の障害を低減できることは周知である。キャビテー
ションによって生じる蒸気の泡を除去した場合は強力な
圧力衝撃が生じる。しかしプロペラに吹きつけられるガ
スの泡は圧力が上昇しても無くならず、穏やかに小さく
なるだけであるため、圧力衝撃が防止される。スーパー
キャビテーション式プロペラを設けた高速モータボート
やその他の高速ボートでは、プロペラに対して空気また
は排気ガスを送ることも周知である。この時のガスの機
能は、キャビテーションを減少する他、グライディング
ボートまたはプレーニングボートにおいてプレーニング
段階とボートが排水段階からプレーニング段階にまだ達
しない段階との間で比較した場合のプロペラの差動水抵
抗を補償することである。

耐氷船舶および耐氷船級として建造された船舶はこの
ようなボートより相当重く、またプロペラ羽根が厚くな
っており、重い荷重に耐えるよう設計されている。これ
に対して高速モータボートのスーパーキャビテーション
式プロペラは全く異なる様式で設計される。氷中航行を
予定される船舶の場合、速度対喫水線長の比率を表わす
フルード数が0.5以下であるのに対し、プレーニング型
高速モータボートの場合はこれが1.0以上となる。

この他、船体周辺の水の中に空気を吹込む方法も周知
である。この吹込みによって垂直流を生じ、それによっ
て船体面から氷を持上げるのと同時に、プロペラから離
脱する方向に氷を送る。しかしこのシステムではプロペ
ラの動作上障害になるという考えから、プロペラに対し
て空気を吹付けることはしていない。またプロペラの回
転速度または抵抗に応じて空気供給量を制御することも
していない。

本発明は、船舶が氷中航行するとき、そのプロペラに
対してガスを制御して供給することにより、前記プロペ
ラの回転抵抗を低減する方法であって、 船舶が氷によって減速を強いられたり、氷片または氷
塊がプロペラに衝突することによって、プロペラの回転
抵抗の増大と回転速度の減速の両方またはいずれか一方
を低減するために、ガスが、プロペラの吸引側に供給さ
れており、プロペラの回転抵抗が氷によって引き起こさ
れて変化するとき、前記ガスの供給を制御することを特
徴としている。

また、プロペラの回転抵抗を低減する本発明の装置
は、ガスを制御してプロペラに供給するように船舶に取
付けられ、１つまたは複数のガス供給口がプロペラの付
近に配置されており、ガスは、プロペラの吸引側に供給
され、このガス供給量が氷によって引き起こされるプロ
ペラの回転抵抗に従って調整されることを特徴としてい
る。

（作用） 本発明によると、プロペラの回転抵抗の低減を簡単な
方法で有効に、しかも安価に行なうことができる。プロ
ペラにガスを送ることによって、プロペラの水抵抗を、
例えば約50％低減することができる。同時にプロペラに
よるスラストおよびプロペラを通過する水量が低減され
ることにより、水と一緒にプロペラへ運ばれて来てプロ
ペラに抵抗を生じる氷の量も減少する。この場合、氷の
抵抗の低減という副次的利点も達成されるのである。

なんとなれば、本発明によりプロペラにガスを送る
時、吸引側にあるプロペラ羽根の面の大部分をガスで覆
うことが重要である。ガスの泡によって、羽根の吸引面
が水や氷と接触するのを防止すると共に、負の圧力を低
減することによって、プロペラの抵抗を小さくする。抵
抗を下げる途中で、ガスの泡も形成され始めたばかりの
初期制御段階においては、プロペラに対して十分な量の
ガスを送る必要がある。その量はプロペラを通過する水
量の少なくとも0.5％、できれば少なくとも１％とす
る。それより大量のガス、例えば２％のガスを必要とす
る場合もある。したがって、ガスの供給量は、約0.5％
〜２％程度とする。供給し終わってもガスは羽根と接触
したままとなり、ガスの供給量をプロペラから逃げるガ
スの量と等しいところまで下げることができる。この段
階において適当なガスの供給量は、当初の必要量のおそ
らくは半分位かそれより少ない場合もあろう。

プロベラに対するガスの供給は、例えば船舶の駆動機
関の動力調整装置が動力の増大巾にある限界を超えた時
に開始されるように構成することができる。また、プロ
ペラの回転速度を測定する検出器によってガス供給を制
御し、回転速度が低くなって来た時に供給を開始するよ
うに構成することもできる。検出器にプロペラのトルク
を測定させることもでき、その場合はトルクが増加する
とガス供給が開始される。その他の種類の検出器、例え
ば氷の接近を監視する検出器等も考えられる。プロペラ
に対してガスを高速に送ることができ、かつその効果の
停止も高速に行なえるようにするために、ガスの供給地
点をできるだけプロペラに近くする必要がある。

ガスの供給は船舶の１つまたは複数の主プロペラに対
してのみ行なっても良いし、操舵用プロペラに対しても
行なうようにしても良い。この時、主プロペラというの
は船舶の最大プロベラの少なくとも半分のパワーを有す
る全てのプロペラを意味する。操舵用プロペラのパワー
はこれより低くなっている。

（実施例） 次に添付図面を参照しながら、本発明およびその詳細
について、より細かく説明することにする。

第１図の実施態様では、配管系２が船体１の船尾部分
に、プロペラ３の正面と裏面に空気等のガスを送るよう
に配設されている。配管系には空気量制御弁４が設けら
れている。プロペラ前部に空気を送る管はプロペラの
他、船の船尾材５の裏面、およびシューピース15の上面
において複数のガス供給口を備えている。プロペラ３か
らこれら複数のガス供給口までの距離は、プロペラ直径
の約１〜４倍の範囲にある。後退時にプロペラの後側に
空気を送る管が方向舵６の前縁部において開口してい
る。配管系の中に空気を供給するために、ファン７また
はコンプレッサが配管系に設けられる。圧縮空気槽16も
設けることができる。プロペラは水位WLより完全に下に
なるように配置する。船が前進して、氷があるためにプ
ロペラの回転抵抗を下げる必要のある時、空気をプロペ
ラ前方、すなわちプロペラの吸引側に送る。

第２図は機関（駆動エンジン）17のスーパーチャージ
ャーから空気を受けるようにした実施態様を示してい
る。機関の運転パワーが増大すると、スーパーチャージ
ャーは機関に対してより多くの過給用空気を与えようと
するが、回転速度が低下するに従がって機関はこれを使
用できなくなる。

第３図と第４図は空気の通路に関する解決策を示した
ものである。空気管がプロペラ３の主軸８を通ってプロ
ペラハブ９に入っており、ハブから穿孔10が各々の羽根
に通っている。各穿孔から羽根面に開口部11が開口して
いる。

第５図と第６図は本発明をノズルプロペラと関連させ
た適用例を示したものである。船体１に固定したノズル
12がプロペラ３を取囲んでいる。空気はノズルの中に通
す。開口部13がノズルからプロペラ前方に、開口部14が
プロペラ後方に開口している。

第７図は浅い所での航行に適するトンネル型船尾を備
えた船舶に本発明を適用した例を示す。船舶の船尾にお
いて、船底がブロペラの上方で上向きに湾曲しており、
船舶を取巻く水位WLの上方でプロペラに面して閉塞空間
15が形成されており、プロペラ３は部分的にその閉塞空
間の中に延びている。配管系２からこの空間内に空気を
送ると、プロペラ羽根がその空気を水位の下まで一緒に
運び込んで行く。空気は直接外気から取ることもでき
る。閉塞空間内に負の圧力があるため、弁４を開放する
と外部圧力源を用いなくても配管系２から空間内へ空気
を吸引できるためである。

本発明は上に挙げた実施態様のみに制限されるもので
はなく、特許請求の範囲の中でいろいろに変化させるこ
とができる。プロペラに送るガスも空気の代わりに他の
ガス、例えば船舶の駆動機関からの排気ガスとすること
もできる。また、そのガスを所望個所へ送るために、開
口部の代わりに適当な形状の溝を用いることもできる。
船体から突出した部分にガス供給口を設け、この突出部
からのガスによって、プロペラに付着しようとする氷片
を離す方向に導いたり、水をプロペラの方へ誘導するこ
ともできる。船舶に操舵用プロペラが回転式支持体の上
に装着して設けられている場合、ガス供給点をこの支持
体上に配置しても良い。

ガス供給の制御は自動的または手動で行なうことがで
きる。ガス供給はガスそのままで行なっても良いし、あ
るいはガスと液体の混合物として行なっても良い。ガス
またはガスと液体の混合物が固体物質に粒子を含ませて
も良い。ガスの泡は、プロペラまたはその近辺に水中で
ガスを生成する化学物質を供給することによって形成す
ることもできるし、また電流を水中に通して水を分解す
るなどの物理的手段によって形成することもできる。

（発明の効果） 以上説明したことから、本発明は、氷中航行する船舶
が氷によって減速を強いられたり、氷片または氷塊がプ
ロペラに衝突する際に、プロペラの回転抵抗の増大と回
転速度の減速が生じるのに伴って、空気等のガスが、プ
ロペラの吸引側、すなわち、船の前進時にはプロペラの
前側、また船の後退時にはプロペラの後側に供給され
て、プロペラ全体の表面を覆うように空気の層が形成さ
れるので、氷がプロペラに接触することを妨げられ、プ
ロペラの回転に抗する力は、プロペラ自体に対してより
も、空気の泡に吸収されることによって、プロペラの回
転抵抗を低減することができる。

また、本発明では、そのガス供給量を制御することに
より、プロペラの回転抵抗を適切に低減し、氷中航行す
る船舶を安定した速度で運行させることができる。

また、小型で設置スペースも小さくて済むので応用範
囲が広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した船舶の船尾の側面図である。 第２図は本発明の第２実施態様を用いた船舶船尾の側面
図。 第３図は本発明により船舶に使用するプロペラの実施態
様を示す側面図。 第４図は同じプロペラを正面から示した垂直断面図。 第５図は本発明により船舶に使用するノズルプロペラの
側面図であり、ノズルを断面で示す。 第６図は第５図のＡ−Ａ線に沿う断面図。 第７図は本発明を適用したトンネル型船尾を備えた船舶
船尾の略側面図。 １……船舶、２……配管系、３……プロペラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−47792（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−111392（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−87695（ＪＰ，Ａ) 西独国特許3129232（ＤＥ，Ａ) 実願 昭57−138799号（実開 昭59− 42796号）の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム （ＪＰ，Ｕ) 実願 昭54−129348号（実開 昭55− 43996号）の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム （ＪＰ，Ｕ)

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】船舶（１）が氷中航行するとき、そのプロ
   ペラ（３）に対してガスを制御して供給することによ
   り、前記プロペラの回転抵抗を低減する方法であって、 船舶が氷によって減速を強いられたり、氷片または氷塊
   がプロペラに衝突することによって、プロペラの回転抵
   抗の増大と回転速度の減速の両方またはいずれか一方を
   低減するために、ガスが、プロペラの吸引側に供給され
   ており、 プロペラ（３）の回転抵抗が氷によって引き起こされて
   変化するとき、前記ガスの供給を制御することを特徴と
   する方法。
2. 【請求項２】ガスの供給は、プロペラの主軸（８）の回
   転速度またはトルクを測定する検出器によって制御され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。
3. 【請求項３】プロペラ（３）に近付く氷を検出する１つ
   の検出器を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。
4. 【請求項４】ガスは、プロペラ（３）の表面上に供給さ
   れ、このプロペラ（３）の吸引側の羽根表面の大部分
   が、ガスによって覆われることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】回転抵抗を減少させるためには、プロペラ
   （３）に対して供給されるガスの体積流量を、フルパワ
   ー時にプロペラ（３）を通過する水の体積流量の少なく
   とも0.5％〜２％とすることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】プロペラ（３）に供給されるガスが空気ま
   たは排気ガスであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第５項のいずれかに記載の方法。
7. 【請求項７】コンプレッサ、ブロワ、圧縮空気槽（1
   6）、駆動エンジン（17）のスーパーチャージャー、ま
   たはプロペラ（３）の吸引によって空気が、プロペラ
   （３）に供給されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第６項のいずれかに記載の方法。
8. 【請求項８】化学的手段または電流等の物理的手段によ
   って、プロペラ（３）またはその近辺にガスを形成する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項の
   いずれかに記載の方法。
9. 【請求項９】船舶（１）のプロペラ（３）および低出力
   の操舵用プロペラの両方にガスが供給されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
10. 【請求項１０】船舶（１）が氷中航行するときのプロペ
    ラ（３）の回転抵抗を低減する装置であって、この装置
    は、 ガスを制御して前記プロペラ（３）に供給するように船
    舶に取付けられ、１つまたは複数のガス供給口がプロペ
    ラ（３）の付近に配置されており、 ガスは、プロペラ（３）の吸引側に供給され、このガス
    供給量が氷によって引き起こされるプロペラ（３）の回
    転抵抗に従って調整されることを特徴とする装置。
11. 【請求項１１】１つまたは複数のガス供給口は、その位
    置からガスを水の流れとともにプロペラ（３）に向かっ
    て供給する位置に設けられ、かつプロペラからガス供給
    口までの距離が、プロペラ直径の約１〜４倍の範囲にあ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の装
    置。
12. 【請求項１２】プロペラ（３）の羽根および／または羽
    根の根元および／またはプロペラハブ（９）に空気が供
    給される複数の開口部（11）を備えていることを特徴と
    する特許請求の範囲第10項に記載の装置。
13. 【請求項１３】ガス供給口が、プロペラ（３）の前方の
    船体または船尾（５）、あるいはプロプロペラ下部の船
    舶のシュービース（18）上の両方またはいずれか一方に
    配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第11項
    に記載の装置。
14. 【請求項１４】ガス供給口が、プロペラの主軸（８）の
    固定または可動支持体上に配置されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第11項に記載の装置。
15. 【請求項１５】ガス供給口が、プロペラ（３）を取り囲
    むノズル（12）に配置されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第11項に記載の装置。
16. 【請求項１６】ガス供給口が、船舶（１）の船体から突
    出する部分に配置されており、この突出部からのガスに
    よって、プロペラ（３）に付着しようとする氷片を離す
    方向に導くことを特徴とする特許請求の範囲第11項に記
    載の装置。
17. 【請求項１７】船舶（１）を後退させるために使用する
    ガス供給口が、プロペラ（３）の後方の方向舵（６）上
    に置かれていることを特徴とする特許請求の範囲第11項
    ないし第16項のいずれかに記載の装置。
18. 【請求項１８】プロペラ（３）が、トンネル型船尾に設
    けられ、このプロペラの一部分が船舶（１）の喫水線
    （WL）の上にあって船底下部にある閉塞空間（15）に露
    出しており、この前記閉塞空間（15）にガスを供給する
    ための手段（2,4）が設けられていることを特徴とする
    特許請求の範囲第10項に記載の装置。
19. 【請求項１９】プロペラの主軸（８）の回転速度または
    トルクを測定する検出器は、ガスの供給を制御するよう
    に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第10
    項に記載の装置。
20. 【請求項２０】検出器は、プロペラ（３）に接近する氷
    を検出するために設けられていることを特徴とする特許
    請求の範囲第10項に記載の装置。