JP3167085U - 推進装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボラード状態におけるスラストの向上と航走時における推進効率の向上を図ることができるノズルプロペラを提供する。【解決手段】スクリュープロペラ11と、該スクリュープロペラを囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズル12とを備えて推進装置10を構成する。さらに、前記ノズルの断面形状において、最大キャンバーの位置が、前縁からコード長の30%〜60%の間にあり、かつ、キャンバーの最大値が、コード長の3.0%〜9.0%の範囲内の値であり、かつ、最大厚さの位置が、前縁からコード長の20%〜40%の間にあり、かつ、厚みがコード長の15%〜24%の範囲内の値であるように構成する。【選択図】図12
Description
本考案は、曳船、トロール船等の作業船で、推進器荷重が大きく、大きな推力を必要とする船舶に装備される推進装置に関する。
曳船、トロール船等の作業船で、推進器荷重が大きく、大きな推力を必要とする船には、スクリュープロペラを囲んで、横断面が翼形の断面形状をしたノズルが設置され、そのノズルとスクリュープロペラが発生する推力を利用した推進装置が採用されている。このノズル付きの推進装置(ノズルプロペラ)は、特に低速域で大きな推進力を必要とされる船舶で使用されており、また、最近では、肥大船にも採用されており、満載時、バラスト時の両方で、約6%〜7%の推進効率の向上が得られている。
このノズルは翼形の断面形状をしていて揚力に基づく推力を発生する。この断面形状では、断面形状の最先端を「前縁」、最後端を「後縁」といい、この前縁と後縁を結ぶ線分を「コード(翼弦)」といい、また、その長さを「コード長(翼弦長)」という。断面形状の厚さ方向の中心を通る中心線を「キャンバーライン(矢高曲線)」といい、コードからキャンバーラインまでの高さを「キャンバー(そり)」という。また、コード又はキャンバーラインに垂直に測った厚さを「厚み」という。また、プロペラ中心軸方向と翼弦とがなす角度を「ノズル開き角」といい、ノズルに作用する流体力において、ノズルに当たる流体の流れ方向の成分を「抗力」、流れに垂直な方向の成分を「揚力」という。
そして、図12に示すように、このノズル12は、翼形の断面形状の背面(back)Fbを内面に、圧力面(正面:ピッチ面:face)Fpを外面にしたリング状体で形成され、スクリュープロペラ11を囲んで配置される。そして、図13に示すように、ノズル12に流入する流れの方向(流速Vの方向)に対して、断面形状が最適な迎え角αを持つように形成して、この断面形状に起因してノズル12が発生する揚力FLの進行方向(スクリュープロペラの軸心方向)Xの成分FLxを、抗力FDの進行方向成分FDxよりも大きくして、この差から推進力(T=FLx−FDx)を得ている。
一方、従来のノズルプロペラの断面形状としては、図1に点線Aで示すような、外面側(外周面側)に直線部分を持ち、工作性の面で優れているノズル19Aと呼ばれる断面形状が使用されている。このノズル19A断面形状では、図2に点線Aで示すように、最大キャンバーの位置が、前縁からコード長の25%の位置にあり、かつ、キャンバーの最大値が、コード長の5.5%の値であり、かつ、厚みがコード長の16.7%の値であり、形状としては図1の点線Aの形状に固定されている。従来、ノズルプロペラのノズル形状はほとんどこの形状が用いられていた。
このノズルに関しては、スクリュープロペラのある船尾部分の流場を考慮した様々な改良がなされてきており、推進力の向上に大きく寄与して来ている。
その一つとして、ノズルの前部内面をスクリュープロペラの軸中心線に対して軸対称に構成し、後部内面は、後方に昇傾斜した直線に軸対称に構成し、外面を前方へ降傾斜した直線に軸対称に構成し、スクリュープロペラ翼の先端が前部内面と後部内面との境界線よりも前方に位置させて、推進効率の向上と製作の簡易化を図った船舶推進用ノズル装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、ノズルの後端より後方に延びるフラップを、ノズルの全周に亘って、複数個並べて配置し、航行の状態に応じてフラップの角度を調整することにより、キャビテーションの発生を防止して推進性能の低下を抑える船舶用推進装置が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
一方、考案者らは、ノズルにおけるこれらの改良も重要であるが、船が静止時に対象物を引く力であるボラードスラスト(陸岸曳引力)、航走時のノズル抵抗、航走時の推進効率等に関して、更なる向上を図るためには、ノズルが発生する推力を大きくするようノズルの断面形状自体を見直す必要があると考えた。
そのため、本考案者らは、次のアイデアに基づいて、新しい断面形状を持つノズルの開発を試みた。この開発の一環として、ノズル19A断面形状の従来技術のノズルにおいて、ノズル周りの流れをCFD(Computational Fluid Dynamics :計算流体力学) 計算や実験で可視化すると、図7に示すように、断面形状Aの外面の前縁部分Aaに性能の低下の一因となる剥離領域があることが分かった。また、図8と図9に示すようにプロペラ前方のノズル内面の負圧領域がノズルの推力を発生させていることも判明した。このため、ノズル外面での剥離領域が無くなるように、また、ノズル内面での負圧を大きくしその領域を大きくさせるよう、ノズルの断面形状の構成要素のキャンバー、前縁形状、後縁形状等とノズル開き角の最適化を図る。
また、航走時のノズルの抵抗が航走時の推進効率に大きく影響するので、航走時のノズルの抵抗を低減できるように、断面形状及びノズル開き角を最適化する。
更に、従来技術のノズル19A断面形状は直線部分が多く工作性の面で優れているので、その工作性を損なわないように、可能な限り直線部分を多くする。
これらのアイデアを基に、理論計算で概略の断面形状の絞り込みを行った後、CFD計算で、流速分布や圧力分布を求め、推進力や抵抗を推定しつつ、前縁及び後縁の剥離部分が減少するように、断面形状及びノズル開き角の最適化を行った。また、この最適化の過程で、ノズルの模型を作製し、スクリュープロペラとノズルを用いた水槽試験を行って、ノズルの性能を検証することにより、新しい断面形状及びノズル開き角を持つノズルを備えた推進装置(ノズルプロペラ)の考案に至った。
本考案の目的は、ボラードプルにおける推進力の向上と航走時における推進効率の向上を図ることができるノズルを備えた推進装置(ノズルプロペラ)を提供することにある。
また、参考までに本考案の推進装置を容易に製造できる推進装置の製造方法を示す。
上記の目的を達成するための本考案の推進装置は、スクリュープロペラと、該スクリュープロペラを囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた推進装置であって、前記ノズルの断面形状において、最大キャンバーの位置が、前縁からコード長の30%〜60%の間、好ましくは35%〜55%の間にあり、かつ、キャンバーの最大値が、コード長の3.0%〜9.0%の範囲内の値、好ましくは4.0%〜8.0%の間であり、かつ、最大厚さの位置が、前縁からコード長の20%〜40%の間、好ましくは25%〜35%の間にあり、かつ、厚みがコード長の15%〜24%の範囲内の値、好ましくは18%〜21%の範囲内の値であると共に、前記スクリュープロペラの軸心に対して、前記ノズルの各断面形状におけるコードを、前縁が後縁よりも拡径する方向に傾斜させると共に、該傾斜角を、2°〜10°の範囲内、好ましくは3°〜8°の範囲内の値であるように構成される。
この構成により、ノズルの内側となる面において、前縁近傍、特に、前縁からコード長の0%〜20%の間が適度に大きく膨らむ形状となると同時に、ノズルの外側となる面において、前縁付近が適度に膨らむ形状となり、外側の直線部分と滑らかにつながる形状とすることができる。ノズル外側の前縁形状を滑らかにすることにより、この前縁外部近傍の剥離部分が減少してノズル抵抗が減少する。そして、ノズル内面の前縁形状を大きく膨らませることにより、スクリュープロペラより前方のノズル内面前縁付近の流速が速くなりそこでの圧力が低下し、この部分に面する断面形状の領域が大きいため、圧力分布に起因して発生する力の推進方向成分が大きくなるような形状とすることができる。
更に、外面、即ちノズルの外側となる面において、後縁部分に凹部を形成しない形状とすることができ、後縁近傍における剥離部分が減少する。それと共に凹部が無いので工作性も向上する。
そのため、断面形状全体として剥離部分が減少して抵抗が減少すると共に、圧力分布に起因して発生する力の推進方向成分を大きくすることができる。従って、この断面形状のノズルを備えた推進装置は、大きな推力を発生することができるようになり、ボラードスラストが向上すると共に、航走時の推進効率も向上する。
そして、最大キャンバーの位置が、前縁からコード長の30%より前にあると、翼の膨らみ部分が翼の前縁側に寄り過ぎて、外面側の前縁近傍部分における剥離部分が大きくなり、揚力が低下し抵抗が大きくなる。また、60%より後にあると、翼の膨らみ部分が翼の後縁側に寄り過ぎて、内面側の後縁近傍の剥離部分が大きくなり、揚力が低下し抵抗が大きくなる。また、外部側の後縁近傍に凹部が形成されるので、この部分における剥離が生じ、揚力が低下し抵抗が大きくなる。また、この凹部が形成されるとノズルプロペラの工作性が悪化する。
また、キャンバーの最大値が、コード長の3.0%より小さいと、ノズル前縁近傍の膨らみが不十分となり、内面側の前縁近傍部分の流速が速く圧力が低下する部分において、この圧力分布に起因して発生する力の推進方向成分を大きくすることができなくなり、9.0%より大きいと、外面に凹部が発生し、外面において剥離が発生し易くなり、揚力が低下し抵抗が大きくなると共に、工作性が悪化する。
また、最大厚さの位置が、前縁からコード長の20%より小さいと、翼の膨らみ部分が翼の前縁側に寄り過ぎて、外面側の前縁近傍部分が盛り上がり、外部側の前縁近傍に凹部が形成されるので、この部分において流れの剥離が生じ、揚力が低下し抵抗が大きくなる。また、40%より後にあると、前縁から40%付近のノズル内面の形状はプロペラ軸方向と平行とすることで形状が決まってしまうため、ノズル外面側に凸部の膨らみ部分ができることになり、この部分で流れの剥離部分が大きくなり、揚力が低下し抵抗が大きくなる。また、外部側の中央近傍に凸部が形成されるので、ノズルプロペラの工作性が悪化する。
また、厚みがコード長の15%より小さいと、ノズル前縁近傍の膨らみが不十分となり、内面側の前縁近傍部分の流速が速く圧力が低下する部分において、この圧力分布に起因して発生する力の推進方向成分を大きくすることができなくなり、それと共に、外面に凹部が発生し、外面において剥離が発生し易くなり、揚力が低下し抵抗が大きくなると共に、工作性が悪化する。また、24%より大きいと、膨らみが大きくなり過ぎて、剥離が発生し易くなり、揚力が低下し抵抗が大きくなる。
また、前記スクリュープロペラの軸心に対して、前記ノズルの各断面形状におけるコードを、前縁が後縁よりも拡径する方向に傾斜させると共に、該傾斜角を、2°〜10°の範囲内、好ましくは3°〜8°の範囲内の値とする。この構成により、ノズルプロペラにおける剥離部分を少なくしながら大きな推進力を得ることができるようになる。また、流れ場に対応して周方向でそれぞれ異なる最適な傾斜角を選ぶこともできる。
傾斜角が2°より小さいと、断面形状に対するノズル開き角が小さくなり過ぎて、推力の発生が少なくなり、ノズルの効果が小さ過ぎて、ノズルを設けるだけの効果が得られない。また、傾斜角が10°より大きいと、断面形状に対するノズル開き角が大きくなり過ぎて、ノズル外面の剥離部分が大きくなり、失速して抵抗が大きくなる上に、適切な推進力を得られなくなる。
そして、上記の推進装置において、前記ノズル断面形状の外面において、前縁からコード長の5%〜98%の範囲、好ましくは5%〜95%の範囲を含む範囲に直線部分を設けて構成する。この構成により、直線部分の製作は曲線部分の製作に比べて容易であるので、断面形状の外面(外側)を一つ乃至複数の線分で形成することでノズルの工作性が向上する。
直線部分の範囲が前縁からコード長の5%より少ない位置では、ノズル外面の湾曲形状と直線部分とのつながりが滑らかにならず、ノズル外面前縁付近での流れの剥離を大きくする。また、98%より多いと、ノズル後縁部分の形状を滑らかにすることができなくなり、剥離を発生させる形状となり、抵抗が増加し推力が低下する。
上記の推進装置において、前記ノズルの断面形状の内面において、前縁からコード長の30%〜70%の範囲、好ましくは40%〜60%の範囲を含む範囲にプロペラ軸方向と平行な直線部分を設けて構成する。この構成により、直線部分の製作は曲線部分の製作に比べて容易であり、プロペラ軸方向、即ち、スクリュープロペラの回転軸方向と平行な直線とすることで単純な円筒形状とすることができノズルの工作性が向上する。
前縁からコード長の30%より小さいと、ノズル前縁の湾曲部を大きくすることができず、推力の低下を招く。また、70%より大きいとノズル内面後半部の形状が滑らかに拡径する形状とならず、スクリュープロペラ後流の流れをゆるやかに拡散できなくなり、ノズル後半部で流れの剥離を発生させる形状となり、抵抗が増加し推力が低下する。
上記の推進装置において、前記コード長を前記スクリュープロペラのプロペラ直径の40%〜60%の範囲内、好ましくは45%〜55%の範囲内とする。この構成により、スクリュープロペラによって発生する流れ場に対してノズルプロペラの大きさが最適化される。また、流れ場に対応して周方向でそれぞれ異なり最適な長さを選ぶこともできる。
コード長が40%より小さいと、スクリュープロペラによって発生する流れ場に対するノズルプロペラの大きさが小さ過ぎて、適切な推進力を得られない。また、60%より大きいと、ノズルプロペラの大きさが大きく、抵抗も増加するので、適切な推進力を得られない。
上記の、推進装置において、前記ノズルの断面形状の内面において、前縁からコード長の30%〜98%の間、好ましくは40%〜95%の間を、2つの線分を前縁からコード長の55%〜80%の間、好ましくは60%〜75%の間で連続させた形状にする。この構成により、外面(外側)のみならず、内面においても直線部分を設けることができるので、著しく工作性が向上する。
前縁からコード長の30%より小さいと、ノズル前縁の湾曲部を大きくすることができず、推力の低下を招く。また、1つ目の線分は前縁からコード長の30%〜70%の間、好ましくは40%〜60%の間とし、この線分をプロペラ軸と平行な線分とすることで、ノズル内面に円筒部分を作ることができる。図12のスクリュープロペラとノズルで形成される推進装置において、ノズル内面の円筒部分よりノズル内面とスクリュープロペラとの間隙を最小限にすることができる。ノズル内面とスクリュープロペラとの間隙が大きくなると、その間隙から流出する流れが多くなり推進装置の効率を低下させることになる。
2つ目の線分を、前縁からコード長さの55%〜80%の間、好ましくは60%〜75%の間で1つ目の線分と連続させた形状にし、この2つ目の線分の終わりを前縁から98%までの間とする。前縁から98%より後縁側になると、ノズルの後部分の形状を滑らかにすることができなくなり、剥離を発生させる形状となり、抵抗が増加し推力が低下する。
そして、上記の推進装置を備えた船舶は、ボラードスラストが大きく、航走時の推進効率もよいので、推進性能の高いタグボート等の作業船や肥大船等の船舶となる。なお、この推進装置は、船尾に配置される装置だけでなく、アジマススラスタとしても使用でき、船舶のサイドスラスタや水中ロボットの推進用の装置等としても使用できる。
また、参考までに、本考案の推進装置の製造方法は、上記の推進装置を製造する方法であって、前記ノズルの断面形状の外面の一部又は内面の一部を、母線が線分となるコーン状(円錐台)又はリング状(円筒)にすると共に、この母線が線分となる部分を、板材を曲げて形成する工程を含むことを特徴とする方法である。この製造方法により、板材を曲げてコーン状又はリング状に巻くだけ、あるいは、周方向に曲げた板材を接合してコーン状又はリング状にするだけでノズルプロペラの一部を形成できるので、著しく製造し易くなり、工作性が向上する。
本考案の推進装置によれば、従来の19A翼形と異なる翼形を有するノズルプロペラを備えたので、ボラード状態におけるスラストの向上及び航走時の推進効率を向上できる。
また、参考となる上記の推進装置の製造方法によれば、直線部分を多く設けたノズルプロペラの製造工程を著しく単純化できる。そのため、工期の短縮や製造コストの低下を図ることができる。
以下、図面を参照して本考案に係る推進装置の実施の形態について説明する。
図12に示すように、この推進装置10は、スクリュープロペラ11とその周囲を囲むノズル12を有して構成される。
そして、本考案の実施の形態の推進装置10においては、このノズル12の断面形状は、図1に実線B1及びCで例示するような形状で形成される。この断面形状は、図2に示すように、最大キャンバーの位置が、前縁からコード長の30%〜60%の間、好ましくは35%〜55%の間にあり、かつ、キャンバーの最大値が、コード長の3.0%〜9.0%の範囲内の値、好ましくは4.0%〜8.0%の間であり、かつ、図3に示すように、最大厚さの位置が、前縁からコード長の20%〜40%の間、好ましくは25%〜35%の間にあり、かつ、厚みがコード長の15%〜24%の範囲内の値、好ましくは18%〜21%の間であるように構成される。
この断面形状の構成により、ノズルの内側となる面において、前縁近傍、特に、前縁からコード長の0%〜20%の間が適度に大きく膨らむ形状となると同時に、ノズルの外側となる面において、前縁付近が適度に膨らむ形状となり、外側の直線部分と滑らかにつながる形状とすることができる。ノズル外側の前縁形状を滑らかにすることにより、この外面前縁近傍の流れの剥離部分が減少してノズル抵抗が減少する。
そして、ノズル内面の前縁形状を大きく膨らませることにより、スクリュープロペラより前方のノズル内面前縁付近の流速が速くなり圧力が低下し、この部分に面する断面形状の領域が大きいため、圧力分布に起因して発生する力の推進方向成分が大きくなるような形状とすることができる。
そして、このノズルの断面形状の外面において、前縁からコード長の5%〜98%の範囲、好ましくは5%〜95%の範囲を含む範囲に直線部分を設けて構成する。この直線部分は、外面の形状を自動的に直線形状にして導かれるものであり、この構成により、直線部分の製作は曲線部分の製作に比べて容易であるので、断面形状の外面を一つ乃至複数の線分で形成することでノズルプロペラの工作性が向上する。
この断面形状でノズル12を形成するが、そのコード長は、スクリュープロペラ11のプロペラ直径の40%〜60%の範囲内、好ましくは45%〜55%の範囲内とする。この構成により、スクリュープロペラ11によって発生する流れ場に対してノズル12の大きさが最適化される。
また、ノズル12は、この断面形状において、スクリュープロペラ11の軸心に対して、ノズルプ12の各断面の断面形状におけるコードを、前縁が後縁よりも拡径する方向に傾斜させると共に、この傾斜角(図13のθ)を、2°〜10°の範囲内、好ましくは3°〜8°の範囲内の値とする。この構成により、ノズル12における剥離部分を少なくしながら大きな推進力を得ることができるようになる。
そして、このノズル12にスクリュープロペラ11を配置して、推進装置10を構成する。この推進装置10によれば、ノズル12の抵抗が少なく、また、大きな推力を発生できるので、ノズル19A断面形状のノズル12を備えた従来技術の推進装置に比べて、ボラード状態におけるスラストの向上及び航走時の推進効率を向上できる。
本考案において、ボラード状態におけるスラストの向上及び航走時の推進効率の向上を図る場合には、図1のB1の形状が好ましい。特に航走時の推進効率よりもボラード状態でのスラストを重視する場合には、図1のCのように、ノズル内面の負圧領域を大きく膨らませることもできる。
そして、更に、図1の断面形状B2で示すように、このノズル12の断面形状の内面において、前縁からコード長の35%〜98%の間、好ましくは40%〜90%の間を、2つの線分を前縁からコード長の55%〜80%の間、好ましくは60%〜75%の間で連続させた形状にしてもよい。なお、図1では、x/L=0.7(70%)の位置で2つの線分を連続させている。この構成により、外面のみならず、内面においても直線部分を設けることができるので、著しく工作性を向上させることができる。
そして、このノズル12の内部に配置されるスクリュープロペラ11の回転軸方向の中心位置は、通常は、ノズル12の前後方向(コード方向)の略中心(50%コード長さ)に配置されるが、それ以外でもあってよい。この場合でも、40%〜60%コード長さの間に配置されることが好ましい。
そして、上記の推進装置10を船舶に備えることにより、ボラードスラストが大きく、航走時の推進効率もよい船舶を提供でき、この船舶は、推進性能の高いタグボート等の作業船や肥大船等の船舶となる。なお、この推進装置は、船尾に配置される装置だけでなく、アジマススラスタとしても使用でき、船舶のサイドスラスタや水中ロボットの推進用の装置等としても使用できる。
次に、参考までに上記の推進装置の製造方法について説明する。
この推進装置を製造する方法は、ノズル12の製造において、図10に示すノズル12の断面形状の外面の一部又は内面の一部を、特に、図10に示すCの部分を、図11に示すノズル12のように、母線が線分となるコーン状(円錐台)又はリング状(円筒)にして、この部分を板材を円錐台の外周方向又は円周方向に曲げて形成する。
この製造方法では、板材を曲げてコーン状又はリング状に巻くだけ、あるいは、円周方向に曲げた板材を接合してコーン状又はリング状にするだけで、ノズル12の一部を形成できる。そのため、ノズル12の製造が著しく容易となり、工作性を向上させることができる。
実施例として、本考案の断面形状の代表例(図1のB1とC)を選択し、この断面形状を持ち傾斜角(図13のθ)が4.0°のノズルを持つ推進装置を製造した。このノズルは、内径が242.4mm、長さが120.0mm、表面積が0.20143m2 であり、図1の実線B1とCで示す断面形状とした。また、比較例として、内径が242.4mm、長さが120.0mm、表面積が0.19686m2 の図1の点線Aで示すノズル19A断面形状のノズルを製造した。なお、実験に用いたスクリュープロペラは同じものを使用した。
ノズルの内部に配置するスクリュープロペラとして、プロペラ直径Dが240mm、ピッチ比が1.251、展開面積比が0.700、ボス比が0.2597、レーキ角が0.0°、スキュー角が25.0°の4翼の固定ピッチプロペラを用いた。スクリュープロペラの回転方向は右回転、即ち、ノズル下流から見て時計回りである。
また、試験水槽は、長さが100m、幅が5.0m、深さが2.15mの試験水槽で、ボス抵抗(ノズル有り)計測、ノズル抵抗計測、ノズルプロペラ単独試験、ストラット抵抗計測を行った。この時の、プロペラ回転数nはレイノルズ数Rn(=nD2 /ν)で6.0×105 、プロペラ前進速度Vaは前進係数J(=Va/(nD))で0.1ピッチに0.0〜1.1となる速度とした。ここでνは清水動粘性係数である。
この実験結果について、図4にノズルプロペラ単独試験結果を示す。実施例は実線B1と一点鎖線Cで、比較例は点線Aで示す。また、図4のJはプロペラ前進係数、KTPはプロペラスラスト係数(=TP /(ρn2 D4 ))、KQ はプロペラトルク係数(=KQ /(ρn2 D5 ))、KTNはノズルスラスト係数(=TN /(ρn2 D4 ))、KTTはトータルのスラスト係数(=TT /(ρn2 D4 ))、η0 はノズルプロペラの単独効率(=KTTJ/(2πKQ ))を示す。ここでρは清水密度で、TP はプロペラスラスト、Qはプロペラトルク、TN はノズルスラスト、TT はトータルスラストである。
この実験の結果、実施例B1とCは図4に示すようにプロペラ前進係数Jが0.6以下ではほとんどその特性は同じであるが、Jが0.6以上になるとCの効率が悪化している。実施例B1とCは比較例Aに対して、図4に示すように、プロペラ前進係数Jが0(ゼロ)に対応するボラードスラストが約3%程度向上し、また、実施例B1ではノズルプロペラの航走時の推進効率η0 もプロペラ前進係数Jが0.7以上で約3%程度向上した。実施例B1と比較例Aについてはノズル単体の抵抗を計測した。図5にノズル抵抗試験結果を示すが、実施例B1のノズルの単体抵抗は実施例Aのノズル抵抗と比べ、各流速とも半分以下となり、ノズルの抵抗RN が大幅に低減した。
また、CFD(Computational Fluid Dynamics:計算流体力学、汎用熱流体解析ソフトせあるSTAR−CD(登録商標)) 計算を用いてノズルプロペラの断面形状の二次元計算を行い、断面形状の影響を数値計算により比較検証した。計算条件に関しては、数値解法はSIMPLE法(定常計算)を、離散化スキームはMARS法(空間2次精度)を、乱流モデルは標準k−ε2方程式モデル(高レイノルズ数型、壁関数)を使用した。また、計算メッシュとしては、メッシュタイプは非構造格子を使用し、メッシュ数は26,900セルとした。ノズル単体抵抗の計算値は定性的にノズルプロペラの断面形状の差を良く表した結果が得られた。
この計算結果の一例として、図1の実施例と比較例について、レイノルズ数Rn=1×107 の場合の流速分布と圧力分布を図6〜図9に示す。図6と図7は流速分布を等速流速線で示し、図8と図9は圧力分布を等圧力線で示す。また、図6と図8は実施例B1を示し、図7と図9は比較例Aを示す。
10 推進装置
11 スクリュープロペラ
12 ノズル
L コード長
α 流れの流入迎角
θ ノズル開き角
FL 揚力
FD 抗力
T ノズルの推力
11 スクリュープロペラ
12 ノズル
L コード長
α 流れの流入迎角
θ ノズル開き角
FL 揚力
FD 抗力
T ノズルの推力
Claims (6)
- スクリュープロペラと、該スクリュープロペラを囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた推進装置であって、前記ノズルの断面形状において、
最大キャンバーの位置が、前縁からコード長の30%〜60%の間にあり、
かつ、キャンバーの最大値が、コード長の3.0%〜9.0%の範囲内の値であり、 かつ、最大厚さの位置が、前縁からコード長の20%〜40%の間にあり、
かつ、厚みがコード長の15%〜24%の範囲内の値であると共に、
前記スクリュープロペラの軸心に対して、前記ノズルの各断面形状を、前縁が後縁よりも拡径する方向に傾斜させると共に、該傾斜角を、3°〜8°の範囲内の値であることを特徴とする推進装置。 - 前記ノズル断面形状の外面において、前縁からコード長の5%〜98%の範囲を含む範囲に直線部分を設けたことを特徴とする請求項1記載の推進装置。
- 前記ノズル断面形状の内面において、前縁からコード長の30%〜70%の範囲を含む範囲にプロペラ軸方向と平行な直線部分を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の推進装置。
- 前記コード長を前記スクリュープロペラのプロペラ直径の40%〜60%の範囲内とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の推進装置。
- 前記ノズル断面形状の内面において、前縁からコード長さの30%〜98%の間を、2つの線分を前縁からコード長の60%〜75%の間で連続させた形状にすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の推進装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の推進装置を備えた船舶。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011000108U JP3167085U (ja) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | 推進装置 |
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Family Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2011
- 2011-01-12 JP JP2011000108U patent/JP3167085U/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107472493A (zh) * | 2017-08-23 | 2017-12-15 | 北京臻迪科技股份有限公司 | 推进器流道结构、推进器及水下航行器 |
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