JP3670811B2

JP3670811B2 - プロペラ

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Publication number: JP3670811B2
Application number: JP21570397A
Authority: JP
Inventors: 千春川北
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: JPH1143096A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば舶用プロペラとして適用することができるプロペラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は直線状のレーキ分布を持つ従来のプロペラの要部側面図、図１４は図１３の従来のプロペラの正面図、図１５は翼根側が前方レーキを有し、翼端側が後方レーキを有した従来のプロペラの要部側面図、図１６は翼根側が後方レーキを有し、翼端側が前方レーキを有した従来のプロペラの要部側面図、図１７（１）は従来のプロペラの翼先端におけるプロペラ後方側から前方側へと流れる２次流れを示した要部側面図、図１７（２）は図１７（１）のプロペラの要部正面図である。
【０００３】
従来、プロペラ翼１の翼端の翼幅６を有限としたプロペラとしては、例えばサイドスラスターやノズルプロペラのインペラ等に用いられるプロペラが一般的であり、通常の船舶の推進機として用いられるプロペラのプロペラ翼の輪郭は、図１３および図１４に示すように、翼端までも連続した曲線となっており、翼端における翼幅６が零であるのが一般的である。
【０００４】
他方、レーキ分布については、プロペラ翼の強度を保持する観点から、図１３に示したように前方向または後方向に直線的に変化させるか、図１５において最大翼厚部断面３として示したように、プロペラ翼１の翼根４側においてはプロペラボス２の中心線に垂直なプロペラ母線に対して前方側にレーキをとり、翼端５側においてはプロペラ母線に対して後方向きにレーキをとるとともに、レーキ分布の変曲点の位置７をプロペラ半径の４０〜７０％の位置とするか、あるいは図１６において最大翼厚部断面３として示したように、プロペラ翼１の翼根４側においてはプロペラ母線に対して後方側にレーキをとり、翼端５側においてはプロペラ母線に対して前方向きにレーキをとるとともに、レーキ分布の変曲点の位置７をプロペラ半径の４０〜７０％の位置としたプロペラが一般的である。
【０００５】
プロペラ翼端５の翼幅６が零で、かつレーキ分布として上述の分布を採用したプロペラは、プロペラの強度上の観点から、翼面上の応力集中を緩和させる目的で採用されているものであり、プロペラの効率に関して考慮されたプロペラ形状を有していない。
【０００６】
ところで、プロペラ翼の翼面上の圧力分布について見ると、通常、プロペラの前方側に面した翼面すなわちバック面上の圧力が、プロペラの後方側に面した翼面すなわちフェース面上の圧力よりも低く、その圧力差がプロペラに前進方向の推力を与えている。
【０００７】
また、通常、プロペラ翼の翼面上においては、図１７（１）および図１７（２）において矢印８で示すように、プロペラ翼の前縁側から後縁側へと向かう翼幅方向の流れが生じるが、翼端部５においては、矢印９で示したように、矢印８で示した流れに対してほぼ直角な方向に、翼のフェース面からバック面へ向けて、翼端５を通る２次流れが発生する。これは、バック面の圧力がフェース面の圧力よりも低いために、圧力の高いところから、低いところ、つまり、フェース面側からバック面側へと流れが発生するためである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
翼端５部に発生する矢印９で示すような２次流れは、バック面とフェース面における圧力差を小さくしてしまうため、翼端５部で発生する推力が小さくなり、その分、プロペラの効率が低下することとなる。
【０００９】
そこで、本発明は、翼のフェース面から翼端を通ってバック面へと向かう２次流れを抑制することができるようにし、そうすることによって翼端部におけるバック面とフェース面との間の圧力差を大きく保って、プロペラの推力の低下を防止するようにし、その結果プロペラ効率の低下を少なくすることができるようにし、同時にプロペラ翼上の応力集中を避けることができるようにし、プロペラ翼の強度を保つことができるようにしたプロペラを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明のプロペラにおいては、プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、プロペラ半径の８０％以上の位置から翼端側においては、同位置から翼根側に直近のプロペラ半径位置のレーキよりも後方向きにレーキをとっている。
【００１１】
また、本発明のプロペラにおいて、プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根側においては前方側にレーキをとり、翼端側においては後方側にレーキをとるとともに、その変曲点がプロペラ半径の８０％以上の位置にある。
【００１２】
さらに、本発明のプロペラにおいて、プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根側から翼端側にかけて後方側にレーキをとるとともに、プロペラ半径の８０％以上の位置に変曲点を有し、同変曲点よりも翼端側においては、同変曲点よりも翼根側の後方レーキよりも大きな後方レーキをとっている。
【００１３】
また、本発明のプロペラにおいて、プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、レーキ分布に２ケ所の変曲点を有し、翼根側においては後方側にレーキをとり、プロペラ半径の４０〜７０％位置にある第１の変曲点からは前方レーキに向きを変え、プロペラ半径の８０％以上の位置にある第２の変曲点から翼端側においては後方側にレーキをとっている。
【００１４】
さらに、本発明のプロペラにおいて、プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０％以上であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根部においてはレーキ量を零とし、プロペラ半径の４０〜７０％位置においてレーキを前方側に転向し、プロペラ半径の８０％以上の位置にある変曲点から翼端側においては後方向きにレーキをとっている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の１実施の形態に係るプロペラの要部側面図、図２は図１のプロペラの要部正面図、図３（１）はプロペラ翼先端におけるプロペラ後方側から前方側へと流れる２次流れを示すプロペラの要部側面図、図３（２）は図３（１）のプロペラの要部正面図、図４は図１のプロペラの性能を数値計算により求めた際に用いた計算モデルの正面図、図５は図１のプロペラの性能を数値計算により求めた際に用いた計算モデルの側面図、図６はプロペラ推力の変化に対するプロペラ効率の変化について、本発明に係るプロペラ（実線）と従来のプロペラ（点線）とを対比して示すグラフ、図７はプロペラ翼端の翼幅とプロペラ効率との関係を示すグラフ、図８はレーキ分布の変曲点の半径方向位置とプロペラ効率との関係を示すグラフである。
【００１６】
図１および図２において、プロペラ翼１の翼端５における翼幅６がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼１のレーキ分布の変化が連続的で、翼根４側においてはプロペラボス２の中心線に垂直なプロペラ母線に対し前方側にレーキをとり、翼端側においては後方側にレーキをとるとともに、その変曲点の位置７がプロペラ半径の８０％以上の位置にある。
【００１７】
本発明によれば、図３に示したプロペラ翼１の翼端５部におけるフェース面からバック面へと向けて発生する矢印９で示すような２次流れの強さが、図１７に示した従来プロペラの２次流れよりも弱いために、翼端５部におけるバック面とフェース面の圧力差が保たれ、推力の低下を小さくすることができ、プロペラ効率の低下を少なくすることができる。
【００１８】
本発明に係るプロペラと従来のプロペラとの効率を比較するために、パネル法による計算を行った。本発明のプロペラの効率を計算するために用いたプロペラ計算モデルは、図４および図５に示したとおりである。図４および図５に示した本発明のプロペラの計算モデルは、４翼プロペラである。
【００１９】
図６において、実線のグラフで示した本発明のプロペラの効率は、点線のグラフで示した従来のプロペラの効率に比べて、広範囲のプロペラ推力にわたって高い。すなわち本発明のプロペラは、広範囲のプロペラ推力にわたって、高いプロペラ効率のプロペラとなる。本発明のプロペラによれば、船舶用推進器として、通常用いられるプロペラ推力状態において、すなわち通常のプロペラ作動状態において、従来のプロペラよりも高いプロペラ効率を得ることができる。
【００２０】
本発明のプロペラのレーキ分布は、連続的に変化させているために、不連続点を有するレーキ分布を用いた場合に比べて、応力集中を避けることができ、強度が保たれる。
【００２１】
図７はプロペラ翼端５の翼幅６とプロペラ効率との関係を示す。プロペラ翼端５の翼幅６がプロペラ半径の１０％以上あるとき、プロペラの大きな効率向上が期待できる。プロペラ翼端５の形状は直線状、又は円弧状のどちらでも良いが、そのようなプロペラ翼端５を持つプロペラ翼のプロペラ効率向上の効果を大きく期待することのできるプロペラ翼端５の翼幅６の範囲は、プロペラ半径の１０％から３０％程度である。好ましくは１５〜２５％であるこの範囲のプロペラ翼端５の翼幅６を採用した際の、レーキの変曲点位置７はプロペラ半径の８０％以上とする必要がある。図８に、レーキの変曲点位置７とプロペラ効率との関係を示す。レーキの変曲点位置７は、プロペラ半径の８０％以上とした際に、プロペラ効率の向上を期待することができる。
【００２２】
図７に示したように、プロペラ翼端５の翼幅６をプロペラ半径の１０〜３０％の範囲とし、図１および図２に示したように、レーキ分布の変化は連続で、その変化は翼根側４では前方レーキをとり、翼端側５では後方レーキをとるとともに、かつ図８に示したように、その変曲点の位置７がプロペラ半径の８０％以上好ましくは８５％以上の位置にある場合には、プロペラ効率の向上が期待できるとともに、プロペラ翼における応力集中が避けられ、強度が保たれる。
【００２３】
プロペラ翼端５の翼幅６をプロペラ半径の１０％以下としたプロペラや、また、単にレーキ分布の変化は連続で、その変化は翼根４側では前方レーキをとり、翼端５側では後方向きにレーキをとるとともに、その変曲点の位置７をプロペラ半径の８０％以上の位置としたプロペラでは、プロペラ効率の大きな向上は期待できない。
【００２４】
本発明プロペラのレーキ分布の方向とは反対のレーキ分布を有するプロペラ、すなわち、プロペラ翼端５の翼幅６がプロペラ半径の１０〜３０％とし、レーキ分布の変化は連続で、その変化は翼根側４では後方レーキをとり、翼端側５では前方レーキをとるとともに、かつその変曲点の位置７がプロペラ半径の８０％以上の位置にあるプロペラの場合は、翼端部におけるバック面にキャビテーションが多く発生し、キャビテーションエロージョンの危険が高くなる。
【００２５】
図９は本発明の第２の実施の形態に係るプロペラの側面図、図１０はプロペラ翼端と船体との間の距離的関係を示した要部側面図である。図９のプロペラにおいて、プロペラ翼端５の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根側から翼端側にかけて後方側にレーキをとるとともに、プロペラ半径の８０％以上の位置に変曲点を有し、同変曲点よりも翼端側においては、同変曲点よりも翼根側の後方レーキよりも大きな後方レーキをとっている。
【００２６】
図９において、プロペラ翼端５部におけるフェース面からバック面へ向けて発生する２次流れの強さは、従来プロペラの２次流れよりも弱いために、翼端５部におけるバック面とフェース面の圧力差が保たれ、推力の低下を小さくすることができ、プロペラ効率の低下を小さくすることができる。したがって、従来プロペラよりも効率向上が期待できる。
【００２７】
図９に示したプロペラは、図１に示したプロペラの効果に加えて、プロペラが回転することにより船体表面に誘起されるサーフェースフォースが、図１のプロペラの場合よりも小さくなる。すなわち、図１０に示したように、図９のプロペラのプロペラ翼端５と船体１０との間の距離１２が、図１のプロペラの場合のプロペラ翼端５と船体１０との距離１２′よりも大きくなるためである。サーフェースフォースの低減により、船体振動を図１のプロペラの場合よりも小さくすることが可能となる。
【００２８】
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るプロペラの要部側面図である。図１１のプロペラにおいて、プロペラ翼端５の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、レーキ分布に２ケ所の変曲点を有しており、翼根４側においては、後方側にレーキをとり、プロペラ半径の４０〜７０％位置にある第１の変曲点からは前方レーキに向きを変え、プロペラ半径の８０％以上の位置にある第２の変曲点から翼端側においては後方側にレーキをとっている。
【００２９】
図１１に示したプロペラにおいては、プロペラ翼端部５におけるフェース面からバック面へ向けて発生する２次流れの強さは、従来プロペラの２次流れよりも弱いために、翼端５部におけるバック面とフェース面の圧力差が保たれ、推力の低下を小さくすることができ、プロペラ効率の低下を小さく抑えることができる。その結果、図１１のプロペラは、従来プロペラよりもプロペラ効率を向上させることができる。
【００３０】
図１１に示したプロペラは、図１６に示した従来プロペラのレーキ分布の一部分と同様に、レーキ分布の翼根４側の変曲点の位置７が、プロペラ半径の４０〜７０％位置としているために、翼面上の応力集中を緩和することができる。そのため、図１１のプロペラは、図１に示したプロペラや図９に示したプロペラよりもプロペラ強度上優れている。
【００３１】
図１２は本発明の第４の実施の形態に係るプロペラの要部側面図である。この図１２に示したプロペラにおいて、プロペラ翼端５の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼１のレーキ分布の変化が連続的で、翼根４部においてはレーキ量を零とし、プロペラ半径の４０〜７０％位置においてレーキを前方側に転向し、プロペラ半径の８０％以上の位置７′にある変曲点から翼端側においては後方向きにレーキをとっている。
【００３２】
図１２のプロペラにおいては、プロペラ翼端５部におけるフェース面からバック面へ向けて発生する２次流れの強さは、従来プロペラの２次流れよりも弱いために、翼端５部におけるバック面とフェース面の圧力差が保たれ、推力の低下を小さくすることができることによって、プロペラ効率の低下を小さく抑えることができる。したがって、図１２に示したプロペラは、従来のプロペラよりもプロペラ効率を大幅に向上させることができる。
【００３３】
図１２のプロペラは、図１１のプロペラと同様に、レーキ分布の翼根側４の変曲点の位置７がプロペラ半径の４０〜７０％位置としているために、翼面上の応力集中を緩和することができる。そのため、図１２のプロペラは、図１のプロペラおよび図９のプロペラに比べると、プロペラ強度は一層優れている。また、翼根４部でレーキ量を零としているので、翼根４部におけるプロペラ形状が簡単になり、プロペラの加工がし易い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のプロペラによれば、以下のような効果が得られる。
（１）プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、プロペラ半径の８０％以上の位置から翼端側においては、同位置から翼根側に直近のプロペラ半径位置のレーキよりも後方向きにレーキをとったので、翼のフェース面から翼端を通ってバック面へと向かう２次流れを抑制することができ、翼端部におけるバック面とフェース面との間の圧力差を大きく保って、プロペラの推力の低下を防止することができ、その結果プロペラ効率を向上させることができ、同時にプロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的であることにより、プロペラ翼上の応力集中を避けることができ、プロペラ翼の強度が保たれる（請求項１）。
（２）プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根側においては前方側にレーキをとり、翼端側においては後方側にレーキをとるとともに、その変曲点がプロペラ半径の８０％以上の位置にあるので、翼のフェース面から翼端を通ってバック面へと向かう２次流れを抑制することができ、翼端部におけるバック面とフェース面との間の圧力差を大きく保って、プロペラの推力の低下を防止することができ、その結果プロペラ効率を向上させることができ、同時にプロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根側においては前方側にレーキをとり、翼端側においては後方側にレーキをとったことにより、プロペラ翼上の応力集中を避けることができ、プロペラ翼の強度が保たれる（請求項２）。
（３）プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根側から翼端側にかけて後方側にレーキをとるとともに、プロペラ半径の８０％以上の位置に変曲点を有し、同変曲点よりも翼端側においては、同変曲点よりも翼根側の後方レーキよりも大きな後方レーキをとったので、翼のフェース面から翼端を通ってバック面へと向かう２次流れを抑制することができ、そうすることによって翼端部におけるバック面とフェース面との間の圧力差を大きく保って、プロペラの推力の低下を防止し、その結果プロペラ効率を向上させることができ、同時にプロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的であることにより、プロペラ翼上の応力集中を避けることができ、プロペラ翼の強度が保たれるほか、さらに翼根側から翼端側にかけて後方側にレーキをとったことにより、プロペラ翼端と船体との間の距離を大きく保つことができ、プロペラの回転に伴って船体表面に誘起されるサーフェースフォースが、小さくて済む（請求項３）。
（４）プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、レーキ分布に２ケ所の変曲点を有し、翼根側においては後方側にレーキをとり、プロペラ半径の４０〜７０％位置にある第１の変曲点からは前方レーキに向きを変え、プロペラ半径の８０％以上の位置にある第２の変曲点から翼端側においては後方側にレーキをとったので、翼のフェース面から翼端を通ってバック面へと向かう２次流れを抑制することができ、そうすることによって翼端部におけるバック面とフェース面との間の圧力差を大きく保って、プロペラの推力の低下を防止し、その結果プロペラ効率を向上させることができ、同時にプロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的にした上、翼根側においては後方側にレーキをとり、プロペラ半径の４０〜７０％位置にある第１の変曲点からは前方レーキに向きを変えたことにより、プロペラ翼面上の応力集中を大幅に防止し、プロペラ翼の強度を大きく保つことができる（請求項４）。
（５）プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根部においてはレーキ量を零とし、プロペラ半径の４０〜７０％位置においてレーキを前方側に転向し、プロペラ半径の８０％以上の位置にある変曲点から翼端側においては後方向きにレーキをとったので、翼のフェース面から翼端を通ってバック面へと向かう２次流れを抑制することができ、そうすることによって翼端部におけるバック面とフェース面との間の圧力差を大きく保って、プロペラの推力の低下を防止、その結果プロペラ効率を向上させることができ、同時にプロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的であることにより、プロペラ翼上の応力集中を避けることができ、プロペラ翼の強度が保たれ、さらに翼根部でレーキ量を零としているので、翼根部におけるプロペラ形状が簡単になり、プロペラの加工がし易い（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係るプロペラの要部側面図である。
【図２】図１のプロペラの要部正面図である。
【図３】（１）図はプロペラ翼先端におけるプロペラ後方側から前方側へと流れる２次流れを示すプロペラの要部側面図、（２）図は図３（１）のプロペラの要部正面図である。
【図４】図１のプロペラの性能を数値計算により求めた際に用いた計算モデルの正面図である。
【図５】図１のプロペラの性能を数値計算により求めた際に用いた計算モデルの側面図である。
【図６】プロペラ推力の変化に対するプロペラ効率の変化について、本発明に係るプロペラ（実線）と従来のプロペラ（点線）とを対比して示すグラフである。
【図７】プロペラ翼端の翼幅とプロペラ効率との関係を示すグラフである。
【図８】レーキ分布の変曲点の半径方向位置とプロペラ効率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るプロペラの側面図である。
【図１０】プロペラ翼端と船体との間の距離的関係を示した要部側面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るプロペラの要部側面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係るプロペラの要部側面図である。
【図１３】直線状のレーキ分布を持つ従来のプロペラの要部側面図である。
【図１４】図１３の従来のプロペラの正面図である。
【図１５】翼根側が前方レーキを有し、翼端側が後方レーキを有した従来のプロペラの要部側面図である。
【図１６】翼根側が後方レーキを有し、翼端側が前方レーキを有した従来のプロペラの要部側面図である。
【図１７】（１）図は従来のプロペラの翼先端におけるプロペラ後方側から前方側へと流れる２次流れを示した要部側面図であり、（２）図は図１７（１）のプロペラの要部正面図である。
【符号の説明】
１プロペラ翼
２プロペラボス
３プロペラ翼の最大翼厚部断面
４翼根
５翼端
６プロペラ翼端の翼幅
７レーキ分布の変曲点の位置
７′ レーキ分布の翼端側における第２の変曲点の位置
８翼面上を前縁側から後縁側へと翼幅方向に流れる流れの方向を示す矢印
９プロペラ翼端部におけるフェース面からバック面へと流れる２次流れ
１０船体
１１舵
１２プロペラ翼端と船体との間の距離

Claims

プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、プロペラ半径の８０％以上の位置から翼端側においては、同位置から翼根側に直近のプロペラ半径位置のレーキよりも後方向きにレーキをとったことを特徴とする、プロペラ。
プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根側においては前方側にレーキをとり、翼端側においては後方側にレーキをとるとともに、その変曲点がプロペラ半径の８０％以上の位置にあることを特徴とする、プロペラ。
プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根側から翼端側にかけて後方側にレーキをとるとともに、プロペラ半径の８０％以上の位置に変曲点を有し、同変曲点よりも翼端側においては、同変曲点よりも翼根側の後方レーキよりも大きな後方レーキをとったことを特徴とするプロペラ。
プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、レーキ分布に２ケ所の変曲点を有し、翼根側においては後方側にレーキをとり、プロペラ半径の４０〜７０％位置にある第１の変曲点からは前方レーキに向きを変え、プロペラ半径の８０％以上の位置にある第２の変曲点から翼端側においては後方側にレーキをとったことを特徴とする、プロペラ。
プロペラ翼端の翼幅がプロペラ半径の１０〜３０％であり、プロペラ翼のレーキ分布の変化が連続的で、翼根部においてはレーキ量を零とし、プロペラ半径の４０〜７０％位置においてレーキを前方側に転向し、プロペラ半径の８０％以上の位置にある変曲点から翼端側においては後方向きにレーキをとったことを特徴とする、プロペラ。