JP5184907B2 - コルトノズル - Google Patents

Description

この発明は、コルトノズルに、船の舵軸線を中心に回転自在に構成されるコルトノズルに関する。

コルトノズルは、船のプロペラが配置される円錐状に先細になったチューブである。このチューブはコルトノズルの壁を形成をする。船の船尾にチューブのテーパによって、コルトノズルは増加されるべき出力なしに追加的推力を船に伝達できる。コルトノズルの推進改良性質の外に、荒い海による縦揺れが減少されるので、海乱流によって速度の損失が減少され得て且つ方向安定性が増加され得る。コルトノズルの固有抵抗は船の速度が増加すると、およそ二次的に増加するので、その利点は特に大きなプロペラ推力を有する低速船（例えば引船、漁船、など）には有効である。

通常には、舵が船の制御のために流れ方向に配置される固定コルトノズルの外に、コルトノズルが縦方向にある船の舵軸線を中心に回転できる所謂「コルトラダーノズル」がある。このために、軸受は通常には回転可能な位置決めのために壁の外側にコルトノズルの上下側に設けられている。対照的に、プロペラがさらに固定されているので、コルトノズルがプロペラの周りに回転する。頻繁に、コルトノズルはラダーポストと接続されてラダーヒールに位置決めされる。それは通常には両側におよそ３０°ー３５°だけ回転の縦軸線を中心に或いは舵軸線を中心に旋回できる。それで、ラダー効果が船長手方向軸線に対してある角度にプロペラジェットの偏向によって達成されるので、コルトノズルは推進改良手段とラダーの組合せである。偏向されたラダーノズルのために、船の船尾はジェット反動推進によって押圧される。

図５は、先行技術から知られている如く、船に配置された固定プロペラにより船の舵軸線を中心に回転自在に位置決めされたコルトノズル２００の実施例を例示する。コルトノズル２００は船の固定船プロペラ２１０の周りに（ここに表現されていない）配置されている。ここでコルトノズル２００は船長手方向軸線２２０を中心におよそ３０°の角度αの下で揺動される。矢印２２１は海水或いは塩水の流れ方向を表す。固定フラップ２３０はコルトノズル２００にプロペラの後に流れ方向に設けられていて、コルトノズルを通してコルトラダーノズルの流れ性質は積極的に影響される。減少された壁厚によって入口領域２０１（コルトノズル２００を通過する流れ方向に関して）はコルトノズル２００の残留領域に関して拡大されて構成されている。これは、入口領域の内径がコルトノズル２００の残留領域における内径より大きいことを意味する。コルトノズル２００を通る水流が増加されて、順にコルトノズルの推進効率を増加させる。

出願人の包括的計算、試験とシミュレーションは、従来のコルトノズルのあるねじれ角度のために、流れの渦巻或いは再循環がプロペラの直後の領域に起ることを明らかにした。これらの再循環或いは渦巻はコルトノズルの動力で不利益な効果を有する。これらは特にプロペラの直後にコルトノズルが旋回されるプロペラの側面領域に展開させる。再循環によって流通する水の流れ速度がこの領域で著しく減少されるので、コルトノズルの駆動動力が減少される。再循環が局部的に制限された側面領域にのみ生じて、流れが実質的に層状に通常の著しい振動として他の領域に移動し、この著しい振動が船の船体に伝達され得て、不利益な効果調整を有する。この問題を例示する図６ａと図６ｂを参照して下さい。

図６ａは、先行技術から知られるように、カットコルトノズル２００の天上図を概略的に示す。図６ａと図６ｂにおける矢印は流れのコースを構成する。船プロペラ２１０は明瞭性のために概略的のみに図示されている。このコルトノズル２００のために、図５のコルトノズルと反対に、可動或いは旋回自在なフラップ２３１はプロペラ２１０の後の流れ方向に配置されている。コルトノズルは船長手方向軸線に関しておよそ１５°の角度を旋回される。コルトノズル２００の壁２０２ａの後方部分は流れ方向を逆らって、即ちプロペラ２１０に回転されていて、従って、その間に壁２０２ｂの反対部分が流れ方向により回転されていた。

図６ａに記録されるコルトノズル２００の下部分領域は図６ｂに拡大されて描かれている。ここでは、プロペラ２１０或いは船長手方向軸線２２０に関してコルトノズル２００の角度位置によって、流れの渦巻或いは再循環がプロペラ２１０の直後に流れ方向に外縁領域に形成する。この再循環によって主流れ方向２２１における平均流れ速度がこの局部的領域において最小値に減少される。この領域における測定とシミュレーションは、主流れ方向２２１において０．２−２ｍ／ｓの平均流れ速度であることを示した。これと比較して、平均流れ速度はフラップ２３１と壁領域２０２ｂの間の領域に１２−１６ｍ／ｓの範囲内に位置されている。

壁２０２ａに沿って層状外側に流れる水はコルトノズル端領域２０３の壁の丸めた縁の周りに内側まで流れて、それで、主流れ方向２２１に作用されるプロペラ２１０により生じた流れに当たる。外流の一部が主流れ方向２２１に逆らって内側に作用され、壁２０２の内側にて主流れ方向２２１に逆らってプロペラ２１０の後の領域へ流れ、そこからプロペラ２１０を通して再び戻される。それで、流れ循環或いは再循環が形成されて、この領域における主流れ方向２２１の平均流れ速度が約零である。それ故に、前記不利益が生じる。
実開昭４９−４０１９３号公報 実開昭５５− ４９３５号公報 特開昭６３−１７３７９１号公報 特開平 ４−４３１９３号公報 特開平１０−２４４９９３号公報

前記先行技術から開始して、この発明の課題は、再循環或いは渦巻の発生が船長手方向軸線に関して角度位置によってさえ回避されるか、或いは減少されて且つ一様なすべての流れパターンを有するコルトノズルを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴事項を備えるコルトノズルによって達成される。

従って、この発明の中心思想は、少なくとも一つの開口がコルトノズルの壁に設けられていることにある。これに関連して、開口を備えて、基本的には、コルトノズルの壁における任意の構成の任意の開口が考慮されるべきである。開口が全壁を通して延びていて、それで内外開口領域とこれら二つの領域を接続する中央領域とから成る。海水或いは塩水がコルトノズルの外側から少なくとも一つの開口を通してコルトノズルの内側への流れ接続が形成されることが決定される。

コルトノズルの壁は静止船プロペラを包囲するノズルリングによって形成されている。基本的には、少なくとも一つの開口がコルトノズルの壁の任意の位置に設けられている。しかしながら、好ましくは開口がコルトノズルの横方向領域に、右舷側或いは左舷側に設けられている。少なくとも一つの開口によって海水或いは塩水がコルトノズルの外側からこの開口を通してコルトノズルの内側へ流れ得て、コルトノズルのある旋回角度を開発する再循環或いは渦巻が抑圧されるか、或いは著しく減少されるために、壁に設けられるか、或いは配置されるように、少なくとも一つの開口が構成されることが決定される。出願人の試験は、そのような開口によってコルトノズルの推力が典型的には渦巻或いは再循環を発生させる側面領域で２０％まで増加されていたことを明らかにした。さらに、船体に伝達された振動が減少されていた。

少なくとも一つの開口によって、それで層状流れがコルトノズルの外側か臨界側面領域へ導入されていて、コルトノズルには渦巻が典型的にある旋回角度を生じる。この層状流れは、再循環が主流れ方向に逆らって側面領域に形成され得ることを回避する。推力と作業安定性が、それでコルトノズルの効率が著しく改良される。

この発明の好ましい実施例は従属請求項に特徴とされている。

任意の旋回方向において渦巻の発生を抑圧できるために、コルトノズルの壁において少なくとも二つの開口を提供することが適当である。有益的には、通常には最も強い渦巻がその開口を従来のコルトノズルに開発するので、両開口がさらにそれぞれにコルトノズルの側面領域に配置されるべきである。それで、渦巻或いは再循環の発生の危険が右舷に対する旋回及び左舷に対する旋回のために減少されることが保証されている。

この発明の好ましい実施例によるコルトノズルの高さに関して、少なくとも一つの開口が中央領域に配置されている。これは、中央領域がコルトノズルの高さの三分の一から三分の二までに、好ましくはコルトノズルの高さの五分の二から五分の三までに配列することである。それで、少なくとも一つの開口は渦巻が典型的に生じる領域に配置されていることが達成される。それで、少なくとも一つの開口を通って流れる層状流が最適効果を展開して渦巻を出来るだけ多く抑圧できる。この発明によると、特に、コルトノズルの高さに関して少なくとも一つの開口の中央開口を提供することが好ましい。これは、コルトノズルの高さがコルトノズルの対向壁領域の間の距離にその縦軸線或いは舵軸線に沿って据え付けられるときにその縦延長部に一致することである。

コルトノズルの中央領域はコルトノズルの全領域にわたりその長手方向延長部に延びている。それで、互いに対向して配置されている二つの中央領域である。この発明の他の好ましい実施例によると、少なくとも二つの開口がこれら二つの中央領域の少なくとも一つに配置されている。さらに、これら少なくとも二つの開口がコルトノズルの長手方向方向において一方が他方の後に及び互いに横たわる縦方向に又はそのいずれか一方に配置されている。コルトノズルとプロペラの構成並びにそれぞれの旋回角度に依存して、それで、達成されるべき結果が、即ちコルトノズルの推力と静かな作動の改良が最適化され得る。この実施例のために、少なくとも二つの開口がそれぞれに両中央領域に設けられていて、それにより両中央領域の開口が互いに対向して有益に配置されている。

コルトノズルの長さ、即ちコルトノズルの寸法に関して、コルトノズルが船長手方向軸線を中心に旋回されるときに、他の好ましい実施例によると、少なくとも一つの開口が長さの三分の一から三分の二まで、好ましくは長さの五分の二から五分の三まで、特に好ましくは中間の領域に配置されている。少なくとも一つの開口の効果はこの処置によって再び最適化され得る。

コルトノズルに配置された固定船プロペラを備える旋回可能なコルトノズルのために、さらに、少なくとも一つの開口を、それが実質的にプロペラに隣接した内部開口領域で、好ましくは１０°、１５°或いは２０°の旋回角度に配置されるように構成することが好ましい。それで、前記典型的旋回角度のために、少なくとも一つの開口の内部開口領域に到る層状流がコルトノズルの外側から内側へ流れて、直接に渦巻領域に当たる。それで、層状流が再循環流に逆らって直接に作用でき、少なくとも一つの開口の効果がさらに改良される。幾つかの場合には、他の旋回角度、例えば２５°或いは３０°が使用されるべきであるならば、従って、少なくとも一つの開口の配列が自然に適用され得る。

コルトノズルの効率のための少なくとも一つの開口の効果のそれ以上の最適化のために、この発明の他の好ましい実施例において少なくとも一つの開口を細長いスリットとして構成することが設けられている。さらに、スリット状開口が実質的に縦方向に延びていることが有益である。それで、縦方向に配向された流れ帯が外側から内側へコルトノズル内に流れて、それで、通常に渦巻が発生する臨界領域に積極的に影響を与える。さらに、そのような開口が比較的に容易に創作され得る。

さらに、少なくとも一つの開口が壁を通る主流れ方向に関して外側から内側へ斜めに延びていることが好ましい。これは、開口の中間線が主流れ方向に対して或いはコルトノズルの長手方向軸線に対して所定角度の下で配向されていることを意味する。それにより、外層流が外側から内側へコルトノズル内に流れ、そして水が少なくとも一つの開口を通して内側から外側へ流れることが保証されている。

特に、少なくとも一つの開口をコルトノズルの長手方向軸線に関して、１０°ー６０°、好ましくは２０°ー４５°、特に好ましくは３０°ー３５°の角度に構成することが好ましい。角度の表示はコルトノズルの長手方向軸線と少なくとも一つの開口の中間線の間の角度を指示し、この中間線は少なくとも一つの開口を通して外側から内側へ延びている。

この発明の他の好ましい実施態様では、少なくとも一つの開口が壁の外側から或いは外開口領域から壁の内側における内開口領域へ先細になることが設けられている。それで、外側からコルトノズルへ流れる流れの速度が上昇されるので、コルトノズルの全効率と乱流或いは再循環の発生の危険とがさらに減少される。

選択的には、少なくとも一つの開口がその全延長部にわたり実質的に一定に構成され得る。

適切には、少なくとも一つの開口の少なくとも一つの入り縁及び少なくとも一つの放出縁又はそのいずれか一方が丸く構成されるべきである。流れ方向には、各開口が例えばスリット状縦方向配向開口のために、二つの縦方向配向流入縁と二つの縦方向配向放出縁とを有する。それにより、開口を通るコルトノズルへの流入は、流入或いは放出縁において流れの分離に基づいて望まれない渦巻が発生し得る危険が減少されるときに限り改良される。

この発明の異なった実施例が図面に表現された図を参照して以下でさらに詳細に説明される。
以下に表現された異なった実施例のために、同じ成分は同じ参照数字を備えている。

図１ａは、船の船体１０に旋回自在に位置されているコルトノズル１００の斜視図を示す。船の船体１０は明瞭性のために単に部分的に描かれている。コルトノズルは軸受１２によって船体１０と連結されていて、舵軸線１１を中心に回転できる。舵軸線１１は縦軸線に対応する。さらに、コルトノズル１００は他の軸受（ここで表現されていない）によって下領域における船体と連結されている。流れ方向１３を考慮すると、可動な或いは制御可能なフラップ１４はコルトノズル１００の端に追従する。コルトノズル１００は円錐状に構成され且つ流れ方向１３に先細になるリング形状に構成された壁１５から成る。開口１６はコルトノズルに関して壁１５の中央側面領域１５ａ、１５ｂにそれぞれに配置されている。開口１６は高さに関して実質的に中間に配置されている。開口１６は斜めに外側から内側へ延びていて、これは流れ方向１３において考慮されている。開口は外側から内側へ先細になる実質的に縦方向に延びているスリットから成る。それで、開口１６は、開口１６の先細のために外開口領域１６ａが内開口領域１６ｂより幅広いので、およそショベル型外観を有する。プロペラは明瞭性のために図１ａでは省略されるが、しかし据え付け時に、コルトノズル１００の内側に配置されている。

図１ｂは、図１ａのコルトノズル１００の一部分の断面図を示す。特に、図１ｂのコルトノズル１００の壁は開口１６の領域で切断されている。開口１６が流れ方向に斜めに外側から内側へ延びていて、開口が内側に先細になることが認められている。対応して、外開口領域１６ａが内開口領域１６ｂより幅広である。開口１６の二つの水平方向に延びる流入縁１７ａ、１７ｂの間で、後流入縁１７ａが丸く構成され、その間に前流入縁１７ｂが角度に構成されている。同様に、後放出縁１８ａが流れ方向１３に丸く形成され、その間に前放出縁１８ｂが角度に形成されている。側面から考慮されるときに、外開口領域１６ａと内開口領域１６ｂは互いに片寄っている、特にそれら開口領域が互いに横方向に片寄って配置されている。それで、内開口領域１６ｂはコルトノズル１００の側面図に関して、開口１６の斜めに延びている側壁によって、或いは壁１５によってカバーされている。言い換えると、開口は流れ方向１３に斜めに外側から内側へ延びているスリット状チャンネルとして形成されている。

図２ａは、この発明のコルトノズル１００の他の実施例の斜視図を示す。図２ａには、フラップ１４がコルトノズル１００の上舵軸受１２並びに下フラップ軸受に支持されることが認識され得る。さらに、二つの開口１６は壁１５の中央領域１５ａ、１５ｂにそれぞれに配置されていて、コルトノズルが偏向されないときに、開口は船長手方向において一方が他方の後に配置されるか、或いはコルトノズルの長手方向に配置される。図２ａでは、開口１６の外開口領域のみが外部から見ることができ、内開口領域が覆われることが認識できる。対応して、開口１６の内外開口領域が流れ方向１３に一方が他方の後に配置されている。

図２ｂは、図２ａのコルトノズル１００の断面図を示す。開口１６は壁１５の両中央領域１５ａ、１５ｂに互いに対向してそれぞれに配置されていることが認識され得る。さらに、これら開口１６は流れ方向１３に斜めに外側から内側へ延びている。単一開口１６はそれぞれに等しく成形され、それで互いに平行に延びている。

図３は、この発明によるコルトノズル１００の他の実施例を示す。この実施例のために、縦方向に一方が他方の上に配置された三つの開口１６が壁１５の各中央領域１５ａ、１５ｂに設けられている。開口１６はコルトノズル１００の長手方向に関して中間にそれぞれに配置されている。中央領域１５ａ、１５ｂの単一開口１６間の距離がそれぞれにおよそ同じである。

図４は、概略的に描かれたプロペラ２０の一部分を備えるコルトノズル１００の側面領域の流れパターンを示す。全体的に、図４の描写は図６ｂの描写と同様であり、それにより図６ｂの描写に反して、開口１６を備えるこの発明によるコルトノズルが使用されていた。表現された矢印はコルトノズルを通過する水の流れコースを記号化する。認識され得る如く、水は開口１６を通して外側から内側へ流れる。水が開口１６の内開口領域１６ｂを通過するとすぐに、水が最終的にコルトノズル１００に残るまで、水がさらに壁１５の内側に沿って流れる。それで、戻し循環或いは渦巻が流れ方向１３に関してプロペラ２０の外側とコルトノズル１００の端側の間の領域に形成され得ない。反対に、全流は層状にコルトノズル１００の内側に且つコルトノズル１００の縁の外側に流れる。

船の船体に旋回自在に位置されている二つの対向開口を備えるコルトノズルの斜視図を概略的に示す。 図１ａのコルトノズルの一部分の断面図を概略的に示す。 連続した水平方向に位置された二つの開口が各中央領域に配置されている船の船体に旋回自在に位置されたコルトノズルの斜視図を概略的に示す。 図２ａのコルトノズルの一部分の断面図を概略的に示す。 連続した縦方向で各中央領域に位置されたそれぞれ三つの開口を備える船の船体に旋回自在に位置されたコルトノズルの斜視図を概略的に示す。 描かれた流れ線を備える開口を備えるコルトノズルの一部分の断面天面図を概略的に示す。 船に配置された固定プロペラにより船の舵軸線を中心に回転自在に位置された先行技術のコルトノズルを概略的に示す。 先行技術のコルトノズルの下部分領域を概略的に示す。 先行技術のコルトノズルの下部分領域を拡大して概略的に示す。

符号の説明

１００．．．．コルトノズル
１０．．．．．船の船体
１１．．．．．舵軸線
１２．．．．．軸受
１３．．．．．流れ方向
１４．．．．．フラップ
１５．．．．．壁
１５ａ．．．．壁の中央領域
１５ｂ．．．．壁の中央領域
１６．．．．．開口
１６ａ．．．．外開口領域
１６ｂ．．．．内開口領域
１７ａ．．．．流入縁
１７ｂ．．．．流入縁
１８ａ．．．．放出縁
１８ｂ．．．．放出縁
１９．．．．．フラップ軸受
２０．．．．．プロペラ
２００．．．．コルトノズル（先行技術）
２０１．．．．開口領域
２０２ａ．．．コルトノズルの壁
２０２ｂ．．．コルトノズルの壁
２１０．．．．船プロペラ
２２０．．．．船長手方向軸線
２２１．．．．流れ方向
２３０．．．．フラップ（固定）
２３１．．．．フラップ（可動）

Claims (9)

1. 壁（１５）を形成して船のプロペラを包囲するノズルリングを備え、垂直軸線（１１）を中心に回転可能に構成されたコルトノズル（１００）において、
   少なくとも二つの開口（１６）が実質的に互いに反対に配置されるようにコルトノズルの壁（１５）に設けられ、
   上記少なくとも二つの開口（１６）は、内側と外側の開口領域を有するとともに、コルトノズル（１００）の長手方向軸線に関して、１０°から６０°の角度で、主流れ方向（１３）に関して壁（１５）を通して外側から内側まで傾斜して延び、これによってコルトノズルの外側から内側に向かう流れをつくり、
   しかも、上記少なくとも二つの開口（１６）は、常に開かれたまま、それぞれコルトノズル（１００）の高さに関して中央領域（１５ａ，１５ｂ）のみに配置され、
   この中央領域（１５ａ，１５ｂ）は、コルトノズル（１００）の高さの五分の二から五分の三までの範囲であって、コルトノズルの他の領域にはいかなる開口も存在しないことを特徴とするコルトノズル。
2. 少なくとも二つの開口（１６）がコルトノズル（１００）の少なくとも一つの中央領域（１５ａ，１５ｂ）に配置されていて、少なくとも二つの開口（１６）が一方を他方の後にコルトノズル（１００）の長手方向に及び互いに縦方向に又はそのいずれか一方で配列されていることを特徴とする請求項１に記載のコルトノズル。
3. 少なくとも一つの開口（１６）が、コルトノズル（１００）の長さに関して、長さの三分の一から三分の二までの領域に、または、長さの五分の二から五分の三までの領域に、または、中間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコルトノズル。
4. コルトノズル（１００）が船の舵軸線（１１）を中心に回転可能に構成されてそして船の固定プロペラ（２０）がコルトノズル（１００）に配置されているコルトノズルにおいて、少なくとも一つの開口（１６）は、それが実質的にプロペラ（２０）に隣接した内部開口領域（１６ｂ）で、好ましくは１０°、１５°或いは２０°の旋回角度に配置されるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコルトノズル。
5. 少なくとも一つの開口（１６）が縦方向に延びている細長いスリットとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコルトノズル。
6. 少なくとも一つの開口（１６）は、それが壁（１５）の外側から壁（１５）の内側まで先細になるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコルトノズル。
7. 少なくとも一つの開口（１６）の寸法がその全延長部上に実質的に一定であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコルトノズル。
8. 少なくとも一つの開口（１６）の流入縁（１７ａ，１７ｂ）及び放出縁（１８ａ，１８ｂ）又はそのいずれか一方が丸く構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のコルトノズル。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のコルトノズル（１００）が船に、または、船の船尾に設けられていることを特徴とする船。

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