JP6832304B2 - 舶用推進装置及び船舶 - Google Patents
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Description
この縮流も、このままでは船舶等の推力には寄与せず、エネルギーロスの一要因となり得る。そこで、縮流のエネルギーを回収して船舶等の推力に変換させることが望ましい。しかしながら、特許文献1〜3には、上述したように、プロペラ後流側に生じる旋回流のエネルギーを回収することについては説明されているが、縮流のエネルギーを回収することやそのための具体的な構成は開示されていない。
船尾に設けられるプロペラと、
前記プロペラの後流側に少なくとも部分的に位置し、前記プロペラの回転軸に沿った中心線を有するダクトと、を備え、
前記ダクトは、前記中心線を含む断面において翼型形状を有し、
前記翼型形状のコード方向が前記中心線に対してなす角度が0度以上5度以下である。
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.5R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置する。
上記(2)の構成では、ダクトの前縁が、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.5R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置するようにしたので、ダクトの前縁とプロペラとの干渉を回避しながら、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーをより効果的に回収することができる。
前記ダクトは、船体に固定されたラダーホーンの前端部に支持される。
前記ダクトの最上部のうち、前記中心線方向において前記ダクトの後縁から第1位置までの部分は、前記ラダーホーンとの接続部を形成し、
前記第1位置は、前記ダクトの前記中心線方向の長さをLとしたとき、前記中心線方向において、前記ダクトの前記後縁からの距離が0.3L以上0.5L以下の位置である。
前記ダクトは、船体の底部に支持される。
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.2R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置する。
この点、上記(6)の構成では、ダクトの前縁が、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.2R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置するようにしたので、ダクトの前縁とプロペラとの干渉を回避しながら、プロペラ後流側に生じる縮流のエネルギーをさらに効果的に回収することができる。
前記ダクトは、船体に対して回動可能に設けられた舵板に支持され、
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラの後縁から後方に計った距離が0.3R以上0.5R以下の範囲内に位置する。
前記プロペラの軸方向において、前記ダクトの後縁と、前記舵板が取り付けられたラダーホーンの前端部との間の最小距離が、0.02R以上0.3R以下である。
前記ダクトは、前記舵板から前記回転軸の方向に突出する突出部を介して支持されている。
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において第2位置と第3位置の間、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が1.0Rより大きく1.2R以下の範囲内に位置し、
前記第2位置は、前記軸方向において前記プロペラの後縁から前方に計った距離が0.4Rの位置であり、
前記第3位置は、前記軸方向において前記プロペラの前記後縁から後方に計った距離が0.05Rである。
前記ダクトの内側において放射状に延びる少なくとも1枚のステータフィンをさらに備える。
舵4は、船体2の船尾2bに固定されたラダーホーン6と、ラダーホーン6に支持される舵板7と、舵板7を回動させるための舵軸5と、を含む。舵軸5は、一端側において舵板7に接続されており、駆動装置(不図示)によって駆動されて、鉛直方向に沿った回動軸の周りを回動可能に構成されている。すなわち、舵板7は、舵軸5とともに、船体2に対して回動可能である。
ダクト10の中心線Qに沿った断面(図2の斜線部参照)は翼型形状を有する。すなわち、管状部材であるダクト10の前縁12及び後縁14は、それぞれ、ダクト10の断面の翼型形状の前縁及び後縁の集合である。
そして、ダクト10の断面の翼型形状のコード方向が中心線Qに対してなす角度θ1が5度以下である。
ここで、プロペラ8の回転によって生じる縮流fc(図2参照)から推力FTを効果的に得るためには、ダクト10の翼型のコード方向と、縮流fcがダクト10の前縁12に流入する方向(図2における矢印Aの方向)とがある程度ずれて、これら2方向のなす角度θ2(迎角)が適度な大きさであることが望ましい。一方、上述のコード方向(直線L1の方向)が中心線Qの方向(図2における直線L0の方向)に対してなす角度θ1(図2参照)が大きすぎると、上述の迎角が過大となり、翼面近傍において流れが乱れて損失が生じやすくなるため、上述のコード方向は、中心線Qに沿った方向とすることが望ましい。
なお、図3は、一実施形態に係るダクト10の構成を示す図である。
なお、図4〜図10、及び、以下の説明において、Rはプロペラ8の回転半径である。
図4及び図5に示す例示的な実施形態では、ダクト10は、接続部16においてラダーホーン6と接続されている。接続部16は、ダクト10の最上部11に形成されていてもよい。ダクト10とラダーホーン6とは、例えば、溶接によって接合されていてもよい。
図6、図8及び図9に示す例示的な実施形態では、ダクト10は、上下方向に延びるストラット18を介して、船体2の底部9に取り付けられている。
図7に示す例示的な実施形態では、ダクト10は、舵板7からプロペラの回転軸Oの方向の船首側に突出する突出部22を介して舵板7に支持されている。突出部22の上部表面には、上下方向に延びるストラット24の下端面が固定されている。また、ストラット24の上端面は、ダクト10の上部の内周面に固定されている。このようにして、ダクト10は、突出部22及びストラット24を介して舵板7に支持されている。
また、図12は、x/R=0.2の軸方向位置(すなわち、プロペラ8の後縁から0.2R後方の位置)における、半径方向位置r/R(横軸)と、縮流の流速(左側縦軸)及び流入角(右側縦軸)との関係の一例を示すグラフである。
また、図11のグラフより、プロペラ8の後流側において、プロペラ8の後縁からの距離が短いほど(即ち、x/Rが小さいほど)流入角が大きく、x/Rが0.5以下の範囲では、流入角がある程度大きく、x/Rが0.2以下の範囲において、流入角が特に大きいことがわかる。
そして、図12を見ると、縮流の流入角が大きいx/R=0.2の軸方向位置では、半径方向位置がr/Rが1.0未満のときに流速が比較的大きく、r/Rが1.0を超えると、流速が急激に低下することがわかる。
この場合、ダクト10の中心線方向の長さをL(図4参照)として、上述の第1位置P1は、中心線Qの方向において、ダクト10の後縁14からの距離が0.3L以上0.5L以下の位置であってもよい。換言すれば、ダクト10の最上部11のうち、中心線方向において後縁14側の30%以上50%以下の部分が、ラダーホーン6との接続部16を形成していてもよい。
図9〜図10に示す例示的な実施形態では、ダクト10の中心線Qに沿って設けられるハブ部材27の外周面と、ダクト10の内周面との間に、ダクト10の径方向に沿って延びる複数枚のステータフィン28が設けられている。図9に示すように、ステータフィン28の断面は翼型形状を有していてもよい。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
2 船体
2a 船首
2b 船尾
3 推進装置(舶用推進装置)
4 舵
5 舵軸
6 ラダーホーン
6a 前端部
7 舵板
8 プロペラ
9 底部
10 ダクト
11 最上部
12 前縁
14 後縁
16 接続部
18 ストラット
22 突出部
23 前縁
24 ストラット
27 ハブ部材
28 ステータフィン
30 プロペラボス部
A 矢印
FL 揚力
FT 推力
O 回転軸
P1 第1位置
P2 第2位置
P3 第3位置
Q 中心線
R 回転半径
a ダクト前縁とプロペラ後縁との軸方向の距離
b ダクト前縁とプロペラ回転軸との半径方向の距離
e ダクト後縁とラダーホーンとの最小距離
fc 縮流
g ダクト前縁とプロペラ回転軸との半径方向の距離
h ダクト後縁とプロペラ回転軸との半径方向の距離
Claims (9)
- 船尾に設けられるプロペラと、
前記プロペラの後流側に少なくとも部分的に位置し、前記プロペラの回転軸に沿った中心線を有するダクトと、を備え、
前記ダクトは、前記中心線を含む断面において翼型形状を有し、
前記翼型形状のコード方向が前記中心線に対してなす角度が5度以下であり、
前記ダクトは、船体に固定されたラダーホーンの前端部に支持され、
前記ダクトの最上部のうち、前記中心線方向において前記ダクトの後縁から第1位置までの部分は、前記ラダーホーンとの接続部を形成し、
前記接続部において、前記ダクトの前記最上部と前記ラダーホーンとが前記中心線方向において互いにオーバーラップしている
ことを特徴とする舶用推進装置。 - 前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラのプロペラ翼の後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.5R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置する
ことを特徴とする請求項1に記載の舶用推進装置。 - 前記第1位置は、前記ダクトの前記中心線方向の長さをLとしたとき、前記中心線方向において、前記ダクトの前記後縁からの距離が0.3L以上0.5L以下の位置である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の舶用推進装置。 - 前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラのプロペラ翼の後縁から後方に計った距離が0.05R以上0.2R以下、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が0.80R以上0.95R以下の範囲内に位置する
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の舶用推進装置。 - 船尾に設けられるプロペラと、
前記プロペラの後流側に少なくとも部分的に位置し、前記プロペラの回転軸に沿った中心線を有するダクトと、を備え、
前記ダクトは、前記中心線を含む断面において翼型形状を有し、
前記翼型形状のコード方向が前記中心線に対してなす角度が5度以下であり、
前記ダクトは、船体に対して回動可能に設けられた舵板に支持され、
前記ダクトの前記中心線と前記回転軸とが一致した状態において、前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において前記プロペラのプロペラ翼の後縁から後方に計った距離が0.3R以上0.5R以下の範囲内に位置し、
前記ダクトは、前記舵板から前記回転軸の方向に突出する突出部を介して支持されている
ことを特徴とする舶用推進装置。 - 前記プロペラの軸方向において、前記ダクトの後縁と、前記舵板が取り付けられたラダーホーンの前端部との間の最小距離が、0.02R以上0.3R以下である
ことを特徴とする請求項5に記載の舶用推進装置。 - 船尾に設けられるプロペラと、
前記プロペラの後流側に少なくとも部分的に位置し、前記プロペラの回転軸に沿った中心線を有するダクトと、を備え、
前記ダクトは、前記中心線を含む断面において翼型形状を有し、
前記翼型形状のコード方向が前記中心線に対してなす角度が5度以下であり、
前記ダクトの上流側には、径方向外側から径方向内側に向かう縮流に作用する他のダクトが存在せず、
前記プロペラの回転半径をRとしたとき、前記ダクトの前縁は、前記プロペラの軸方向において第2位置と第3位置の間、かつ、前記プロペラの半径方向において前記回転軸からの距離が1.0Rより大きく1.2R以下の範囲内に位置し、
前記第2位置は、前記軸方向において前記プロペラのプロペラ翼の後縁から前方に計った距離が0.4Rの位置であり、
前記第3位置は、前記軸方向において前記プロペラ翼の前記後縁から後方に計った距離が0.05Rである
ことを特徴とする舶用推進装置。 - 前記ダクトの内側において放射状に延びる少なくとも1枚のステータフィンをさらに備える
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の舶用推進装置。 - 請求項1乃至8の何れか一項に記載の舶用推進装置を備えた船舶。
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