JPH0546560Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、一般商船、艦艇等に使用される舶用
の二重反転プロペラ装置に関する。

「従来の技術」 従来、二重反転プロペラ装置は、例えば第５図
に示すように、左ピツチ角のプロペラ翼１を有し
て左方向に回転する前側プロペラ２と、右ピツチ
角のプロペラ翼３を有して右方向に回転する後側
プロペラ４とが前後に同軸上に配置されており、
両プロペラ２，４によつてそれぞれスラスト（推
力）を発生させるとともに、前側プロペラ２の後
流に含まれる回転流のエネルギを、逆回転する後
側プロペラで回収して、プロペラ効率を向上させ
るようにしている。

「考案が解決しようとする問題点」 しかし、前側プロペラ２で発生させた回転流の
エネルギを、後側プロペラ４によつて完全に回収
することは困難である。

第６図に基づいて説明すると、前側プロペラ
が、回転数n₁、半径R₁位置における周速度2πn₁
R₁、ピツチ角φ₁で後から見て右回転している際
に、軸方向流入速度U_A1に回転成分を含む誘導速
度k₂U₁が加わることにより、プロペラ軸芯線に
対してβ₁の角度を有する流出速度U_A2の流れ（後
流）が形成されたとする。

後側プロペラの前縁にこの流れが入り、後側プ
ロペラが、回転数n₂、半径R₂位置における周速
度2πn₂R₂、ピツチ角φ₂で後から見て左回転して
いる場合に、流入速度U_A3に誘導速度k₅U₁の流れ
が加わつて、流出速度U_A4の流れが形成されたと
する。この流出速度U_A4が、プロペラ軸芯線に対
してβ₃の角度を有する場合には、後側プロペラの
後流にも回転流が含まれ、回転流のエネルギの利
用が完全ではないことになる。

二重反転プロペラ装置では、前側プロペラと後
側プロペラとの相互干渉を考慮し、また、前側プ
ロペラの後流束を考慮して後側プロペラの直径、
翼数、回転数、ピツチ角等を設計するようにして
いるが、軸方向の誘導速度の数％程度の回転流が
残ることが多く、回転方向の誘導速度成分を零と
することが技術的に困難であるため、エネルギの
回収が完全にはできない上、後側プロペラが、し
ばしば前側プロペラの後流束から突出することが
あり、この場合に、前側プロペラの翼端渦キヤビ
テーシヨンによつて、後側プロペラに損傷が発生
する等の問題が起こる。

本考案は、回転流の持つエネルギを無駄なく回
収して、プロペラ効率を向上させるとともに、後
側プロペラが前側プロペラの翼端渦キヤビテーシ
ヨンを容易に回避できるように図つた理想的な二
重反転プロペラ装置を実現することを目的として
いる。

「問題点を解決するための手段」 かかる二重反転プロペラ装置にあつて、一方向
に回転する前側プロペラ１３と、該前側プロペラ
に対して逆向きに回転しかつ回転直径を前側プロ
ペラよりも小さくした後側プロペラ１５との間
に、案内翼装置１６が設けられ、該案内翼装置
は、両プロペラに同芯のハブ２１に一体にかつ両
プロペラのプロペラ翼１２，１４の間に介在状態
に配されて前側プロペラの後流の方向を修正して
後側プロペラに流入させる流入角調整翼２２と、
該流入角調整翼の外縁部に一体にかつ前側プロペ
ラの後流束を囲んだ状態に配される円環翼２３と
を有する構成を採用している。

「作用」 本考案に係る二重反転プロペラ装置では、前側
プロペラの後流束を後側プロペラに導いて、回転
流の有するエネルギを、逆回転する後側プロペラ
で回収するのであるが、その際に、後流束におけ
る回転流の方向を流入角調整翼により修正して後
側プロペラへの流入方向を設定し、後側プロペラ
の後流中から回転流成分を除去することにより、
後側プロペラによるエネルギの回収率を高める。

そして、前側プロペラの後流束を円環翼で後側
プロペラに誘導することにより、後側プロペラ径
を後流束径に合わせる設計上の融通性が得られ、
前側プロペラから流出する回転エネルギの回収と
翼端渦キヤビテーシヨンの回避とが行なわれる。

また、円環翼の内側の流速が外側の流速より速
くなることによつて円環翼に循環流が生じ、これ
によつて揚力やスラストが発生してプロペラ効率
を向上させる。

「実施例」 以下、本考案の二重反転プロペラ装置の一実施
例を第１図ないし第４図に基づいて説明する。

この二重反転プロペラ装置は、二重構造のプロ
ペラ軸における外側プロペラ軸１１Ａに、右ピツ
チ角のプロペラ翼１２を有して右回転する前側プ
ロペラ１３が、また、前記外側プロペラ翼１１Ａ
の先端から突出している内側プロペラ軸１１Ｂ
に、左ピツチ角のプロペラ翼１４を有して左回転
する後側プロペラ１５がそれぞれ設けられるとと
もに、両プロペラ１３，１５の間に、特殊な案内
翼装置１６が設けられたものである。なお、第１
図に示すように、前側プロペラ１３は後側プロペ
ラ１５よりも大径に構成されている。

前記案内翼装置１６は、内側プロペラ軸１１Ｂ
に回転自在に支持されたハブ２１と、その回りに
放射状に配設されて前側プロペラ１３の後流の方
向を修正して後側プロペラ１５に流入させる複数
の流入角調整翼（整流翼）２２と、これら流入角
調整翼２２の外縁部を連結した状態で両プロペラ
１３，１５の間を囲む円環翼２３と、該円環翼２
３を船尾外底面２４に固定状態に支持する複数の
脚２５とによつて構成されている。

前記ハブ２１は、内側プロペラ軸１１Ｂに軸受
２６を介して取り付けられており、該軸受２６の
液封のためのシール装置２７が両端に配設されて
いる。

前記流入角調整翼２２は、前側プロペラ１３の
後流に対して交差するように設けられるととも
に、第１図に断面を示すように、相互に逆方向に
傾斜している前側プロペラ１３と後側プロペラ１
５との両プロペラ翼１２，１４の後縁部及び前縁
部間にあつて、前側プロペラ１３の後流中に含ま
れる回転流の方向を、後側プロペラ１５の後流の
プロペラ軸芯線方向の直進性に合わせて修正し
て、後側プロペラ１５による前側プロペラ１３の
回転エネルギの完全回収を実現する。

また、前記円環翼２３は、第１図に示すよう
に、大径の前側プロペラ１３の後縁近傍と小径の
後側プロペラ１５の前縁近傍との間に配置され、
その断面形状は後方が徐々に小径となる内周面を
有して、内周面が前側プロペラ１３の後流束の周
縁部に接した状態とされ、前縁口径が後縁口径よ
り大きい、いわゆる加速型ノズル形状となつてい
る。

このように構成した二重反転プロペラ装置で
は、例えば、前側プロペラ１３が右回転すると、
後側プロペラ１５が左回転する。

第６図流入角調整翼２２の作用について、第６
図に基づいて説明する。前側プロペラ１３と後側
プロペラ１５とが、所定の回転数n₁，n₂で同時に
回転していると、前側プロペラ１３によつて、プ
ロペラ軸芯線に対して角度β₁、流出速度U_A2の流
れが形成される。そして、前述したように、ベク
トルU_A2で表わす流れを、そのまま左回転する後
側プロペラ１５に導入すると、回転流エネルギを
全部回収できないのが一般的である。

そこで、前側プロペラ１３の後流束を流入角調
整翼２２に交差させて、前側プロペラ１３の下流
に、プロペラ軸芯線に対して角度β₂を有する流出
速度U_A3の修正した流れを形成する。

この修正が理想的に行なわれた場合には、ある
半径位置の翼素（翼截面）において、後側プロペ
ラ１５が、回転数n₂、半径R₂位置における周速
度2πn₂R₂、ピツチ角φ₂で左回転すると、第６図
に破線の矢印で示しているように、ベクトルU_A3
で表わされる流れが、後側プロペラ１５に流入す
ることにより、流出速度U_A3と誘導速度k₆U₁との
ベクトル和の流出速度_A5の流れを形成する。

この流出速度U_A5は、プロペラ軸芯線に対して
平行となり、したがつて後側プロペラ１５の後流
は回転流を含まず、回転流のエネルギが100％さ
れた状態となる。

つまり、二重反転プロペラ装置にあつては、後
側プロペラ１５で前側プロペラ１３の後流に含ま
れる回転エネルギーを回収するのであるが、回収
効率が不十分である場合等の回収効率を向上させ
る場合に、両プロペラ１３，１５の翼截面形状、
ピツチ角、回転数等の主要仕様の修正に加えて、
流入角調整翼２２の角度や形状を調整する方法を
採用することができ、実用上は、流入角調整翼２
２によつて修正する方が、相対的に簡単になると
考えられる。

次いで、円環翼２３の作用について、第７図に
基づいて説明すると、前側プロペラ１３の後流束
は、予め大径の前側プロペラ１３と小径の後側プ
ロペラ１５とを組み合わせているように、前側プ
ロペラ１３直後で縮流現象を生じ、その拘束流が
円環翼２３のダクト内面側に接して後側プロペラ
１５に向かつて流れる。一方、ダクトの外側は前
進速度に近く、内側の流れより低速の流れに接す
ることになる。

前側プロペラ１３の後流束を円環翼２３で誘導
すると、その後流束はほとんど縮流しないから、
前側プロペラ１３の翼端渦キヤビテーシヨンに、
直径の小さな後側プロペラ１５の翼端部が直接接
触することがなく、翼端渦キヤビテーシヨンによ
る影響を回避することができる。

加えて、円環翼２３の部分の圧力差に基づい
て、第７図に矢印で示すように、外側から内側へ
の循環流が流れて揚力d_Lが発生する。この揚力ベ
クトルd_Lの正弦値は、スラストd_Sとなる。このス
ラストd_Sから、案内翼装置等の流体力学的抗力d_D
を差し引いた余剰分があれば、一層プロペラ効率
を向上させることができる。

「考案の効果」 以上の説明から明らかなように、本考案の二重
反転プロペラ装置によれば、次のような効果を奏
する。

(1) 前側プロペラと、逆向きに回転しかつ回転直
径を小さくした後側プロペラとの間に、案内翼
装置が設けられ、案内翼装置は、両プロペラの
間に配されて前側プロペラの後流の方向を修正
して後側プロペラに流入させる流入角調整翼
と、前側プロペラの後流束を囲んだ状態に配さ
れる円環翼とを有するものであるから、前側プ
ロペラの後流束に含まれる回転エネルギを、後
側プロペラで回収する際に、回転流の方向を流
入角調整翼により修正して後側プロペラの後流
中に含まれる回転流成分を零に設定し、従来技
術と比較してエネルギの回収率を著しく高める
ことができる。

(2) 前側プロペラの後流束の回転流のエネルギ回
収効率を向上させる場合に、両プロペラの翼截
面形状、ピツチ角、回転数等の主要仕様を修正
する方法に加えて、流入角調整翼の角度や形状
を調整する方法を併用することにより、プロペ
ラ効率を比較的容易に向上させることができ、
かつ、プロペラを交換または変更することな
く、プロペラ効率を向上させることができる。

(3) 前側プロペラの後流束を円環翼で誘導するこ
とにより、前側プロペラの翼端渦キヤビテーシ
ヨンによる後側プロペラの損傷を回避すること
ができる。

(4) 円環翼の内外側の流速差に基づく円環翼の揚
力を利用してスラストを発生させ、流体力学的
抗力を除去した余剰分を推進に寄与するものと
して、プロペラ効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の二重反転プロペラ装置の一実
施例を示す半分を断面した正面図、第２図ないし
第４図はそれぞれ第１図の−線、−線、
−線に沿う矢視図、第５図は二重反転プロペ
ラ装置の従来例を示す斜視図、第６図は回転流の
エネルギ回収状況を説明するモデル図、第７図は
円環翼によるスラスト発生状況を説明する一部を
断面した正面図である。 １１Ａ，１１Ｂ……プロペラ軸、１２……プロ
ペラ翼、１３……前側プロペラ、１４……プロペ
ラ翼、１５……後側プロペラ、１６……案内翼装
置、２１……ハブ、２２……流入角調整翼（整流
翼）、２３……円環翼、２４……船尾外底面、２
５……脚、２６……軸受、２７……シール装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一方向に回転する前側プロペラ１３と、該前側
   プロペラに対して逆向きに回転しかつ回転直径を
   前側プロペラよりも小さくした後側プロペラ１５
   との間に、案内翼装置１６が設けられ、該案内翼
   装置は、両プロペラに同芯のハブ２１に一体にか
   つ両プロペラのプロペラ翼１２，１４の間に介在
   状態に配されて前側プロペラの後流の方向を修正
   して後側プロペラに流入させる流入角調整翼２２
   と、該流入角調整翼の外縁部に一体にかつ前側プ
   ロペラの後流束を囲んだ状態に配される円環翼２
   ３とを有することを特徴とする二重反転プロペラ
   装置。