JPH0624382A - 効率のよい船舶用推進器とその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、翼内より液体を同液中へ噴出または
自然吸引させることによって、船舶などのプロペラの効
率を高めるもので、特にキャビテーションの防止に効果
があり、本発明は翼に孔部と通路をもつ該プロペラの製
造方法おいても提案するものであり、更には該翼内通路
への液体の圧縮または移送方法をも提案するものであ
る。 【構造】回転軸またはダクトのなかに通路を設けて、該
回転軸に同軸状態で突設させたプロペラ翼部を持ち、該
翼部の中に通路を形成して、該翼部の縁部または先端背
面部付近に孔部を形成して該通路と連通せしめて、同時
に該回転軸またはダクトのなかの通路とも連通して、該
圧力変化による減圧または負圧または吸引力利用構造と
して液体を該孔部より自然吸引させる構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【本発明の技術分野】本発明は推進力への変換効率がよ
く、キャビテーションをも防止する効率のよい船舶用推
進器とその製法に係るものである。 【０００２】 【従来技術】従来、船舶などに装着されたプロペラは、
その主機関の発生する出力を最も効率よく推力に変換す
ることが望ましく、そのために翼の輪郭形状や面積、断
面形状についての理論計算や模型実験が行なわれてお
り、とくに近年ではスーパー・コンピューターなどでプ
ロペラ周りの３次元解析が進んできた。 【０００３】 【発明が解決しようとする問題点】そこで、変換効率の
低下をもたらす要因として最も問題となっているのがキ
ャビテーションであり、このキャビテーションが発生す
る原因としてプロペラが水中で回転すると、その流速に
よって圧力が水の蒸気圧よりも低くなるところが生じ気
泡が発生するが、それは主にプロペラの縁部で最大とな
るものであった。そしてこれを防止する為に新しい翼理
論に基づいた圧力分布・低キャビテーションプロペラ自
体の設計や、プロペラ軸芯よりエアを噴出させたり、翼
端のピッチを小さくしてキャビテーションを起こりにく
くしたりするなどの多くの対策技術が存在するが、低キ
ャビテーションプロペラの設計には現在の技術や設計方
法では、伴流も加えた３次元流れの本質的な解析手法の
更なる完成を待たねば設計技術として高性能なプロペラ
は製作できない現状があるが、流れの解明が難しいのも
現状である。 【０００４】 【問題を解決するための手段】そこで本発明は、従来の
プロペラの設計方法とは全く異なる発想の新しいプロペ
ラの構造とその製法および原理を提案するものであり、
図面を参照しながら詳述すれば以下のようになる。 【０００５】１）回転軸２またはダクト４のなかに通路
６を設けて、回転軸芯を中心として回転自在に設けた回
転軸２と、回転軸２に同軸状態で放射状に突設させたプ
ロペラ翼部１をそれぞれ持つ構造として、翼部１の縁部
１２または先端背面部１３付近に孔部５を形成して、孔
部５は翼部１内に形成させた通路６と連通せしめて、通
路６は回転軸２またはダクト４のなかの通路６と連通せ
しめて、翼部１の水切り作用による圧力変化を利用する
構造として該圧力差発生付近に孔部５を形成させて、該
圧力変化による減圧または負圧または吸引力利用構造と
して液体を孔部５より自然吸引させる構造とした。 【０００６】２）また、前記翼部１へ孔部５を形成させ
る方法として、レーザー発振機９を用いる構造として、
レーザー光線照射による孔部５相当部分の溶解または蒸
発による穴あけ構造として、最低限翼部１肉内の通路６
を掘り進む構造として、通路６は湾曲または折れ曲がっ
た曲がり構造の通路６を持つ構造として、該曲がり構造
の通路６を掘り進むのに鏡やレンズなどの反射物８を利
用する構造として、反射物８のレーザー反射効果を利用
する構造として、しかも反射物８を掘った穴の中へ入れ
る構造にしながら穴の中でレーザーを該反射物８に反射
させる構造として、反射物８の反射地点が単数または複
数存在する構造としながら、該鏡やレンズなどの反射物
８の反射面７以外の裏面側から蒸発霧を排出せしめる構
造として、該蒸発霧の吸引通路を設けて同時に供給通路
も該掘り進む穴に形成した構造とする。 【０００７】３）また、前記翼部１内の通路６より延設
する通路６途上の回転軸２にファン状またはラセン状の
回転子３を設けて、回転子３の翼幅は翼部の翼幅より数
分の一と確実に小さい構造として、回転子３は回転軸２
へ回転自在に支持する構造として、回転軸２を覆うダク
ト４が回転子３の周縁部に設けられて、ダクト４の上流
に開口部１６を設けて、回転子３は通路６内の液体を圧
縮または移送する構造として、さらに孔部５より液体を
強制的または自然に供給させるキャビテーション発生域
利用構造とした該翼端の孔部５より液体を噴出させる構
造とした。 【０００８】 【作 用】本発明は、従来キャビテーションを起
こさない為だけに圧力分布法などで形状設計していたプ
ロペラの設計方法から発想を転換して、キャビテーショ
ンが発生してしまった場合でも、その圧力変化をむしろ
積極的に利用しようとするものである。その為の構造と
して該圧力差が発生する付近の翼部１に孔部５を形成さ
せて、孔部５から水を供給できるようにしておくと、該
圧力変化による減圧または負圧または吸引力と呼ばれる
力が翼付近の水流に発生し、該力が孔部５のなかの液体
を積極的に自然吸引させようと働く。さらに、より積極
的に孔部５より液体を押し出す噴出機能を第３項のよう
に取り付ければ一層、発生した該圧力差を無くすことが
できたり、いくらかは圧力差を縮めることにができる。
つまり圧力差発生付近に液体を供給させることで、圧力
差を無くしてキャビテーションを抑えようとするもので
ある。ところで、より積極的に孔部５より液体を押し出
す噴出機能を取り付ける場合に第３項の構造にしなくて
も、圧縮ポンプで強制的に噴出させるものでもよい。 【０００９】また、本発明の構造のプロペラによるキャ
ビテーション防止方法は、従来プロペラのキャビテーシ
ョン防止原理とは全く異なるため、プロペラの構造にお
いても新しい提案を行なうことができる。つまり液体通
路６を出来るだけ大きく取れる厚肉構造を重点に置き、
厚肉となった通路６のぶん孔部５より多くの水を噴出さ
せて結果的に翼部１先端部のキャビテーションの発生を
充分に抑える原理とし、肉厚な翼でもキャビテーション
を抑えた分だけ効率の良いプロペラとするものである。 【００１０】また、本発明のプロペラ製造方法は翼内に
通路６を形成させる構造であるため、従来技術での製造
が難しく困難である。とくに常識的には、出来るだけ薄
肉にする必要のあるプロペラと、スキュー幅の影響を受
けてその翼部１内の通路６も曲げる必要が生じてくるな
どの理由によるものである。 【００１１】そこで第２項のようにレーザー光線を利用
することで、翼部１内に通路６用の穴をあけようとする
ものである。ここで、従来レーザーの特性である直進性
の問題を解決して新しいプロペラの製造方法である曲が
り構造の通路６を形成させる為に、鏡やレンズなどの反
射物８を利用する構造として、反射物８のレーザー反射
効果を利用して通路６を曲げさせるものである。つま
り、レーザーで開けた穴に反射物８を入れながら、反射
物８に穴の中で反射させることによって、穴を掘ってい
く角度を変えさせるものであり、反射地点が単数または
複数存在する構造としながら掘り進ませるものであり、
この場合の反射物８には様々な工夫が必要となる。しか
も、さらに新たな特徴として、該鏡やレンズなどの反射
物８の反射面７以外の裏面側から蒸発霧を排出せしめる
構造とすることで、レーザーと目的物との間の蒸発霧に
よる妨害をなくし、穴あけ効率の低下を防ぐものであ
る。そして蒸発霧を排出する構造ということは、当然エ
アなどの何かを供給せしめることが必要になり、供給通
路も該掘り進む穴に形成する必要が出てくるが、この場
合 供給通路をレーザー光線の通路と併用しても良い
し、別々にしても良い。また、本製造方法を大気中でな
く水中で穴あけ作業を行なわせるものでもよい。この場
合、蒸発霧は同時に発生する泡によって包まれながら浮
上するし、その浮上力によって穴の中へ新たにきれいな
水が流入されることになる。 【００１２】さらに、第３項のように回転軸２と同軸状
態で翼部１と回転子３を設けることにより、回転子３は
開口部１６より液体を吸引せしめて圧縮・移送する働き
をして、翼内通路６へ液体を圧送せしめることで翼部１
先端付近に形成した孔部５より供給または噴出する。こ
の場合、翼部１内に形成させる通路６の径が広いほど、
噴出しやすくなる。また本項では回転子３による液体圧
縮構造の提案を主目的としており、液体を供給する為の
開口部６をダクトの上流に形成させなくとも、船体の他
の部分まで供給通路６を延設させることで液体を供給す
るものや、船体内に液体をストックまたは同時に生成さ
せて供給する方法によるものなども本項より容易に考え
ることができる。 【００１３】 【実施例】第１図は本発明の第１実施例を示す斜視断面
図。特徴は翼部１先端縁部１２の背面部１３付近に水を
噴出する孔部５を形成したものであり、正確には図のよ
うな孔部５の形成位置が最もキャビテーションを発生す
る場所となっている為、液噴出によって、最も効果をあ
げやすい付近であるが、その他にも、縁部１２に孔部５
を形成したり、または丁度、図面の孔部５より後方に形
成、または腹面部１４側に形成しても良い。 【００１４】また液体通路６をもつプロペラの製造方法
については、仕様図Ａのように翼部１付け根部分の回転
軸２を軸芯方向より削り込んで繰り抜き、通路６を形成
させるものでもよいし、仕様図Ｂのように、同回転軸２
を外部から削ってゆき、通路６を形成させて、さらに図
のような板体１５を該削り部分に嵌め合わせて、翼部１
付け根部分の回転軸２に通路６を形成させるものでもよ
い。また、翼部１に形成する通路６においても、図のよ
うに一つの孔部５ごとに通路６を形成するものでも、複
数の孔部５からの通路６を翼部１内で一本に合わせるも
のでもよい。 【００１５】さらに、本実施例ではクレーム第３項のよ
うに、回転軸２へラセン状の回転子３を形成させて、そ
の外周をダクト４で覆った一例もあげているが、他にも
回転子３をファン状のものでもタービン状のものでも、
回転子３の働きによって液体を圧縮または移送させるも
のであれば問題ない。また開口部１６の開度を可変させ
ることで、回転数に応じた孔部５噴出量を調節できる。 【００１６】第２図は本発明の第２実施例を示す製造方
法における簡略図。プロペラ孔部５の製造方法として反
射物８とレーザー発振機９を用いることでプロペラ材質
を溶解しながら、通路６の形成とともに反射物８を孔部
５より侵入させてゆくものである。反射物８には銀など
を蒸着させた反射面７をもつものや、鏡などの硝子また
はレンズ材質に光が一旦入射して何らかの鏡面構造によ
って再び反射各度をもって出力する例えばレンズを応用
した反射構造でもよい。また反射物８の反射面７を曲面
だけでなく平面を利用しながらも長さ方向に対して角を
もたせた多角形構造としてもよい。またレーザー発振機
９はその発振位置を移動させるものでもよいし、発振角
度を可変させるものでもよい。さらに、本実施例では、
該鏡やレンズなどの反射物８の反射面７以外の裏面側か
ら蒸発霧を排出せしめる構造として仕様図Ｃ、仕様図
Ｄ、仕様図Ｅを提案する。仕様図Ｃについては、断面形
状が曲面の反射物８で丁度、反射面７の裏面側より中の
霧を排出せしめ、同時に仕切り１１を設けて更に効果を
高めている。仕様図Ｄは、反射物８の中を中空構造とし
て該霧を排出せしめるものである。仕様図Ｅは反射物８
をパイプ状の管体構造としながら内面を反射面７とし
て、該パイプの中よりエアを供給するものである。つま
り各仕様図とも吸気と排出とを必ず必要としている。さ
らに本図では、エアの供給・排出を吸引ファン１１によ
って強制排出させることで、新しいエアを供給させるも
のであるが、圧縮エアによって強制供給させるものでも
よい。 【００１７】ところで、本発明のプロペラは可変ピッチ
・プロペラにも応用できるものである。 【００１８】 【本発明による効果】本発明は、船などの推進方法とし
てプロペラ内より液体を噴出または自然吸引させること
によって、翼部周辺に発生する極度の液圧差を中和させ
るものであり、腹面部と背面部を流れる水流の境界面で
の極端な圧力差、または翼面と流れる水流との間の圧力
差を液体の噴出により中和するものであり、この意味で
は負圧利用方法とも言えるし、翼背面部の表面を引っ張
ろうとする力利用方法とも言えるものである。これによ
りキャビテーションの防止効果においても、特に発生し
易い翼部先端の背面部付近に孔部を形成させて水を噴出
させることで、該付近に発生する水流の蒸気圧以下の低
圧状態を中和させて気泡の発生を抑えるだけでなく、発
生した気泡空間に液体を注入させることにもなり、結果
的に気泡の発生を抑える効果もある。また、腹面部など
の流れに添ってより上流の孔部より液体を噴出させて翼
部との接触面に液膜を形成させることで、水流の翼面剥
離を抑えたり、気泡の発生を防止することもできるもの
である。 【００１９】またレーザーで空けた孔部の中ヘ反射物を
利用しながら入れてゆくことによって、簡単な製造方法
で穴の中のレーザー光線を曲げることができて、翼内へ
形成させていく通路を曲げることもできる。このように
翼内通路を曲げて形成させることで、スキュー幅の大き
いハイスキュープロペラに利用できるだけでなく、翼の
根本から先端までの各断面部での通路形成位置を同一に
できることでプロペラの強度予測を容易にさせ、しかも
圧力変動、金属疲労などをも容易に予測できる。また穴
の中の蒸発霧を反射面の裏側から排出させることで、レ
ーザー照射の通路途上へ霧による妨害を行なわせずに、
溶解時の効率を低下させないものである。 【００２０】また、プロペラと同軸状態の回転子による
圧縮または移送機能を設けることで、別個に液体圧縮機
械を設ける必要もなく、プロペラの回転と同一動力によ
って作動せしめ、構造も簡単となる。また開口部の開度
を可変させることで、回転数に応じた孔部噴出量をも調
節できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】は本発明の第１実施例を示す斜視断面図。 【図２】は本発明の第２実施例を示す製造方法における
簡略図。 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅーー仕様図、１ーー翼部、２ーー回
転軸、３ーー回転子、４ーーダクト、５ーー孔部、６ー
ー通路、７ーー反射面、８ーー反射物、９ーーレーザー
発振機、１０ーー吸引ファン、１１ーー仕切り、１２ー
ー縁部、１３ーー背面部、１４ーー腹面部、１５ーー板
体、１６ーー開口部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転軸またはダクトのなかに通路を設けて、回転軸
   芯を中心として回転自在に設けた回転軸と、該回転軸に
   同軸状態で放射状に突設させたプロペラ翼部をそれぞれ
   持つ構造として、該翼部の縁部または先端背面部付近に
   孔部を形成して、該孔部は該翼部内に形成させた通路と
   連通せしめて、該通路は該回転軸またはダクトのなかの
   通路と連通せしめて、該翼部の水切り作用による圧力変
   化を利用する構造として該圧力差発生付近に該孔部を形
   成させて、該圧力変化による減圧または負圧または吸引
   力利用構造として液体を該孔部より自然吸引させる構造
   としたことを特徴とする効率のよい船舶用推進器とその
   製法。 ２）前記翼部へ孔部を形成させる方法として、レーザー
   発振機を用いる構造として、レーザー光線照射による孔
   部相当部分の溶解または蒸発による穴あけ構造として、
   最低限該翼部肉内の通路を掘り進む構造として、該通路
   は湾曲または折れ曲がった曲がり構造の通路を持つ構造
   として、該曲がり構造の通路を掘り進むのに鏡やレンズ
   などの反射物を利用する構造として、該反射物のレーザ
   ー反射効果を利用する構造として、しかも該反射物を掘
   った穴の中へ入れる構造にしながら穴の中でレーザーを
   該反射物に反射させる構造として、該反射物の反射地点
   が単数または複数存在する構造としながら、該鏡やレン
   ズなどの反射物の反射面以外の裏面側から蒸発霧を排出
   せしめる構造として、該蒸発霧の吸引通路を設けて同時
   に供給通路も該掘り進む穴に形成した構造とする特許請
   求の範囲第１項記載の効率のよい船舶用推進器とその製
   法。 ３）前記翼部内の通路より延設する通路途上の回転軸に
   ファン状またはラセン状の回転子を設けて、該回転子の
   翼幅は該翼部の翼幅より数分の一と確実に小さい構造と
   して、該回転子は該回転軸へ回転自在に支持する構造と
   して、該回転軸を覆うダクトが回転子の周縁部に設けら
   れて、該ダクトの上流に開口部を設けて、該回転子は該
   通路内の液体を圧縮または移送する構造として、さらに
   該孔部より液体を強制的または自然に供給させるキャビ
   テーション発生域利用構造とした該翼端の孔部より液体
   を噴出させる構造とした特許請求範囲第１項、または第
   １項および第２項記載の効率のよい船舶用推進器とその
   製法。