JPH06508319A - 推進性スラストリングシステム - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 推進性スラストリングシステム 技術分野 この発明は、一般にファンおよびプロペラによって流体を動かし混合するための 改善した方法、そしてまたプロペラおよびファン駆動の乗物、特に船舶およびあ らゆる型の航空機、ファン、その他の流体駆動装置用のスラスト（推力）を増大 し、制御するための改善した推進システムに関するものである。

背景技術 プロペラまたは関連する回転形態のもの、例えばローター、ファンおよびスクリ ューは、船舶および航空機の設計において肝要な面である。現在の船舶スクリュ ーは低効率であり、それは高い騒音と言う特徴のためで、羽根における水の空洞 発生作用によって性能が制限されている。現在の船舶スクリューなとか、水中の マネティ（海生）、人々、そして沈んで見えない物体と衝突したときの安全性の 欠如は、日々の新聞でしばしば報じられている。毎時６０マイルで動いている小 型船を正確に停止させられるかとうかは疑問である；他の船舶、泳いでいる人達 、および残骸物との衝突を回避する助けとなる実際的なブレーキシステムは、現 在存在しない。低速度で回転する大型のプロペラは、船の設計上必要な選択であ り、船舶スクリュー寸法の関係の故に、船体から生じる著しい流れ妨害があり、 結果的には一層低い効率をもたらす。

飛行機のプロペラおよびヘリコプタ−の尾部ローターは、許容できる程度の効率 を得るために、比較的低い誘起加速度の流れを有する大量の空気を動かさねばな らない。そのようなローターの寸法は、相対的に制限される。

それ数十分なスラストを生成するために、これらのローターは、羽根の短端速度 を高くして駆動される。高い〔スラスト／短端速度〕の比の条件により生成され る短端の渦巻は、システムの騒音を増加させる。

それ故、プロペラのスラスト、馬力を強化し、プロペラの騒音を減らすことによ ってプロペラが生成する性能を改善する構造的なシステムが必要である。また動 きの不活発または活発な物体にプロペラが衝突したときに安全性を確保し、プロ ペラの性能を不利にすることなしにプロペラを保護するケージの必要性も存在す る。さらに船舶、航空機、ヘリコプタ−およびファンに使用されるプロペラの動 作から発生する騒音レベルを減らす必要性も存在する。

プロペラ、スクリュー、安全装置の分野について、またプロペラのスラストを増 加させる手段について、これまでの特許か詳しく調査され、つぎの結果を得た。

Ｍ、　Ｓ、　Ｓｍａ　ｌ　ｌに付与された米国特許Ｎ（Ｌ　４．６８９．０２６ は、プロペラスクリューに関するもので、スクリューを取り囲む方形のトンネル を示しており、このシステムは、トンネルのすみ及び水の回転損失の故に過大な 水の抵抗および低い流動効率を有するものと思われる。

米国特許Ｎα４．６６６、４１１は、管状の、船の伴流発生機のためのものであ り、これはまた高い水の抵抗をもち無推進力の代物である。

Ｖ、　Ｗ、　Ｔｏｎｅに付与された米国特許ＮＣＬ　４．０３＋、　８４６は、 案内駆動装置と円錐形の半カバーについて記載し、それは反通風板として作用す るかも知れないが、明らかに推進力を発生するものではないと思われる。プロペ ラの先端のみをカバーする円錐板として、それは安全防護物としての作用はしな いものと思われる。

米国特許Ｎα３．７４２．８９５は、プロペラ伴流中の操舵用の舵について記載 しており、私の発明には関係しない。

米国特許Ｎα３．５２８．３８２は、伴流をまっすぐにすることによってその伴 流中の回転エネルギを回収するため、流れをまっすぐにする装置について記載し ている。この事は、伴流速度測定を行ってシャフトの回転軸に対して高々１５° 以下という流れの斜交角を示すことで、最善のときてさえ生しるスラスト利得は 小さいことを示している。

この事は、反回転ベーンに対する抗力が存在しなかった場合、精々３．５９６の スラストを増加させるものと思われ、評価できる積極的なスラスト効果は期待て きない。

米国特許Ｎα４．５８０．５１７は、管内に配置した、おおい隠されたプロペラ について記載している。これは、前方運動では推進力を発生しないシュララドン ステムである。

この管は静力学的スラスト状態ではスラストを改善するが、運動に必要なパワー に大きな不利を強いるような高い抵抗を、速度増加と共に有するに至る。

米国特許Ｎα３．７２２．４５４は、プロペラに隣接する長い、流体の管を示し ている。前方への運動の間に起こるこの装置の高い表面摩擦のため極端な動力を 必要とし、しかも前進速度は非常に低いから、その装置の使用は除外される。

米国特許Ｎα４．４４１．１６３は、プロペラを保護するための、推進力を発生 しないケージを示している。このケージは、推進力を発生しない性質のものであ るから、ある適当な動作速度において過大な力を必要とする。

Ｄ、　Ｃ，Ｂａｂｕｓに付与された米国特許Ｎ［Ｌ　４．０７８．．５１６は、 上記した同し高い抗力特性を有する、推進力を発生しないケージを再度示してい る。

Ｆｒｅｉｂｈｅｉｍ　Ｚｉｍｍｅｒに付与された米国特許Ｎ（Ｌ　３．９６８． ９４４は、入口に配置した、プロペラを有するテーパー付き収縮シュラウドを示 している。これは、シュラウドが推進力を発生しない性質のものであるから、こ れもまた高い抵抗のある代物を提供するだろう。

シュラウドまたはトンネルについて記載している上記の従来技術の大部分は、人 および／または海洋生物かプロペラと接触しないように保護するが、効率的な性 能を犠牲にし、かつこれらのものが高い抵抗の代物であるため大きな動力を必要 としていることに気付かれるだろう。

私の発明は、同じ速度を出すために必要な通常のプロペラ動力のたった半分（１ ／２）と言う小さい入力を用いてさえも推進力を発生するスラストを増加させつ つ、ケージによって提供される安全性を達成している。

Ｈ，Ｅ、　Ｌｅｍｏｎ　ｔに付与された関連特許Ｎａ　４．５０６．８４９、「 ヘリコプタ−ロータのスラストリング」は尾部ローターの周囲に単一のスラスト リングを使うことを記載している。主ローターからおよび平行移動飛行（ｔｒａ ｎｓｌａｔｉｏｎａｌ　ｆｌｉｇｈｔ）から生じる両方の交差流は、スラストリ ングから発生するスラストを強めるために使用される。軸方向の推進力を十分増 加させるために、単一のスラストリングを採用するに必要なその面積は、余りに 多くの抗力を課すことになり、軸方向に高速モードで成功裏に動作させることは 不可能になるものと考えられる。

タウンエンドリング（星形状配置の航空機エンジンを流線型にする初期の方法） は、航空機のプロペラを取り囲んでスラストを増大させるために使用された。こ れは、上記の特許Ｎα３．７２２．４５４及びＮα３．９６９．９４４のシュラ ウドを使った航空機の変形である。船舶にあてはまる同じ難点は、また航空の応 用にもあてはまる。これらのタウンエンドリングは、静力学的な地上のスラスト を増大させる一方、航空機の並みの平行移動速度Ｃｍｏｄｅｒａｔｅ　ｔｒａｎ ｓｌａｔｉｏｎａｌ　５ｐｅｅｄ）では、抵抗がスラスト増加の効果とすぐに等 しくなり、正味の有効性をゼロまで減らす。

輸送用航空機は、騒音抑制のためダクト／カウリングシステム内に封入された、 推進力を発生するファンを使用する。ファンの羽根がダクト内に配置されるとき 、カウルリップ上の負の空気圧の分布によりスラストを強めること、そしてまた 羽根短端の渦を消去することが要求される。並進と交差の流れを伴うダクトリッ プ圧力の変動は、ダクト内部の空気速度の方向と大きさに変化を起こし、ファン 内部の面速度分布に変化をもたらす。この事は、ダクト内の半径方向の空気流分 布に対し、必要とするファン羽根ねしりとの釣合をくつがえし効率を減じる。短 端の渦を消去するため、ファン羽根の短端はダクト壁に非常に接近することが必 要であり（半径の０．５％以内に）、それはさらにクリアランスの問題を伴う。

小さなりリアランスの問題は、ダクトの構造を硬くして高速で動く羽根との接触 をさけるために重量が追加されると言う重大な不利益を生ずる。

米国特許Ｎα４．５０６．８４９に対して参考文献として引用された特許は、揚 力を達成するため平行移動飛行速度の間、縁に沿って交差する流れの原理を使用 しており；従って゛８４９特許に対して言及したのと類似の限界を示している。

発明の概要 この発明によるスラスト増加装置を使用すると、実質的に改善されたスラストが ファンあるいはプロペラから得られる。この事は多重リング構造体を採用するこ とによって達成される。その構造体では、複数のリングがスラスト増強距離（ｔ ｈｒｕｓｔ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ）だけ軸方向に相互に間隔 をあけ設けられている。１つのスラストリングは、回転する羽根の向い側に半径 方向に配置され、かつリングが画定する環状ポンプ開口部を形成するように少く とも１つの他のリングが下流で軸方向に間隔を取って配置される。ファンであれ プロペラであれ回転羽根によって発生された渦は、リング間のポンプ開口部を通 って流体の主流に再度入り、主流を増加させるために有益に使用される。

この発明によるスラスト増加システムを使用すると、増加した流体流の量が、同 じ馬力で達成することができる。例えば、固定されていない空気ファンでこの発 明によるリング構造体を備えているものは、同じ馬力に対してそのマスフローを ５倍の大きさに増加させることができる。

実質的な騒音低減は、回転羽根の平面内とまたその平面から４５°のところの両 方で、この発明のリング構造体を使って得られる。このリング構造体は、人々お よび水中生物を回転羽根から守る安全性を高め、かつ制御可能なピッチ羽根を使 って強化したスラスト逆転を得ることを可能にしている。羽根は経済的な平坦板 で小アスペクト比の構成にすることができる。

本文中に記述した発明の一実施例において、多重リング構造体は、コンピュータ 回路または類似物を取り囲む電子的収納体を換気するために使用する型の小型高 速度ファンを組み込んでいる。ファン羽根周縁近の掃引ラインに対向して半径方 向に配置した少くとも数個の環状のリング画定開口を備えるように、複数のリン グか、ファン羽根の軸方向の幅の中に配置される。リングの幅、リング間の間隔 、その形、方向、および厚さは、回転ファン羽根によって発生した渦からスラス ト増加を生成するように選択される。多重リング使用の結果として、入力する動 力の関数として増大されたマスフローおよび優れた静圧対流量の性能が得られる 。

発明による多重リング構造体は、小アスペクト比の羽根を使えば特に効果的であ って、例えばファン、ボートプロペラ、羽根車、ポンプ、タービンエンジン、吹 付はドライヤー、ヒーターファン、ペイントとスラリー混合機および類似品等で 遭遇する羽根である。

発明による、軸方向に延びた１つの多重リング構造体においては、少くとも１つ の、リングが画定する開口部が、回転する羽根に向い側半径方向にあり、１つま たはそれ以上のリング開口部が羽根の下流に配置されている。これにより膨張す る伴流が生成される。

発明による多重リング構造体を使用すると、単一のリングを採用するときより発 生する抗力ははるかに小さい。

多重リングの配置を適切にすると、スラスト増加の改善が達成でき、より小さい 動力で一層大きいスラストを発生させる結果となる。

それ故この発明の一つの目的は、従来型のファンまたはプロペラから得られるス ラストに比べ、より小さい入力の動力を使って同じ寸法のファンまたはプロペラ がら得られるスラストを増進することである。

私の発明のその他の目的、利点および社会的利益はっぎのごとくである。

１、破壊的で不具にするようなプロペラの打撃から人々、海洋の生物と動物を保 護すること。

２、乗物に設けた、取り囲んだプロペラ、ロータ、またはスクリュー等のスラス ト増進に積極的に貢献し、燃料消費を減らす保護的なリングケージの設置。

３、多重リング作用により、羽根建地と根本の渦により代表される、これまで無 駄になっていた誘起動力を使用することによって余分の乗物推進カスラストを供 給し、燃料を節約し、より速く行く、そしてもっと効率のよい乗物を提供するこ と。

４、緊急時または他の状況時に、乗物にブレーキをかけるため、可変ピッチプロ ペラを使い、スラスト逆転を含みスラストの大きさの一層よい制御をすること。

５、ファンまたはプロペラの渦から発生する騒音の低減。ファン、ヒータ、ヘア ドライヤおよび類似品の静がな動作の可能化。

６、経済的なスラスト増加システムを使用してファンまたはプロペラの燃料効率 を向上させる事。ボート、船、航空機、潜水艦および類似物について有意の走行 コスト節約が達成できる。この発明の多重リング構造体の中には動く部分がない ので、長期間持ちこたえられ、ライフサイクルの原価は極めて低いものと期待て きる。

７、私の発明によって達成されるスラスト増加は、推進力発生；空気または流体 の混合；ガス、スラリー、スラッジ、粒体の汲み揚げ；およびファン、ヒータ、 ヘアドライヤー、石油バーナ、伝送パイプラインの並列ポンプ等に必要な空気ま たは他の媒体を動かすことにかかわる多種類の羽根に適用てきる。

８゜リングを通って動かされる空気または水の中の主要な寸法の粒子の分離を容 易に行う事。

本発明は、小アスペクト比の多羽根のプロペラ、ファン、羽根車あるいはロータ と組合せて使用できる多重リング構造体を有している。この多重リング構造体は 、幅の狭い環状翼を形成し、軸方向に間隔をとった多重リングを有し、これらの 環状翼は、環状リング開口部によって分離されており、その開口部の幅はリング の翼弦距離の関数として表わされる。なおこの翼弦距離はリングの内径対外径比 に基づいている。これらのリングを相互の関係において、またプロペラの平面内 に配置するための構造はこの発明の一部である。第１リングの平面は、プロペラ の軸方向長さの範囲内にかつプロペラの上流短端渦の僅かに後ろに配置される。

プロペラの平面に対する前方リングの僅かな傾斜および続く下流リングの大きな 角度は、いくつかの応用に対し有益な効果がある。プロペラは、小アスペクト比 の羽根、特別の翼断面およびリングケージ構造体のスラスト作用を強めるための 平面図形状によって強度の増した後流に関連する筒端および根本の渦を有してい る。リングケージは、通常無駄にしていた渦の回転エネルギを、プロペラによっ て作られるスラストの方向に働く力として変換することにより、これらの渦を余 分なスラストに変換する。

発明のこれらおよびその他の利点、ならびに目的は、図面に示す数個の実施例に 関する以下の説明から理解で本発明およびその利点を一層完全に理解するため、 添付図面に関して行われる以下の説明を参照する。ここで図ＩＡは、この発明に よる多重リング構造を備えたファン及び従来の僅かに大きいファンの静圧を示す カーブである。

図ＩＢは、この発明による多重リング構造を使用したファン及び従来型のファン についての、短端ピッチ角の関数としてマスフローを示すカーブである。

図２は、多重リング構造体、及びそれと共に使用されるファンの略示的図面であ る。

図３は、この発明によるファンの正面図である。

図４は、図３に示すファンのプロペラ部分の側面図である。

図５は、この発明のファンの立面における正面図である。

図６は、図５の線６−６に沿って取った図５のファンの側面断面図である。

図７は、周辺型原動機駆動装置を採用しているファンの図６と同様の側面断面図 である。

図８は、発明によるリングケージシステムを備えたボートの立面図である。

図９は、従来のボートスクリュープロペラを使って得られた水流の略示図解図で ある。

図１Ｏは、本発明による推進力発生スラストリングシステムを通った水流の略示 図解図である。

図１１は、発明によるリングケージ構造を有する小アスペクト比プロペラの斜視 図である。

図１２は、従来のスクリューのみ、スクリュー直径の７５％の直径を有する小ア スペクト比プロペラ、および発明による推進力発生リングケージを有する７５９ ６直径の小アスペクト比プロペラの夫々により生成された静スラストを比較する ための諸カーブのプロットである。

図１３は、従来のスクリューが必要とするパーセントスラスト馬力と、発明によ るリングケージシステムを有する小アスペクト比プロペラが必要とするパーセン トスラスト馬力の比較を示すためのカーブ付きグラフである。

図１４は、この発明のリングケージを有する小アスペクト比プロペラを用いて得 た船速度の増加を示すカーブのグラフである。

図１５は、この発明のリングケージを有する、および有しない小アスペクト比の 空気プロペラにより生成された特表平＋；−５ｏｇ３ｘ９（７） 騒音を示すカーブのグラフで、マイクロホンが、プロペラの面内およびプロペラ 直径の１．５倍の距離においてその面に対し４５°傾けて設置される場合である 。

図１６は、推進力発生スラストリングシステムの立面部分断面図である。

図１７は、図１６の推進力発生スラストリングシステムの平面図である。

図１８は、この発明で使用される小アスペクト比プロペラに適した羽根部分の断 面図である。

図１９は、この発明のリングケージシステムに使用されるリングの断面図である 。

図２０は、この発明のリングケージシステムの航空機装着部の立面図であり、私 用航空機上で引張推進式飛行機の構成を有している。

図２１は、この発明のリングケージシステムの航空機装着部の立面図てあり、私 用航空機上で後押推進式飛行機の構成を有している。

図面の簡単な説明 図１−５を参照すると、この発明によるファン４ｏが示されている。このファン ４ｏには多重リング構造体４２が設けられており、それにより、プロペラ羽根４ ４によって矢印４８の方向に発生されたスラストが顕著に増加される。

図１は、２つの静圧力ーブ５０．５２を示している。カーブ５０は、ファン４０ （４，００インチ直径）と類似の大きさであるか僅かに大きい（４，４１インチ 直径）標準的管内ファンについてのカーブである。カーブ５２は、リングケージ 構造体４２を有するファン４０に対するカーブである。

特に重要な意味をもつのは、約０．２インチの水という通常動作の静圧において 、ファン４０を用いて得られたマスフローの増加（２倍になった）である。標準 の管内ファンに対する静圧力ーブに通常存在する非線形のディップ（少しの降下 ）５４は、ファン４０の使用で実質的に消去されている。カーブ５２は本質的に 直線であるが、ファンの構成によっては変動する可能性がある。

ファン４０により顕著に改善されたこの性能は、多重リング構造４２を使って達 成される。この構造体４２は、少（とも２つのリングそしてこの実施例では複数 のリング５６゜１、５６．２．５６．３．　と５６．４を有し、これらのリング はファン羽根４４の周辺スィーブラインから半径方向に間隔を有しかつプロペラ 羽根４６の軸方向での距離内に配置される。

リング５６．１は、またファン４０を適当な表面に取り付ける台として役立つ。

多重リング構造体４２は、３つの環状リングで画定された開口６０．６２．６４ を有し、短端が流し出す渦と混合した空気流がそれらの開口を通って流量を増加 させる。リング５６．２．５６．３は環状で、比較的薄い翼型構造をしており、 それら構造体の半径方向の幅（外半径より内半径を差引いた）、または翼弦Ｃ１ および軸方向間隔Ｗは、リング構造体４２により流量増加を強めるために選択さ れる。リング翼弦Ｃが余り大きく作られると、増加作用は減少する傾向になり、 また乗物への応用における抵抗が太き（なり過ぎるかも知れない。リング翼弦が 小さ過ぎると、増加作用も減少する傾向にある。リング翼弦Ｃの寸法は、ファン 半径Ｒの関数として表現でき、好ましくは約０．１５Ｒから約０．５９Ｈの範囲 内に入れるべきである。特に効果的な流量増加は、リング翼弦の寸法が約０．２ ５Ｈのときであることが判った。

リングの厚さｔは、また性能に影響を与え、リングが厚過ぎてもまた薄過ぎても 増加作用は減退する。一般に、リングの厚さは翼弦寸法Ｃの関数として表現され る。リング厚さｔは、好ましくは約０．Ｉｃがら約０．４Ｃの範囲内であり、増 加流量は、一般にリング厚さが０．３５Ｃに近づくにつれて低下する。リングの 最大厚さは、一般に約０．１５Ｃから約０．２０までの範囲で最大の静流量増加 をもたらすことが判った。直径８インチのファン内に２つ羽根のプロペラを有す る４つのリングを使用した１つの多重リング構造体内では、リング厚さｔの最適 値は０．２Ｃであった。改善されたマスフローは、０．ＩＣ以下のリング厚さを 使ってさえも得ることができる。

リング間の軸方向間隔をＷ、すなわち環状リングが画定する開口６０．６２．６ ４の軸方向幅Ｗは、マスフローを増加させるため渦からの空気流にとって十分で なければならない。もし開口が広げられると流量増加は徐々に減少する。開口幅 Ｗがゼロになるとき、性能は単一リングを使って得られる増加量に近づく。好ま しくは、リング流開口の幅Ｗは、一般にリング翼弦長さＣの約半分から約４倍の 間に選択される。もっともこの範囲からはみ出ることは、空気と水のような異な った媒体で遭遇できるであろう。上記した８インチ、２つ羽根のファン用の１つ の多重リング構造体内で、リング厚さを０．２Ｉ　Ｃに、ファンの剛率比（Ｓｏ ｌｉｄｉｔｙ　ｒａｔｉｏ）を０．２にし、かつリング間隔を約翼弦Ｃの２倍に して、ファンのみの場合と比較してマスフローで４０％の改善が得られた。単一 リングの使用から得られたマスフローの増加は、約１６％であった。

回転面６７に関して前方リングの軸上位置は、流量増加に影響を与える。一般に 上流にあるつまり前方のリング５６．１の後縁６５は、短端渦の前方にあっては ならず、好ましくは回転面６７の近くに配置されるべきである。前方リングの後 縁６５は、面６９の前方にまたは下流に配置することができる。一般に流量増加 は、後縁６５の位置が後方に動くときよりも前方に動くときに一層急速に減少す る。

前方リングの６５のような後縁が、回転面からプロペラ半径Ｒの約０．０６倍以 上前方に出なくて、約０．２Ｒより以上下流に出なければ、流量増加は一対の羽 根を使って１つのファンで得られた。これらの位置は、プロペラの種々の係数、 例えば羽根によって生成される渦の強さ等によって変更することができる。

図ＩＢは、この発明のリングケージ構造体を使って達成された重要な改善事項を 図示している。カーブ７０は、２枚羽根、１０インチ直径のファンで、かつ３つ のリング５６の間に１翼弦長のリング間隔と１５°の羽根ねじり角を持つファン の短端７２のピッチ角の関数としてマスフローを表わしている。ピッチ角が増加 するにつれて、マスフローは増加し、約４３°の角度で点７４において最大値に なるまで増え、そこで失速が起こる。ピッチ角が更に増加すると、点７６で示す ようにマスフローが減少する。しかし点７８においてカーブは約５０°で安定し 少くとも６０’まではこの状態のままである。

従来のファンにあっては、マスフローは約６０°のピッチ角になるまで８０に示 すように減少し続け、軸方向の流れは本質的になくなる。このことは、この発明 のリングケージ構造体は、失速以上の大きいピッチ角において発生する一層強力 な渦を有用なマスフローに変換するうえで特に効果的である、と云うことを説明 しているのである。

リングケージ構造体４２の特別の利点は、その内容をプロペラ羽根４４の周辺ス ィーブラインに接近した間隙を保つようにしなくてもよいことである。クリアラ ンスＳが小さ過ぎると、ファンと組立構造体とリング構造体４２とが不注意で接 触することを避けるために要求される公差（精度）か厳しくなる。クリアランス Ｓか大き過ぎると、リングケージ構造体４２から生じる有益な効果は減少し、逆 空気流の可能性が出てくる。一般にはプロペラ羽根の半径Ｒの約１０％以下の程 度のクリアランスＳが許容でき、通常はＲの約５％の値が使われる。

この多重リング構造体４２は、比較的小さいアスペクト比を有するプロペラ羽根 ４４を使えば特に効率よく動作する。プロペラ羽根に対するアスペクト比（八Ｒ ）はｂがハブ６６の外に露出した羽根の長さで、Ａがハブの外に出た羽根の面積 であるとき、関係式ＡＲ＝ｂ’　／Ａによって定義される。羽根４４のアスペク ト比が大き過ぎると、それが短端渦の強度、従ってリングケージ構造体４２の有 益性を低下させる。小アスペクト比のプロペラ羽根４４を使えば、一層強力な短 端渦が発生され、これが有用なマスフローに変換てき、一層良好で全効率を生成 する。

一般的に適切な値と分かった小アスペクト比は、典型的には約０．１０から約３ ．０までの範囲にある、もっともこの発明のシステムは、この範囲を外れたプロ ペラのアスペクト比を使ってもある程度まで動作できる。

ファン４０においては、先頭の上流リング５６．１は回転軸６８に対して傾いて いる。このような傾斜角が一層良好な空気流を作ることを可能にし、５６．２お よび５６．３のような他の下流リングに対しても適用できる。この傾斜角は、約 １５°程度のオーダーにすることができるが、他の角度も使用できる。

下流リング５６．４は、環状の内側に面したノツチ７９と共に整形される、この ノツチ７９は、リング５６．１．５６．２と５６．３を使って得た流量増加を妨 害すると思われる逆空気流を阻止するのに役立つ。

リング５６，２と５６．３は、翼室断面形状を有する。この形状が、リングの周 辺に矢印８４により示した流れを選択的に強めるが、これらのリングは４８の方 向におけるマスフローを強化するものである。

図３と４は、ファン４０を一層詳細に図示している。図４に９２で示すようにリ ング５６は、インターロック用ブラケット９４と共に組み立てられ、ボルト９６ により適当なフレーム９８に保持されている。フレーム９８は通風される空間（ 図示せず）を取り囲んでいる。ファン４ｏは、ハブ６６内のモータ（原動機）９ ９により駆動される。そのようなブラケット９４を使用することは以下の事を表 わすものである。そのようなブラケットの使用により、私の発明の流量増加をな お行いつつ、リング５６が連続している必要はなく、円周上の場所（複数）で中 断できることを示している。

図５および６では、ファン１００が示され、それは、ファン羽根１０４のピッチ 長さに沿って軸方向に間隔をとった６つのリング１０３をもって形成された多重 リング構造体１０２を有している。リング間の環状開口１０６の全部は、正のポ ンプ作用に貢献し、それによって顕著なマスフローの増加が得られる。ファン１ ００は、カップ形のブラケット１１０を用いて数個の適当なフレーム１０８の１ つに取り付けることかできる。モータリード線１１２は、ファンモータ１１４と リング１０３を支持するために使用する４つの適当な中空の支柱１１６の１つを 通ってモータ１１４に連結される。望ましいと思われる場所にリング１０３のい くっか、または大多数をファン羽根１０４の回転軸に対して相対的に傾けられる ことに留意すべきである。。

図７は、周辺モータ１２４により回転されるプロペラ羽根１２２を有するファン １２０を図示している。多重リング構造体＋２６は、回転軸１２９に対して相対 的に種々の角度で傾斜しているリング１２８．１．１２８．２および１２８．３ を使ってマスフローを増加するために使用される。

図８は、船外機１３２を備えた船外機モータボート１３゜に適用した私の発明の 一形式を示している。この船外機１３２は、従来のスロットルおよび操舵レバー １３６を有し、典型的には現在の慣例に従ってボートの船尾助板１３４上に取り 付けられている。船外機１３２の部品は、反通風板１３８および下部直角ギヤー ボックスケーシング１４０として図８の中で注目できよう。私の発明の、２つの 主要な要素は、すなわち小アスペクト比の羽根のプロペラ１４２と、軸方向に間 隔を取った３つのリング１４６．１．１４６．２および１４６．３から形成され たリングケージ１４４である。

プロペラ１４２（１０図参照）は短い、幅広の、薄い羽根１５２を有している。

特殊な前縁横断面のみならず、特殊な羽根１５２の平面図形状が、短端および根 本の満作用による大きい迎え角におけるプロペラのスラスト値を高めて境界層の エネルギーを増加させる。これに対して、図９に示すような通常のスクリューは 、これらの渦を最小限にして動力損失を減少させようとする。リングケージ１４ ４を使用してこれらの渦を有用なスラストエネルギに変換することが、渦を強化 するようなプロペラ設計の使用を促進する。図２．４，６，７、と８に示す実施 例にあっては、３つまたはそれ以上のリングが使用される。しかし、この発明に よる多重リング構造体の利点は、リングとリングの間で環状の渦ボンピング開口 を画定するところの一対のリングを使用することにより得られることを理解すべ きである。この開口は、プロペラ羽根の軸方向ピッチ長さの範囲内に少くとも部 分的に配置しなければならない。

図８．ｌＯ１および１１において、角度をっけ分配した４つのレール１５４によ り連結した３つのリングが示されている。これらのレールは、船外機１３２に取 り付けられ、プロペラ１４２の面に関して適切な配列でリングの間隔をとり、そ れらを支持してスラスト増加の機能を遂行する。

レール１５４の数、その形状、寸法とは何れも変更してもよい。一般に、レール １５４により生成されるようなリング支持構造は、リングケージ１４４の一部を 形成し、水流に略平行に配置される。レール１５４は、各ケースに応じて現在の 空気力学または流体力学の理論に従って低い抵抗となる構成に整形した断面を有 している。

図９は、船外機から出ている駆動軸に取り付けた従来のスクリュープロペラ＋６ ０の回りの水流を示している。

その流れを、図１Ｏに示す、本発明の推進力発生スラストリングシステムにおけ る流れ及び図１１に示した、個々の羽根の回りの流れおよびリングの回りの半径 方向の流入の詳細な検討、と比較すべきである。

図９のプロペラ１６０は、水平ベクトル１６２で示す水流を有している。従来の 反通風板１３８は、氷表面からプロペラ＋６０内への空気洩れを防止する。プロ ペラ１４２は、通常「誘導速度（ｉｎｄｕｃｅｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ）Ｊと称さ れる付加的速度を、影響を受けた水力線管（ｔｕｂｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ）に付 加する。この機能を行う際に、上側の低圧および下側の高圧は羽根の短端近くて 渦を形成させ、この渦は羽根を越えて下流に流れ、「短端が流す渦」と称される 。これは、船内流れ（ｉｎｂｏａｒｄ　ｆｌｏｗ）と共に、高回転速度の境界渦 速度を有する横断面減小の伴流を形成する。矢印を付けた渦の円１６６は、水流 に直角の平坦な切断面内における渦内転流の方向を示している。渦内１６６ので はなく、伴流の縮んでいる直径は、プロペラ１６０によって作られる追加された 誘導速度の結果である。

図１０は、２つの部分からなる、推進カスラストリングツステム１４４の水流を 示しており、その内の１つは、本来の流れてあり、２つ目はリング１４６を越え る誘導流である。ベクトル１７０はプロペラ１５２に向う、ギヤケース＋４０の 回りの本来の水流を示しており、速度ベクトル１７２はリング＋４６に向う誘導 流を示している。２組の渦はプロペラ羽根＋５２の各により作られる。すなわち 船内渦１７４と船外渦＋７６である。流れベクトル１７２は、渦１７６゜１およ び渦１７６．２の混合流と共にリング１４６の回りに半径方向の増加流を作る。

この混合は前方リング１４６．１において始まり、下流でプロペラ１４２の直径 の２倍から３倍まで続く。船外渦１７６と船内渦１７４により示した直径の寸法 の大きい事と直径の増大とは、渦が小さいときの局内の高回転速度エネルギーか ら渦が大きい時の低回転速エネルギへの変換か有益であることを示している。図 ９のプロペラ１４２とは異なって、プロペラのこれらの渦は、渦の回転エネルギ と質量とを伴流に加えることによって下流で消える。最終の伴流ベクトル１８０ は、誘導されたリング速度ベクトル１７２と一次の流れベクトル１７０との和か らくる流量により発生した伴流膨張を示している。

船外機１３２にボルト止めした取付部品１８２のリングケージ６０は、−次流路 内には置がれてぃない。そして流れベクトル１７０と１７２に直角のそれらの投 影面積は、伴流への影響が最小である。

図１１は、推進力発生スラストリングシステム１４４および前に定義したプロペ ラ１４２の斜視図である。プロペラ１４２は、固定位置、２枚羽根の可変ピッチ プロペラで、フロントハブ１８６をリアハブ１８８の処に保持するクランピング ねじ１８４により生成される調整能力を備えている。

羽根１５２は、平板ベベルドエッジ（はすぶち）構造体であり、それは羽根のバ ット上のクランピングねじ１８４の作用により保持されている。羽根１５２の周 囲の水流作用は、船内渦１９０、船外渦１９２、および前縁渦１９４により示さ れている３組の渦によって表現される。羽根１５２の迎え角はベクトル１７０（ 図１Ｏ参照）およびシャフト１９６の軸のまわりの羽根回転速度によって確定さ れる。羽根１５２により作られる誘導速度およびベクトル１７２で示す増加速度 流は、図１１に示す方向となる。

羽根１５２の下部表面から上部表面にわたる正／負の圧力比により作り出された 渦１９０および渦１９２は、図１１に示す総局を生せしめる。これらの渦は、下 部表面から上部表面に流れ、つぎに誘起したリング流と混合して下流にて次第に 消える。これらは、１．０またはそれ以下という小アスペクト比の表面に対する 各車−の渦として示されているか、２つ以上の渦が羽根の各側縁に発生するかも 知れない。１９４のような渦は、前縁２００の斜面の働きによるものであり、こ の前縁は２％の翼弦前縁半径２００により僅かに丸められるかもしれない。羽根 １５２の正の迎え角において、鋭い縁がベベル（斜面）を越える流れを分離して きた。流れは、斜面のあとで翼弦方向の向きに羽根１５２に再び付着し、上昇泡 を発生させる。この上昇泡は、羽根１５２の斜面部分上て渦１９０から渦１９２ までスパン方向に広がる。この上昇泡が羽根上で重要な揚力を作り出すが、これ らの羽根はその小アスペクト比の形状を用いて斜めの平板部分を作ることができ るもので、よい６１１画をした翼断面よりも一層大きい単位面積当り揚力を生せ しめる。

他の２つの重要な効果は、渦１９０．１９２と１９４により作られる。１つは、 揚力喪失と抗力増加を来たす失速なしに４５°を越える迎え角（図１３参照）を 達成するため、羽根１５２の上部表面上の境界層を付勢することである。プロペ ラ１４２の揚力値は、他の型の揚力値の２倍を越えるかも知れない。第２の効果 は、上記の渦が従来のスクリュープロペラ１６０（図９参照）より一層強力な混 合作用を生成することである。この、スクリュープロペラ１６０では失われるエ ネルギは、私の発明によって有用なスラストに変換される。

図１１は、誘発した流れベクトル１７２を斜視図で示している。これらのベクト ルは、上流でシャフト１９６の軸に平行に始まり、内部リングケージ混合作用（ 流体沈下作用（ｆｌｕｉｄ　５ｉｎｋ　ａｃｔｉｏｎ）の影響の結果として、リ ング１４７の前方表面２０２を横切るよう曲がり、つぎに下流に進む。リング１ ４６の前方表面２０２を横切り内側向きの半径方向の流れは、リング揚力（ｒｉ ｎｇ　１ｉｆｔ）を発生させ、それによりスラスト改善を生じる。

図１２は、異なるシステム（複数）のスラスト生成能力を比較するため、それら システムの静スラストの試験データのグラフである。各システムにより発生され たボンド表示スラスト値か、プロペラシャフトの毎分回転数（ＲＰＭ）に対して プロットされている。カーブＡは、基準線となる、１０図の１４２のような、３ 枚羽根、標準設計、半楕円面形平のスクリューの、ものの場合である。

カーブＣは、リングケージ６ｏがなく１４２のような３枚羽根、７５％直径のプ ロペラのものの場合である。破線カーブＤは、３つのリング１４６を使用してい るリングケージ１４４を有する、カーブＣのプロペラ１４２に対するもの。

これらのデータの解釈は以下のようである。

１．２００ＯＲＰＭにおいて、カーブＣのスラストは、カーブ八に対するプロペ ラより小さいプロペラの値であるが、カーブへの標準プロペラの値より約り０％ 小さい。

２．２００ＯＲＰＭにおいて、カーブＣ用のプロペラてはあるが推進スラストリ ングシステム＋４４を有するものに対する破線カーブＤは、カーブ八で表わされ た標準プロペラシステムのスラストよりやや大きいスラストを生成する。

上記の事から引き出される結論は、リングケージ１４４を有し、より低い羽根短 端速度（カーブＡのそれの７５％）で動作するより小さい直径のプロペラ１４２ は、同じかまたはやや大きい静スラストを発生させるということである。リング ＋４６は、それらの誘起流によって全スラストに貢献し、か（してトータルとし ての推進力を増加し、カーブ八で表わされる標準型でより大きいプロペラに等し くする。リングケージ構造体１４４を有する一層小型の低短端速度のプロペラ１ ４２は、このようにシャフトのより小さい馬力のレベルにおいて、より大型のプ ロペラと同し静スラストを作り出すことがてきる。図１３は。

図１２のカーブＡとカーブＤのシステムについて静スラスト／馬力の試験データ のグラフである。プロットしたのは、設計スラストに対する各システムのパーセ ント馬力のデータである。設計スラストの１００％において、この推進力を発生 スラストリングシステムは、標準のスクリュープロペラの馬力の約５０％だけを 使用する。これは効率の顕著な改善である。

図１４は、図１２のカーブＤに関して説明されたリングケージ１４４を有するプ ロペラに対する試験データのグラフである。カーブＤはパーセント巡航速度の関 数として達成されたパーセント増加値である。増加パーセントは、リングケージ １４４を使って達成されたスラストＴＤがらプロペラのみのスラストＴＡを減じ た値をＴＡで割って１００を掛けた値として定義される。

平行移動速度ゼロにおける図１４の静スラスト増加は、プロペラ１４２のみのス ラストの約２４％である。ボートの巡航速度において増加率は約６０％まで増す 。図１４に図示するこの増加率は、図１３に示す低減馬力所要量を使って達成さ れる。〔馬力／エネルギ〕比の節約の結果、同じ燃料使用量に対して高い経済性 の、より速い、より長距離の車か生まれる。

図１５は、空気プロペラの音測定値を示すもので、音の強さくｄＢＡ）、スラス ト、および馬力の値が、毎分回転数の全範囲において測定された。マイクロホン は、プロペラの回転面およびプロペラから４５″の角度でそれぞれプロペラの直 径の１．５倍の距離に置いた。コンピュータで換算したデータが図１５にプロッ トしである。同図は、プロペラの設計スラストパーセンテージに対する音の強さ を示している。両方の類似の位置からのデータは略等しかった。カーブＥはプロ ペラのみのｄＢＡ値を示し、他方カーブＦは、１４４のようなリングケージをシ ステムに付加した効果を示している。

図１２．１３．１４に対する試験データは、３枚羽根のプロペラシステムを使っ て得られた。力及びモーメントのデータが、４枚羽根のプロペラ４４の試験によ って見出されている。剛率として定義されるパラメータは下記のものである。

このパラメータは、リングおよびプロペラの数を変更して試験評価し、０．０６ から１．０以上まての範囲に対して構成部分の選択を最適にした。空気プロペラ 羽根のアスペクト比が３．０のとき、０．２０から０．３５という剛率は適切で ある。他方、水に使用する羽根に対しては、１．０という剛率は正当な値である 。コンピュータのような電子構成部分を冷却するために使用されるかも知れない ファンは、一般に１．８から２．０の大きさの剛率を有している。それ故、剛率 は発明を種々のプロペラへ適用するについて、約０．０６から約３．０まで変更 してよい。

図１５から判るように、１００％の設計スラスト値において静粛化は約５ｄＢＡ である。リングケージ１４４は、プロペラ渦を消散させることによって文字通り 騒音を飲み込む。

図１６は、プロペラ１４２とリングケージ構造体１４４からなる推進力発生スラ スト−リングシステムの立面図である。プロペラハブの断面部分は、その組立方 法を明かにするため露出してあり、且つリング１４６のある部分は同じ理由で削 除しである。レール４ｏは、鋳造かモールドか、そうでなければ図８と図１６に 示すように板１３８とギヤケース１３９と一体的に組み立ててよい。安全性を増 すため重要な部分に肋間筋を使用しても差支えない。リングケージ１４４は、上 流に面する翼部分を有する薄いリング１４６を備えている。リング（複数）１４ ６は、狭い、円形の、環状をしており、プロペラ１４２の直径より約５．０％だ け大きい内径を有している。リング１４６の外径は、プロペラ１４２の渦強度お よび／または他の計画された使用法に応じてプロペラ直径の１２０％から１６０ ％まで変化しても差支えない。リング１４６およびレール１５４は、金属、プラ スチックまたは複合材を一体的に鋳造またはモールドして、それらの交差部分に しっかりした継ぎ目を形成してもよい。または別法として、ボルト締めした継ぎ 目をシステムを一緒に保持するためにも使用してよい。個々のリング１４６は、 レール１５４上のラグまたはスペーサブロックに取り付けてもよい、そのスペー サブロックは、通しボルト付きのリングをアフトリング１４６．３からギヤケー ス１３９に分離する。

リングケージ１４４に使用するリング１４６の数の選択は、プロペラ１４２の作 る渦の強度に関係する。特別の設計条件に対して所要の推進力を達成するために は、２つまたはそれ以上のリング１４６が必要である。リング１４６間の軸方向 間隔は、１／２翼弦から４翼弦の長さまで変更してよい。１翼弦の長さは、環状 リング１４６の内径外径間の差の１７２と定義されている。

前方リング１４６．１の平面は、プロペラシャフト軸１９６に関して１５°だけ 傾けてもよく、それによりスラスト増加値に認められる程に影響を与えることは ない。しかし傾けたまたは傾けていないリング１４６の上流側は、適切なポンプ 作用を確保するため、羽根１５２の渦１７４および１７６の前方にあってはなら ない。下流リング１４６．２と１４６．３は、１つの軸側の片側の翼弦間隔を維 持し増加効果に実質的に影響を与えることがないようにしながら、シャフト１９ ６に関して最大４５°まで傾けてもよい。

第１リング１４６．１の下流てのリング１４６（複数）の半径方向の片寄りは、 重大な増加損失を起こさなければリング翼弦Ｃの最大１／２まではよい。試験を して判明したが、リング１４６の内径を増減しつつ、内径対外径比を同しに維持 することは、増加効果に僅かに小さな変化を起こすだけである。４つの翼弦間隔 の範囲内で均一または非均−のリング間隔は、マスフローの増加の効果に重大な 影響を示さなかった。

少くとも先頭の、前方の、つまり上流のリング１４６．１は、プロペラ１４２の 向い合うように配置され、且つ好ましくは第２リング１４６．２もまたそのよう に配置されていることに注意されたい。このように、各リング１４６．１と１４ ６、２は渦変換に貢献し、流量増加効果を強化する。追加の下流リング１４６（ 複数）が、プロペラ１４２の下流に配置された１４６．３のようなものと共に延 長リング構造体として使用することができる。そのような延長リング１４６　（ 複数）は、膨張する伴流を収容するため、より一層大きな直径のものとすること ができる。

これらの考察は、図２．４．６と７に示すリングケージ構造体にもまた適用され 、そして逆に、これらの図に示す空気ファンに関して説明した設計基準は、ボー トのプロペラおよびリングケージ構造体にも適用できる。

レール１５４は、リングケージ１４４のある部分を形成し、構造体を支持し、配 置し、また構造体を衝撃から守りがつ保護するという構造的機能を発揮する。１ ０図の１７２のようなベクトルによって発生した流体力学の力は、レール１５４ によって抵抗され、ギヤケース１３９に分配されて最後にはボート３０に加えら れる。レール１５４は、リング（複数）１４６の相互にプロペラ１４２の面に関 連するように位置決めする。

上流側では、レール１５４は、水流の方向に対して半径方向および斜め方向に傾 いていて、物体をプロペラ１４２からまた一層リング１４６から逸らせる。図１ ６は、リング１４６をギヤケース１３９および反通風板１３８に取り付けている レール１５４を示す。この事で、プロペラ１４２の周辺の回り４点への衝突に対 する防護を行っている。物体、動物および人々を守りプロペラ等から逸らせるこ とを更に補うため、２次的な適当な肋間レール１５４を、図１６に示した位置の 間の角度位置に追加し、第１リング１４６．１の前方に配置してもよい。リング １４６の間及びそれに沿ったレール１５４の断面形状は、一般に抗力を最小限に するように選択され、レールの断面輪郭は翼室をしており、その前縁はシャフト １９６から離れて船外に面している。

シャフト１９６は標準の船外機型のもので、保持用ナツトおよびウッドラフキー ハブドライブ手段を有している。

その他のプロペラ付属品が使用できる。プロペラ組立体は３つの主要構造物から なる。すなわち前方フープ２１０、後方ハブ２１２およびプロペラ羽根１５２で ある。他の部品は、羽根のピッチ角をきめるビン２１４および１１１部分と羽根 を適切な位置に固定するスクリュー取付片等である。前方ハブ２１０は、シャフ ト１９６上で滑りはめあいを可能にする内径を有し、また流線型にするのを補う 外形を備えている。後方ハブ２１２は、またシャフト１９６にぴったりはまる内 径をもち、且つ駆動負荷をシャフト１９６から羽根１５２に伝えるためのトルク 伝達ウッドラフキーを有している。

羽根１５２は各々、固定位置、可変ピッチの設計に適したワンピース構造体であ る。その流体力学的で本質的に矩形の表面は、縁を斜めにした平板で、その半径 方向の最上部において翼弦の２％から１５％の幅を有している。

斜めになった前縁と後縁は、用途を考慮して選択され、半径方向最上部表面上で 翼弦の１０％から２５％まで伸びている。羽根１５２から生じるスラストは、主 として前縁斜面によって影響されるので、いくつかの応用に対して羽根１５２の 後方斜面の広さまたは必要性は決定的なものではないことに留意されるだろう。

両縁の等しい斜面化は、ピッチ角の適切な選択によって、羽根１５２が左回転ま たは右回転のプロペラ回転の何れかに使用できるようにする。左回転がこの出願 の図中で使用され、下流の位置から見たとき反時計方向運動として定義されてい る。

図１８は、プロペラ羽根断面の特別の断面プロファイルを示し、それらが、ＮＡ ＳＡまたは他の航空機プロペラの標準的な断面に加えて使用できる。平板はす縁 断面２３０は、推進力発生スラストリングシステム用に流体力学的／空気力学的 な特別の特性を与えるため、薄い翼（２％−１５％）の翼弦厚さに対するもので ある。迎え角における前縁への流れは、図１８上左方へと仮定するが、急カーブ の点で分離し、斜面の後ろの平坦な厚い部分２３２上で再びくっつく。吸引部（ ｓｕｃｔｉｏｎ　ｂｕｂｂｌｅ）は斜面表面と自由流れ（ｆｒｅｅ　ｓｔｒｅａ ｍ　ｆｌｏｗ）の間に生じる。この事が、効果的なシステムを設計することを可 能とする効率で表面揚力を発生させる。泡効果が上部表面上の揚力決定に支配的 であることから、コンタ−およびプロファイルの表面仕上の精度は２次的なもの になっている。下部表面圧力は総計して正となり、その表面の粗さに無関係とな る傾向にある。斜面表面は前縁から最小の約８％の翼弦および最大の約３０％の 翼弦まで広がっている。

断面２３４は、上部表面２３５を形成している大きい〔半径／翼弦〕比をもつ円 弧、と断面２３０のような厚さ比の範囲を有している。

断面２３６は、２５％翼弦傾斜の前縁２３８、平坦な底２４０、および斜面の後 ろのテーバつき断面を有している。断面厚さ比は断面２３０の値のよう変化する 。

断面２４２は、図１８に示す傾斜した点線２４４において始まる２重テーパを有 する。この線は、断面翼弦の２５％の点でテーパつき両表面の最上部交差点を通 過する。水平線に対するこの線の角度は、使用条件によって垂直線の前または後 で７５°程度になりうるが、この角度が断面図における前方と後方の底線の交点 を決定する。翼断面型に普通使用されるドルーブスヌート形は、航空機の設計に 使用される多（の型のスロットやフラップのような、これらのプロファイルを更 に変化するためのものを組み込んでもよい。

図１９は、この発明の多重リング構造体の中のリング２４８に使用される横断面 プロファイルを示す。断面２５０は、ＮＡＳＡまたは均等な他の標準的な航空機 のプロファイルである。図１９の左側の前縁２５２は、リング２４８の内径を形 成し、後縁２５４は外径である。リング２４８のこの断面は、リング２４８の平 面に対しである角度て据え付けうるものであり翼断面型の迎え角に相当する角度 である。

リングケージの流れは、断面縁の後縁２５４から前縁へのもので、それは通常の 飛行機の翼動作とは１８０°の差がある。翼弦の９％から３８％までのリング断 面厚さについての試験が示したところでは、翼弦の１５％から２０％が静状態マ スフロー増加を最大にする値である。

図１９の断面２６０は、内径に丸くされた縁２６２を有する曲げ板リング２４８ に対するものである。このカッピング式の設計は平坦板が上部の曲率を欠く点を 補償する。断面２６０の形状は、標準的なＮＡＳＡの翼の最上部プロファイル線 に近似しているかも知れない。多重構造体における誘起された速度は、大抵この 最上部表面２６４に影響を及ぼし、静圧が下側表面上で発生する。それ故最上部 表面は非常に重要で、流れを不利な状態に変えるおそれのある突出部またはくぼ みが全くなく、滑かでなければならない。

図１９の断面２７０は、図２０の多重リング構造体２７２内の最初の上流に応用 するため特別に設計した翼である。その断面は、クラーク−Ｙ型冥の断面からな り、それは航空機工学で既知のもので、突端が部分的に変更されている。最上部 の実線と尾部下方の実線に加えダラシ線はクラーク−Ｙの原形である。クラーク −Ｙ突端半径に接する垂直線は、通常平坦な翼の下面の前方延長部と交わる。

これらの線の交差により作られた角は、クラーク−Ｙの前縁半径に等しい半径に よって曲げられる。この翼断面の部分変更は、リングケージ２７２に流量増加を もたらすものと思われる。

図２０は、推進性スラストリングシステム２７２を個人飛行用の双発型軽航空機 ２７４へ応用したものである。航空用に設計された引張式プロペラ２７６がエン ジン上に配置されている。リングケージ２７２は、レール１５４に固定している 間隔をあけた２つの延伸ビーム２８０により飛行機の　翼２７８に取り付けられ ている。基本的な性能拡大に対する補足的利益は、利用できる視野の改善および 一層小型のプロペラに組合されたより軽量の着陸装置である。

図２１は、この発明の推進力発生スラストリングシステムを単発型推進式航空機 ２８６に応用したものである。航空機用に設計したプロペラ２８８は、通常のプ ロペラの位置でエンジン上に配置されている。リングケージ２９０は適当な手段 により胴体に取り付けられている。

私の記述は多くの特定事項を含んでいるが、これらは発明の範囲についての限定 と解釈してはならず、発明の好ましい実施例と解釈すべきである。その他の沢山 の変形例が可能である。例えばこの文中で記述した多重リング構造体は円形リン グを採用している。いくつかの適用例では幾分具った形のリングが、発明の範囲 から逸脱することなく使用できる。この文中で使った術語リングはそのような他 の形をも包含する。発明の適用例のい（つかは以下のごとくである。

１、　スラストを生成する使用法、 ａ、スキューバダイバ用潜水引張機、 ｂ、魚釣り用電動静粛トロール船外機、Ｃ１空気／水推進力発生システムが共通 で、潜水には少量の燃料が必要な飛行潜水船、 ｄ、ストール航空機用揚力発生円形翼およびプロペラ、ｅ、ホーバリング用およ びヴイストール操作を使って前方飛行構成への変換用の傾斜プロペラ航空機、ｆ 、ヴイストール動作用傾斜翼プロペラ付乗物、ｇ、小型および大型の航空機両用 ロータ羽根の筒端推進力発生 り、超軽量航空機の推進力発生 ｉ、グランドエフェクト機およびスワンムブボートの推進力発生、 ｊ、水中翼船。

２、　空気および水駆動装置； ａ、軽重量機を有するリーフブロワ−１ｂ、増速度または減動力の要求に応じる 風洞動力システム、 Ｃ１技術情報を得るための水流試験用ウォータートンネル、 ｄ、自動車への応用のための水ポンプ、ｅ、自動車ラジェータ冷却用ブロワ−１ ｆ、ブレーキ冷却用ブロワ−１ ｇ、車、家庭、霜なし冷蔵庫用の静粛除霜ファン、ｈ１粒状体の汲み揚げ、 ｉ、電子装置用冷却ファン、 Ｊ、事務所、工場、または他の建物内におけるダクトまたはダクトなしの空気循 環ファン、 ｋ、除雪機、 １、電気掃除機、 ｍ、衣類乾燥機、 ｎ、冷却板または冷却管内への空気を吹きつけによる除湿機。

３、加熱機と冷却機： ａ、加熱素子とダクトを有するファン、ｂ、電気炉、熱風加熱機、 Ｃ３中空、蒸気充満リングケージを有する蒸気加熱ファン、 ｄ、リングのファン冷却による熱交換器、ｅ、空気から熱を除去するための中空 リング内でフレオン冷却剤を膨張させるエアコン、 ｆ、対流オーブン式ファン暖房装置。

４、混合機： ａ　料理用キッチンミキサ、 ｂ、コーヒーひき器、 Ｃ，フートプロセッサ、 ｄ　ペイント混合機、 ｅ、化学製品混合機、 ｆ、下水管混合および固形物切刻み機。

従って、この発明の範囲は、図解した実施例によってではなく、添付した請求範 囲によって決定されねばならない。

区 〜 図７ 図１３ フロントページの続き （８１）指定回　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ ）、ＡＵ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＦＩ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ。

ＭＧ、ＭＷ、Ｎｏ、ＰＬ、Ｒ○、ＲＵ、ＳＤ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．原動機駆動のプロペラが、上流側から下流側に流体の流れを確立するため軸 の回りに回転されるとき、そのプロペラの性能を強化するための装置であって、 複数のリングを有し、その内の少くとも１つは、プロペラの軸方向スパンの範囲 内に配置され、もう１つのリングが上記１つのリングの下流に配置され；上記そ れぞれのリングは相互に軸方向に間隔を保って配置され、上記１つのリングと上 記下流に配置されたリングの間で流量を増加させる開口部を形成し、それによっ てプロペラが発生させた渦が流体の流量を増加させるようにした装置。 ２．請求項１による装置であって、複数のリングがプロペラの軸方向スパンの範 囲内に配置されて複数の流量増加開口部を形成し、それらを通ってプロペラが発 生させた翅端渦が流体流量を増加させるようにした装置。 ３．請求項１による装置であって、上記リングの１つは、それがプロペラの回転 軸に関して傾いた迎え角を形成するように方向づけられた装置。 ４．請求項１による装置であって、上記リングの半径方向翼弦幅およびリング間 の軸方向間隔が流体流量の上記増加を確立するために選択された装置。 ５．請求項１による装置であって、上記リングの半径方向翼弦幅、リング間の軸 方向間隔、およびリングの厚さが、流体流量の上記増加を確立するべく選択され た装置。 ６．請求項１による装置であって、更に少くとも上記リングの１つの中に配置さ れているヒータ素子を含むところの装置。 ７．請求項５による装置であって、上記リングの翼弦寸法Ｃが、上記プロペラ半 径の約１５％から約５０％の範囲内にあり；リング間の軸方向間隔Ｗが翼弦寸法 Ｃの約１／２倍から約４倍の範囲内にあり；そして上記リングの厚さｔは、翼弦 寸法Ｃの約１０％から約３５％の範囲内にあるところの装置。 ８．請求項７による装置であって、上記プロペラは翅端を有し、上記プロペラ翅 端と上記１つのリングの内径間のクリアランスＳは、プロペラ半径の約３％から 約１０％の範囲内にある、装置。 ９．請求項１による装置であって、上記リングは異形の横断面を有し、その一方 の側は上記プロペラからの１次的流体流量を増加させる方向に上記リングの回り の流体の誘起流を促進するように整形されている、装置。 １０．流体を動かすための装置であって；原動機； 軸の回りに回転するためその原動機に結合され、比較的小さいアスペクト比を有 するプロペラ；複数のリングから形成され、そのプロペラを囲むように置かれた 多重リングゲージ構造体で、上記リングの少くとも１つが、上記プロペラの軸方 向スパンの範囲内に配置され、上記リング（複数）は、相互に間隔を保たれ、プ ロペラから生じる流体の翅端渦が有用な流体流に変換されることを可能にしてい るもの； を具備する装置。 １１．請求項１０による装置であって、上記プロペラは、約０．１から約３まで の範囲のアスペクト比を有する羽根を備えた装置。 １２．請求項１０による装置であって、プロペラの剛率が約０．０６から約１． ０の範囲内にある装置。 １３．請求項１０による装置であって、プロペラは複数の羽根を有し、上記羽根 は一般に矩形の平面図形を有している装置。 １４．請求項１０による装置であって、複数のリングはプロペラの軸方向スパン の範囲内でプロペラを取り囲むように配置された装置。 １５．請求項１０による装置であって、リングはプロペラの半径の約１０％から 約５０％までの範囲内で選択した半径方向翼弦長さを有している装置。 １６．請求項１０による装置であって、軸方向に並んだ少くとも１対のリング間 の軸方向間隔が、流体流を増加する開口部を画定し、その軸方向幅は、半径方向 翼弦長さの約１／２倍から約４倍の範囲内にあり、かつ少くとも部分的にプロペ ラの軸方向スパンの範囲内に位置している、装置。 １７．請求項１５による装置であって、そのリングはプロペラの半径の約１０％ から約５０％の間の半径方向翼弦長さを有し； 少くとも１対の軸方向に並んだりングは、間隔をあけ流量を増加させるための開 口部を形成し、その幅は半径方向翼弦長さの約１／２倍から約４倍の範囲内にあ る、装置。 １８．請求項１７による装置であって、上記リングの少くとも１つの翼弦の部分 は上記プロペラの回転軸に関してある角度で傾斜している装置。 １９．請求項１８による装置であって、上記翼弦の部分の傾斜角は約５°から約 ４５°の範囲内にある装置。 ２０．請求項１０による装置であって、プロペラは、約１５°から少くとも約６ ０°までの範囲内の翅端ピッチ角を有する羽根を備えている装置。 ２１．空気を動かすためのファンであって、原動機； その原動機に結合して軸の回りに回転駆動される、この軸に沿って設けられた複 数の羽根を有するプロペラ、；プロペラの回りに取り付けられたリングゲージ構 造体で複数の、軸方向に間隔を保ったりングを有し、選択した上記リング間に環 状の開口部を設けてプロペラが発生する翅端渦から生じる空気流量増加を生成す るもの；を有するファン。 ２２．請求項２１によるファンであって、上記リングの少くとも１つは上記プロ ペラ羽根の軸方向スパンの範囲内に配置されたファン。 ２３．請求項２２によるファンであって、複数のリングが上記プロペラ羽根の軸 方向スパンの範囲内に配置されたフアン。 ２４．請求項２２によるファンであって、複数の上記空気流量増加用環状開口部 が上記プロペラ羽根の軸方向スパンの範囲内に配置されている、ファン。 ２５．請求項２２によるファンであって、上記リングは、あるリング翼弦寸法を 有し、上記１つのリングと軸方向に続くリング間の軸方向間隔が、上記流量増加 を生成するように選択された、ファン。 ２６．請求項２５によるファンであって、そのリング翼弦寸法はプロペラの半径 の約１０％から約５０％の範囲内にある、ファン。 ２７．請求項２６によるファンであって、少くとも上記１つのリングと軸方向に 並んだリング間の間隔が翼弦長さの約１／２倍から約４倍までの範囲内に選択さ れた、ファン。 ２８．請求項２５によるファンであって、そのリング翼弦寸法、上記軸方向間隔 、および上記プロペラは、実質的に直線的な静圧対マスフローのカーブを生成す るように選択された、ファン。 ２９．請求項２８によるフアンであって、上記プロペラ羽根は比較的小さいアス ペクト比を有するフアン。 ３０．請求項２９によるファンであって、プロペラ羽根が約０．１から約３まで の範囲内のアスペクト比を有する、ファン。 ３１．請求項３０によるファンであって、プロペラは約０．６から約３までの範 囲内の剛率を有する、ファン。 ３２．請求項３１によるファンであって、上記リングの少くとも１つは回転軸に 対して相対的に所望の角度で傾けられている、フアン。 ３３．請求項３０によるファンであって、上記環状開口部を形成しているリング はその横断面が翼形で、翼表面が上記空気流の上流に向けられている、ファン。 ３４．請求項３３によるファンであって、リング翼表面は、端通常鈍い前縁およ び通常薄い後縁を有し、前記鈍い前縁は胴体中心寄りでかつ前記薄い後縁は胴体 端寄りにあり、そのため前記翅端渦から生じる空気流は、後縁から翼表面を横切 って鈍い前縁に向って動く、ファン。 ３５．回転するシャフトを有する飛行機エンジンにおいて；回転のためシャフト に結合し、軸方向スパンを有し、かつ上流方向から下流方向に向う気体流を作る プロペラ；プロペラを取り囲むように取り付けられたリングゲージ構造体を有し 、上記リングゲージ構造体は複数の、軸方向に間隔を保ったりングを有し、上記 リングの少くとも１つは軸方向で上記プロペラのスパンの範囲内に配置されるこ とによって上記プロペラを取り囲み、上記リングはプロペラが発生させた渦がプ ロペラの作った気体を増加させることを可能にするように軸方向でのプロペラの スパンの範囲内に少くとも部分的に配置される開口部によって軸方向に分離され ている構造体であること；を改善点として有するエンジン。 ３６．請求項３５による改善された飛行機エンジンであって、上記プロペラは約 ０．１０から約３までの範囲内で比較的小さいアスペクト比を有する、エンジン 。 ３７．請求項３６による改善された飛行機エンジンであって、リングは上記プロ ペラの半径の約１５％から約５０％の範囲内で選択した半径方向の翼弦幅Ｃを有 する、エンジン。 ３８．請求項３７による改善された飛行機エンジンであって、リング間の軸方向 間隔Ｗは半径方向翼弦幅の約１／２倍から約４倍の範囲内にある、エンジン。 ３９．請求項３８による改善された飛行機エンジンであって、リングは上流に向 いた翼表面を有しかつリングの厚さは半径方向翼弦幅の約１０％から約３５％の 範囲内にある、エンジン。 ４０．請求項３９による改善された飛行機エンジンであって、上記プロペラは翅 端を有し、上記プロペラの翅端と上記１つのリングの内径の間のクリアランスＳ はプロペラの半径の約３％から約１０％の範囲内にある、エンジン。 ４１．流体を動かすための軸流プロペラシステムであって、 軸の回りに回転するための複数の、半径方向に延びる羽根を有する軸流プロペラ 、上記羽根は回転の間上記流体を軸に沿って下流方向に動かすために選択した軸 方向スパンで方向付けられている； 軸回りに配置された複数の、軸方向に間隔を保った流体流量増強リングから形成 されたリングゲージ構造体、上記流体流量増強リングの少くとも１つは、軸方向 での羽根のスパンの範囲内で羽根の回りに軸方向に配置されており；上記プロペ ラ羽根は、回転の間翅端渦を発生させる翅端を有し、羽根の形は、その翅端渦を 強化するよう選択されており；羽根の翅端および上記１つの流体流量強化リング の半径方向に内側の縁は十分に近接しており、かつ上記軸方向流体流量増強リン グおよびそれらの軸方向間隔の寸法は羽根から生じる翅端渦が流体流量を上記下 流方向に増加させる開口部を形成するように選択されており； それによって翅端渦は、軸流プロペラシステムの性能増進のために有用な流体流 に変換できる；ところの軸流プロペラシステム。 ４２．請求項４１による軸流プロペラシステムであって、そのリングはプロペラ 半径Ｒの約５９％以下のリング翼弦Ｃを有し、またプロペラ羽根の翅端と上記１ つの流体流量増強リングの内側縁の半径方向クリアランスは上記半径Ｒの約１０ ％以下であり、リング間の軸方向距離はリング翼弦Ｃの約１／２倍から約４倍の 範囲内にある、ところのシステム。 ４３．プロペラから生じるマスフローを増強するための方法であって： プロペラ羽根の翅端から生じる翅端渦を発生させている間、流体を上流側から下 流方向に動かすためにプロペラを回転するステップ； 上記プロペラ回転の間、上記翅端渦の流れに影響を与えて翅端渦から生じるマス フローを、予め選択して間隔をあけ、寸法取りしたポンピング開口部に動かすス テップで、但しこの開口部は少くとも部分的にプロペラの周囲にかつ翅端渦から 生じるマスフローを上記プロペラから生じる有用なマスフローの増加量に変換す るような方向に延びている； の各ステップを有する方法。 ４４．請求項４３による、プロペラから生じるマスフローを増強するための方法 であって、更に：上記プロペラ回転中翅端渦から生じるマスフローを、続けて軸 方向に間隔をあけた位置において上記プロペラから生じる有用なヤスフローの増 加量に変換するために、軸方向に並んで間隔を保ったポンピング開口部において 、上記翅端渦の流れに影響を与えるところの、ステップを有する方法。