JPH07506548A - 船用トンネルプロペラジェット推進ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 舶用トンネルプロペラジェット推進ユニット及豆公メ１ 本発明は、船舶用トンネル噴出ジェット推進装置に関するものであり、特に、船 舶用トンネル噴出ジェット推進ユニットのためのインペラーの構造及びトンネル の形状に関する。

及五葛考１ 海洋船舶にジェット推進装置を使用することは、技術的によく知られている。ジ ェット推進は、特に操船の点で、シンプルなプロペラ翼よりも多くの利点があり 、ジェット推進のエネルギー消費は、かなり効率的である。

しかしながら、船舶用ジェット推進に関して、ある共通の問題があるので、海洋 船舶のジェット推進は、広く受入れられている訳ではない。例えば、船舶用ジェ ット推進には、速度、水深、海の状態等の広範囲にわたって不確定な動作があり 、重大な設計上の問題が持ち出される。

ジェット推進ユニットの入口において、過度に水を吸い上げることにより、ポー リング（ｂａｉｌｉｎｇ）を惹き起こす。つまり、船舶の操船又は思わしくない 海の状態のときに、ユニットが充分な量の水を吸い上げることが出来ないので、 船体と入口との間に、過度の水圧が生じることがある。ポーリングは、強いドラ グ（ｄｒａｇ）傾向を惹き起こし、これは、推進効果に悪影響を及ぼす。

その他の共通の問題として、キャビテーションがある。

キャビテーションは、インペラー上への不均一な負荷となる。キャビテーション が生じるのは、流体の半径方向への急加速、流体柱の過度な渦及び乱れ、及びイ ンペラーの動きによって生じる真空状態に関連して流体Ｋｍ中での意図しない局 部的な気化によるのである。

従って、海洋船のジェッｉｆ進ユニットは、各特質が全体的に作用しあって、高 出力の場合でも、定常な水柱を供給し、水流量は、キャビテーション効果を軽減 すべく、乱れも渦もないように、設計されることが望ましい。

更に、ユニットは、上述のポーリング及びキャビテーション効果を生じることな く、海洋船の全速度範囲及びユニットに加わる変動負荷に対処できるように、最 大のフレキシビリティを有さねばならない。

最終的に、ユニットは、異物の取込みを防ぐのに効果があるが、ｔ９れが生じた 場合には、取込み口を人手で汚れを落とす迅速な手段を具えているべきである。

ベーカ−（Ｂａｋｅｒ）らに付与された米国特許第４，４４９，９４４号は、船 の低速から高速までの動作を効果的に伝達する水流ジェット式の駆動方式のため の可変式入口装置について明示している。“Ｖ”字型の底面をもつ船体の”スロ ット”に備え付けられているので、駆動は、ブローイン（ｂｌｏｗ−ｉｎ）ドア 及びパネルを有する低抵抗のラムスクープ（ｒａｍ−ｓｃｏｏｐ）の形状をして おり、内部流圧力と外部後流圧力との間の不釣り合いに反応しやすい。

スレート（Ｓｌａｄｅ）による米国特許第３，５４３．７１３号は、海洋船舶の 推進ユニットについて明示しており、開口部を通って、ポンプから放出される水 によって動作する。開口部は、所望の推進方向に合わせて、向きを定めることが できる。

アショワ−（Ａｓｃｈｕｅｒ）らによる米国特許第３，６８０，３１５号は、面 積の変化できるディスチャージノズルを有する推力シェツト推進装置について明 示している。

１９８８年１１月１日に出願され、１９８９年５月１１日に公開されたオースト ラリア特許出願第２４９０７７８８号は、ハウジングを具えた海洋推進ユニット について明示しており、該ハウジングには、可変の取入れ誘導部、該導入部の下 流の第１の翼板組と、プロペラ／インペラーと、該プロペラの下流の第２の翼板 組と、該第２の翼板組の下流の中心に向かっているディスチャージハウジングを 具えている。可変の取入れ開口誘導部は、誘導部内をふさぐことによって、空洞 現象及びドラッグ傾向を減じると記載されている。海洋推進ユニットは、船外機 又は後部駆動カドレインの何れか一方を有している。

クーザー（Ｋｕｅｔｈｅｒ）の米国特許第３，３０２，６０５号は、船舶用のジ ェット推進装置を開示しており、該装置は、操舵性を高めるための操舵機構と最 小動力で効率良く作動させるためのプロペラと、ハウジングの構造を具えている 。

フォックス（Ｆａｘ）に付与された米国特許第３，１８７，７０８号に開示され た船のジェット推進ユニットは、船体の全く外側にあり、通常の動力船構造のギ アボックスプロペラと舵構造に代るものである。

フレパフ（Ｋｌｅｐａｃｚ）に付与された米国特許第３，９９３，０１５号は、 船舶用の液圧推進装置を開示しており、該装置は、平行に並べられ、端部が開口 した取入れトンネルの形成に関するものである。

その他関連のある米国特許として、アーノルド（Ａｒｎｏｌｄ）に付与された第 ３，８８９，６２３号；デバルト（Ｄｅ　Ｖａｕｌｔ）らに付与された第３，８ ２７，３９０号、ハミルトン（Ｈａｍｉｌｔｐｎ）に付与された第３，２３３， ５７３号；ホルクロフｌ−（１０１ｃｒｏｆｔ）に付与された第４，１３３，２ ８４号；ノエ（Ｎｏｅ）らに付与された第３．８６８，８３３号；ドルリー（Ｄ ｒｕｒｙ）に付与された第４，６５２．２４４号；エンジェル（Ｅｎｇｅｌ）ら に付与された第３，１９２．７１５号；シールズ（Ｓｈｉｅｌｄｓ）に付与され た第３．５９８．０８０号、ムンテ（Ｍｕｎｔｅ）に付与された第３，６２０， ０１９号；シアコサ（Ｇｉａｃ。

ｓａ）に付与された第３．８４２，７８７号；ケラ−（Ｋｅｌｌｅｒ）に付与さ れた第３，６２４，７３７号；ワソツ（Ｗａｔｔｓ）に付与された第４゜７１８ ．８７０号；ニシダ（Ｎｉｓｈｉｄａ）に付与された第４．６４３，６８５号； ドリップ（Ｄｒｉｔｚ）に付与された第４，６００，３９４号；グローブス・ジ ュニア（Ｇｒｏｖｅｓ）に付与された第３，７８２，３２０号；ホーウィッツ（ Ｈｏｒｗｉｔｚ）に付与された第３，７７６．１７３号；タラターソール（Ｔａ ｔｔｅｒｓａｌｌ）に付与された第３，５８９，３２５号；バラモア（Ｐａｒｒ ａｍｏｒｅ）に付与された第４，４３２，７３６号；ムーア（Ｍｏｏｒｅ）に付 与された第３，７８８，２６５号；ノλグルング（Ｈａｇｌｕｎｇ）に付与され た第４，４７４，５６１号；及びウェブ（Ｗｅｂｂ）らに付与された第４，９２ ５，４０８号を挙げることが出来る。

光肌旦栗遣 本発明は、推進のために海洋船の後部に配備されるトンネルプロペラジェット推 進ユニットを提供するものである。ユニットは、容積基準のノズル流の特徴を有 するトンネルと、キャビテーション又はポーリングを惹き起こすことなく、速度 変化、操船、海の状態に関して、多様性に富んだ条件下で、ユニットを操縦出来 る補助的なインペラー装置を含んでいる。更に、入口での過度の圧力を調節する 反ポーリングバルブと、トリム調節機構を特徴として含んでいる。

海洋船のトンネルプロペラジェット推進ユニットは、隣接のユニットから水を受 け取るために先細りしている壁を有する先細取入れ部と、該取入れ部からの水の エネルギを増大させるインペラ一部と、インペラ一部からの水の軸方向の流れを 促すディフューザ一部とを含んでいる。ディスチャージ部は、旋回可能であり、 ディフューザ一部から水を指向性のあるウォータージェットとして放出する。イ ンペラ一部には、はぼ一定の直径の内表面を有する円筒形のハウジングか配置さ れている。円筒形のハウジングには、回転可能なハブが同心に配置されており、 該ハブには、外表面に凹部及び凸部を有しており、外周の直径は取入れ部の近く の最小外径から、ディフューザ一部の近くの最大外径まで増加する。半径方向に 間隔をあけて複数のインペラーブレードが、回転可能なノ１ブに固定され、ハブ の外表面から、円筒形のハウジングの内表面の近くまで、外側に向かって延びて いる。ブレードは、回転可能なハブの縦軸を含む平面に関して、成る角度を以て 傾斜している。ディフューザ一部の内表面は、インペラ一部の近くの最大直径か ら、ディフューザ一部の近くの最小直径まで、内向きに傾斜している。ディフュ ーザ一部には、固定ハブが同心に配置されており、該ハブは、インペラ一部の近 くの最大直径から、ディスチャージ部の末端まで、外表面が先細りしている。固 定ハブの外表面とディフューザ一部の内表面は、ディフューザ一部内で断面積が ほぼ縮小していく環形の空間を形成している。周方向に間隔をあけて配置された 複数のディフューザーの翼板は、固定ハブの外表面からディフューザ一部の内表 面まで延びている。ディフューザーの翼板は、少なくとも末端の一部がディスチ ャージ部の近くの固定ハブの縦軸に平行である。ベアリングは、回転可能なハブ と固定ハブの間に配備され、固定ハブに対して、回転可能なハブを回転させる手 段を伴っている。

取入れ口は、横断する入口横断面の面積が、インペラ一部の入口横断面の面積に 約１．５から約２．５：１程度までの比で、比例的であることが望ましい。アー ムホールダクトによって、人口通路に手を入れることが出来、１又はそれ以上の 整流板を人口側の内表面へしっかりと固定して、進入してくる水流中の回転流を 減勢する。

インペラ一部は、ポーリングを避けるためにインペラーブレード上流に配置され たバイパスバルブを具えることが望ましい。インペラ一部の入口の横断面の面積 は、ディフューザ一部の横断面の面積に比例的であって、その比は、約０．５０ から約約０．７５：１．望ましくは約０，６０から０．７０：１、最適なのは約 ０．６４：１であることが望ましい。

ディスチャージ部は、可変開口ノズルを含んでいることが望ましい。該ノズルは 、操縦機構及び船舶のトリムを調節するためにノズルを上げたり下げたりする装 置である調節装置によって、３６０°にわたって旋回することが出来る。

１又は２以上の整流翼板が、ノズル内の表面に固定されており、スポーク翼板は 、操舵機構の取り付けに用いられる。ディスチャージ部の出口の横断面の断面積 は、インペラ一部の入口の横断面の面積に比例的であることが望ましく、その比 は、約０２５から約０５０・１、望ましくは約０．３０から約０．４０：１．最 適なのは、約０．３５：１である。

完全なシステムによって、流れに対する内部の障害物を減じ、縮小する部分を、 滑らかで緩やかにして、流れ通路の抵抗を減じた。

晟国立国皇μ量朋 図１は、海洋船に取り付けたトンネルプロペラジェット推進ユニットの縦断面図 であって、前進させるときの配置及び後進させるときの配置を示している。

図２は、海洋船中における図１の本発明のトンネルプロペラジェット推進ユニッ トの関係を示した図である。

図３は、本発明のジェット推進ユニットの取入れ部を傾けて外面を見た斜面図で ある。

図４は、図３の線４−４からユニットの正面を見た斜面図である。

図５は、図３の線５−５からジェット推進ユニットの取入れ部の底面を見た斜面 図である。

図６は、本発明のジェット推進ユニットの吸水及びディスチャージ部を側面から 見た斜面図である。

図７は、図６の線７−７からジェット推進ユニットの吸水及びディスチャージ部 の背面を見た斜面図である。

図８は、図１の線８−８に沿って破断し、翼板とハブの構造を示したジェット推 進ユニットの断面図である。

図９は、図１の線９−９に沿って破断し、翼板とハブの構造を示したジェット推 進ユニットの断面図である。

図１０は、図１のユニットの線１０−１０に沿って破断し、インペラー装置の取 入面を示した部分断面図である。

図１１は、図１のユニットの線１１−１１に沿って破断し、インペラー装置のデ ィスチャージ面を示した部分断面図である。

図１２は、インペラー構造の斜視図である。

図１３は、ディフューザー翼板構造の側面からの斜視図である。

図１４は、回転ハブの軸の図である。

図１５は、固定ハブの軸の図である。

図１６は、２部分からなるハブ構造の縦断面図である。

図１７は、図１２のインペラー構造に１つのインペラーブレードを取り付けた側 面の図である。

図１８は、インペラーブレードの側面図である。

図１９は、インペラーブレードの内側縦方向に沿う平面図である。

図２０は、ブレードの傾いている部分を示すインペラーブレードの端面を示す平 面図である。

図２１は、インペラーブレードの第２の端面から見て、インペラーブレードの傾 いている部分を示す平面図である。

光朋！１■町免え朋 本発明は、ノズルを通る流体の流れを、図示する通り容積基準のもとで通過する 水塊を絞ることにより、十分に高められた推進効果が得られるという発見に部分 的に基づいている。即ち、言い換えれば、軸断面の流れ領域は、入口から出口ま で、はぼ一定に減少する。本発明の容積ノズル形状を採用することにより、乱れ が減じられ、水流のプラグ流れ特性が高められる。

図１及び図２に示す如く、ユニット（１１）は、軸方向の流れ又はタービン吸水 と同様の作用をし、線Ａ−Ａと線Ｂ−Ｂとの間に広がっている取入れ部（１）と 、線Ｂ−Ｂと線Ｃ−Ｃの間に広がっているインペラ一部（Ｐ）と、線Ｃ−Ｃと線 Ｅ−Ｅとの間に広がっているディスチャージ部（Ｄ）を有している。取入れ通路 （２３）に誘導された水柱は、エネルギが与えられ、ディスチャージ部を通って 加速され、船（１０）に推力を与える。

海洋船（ｌＯ）は、後部に取り付けられたトンネルプロペラジェット推進ユニッ ト（１１）を有している。ユニット（１１）の取入れ部（１）は、ユニット（１ １）の取り付はブロック（７）とディスチャージ部（Ｄ）との間の底面（９）に 組入れられており、トランツム（５）によって支持されており、船の後部の通常 のインペラーが取り付けられている位置に伸び出ている。ユニット（１１）の２ つの推進位置を図示する。Ｆ−は、前向き推進方向、Ｒ−は、後ろ向き推進方向 を示す。主動力源（１３）は、インペラー軸（３２）に直結されており、操舵リ ンク装置（１５）は、推進ユニット（１１）の操舵手段（Ｓ）に接続されている 。

図１、図４及び図５に示す如く、取入れ部（１）は、ハウジング（１２）内の取 入れ通路（２３）をより特徴的に明示しており、船体の一端の底面に形成された 取入れ開口（２２）と、他端のインペラ一部ＣＰ＞への取入れ（２４）との間で 繋がっている。始りが矩形である通路（２３）は、２つの垂直壁（１５２）、長 い傾斜壁（１５３）及び短い傾斜壁（１５５）を有しており、ベンド（１５６） で円筒形の仕切り空間を覆っている。ベンド（１５６）の後に続く通路（２３） は、円筒形である。

通路（２２）の覆壁は、乱れることなく流れるように促すために、交点で、適当 に滑らかで、湾曲している。通常は、ベンド（１５６）の角度は、特定の設計要 求により、約４０から４５度まで様々である。入口（２２）の断面領域の面積は 、インペラー（３３）への取入れ（２４）の断面積と比例的であって、その比は 、約１．５から約２．５：１の間であることが望ましい。

整流翼板（１５４）が、取入れハウジング（１２）の取入れ壁に沿って配置され ている。方向翼板（１５４）は、取入れハウジング（１２）の表面に沿って、間 隔をあけて配置されており、同等の容積の水をインペラー（３３）の周辺に導く 。

翼板（１５４）は、流れの効果を最大限に利用するためにインペラー（３３）へ の半径方向の負担を最小限にする。翼板（１５４）は又、取入れ水柱のあらゆる 前段階の渦及び乱れも鈍らせるように作用する。

通路（２３）内で、取入れグリル（１７６）は、図５に示される船体の開口（２ ２）の近くに配置される。グリル（１７６）は、通常は、平行にバーを並べて形 成されたものであって、船体（９）の縦方向に配置される。グリル（１７６）の バーは、流線形であって、又、水流の抵抗を最小にするために流入する流れの方 向に、水中翼の断面を有している。ユニット（１１）を通過できないような大き な物体の進入を阻止するために、グリル（１７６）のバーの間隔は、ディフュー ザー翼板（４０）の間隔よりも広くないことが望ましい。

ハウジング（Ｉ２）内が詰った場合、アームホールダクト（１００）から、通路 （２３）へすばやく手を入れることが出来る。ダクト（１００）は、ベンド（１ ５６）に配置され、外部フランジ（１０２）及びプラグ（１０６）を具える円筒 形のハウジング（１０１）を有している。プラグ（１０６）は、ダクトのハウジ ング（１０１）を塞ぐフランジカバー（１０８）に固定されるソリッド部（１０ ４）を具えている。ソリッド部（１０４月よ、清らがな外形を有する表面（１０ ３）を具えており、該表面（１０３）は、ダクト（１００）に配備されたときに 、ハウジング（１２）のベンド（１５６）から取り去られた表面部分に一致する 。ダク）　（１００）は、正確に栓締めされれば、木質的には、流れの付加抵抗 となったり又は、流れを破壊する区域にはならない。フランジ（１０２）は、上 向きに突出した植込みネジボルト（１０９）を有しており、プラグ（１０６）の 取り付けの際に、該ボルト（１０９）をフランジ（１０８）のボルト孔に挿入し 、プラグ（１０６）の向きを正確に揃えるようにする。カバー（１０６）に取り 付けられたハンドル（１０７）は、向きが揃っているか否かをしめず付加的な目 印となる。

本発明の望ましい形は、バイパスバルブ構造（１７２）であって、該バイパスバ ルブ構造（１７２）は、図１に示す如く、ハウジング（１２）の取入れ（２４） の近くに備え付けられる。船（１０）の船体と取入れ口（２２）との間の水圧が 制御不能な程に強まったとき、過剰な水は、バイパス弁（１７２）を通って逃さ れる。ポーリング（ｂａｉｌｉｎｇ）として口語的に知られている過度の水の集 中（ｂｕｉｌｄｕｐ）は、船舶用ジェット推進ユニットには、よく起こることで ある。船舶が急旋回及び／又は、海が荒れた状態にあるとき、船舶の速度が速く なると、ポーリングによって、強いドラッグ傾向が、船舶（１０）の船体に惹き 起こされ、ユニット（１１）の推進効果に影響を及ぼす。バルブ構造（１７２） は、反ポーリング装置たして、圧力を軽減するために作用する。

取入れ部（Ｉ）は、船体の後部に取り付けられ、船舶が前進し、それに続いて水 面から離れて上昇することにより、取入れ部（Ｉ）が、船体の水面高さよりも少 し下方に位置することが出来る。しかしながら、停止又は低速での適した運転状 態にあるとき、ユニットは、インペラー（３３）の断面積の少なくとも約６０か ら７０パーセントが水中にあるように取り付ける。取入れ部（１）は、例えば、 フランジ（１５０）によってボルト締めする。

図１の線Ａ−Ａから線Ｂ−Ｂまでに示す如く、本発明のインペラ一部（Ｐ）は、 １段式のインペラーを含んでいる。インペラー構造は、取り外しできるハウジン グ（３１）を有しており、これは２つの小部分、即ちインペラーハウジング（１ ４）と、インペラー（３３）及びディフューザー（３５）を有するディフューザ ーハウジング（１６）からなる。インペラーハウジング（１４）は、取入れ口（ ２４）及びディスチャーシロ（２６）で、はぼ一定の直径を有する円筒形である 。

ディフューザーハウジング（１６）は、インペラ一部（Ｉ）の近くの最大直径か ら、ディスチャージ部（Ｄ）近くの最小直径まで、中心に向けて先細りしている 内表面を有する円筒形である。ディフューザーハウジング（１６）の先細りして いる内表面（３９）は、出口（３９）を有しており、出口（３９）の断面積は、 インペラ一部取入れ（２４）の断面積に比例していることが望ましく、その比は 、約０５０から０　、７５　：１の範囲であり、望ましくは約０．６から約０． ７０：１、最適なのは、０６４°ｌであり、ディフューザ一部の容積排水量は、 インペラ一部の容積排水量よりも少ない。ディフューザ一部の容積排水量は、イ ンペラ一部の容積排水量の約７５パーセントから約９０パーセントであって、望 ましくはインペラ一部の容積排水量の約８０パーセントから約９０パーセントで あり、最適なのは、約８５パーセントである。更に、インペラーハウジング（３ １）内において、軸方向にインペラーハブ／ディフューザーハブを組合せて配置 することによって、環状の流れ通路を形成し、この通路は、内面及び外面は、は ぼ連続的に滑らがであって、乱流境界層の渦を阻止する。インペラ一部（Ｐ）の 重要な設計基準は、インペラーハウジング（１４）及びディフューザーハウジン グ（工６）の断面積が、接合部（２６）で同一であることである。

インペラ一部（Ｐ）の個々の部分について特に言及すると、インペラー構造（３ ３）は、図１０乃至図１２、図１４及び図１６乃至図２１に見られるように、ハ ブ部分（３４）とインペラーブレード（３６）の形に関して、以前より多くのテ ストを受け、変更を加えた、独特の形状を有している。インペラー（３３）の本 質的な特徴は、インペラーブレード（３６）が、従来はインペラー形状といえば 、通常は平坦な断面形状であったのに対して、本発明では、表面が凹んだブレー ド断面形状であって、図１６に示す如く、ハブ部分（３４）の外向きに膨らんで いる面（５８）に沿って固定されていることである。

図１４及び図１６に示す如く、インペラーハブ（３４）は、凸状の上面及び環状 の内面を有していることが望ましく、更に、ハブ（３４）は、小さい直径の前端 （６０）を有する凹状部分と、直径が増加的に変化する中央部（５８）と、大き い直径の後部（５６）を有する凸状部分（軸方向断面で見られる）と、環状内面 から構成される。インペラーハブ（３４）の全体の形は、本発明の推進ユニット の取入れ部で始まる円筒形のインペラーハウジング（１４）内に設置された環状 空間内で、容積が縮小する関係を維持し、インペラーブレード（３６）によって 移動させられた容積を補うように設計されている。軸（３２）の末端（６６）は 、同心軸を有する孔（６３）を通って、ハブ（３４）の長さ方向に伸びている。

前端（６０）は、流体を流すために、滑らかで連続した表面をもつ軸（３２）の ショルダー（６８）と接する環状端表面を有している。同心の環状キャビティ（ ６５）　（６２）によって形成されるハブ（３４）の環状壁は、末端の環状端（ ６４）を除いて、はぼ一定の厚みであり、環状端（６４）は、孔（６３）から突 出しており、ロックシース（７３）に固定可能な面を形成している。

図１０乃至図１２及び図１７乃至図２１に示す如く、インペラー（３３）は、断 面形状に凹み表面のあるブレード（３６）を有しており、該ブレード（３６）は 、通過する流体を受けるブレード面積を最大にし、インペラー（３３）から受け る半径方向の加速度成分を減じるような形状の傾きで、ハブ（３４）の外形表面 に沿って取り付けられる。ブレード（３６）は、図１８に示す如く、凹状の外周 半径（９０）、凸状の内周半径（８６）、短い後部（８８）、長い前縁（８４） 、中心点（ｐ）を有する幅の広い両側面（９２）、厚み（９１）を有している。

インペラーブレード（３６）の傾きは、平均的な傾斜又は、ブレード（３６）の 長さに応じた曲りの程度により定義され、前縁（８４）及び後縁（８８）でハブ （３４）の外表面に接する線に関する垂線から決定する。図１７乃至図１９に示 す如く、内周半径（８６）又は、外周半径（９０）のどちらが一方に沿って見た 場合に、又は、図２０及び図２１に示す如く、ブレード前縁又はブレード後縁の どちらか一方に沿って見た場合に、両縁の傾きの平均的な角度は、望ましくは垂 直から遠ざかる方向に約２０から４０度、より望ましいのは、一端が他端とは反 対方向に垂直から遠ざかる方向に約３０度傾き、ブレード（３６）がハブ（３４ ）の外形面に沿うようにすることである。前縁は、インペラーの前進回転方向に 捩じられている。前縁（８４）は、ハブ（３４）の小半径の前端（６０）と対応 しており、後縁（８８）は、ハブ（３４）の後端（５６）に対応しており、ブレ ード（３６）の中央部半径方向の幅は、ハブ（３４）の中央部（５８）の半径の 関数であるので、インペラーの直径は、はぼ一定であるということは重要である 。

ブレード（３６）の全体の長さは、ハブ（３４）の長さに角度の成分を加えた長 さに等しい。

ブレード（３６）は、断面が流れの妨害を最小にする水中翼の外形を有している 。半径方向には、ブレード（３６）の厚み（９１）は、はぼ一定である。前縁（ ８４）又は、後縁（８８）は、各縁から等距離に近い中点で、最大の厚みである ほぼ一定な先細りを有している。

図１０乃至図１２に、ハブ（３４）に沿って伸びている５つのブレードの典型的 なファンを示すが、ブレードの枚数、インペラーの直径及び傾斜角は、主動力源 （１３）から供給される動力及び設計中の船の仕様に合わせて最適化される。

図２、図８、図９及び図１４に示す如く、ディフューザー（３５）　（コンフユ ーザ−として知られているが）は、インペラー（３３）のすぐ近くに配置され、 以下に挙げる幾つかの重要な動作作用を達成するために、インペラー（３３）と 共に作動するよう設計されている。：■インペラー（３３）から受ける半径方向 の加速度成分を減少させること；■インペラー断面の全面を横切る水流量の通路 を拡散させる；■インペラー上に人工的な低い背圧（ｂａｃｋ　ｐｒｅｓｓｕｒ ｅ）を生じさせることにより、インペラーの動きに関連した真空状態によって、 通過する液体に局部的な気化が発生することを防ぐこと：■インペラーが最大に 反応出来るようにし、主動力源の利用できるエネルギーをより効果的に伝達出来 るようにすることである。どんな程度であっても気化部分があれば、インペラー （３３）及びキャビテーションに不均一な負荷を生じさせる。

図１５及び図１６に示す如く、ディフューザーハブ（３８）は、内向きに先細り した凸状の表面と、ハブ（３４）に対して向い合って配置される環状の内面を有 していることが望ましい。ハブ（３８）は、真直ぐな大直径の前端（４２）と、 減少して直径を変えていく中央部（４４）と、小直径の後部（４６）と、中央環 状突出端（５４）から形成され、後部（４６）は、中央部に開設された同心孔（ ４８）を有する丸いノーズを形成している。ディフューザーハブ（３８）の全体 の形は、ディフューザーハウジング（１６）内に形成された環状空間内で容積関 係の絞りを維持する様に設計されている点であって、該ディフューザーハウジン グ（１６）は取入れ部から始まり、本発明の推進ユニットのインペラーハウジン グ中に続いている。外側の同心環状空間は、過剰重量を減じるためのものであり 、ハブ（３８）の壁厚は略一定厚さに形成している。突起部（５４）を貫通する 内側の同心環状空間は、ベアリング（８２）を取り付けるための環状四部（５０ ）を形成している。孔（５０）は、形状強度基準に応じて、ハブ（３８）のノー ズ部（４６）で直径が縮径している。

ディフューザーブレードの形状は、ディフューザーハブ（３８）の表面外形に伴 なって、翼板（４０）に加えられた重大な変更点の他は、普通のストレート翼板 の形状である。

翼板（４０）の半径方向の幅は、ハブ（３８）の直径の関数であるので、ディフ ューザー（３５）は、一定の直径を有している。各ブレードの厚みは、水中翼の 形状又は、形状の微調整要求に応じて、端面を角張らしたり、鋭くした点を除い て、一定の厚みである。翼板（４０）の前後（４１）は、インペラー（３３）の 前進方向と反対の方向に屈曲し、ストレート部はハブ表面に対して垂直である。

しかし操作上の微調整によりストレート部は、接合部で／Ｘブを三等分する直交 面から離れる方向で、インペラー（３３）の前進方向とは反対に、約１θ度まで の角度で傾斜している。変曲端（４１）は、ハブを三等分する長手方向の面から 離れる方向に約１０から約４０度の角度で傾斜し、ストレート部（４３）を含ん でいる。翼板（４０）は、一端が、ハブ（３８）の外形表面に縦方向にしっかり と固定されており、他端が、ハウジング（１６）の内壁にしっかりと固定されて おり、ハブ（３８）の水中軸受機能を取囲んで支持する。ディフューザー翼板の 枚数は、インペラーブレードの枚数に関連して選択しており、これによって、デ ィフューザ一部の動作基準に例えば背圧を与えたり、半径方向の加速度を減少さ せること及び、共振と騒音レベルを最小化している。重要な設計上の特徴は、イ ンペラーとディフューザーの比は、奇数：偶数又はその逆とすることである。例 えば、インペラーブレードの枚数が３．５又は７枚であった場合、それに対応す るディフューザーブレードの枚数は、４．８、又は１０枚であることが望ましい 。

全体として、ディフューザーは、水流の形状をコントロールできるような形状で あり、船舶のスピード、操舵、海洋状態が広い範囲で変化することによる大きな 荷重変動以上の加速度に対応する。

図１に示されるように、インペラー構造（Ｐ）は、円筒形のインペラーハウジン グ（３１）に軸方向に対称的に配置され、インペラー装！　（３３）に極く近接 して後方にディフューザー装置（３５）を取り付けている。回転可能なハブ（３ ４）後部（５６）の該表面は、図１６に示す如く、固定ハブ（３８）の前端の外 側表面にほぼ連続している。インペラー構造（Ｐ）は、単純化し、保守点検のた めに取り外したり、原動機（３）に対してインペラーが適合したり、ディフュー ザーが最適化し、船の仕様に合わせる様に交換することが、迅速に行ない得る様 に配置される。インペラー／Ｘウジフグ（１４）は、取り外しできるウェアスリ ーブ（１７０）を有しており、該スリーブ（１７０）は、インペラー（３３）の 直径の減少に対応して、ハウジング（１４）の直径を減少させることが出来る。

こうして、インペラーの直径をより小さく配列することによって、より小さい船 に利用することが出来る。しかしながら、ＨＰ（馬力）又は、船舶の大きさに関 して制限はなく、ユニット（１１）は、大きい船又は、かなり速い速度の機能に 合せて拡大することが出来る。

ユニット（１１）を通って軸方向に伸びているインペラー軸（３２）は、取入れ ハウジング（１２）に配備された水中軸受構造（１４０）によって支持された第 １水中軸受と、固定ノ１ブ（３８）に支持された第２水中軸受を有している。水 中軸受構造（１４０）は、ハウジング（１４２）、ころ軸受け（１４４）及びロ ックリング（１４６）を有している。水中軸受構造（１４０）は又、主動力源に 必要なユニットギアのためのギアハウジング（図示せず）を有している。

図１６に示す如く、軸（３２）は、ショルダー（６８）と、同心の末端部（６６ ）から形成されており、末端部（６６）は、同心の縮径部（７０）　（７２）を 有している。インペラー（３３）は、軸（３２）の末端部（６６）にスライドさ せて、ハブ（３４）の前縁（６０）の環状端は、流体を流すための滑らかな連続 表面とするためにショルダー（６８）に隣接する。環状ロックスリーブ（７３） は、ハブ孔（６３）から外向きに突出している末端環状部（６４）の最小直径よ りも大きい直径を有する隣接する環状端（７４）を有しており、該スリーブ（７ ３）は、軸（３２）のショルダー（６８）に当接して、しっかりとインペラー（ ３３）を保持する環状端（６４）に当接する。ワッシャー（７８）及びロックナ ツト（８０）は、スリーブ（７３）に固定する。シャフト（３２）の末端部（７ ２）は、ロックナツト（８０）のためにネジ切りをする。

通常のキー（図示せず）及びキー溝の組合せによって、軸（３２）上にインペラ ー（３３）を取り付ける。

水中軸受スリーブ（８２）は、バブバウシング（３８）の中央環状部（５４）に 挿入される。構造は、水中軸受（８２）を通るスリーブ（７３）を有する軸部（ ７０）を挿入することによって、完全なものとなり、ハブ（３４）とハブ（３８ ）との隙間は、約８分の１インチである。固定ハブ（３８）のノーズ端（４６） の孔（４８）は、水中軸受（８２）の外部の周りを流れる水の出口となる。水中 軸受（８２）は、船舶で適用される自己潤滑性、自己冷却性、自己水放出性をも つ一般の水中軸受である。

取入れハウジング（１２）にインペラ一部のケーシング（１４）を接続し、ディ スチャージハウジング（１８）にノズルハウジング（２０）を接続する手段は、 同一のリングクランプ（１１０）であり、該リングクランプ（１１０）は、各セ クションの重なりフランジ（１１２）上のボルト（１１３）によってしっかりと 締められる。クランプ（１１０）は、ヒンジ（１１１）に取り付けられ半円の溝 を開設した２つの金具を有している。

付加接続手段として、フランジ（１１４）と（１１６）を利用して、インペラー ハウジング（１４）とディフューザーハウジング（１６）の間を繋ぐフランジ連 結具、及びフランジ（１１８）を利用してデフユーザーケーシング（１６）とデ ィスチャージケーシング（１８）を繋ぐフランジ連結具を具える。ゴムシール（ １１５）を間に利用することが望ましい。ゴムシール（１１５）は、典型的なＯ リング又は、ガスケットである。

ユニット（１１）の形状は、ハウジング（１３０）の操舵手段（Ｓ）が、吸水ハ ウジング部（３１）の頂上中心にあるようにする。ハウジング（１３０）の部分 は又、フランジ（１１４’）　（１１６）（１１８）によって、接続されている 。

図１、図６及び図７に示す如く、線Ｃ−〇から線Ｅ−Ｅまで伸びている出口即ち ディスチャージ部ＣＤ）は、３つの円筒部（１８）　（１９）　（２０）から形 成され、２つの主な作用をする。＝２つの作用とは、液体速度を増大することと 、流出する流れを回転可能に方向付けて、操舵手段を形成することである。ディ スチャージ部（Ｄ）は、約４５度から約６０度の補角を有していることが望まし く、船舶（ｌＯ）の船底（９）とディスチャージ部（３０）が水平に整列されて いることが必要である。

線Ｃ−Ｃの中はどから伸びる第１部は、角度を有している円筒形ハウジング（１ ８）である。ハウジング（１８）は、水平から３６０度回転できる回転可能部（ １９）を有している。

回転可能な第２部（１９）と、角度を有している部分（１８）は、ベアリング構 造（１２０）によって、接続されている。ベアリング構造（１２０）は、ハウジ ング（１８）の外表面に取り付けできる内輪（１２２）と、部分（１９）の外表 面に取り付けできる外輪（１２４）と、それらの間のベアリングリング（１２１ ）から構成される。

操舵手段（Ｓ）は、本発明のジェット推進ユニットの回転可能部（１９）に、海 洋船舶内の操舵柱（１５）を連結している。操舵リンク装置は、スリーブベアリ ング（１３４）を有する操舵ロッド（１３２）と、第１及び第２角度ギア（１３ ６）から構成される。第２角度ギア（１３６）は、ハウジング（１８）の内側に 角度を有して伸びる操舵ロッド（１３ｇ）の頂上に配置され、スポーク翼板によ って、回転部（１９）に作用するように結合している。操舵ロッド（１３８）は 、スリーブベアリング（１３５）を有している。角度を有するスポーク翼板（１ ３７）は、流れの妨害とならないような形状をイＪし、流れ”の妨害とならない ように取り付ける。

ディスチャージ部（Ｄ）の第３部分は、前述の部分（１９）にクランプされてお り、線Ｅ−Ｅに向かって突出している補助的に傾いているハウジング（２０）で ある。ハウジング（２０）は、ノズル（２１）を有しており、該ノズル（２１） は、好みによって交換できる形状をしている。選択的に、ノズル（２１）は、流 れの速度を微調整するため可変吐出オリフィスを有し、アイリス型の機構（図示 せず）等を組込むことにより、出力効果を最大限にすることが出来る。ディスチ ャージ部（Ｄ）のノズル出口（３０）の断面積は、インペラー取入れ（２４）の 断面積に比例していることが望ましく、その比は、約０．２５から約０．５０： １．望ましくは約０．３０から約０．４０：１であり、最適なのは約０．３５： １である。ディスチャージノズル（２１）の内側表面は、滑らかであり、出口（ ３０）の断面に向かって集まっていく。

ノズル（２１）は、１又は２以上の整流翼板（１６２）を有しており、該翼板（ １６２）は、領域（２０）の内表面に直角に固定されることが望ましい。整流翼 板（１６２）は、渦を減じる形状をしており、一定の層流柱（ｌａｍｉｎａｒ　 ｃｏｌｕｍｎ）の水流量としてユニット（１１）から放出させることが出来る。

更に、リング（１６０）は、出口（３０）にあるノズル（２１）の外縁に取り付 けることが出来る。リング（１６０）は、リング端面の周囲に形成される渦によ って、排出された水の推進反力を人工的に高め、出ていく水を滑らかに移動させ る。

ディスチャージ部（Ｄ）は又、トリム調節機構（図示せず）を一体に配備してお り、ディスチャージ出口（３０）の高さを水面に関して変化させ、必要であれば 、船舶の作動トリム（ｒｕｎｎｉｎｇ　ｔｒｉｍ）を調整することが出来る。ト リム調節機構は、傾けたハウジング部（１８）（２０）の何れか一方又は両方の 傾斜域に配置される重なりスリーブと、スリーブを設定位置に配置し、ロックす る手段とを有することが望ましい。それゆえ、出口（３０）の垂直高さは、部分 （１８）又は（２０）の角度を有する円弧に比例しており、スリーブの重なり量 を調整することにより、増加させたり、。

減少させたりすることが出来る。位置決め及びロックする手段は、液圧シリンダ 又は、ギア機構とすることが出来る。トリム調節機構は、ユニット（１１）を既 存の船舶に設置する場合に特に有用である。推進ユニット（１１）に適応するよ うに設計された新しい船には、トリム調節能力は、普通必要でない。

ディスチャージハウジング（１８）は又、ディフューザーハブ（３８）の端部と ほぼ一列をなすように開設されたブリーダ一孔（１７４’）を有しており、ユニ ット（１１）に入ってきたトラップ空気を逃し、ユニット（１１）が自己プライ ミングする。

ディスチャージ部（Ｄ）のコントロール機能は、操舵装置（Ｓ）によって決めら れたノズル推進方向に連繋している。指向方向は、Ｆ位置、Ｒ位置及びそれらの 半径方向位置でのノズル（２１）の操作に関係している。

前述の通り、普通のノズル又はノズルの形状をした水管を通る流体流によって示 される容積基準に基づく通過水量を絞ることによって、本発明の推進装置は、優 れた効果を達成する。即ち、ユニット長さく又は、補足的に、軸方向の流れの断 面積）に対して、利用できる流れ量は、取入れ（２２）から出口（３０）までほ ぼ一定に減少することが望ましい。

トンネルの単位長さ当りの流量は、トンネルの体積から、単位長さ当りの内部部 品（例えば、インペラー、ディフューザー、整流翼板、軸等）によって排除され た体積を引算したものである。こうして、トンネル通路は、ノズル型の流れの特 徴を有している。望ましい実施例として、推進装置のユニット流の体積は、普通 のノズル又は先細り（減少）しているノズルの形状をした水管にならって、略一 定に減少しており、その減少は、約２から約１５度、望ましくは、約５から約１ ０度の角度である。ノズルの形状をした水管により、全体に先細りしている流れ の水管は、１又は２以上の、円筒形及び／又はノズル形状の部分から構成される ことを意味しており、個々のノズル部分の先細り角は、例えば、１０°の先細り 角を有する第１部分と、５°の先細り角を有する第２部分と、円筒形の第３部分 と、１０°の先細り角を有する第４部分というように、部分によって異なる。

本発明の船舶用トンネルプロペラジェット推進ユニットは、強度及び腐食特性に 対する抵抗で選ばれたステンレス鋼から製作、組み立てされることが望ましい。

しかしながら、結合力の強い非腐食性のエンジニアリングプラスチックも又、推 進ユニットの１又は２以上の部品に適している。

船舶用トンネルプロペラジェット推進ユニットの性能は、夫々の個々の部分の機 能の相乗的な相関関係によるということは重要なことである。夫々の個々の部分 は、ジェット推進ユニットが、効果的に機能するのに必要な、必要圧力及び流れ のバランスを与えるよう考慮し、比例的及び対称的に製作及び組み立てられなけ ればならない。

ジェット推進ユニットの所定動力に対して、性能を予め規定することにより、ユ ニットは、ディフューザー翼板及びノズルに関連して、インペラーブレードの形 状基準を決め、特定の動力源に合わせて微調整が出来る。

発明の前記記載は、例示的で説明的なものである。当該分野の専門家であれば、 材料、装置、特定部品について、種々の変更を成し得るであろう。それらの変更 は、請求の範囲及びその精神の範囲内に含まれると解すべきである。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. （１）．海洋船舶用ジェット推進ユニットであって：隣接ユニットからの水を受 ける先細テーパー状の壁を有し、該壁は乱れを抑制するための滑らかな表面を具 えている先細取入れ部と； 取入れ部からの水エネルギーを増大させるインペラー部と； インペラー部からの軸方向の水の流れを促進するディフューザー部と； ディフューザー部からの水を指向性水ジェットとして放出する旋回可能なディス チャージ部と；インペラー部に配備され、内表面の直径が全体に均一な円筒形ハ ウジングと； 円筒形ハウジングの中に同心に配備され、外表面が軸方向断面から視たとき凹部 と凸部を有し、外径が、最小の隣接取入れ部から、長大の隣接ディフューザー部 まで増加している回転可能なハブと；回転可能なハブに取り付けられ、ハブの外 表面から隣接する円筒形ハウジングの内表面まで外向きに突出し、回転可能なハ ブの長軸に関して傾斜している半径方向に間隔をあけて配置された複数のインペ ラープレードと； ディフューザー部に配備され、最大直径の隣接インペラー部から最小直径の隣接 ディスチャージ部まで内向きテーパー形状の内表面と； ディフューザー部に同心に配備され、最大直径の隣接インペラー部から先端のデ ィスチャージ部まで内向きテーパー状の凸状の外表面を有し、外表面と内表面は 、ディフューザー部の中で全体的に先細りとなる断面積の環状部を形成している 固定ハブと；回転ハブと固定ハブとの間に配備された受け部と；回転ハブを固定 ハブに関して回転させる手段とからなる船用トンネルプロペラジェット推進ユニ ット。
2. （２）．取入れ部は、インペラーの上流にアームホールダクトと、外フランジと 、内部コアを有する着脱可能なプラグ片を含んでおり、コアの端部の輪郭面は、 取入れ部の壁と対応し、全体的に滑らかであり、通過する流体の流れに対して連 続的な表面を有している請求項１の推進ユニット。
3. （３）．取入れ部は、内部輪郭面に固定された１又は２以上の整流翼板を具えて いる請求項１の推進ユニット。
4. （４）．取入れ部の横入口の断面積は、インペラー部の入口断面積に比例してお り、その比は、約１．５乃至約２．５：１である請求項１の推進ユニット。
5. （５）．ディフューザー部の出口の断面積は、インペラー部の断面積に比例して おり、その比は、約０．５０乃至約０．７５：１である請求項１の推進ユニット 。
6. （６）．バイパス弁は、ポーリングを抑制するために、インペラープレードの上 流に配置される請求項１の推進ユニット。
7. （７）．ディスチャージ部は、クイック式接続具により、ハウジングに取り付け られた着脱可能ノズルを具えている請求項１の推進ユニット。
8. （８）．ディスチャージ部は、可変の出口開口部を有する調節可能ノズルを具え ている請求項１の推進ユニット。
9. （９）．ノズルは、操舵機構により、３６０度回転可能である請求項８の推進ユ ニット。
10. （１０）．スポーク翼板は、操舵機構をノズルに取り付けている請求項７の推進 ユニット。
11. （１１）．ノズルのディスチャージ端部には、ソリッドリングが取り付けられて いる請求項７の推進ユニット。
12. （１２）．ディスチャージ部は、１又は２以上の整流翼板を具えている請求項１ の推進ユニット。
13. （１３）．ディスチャージ部は、トリム調節機構を具えている請求項１の推進ユ ニット。
14. （１４）．ディスチャージ部の出口断面積は、インペラー部の入口断面積に比例 し、その比は、約０．２５乃至約０．５０：１である請求項１の推進ユニット。
15. （１５）．円筒形ハウジングは、交換可能であり、インペラー部は、被覆スリー プが円筒形ハウジングの内径とインペラープレードの間に配備されている請求項 １の推進ユニット。
16. （１６）．取入れ部からディスチャージ部に向かって、一定の割合で体積が減少 する請求項１の推進ユニット。
17. （１７）．海洋船舶用のジェット推進ユニットであって：隣接ユニットからの水 を受ける取入れ部と；取入れ部からの水のエネルギを増大させるインペラー部と ； インペラー部からの軸方向の水の流れを促進するディフューザー部と； インペラー部の中に同心に配備された回転ハブと；回転ハブ上に半径方向に間隔 を存して配備された複数のインペラー翼板と； ディフューザー部の中に同心に配備された固定ハブと； 固定ハブ上に半径方向に間隔を存して配備された複数のディフューザー翼板と； 回転ハブと固定ハブの間に配備された受け部と；回転ハブを固定ハブに関して回 転させる手段と；取入れ部からディスチャージ部まで一定の割合で体積を減少さ せる移行部とからなる船用トンネル噴出ジェット推進ユニット。
18. （１８）．インペラープレードの上流に、ポーリングを抑制するバイパス弁が配 置されている請求項１７の推進ユニット。