JPH08104293A - Water jet propulsion unit - Google Patents

Water jet propulsion unit

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Publication number
JPH08104293A
JPH08104293A JP27822294A JP27822294A JPH08104293A JP H08104293 A JPH08104293 A JP H08104293A JP 27822294 A JP27822294 A JP 27822294A JP 27822294 A JP27822294 A JP 27822294A JP H08104293 A JPH08104293 A JP H08104293A
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JP
Japan
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impeller
speed
water jet
air
jet propulsion
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Application number
JP27822294A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumio Nagata
二三男 永田
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IDC KK
Original Assignee
IDC KK
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To improve high speed performance by providing an air introduction port ahead of an impeller and communicating the air introduction port with an air supply control means for controlling the air supply amount in accordance with rotary speed of the impeller and ship speed. CONSTITUTION: An air introduction port 13 is provided ahead of an impeller 9 and on an inner peripheral face of a duct 4 in the vicinity of a wing end where speed of the impeller 9 is the highest. An air supply valve 15 is opened and closed in accordance with rotary speed of the impeller 9 by an air supply control means 17 to supply air. In a water jet propulsion unit, since water flowing into the duct 4 can utilize dynamic pressure equivalent to ship speed as effective suction pressure of the impeller 9 depending on the shape of a suction port 6, the generation of cavitation can be suppressed. Consequently, the optimum air introduction amount which corresponds to rotary speed of the impeller 9 and ship speed is set by program in an air introduction amount arithmetic unit 18, and the opening and closing of the air supply valve 15 are controlled by the air introduction amount arithmetic unit 18.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ウォータジェット噴射
によって推力を得る船舶の推進装置に関し、特に高速性
能を向上させたウォータジェット推進装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a propulsion device for a ship that obtains thrust by water jet injection, and more particularly to a water jet propulsion device with improved high speed performance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ウォータジェット推進装置は図9
および図10に示すものが知られており、図9の例では
船底5に設けられた吸込口6から吸込んだ推進用水を原
動機2に連結されている回転駆動軸12で駆動されるポ
ンプインペラ9によって加圧してガイドベーン11で整
流した後、噴射ノズル8から高速で噴射し、その反作用
によって推力を得ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a water jet propulsion device is shown in FIG.
10 is known, and in the example of FIG. 9, a pump impeller 9 driven by a rotary drive shaft 12 connected to a prime mover 2 for propelling water sucked from a suction port 6 provided in a ship bottom 5 is known. After being pressurized by and rectified by the guide vane 11, it is jetted from the jet nozzle 8 at a high speed, and thrust is obtained by its reaction.

【0003】また、図10の水中翼船の例では、翼走時
(高速巡航時)に船体1が水面から浮上するためダクト
4が船底5から水面下の水中翼52の近傍にまで垂下し
て吸込口6が前方に向けて開口されており、高速の原動
機2でポンプを駆動するためにインペラ9の回転駆動軸
12と原動機2の出力軸とが減速装置53を介して連結
されている。
Further, in the example of the hydrofoil shown in FIG. 10, the duct 4 hangs from the bottom 5 to the vicinity of the hydrofoil 52 below the surface of the water because the hull 1 floats above the surface of the water when the wing is traveling (during high-speed cruising). The suction port 6 is opened forward, and the rotary drive shaft 12 of the impeller 9 and the output shaft of the prime mover 2 are connected via a speed reducer 53 for driving the pump by the high-speed prime mover 2. .

【0004】一般にスクリュープロペラは、大直径・低
回転で低速作動であるほど推進効率が高く、通常船舶の
速度領域では高回転のインペラと摩擦及び渦抵抗を伴う
ダクトで構成されるウォータジェット推進装置は効率的
に不利であるが、船艇速度が速くなればなるほど周囲の
水流の速度に比例してプロペラの回転数は上昇し、一方
プロペラ翼端の周速はキャビテーションの発生による性
能低下、騒音・振動の発生、プロペラ表面の壊食によっ
て速度限界が生じるので、プロペラ回転数もしくはプロ
ペラ径が制限されることとなり高速化の限界を生じる
が、一方、ダクトは船艇速度に相当する動圧をインペラ
の有効吸込み圧力として利用できるのでインペラのキャ
ビテーション抑制には有効であり、従ってウォータジェ
ット推進装置はスクリュープロペラより高速化すること
が可能で、近年、船舶の高速化の要求から通常のスクリ
ュープロペラより高速域でウォータジェット推進装置を
使用する例が多くなっている。
Generally, a screw propeller has a higher propelling efficiency as it has a large diameter, low speed and operates at a low speed, and usually has a high speed impeller and a duct with friction and eddy resistance in a speed range of a ship. Is disadvantageous in efficiency, but the propeller speed increases in proportion to the speed of the surrounding water flow as the boat speed increases, while the peripheral speed of the propeller blade tip decreases performance due to cavitation, noise・ Velocity is limited due to vibrations and erosion of the propeller surface, which limits the speed of the propeller or the diameter of the propeller, thus limiting the speedup.On the other hand, the duct produces dynamic pressure equivalent to the boat speed. Since it can be used as the effective suction pressure of the impeller, it is effective in suppressing the cavitation of the impeller. It can be made faster than Yupuropera, recently, an example of using water jet propulsion apparatus in a high speed range than conventional screw propellers from speed requirements of the ship is increased.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ウォータジェット推進装置においてもキャビテーション
を生じさせないインペラの回転速度には限界があり、こ
の限界以上にポンプを高速作動させることができず、設
計の初段階から高速性能の向上をはばむ原因となってお
り、船舶をさらに高速化するにはポンプを比速度の小さ
な形状にして、より圧力を高めて噴射ノズルで水流を増
速して高速のジェット噴射を得なければならず、従って
ポンプが大型化、重量化することになるので、船舶の高
速化・大型化に際してはガスタービンエンジン等の軽量
・大出力の高速原動機が使用される一方でポンプ部分は
低速で重量の大きなものとなり、両者の連結には減速比
の大きな減速装置が必要で、動力伝達系が大型化し、高
速原動機との適合性が悪く、推進装置全体を小型・軽量
・大出力化することができず、船舶の高速性能の向上が
はばまれている。
However, even in the above-mentioned water jet propulsion device, there is a limit to the rotational speed of the impeller that does not cause cavitation, and the pump cannot be operated at a higher speed than this limit. From the stage, the improvement of high-speed performance is hampered.In order to further speed up the ship, the shape of the pump has a small specific speed, the pressure is increased, and the water flow is accelerated by the injection nozzle to increase the speed of jet injection. As a result, the pump will become larger and heavier, so a light-weight, high-output high-speed prime mover such as a gas turbine engine will be used to increase the speed and size of a ship while the pump part will be used. Is slower and heavier and requires a speed reducer with a large reduction ratio to connect the two, making the power transmission system large and compatible with high-speed prime movers. Poor, can not be compact, lightweight, high-output of the entire propulsion system, improvement of the high-speed performance of the ship is discouraged.

【0006】また、船舶が高速化されることは、船艇速
度が停止状態から高速巡航速度の範囲で連続的に変化
し、推進装置は各航走状態に対して広範な速度変化に対
応しなければならず、従来のウォータジェット推進装置
においては高速巡航速度で推進効率が最高となるよう設
計がなされており、中・低速域および特に低速から高速
域への加速時に推進効率が低下するという問題があり、
特に図10の水中翼船の例では、船体を水面から浮上さ
せる時には船体が浮上するまで船体に対する水の抵抗が
大きく、低速域から翼走速度まで加速するために最大の
推力を必要とするので大変不利となる。
In addition, the fact that the speed of a ship is increased means that the speed of the ship changes continuously from the stopped state to the high-speed cruising speed, and the propulsion device can cope with a wide range of speed changes for each running state. The conventional water jet propulsion system is designed to have the highest propulsion efficiency at high cruising speeds, and it is said that propulsion efficiency decreases when accelerating in the medium / low speed range and especially from low speed to high speed range. There is a problem,
Particularly, in the example of the hydrofoil of FIG. 10, when the hull is levitated from the surface of the water, the water resistance to the hull is large until the hull floats, and the maximum thrust is required to accelerate from the low speed range to the wing speed. It will be a great disadvantage.

【0007】本発明の目的は、インペラの高回転で生じ
るキャビテーションによる速度限界を超えてポンプの高
速作動を可能にすることでポンプを小型・軽量化、高速
化してウォータジェット推進装置の高速性能を向上させ
ることであり、また、高速の原動機との適合性を高めて
ウォータジェット推進装置を小型・軽量・大出力化して
船舶の高速性能を向上させることである。
An object of the present invention is to enable high speed operation of the pump by exceeding the speed limit due to cavitation caused by high rotation of the impeller, thereby making the pump smaller, lighter and faster, thereby improving the high speed performance of the water jet propulsion device. In addition, it is to improve compatibility with a high-speed prime mover and to reduce the size, weight, and output of a water jet propulsion device to improve high-speed performance of a ship.

【0008】本発明の他の目的は、船舶の航走状態に対
応して広範な速度領域で推進効率の低下を防止すること
ができるウォータジェット推進装置を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to provide a water jet propulsion device capable of preventing a decrease in propulsion efficiency in a wide speed range corresponding to the traveling state of a ship.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、吸込口を有す
るダクト内に回転駆動されるインペラが配置され、該イ
ンペラの後方に噴射ノズルが配置されたウォータジェッ
ト推進装置において、前記インペラの前方に空気導入口
が設けられ、該空気導入口はインペラの回転速度及び船
艇速度に応じて空気供給量を制御するための空気供給制
御手段に連通していることを特徴とするウォータジェッ
ト推進装置である。
According to the present invention, there is provided a water jet propulsion device in which an impeller driven to rotate is arranged in a duct having a suction port, and an injection nozzle is arranged behind the impeller, in front of the impeller. A water jet propulsion device, characterized in that an air inlet is provided in the air inlet, and the air inlet is communicated with an air supply control means for controlling an air supply amount according to the rotation speed of the impeller and the boat speed. Is.

【0010】また本発明は、インペラの前面に空気導入
口を備えた入口ガイドベーンが設けられ、該入口ガイド
ベーンはダクトに固定あるいはピッチ可変に支持されて
いることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that an inlet guide vane provided with an air inlet is provided on the front surface of the impeller, and the inlet guide vane is fixed to the duct or is supported at a variable pitch.

【0011】また本発明は、インペラがスーパーキャビ
テーティング翼形状に形成されていることを特徴とする
Further, the present invention is characterized in that the impeller is formed in a super cavitating blade shape.

【0012】また本発明は、インペラの回転駆動軸が高
速原動機の出力軸に直結されており、吸込口には圧力検
出装置が設けられ、該圧力検出装置の出力信号により、
原動機の過回転を防止するための原動機保護制御装置が
設けられていることを特徴とする。
Further, according to the present invention, the rotary drive shaft of the impeller is directly connected to the output shaft of the high-speed prime mover, the suction port is provided with a pressure detecting device, and the output signal of the pressure detecting device causes
It is characterized in that a prime mover protection control device for preventing excessive rotation of the prime mover is provided.

【0013】また本発明は、噴射ノズルに該噴射ノズル
の断面積を変化させるためのノズル面積可変手段を備え
ていることを特徴とする。
The present invention is also characterized in that the jet nozzle is provided with nozzle area varying means for changing the cross-sectional area of the jet nozzle.

【0014】また本発明は、吸込口に該吸込口の形状を
変化させるための吸込口形状可変手段を備えていること
を特徴とする。
The present invention is also characterized in that the suction port is provided with a suction port shape changing means for changing the shape of the suction port.

【0015】[0015]

【作用】本発明に従えば、空気供給制御手段によってイ
ンペラの回転速度及び船艇速度に応じた適量の空気をイ
ンペラ部に導入することでインペラの高回転で生じるキ
ャビテーションによるポンプ性能の低下、騒音・振動の
発生、機械表面の壊食を防止してポンプの高速作動を可
能にし、ポンプを小型・軽量化、高速化することでウォ
ータジェット推進装置の高速性能を向上させることがで
きる。
According to the present invention, the air supply control means introduces an appropriate amount of air into the impeller section according to the rotational speed of the impeller and the speed of the boat, thereby lowering pump performance and noise due to cavitation caused by high rotation of the impeller. -The high-speed performance of the water jet propulsion device can be improved by preventing vibration and erosion of the machine surface, enabling high-speed operation of the pump, and reducing the size, weight and speed of the pump.

【0016】インペラの前面に空気導入口を備えた入口
ガイドベーンが設けられ、インペラ翼幅の大きい場合に
空気をインペラの各部に円滑に導入することができ、ま
た、入口ガイドベーンのピッチを可変とすることでイン
ペラへの水流の迎え角を制御して流量変化によるポンプ
効率の低下を防止することができる。
An inlet guide vane having an air inlet is provided on the front surface of the impeller, so that air can be smoothly introduced into each part of the impeller when the impeller blade width is large, and the pitch of the inlet guide vane is variable. By so doing, it is possible to control the angle of attack of the water flow to the impeller and prevent a decrease in pump efficiency due to a change in the flow rate.

【0017】インペラがスーパーキャビテーティング翼
形状に形成されており、インペラの超高速作動が可能と
なり、ウォータジェット推進装置を超高速化することが
できる。
Since the impeller is formed in the shape of a super cavitating blade, the impeller can be operated at a very high speed, and the water jet propulsion device can be operated at a very high speed.

【0018】本発明に従えば、ポンプの高速化により高
速原動機を直結することができ、ウォータジェット推進
装置を小型・軽量・大出力化して船舶の高速性能を向上
させることができ、また、吸込口には圧力検出装置が設
けられ、該圧力検出装置の出力信号により、原動機の過
回転を防止するための原動機保護制御装置によって、吸
込口への流入水がとぎれた時に原動機の回転を制御し
て、原動機の損傷を防ぐことができる。
According to the present invention, the high-speed prime mover can be directly connected by increasing the speed of the pump, the water jet propulsion device can be made small, lightweight, and large in output to improve the high-speed performance of the ship. A pressure detecting device is provided at the mouth, and the output signal of the pressure detecting device controls the rotation of the prime mover when the inflow water to the suction port is interrupted by the prime mover protection control device for preventing the excessive rotation of the prime mover. Therefore, damage to the prime mover can be prevented.

【0019】本発明に従えば、ノズル面積可変手段によ
って船艇速度及び航走状態に応じて噴射ノズルの断面積
を変化させ、ジェット噴射速度を最適化することで船艇
速度の変化による推進効率の低下を防止することができ
る。
According to the present invention, the nozzle area varying means changes the cross-sectional area of the injection nozzle in accordance with the boat speed and the running state, and the jet injection speed is optimized, thereby propulsion efficiency due to the change in the boat speed. Can be prevented.

【0020】さらに本発明に従えば、吸込口形状可変手
段によって船艇速度及び航走状態に応じて吸込口の形状
を変化させ、インペラの有効吸込み圧力を最適化するこ
とで船艇速度の変化による推進効率の低下を防止するこ
とができる。
Further, according to the present invention, the shape of the suction port is changed by the suction port shape changing means in accordance with the boat speed and the running state, and the effective suction pressure of the impeller is optimized to change the boat speed. It is possible to prevent a decrease in propulsion efficiency due to.

【0021】[0021]

【実施例】【Example】

(第1実施例)図1は、本発明のウォータジェット推進
装置の第1実施例を示しており、ウォータジェット推進
装置は船体1内部に原動機2と推進用水の流路3を形成
するダクト4が設けられており、流路3入口は船底部5
のダクト4に吸込口6が形成され、出口は船尾部7に噴
射ノズル8が形成されており、前記吸込口6と噴射ノズ
ル8の間にはインペラ9とその後方にインペラ軸受け1
0及びガイドベーン11が設けられており、インペラ9
に結合された回転駆動軸12は原動機2と連結され、イ
ンペラ9が原動機2によって回転駆動されて吸込口6か
ら吸入された水を加圧し、この水がさらにガイドベーン
11で整流された後、噴射ノズル8からジェット噴射さ
れて推力を発生させる。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of a water jet propulsion apparatus according to the present invention, in which a water jet propulsion apparatus forms a prime mover 2 and a duct 4 for forming propulsion water inside a hull 1. Is installed, and the inlet of the flow path 3 is the bottom 5 of the ship.
Has a suction port 6 formed in the duct 4 and an outlet formed with an injection nozzle 8 in the stern portion 7. The impeller 9 is provided between the suction port 6 and the injection nozzle 8 and the impeller bearing 1 is provided behind the impeller 9.
0 and guide vanes 11 are provided, and the impeller 9
The rotary drive shaft 12 coupled to is connected to the prime mover 2, the impeller 9 is rotationally driven by the prime mover 2 to pressurize the water sucked from the suction port 6, and the water is further rectified by the guide vanes 11, It is jetted from the jet nozzle 8 to generate thrust.

【0022】インペラ9前方のダクト4内周面には空気
導入口13が設けられており、空気導入口13はダクト
4外周に形成されている空気通路14に連通し、この空
気通路14には給気バルブ15が設けられており、イン
ペラ9(または原動機2)の回転数検出装置16及び船
艇速度検出装置17の出力信号により、最適空気導入量
がプログラム設定された空気導入量演算装置18を用い
て、この空気導入量演算装置18の出力信号により、前
記給気バルブ15の開閉が制御されることで空気供給制
御手段19が構成されている。
An air introduction port 13 is provided on the inner peripheral surface of the duct 4 in front of the impeller 9, and the air introduction port 13 communicates with an air passage 14 formed on the outer periphery of the duct 4, and this air passage 14 is provided with this air passage 14. An air supply valve 15 is provided, and an air introduction amount calculation device 18 in which an optimum air introduction amount is programmed by an output signal of the rotation speed detection device 16 of the impeller 9 (or the prime mover 2) and the boat speed detection device 17 is provided. The air supply control means 19 is configured by controlling the opening and closing of the air supply valve 15 by the output signal of the air introduction amount calculation device 18 using.

【0023】インペラ9が回転駆動されて吸込口6から
吸入された水の流速とインペラ9の回転速度との相対速
度が高くなると、インペラ9背面の圧力が液体の蒸気圧
より低下してキャビテーションが発生し、キャビティの
成長によって流れがインペラ9表面からはがれて剥離を
起こして渦を生じさせ、この剥離渦の動揺によって圧力
変動をも引き起こして、インペラ9の抗力の急激な増大
と揚力の減少によってポンプ性能が劣化することとな
り、また、キャビテーション気泡がインペラ9、ダクト
4、ガイドベーン11等の表面で崩壊すると、その表面
がキャビテーション気泡崩壊時の衝撃圧力による壊食作
用によって損傷を受け、また騒音や振動が発生してポン
プの高速作動に限界が生じる。
When the relative speed between the flow velocity of the water sucked from the suction port 6 and the rotation speed of the impeller 9 becomes high due to the rotational driving of the impeller 9, the pressure on the back surface of the impeller 9 becomes lower than the vapor pressure of the liquid and cavitation is caused. The flow is separated from the surface of the impeller 9 due to the growth of the cavity, causing separation to generate a vortex, and the fluctuation of the separation vortex also causes a pressure fluctuation, which causes a rapid increase in the drag force of the impeller 9 and a decrease in the lift force. If the cavitation bubbles collapse on the surfaces of the impeller 9, the duct 4, the guide vanes 11, etc., the pump performance will deteriorate, and the surfaces will be damaged by the erosion due to the impact pressure when the cavitation bubbles collapse, and noise will also be generated. And vibrations limit the high speed operation of the pump.

【0024】そこで本発明においては、空気導入口13
がインペラ9の前方、かつインペラ9の速度が最も高い
翼端の近傍のダクト4内周面に設けられており、空気供
給制御手段19によってインペラ9の回転速度に応じて
給気バルブ15が開閉されて空気が供給され、この空気
は空気通路14を経て空気導入口13からインペラ9背
面の低圧部へ流入し、インペラ9の高回転で生じるキャ
ビテーションによって水の流れがインペラ9の表面から
はがれて剥離を起こしても、インペラ9の表面を導入空
気の分だけ圧力の高い気相流れとすることで渦の増大を
抑制し、また渦を後方へ移して渦抵抗および渦による圧
力変動を低減して、インペラ9の形状抵抗の増大が防止
されるのでポンプ性能の劣化を防ぐことができ、また、
空気の導入によるクッション効果(圧縮性)によってキ
ャビテーション気泡崩壊時の衝撃圧力が減少してキャビ
テーション壊食による機械表面の損傷を防止することが
でき、騒音や振動の発生も防止され、従ってポンプの高
速作動が可能となるのでキャビテーションによる速度限
界を超えてウォータジェット推進装置を高速化すること
ができる。
Therefore, in the present invention, the air inlet 13
Is provided in front of the impeller 9 and on the inner peripheral surface of the duct 4 near the blade tip where the speed of the impeller 9 is highest, and the air supply control means 19 opens and closes the air supply valve 15 according to the rotational speed of the impeller 9. Then, the air is supplied to the low-pressure portion on the rear surface of the impeller 9 through the air passage 14 from the air introduction port 13, and the water flow is separated from the surface of the impeller 9 by the cavitation generated by the high rotation of the impeller 9. Even if separation occurs, the surface of the impeller 9 is made to flow in a gas phase having a high pressure by the amount of the introduced air to suppress the increase of vortices, and the vortices are moved backward to reduce eddy resistance and pressure fluctuation due to vortices. As a result, the increase of the shape resistance of the impeller 9 is prevented, so that the deterioration of the pump performance can be prevented.
The cushioning effect (compressibility) due to the introduction of air reduces the impact pressure at the time of cavitation bubble collapse, preventing damage to the machine surface due to cavitation erosion, preventing noise and vibration, and thus speeding up pump operation. Since the operation is possible, the speed of the water jet propulsion device can be increased beyond the speed limit due to cavitation.

【0025】ウォータジェット推進装置においては、通
常のポンプと異なり、ダクト4への流入水は吸込口6の
形状によって船艇速度に相当する動圧をインペラ9の有
効吸込み圧力として利用できるのでキャビテーションの
発生を抑制することができ、従って空気導入量演算装置
18には、前述のインペラ9の回転速度とともに、船艇
速度(吸込み特性)にも応じた最適空気導入量がプログ
ラム設定されており、この空気導入量演算装置18によ
って給気バルブ15の開閉が制御される。
In the water jet propulsion device, unlike the ordinary pump, the inflow water into the duct 4 can utilize the dynamic pressure corresponding to the boat speed as the effective suction pressure of the impeller 9 due to the shape of the suction port 6, so that the cavitation can be prevented. The generation of air can be suppressed. Therefore, the air introduction amount calculation device 18 is programmed with an optimum air introduction amount according to not only the rotational speed of the impeller 9 but also the boat speed (suction characteristic). The opening / closing of the air supply valve 15 is controlled by the air introduction amount calculation device 18.

【0026】空気の供給について、空気導入口13での
インペラ9への吸込み圧力が最適空気導入量に対して充
分な負圧力であれば、給気バルブ15から大気圧によっ
て直接空気を供給することができ、負圧力が不足の場合
にはコンプレッサー等によって大気圧より高圧の空気を
供給し、また、原動機の排気もしくは原動機がガスター
ビンエンジンの場合は圧縮機部分の空気を利用すること
ができ、これら供給側圧力と空気導入口13の開口面積
との組み合わせによって最適空気導入量の範囲における
空気流入速度の最適化を図ることができ、また本実施例
では図1に示されるように空気導入口13をスリット形
状としたが、これをダクト4内周面に所定の間隔で配置
される孔としてもよい。
Regarding the air supply, if the suction pressure into the impeller 9 at the air introduction port 13 is a negative pressure sufficient for the optimum air introduction amount, the air is directly supplied from the air supply valve 15 by the atmospheric pressure. When the negative pressure is insufficient, air having a pressure higher than atmospheric pressure is supplied by a compressor or the like, and when the prime mover exhaust or the prime mover is a gas turbine engine, the air in the compressor part can be used. The combination of the pressure on the supply side and the opening area of the air introduction port 13 makes it possible to optimize the air inflow rate in the range of the optimum air introduction amount, and in this embodiment, as shown in FIG. Although 13 has a slit shape, this may be a hole arranged at a predetermined interval on the inner peripheral surface of the duct 4.

【0027】(第2実施例)図2は、本発明の第2実施
例を示しており、本実施例はインペラ9前方のダクト4
中心部から空気を導入して、ウォータジェット推進装置
をより小型化した例であり、空気導入口13が回転駆動
軸12を囲むシャフトケース20のインペラ9前方に設
けられており、給気バルブ15はシャフトケース20元
端部の封水装置21の流路3側に連通して設けられ、シ
ャフトケース20と回転駆動軸12との隙間が空気通路
14を形成しており、空気供給制御手段19によってイ
ンペラの回転速度及び船艇速度に応じて給気バルブ15
の開閉が制御されて空気が供給される。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which the duct 4 in front of the impeller 9 is shown.
This is an example of further downsizing the water jet propulsion device by introducing air from the central portion. An air inlet 13 is provided in front of the impeller 9 of a shaft case 20 surrounding the rotary drive shaft 12, and an air supply valve 15 is provided. Is provided so as to communicate with the flow path 3 side of the water sealing device 21 at the proximal end of the shaft case 20, and the gap between the shaft case 20 and the rotary drive shaft 12 forms an air passage 14, and the air supply control means 19 is provided. Depending on the rotation speed of the impeller and the boat speed, the air supply valve 15
The opening and closing of is controlled and air is supplied.

【0028】前述の第1実施例ではインペラ9翼端近傍
の低圧部から空気が導入されるので効率が良く、一方、
本実施例は空気をダクト4中心部から導入するが、ダク
ト4が小型でインペラ9の翼幅22が小さく、インペラ
9の回転による遠心力で生じる翼面での半径方向の二次
流れによって空気を翼端まで充分に導入することがで
き、ダクト4外周に空気通路14が不要となるので外形
をより小さくでき、小型高速船艇に適したウォータジェ
ット推進装置とすることができる。
In the above-described first embodiment, the air is introduced from the low pressure portion near the blade tip of the impeller 9 so that the efficiency is high.
In the present embodiment, air is introduced from the central portion of the duct 4, but the duct 4 is small, the impeller 9 has a small blade width 22, and air is generated by a secondary flow in the radial direction on the blade surface generated by the centrifugal force generated by the rotation of the impeller 9. Can be sufficiently introduced to the wing tip, and the air passage 14 is not required on the outer circumference of the duct 4, so that the outer shape can be made smaller, and the water jet propulsion device suitable for a small high-speed boat can be provided.

【0029】(第3実施例)図3および図4は、本発明
の第3実施例を示しており、空気導入口13を備えた入
口ガイドベーン23がインペラ9の前面に設けられてお
り、図3は複数の入口ガイドベーン23の一端がダクト
4内壁からダクト4の中心に向けて片持ち支持されてお
り、各々他端はダクト4中心のシャフトケース20に接
合されてシャフトケース20が支持されており、入口ガ
イドベーン23の負圧面もしくは後縁に空気導入口13
として複数の空気導入孔13aが設けられており、空気
導入孔13aは入口ガイドベーン23の断面内に形成さ
れている空気通路14aからダクト4外周の空気通路1
4を経て給気バルブ15に連通している。
(Third Embodiment) FIGS. 3 and 4 show a third embodiment of the present invention in which an inlet guide vane 23 having an air inlet 13 is provided on the front surface of the impeller 9. In FIG. 3, one end of the plurality of inlet guide vanes 23 is cantilevered from the inner wall of the duct 4 toward the center of the duct 4, and the other end is joined to the shaft case 20 at the center of the duct 4 to support the shaft case 20. The air inlet 13 is provided on the suction surface or the trailing edge of the inlet guide vane 23.
Is provided with a plurality of air introduction holes 13a, and the air introduction holes 13a extend from the air passage 14a formed in the cross section of the inlet guide vane 23 to the air passage 1 on the outer periphery of the duct 4.
4 to communicate with the air supply valve 15.

【0030】従って本実施例は、空気導入孔13aの位
置をダクト4の半径方向に自由に設定することができ、
インペラ9の翼幅が大きい場合に空気をインペラ9の各
部に円滑に導入することができるので、流路断面の大き
な高速・大流量のウォータジェット推進装置に適してお
り、前述した他の実施例に比べて空気導入口13のダク
ト円周方向の設定が規制されるため、インペラ9の回転
に対して空気導入の連続性が低下して圧力変化が大きく
なるので、入口ガイドベーン23の個数は流路断面積の
減少または抵抗の増大が許容される範囲で多い方が好ま
しく、入口ガイドベーン23とインペラ9間の流体力の
不つりあいによって振動の発生および空気の流入が不均
一になることを防ぐために入口ガイドベーン23はイン
ペラ9の翼数と同数かそれ以上、あるいはインペラ翼数
の整数倍の個数をダクト円周方向に等間隔に設けること
が好ましい。
Therefore, in this embodiment, the position of the air introduction hole 13a can be freely set in the radial direction of the duct 4,
Since the air can be smoothly introduced into each part of the impeller 9 when the impeller 9 has a large blade width, it is suitable for a high-speed / large-flow water jet propulsion device having a large flow passage cross section. Since the setting of the air introduction port 13 in the circumferential direction of the duct is restricted as compared with the above, the continuity of the air introduction is reduced and the pressure change becomes large with respect to the rotation of the impeller 9, so that the number of the inlet guide vanes 23 is It is preferable that the flow path cross-sectional area is decreased or the resistance is increased in an allowable range, and it is possible to prevent the generation of vibration and non-uniform air inflow due to the unbalance of the fluid force between the inlet guide vane 23 and the impeller 9. In order to prevent this, it is preferable that the number of inlet guide vanes 23 is equal to or more than the number of blades of the impeller 9, or is an integer multiple of the number of impeller blades at equal intervals in the circumferential direction of the duct.

【0031】図4は、前述の入口ガイドベーン23を可
変入口ガイドベーン23aとした例であり、可変入口ガ
イドベーン23aは、これと一体のベーンシャフト24
によってダクト4外周に形成される空気通路14bに設
けられたベーン軸受け25に回動可能に支持されてお
り、空気通路14bと空気導入孔13aは可変入口ガイ
ドベーン23a及びベーンシャフト24の断面内に形成
される空気通路14aによってベーン軸受け25を経て
連通しており、ベーンシャフト24は駆動アーム26、
ガイドリング27、アクチュエータ(図示せず)から構
成されるベーン可変装置28に連結されており、アクチ
ュエータでガイドリング27をダクト4に同心に回動さ
せて各駆動アーム26に連結されている可変入口ガイド
ベーン23aのピッチを変えることができ、従ってイン
ペラ9の回転速度および船艇速度に応じてインペラ9に
対する水流の迎え角を可変入口ガイドベーン23aによ
って制御することで流量変化によるポンプ効率の低下を
防止することができ、インペラ9への空気の流入角度も
容易に制御できるのでインペラ9周りのキャビテーショ
ン流れの制御精度を高くすることができる。
FIG. 4 shows an example in which the above-mentioned inlet guide vane 23 is a variable inlet guide vane 23a, and the variable inlet guide vane 23a is a vane shaft 24 integral with this.
Is rotatably supported by a vane bearing 25 provided in an air passage 14b formed on the outer periphery of the duct 4, and the air passage 14b and the air introduction hole 13a are provided in the cross section of the variable inlet guide vane 23a and the vane shaft 24. The formed air passage 14a communicates with each other via a vane bearing 25, and the vane shaft 24 has a drive arm 26,
A variable inlet connected to a vane variable device 28 composed of a guide ring 27 and an actuator (not shown), which is connected to each drive arm 26 by rotating the guide ring 27 concentrically with the duct 4 by the actuator. The pitch of the guide vanes 23a can be changed. Therefore, the angle of attack of the water flow with respect to the impeller 9 is controlled by the variable inlet guide vanes 23a in accordance with the rotation speed of the impeller 9 and the boat speed, thereby reducing the pump efficiency due to the change in the flow rate. This can be prevented, and the inflow angle of the air into the impeller 9 can be easily controlled, so that the control accuracy of the cavitation flow around the impeller 9 can be increased.

【0032】(第4実施例)図5は、本発明の第4実施
例のインペラ翼断面を示しており、本実施例はインペラ
の翼形状をスーパーキャビテーティング翼型に形成して
ウォータジェット推進装置を超高速化した例であり、ス
ーパーキャビテーティング翼29は超高速での使用状態
を設定して積極的にキャビテーションを生じさせ、図5
に示すごとくキャビティ30の長さが翼の長さより長い
スーパーキャビテーション状態に適した断面形状を有し
ており、翼の前縁をエッジ状にしてキャビテーションを
生じさせ、翼の前縁から後縁までの背面31(負圧面)
全てをキャビティ30の中に入れ、従って背面31の圧
力は蒸気圧に略等しく、揚力32は背面31よりも圧力
面33の圧力に依存して設計されており、超高速作動が
可能である反面、低速域でキャビティ30が小さいとき
には翼の性能がきわめて悪くなるという特性を有してお
り、本発明においては空気供給制御手段19によって所
定の低速域で空気を導入し、キャビティ30を大きくし
てスーパーキャビテーション状態と同様の流れを作り出
すことができるので、性能の低下を防ぐことができ、ま
た、空気導入によるクッション効果によってキャビテー
ション壊食による機械表面の損傷および騒音や振動の発
生も防止することができる。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 shows a cross section of an impeller blade according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the impeller blade shape is formed into a super cavitating blade shape and water jet propulsion is performed. This is an example in which the device is made ultra-high-speed, and the super-cavitation blade 29 sets the usage state at ultra-high speed to positively cause cavitation.
As shown in Fig. 5, the cavity 30 has a cross-sectional shape suitable for a super cavitation state in which the length is longer than the length of the blade, and the leading edge of the blade is edge-shaped to cause cavitation. Back surface 31 (negative pressure surface)
Since everything is put in the cavity 30, the pressure of the back surface 31 is almost equal to the vapor pressure, and the lift 32 is designed to depend on the pressure of the pressure surface 33 rather than the back surface 31, but ultra high speed operation is possible. In the present invention, when the cavity 30 is small in the low speed range, the performance of the blade is extremely deteriorated. In the present invention, the air supply control means 19 introduces air in a predetermined low speed range to enlarge the cavity 30. Since it is possible to create a flow similar to that of a super cavitation state, it is possible to prevent performance deterioration, and also to prevent damage to the machine surface due to cavitation erosion and noise and vibration due to the cushioning effect of air introduction. it can.

【0033】スーパーキャビテーティング翼は、翼の形
状による性能の変化が大きく、翼自体でキャビテーショ
ンを発生させるため設計の自由度が低く、翼の強度確保
と性能向上が難しく、迎え角34の変化に敏感で、設計
点からはずれた速度で使用すると性能が急激に低下する
が、本発明においてはインペラ9への空気導入によって
翼面のキャビテーション流れを制御するため、翼の形状
設計の自由度が高くなり、例えば前縁に厚みをもたせた
断面形状にする等、翼強度の確保と性能向上の両立を図
ることができ、また、迎え角34の変化によるインペラ
9の形状抵抗の増大を防止して、性能の急激な低下を防
ぐことができるので、ウォータジェット推進装置を超高
速化することができ、前述の第3実施例の可変入口ガイ
ドベーン23aを使用すれば、迎え角34を容易に制御
することができ、さらに広範な速度域でウォータジェッ
ト推進装置の性能の向上を図ることができる。
The performance of the super cavitating wing varies greatly depending on the shape of the wing, and the degree of freedom in design is low because cavitation is generated by the wing itself, making it difficult to secure the strength of the wing and improve its performance. Although it is sensitive and its performance drops sharply when it is used at a speed deviating from the design point, in the present invention, the cavitation flow on the blade surface is controlled by the introduction of air into the impeller 9, so the degree of freedom in designing the blade shape is high. Therefore, it is possible to secure both the blade strength and improve the performance by, for example, making the cross-sectional shape of the front edge thick, and to prevent the increase of the shape resistance of the impeller 9 due to the change of the attack angle 34. Since it is possible to prevent a sharp drop in performance, the water jet propulsion device can be made to operate at an extremely high speed, and the variable inlet guide vane 23a of the third embodiment described above can be used. If use can be easily controlled attack angle 34, it is possible to improve the performance of the water jet propulsion apparatus in a broader speed range.

【0034】(第5実施例)図6は、本発明の第5実施
例を示しており、船体1に搭載された高速原動機2aの
出力軸35とインペラ9の回転駆動軸12が直結されて
おり、吸込口6に設けられた圧力検出装置36の出力信
号により、高速原動機2aの過回転を防止するための原
動機保護制御装置37が設けられており、本発明におい
てはポンプの高速作動が可能で、ガスタービンエンジン
等の高速原動機2aを使用しても、減速比の大きな独立
した減速装置を必要とせず、高速原動機2aの出力軸3
5とインペラ9の回転駆動軸12を直結することがで
き、動力伝達系が大型化しないので、動力伝達機構で生
じる動力損失が少なく、回転速度制御の応答性が速く、
高速原動機2aとポンプの適合性が高いので、ウォータ
ジェット推進装置を小型・軽量・大出力化して船舶の高
速性能を向上させることができる。
(Fifth Embodiment) FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention in which the output shaft 35 of the high-speed prime mover 2a mounted on the hull 1 and the rotary drive shaft 12 of the impeller 9 are directly connected. A high-speed prime mover 2a is provided with a prime mover protection control device 37 for preventing excessive rotation of the high-speed prime mover 2a according to an output signal of a pressure detecting device 36 provided at the suction port 6. In the present invention, a high speed operation of the pump is possible. Even if the high speed prime mover 2a such as a gas turbine engine is used, an independent speed reducer having a large reduction ratio is not required, and the output shaft 3 of the high speed prime mover 2a is not required.
5 and the rotary drive shaft 12 of the impeller 9 can be directly connected to each other, and the power transmission system does not increase in size. Therefore, the power loss generated in the power transmission mechanism is small, and the responsiveness of the rotation speed control is fast.
Since the compatibility between the high-speed prime mover 2a and the pump is high, it is possible to improve the high-speed performance of the ship by making the water jet propulsion device smaller, lighter and more powerful.

【0035】高速航走時に吸込口6が波の谷間などで水
面上に露出して、ダクト4への流入水がとぎれた時、高
速原動機2aは高回転中に急に無負荷になるため回転が
上がり過ぎて損傷する恐れがあり、吸込口6に設けた圧
力検出装置36が発生する水圧力に比例する圧力信号
と、水圧力の変化率に比例する率信号とによって、流入
水のとぎれた状態を原動機保護制御装置37が検出し
て、高速原動機2aの回転を安全速度まで速やかに減速
制御し、過回転を防止して高速原動機2aの損傷を防ぐ
ことができ、また、流入水が急に正常な吸込み状態に戻
った時、高速原動機2aの回転が下がりすぎていて、吸
込口6(推進装置)が船艇の付加抵抗となるのを避ける
ため、航走速度に応じて原動機保護制御装置37は原動
機制御装置(正常負荷制御)と協調して、水の吸込み状
態の急激な変化による高速航走時の速度変動を防止する
ことができる。
When the intake port 6 is exposed above the water surface in a valley of waves during high-speed running and the water flowing into the duct 4 is interrupted, the high-speed prime mover 2a suddenly becomes unloaded during high-speed rotation, and therefore rotates. May rise and be damaged, and the inflow water is interrupted by the pressure signal proportional to the water pressure generated by the pressure detection device 36 provided in the suction port 6 and the rate signal proportional to the rate of change of the water pressure. The state of the motor protection control device 37 is detected, the rotation of the high-speed prime mover 2a is quickly decelerated to a safe speed, and over-rotation can be prevented to prevent damage to the high-speed prime mover 2a. In order to avoid that the rotation of the high-speed prime mover 2a is too low when the normal suction state is restored and the suction port 6 (propulsion device) becomes additional resistance of the boat, the prime mover protection control is performed according to the running speed. The device 37 is a motor control device (normal load). In concert with your), it is possible to prevent the speed variation of fast ocean-going travel time due to a rapid change in the suction state of the water.

【0036】(第6実施例)図7は、本発明の第6実施
例を示しており、インペラ9を回転可能に支持するイン
ペラ軸受け10が複数のガイドベーン11によってダク
ト4中心に支持されており、インペラ軸受け10の後部
にはテールコーン38が噴射ノズル8と同心に軸方向に
スライド可能に支持されており、インペラ軸受け10内
部に組み込まれた油圧シリンダー39と、一端をテール
コーン38に結合されている油圧ピストン40が油圧制
御バルブ41による圧油の供給制御によってテールコー
ン38をスライド駆動して、噴射ノズル8の流路断面積
が増減するようノズル面積可変手段42が構成されてお
り、油圧制御バルブ41は推進器制御装置43によって
制御される。
(Sixth Embodiment) FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention in which an impeller bearing 10 for rotatably supporting an impeller 9 is supported in the center of the duct 4 by a plurality of guide vanes 11. A tail cone 38 is supported on the rear portion of the impeller bearing 10 so as to be concentric with the injection nozzle 8 and slidable in the axial direction, and a hydraulic cylinder 39 incorporated inside the impeller bearing 10 and one end thereof coupled to the tail cone 38. The nozzle area changing means 42 is configured so that the hydraulic piston 40 is driven to slide the tail cone 38 by the pressure oil supply control by the hydraulic control valve 41, and the flow passage cross-sectional area of the injection nozzle 8 is increased or decreased. The hydraulic control valve 41 is controlled by the propulsion device control device 43.

【0037】ウォータジェット推進装置は、船艇速度に
対するジェット噴射速度の速度比によって推進効率が変
化し、通常は高速巡航速度(最大巡航定格)で推進効率
が最高となるジェット噴射速度に合わせて噴射ノズル8
の断面積が設定されており、従って船艇を停止状態ある
いは低速域から加速する時には速度比が大きくなるので
効率が低下し、出力を上げて急加速すると効率がさらに
低下して加速性能が悪化し、特に図10の水中翼船の場
合には、低速域から翼走速度まで加速して船体を浮上さ
せる時に最大の推力を必要とするので大変不利である
が、本実施例においては推進器制御装置43が、インペ
ラ9の回転数検出装置16および船艇速度検出装置17
の出力信号により、インペラ9の回転速度および船艇速
度に応じて推進効率が最高となる噴射ノズル8の断面積
を演算して油圧制御バルブ41へ信号出力し、テールコ
ーン38がスライド制御されてジェット噴射速度を最適
化することができるので、加速性能が向上し、船艇速度
の変化による推進効率の低下を防止することができる。
In the water jet propulsion device, the propulsion efficiency changes depending on the speed ratio of the jet injection speed to the boat speed, and normally, the injection is performed in accordance with the jet injection speed at which the propulsion efficiency is highest at the high cruising speed (maximum cruising rating). Nozzle 8
The cross-sectional area is set, so when the boat is stopped or accelerating from a low speed range, the speed ratio increases, resulting in a decrease in efficiency. However, in particular, in the case of the hydrofoil shown in FIG. 10, the maximum thrust is required when the hull is levitated by accelerating from the low speed range to the wing speed, which is very disadvantageous. The control device 43 includes a rotation speed detection device 16 and a boat speed detection device 17 for the impeller 9.
The output signal of the operation signal calculates the cross-sectional area of the injection nozzle 8 that maximizes the propulsion efficiency according to the rotation speed of the impeller 9 and the boat speed, outputs a signal to the hydraulic control valve 41, and the tail cone 38 is slide-controlled. Since the jet injection speed can be optimized, acceleration performance can be improved, and a reduction in propulsion efficiency due to a change in boat speed can be prevented.

【0038】推進器制御装置43は、空気導入量演算装
置を備えており、給気バルブ15の開閉を制御して適量
の空気を導入し、インペラ9周りのキャビテーション流
れを制御してインペラ9の高速回転を可能にし、また、
ダクト4内のインペラ9後流における気液二相流の圧縮
性(クッション効果)によってキャビテーション壊食お
よび騒音や振動の発生を防止することができ、この気液
二相流はインペラ9によって高速で圧縮されて小さな気
泡に分散された気泡流であり、この気泡は噴射ノズル8
で加速されて圧力が下がるにつれて膨張し、周りの水を
加速させる効果があるので推力を増加させることがで
き、従って空気の導入量と圧縮比および流速に応じて気
泡膨張による水の加速効果が最高となる噴射ノズル8の
断面積変化量が得られるように、前述の推進効率の低下
を防止するための制御に同調して、噴射ノズル8断面積
の増減を制御することが好ましい。
The propulsion device control device 43 is provided with an air introduction amount calculation device, controls the opening and closing of the air supply valve 15 to introduce an appropriate amount of air, and controls the cavitation flow around the impeller 9 to control the impeller 9. Enables high speed rotation,
Due to the compressibility (cushion effect) of the gas-liquid two-phase flow in the wake of the impeller 9 in the duct 4, it is possible to prevent cavitation erosion and the generation of noise and vibration. It is a bubble flow that is compressed and dispersed into small bubbles.
Since it has an effect of accelerating the water and expanding as the pressure decreases, it has the effect of accelerating the surrounding water, so that the thrust can be increased. It is preferable to control the increase / decrease in the cross-sectional area of the injection nozzle 8 in synchronization with the above-described control for preventing the reduction in the propulsion efficiency so that the maximum change in the cross-sectional area of the injection nozzle 8 can be obtained.

【0039】尚、本実施例では噴射ノズル8の外径を変
えずにテールコーン38によってノズル断面積を可変と
したが、他のノズル面積可変手段として、噴射ノズルが
円周方向に細く分割された互いに重なりあう長形のフラ
ップによって形成され、噴射ノズル出口で各フラップの
重なりを多くして径を絞り込む方式の可変噴射ノズルと
することができ、このような可変噴射ノズルは機構が複
雑で大型化するが、ノズルの断面積変化量を大きくでき
るので、より高速の大型船艇に適したウォータジェット
推進装置とすることができる。
In this embodiment, the nozzle cross-sectional area is made variable by the tail cone 38 without changing the outer diameter of the injection nozzle 8. However, as another nozzle area changing means, the injection nozzle is finely divided in the circumferential direction. It is possible to make a variable injection nozzle of a type that is formed by overlapping long flaps that overlap each other and narrows the diameter by increasing the overlap of each flap at the injection nozzle outlet. Such a variable injection nozzle has a complicated mechanism and a large size. However, since the amount of change in the cross-sectional area of the nozzle can be increased, a water jet propulsion device suitable for higher speed large ships can be provided.

【0040】(第7実施例)図8は、本発明の第7実施
例を示しており、船底5にはランプ部44、リップ部4
5を基端に開口する吸込口6が設けられており、流路3
を形成しているダクト4は、方形状の吸込口6からイン
ペラ9前方の円形断面形状へ滑らかに変化しており、フ
ラップ46が支軸47によって上下に回動可能に支持さ
れてリップ部45を形成しており、フラップ46と一体
の支軸47に結合されている駆動アーム48によってフ
ラップ46が油圧シリンダー49で駆動されることで吸
込口形状可変手段50が構成されており、油圧シリンダ
ー49は推進器制御装置43の出力信号により、油圧制
御バルブ51を介して制御される。
(Seventh Embodiment) FIG. 8 shows a seventh embodiment of the present invention, in which the ramp portion 44 and the lip portion 4 are provided on the ship bottom 5.
5 is provided at the base end of the suction port 6, and the flow path 3
The duct 4 forming the section smoothly changes from a rectangular suction port 6 to a circular cross-sectional shape in front of the impeller 9, and a flap 46 is supported by a support shaft 47 so as to be rotatable up and down, and a lip portion 45 is formed. The suction port shape changing means 50 is configured by the flap 46 being driven by the hydraulic cylinder 49 by the drive arm 48 that is connected to the support shaft 47 that is integral with the flap 46. Is controlled by the output signal of the propulsion device control device 43 via the hydraulic control valve 51.

【0041】ウォータジェット推進装置は、船艇速度に
相当する動圧をインペラ9の有効吸込み圧力として利用
できるので高速船艇に適しているが、低速域から急加速
した時には、インペラ9回転数の上昇に対して吸込口6
での動圧が低いため吸込性能が悪く、吸込口6周り及び
ダクト4内の流れの乱れやキャビテーションの発生によ
って推進効率が低下するが、本発明においては、低速域
から急加速する時、吸込口6のリップ部45に位置する
フラップ46を下げることによって、吸込口6の有効面
積を拡げるとともに、低速であってもフラップ46によ
って動圧を回収することができるので、必要流量の水を
スムーズに吸込むことができ、船艇速度の上昇にしたが
ってフラップ46を上げて、吸込口6による付加抵抗の
増大を避けながらインペラ9の有効吸込み圧力を適正に
保つことができ、従ってフラップ46の角度を最適制御
することで加速性能が向上し、航走状態に応じて吸込性
能と付加抵抗のバランスを調整して、広範な速度域で推
進効率の低下を防止することができ、特に高速航行時に
船艇速度に応じて付加抵抗を最小に制御すれば、軸動力
の消費が低減され、船艇の航続性能を大幅に向上させる
ことができる。
The water jet propulsion device is suitable for high-speed boats because it can utilize the dynamic pressure corresponding to the boat speed as the effective suction pressure of the impeller 9, but when it accelerates rapidly from the low speed range, Suction port 6 for rising
Since the dynamic pressure is low, the suction performance is poor, and the turbulence of the flow around the suction port 6 and the inside of the duct 4 and the generation of cavitation reduce the propulsion efficiency. By lowering the flap 46 located at the lip portion 45 of the mouth 6, the effective area of the suction port 6 can be expanded and the dynamic pressure can be recovered by the flap 46 even at a low speed, so that the required amount of water can be smoothed. And the flap 46 is raised as the boat speed increases, and the effective suction pressure of the impeller 9 can be appropriately maintained while avoiding an increase in additional resistance due to the suction port 6, and therefore the angle of the flap 46 can be adjusted. Acceleration performance is improved by optimal control, and the balance between suction performance and additional resistance is adjusted according to the sailing condition to prevent propulsion efficiency from falling over a wide speed range. It can be, if minimum control additional resistance in particular depending on the watercraft speed during high-speed cruising, the consumption of shaft power is reduced, the cruising performance of the ship can be greatly improved.

【0042】推進器制御装置43は、空気導入量演算装
置を備えており、インペラ9の回転速度および船艇速度
に応じてインペラ9の有効吸込み圧力と空気導入量の最
適化を同調して制御し、ウォータジェット推進装置の高
速性能をより向上させることができ、また、前述の第6
実施例のノズル面積可変手段42を用いて、推進器制御
装置43によって連動して制御すれば、さらに高性能な
ウォータジェット推進装置を得ることができる。
The propulsion device control device 43 includes an air introduction amount calculation device, and controls the effective suction pressure of the impeller 9 and the optimization of the air introduction amount in synchronization with each other according to the rotation speed of the impeller 9 and the boat speed. However, the high-speed performance of the water jet propulsion device can be further improved.
If the propulsion device control device 43 is controlled in conjunction with the nozzle area changing means 42 of the embodiment, a higher performance water jet propulsion device can be obtained.

【0043】尚、以上の実施例においてはインペラが単
段の例を示したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、インペラが多段配置もしくはインデューサが付加
されたものにあっても空気導入口の配置を選定すること
によって、本発明が適用されるものである。
Although the example of the impeller having a single stage has been shown in the above embodiments, the present invention is not limited to this, and even if the impeller is arranged in multiple stages or an inducer is added. The present invention is applied by selecting the arrangement of the air inlets.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果(a)
〜(i)が達成される。
According to the present invention, the following effects (a)
~ (I) is achieved.

【0045】(a)インペラの回転速度および船艇速度
に応じた適量の空気がインペラの低圧部に導入され、キ
ャビテーションの発生によるインペラの形状抵抗の増大
が防止されて、ポンプ性能の劣化を防ぐことができ、ま
た、空気の導入によるクッション効果によってキャビテ
ーション壊食および騒音や振動の発生が防止され、従っ
てキャビテーションによる速度限界を超えてポンプの高
速作動が可能となり、ウォータジェット推進装置を高速
化することができる。
(A) An appropriate amount of air according to the rotational speed of the impeller and the speed of the watercraft is introduced into the low pressure part of the impeller to prevent the shape resistance of the impeller from increasing due to the occurrence of cavitation and prevent the deterioration of the pump performance. In addition, the cushioning effect of the introduction of air prevents cavitation erosion and the generation of noise and vibration, thus enabling the pump to operate at high speeds beyond the speed limit due to cavitation, thus speeding up the water jet propulsion device. be able to.

【0046】(b)空気導入口をインペラ前方のダクト
中心部に設けてダクトの外形をより小さくし、適董の空
気の導入によってポンプを高速化して、さらに小型・軽
量・高出力化することができ、小型高速船艇に適したウ
ォータジェット推進装置を得ることができる。
(B) An air inlet is provided in the center of the duct in front of the impeller to make the outer diameter of the duct smaller, and to speed up the pump by introducing proper air to further reduce the size, weight and output. Therefore, it is possible to obtain a water jet propulsion device suitable for small high-speed ships.

【0047】(c)インペラの前面に空気導入口を備え
た入口ガイドベーンが設けられ、翼幅の大きいインペラ
へ円滑に空気を導入することができ、流路断面の大きな
大流量のポンプを高速化することができ、高速で大型の
船艇に適したウォータジェット推進装置を得ることがで
きる。
(C) An inlet guide vane having an air inlet is provided on the front surface of the impeller, so that the air can be smoothly introduced into the impeller having a large blade width, and a pump with a large flow rate and a large flow rate can be operated at high speed. Therefore, it is possible to obtain a water jet propulsion device suitable for a large boat at high speed.

【0048】(d)入口ガイドベーンをピッチ可変とす
ることで、インペラへの水流の迎え角を制御することが
でき、インペラの回転速度および船艇速度による流入水
の流量変化に起因するポンプ効率の低下を防止すること
ができ、インペラへの空気の流入角度の制御によってイ
ンペラ周りのキャビテーション流れの制御精度を高くす
ることができる。
(D) By varying the pitch of the inlet guide vanes, the angle of attack of the water flow to the impeller can be controlled, and the pump efficiency resulting from the change in the flow rate of the inflow water depending on the rotation speed of the impeller and the boat speed. Can be prevented, and the control accuracy of the cavitation flow around the impeller can be enhanced by controlling the inflow angle of air into the impeller.

【0049】(e)インペラをスーパーキャビテーティ
ング翼形状とすることで、ウォータジェット推進装置を
超高速化することができ、空気の導入によってキャビテ
ーション壊食および騒音や振動の発生を防止し、スーパ
ーキャビテーティング翼特有の低速作動時の性能の悪化
を防ぐことができ、翼面のスーパーキャビテーション流
れの制御によって翼の形状設計の自由度を高めて、翼の
性能と強度が両立した翼型を得ることができるので、さ
らにインペラを超高速作動することができる。
(E) By making the impeller into a super cavitating blade shape, the water jet propulsion device can be made to operate at an extremely high speed, and the introduction of air prevents cavitation erosion and the occurrence of noise and vibrations, and super cavitating It is possible to prevent the deterioration of performance at low speed peculiar to the wing and to increase the freedom of wing shape design by controlling the super cavitation flow on the wing surface to obtain a wing shape that has both wing performance and strength. Therefore, the impeller can be operated at a very high speed.

【0050】(f)ポンプの高速化によって、高速の原
動機を使用しても、減速比の大きな減速装置が不要で、
ポンプと高速原動機を直結することができ、動力伝達系
で生じる動力損失が少なく、回転速度制御の応答性が速
く、高速原動機とポンプの適合性が高いので、ウォータ
ジェット推進装置を小型・軽量・大出力化して、船舶の
大型化と高速性能の向上を図ることができる。
(F) By increasing the speed of the pump, even if a high-speed prime mover is used, a speed reducer with a large reduction ratio is unnecessary,
The pump can be directly connected to the high-speed prime mover, the power loss generated in the power transmission system is small, the responsiveness of the rotation speed control is fast, and the compatibility of the high-speed prime mover and the pump is high. By increasing the output, it is possible to increase the size of the ship and improve the high-speed performance.

【0051】(g)吸込口に設けられた圧力検出装置に
よって、流入水のとぎれた状態を検出し、原動機保護制
御装置によって原動機の回転を制御して、過回転による
原動機の損傷を防止し、また、回転不足によって吸込口
の船艇への付加抵抗が増大するのを防止して、高速航走
時の速度変動を防ぐことができる。
(G) The pressure detecting device provided at the suction port detects the interrupted state of the inflow water, and the prime mover protection control device controls the rotation of the prime mover to prevent damage to the prime mover due to excessive rotation. Further, it is possible to prevent the additional resistance of the suction port to the boat from increasing due to insufficient rotation, and to prevent speed fluctuations during high-speed running.

【0052】(h)ノズル面積可変手段によって、イン
ペラの回転速度および船艇速度に応じて噴射ノズルの断
面積を変化させ、ジェット噴射速度を航走状態に合わせ
て最適化することができるので、加速性能が向上し、船
艇速度の変化による推進効率の低下を防止することがで
きる。
(H) Since the nozzle area varying means can change the cross-sectional area of the injection nozzle according to the rotational speed of the impeller and the boat speed, the jet injection speed can be optimized in accordance with the running condition. Acceleration performance is improved, and it is possible to prevent a decrease in propulsion efficiency due to a change in boat speed.

【0053】(i)吸込口形状可変手段によって、イン
ペラの回転速度および船艇速度に応じて吸込口の形状を
変化させ、インペラの有効吸込み圧力を最適化すること
ができるので、加速性能が向上し、船艇速度の変化によ
る推進効率の低下を防止することができ、また、高速航
行時の船艇への吸込口による付加抵抗を最小化して、航
続性能を大幅に向上させることができる。
(I) Since the shape of the suction port can be changed by the suction port shape varying means according to the rotational speed of the impeller and the boat speed to optimize the effective suction pressure of the impeller, acceleration performance is improved. However, it is possible to prevent a decrease in propulsion efficiency due to a change in the boat speed, and to minimize the additional resistance of the suction port to the boat during high-speed navigation, thereby significantly improving the cruising performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例のウォータジェット推進装
置の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a water jet propulsion device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例のウォータジェット推進装
置の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a water jet propulsion device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例のウォータジェット推進装
置の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a water jet propulsion device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】図3に示される入口ガイドベーン23の他の実
施例を示す断面図である。
4 is a sectional view showing another embodiment of the inlet guide vane 23 shown in FIG.

【図5】本発明の第4実施例のスーパーキャビテーティ
ング翼29の断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a super cavitating wing 29 of a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5実施例のウォータジェット推進装
置の簡略化した断面図である。
FIG. 6 is a simplified sectional view of a water jet propulsion device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6実施例のウォータジェット推進装
置の断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of a water jet propulsion device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第7実施例のウォータジェット推進装
置の断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of a water jet propulsion device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図9】従来のウォータジェット推進船の簡略化した断
面図である。
FIG. 9 is a simplified cross-sectional view of a conventional water jet propulsion ship.

【図10】従来のウォータジェット推進水中翼船の簡略
化した断面図である。
FIG. 10 is a simplified cross-sectional view of a conventional water jet propulsion hydrofoil.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 原動機 2a 高速原動機 4 ダクト 6 吸込口 8 噴射ノズル 9 インペラ 11 ガイドベーン 12 回転駆動軸 13 空気導入口 13a 空気導入孔 15 給気バルブ 16 回転数検出装置 17 船艇速度検出装置 18 空気導入量演算装置 19 空気供給制御手段 23 入口ガイドベーン 23a 可変入口ガイドベーン 29 スーパーキャビテーティング翼 36 圧力検出装置 37 原動機保護制御装置 42 ノズル面積可変手段 43 推進器制御装置 46 フラップ 50 吸込口形状可変手段 2 prime mover 2a high speed prime mover 4 duct 6 suction port 8 injection nozzle 9 impeller 11 guide vane 12 rotary drive shaft 13 air inlet port 13a air inlet hole 15 air supply valve 16 rotational speed detection device 17 boat speed detection device 18 air introduction amount calculation Device 19 Air supply control means 23 Inlet guide vane 23a Variable inlet guide vane 29 Super cavitating blade 36 Pressure detection device 37 Motor protection control device 42 Nozzle area variable means 43 Propulsion device control device 46 Flap 50 Suction port shape variable means

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 吸込口を有するダクト内に回転駆動され
るインペラが配置され、該インペラの後方に噴射ノズル
が配置されたウォータジェット推進装置において、前記
インペラの前方に空気導入口が設けられ、該空気導入口
はインペラの回転速度及び船艇速度に応じて空気供給量
を制御するための空気供給制御手段に連通していること
を特徴とするウォータジェット推進装置。
1. In a water jet propulsion device in which an impeller driven to rotate is arranged in a duct having a suction port, and an injection nozzle is arranged behind the impeller, an air introduction port is provided in front of the impeller, The water jet propulsion device, wherein the air introduction port communicates with an air supply control means for controlling an air supply amount according to a rotation speed of an impeller and a boat speed.
【請求項2】 インペラの前面に空気導入口を備えた入
口ガイドベーンが設けられ、該入口ガイドベーンはダク
トに固定あるいはピッチ可変に支持されていることを特
徴とする請求項1記載のウォータジェット推進装置。
2. The water jet according to claim 1, wherein an inlet guide vane having an air inlet is provided on the front surface of the impeller, and the inlet guide vane is fixed to the duct or is supported at a variable pitch. Propulsion device.
【請求項3】 インペラがスーパーキャビテーティング
翼形状に形成されていることを特徴とする請求項1また
は請求項2記載のウォータジェット推進装置。
3. The water jet propulsion device according to claim 1 or 2, wherein the impeller is formed in a super cavitating blade shape.
【請求項4】 インペラの回転駆動軸が高速原動機の出
力軸に直結されており、吸込口には圧力検出装置が設け
られ、該圧力検出装置の出力信号により原動機の過回転
を防止するための原動機保護制御装置が設けられている
ことを特徴とする請求項1〜3のうち1つに記載のウォ
ータジェット推進装置。
4. A rotary drive shaft of an impeller is directly connected to an output shaft of a high-speed prime mover, a pressure detecting device is provided at a suction port, and an output signal of the pressure detecting device is provided for preventing excessive rotation of the prime mover. The water jet propulsion device according to claim 1, further comprising a prime mover protection control device.
【請求項5】 噴射ノズルは、該噴射ノズルの断面積を
変化させるためのノズル面積可変手段を備えていること
を特徴とする請求項1〜4のうち1つに記載のウォータ
ジェット推進装置。
5. The water jet propulsion device according to claim 1, wherein the injection nozzle includes nozzle area varying means for changing a cross-sectional area of the injection nozzle.
【請求項6】 吸込口は、該吸込口の形状を変化させる
ための吸込口形状可変手段を備えていることを特徴とす
る請求項1〜5のうち1つに記載のウォータジェット推
進装置。
6. The water jet propulsion device according to claim 1, wherein the suction port is provided with suction port shape changing means for changing the shape of the suction port.
JP27822294A 1994-10-04 1994-10-04 Water jet propulsion unit Pending JPH08104293A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7048598B2 (en) 2003-04-23 2006-05-23 Honda Motor Co., Ltd. Jet propulsion boat
US7115007B2 (en) * 2000-11-08 2006-10-03 Emea Investment Management, Llc Stern unit for marine craft
JP2015101958A (en) * 2013-11-21 2015-06-04 三菱重工業株式会社 Amphibian vehicle power control device
CN113815828A (en) * 2021-09-23 2021-12-21 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 Inflatable water jet propeller

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