JPH0811786A - スキュードプロペラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スキュードプロペラのプロペラ翼において、
同プロペラ翼の翼後縁部応力を緩和し翼面応力の分布の
調整を可能にする。 【構成】 プロペラ翼Ａのレーキ（翼傾斜）分布を、翼
根部から60％半径位置までの間に前進面側への凸部２ａ
をもち、60％半径位置から翼先端部までの間に後進面側
への凸部３ａをもち、その間を滑らかな曲線で結んだ分
布とし、かつ凸部２ａと凸部３ａとをプロペラ基準線４
を中心にプロペラ軸方向にバランスさせたレーキ分布と
することにより、翼断面に作用する前進（または後進）
スラストによる引張応力および遠心力による引張応力の
和に対して、これを相殺させる方向に遠心力による曲げ
モーメントによる圧縮応力を作用させ、翼断面に過大応
力が発生するのを抑制できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スキュードプロペラに
関し、特にそのプロペラ翼のレーキ（翼傾斜）をプロペ
ラ基準線を中心としてプロペラ軸方向に関してバランス
するように分布して、翼後縁部応力の緩和ないし翼面応
力の分布の調整を可能にした、スキュードプロペラに関
する。なお、扇風機，換気扇などの送風機やタービン翼
などの比較的アスペクト比の大きい（アスペクト比1.0
以上）翼に適用可能である。

【０００２】

【従来の技術】スクリュープロペラにおいて、プロペラ
翼の断面を、先端に寄るほどネジ面に沿って回転方向と
逆方向にずらせ（スキューバック）たものは、従来スキ
ュードプロペラと呼ばれ、船尾材や軸ブラケットのすぐ
近くで回転している翼が、全長にわたって同時に近接す
るのを避け、衝撃および捩りモーメントの急激な変動を
少なくし、回転を滑らかにできるという利点があり、広
く用いられている。

【０００３】従来のスキュードプロペラは、図８に示す
ように、プロペラ翼30がプロペラ軸線ａ−ａに対し直交
してボス33ａに取り付けられ〔レーキ（翼傾斜）０〕た
り、符号31で示すように一定の正傾斜（正のレーキ）の
もとで、あるいは符号32で示すように一定の負傾斜（負
のレーキ）のもとでボス33に取り付けられたりしてい
る。そしてこれらの場合、いずれも遠心力による曲げモ
ーメントは、プロペラの回転と傾斜の向きおよび量に応
じて決まり、翼のいずれの半径方向においても、同一方
向となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スキュード
プロペラにおいては、その翼形状の特徴である翼先端部
における翼輪郭の後縁側へのスキューバックにより、翼
先端側で発生するスラスト（推力）の反力が、曲げ応力
のみとして翼根側断面に作用するほか捩り応力としても
作用することから、翼後縁側の組合せ応力が過大となる
傾向にある。

【０００５】従来のスキュードプロペラでは、こうした
現象を防止するため、翼厚を増加して応力値を下げてい
るが、最近のコンテナ船のように、高速化のために高馬
力エンジンの装備が進む中、スキュードプロペラに対し
ては、低起振力実現のための大スキュー角の採用や、船
尾軸受面圧の軽量化が要求されており、翼厚増加を極力
抑えながら翼後縁部に過大応力が発生するのを回避した
スキュードプロペラの実現が要望されている。

【０００６】本発明は、このような要望を満たしたスキ
ュードプロペラを提供しようとするものである。すなわ
ち、一般にプロペラ翼には、発生するスラスト（推力）
の反力である流体力と、プロペラが軸まわりに回転する
ことにより生じる遠心力とが作用するほか、正または負
の定傾斜をもつプロペラ翼においては、その傾斜に伴う
偏量をモーメントアームとする曲げモーメントが作用す
る。

【０００７】これに加えて、スキュードプロペラの場
合、スキューバック量に応じた偏量をモーメントアーム
とした曲げモーメントの発生に伴い捩り応力が発生す
る。本発明は、プロペラ翼のレーキ（要傾斜）を翼根部
から翼先端に向かって変化させて、スキュードプロペラ
特有の捩り応力に遠心力による曲げ応力をバランスさせ
て、組合された引張応力のレベルを低減できるようにし
た、スキュードプロペラを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に記載のスキュードプロペラは、スキュー
ドプロペラにおいて、プロペラボスと、同プロペラボス
に取り付けられたプロペラ翼とをそなえ、同プロペラ翼
のレーキ分布形状が、翼根部から60％半径位置までの間
に前進面側への凸部を持ち、60％半径位置から翼先端部
までの間に後進面側への凸部を持ち、上記の前進面側へ
の凸部と後進面側への凸部との間を結ぶ滑らかな曲線を
持つことを特徴としている。

【０００９】また、請求項２に記載のスキュードプロペ
ラは、上記の前進面側への凸部と後進面側への凸部と
が、上記プロペラ翼の基準線を中心にプロペラ軸方向に
バランスして配設されていることを特徴としている。

【００１０】

【作用】上述の本発明のスキュードプロペラでは、 (1) 定常前進時（プロペラ正転時）にスキュードプロペ
ラの翼前進面後縁側（40〜50％半径位置）に過大な引張
応力（これより先端側で発生する前進スラストに伴う引
張応力および遠心力による引張応力）に対し、当該位置
より先端側に位置する断面の重心を翼後進面側に位置さ
せることにより、遠心力による曲げモーメントで生じた
圧縮応力をこの部分に作用させて、翼に過大応力が発生
するのを抑制する。 (2) さらに、プロペラ後進回転時にスキュードプロペラ
の翼後進面後縁側（80％半径位置近傍）に生じる過大な
引張応力についても、これより先端側に位置する断面の
重心を翼前進面側に位置させることで、遠心力による曲
げモーメントで生じた圧縮応力をこの部分に作用させて
翼の過大応力の発生を抑制する。

【００１１】

【実施例】以下、図面により本発明の一実施例としての
スキュードプロペラについて説明すると、図１はその翼
レーキ分布の形状図、図２はその後進回転時の後進面応
力とレーキ分布の関連を示す模式図、図３は同展開図、
図４はその前進回転時の前進面応力とレーキ分布の関連
を示す模式図、図５は同展開図、図６はその前進回転時
の前進面の翼応力分布図、図７はその後進回転時の後進
面の翼応力分布図である。

【００１２】図１において、符号ＡはプロペラボスＢに
取り付けられたスキュードプロペラのプロペラ翼を示し
ている。なお図１にはプロペラ翼Ａは１枚だけ記載され
ているが、この実施例のものにおいても、複数のプロペ
ラ翼Ａが等間隔にプロペラボスＢに取り付けられてい
る。

【００１３】そして、プロペラ翼Ａは、翼根部に近いと
ころでは、前進面側（図１の左側）への凸部２ａを有す
る正傾斜（正のレーキ，図８およびその説明参照）に形
成され、先端部に近いところでは、後進面側（図１の右
側）への凸部３ａを有する負傾斜（負のレーキ，図８お
よびその説明参照）に形成されていて、全体として、符
号１の示すレーキ分布曲線が示すような、逆Ｓ字形状の
レーキ分布となっている。

【００１４】すなわち、翼根部からほぼ60％半径位置
（0.6Ｒ）までの間は、前進面側への凸部２ａをもつ符
号２の曲線が示すようなレーキ分布の正傾斜の翼面に形
成され、60％半径位置から翼先端部までの間は、後進面
側への凸部３ａをもつ符号３の曲線が示すようなレーキ
分布の負傾斜の翼面に形成されている。そして、上記両
翼面間は、レーキ分布曲線２，３を結ぶ滑らかな曲線で
示すレーキ分布となっていて、全体としてプロペラ基準
線４を中心にプロペラ軸方向にバランスしたレーキ分布
となっている。

【００１５】図２，３は、図１において符号３で示す翼
先端部でのレーキ分布の採用によりもたらされる後進回
転時にプロペラ翼Ａの後進面後縁側に発生する過大応力
部（翼後進面後縁側80％半径位置近傍、図７の符号29）
での応力緩和のメカニズムを示している。つまり、プロ
ペラの後進回転時に、プロペラ翼Ａの符号29に相当する
位置の翼断面（図２，３の符号５）には、後進スラスト
６と遠心力７とが発生し、これらの力は翼断面５に対
し、スラスト６による曲げモーメント８および遠心力７
による曲げモーメント９として作用する。

【００１６】ところでこの実施例の場合、図１に符号１
で示すように、レーキ分布を逆Ｓ字形状に変動させてい
るため、図２，３に示す翼先端部の過大応力（後進時）
においては、曲げモーメント９が翼先端部を後進面側へ
傾けるように作用し、この曲げモーメント９により生じ
た圧縮応力14が、後進スラスト６による引張応力12と遠
心力７による引張応力13との合成応力を緩和するように
作用して過大応力部29における過大応力が緩和される。
図３の符号10は前進面を、符号11は後進面をそれぞれ示
している。

【００１７】図４，５は図１において符号２で示す翼中
央部でのレーキ分布の採用によりもたらされる前進回転
時にプロペラ翼Ａの前進面後縁側に発生する過大応力部
（翼前進面後縁側40〜60％半径位置，図６の符号28）で
の応力緩和のメカニズムを示している。つまり、プロペ
ラの前進回転時にプロペラ翼Ａの符号28に相当する位置
の翼断面（図４，５中の符号15）には、前進スラスト16
と遠心力17とが発生し、これらの力は符号15の断面に対
し前進スラストによる曲げモーメント18と遠心力による
曲げモーメント19として作用する。

【００１８】この場合においても、符号15に示す断面よ
り先端側の重心を後進面側へ位置させていることによ
り、遠心力による曲げモーメント19で、図２，３の場合
同様に、圧縮応力24が発生し、この圧縮応力24が過大応
力部28における過大応力を緩和するように作用する。

【００１９】図５において、符号20は前進面を、符号21
は後進面をそれぞれ示し、また符号22は前進スラスト16
により引張応力を、符号23は遠心力17による引張応力を
それぞれ示している。なお、図６中の符号25はスキュー
バック量を示しており、一般に、スキュードプロペラに
おいてはこの量が大きく翼前縁26が翼基準線４に対して
後方まで位相し、翼後縁27において、前進回転時には前
進面28に示す過大応力を、後進回転時には後進面に符号
29に示す過大応力を生じさせる傾向を持つ。

【００２０】ここで、前進面側に突出する凸部を有する
レーキ分布２と後進面側に突出する凸部を有するレーキ
分布３との境界を、翼根部から60％半径位置（0.6Ｒ位
置）に設定した理由について説明する。すなわち、一般
に、プロペラのボス直径は、プロペラ翼直径Ｒの13％か
ら18％程度の値となっており、このため、プロペラ翼部
の長さはプロペラ直径の82％〜87％となる。

【００２１】したがって、この翼部の中央付近に位置す
る半径ｘは、 ｘ／Ｒ＝（13〜18）＋（82〜87）／２ ＝54〜61.5％ となる。

【００２２】こうした背景から、「翼根部から略60％半
径位置」はプロペラ翼の中央付近のことであり、本発明
の場合「略60％半径位置」は「50〜65％半径位置」を意
味する。また、前進面側の突出における最大突出部（凸
部２ａ）の半径位置は、30〜50％半径位置が望ましく、
また、後進面側の突出における最大突出部（凸部３ａ）
の半径位置は、70〜85％半径位置が望ましい。

【００２３】また凸部２ａ，３ａの最大突出量として
は、プロペラ基準線からの偏差の最大値、すなわち、レ
ーキ分布の変曲点でのレーキ量として、プロペラ直径の
10％以上が望ましい。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のスキュー
ドプロペラによれば、次のような効果ないし利点が得ら
れる。 (1) 前進回転時に、プロペラ翼の前進面後縁側の過大応
力部に、前進スラストと遠心力とが発生し、上記過大応
力部の翼断面に対し上記前進スラストによる曲げモーメ
ントと上記遠心力による曲げモーメントとが作用する
が、上記遠心力による曲げモーメントで上記翼断面に圧
縮応力を発生させて、過大応力部における過大応力を緩
和することができる。 (2) 後進回転時に、プロペラ翼の後進面後縁側の過大応
力部に、後進スラストと遠心力とが発生し、上記後進ス
ラストによる曲げモーメントと上記遠心力による曲げモ
ーメントとが上記過大応力部の翼断面に作用するが、上
記遠心力による曲げモーメントで上記翼断面に圧縮応力
を発生させて、過大応力部における過大応力を緩和する
ことができる。 (3) 上記(1),(2)の理由により、翼厚増を最少にしてス
キュードプロペラのプロペラ翼の翼後縁部応力の緩和な
いし翼面応力の分布調整が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのスキュードプロペラ
のプロペラ翼の翼レーキ分布の形状図。

【図２】同後進回転時の後進面応力とレーキ分布の関連
を示す模式図。

【図３】同展開図。

【図４】同前進回転時の前進面応力とレーキ分布の関連
を示す模式図。

【図５】同展開図。

【図６】同前進回転時の前進面の翼応力分布図。

【図７】同後進回転時の前進面の翼応力分布図。

【図８】従来のスキュードプロペラの翼レーキを示す形
状図。

【符号の説明】

１ レーキ分布 ２ レーキ分布 ２ａ 凸部 ３ レーキ分布 ３ａ 凸部 ４ 翼基準線 ５ 翼断面 ６ 後進スラスト ７ 遠心力 ８ 後進スラストによる曲げモーメント ９ 遠心力による曲げモーメント 10 前進面 11 後進面 12 後進スラストによる引張応力 13 遠心力による引張応力 14 圧縮応力 15 翼断面 16 前進スラスト 17 遠心力 18 前進スラストによる曲げモーメント 19 遠心力による曲げモーメント 20 前進面 21 後進面 22 遠心力による引張応力 24 圧縮応力 25 スキューバック量 26 翼前縁 27 翼後縁 28 過大応力（部） 29 過大応力（部）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スキュードプロペラにおいて、 プロペラボスと、同プロペラボスに取り付けられたプロ
   ペラ翼とをそなえ、 同プロペラ翼のレーキ分布形状が、翼根部から60％半径
   位置までの間に前進面側への凸部を持ち、 60％半径位置から翼先端部までの間に後進面側への凸部
   を持ち、 上記の前進面側への凸部と後進面側への凸部との間を結
   ぶ滑らかな曲線を持つことを特徴とする、スキュードプ
   ロペラ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスキュードプロペラに
   おいて、 上記の前進面側への凸部と後進面側への凸部とが、上記
   プロペラ翼の基準線を中心にプロペラ軸方向にバランス
   して配設されていることを特徴とする、スキュードプロ
   ペラ。