JPH10509929A - 羽根の先端部を相互連結する環状連結要素を伴うプロペラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ボス（１１）、このボス（１１）から外向きに延びる複数の羽根（１３）および隣接する羽根の先端部（１６）を相互連結する部分環状の連結要素（１７）を含むプロペラ（１０）。要素（１７）の後縁（２１）は、１つの羽根（１３）の後縁からその先端部において延び、羽根（１３）の前縁と後縁の間の羽根（１３）の高圧側のリリーフ点（２３）において隣接する羽根（１３）と交差するようになっている。要素（１７）の前縁（２０）は羽根（１３）の前縁部からその先端部（１６）において延び、その先端部（１６）にて羽根の前縁と後縁の中間にある羽根（１３）の低圧側のリリーフ点（２５）において隣接する羽根（１３）と交差するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 羽根の先端部を相互連結する環状連結要素を伴うプロペラ技術分野 本発明はプロペラに対する改良に関し、特に改良された船用プロペラに関する 。背景技術 過去において数多くの異なるプロペラ構造が提案され、現在それらを利用する ことができる。これまでに提案されてきたいくつかのプロペラは、プロペラの羽 根をとり囲み、これに固定され、これと共に回転できるようになっているリング または囲い板を内含している。このような囲み板の目的は、遠心作用の結果とし てエネルギーを喪失することなくプロペラから後方に向かってエネルギーを誘導 することにある。このようなプロペラは、特に有効であることが証明されておら ず、往々にして通常の囲み板のないプロペラに比べ実質的に低い効率をもつ。特 に、リング内に過度の圧力が発生する可能性があり、さらに、リングが回転する につれてそのまわりに起こる粘性抵抗はリングのまわりに回転境界層を作り出し てプロペラの有効抵抗面積を増大させる。 このようなプロペラの１つが、国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ９１／００５８２に おいて開示されている。この文書中に記述されているプロペラは、その羽根の先 端部を接合させる環状リングを含み、羽根の高圧側の領域のみを自由な状態に残 す。実際には、このプロペラがいくつかの欠点を有することがわかっている。 その他のプロペラは、最小の運動エネルギー損失しか起こらないように羽根か らの渦を分配するためプロペラ羽根の端部に先端部またはエンドプレートを備え ている。現行の先端部およびエンドプレートの設計での成功 には限界があった。発明の開示 本発明は、効率よく機能し作動が安全な海洋利用分野に特に適した改良型プロ ペラを１つの実施形態にて提供することを目的としている。本発明は同様に、好 ましい実施形態において、特にプロペラの羽根の先端部における過度の渦形成を 防ぐプロペラを提供することも目的としている。本発明のその他の形態および利 点は、以下の記述から明らかになることだろう。 すなわち、本発明は、第１の好ましい形態において、中央ボス、このボスのま わりに間隔どりされ、このボスから外向きに延び、かつ外側先端部を有する複数 の羽根、およびこれらの羽根のそれぞれの前記先端部を接合する環状連結手段を 有するプロペラにおいて、この環状連結手段が、それぞれその前縁側と後縁側で 前記羽根を隣接して接合させ、前縁および後縁側の前記先端部にある各々の前記 羽根の領域を、液体が外向きに流れるように自由な状態に放置している、プロペ ラを提供している。 環状連結手段は、プロペラの動きの通常の順方向との関係において前縁および 後縁を有する部分環状連結要素の形をしていてよく、この環状連結要素はプロペ ラボスを同心的に配置された仮想シリンダの表面のまわりに延び、その上または ほぼその上に存在している。１つの形態においては、各々の環状連結要素の後縁 は、１つの羽根のその先端部における後縁と、羽根先端部における隣接する羽根 の圧力側または背面上の第１のリリーフ点の間に延びていてよく、ここでこのリ リーフ点は、先端部における羽根の前縁および後縁の中間に配置されている。羽 根の圧力側または背面というのは、プロペラが用いられる船舶の前進動作の方向 との関係において後方に面した羽根の側面である。各連結要素の前縁は、羽根の その先端部に おける前縁および後縁と隣接する羽根のその羽根先端部における前縁の中間にあ る羽根の負圧または吸込み側の第２のリリーフ点から延びていてよい。羽根の負 圧または吸込み側というのは、プロペラが用いられる船舶の動作方向との関係に おいて前方に面した羽根の側面である。 １つの好ましい形態においては、環状連結要素は、軸方向に実質的に一定の幅 を有していてよく、この目的のため、要素の前縁および後縁は互いに対して実質 的に平行である。それぞれの羽根の間の環状要素は、プロペラの回転軸を中心に した単数または複数のらせんに沿って配置されてよく、このようにしてプロペラ の軸に対し角度がつけられている。第１および第２のリリーフ点は、その先端部 における羽根の相対する側に互いに直接相対して位置づけされていてよい。しか しながら、このリリーフ点は、羽根先端部における羽根の前縁と後縁の間の任意 の場所に位置づけすることができる。 しかしながら、羽根先端部を接合する要素は、代替的構成のものであってもよ い。例えば、要素の後縁は、先端部において羽根の後縁を超えて後向きに延びて いてよい。同様に、羽根の前縁は、羽根先端部において羽根の前縁を超えて前方 に延びていてよい。 さらに、要素の前縁および後縁は好ましくは真直ぐの、または湾曲した中断の ない直線形状を有しているが、その長さに沿って段が付いていたり、または肩部 が備わっていてもよい。 本発明によるプロペラは、従来の単独プロペラの直線と類似した外径を有して いてもよいし、或いは、同等の従来のプロペラよりも大きいか、または小さい直 径を有していてもよい。 プロペラの羽根のピッチはその長さに沿って一定であってよく、または、羽根 の付根（ボスにおける）から羽根先端部に至るまでピッチが減少 する状態で、可変的圧力面ピッチを有していてもよい。 本発明のプロペラは、２枚以上の任意の数の羽根を有していてよいが、特に２ 枚〜６枚の羽根が最も効率がよいことが証明されている。羽根はボスに固定され ていてもよいし、またはボスと一体的に成形してそこから外向きに延びていても よい。 ほとんどの船外形態では、ボス直径比には、ボスを通して排気ガスを出す必要 性のため守らなくてはならない設定平均値がある。本発明のプロペラにおいても 、同様の比率が用いられる。しかしながら、排気孔のないボスにおいては、プロ ペラは、環状要素による羽根の支持が羽根ボス連結に与える付加的な構造上の無 欠性によって可能となるように、より小さい直径および質量をもつボスを備えて いてもよい。プロペラの平均幅比は、従来の単独および被筒プロペラの場合の既 知のパラメータの範囲内に入る。 横断面では、プロペラの羽根は従来のプロペラ比より低いか、または高い翼弦 比を有していてよい。いくつかの形態では、羽根は、横断面で平行な湾曲面を有 する可能性があるが、その一方で、より高い回転速度については、最も幅広の断 面が後縁である状態で全体的にくさび形をした横断面をもつ羽根が有利である。 羽根が環状要素によって支持されている本発明によるプロペラにおいては、環 状要素による先端部の支持のために片持ち強度に対する必要性が減少するため、 羽根の厚みを小さくすることができる。 羽根の輪郭は、大部分の従来の単独プロペラとは異なっていてよく、側面が平 行であっても、または付根から先端部まで幅が変動してもよい。 従来のプロペラと同様に、羽根のスキューまたはスイープは、一般的設計規則 の範囲内、すなわち、より低い回転および表面速度プロペラについ てのスキューまたはスイープのないものから、より高い表面および回転速度につ いての増大したスキューまたはスイープに至る範囲内に入る。 低速（排水形船）運転には、ゼロ度の羽根すくい角が適しているが、より高速 （滑走船）の場合には、粘性抵抗のため環状連結要素または先端部によって生成 される回転境界層が作り出す抗力効果を最小限におさえるために、正の羽根すく い角を有することが好ましい。 本発明の環状連結手段は、羽根のいずれかの側に渦を内含し、さらに先端部の 渦を低減させるのに役立つ。こうして粘性抵抗は最小限におさえられ、従来の単 独プロペラのものに類似した回転速度が可能となる。したがって、プロペラは、 ほぼ最大のエンジン回転数で最大の出力およびトルク値が得られる船外機の利用 分野に適している。環状要素は、水の流れに提示された時点で最大の粘性抵抗を 提供するような形状で作られ、液体の外向きの流れを可能にするリリーフ点で要 素が羽根と交差するにつれて、現行のリングプロペラで遭遇するような回転境界 層が低減されることになる。 羽根の圧力側のリリーフ点は、羽根の後縁から要素へのその交差および取付け 点にて羽根の幅の０．５倍未満であってよい。リリーフ点を後向きに、つまり羽 根の後縁に向かって移動し、こうして要素により包含される羽根先端部の量を増 大させることによって、水路に課せられる秩序は増大する。こうして低速でのこ の装置のスラスト能力が増大し、このことは高いボラードプルの利用分野にとっ ては有用である。 リリーフ点の位置づけはさらに、粘性抵抗ペナルティの量を規定し、このこと は、特定の設計基準を決定する場合に装置の重要な特徴となる。しかしながら、 上述のように、リリーフ点は、利用分野に応じて羽根の前縁および後縁の間のど こにでも位置づけすることができる。 環状要素の横断面形状は、船舶に合致させたプロペラが必要とする負荷性能に 応じて変動する。要素は、中央軸に対し角度のついた、または平行なその長さに 沿った外部面を有していてよい。要素は同様に、外部のフォイルまたは弓形の形 状を有していてもよい。 要素の内部断面形状は、フォイル形状であってもよく、前縁または後縁リリー フテーパーまたは中心軸に対し平行か、または角度のついた湾曲面を有していて もよい。要素は、ボスの中心軸に対し角度のついた平行な外部および内部面を有 していてもよい。要素の前縁は、内部および外部のリリーフ角のいずれか一方ま たは両方を伴って、或る点まで丸みづけまたはテーパーがかかっていてもよい。 後縁は、丸味がついていても、テーパーがかかっていても、方形であっても、ま たは或る点まで薄くそがれていてもよい。 １つの形態においては、要素は、エアフォイル横断面を有していてよい。さら なる形態においては、要素の内部面は平面であっても凹状であってもよい。 ボスは中心軸に対し平行であってもテーパーがかかっていてもよく、後縁にお いては、ボスは一定の断面積をもつ断面形状を示していてもよいし、或いは直径 を増大させるべく代替的な仕方で円錐状に展開されたりまたは外向きに開いてい てもよい。円錐形または外に開いた展開は、通常、後縁から測定した場合にボス 長さの２０％以下の点で開始することになる。この円錐形または外に開いた展開 は、水路の秩序ある断面を拡大する一助となり、このようにして早尚な崩壊が回 避できる。図面の簡単な説明 本発明をより容易に理解し、実践的効果を発揮させるため、本発明の好ましい 実施形態を例示する添付図面をここで参照する。なお図面中、 図１は、本発明によるプロペラの平面図である。 図２は、図１のプロペラの側面立面図である。 図３は、プロペラの囲い板の一部分とそれに付随するプロペラ羽根を例示する 斜視図である。 図４は、図２のＡ−Ａ線に沿ったプロペラの断面図である。 図５は、本発明の羽根接合要素の形態を示す展開図である。発明を実施する形態の詳細な説明 図面を参照すると、一般にシリンダの形をした中央ボス１１を含み、しかもス プラインスリーブ１２を含み、したがって、例えば船外機といった駆動モータの スプライン駆動軸にプロペラを取付けることができるようになっている、本発明 によるプロペラ１０が例示されている。当然のことながら、ボス１１には、ボス およびシャフトを通って直径方向に延びるピンなどを用いて駆動軸にこのボスを 取付けることができるようにする当該技術分野において既知のあらゆる手段が具 備されていてよい。 ボス１１に固定され、そこから外向きに延びているのは、この例では３枚であ る複数の羽根１３であり、これらは、例えば共に鋳造することなどによってボス １１と一体に形成されていても、または溶接その他の手段によってボス１１にし っかりと固定されていてもよい。この実施形態では、図４を見るとより明白にわ かるように、羽根１３は、付根から先端部まで変動するピッチを有し、好ましく は羽根１３の先端部１６に対しテーパーがついた湾曲した前縁および後縁１４お よび１５を有する。 それぞれの羽根１３の間に、複数の部分環状連結要素７が具備されており、こ れらの要素１７は、ボス１１と同心的に、かつ共通の半径上でボス１１の軸方向 に見た方向にて配置されており、羽根１３の外端部または先端部１６に固定また は接合されている。これらの要素１７は、羽根１３と 一体形成されていてもよいし、または例えば、溶接によりこれに固定されていて もよい。実際、要素１７は、ボス１１の軸を中心とした仮想シリンダの表面のま わりに延び、この表面上に存在している（図２に示されている）。この実施形態 における要素１７の内部面１８は外部面１９と同様に湾曲しており、それにより 面１８および１９は、エーロフォイルタイプの横断面をもつように図４に示され ている仕方でプロペラ１０の前縁および後縁端部に向かってテーパーがかかって いる。しかしながら、要素１７は、一定の断面積をもつように、または上述のよ うなその他の横断面形状をもつものとなるように、平行またはほぼ平行な外部お よび内部面１７および１８を有することができる。 図２および図３にさらに明確に示されているように、要素１７は、好ましくは ボス１１の軸方向との関係において実質的に一定の幅（Ｗ）をもち、したがって 前縁２０および後縁２１は、ほぼ平行である。さらに、各要素１７の後縁２１は 、１つの羽根１３のその先端部１６における後縁２２と、それが次の羽根１３と その先端部１６で交差して合流するリリーフ点２３との間に延び、このリリーフ 点２３は、羽根１３の圧力側または面２４上のその前縁および後縁１４および１ ５の中間に配置されている。 各要素１７の前縁２０は、先端部１６におけるその前縁と後縁の中間にある羽 根１３の低圧側または面２６上のリリーフ点２５から、次の羽根１３の羽根先端 部１６の後縁２７まで延びている。 このようにして、要素１７はその円周方向で、図５により明確に示されている 通り、ボス１１の軸に対して傾斜しており、ボス１１の軸を中心にした単数また は複数のらせんに実質的に沿って延びている。したがって、前縁２０は、ボス軸 に対して鋭角を成すが、後縁２１はボス軸に対し鈍角を成す。 例示されている実施形態においては、リリーフ点２３および２５は、各羽根１ ３の相対する側に互いに直接相対している。しかしながら、羽根１３のいずれか の側のリリーフ点２３および２５は、羽根１３のその先端部１６における前縁と 後縁の間の任意の位置にあってよい。 プロペラ１０のボス１１は、その後縁に、外向きに開いた部分２６を含んでい てよく、この部分は当該実施形態では湾曲形状であるが、他の何らかの形で外向 きに発散しているか、あるいは円錐形であってもよい。外に開いた部分２６は、 プロペラ１０の回転時点で、その後方への水の誘導された動きを提供する。 回転時点で、羽根１３の高圧側２４にて、要素１７を含まない領域２７は、図 １〜３において矢印で表わされたとおりの水の外向きの流れを可能にすることに よって、要素１７内の圧力の上昇を軽減させる。さらに、領域２７を通って外向 きに漏出する水は、羽根１３の先端部における渦の発生を妨げ、要素１７のまわ りに渦を閉じ込める。 羽根１３の低圧側２６では、要素１７は、水の流れを抑制して低圧部域を集中 させ、こうしてスラストを増大させる。要素１７は同様に、先端部の渦を低減す るのにも役立つ。さらに、羽根１３の低圧側の要素１７のない領域２８は、水の 外向きの流れを可能にする。 要素１７はまた、羽根１３に対する環状支持体と同様に、羽根１３の先端部１ ６が露呈されないようにする安全装置としても働く。したがって、海洋生物に対 する損傷は実質的に低減され、同様に、このようなプロペラ１０の不注意による 一撃を受けた人間に対する負傷の危険性もまた低減される。さらに、環状要素１ ７は、プロペラの軸のまわりにノズルを形成する。プロペラの軸との関係におけ る要素１７の角度に応じて、要素は実際に羽根１３のまわりに発散するまたは収 束するノズルを形成することがで きる。 本発明のプロペラは、適切ないかなる材料ででも形成でき、特に好ましい材料 は鋳造アルミニウムまたは成形プラスチックである。要素１７を使用することに より、要素１７が構造的剛性を高めるにつれて羽根はより薄い断面を有すること ができるため、プロペラ１０を射出成形技術などによるプラスチックからの製造 に特に適したものにしている。こうして、使用すべき材料の量は少なくてすみ、 これにより製造コストが低減され、生産効率が増大することになる。当然のこと ながら、要素１７は、記述されているように後縁側の１つの領域が水の外向きの 通過のため開放状態に残されることを条件として、図２および３に点線で示され ている通り、羽根の後縁および／または前縁側まで軸方向に羽根１３を超えて延 びることができる。 軸方向での環状要素１７の幅は、利用分野に応じて異なるが、一般にこの幅は 、環状連結要素１７の有効直径の０．１〜０．２５倍の範囲内にある。要素の最 大厚みは通常、要素１７の有効直径の０．０１５〜０．１倍の範囲にあってよい 。 以上の記述は本発明の実施例により示されているが、当業者にとって明白であ ると思われるような変更および修正はすべて、添付の請求の範囲に規定されてい るような本発明の広い範囲および領域内に入るものとみなされる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ (72)発明者 ロブソン，マーチン オーストラリア，ヴィクトリア州 3172, ディングリイ，プレイン ツリー アヴェ ニュ 12

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．中央ボス、このボスのまわりに間隔どりされ、このボスから外向きに延び、 かつ外側先端部を有する複数の羽根、およびこれらの羽根のそれぞれの前記先端 部を接合する環状連結手段を有するプロペラにおいて、この連結手段が、それぞ れその前縁側と後縁側で前記羽根を隣接して接合させ、前縁および後縁側の前記 先端部にある各々の前記羽根の領域を、液体が外向きに流れるように自由な状態 に放置している、プロペラ。 ２．前記環状連結手段が、前記羽根を隣接して連結させる部分環状連結要素を含 んでいる、請求項１記載のプロペラ。 ３．前記ボスが中央軸を有し、前記環状連結要素がこのボスと同心の仮想シリン ダの表面のまわりに延び、この表面上に実質的に存在している、請求項２記載の プロペラ。 ４．前記羽根がそれらの通常の回転方向との関係において前縁および後縁を有し 、前記環状連結要素が前記プロペラの動きの通常の順方向との関係において前縁 および後縁を有している、請求項３記載のプロペラ。 ５．前記連結要素の各々の前記後縁が、その先端部における１つの前記羽根の前 縁と、隣接する前記羽根の圧力側の第１のリリーフ点の間に延び、この第１のリ リーフ点が前記先端部における前記隣接する羽根の前記前縁と後縁の間に配置さ れている、請求項４記載のプロペラ。 ６．前記連結要素の各々の前記前縁が、１つの羽根のその先端部における前縁お よび後縁と隣接する前記羽根のその先端部における前縁の中間にあるこの１つの 羽根の吸込み側の第２のリリーフ点から延びている、請求項５記載のプロペラ。 ７．前記連結要素が軸方向に実質的に一定の幅を有している、請求項６記載のプ ロペラ。 ８．前記環状連結要素が、前記ボスの前記中央軸を中心にした単数または複数の らせんに沿って存在している、請求項６記載のプロペラ。 ９．前記第１および第２のリリーフ点のそれぞれが各々の前記羽根の相対する側 に互いに直接相対して配置されている、請求項６記載のプロペラ。 １０．前記環状連結要素が断面内に実質的にエーロフォイル形態を有している、 請求項６記載のプロペラ。