JPS5820592A - 可変ピツチプロペラ及び主機の最適条件制御方法 - 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】 本発明は、可変ピッチプレペラを装備した船舶の可変ピ
ッチプロベラ及び主機の最適条件制御方法に関する。

現在の可変ピッチプロペラの制御システムにシいては、
制御ハンドルの位置によって回転数とピッチ翼角とが一
義的に決められ、実際の操船では次の２つの制御方法に
よっている。

第１の方法はピッチ制御による方法であり、この方法は
ピッチ翼角と回転数とが指令値どおｆｉＫなるように帰
還制御がかけられる。第２の方法は負荷制御による方法
でＴｏに、この方法ａａ＠数とトルクとが指令値とおシ
になるようＫ１１ｌ制御がかけられる。従って、現状の
制御方法では航海計画に基づい九、所望の船速を自動的
に保つとりう事は行なわれていない。

しかし、日常気象業務（Ｗｅａｔｈ＠ｒ　Ｒｏｕｔｉｎ
＠）などによに航海計画を立てると所望の船速が設定さ
れるので、船舶の置かれ九海象、気象条件のもとで最適
回転数とピッチ翼角との組合せが船上で自動的に決めら
れたならば、可変ピッチプロペラの特徴が十分生かされ
、省エネルギーにも有効となる。

本発明はこのような点に着目して発明されたものであ）
、現状の船速、主機回転数、ピッチ翼角の各値と、平水
中における載荷状態ごとの船体性能データと、プロペラ
性能データ及びエンジン特性とから現状の海象、気象状
１１１に応じ九特性係数を求め、その値から設定船速に
対するピッチ翼角及び主機回転数の値を求めてこれらの
機器を制御することＫより、主機の運転効率の向上を可
能にした可変ピッチプロペラ及び主機の最適条件制御方
法を提供する４のである。本発明の実施例を図面と共に
説明すれば次のとお砂である。

第１図は本発明の一実施例に係る方法を実施する九めの
装置のブーツク図である。図中１紘機関制御部、２は機
関本体、３はピッチ翼角制御装置、４は推進機、５は船
体、６は電子計算機である。

電子計算機６の演算部６１にはキイボード６２を介して
データが入力され、その値はディスプレイ６５　Ｋｌｌ
示される。ま九人カデータはデータ記憶部６４にファイ
ルされる。

第２図は上記方法の概要を示したフローチャートである
。

上記の方法の実施に＆たって次の仮定が設けられるもの
とする。

（１）船速かわずかに違っても自航要素は変わらない。

（１１）　　ブーベラ効率１誌は平水中及び波浪中で変
わ。

らない。

０ｉＤｔ（推力減少比）／＃（伴流比）ハソノＦｎ（フ
ルード数）に対応した平水中の値に等しい。

４０　波浪による抵抗増加量へ８は海象、気象条件が同
一ならば船速によって変化しない。

（φ　馬力針のゲイ／誤差及び実海面におけるプロペラ
性能のに丁（プルペラ単独推力係数）、ＫＱ（グ四ベラ
単独トルク係数）関係の平水中との差などをＣ，（効率
修正係数）で表わし、この籠は船速が変わっても変化し
なｉものとする。

付）　プロペラ性能は平水中の値をそのまま用いる。

さらに１デ一タ記憶部６４に予め記憶しておくデータは
次のとおシである。

（荀　載荷状ＩＮＫ対応し丸干水中の Ｆｎ　−ＩＨＰ　（有効馬力） Ｆ！１−（１−・）ｔ　　（１−＊）：伴流率Ｆｎ　−
（１−ｔ）、　　（１−ｔ）：推力減少率Ｆｎ　　−ダ
飄 （ｂ）　　ピッチ翼角に対応し丸干水中のＪ（前進率）
　−ＫＴ Ｊ−Ｋ。

（ｅ）　　エンジン特性 Ｎ−−−Ｆｌｏ（等燃料消費曲線） 次に第１図及び第２図に基づいて上記実施例の概要を説
明する。

（１）　　キイボード６２によｐ所望の船速ｖｏを設定
する。

（２）現状の船舶の運航状態のデータを演算部６１に入
力する。異体的には船速ｖ１回転数Ｎ、有効馬力ＤＨＰ
ｍ１ビｌチ翼角Ｐ／Ｄを入力する。

（１）　　現状の速＊Ｖと設定速度ｖｅとを比較してそ
の差の絶対値が所定値−を超え九ならば次の（４）の過
１１に移る。

（４）　　ここで現状の海象、気象状態下での特性係数
を、上記入力データと予めデータ記憶部６４に記憶しで
あるデータとから求める。特性係数としては例えば（１
−＊）ｔ　（１−ｔ　）ｔ　ＷＢ　ｔ△Ｒ９Ｃ７である
。

（５）上記特性係数に基づｉてＮ−Ｆ１０１Ｍ１線（Ｐ
／Ｄをパラメータとする）を作成する。

（６）上記Ｎ−７１０曲線からＦ１０最小点を決定し、
このときの回転数Ｎとピッチ翼角Ｐ／Ｄとｔ求める。

（７）上記Ｎ、Ｐ／Ｄはエンジン拘束条件を考慮した上
で機関制御部１に指示される。

（８）　　機関制御部１は機関本体２及びピッチ翼角自
動制御装置６を介して上記データに基づいて推進機４を
制御する。そして推進機４によシ船体５は所定の速度Ｖ
ｏで運航することになる。

ψ〕　次にエンジン整定時間を経過したか否かが判断さ
れ、経過したならば船速設定の過１！　（１）に戻る。

このことは回転数Ｎとピッチ翼角Ｐ／Ｄの変頁は所定の
時間間隔で行なわれている事を意味している。

以上上記実施例に係る方法の概要を説明し九が、次にそ
の詳１ＩＡＫ′）Ｖｈて第３図〜第６図に基づきながら
説明する。なお、この第３図〜第６図は上記実施例に係
る方法の詳細なフｉ−チャートであシ、これらの図は連
続し九内容を示している。ｔＷの説明に先だって、上記
フローチャートで使用される符号を予め説明しておく。

Ｖｏ　：　設定船速 ■　二針側船速 Ｎ　：　計測プ四ペラ回転数 ＤＨＰｍ　　Ｓ　　針側伝達馬力 Ｐ／Ｄ　　：　　針側プ四ペラピッチ翼角ａ　：　速度
許容誤差 Ｆｎ　：　　フルード数 （１−ｔ）：＊力減少率 （１−ｓ）　　：　　伴流率 １飄　：　プロペラ効率比 ＫＱ　：　トルク係数 ＫＴ：　　推力係数 ＥＨＰ　　：　　有効馬力 Ｄ　：　プロペラ直径 Ｒ：　抵抗 Ｆｌｏ　：　燃料消費量 ダ・　：　プ四ベラ単独効率 ダ菖　：　船殻効率 Ｊ　：　前進率（Ｖ／（Ｎ−Ｄ）’） そして、添字に′）φては次の内容を示す。

０　：　設定速度ＶｏＫ対応する筐 畠　：　平水中の値 ３ｏ：　　平水中のＶｏＫ対する筐 ｖｏ　　：　　Ｖｏに対応する値 １　：　１誉目のＰ／Ｄ 次に一部前述の説明と重複するが上記実施例に係る方法
を詳細Ｋｌｌ！明する。

（１）　　システムを起動し、キイボード６２によ〉所
望の船速Ｖｏを設定する。

（２）現状の船舶の運転状態のデータＶ、　Ｎ、ＤＨＰ
ｍ。

Ｐ／Ｄ　を針側し、演算部６１に入力する。

（３）　　３Ｊ状の連ＦＩＩＬｖと設定速度Ｖｏとを比
較してその差の絶対値が所定値６以下であるか否かを判
断する。所定ａｉ−以下で条つ九ならば船速を変える必
要はないから現状の１１の運航を継続し、上記（２）の
過ｌ！に戻る。上記の差が所定値１を超え九ならば次の
過程に移る。

（４１）ζこで、船速Ｖ、船長り、及び重力加、−導度
ｇからフルード係数Ｆｎを求める。

Ｆｎ　　＝　　Ｖ／ＦｒＴ　　　　　””　Ｄ）（４２
）予めデータ記憶部６４に記憶しであるＦｎに対応した
伴流率（１−・−）、推力減少率（１−を露）、プ四ベ
ラ効率比智虱−９有力馬力ＩＨＰｓを呼び出す。これら
のデータはいずれも平水中の籠である。

（４，５）　　上記呼び出しデータ等に基づｉて次式に
よシトルク係数に、を求める。

（４，４）　　次にとのＫＱに対応した前進率Ｊ、プロ
ペラ単独推力係数に！を呼び出す。

（４，５）　　上記呼び出しデータ等に基づ−て次式に
よ抄伴流比会を求める。

■ （４，６）　　次に推力減少比を及びプロペラ単独効率
！、を次式によシ求める。

ｔ　冨二　〇　・　　を口／ω−−一〇・・（４）（４
，７）　　船毅効率軸を次式により求める。

（４８）推力係数豐、抵抗Ｒｓ及び推力Ｔｔそれぞれ次
式により求める。

り＝マ・１１マ属・マ墓　　　　　　　・・・・・・（
ηＨＰｓ Ｒｉ＝７５□　　　　　　・・・−（ＩＩ）■ Ｔ　＝　ＫＴ　＠ｐ　”　Ｎ”・Ｄ４　　　　　　、、
・・・・（９）（４，９）　　現状の抵抗Ｒを次第によ
）求める。

Ｒ−Ｔ（１−４）　　　　　　　・・・−・（２）（４
１０）抵抗増加分△Ｒ及び有効馬力Ｅｌ（Ｐをそれぞれ
次式によシ求める。

△Ｒ−Ｒ−Ｒ畠　　　　　　　　　　　　　−・・・・
ＩＩＨＰ　−Ｒ＠Ｖ／７５　　　　　−・−Ｕ（４１１
）次に効率修正係数Ｃｖ及びフルード係数Ｆｎｏ　を次
式によシ求める。

Ｃｖ＝ＥＨＰ／（ｖ・ＤＨＰｍ）　　−＝ａｌＦｎｏ壬
Ｖ・／Ｊ了１”　　　　　　轡用軸（４，１２）Ｆｎｏ
Ｋ対応する速度Ｖｏにおける平水中の有効馬力ＩＭＰ＠
を呼び出す。

（４１３）このＥＨＰｏと速度Ｖｏとから次式により速
度Ｖｏ　Ｋおけゐ平水中の抵抗Ｒｓｏを求める。

（４，１４）この抵抗Ｒｓｏと抵抗増加分△Ｒとから設
定速度ＶｏＫ対応し九抵抗Ｒｏを求める。

Ｒｏ＝ＲＩｏ＋ΔＲ−−−−−−ｔｅ （４，１５）上記で求めた抵抗Ｒｏ及び減少率（１−１
）並びに速度Ｖｏから、速［Ｖｏにお社る推力Ｔｏ及び
有効馬力ＥＨＰｏを求める。

Ｔｏ　＝　Ｒｅ　／　（１−ｔ　）　　　　・・・・・
４１ＥＨＰｏ　ｍ　Ｒｏ　＠Ｖｏ　／　７５　　　−−
　ｕ（４１６）上記Ｔｏ、　　プｐベラ回転数Ｎ１プロ
ペラ直径りから、設定速ＪＩＶｏＫ対するプロペラ単独
推力係数に軸を求める。

ＫＴ？　　−Ｔｏ／　（・、　ＮＮ　、　　Ｄ４　　）
　　　　−→（５，１）　　次にプロペラピッチ翼角Ｐ
／ＤｔＨえばＰ／Ｄｉ（ｔ＝１〜６）と３種類程仮定し
、歳初にＰ／ＤＩを設定する。

（５，２）　　上記のプロペラ単独推進効率ＫＴｏＫ対
応した、速度Ｖｅにおける前進率Ｊｏ、及びプロペラ単
独推力係数に、。を呼び出す。

（５，３）　　前記ＫＴＯｔ　Ｊ　Ｏ及びＫＱｏ、並び
に船速ｖ６゜伴流率（１−・）及びプロペラ直径りから
、プロペラ回転数Ｎｏ及びプロペラ単独効率！・・を求
める。

Ｊｏ　ＩＩ　Ｄ （＆４）プロペラ単独効率１ｏ・、船殻効率マ菖。

及びグロベラ効率比−から、総合効率マフ・を求める。

ママ・　＝！０．　　・　ダ菖　・　ｈ　　　　　　　
　　　　　　　　・・・　・・・Ｑ埠Ｃ５，５）　　前
記ηマ・並びに速度Ｖｏにおけるその環境での有効馬力
ＥＨＰｏ及び効率修正係数Ｃｖかも、連［ＶｏでＯ伝達
馬力ＤＨＰｏを求める。

ＤＨＰｅ　＝　１ＨＰｏ　／　（Ｗｖｓ　・Ｃｖ）　　
＊＋＋　ｍ　０１１そして、このＤＨＰｏと回転数Ｎｏ
とから回転数馬力特性を作図する。

（５，６）　　次に規定されたＰ／Ｄｉ　　の計算が修
了し友か否かが判断される。ここでは１；５まで計算さ
れてい九か否かが判断され、ｌ＝３でないならば上記（
５，１）に戻り、ｉ＝１＋１　とじて次のピッチ翼角に
基づいて上述の計算が再び繰り返される。１鴛６である
と判断されたならば、次の（Ｅｈ、７　）の過程に進む
。

（５，７”）　　上記（５，４’）で求め九Ｎｏ−ＤＨ
Ｐｏのデータ（回転数馬力特性）Ｋ対して等燃料消費曲
線（Ｎｏ　−７１０曲線）を計算し、作図する。

（６）上記Ｎｏ　−７１０曲線でＦ１０最小点に対応す
る回転数Ｎｏｒｄｅｒ及びピッチ＾角Ｐ　／Ｄ　ｏｒｄ
ｅｒを決定する。

（７）　　上記Ｎ　ｏｒｄｅｒ及びＰ／Ｄｏｒｄｅｒは
エンジンの拘束条件を考慮した上で機関制御ｓ１に指示
される。ζζでエンジンの拘束条件とは、サージング、
トルクリッチ、危険回転数等である。上記の値が拘束条
件に抵触するときは、その籠が抵触しないように修正す
る。

（８）　　機関制御部１は機関本体２及びピッチ翼角自
動制御装置３ｔ−介して上記データに基づいて推進機４
を制御する。そして推進機４により船体５は所定の速ｆ
Ｖｏで運航するととになる。

（９）　　次にエンジン整定時間を経過したか否かが判
断され、経過し九ならく船速設定の過程（１）Ｋ戻る。

このことは回転数Ｎとピッチ翼角Ｐ／Ｄの修正は所定の
時間間隔で行なわれてｉる事を意味している。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る方法は、
現状の海象、気象状態に応じた船舶の特性係数を求め、
その値から設定船速に対する主機□回転数及びピッチ翼
角の値を求めているから、その環境下における最も適切
な運転条件が得られ、４その事によ砂燃料消′費量が最
小とな夛、省エネルギー化が図られている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る方法を実施するための
装置のブーツク図、第２図は上記方法の概要を示したフ
ローチャート、第３図〜第６図は１１２図の詳細なフＵ
−チャートである。 １・・・一機関制御部、２・・・・・・機関本体、３・
・・・・・ピッチ翼角制御装置、４−−−−推進機、５
−一船体、６・・・・・・電子計算機。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 第２図 第３図 第４図 第５１！１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 現状の船速、主機回転数及びピッチ翼角Ｏ各値と平水中
   における載荷状態ごとの船体性能データと、プロペラ性
   能データ及びエンジ／４１性データとから、現状の海象
   、気象状態に応じ九特性係数を求め、その値から設定船
   速に対するピッチ翼角及び主機回転数の値を求め、この
   値に基づいて可変ピッチプルペラ及び主機を制御するこ
   とを特徴とする可変ピッチプロペラ及び主機の最適条件
   制御方法。