JPS5996093A - プロペラ駆動運搬具の効率を高める方法ならびに装置 - 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】 関連出願 本出願は、ゴンザロ・ペレス・ゴメスおよびラモン・ル
イスーフォ）レネルス・ゴンザレスの先行出願の主題に
ついての改良である。１９７７年１月７日出願のアメリ
カ出願第７５７４９２号（放棄）、１９８０年２月２日
出願のアメリカ出願第１１９６０号（アメリカ特許第４
２８８２２３号）および１９８１年５月１日出願のアメ
リカ特許第２５９６８０号の開示全体をここに引用文献
とするものである。

技術分野 本発明は、プロペラ駆動運搬具の技術、特に、プロペラ
をノズルと協同させたところのプロペラ駆動船舶の技術
に関する。

背景技術 推進のためにプロペラを使用する運搬具は既知である。

アメリカ特許第２０３０３７５号（コルト）はプロペラ
駆動船を示している。この特許は、プロペラと組合せて
ノズルを使用して、プロペラへの流体の流入を向上させ
、プロペラの効率を高めることを教示している。

アメリカ特許第３６７７６６０号（クニグチ）は、流れ
ている流体中での固体（中実）物体に関連した諸問題を
起こさないよう改良したコルトのノズルとプロペラとの
組合せを開示している。

コルトのノズルは、プロペラ羽根先端の渦のところで生
じるキャビテーションの影響を受ける。

のちにアメリカ特許第４２８８２２３号およびアメリカ
出願第２５９６８０号に関して記述するごとき最近の設
計は、この問題を実質的に取り除いており、それらの設
計もノズルを採用している。

第二のタイプのキャビテーションがプロペラ羽根の吸い
込み側で生じる。これは、シートキャビテーションと呼
ばれ、船舶に激しい振動を起こさせる可能性がある。

コルトのノズルは、全体をノズル内に配置されたプロペ
ラを採用しているが、最近開発された、プロペラをノズ
ルの後方に配置したものは、効率が高いことが示されて
いる。プロペラは、各プロペラ羽根の先端から伸びたバ
リヤー（障壁）としての横板を有する。

プロペラ羽根が適切に設計されていて、プロペラ羽根の
各先端から伸びる横板を有しており、理論的に見れば、
プロペラ羽根の先端部で有限の循環（またはローディン
グ）値が得られるときでも、プロペラが船舶を駆動して
いる一方でプロペラの先端部の板に流体が接触するとき
に生じる流れの剥離（ｆｌｏｗ−ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
　）という現象のため、かかる循環（またはローディン
グ）は実際上では、達成されないのが現実である。従っ
て、このタイプのプロペラの性能はしばしば不満足なも
のである。

ごのクイ１のプロペラを有する船舶の推進効率は、流体
流が、船°舶の速度およびプロペラの回転速度とは無関
係に、衝撃の生じない条件下で前記の板と接触すれば、
改善されると考えられる。現実にかかる無衝撃条件を生
み出すための適当な手段を提供すべく、アメリカ特許第
４２８’　８２２３号（ゴンザレスら）では、船舶のプ
ロペラを回転しない管路（ダクト）と並列配置で組合せ
ており、そのプロペラは軸、直径および複数の羽根を有
し、各羽根は（ａ）先端半径（ｒａｄｉｕｓ）、（ｂ）
固定された板（プレート）および（ｃ）後方側または吸
い込み側を有し、管路（ｄ）は該プロペラと同軸であっ
てそれから変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｄ　）　Ｌ／ており
、プロペラの後方側または吸い込み側に接しでおり、（
ｅ）前記固定板が軸のまわりに回転するときに（羽根の
先端半径を通る軸方向平面が固定板を切る断面によって
）生じる幾何学的形状を拡大する手段を効果的に包含し
、（ｆ’）前記管路に最も近い点における前記幾何学的
形状の内半径にほぼ相当する内半径を固定板に隣接する
点において有し、（ｇ）流体を前記プロペラの前記後方
側または吸い込み側へ向かわせる手段を提供し、（ｈ）
最も短い点での長さが前記直径の少なくとも２０％であ
るが２倍をこえないようになっている。

アメリカ特許出願第２５９６８０号の開示は、アメリカ
特許第４２８８２２３号に関係したものであり、方法お
よび装置を対象としている。その方法は、プロペラ推進
船舶の液体媒質中での推進効率を、（１）船舶に、各々
の羽根の先端が、羽根の先端で有限の循環（またはロー
ディング）値をもつように設計された各々の固定された
閉鎖板を有するところの羽根をもったプロペラを装備し
、（２）液体媒質を実質的に無衝撃の流れまたは層流と
して前記閉鎖板へ向かわせ、そこを通過させることによ
り、高めるものである。前記装置は、（１）先端部で有
限の循環（またはローディング）値をもつように設計さ
れかつ先端部から横に伸びる所定配置の個々の固定され
たバリヤーまたは閉鎖板をもった先端部を各々に有する
複数の羽根の付いた船舶用プロペラと、（２）該船舶用
プロペラと共軸で、それに隣接し、かつそれから変位し
または、そのまわりにあり、液体（中を通過して先端部
と接触する液体）を導いて前記バリヤーまたは閉鎖板の
配置と実質的に平行に接触させるための、管路（ダクト
）手段とを組み合わせたものである。

発明の開示 本発明は、プロペラをノズルと組み合わせて使用する運
搬具、好ましくは船舶における改良であって、船舶の船
尾領域におけるノズルと流体流との間の相互関係の改善
をもたらす。

ノズルの使用にまつわる重大な問題は、船舶の船尾部の
まわりでの流体の流れがノズルへ流入する液体の流れに
干渉して、プロペラ効率を低下させる現象である。かか
る干渉の好ましくない結果は、ノズルが生じさせる循環
の度合を減じることによって減弱させることができる。

しかし、この循環の低減はノズルがもたらす推力を生じ
させ、今度は、ノズルの推進補助能力を顕著に低下させ
る。

本発明は、船舶の後部域で生じる流れとは無関係のノズ
ルによって液体流を吸収させるところの船尾トンネル（
船体に設けられた少なくとも１体のフィン（ひれ）によ
り形成される）に関するものである。トンネルは船体と
一体となっていてもよく、溶接などにより既存の船体に
付加してもよい。

効率の向上に加えて、本発明のフィンは、流れの上部を
下部から剥離し、ノズルへの流体の流入速度を実質的に
高めることにより、シートキャビテーションを実質的に
低減または排除する。流速は、シートキャビテーション
を減じるのに最も重要な領域であるノズル上部でとくに
増大させられる。

本発明の好ましい実施態様は、（ａ）ダクトにより液体
を無衝撃的にバリヤー横板へ導くところの、アメリカ特
許第４２８８２２３号またはアメリカ出願第２５９６８
０号の、前記のプロペラ−ダクト配列と（ｂ）プロペラ
とダクトとの上方で船尾トンネルを形成する２つのフィ
ンとの組合せからなる。しかしながら、その他のプロペ
ラ−ノズル配列についても本発明は有用である。

本発明のフィンは他のいかなるプロペラ−ノズルの組合
せに使用してもよく、これによって顕著に改良された性
能を発揮するものである。本発明の好ましい実施態様は
本発明の範囲を何ら限定するものではない。本発明によ
って達成された改良された流れ（ｆｌｏｗ）についての
記載はすべてのタイプのプロペラ−ノズル組合せにも適
用されるものである。

本発明の一目的は、ノズノ１のまわりに大きい循環を存
在させて、ノズルが船舶に有意な推力を及ぼしうるよう
にすることである。大きな循環は普通後部船体での流れ
の剥離および好ましくない圧力分布をひき起こすもので
ある。

本発明の他の一目的は、ノズルを使用する船舶の船尾に
少なくとも１つのフィンを設けて、船尾とノズルとの間
の有害な相互作用または干渉を院本発明の別の一目的は
、２つのフィンを設けてトンネルを形成させ、プロペラ
とノズルとを採用している船舶の船尾域での流体の流れ
を改善することである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従ったフィンを採用した船舶の概念
的側面図である。 第２図は、本発明に従った船舶の左半分の概念的背面図
である。 第３図は、好ましいプロペラ−ダクトの構成を示す。 第１図は、船舶の船尾部の概念図である。船体２はプロ
ペラ４を支持して、軸６のまわりに回転させる。プロペ
ラの各々の羽根は、有限の循環を生じさせるための横方
向の端板（エンドプレート）５を有する。ノズルまたは
ダクト８が船尾２にプロペラ４に隣接して、またはこれ
と重なって、装着される。ダクトの目的は、流対流をプ
ロペラへ導入してプロペラの効率を高め、また端板に無
衝撃流を提供することである。架台ブラッケト１０は、
船舶の方向を制御するために使われる方向舵１２を支持
する。 前述した通り、プロペラ−ダクト構造に関連する一問題
は、船尾２のまわりの流れがノズル８を通る流れと相互
に作用し、干渉することである。 液体が船体のまわりを流れるとき、第一の流れのパター
ンが生じ、この流れがノズルに流入する。 しかし、ノズルは、第一の流れのパターンとは相客れな
い第二の流れのパターンを生じさせる。 第１図は、船体２の船尾部に取り付けられたフィン１４
を示している。このフィンは船尾に沿って長さ方向に伸
びており、船の中心線に平行な方向（ｆｏｒｅ−ａｆｔ
　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）のそれの好ましい長さは、船舶
の長さの１／２５〜１／４の間である。 フィン１４は、フィンのへり１６と１８との間に拡がる
面のところで船舶に取り付けられる。フィンの外面は、
へり１６から最外部へり２０へかけて弯曲しており、内
面は最外部へり２０からヘリ１８のところの船体へかげ
て弯曲している。第１図かられかるように、フィンはノ
ズル前方のある点からノズルのちょうど背後の点まで伸
びている。これがフィンの好ましい一構成であるが、フ
ィンの始まる位置、終わる位置を多少変えてもよいこと
は、当業者には理解できるであろう。 フィンの長さにほぼ平行な方向に測ったノズル８の長さ
は、プロペラ直径よりも小さく、プロペラ直径の０．１
倍よりは大きいことが好ましい。 第２図は、船尾の左半分の背図面を示す。直線２２によ
り中心の垂直面が示されている。多くの線２４は典型的
な船体の船尾における外形を概念的に示している。フィ
ン１４は、へり１６と２０との間に拡がるもう一つの表
面２６およびへり１８と２０との間に拡がる内表面２８
を包含する。 ノズル８は、内表面２８から間隔を置いた外表面９を有
する。 中心平面２２とへり２０との間の好ましい距離は、中心
平面２２を横切る垂直面において、かつノズルの最前方
の点のところで、ノズル直径とノズル直径の１／４との
間である。ノズルの外表面９とダクトの内表面２８との
間の半径（ｒａｄｉａｌ）方向の距離は、ノズル直径の
０．０５倍とノズル直径の０．５倍との間であることが
好ましい。 フィンはノズルに対しであるアングルをなしていて、そ
の結果、ノズルの外表面とフィンの内表面との間の垂直
距離が長さの方向に変化するようになっていてもよい。 第１図および第２図は単一のフィンしか示していないが
、好ましい一実施態様にあっては、第２図に示されてい
る中心平面２２のまわりに対称的な２つのフィンがある
。 第３図は、このましいプロペラディクトの構成の若干を
示す。ダクト８は、無衝撃条件下に板５に接触する流体
流をもたらす。フィン１４を第３図のプロペラ−ダクト
配列と組合わせて使用するとき、顕著な性能向上が得ら
れる。 当業者ならば、本発明の船尾トンネルによって推進効率
の向上がもたらせるであろうことが理解されるであろう
。この効率向上は、船体効率およびプロペラの開放水効
率の向上の結果である。プロペラの開放水効率は、流体
がより高い軸方向速度でノズルへ近づくことによって、
上昇する。船体効率は、効率分子（ｅｆｆｉｃｉｅｎｃ
ｙ　ｎｕｍｅｒａｔｏｒ）が増大することによって、改
善される。 ノズルの前縁がプロペラディスクの前縁よりも一層前方
にあるため、ノズルが、プロペラ単独によるよりも大き
い、好ましくない吸い込みをひき起こすことが知られて
いる。プロペラ前方域では圧力降下が常に現れ、ノズル
が追加の吸い込みをひき起こす。その結果、船尾のまわ
りで流体流が乱れる。この乱流が、本発明に従って、流
れフィン１４を存在させることにより、成功裏に安定化
され、かくして船舶の効率が顕著に改善される。 本発明の好ましい実施態を図示し、説明したが、特許請
求の範囲内で変形、変法が可能なことは当業者には明ら
かであろう。 好ましい諸寸法をまとめれば次の如くである。 （以下余白） （１）Ｌｐｐ　　　　　　　　Ｌｐｐ ２５＜Ｌ＜４ （２）　０．１　Ｄｐ　＜　Ｃ＜１．０　Ｄｐ（３）Ｄ
ｔ ４　　＜ｂ＜Ｄｐ （４）　　Ｄｐ　　＋１００１．（Ｄｔ＜　１．６　Ｄ
ｐ（５）０．０５Ｄｔりｈ　＜　０．５　Ｄｔ上記式中
の記号は次の通り、定義される：Ｌｌ）ｆｌは船舶の全
長である。 Ｌはフィンの長さである。 Ｄｐは端板５をふくめたプロペラ４の直径である。 Ｃはダクト８の長さ方向の長さである。 ｐｔはダクトの内直径である。 ｂは、ノズルの最前部に位置し中心平面を横切る平面に
おいて測定したときの、中心垂直平面２ｈは、ノズルの
外表面９と夕゛クトの内表面２８との間の半径方向の距
離である。 示す。 ２・・船体　　　　　　　４・・プロペラ５・・横方向
の端板　　６・・軸 ８・・ノズルまたはダクト ９・・ノズル外表面　１０・・架台フ゛ラケ・ノド１２
・・方向舵　　　　１４・・フィン２４・・線　　　　
　　２６・・表面 第２図 第３図 只

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　胴体と、該胴体を流体中を通過するよう駆動するた
   めのプロペラと連携させたノズルとを有するタイプのプ
   ロペラ駆動運搬具における、該ノズルへ入る流体流が前
   記胴体により悪影響を受けるのを防ぐための、該胴体に
   取り付けられた少なくとも一つのフィンからなる改良。 ■　前記ノズルより上流の前記流体流の中に少なくとも
   部分的に位置する長さ方向に伸びたトンネルを形成する
   ところの二つの前記フィンを包含する第０項記載の運搬
   具。 ■　前記胴体の中心平面から前記フィンの一方の外端ま
   での距離が前記ノズルの直径の１／４より大きいことを
   特徴とする第０項記載の運搬具。 ■　前記の距離がノズル直径より短いことを特徴とする
   第０項記載の運搬具。 ■　前記ノズルの外表面が前記フィンの内表面に隣接し
   ていることおよび前記中心平面を横切る一平面内で測定
   した前記内表面と外表面との間の垂直距離が離れた平行
   平面内で測定した前記内表面と外表面と分間の垂直距離
   と等しくないことを特徴とする第０項記載の運搬具。 ■　前記少なくとも一つのフィンの長さが前記胴体の長
   さのｌ／２５より長く、前記胴体の長さの１／４より短
   いことを特徴とする第０項記載の運搬具。 ■　前記フィンの長さが前記胴体の長さの１／２５より
   長く、前記胴体の長さの１／４より短いことを特徴とす
   る第０項記載の運搬具。 ■　胴体、該胴体を駆動して流体中を進行させるための
   プロペラ、前記流体の流れを前記プロペラへ導くための
   ダクト、及び前記胴体に沿っての前記流体の流れが前記
   ダクトへの流体の流れに対して悪影響をおよぼすのを防
   ぐための前記胴体に装着された少なくとも一つのフィン
   の組合せ。 ■　前記ダクトが回転しないことおよび前記プロペラが
   、共同軸のまわりに回転する複数の羽根と、各羽根の一
   端の板とを有すること、ならびに、前記ダクトが前記プ
   ロペラと共軸であるがこれからは変位（ｄｉｓｐｌａｃ
   ｅ）されていることを特徴とする第０項記載の組合せ。 ［相］　前記胴体の中心平面から前記少なくとも、一つ
   のフィンの外ヘリまでの距離が、前記タクトの直径の４
   ／１より長く、前記ダクト直径より短いことを特徴とす
   る第０項記載の組合せ。 ■　前記少なくとも一つのフィンの長さが、前記胴体の
   長さの１７２５よりも長く、該長さの１／４より短いこ
   とを特徴とする第［相］項記載の組合せ。 ＠　胴体後部のトンネルを形成する二つの前記フィンが
   あることを特徴とする第０項記載の組合せ。 ■　胴体に沿っての流体流が、プロペラダクトの組合せ
   へ入る流体流と干渉するのを防ぐために、胴体の後部帯
   域で生じる流体流の影響を受けない前記ダクトによって
   流体流を吸収させるだめの手段を設けることを特徴とす
   る前記干渉の防止方法。 ■　前記手段が、前記胴体から外へ伸びかつ少なくとも
   部分的に前記ダクトをとりかこむ二つのフィンを包含す
   るところの胴体後尾のトンネルであることを特徴とする
   第０項記載の方法。 ［相］　前記ノズルの長さが、プロペラの直径より短く
   、プロペラ直径の０．１倍より長いことを特徴とする第
   ０項記載の組合せ。