JPS6018599B2 - 舶用プロペラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は船舶推進用のプロペラに関し、特に小翼付き舶
用プロペラに関するものである。

〔従来技術〕

船舶に装備されたプロペラは、その主機関の発生する出
力を最も効率よく推力に変換することが望ましく、その
ために翼の輪郭形状や面積、断面形状についての理論計
算や模型試験が行なわれ、これらはプロペラの設計に有
効に利用されている。

特に近年、燃料の高騰と省力化の要請から、一層厳格な
設計が要求されるようになってきた。そこで、従来から
広く知られているプロペラを検討した結果、次のような
点で必ずしも満足した性能を期待することができないこ
とが鱗つた。すなわち、第１図および第２図に示すよう
に、プロペラ１が矢印Ａで示す方向に回転すると、それ
ぞれの翼２の先端部が翼端渦３を放出する。この翼端渦
３は、図に矢印Ｂで示す船の進行方向に対する翼２の正
面側から翼２の先端を越えて背面側へ回り込み、背面側
で渦巻くものであって、この渦３の中心では圧力が低下
し、この箇所にいわゆるキャビテーションが発生する。
このキャビテーションは、プロベラーが船の後方のよど
みの中で回転するためにその迎角が大きく翼面の圧力分
布が低下することから通常第２図に符号４で示すような
分布状態で観察される。このようにプロペラの翼面上に
キャビテーションが発生すると、翼面上の圧力分布や翼
面上での流れが変ってしまいプロペラが発生する推力が
低下するばかりでなく、この結果発生した気泡が消滅す
るときの衝撃で翼面が浸食され、この浸食箇所を起点と
して浸食が進行するので、翼面の平滑さが矢わて効率が
低下し、ついには翼の破損を招くことがあった。また、
キャビテーションの発生消滅の繰返し‘こ伴なう船尾振
動が問題となっていた。ところで、上記翼端渦３を抑制
するために、翼の先端に小翼を設けるものとして英国特
許第４７３３７２号および特関昭５３−６６６９６号が
提案されている。

しかし、これらのプロペラは何れも問題があり、実用に
供し得るものとはならなかった。

すなわち、英国特許第４７紙７２号‘こおいては、翼弦
方向にいっぱいの幅をもった４・翼をピッチ面側に突出
したものであるから、翼のピッチ両側からバック面側に
回り込みむ流れを抑制され、実際には４・翼の後縁付近
では大きな迎角で流れが入ってくるため、小翼から流れ
が剥離して小翼自身がむしろ抵抗になるという不都合が
起きる。一方、特関昭５３一６６６９６号公報のプロペ
ラにおいても上記の翼と全く同様な現象が発生し、羽根
先端部に取付けた板部材が抵抗となるため、到底推力の
向上を期待できるものではない。

すなわち、これらは何れも翼端渦の発生をある程度抑制
することはできても、これを積極的に推力の向上に寄与
させるまでには至らなかった。

〔発明の概要〕本発明はこのような事情に鑑みなされた
もので、翼の先端部に翼端渦によって揚力を発生する２
つの小翼を設けることにより、この揚力の成分として推
力と負の回転トルクおよび推力の増加を実現すると共に
、併せてキャビテーションの発生防止を計った舶用プロ
ペラを提供するものである。

以下、その構成等を図に示す実施例により詳細に説明す
る。〔実施例〕 第３図ないし第５図は本発明に係る母８用プロペラの原
理を説明するための図で、第３図はプロペラの斜視図、
第４図は翼をピッチ面側から見た正面図および断面図、
第５図は作用を説明するための図で翼をバック面側かる
見た斜視図である。

これらの図において、矢印Ｃで示す方向に回転するプロ
ペラ１１は、翼１２を備えており、これらの翼１２の先
端には、翼１２のバック面１２ａに対し１２０〜１５０
０の角度をなして矢印○で示す船の進行方向へ突出する
小翼１３が一体に設けられている。このように構成され
たプロペラ１１の作用を第５図によって説明すると、プ
ロペラ１１の翼１２が矢印Ｃ方向へ回転すると、その翼
面形状によって揚力Ｌが発生し、その成分として推力Ｔ
と回転トルクＱとが得られる。そして、翼１２がＮとい
う回転速度をもっとき、翼１２の先端部には、図に符号
Ｕで示す流速が作用し、この流速Ｕをもつ流れＵ，は、
翼１２の正面側から背面側へ回り込み、翼１３に対して
ある迎角をもって作用する。これによって小翼１３には
、流れＵ，と直交する揚力１が発生し、その分力として
、翼１２の推力ｔと、翼１２の回転トルクＱとは逆方向
の回転トルクすなわち負の回転トルクｑとが得られる。
したがって、翼１２固有の推力Ｔは推力ｔ分だけ増加し
、また回転トルクＱは回転トルクｑ分だけ減少する。こ
のように、翼先端にバック面１２ａ側に突出する小翼１
３を設けることにより、翼端渦による推力ｔと負の回転
トルクｑとが得られる。

本発明はこの翼端渦によるエネルギーをさらに効果的に
利用するために、バック面１２ａ側に突出する第１の小
翼１３の前縁側に、ピッチ面側に突出する第２の小翼を
並設すると共に、前記第１の小翼１３を後退翼形状とし
たものである。第６図および第７図は本発明に係る舶用
プロペラを示し、第６図は斜視図、第７図はピッチ面側
から見た正面図とａ−ａ断面図である。

これらの図において、各翼１２の先端部には、それぞれ
湾曲した周緑をもち翼弦方向に分割形成された第１の小
翼１３と第２の小翼１４とが突穀されている。翼１２の
後縁側に突設された第１の小翼１３は、前記第３図〜第
５図に示した小翼１３と同様、バック面１２ａに対し略
１２０〜１５０ｏの角度８をもって傾斜しバック面側に
突出している。また、この小翼１３はプロペラの反回転
方向にも傾斜し、後退翼形状を呈している。一方、翼１
２の前縁側に突談された第２の小翼１４は、前記第１の
小翼１３よりは４・さく形成され、ピッチ面１２ｂに対
し略１２０〜１５０ｏの角度ａをもって煩斜しピッチ面
側に突出している。そして、これらの小翼１３，１４の
周縁は、チップボルテックスキヤビテーションに起因す
るェロージョンを防止するために湾曲する緑をもって形
成している。第８図は他の実施例を第７図ｂに対応して
示す断面図で、この実施例ではバック面１２ａ側に突出
し後縁側に設けられた４・翼１３を相対的に４・さく、
ピッチ面１２ｂ側に突出し前縁側に設けた小翼１４を大
きく形成している。

次に第９図を使ってこれらのプロペラの作用を説明する
。

第９図ａは本発明の作用を説明するための斜視図であり
、ｂは水の流れる方向を示した小翼のある半径位置での
断面図である。

プロペラの回転に伴なつて翼１２の先端部には、流速Ｕ
の流れが作用し、小翼１４にこの流速Ｕをもつ流れＵ，
が流入する。

４・翼１４に流入した流れは集東され図ｂに示すように
小翼１４の後縁より流出する。

小翼１４より流出した流れは、ピッチ両側とバック面側
との圧力差によりバック両側に回り込み小翼１３に導び
かれる。このように小翼１４は、小翼１３に流入する流
れを集め、小翼１４のピッチ面側からバック面側に回り
込む流れの作用により小翼１３に流れを効果的に導び〈
作用をもつ。

すなわち、先に第５図を用いて説明した小翼１３による
推力の向上を効果的なものとする。小翼１３に流入する
流れは、図ｂに示すように、４・翼１３と小翼１４との
距離１，が大きくなればなるほど、小翼１４の後縁と小
翼１３の前縁間の距離１２を大きくしなければ、小翼１
４より流出される流れを効果的に捕捉することができな
い。

したがって、翼１２の翼端でそれぞれ逆方向にある角度
をもって設けられた小翼は、先端にいくほど距離１２を
大きくしなければならず、これを桶なうために小翼１３
は後退翼形状に形成されている。次に、これらの小翼付
きプロペラ１１の作用効果を証明するために行なった種
々の実験結果について説明する。

第１０図は従来のプロペラ１および第６図〜第８図に示
す２個の小翼１３，１４をもったプロペラ１１における
物抗比と迎角との関係を比較して示す線図であって、錫
抗比は翼１２の揚力と抗力とを３分力計で計測してその
比を示したものである。そして、機軸に錫抗比、横軸に
迎角をとり、また実線Ｒ，は第７図に示すプロペラ、鎖
線Ｒ２は第８図に示すプロペラ、破線Ｒ３は従来のプロ
ペラの値をそれぞれ示している。同図において明らかな
ように、本発明に係る２種類のプロペラ１１の性能が従
来のプロベラーよりも優れていることが、迎角Ｑｏを中
心にして認められる。さらに、第１１図は、翼１２のバ
ック面およびピッチ面に対する小翼１３，１４の後斜角
度８を種々変えた場合の錫抗比の変化を示す線図であっ
て、機軸に角度８、縦軸に錫抗比をとっている。

これにより角度８の有効範囲が７０ｏ〜１６０ｏである
ことが解る。次に第１２図は第７図に示す翼１２の展開
図であって、大きい方の４・翼１３と小さい方の小翼１
４とを展開して示し、また小翼１４の縦横の寸法をそれ
ぞれ１ｓ， １ｃで示している。

そして、第１３図は第１２図における小翼１３の縦横寸
法ＩＳ，ＩＣの比三・いわゆるアスペクト比と錫抗比と
の関係線図を示し、横軸にアスペクト比、縦軸に錫抗比
をとっている。但し、この場合、他方の小翼１４のアス
ペクト比は一定とする。これによって小翼１３のアスペ
クト比が大きいほど楊抗比が大きくなり効果的であるこ
とが鱗るが、強度面や幾何学的な制約によって限度があ
るので、設計に際しては個々に決定する必要があって、
一般的にや胸肌。〜５・肋期的である。さらに、第１４
図ａは、第１図に示す従来のプ。

べラ１と、これに相当する４・翼付きプロペラとの性能
を比較して示す線図であって、従来のプロペラを破線Ｐ
，で示し、小翼付きプロペラを実線Ｐ２で示している。
この線図はプロペラの単独性能を表わすために一般に用
いられるもので、横軸には次式から導かれる作動状態Ｋ
，／Ｊ２をとり、また縦軸には次式から導かれるプロペ
ラの単独効率りをとっている。ＫＴ／Ｊ２＝帯 Ｊこ毒 Ｖａ・…・・水の流入速度 Ｎ・・・・・・プロペラの回転数 Ｄ・・・・・・プロペラの直径 Ｊ ＫＴ り＝亥；・耳 ＫＴ…・・・スラスト係数 Ｋｏ…・・・トルク係数 Ｔ ＫＴ＝河南 Ｔ・・・・・・推力 ｐ・・・・・・水の密度 Ｑ ＫＱ＝河南 Ｑ・・・・・・プロペラの回転トルク この線図によって小翼付きプロペラが従来のプロベラよ
りも単独性能において優れていることが明らかである。

また、同図ｂは、あるＫ，／Ｊ２の点Ｋ，における単独
効率と２個の小翼の傾斜角を同一とした場合の小翼の傾
斜角ａとの関係を示す実験値で、機軸に小翼の傾斜角８
を、縦軸に単独効率をとっている。なお、Ｋ，は通常プ
ロペラが船体に取付けられたとき作動する状態である。
この図から第１１図に示す１個の小翼を設けた場合より
も効率が良い状態が傾斜角０の大きい方へずれているが
、これは２個の小翼の相対位置関係によって決まる角度
であり、１個の小翼を設けた場合とは比較できない。同
図ｂから略１２０〜１５０ｏの角度ａのときに単独効率
が従釆のプロペラよりも優れていることが解る。〔発明
の効果〕 以上説明したように本発明によれば、船舶用プロペラに
おいて翼の先端部に、翼端渦によって揚力を発生させる
２つの小翼を設けることにより、この揚力の成分として
推力との負の回転トルクとが得られるので、プロペラの
単独効率を従来と比較して著しく増大することができる
。

また小翼の存在によって翼端渦によるキャビテーション
の発生が減少するので、翼の浸食による効率低下や破損
などを防止することができる。

さらに、キヤピテーションの抑制は、その誘導する船尾
振動を軽減する効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のプロペラを示し、第１図は
その正面図および断面図、第２図はおなじくキヤビテー
ションの分布状態を示す翼の正面図および断面図、第３
図ないし第５図は本発明の原理を説明するための図で、
第３図はプロペラの斜視図、第４図は同じく翼の正面図
および断面図、第５図は作用を説明するための翼の斜視
図、第６図は本発明に係るプロペラの斜視図、第７図は
同じく翼の正面図および断面図、第８図は他の実施例を
示すプロペラの翼の断面図、第９図は本発明に係るプロ
ペラの作用を説明するための斜視図と翼の断面図、第１
０図はプロペラの迎角と錫抗比との関係線図、第１１図
はプロペラの小翼の角度と錫抗比との関係線図、第１２
図は翼の展開図、第１３図は小翼のアスペクト比と錫抗
比との関係線図、第１４図はプロペラの作動状態と単独
効率との関係ならびに単独効率と小翼のの取付角との関
係を示す線図である。 １１……小翼付きプロペラ、１２……翼、１３，１４…
・・・小翼。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１２図 第１「図 第１３図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ それぞれ湾曲した周縁をもち翼弦方向に分割形成さ
   れた２個の小翼をプロペラ翼先端に突設し、この２個の
   小翼のうち後縁側に位置する小翼はバツク面に対し、前
   縁側に位置する小翼はピツチ面に対しそれぞれ略１２０
   〜１５０°の角度をもつて傾斜し、かつ後縁側の小翼は
   後退翼形状に形成されていることを特徴とする舶用プロ
   ペラ。