JPS6033712B2 - 船舶用推進器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は船舶用推進器に間し、特に小翼付きプロペラ
と整流環とを組み合わせた推進器に係るものである。

〔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くこの渦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、プロペラ１が船の後方のよど
みの中で回転するためにその抑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、翼面の平滑さが失われて効率が
低下し、ついには翼の破損を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いこ伴なう船尾振
動が問題となっていた。一方、従来のプ。

べラに整流環（ダクト）組み合わせた推進器もあり、こ
の推進器においてはフ。ロベラに流入する船尾の不均一
な流れを緩和させひいてはキャピテーションの発生消滅
の程度をやわらげる効果がある。さらにプロペラと整流
環との相互干渉により整流環にも推力を発生させ、推進
器全体の効率が向上する。しかし、このような推進器で
は、プロペラを整流環の内に配置したものの効率が最も
良いが、プロペラの翼瑞浪によりキャビテーションが発
生し、フ。

ｕベラ翼面上および整流環内面上で消滅するためプロペ
ラ翼面および整流環内面が浸蝕され推進効率が悪くなり
、ついには翼および整流環の破損を招くことがあった。
このような問題点を解消するために整流環の後方にプロ
ペラを配置した形態もあるが、効率はプロペラを整流環
内に配置したものよりも悪くなるという欠点があった。

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、特
関昭５３−６６６９６号および実開昭５５−１２０５９
針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４７３３７２号‘こおいては、翼
弦方向にいっぱいの幅をもった小翼をピッチ面側に突出
したものであるから、翼のピッチ面側からバック面側に
回り込む流れを抑制され、実際には小翼の後緑付近では
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、特開昭５３−６６６９６号公報のプロペラに
おいても上記の翼と全く現象が発生し、羽根先端部に取
付けた坂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。

また、実開昭５５−１２０５９ｙ獣こおいては、翼端渦
をとらえ、渦の拡散を期待しているが、実際の船舶用プ
ロペラは、アスペクト比が小さくなってしまい、小翼の
効果はほとんど期待できない。

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。また、翼の先端に遮蔽板
を設けたプロペラとダクトを備えた船舶用推進器として
袴関昭５６−７５２９３が提案されている。しかし、こ
の推進器においても、プロペラ翼の先端に遮蔽板を設け
たために、翼のピッチ面からバック面側へ回り込む流れ
は、翼先端後縁付近で遮蔽板より剥離して、遮蔽板自体
が抵抗となり、従来のダクトを備えたプロペラと較べ到
底推力の向上を期待できるものではない。〔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
ルクおび推力の増加を実現すると共に、併せてキヤビテ
ーションの発生防止をはかった小翼付きプロペラに整流
環を組み合わせて、この整流環により小翼付きプロペラ
に流入してくる流れの不均一性を緩和させ、小翼の効果
を最大限に発揮させるようにしたものである。

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図は本発明に係る船舶用プロペラの原
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、第５図は作用
を説明するための図で翼をバック面側から見た斜視図で
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のバ
ック面１２ａに対し１２０〜１５００の角度をなして矢
印Ｄで示す船の進行方向へ突出する小翼１３およびこの
小翼１３に隣接して反対方向に翼１２と１２０〜１５ぴ
の角度８で小翼１４が一体的に設けられいる。またプロ
ペラ１１の前方側にあって、各小翼１３，１４の回転軌
跡外方を取り囲むようにして整流環１５が配設されてい
る。従ってこの第１実施例においては、プロペラ１１の
各翼１２が矢印Ｃ方向に回転すると、第５図ａに示すよ
うに、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、４・翼１４にこの流速Ｕをもつ
流れＵ，を流入する。

小翼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。４・翼１４より流出した流
れは、ピッチ面側とバック面側との圧力差によりバック
面側に回り込み小翼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のピッチ面倒からバック面側に回り込む流れ
の作用によりｄ・翼１３に流れを効果的に導び〈作用を
もつ。

これによって小翼１３には、流れＵ．を直交する揚力１
が発生し、その分力として、翼１２の推力ｔを、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
ｔまた回転トルクＱは回転トルクｑ分だけ減少し、翼端
渦によるエネルギーをさらに効果的に利用して、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、小翼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
前緑間の距離１２を大きくしなければ、づ・翼１４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、これを補なうために小翼１３は
後退翼形状に形成されている。一方、プロペラに揚力Ｌ
が発生すると、プロペラの吸い込み効果により整流環内
の流れＶ，は整流環外側の流れＶ２よりも加速されて整
流環に循環ｒが発生して、流れＷの流入方向と直角な方
向に揚力Ｌ。

が生じ、整流環に推力の成分Ｔ。が発生する。従釆のプ
ロペラよりプロペラ先端付近の揚力の大きい２つの小翼
付きプロペラにおいては、整流環内面近くに誘起される
流れは従来の整流環を備えた推進器よりも大きく、従っ
て整流環に発生する推力の成分Ｔｏも大きくなり、推進
器としての推力の向上を効果的なものとする。

さらに、キャピテーション発生防止を図った２個の小翼
付きプロペラに整流環を組み合わせることによりキャビ
テーショソの発生消滅に起因する船尾振動を軽減する効
果も大きい。第６図は他の実施例を第４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小翼１３を相対的に小さく、ピッ
チ面１２ｂ側に突出し前縁側に設けた４・翼１４を大き
く形成している。

前記各実施例において小翼付きプロペラ１１前方に配置
された整流環１５は軸対称形であるが、本作用効果を引
き出すこと、および船尾形状との取り合い等の観点より
、第７図〜第１３図に示すように整流環１５の形状、小
翼付きプロペラ１１と整流環１５との位置関係の組合わ
せがそれぞれ適用される。

さらに船尾端１７と整流環１５との位置関係についても
第１４図および第１５図に示す例が用いられる。一般に
、上部が長く下部が短かし、上下非対称な整流環が多く
用いられる。ここで前記各実施例での小翼付きプロペラ
１１と整流環１５の作用効果を確認するために行なった
種々の実験結果について述べる。第１６図は従来のプロ
ペラ１および第４図〜第６図に示す２個の小翼１３，１
４をもったプロペラ１ １における揚抗比と迎角との関
係を比較して示す線図であって、錫抗比翼１２の協力と
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、縦軸に楊抗比、機軸に迎角をとり、また実線Ｒ
，は第４図に示すプロペラ、鎖線Ｒ２は第６図に示すプ
ロペラ、破線Ｒ３は従釆のプロペラの値をれぞれ示して
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ペラ１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。次に
、第１７図は第４図に示す翼１２の展開図であって、大
きい方の小翼１３と小さい方の小翼１４とを展開して示
し、また小翼１４の縦横の寸法をそれぞれｉｓ，ｌｃで
示している。

そして、第１８図は第１７図でおける小翼１３の縦横寸
法１３，ＩＣの比さ、いわゆるアスペクト比と揚抗比と
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揚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、
一般的に葦の範囲は１‐〇〜５０が実用的である。さら
に、第１９図ａは、第１図に示す従来のプロペラ１と、
これに相当する小翼付きプロペラとの性能を比較して示
す線図であって、従来のプロペラ一を破線Ｐ，で示し、
４・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、機軸には次式から導かれる作動状態Ｋ
Ｔ／Ｊ２をとり、また縦軸には次式から導かられるプロ
ペラの単独効率りをとっている。ＫＴ／Ｊ２＝帯 Ｊ：藷 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＝乞；Ｋ。

ＫＴ・・・・・・・・・スラスト係数 ＫＱ・・・・・・・・・トルク係数 Ｔ ＫＴ＝−−−− ｐＮ２Ｄ４ Ｔ・・・・・・・・・推力 Ｐ．・・．・・．・・水の密度 Ｑ ＫＯ＝７雨蚕 Ｑ・・・・…・・プロペラの回転トルク この糠図によって小翼付きプロペラが従来のプロペラよ
りも単独性能において優れているとが明らかである。

また、同図ｂは、あるＫＴ／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８との関係を示す実験値で、横髄に小翼の傾斜角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。同図ｂから略１２０〜１５０ｏｏの
角度ａのとき単独効率が従来のプロペラよりも優れてく
ることが解る。第２０図は、船後で作動する従来のプロ
ペラと整流環の組み合せおよび、この発明での小翼付き
プロペラと整流環の組み合せによる推進器の性能を比較
して示す説明図である。

横軸には、整流環とプロペラの距離をプロペラで直径無
次元化したＸｏ／Ｄを、また縦髄には次式から導かれる
推力の比率をとっている。

Ｔｐ − Ｔｐ ＴＤ ＴＤＴＴ。

Ｔ一Ｔｐ＋Ｔ。・ＴＴ。Ｔ一Ｔｐ＋Ｔ。Ｔｐ・・・・・
・・・・プロペラの推力Ｔｏ・・……・整流環の推力 従来のプロペラと整流環の組み合せを破線○，小翼付き
プロペラと整流環との組み合せを実線０２で示している
。

この第２０図から明らかなように、あるＸｏ／Ｄの点日
，におけるプロペラの推力は、従来のプロペラと整流環
を組み合せた場合よりも小翼付きプロペラに整流環を組
み合せた場合の方が小さくなっている。これは、プロペ
ラの推力が小さくなった分整流環の水力が大きくなって
いるためである。この整流環との組み合せで、プロペラ
の作動する状態は、第２０図のプロペラ推力の値から、
第１９図ａのＫ，／Ｊ２の点Ｋ２とＫ３となる。

Ｋ２は従釆のプロペラの場合、Ｋ３は小翼付きプロペラ
の場合である。先に述べた第１９図ａから明らかなよう
に、小翼付きプロペラ１１は従来のプロペラ１よりも単
独性能において優れているが、さらにこの小翼付きプロ
ペラー１１こ整流環１５を組み合せることにより、通常
船舶でのプロペラ作動点付近ではより一層の効果を発揮
し得るものである。

なお、前記実施例においては、整流環１５の形状として
上下に亘り長さの等しい、いわゆる上下対称型の場合に
ついて述べたが、発明者らの知見によれば整流環１５の
状を、側方からみて上部長さを大きく下部に向って漸次
小さくした、いわゆる上下非対称型にした場合も同様の
効果が得られることが確認された。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、船舶用のプロペ
ラにあって、各翼の先端部に２つの小翼を設け、プロペ
ラ回転時に正面側から背面側に廻り込む翼端渦で揚力を
得られるようにすると共に、この小翼付きプロペラの前
方に、小翼の回転軌跡外方を取り囲むようにして整流環
を組み合せることにより、この整流環により船尾の不均
一な流れのよどみを加速均一化し、小翼への流れの迎角
の変化を小さくしたものである。

したがって、小翼の揚力成分として推進力と負の回転ト
ルクを効果的に得られ、これによりプロペラの推進力を
従来に比較して箸るしく増加できる。またその単独性能
を格段に向上させ得るほか、翼端渦によるキヤビテーシ
ョンの発生を阻止して、翼面および整流環の内面の浸蝕
による効率低下とは破損を防止し、併せてキャビテーシ
ョンの抑制により船尾振動を軽減し得るなどの効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂおよび第２図ａ，ｂは従釆によるプロペラ
とそのキャビテーション分布を示す正面および断面図、
第３図および第４図ａ，ｂはこの発明に係る小翼付きプ
ロペラと整流環とを組み合わせた推進器の第１実施例を
示す斜視図、部分正面および断面図、第５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６図は同上第２実施例を示す断面図、第７図〜第
１３図は小翼付きプロペラと整流環の形状および位置関
係の組み合わせ図、第１４図および第１５図は船尾端と
整流環との位置関係を示す図、第Ｉ６図はプロペラにお
ける迎角と揚杭比と関係を示す説明図、第１７図はプ。 べラ翼の展開図、第１８図は小翼のアスペクト比と楊抗
比との関係を示す説明図、第１９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取付角
との関係を示す線図、第２０図は通常のプロペラあるい
は小翼付きプロペラに整流環を組み合せた場合の整流環
とプロペラの距離とプロペラと整流環の推力の全推力と
の比率との関係を示す図である。１１……小翼付きプロ
ペラ、１２……翼、１３，１４・・・・・・小翼、１５
・・・・・・整流環、１７・…・・船尾端。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第Ｔ図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図 第１６図 第ＩＴ図 第１８図 第１９図 第２０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舶用プロペラの前方に、前
   記小翼の回転軌跡外方を取り囲んで、この小翼への流れ
   を加速均一化する整流環を組み合わせ配置したことを特
   徴とする船舶用推進器。