JPS6061397A - 舶用プロペラ - 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、プロペラ羽根先端付近から特定の方向に水を
吹き出すことによって、高効率を得るようにした新規、
有用な舶用プロペラに関する。

高効率の舶用プロペラを実現するひとつの条件として、
誘導抗力、即ち、渦によってできる抵抗を減少させる必
要がある。

プロペラ羽根先端から流出する渦による誘導抗力を低減
させる手段として、従来、翼端板付プロペラとか小翼付
プロペラ等の翼先端部に翼を取付けるものが提案されて
いる。

ところが、この従来側にあっては、設計状態から離れた
作動状態での効率低下が著しいこと、回転位置によって
作動状態が変化する船体後部の伴流中での性能向上に疑
問があること、製造が困難であること、キャビテーショ
ン特性の悪化を招くおそれがあること、等々の問題点が
ある。

ところで、斯る問題を招くことなく誘導抗力を減少せし
めて、高効率の舶用プロペラを得るためには翼先端から
流出する渦の挙動を知る必要がある。

本発明者等は翼先端から流出する渦を含めたプロペラ翼
〔羽根）から流出する渦の挙動に関して種々研究した処
、これが明確になシ、この結果から翼先端から流出する
渦の方向を変化させて誘導抗力を減少させ得る、所謂、
翼付プロペラと全く発想を異にするノズル付プロペヲの
開発に成功したのである。

以下、図面を参照してプロペラ羽根から流出する境界層
および渦の挙動を説明しつつ本発明の実施例を詳述する
。

第１図を参照すると、プロペラ羽根（１）における渦の
挙動が図示されており、（４）は層流域、（Ｂ）は層流
剥離、（０）は滞留域、（Ｄ）は乱流域、（ト））は前
線層流剥離、（巧は死水域であり、その他、（Ｇ）は臨
界半径＠）は再付着線、（１）は剥離渦の中心であるが
、プロペラから流出する渦（以下、プロペラ後流という
）はその成因によって、２つの部分に分けて観察される
。

即ち、そのひとつは翼先端から流出する翼端渦（Ｊ）で
あシ、これは、プロペラ前縁（２）で起きる前縁層流剥
離現象によって生じた渦が流出したものであシ、プロペ
ラ作動状態によって渦のピッチが変化する性質を有する
。

他のひとつは、翼先端よシ内側の部分から流出する翼内
側渦層（６）であｐ１プロペラ翼面上の境界層がそのま
ま後縁（３）から薄い渦層として流出したものであって
、プロペラ作動状態によってピッチは殆んど変化しない
性質を有する。

翼端渦（Ｊ）のピッチについては、第４図に示すように
、翼先端付近の翼素のピッチ角θｐと、翼素に流入する
流れの流カビツチ角βによって、近似的に（１）式で表
すことができる。

βｗｔ、　ｐ　＝　１／２　（θ、＋β）・・・・・・
・・・（１）式ここで、βｖｒｔｐは翼先端部のピッチ
角である。

なお、第４図は横軸が実験で観察された値、縦軸が（１
）式で計算した値を示しているが、（１）式で実際の現
象を完全に表現できれば、第４図中の○印等の記号は同
図破線上にプロットされることになシ、本例では破線の
まわりに集中されていることから、（１）式で翼端渦の
ピッチを近似的に表わしていることがわかる。

ところで、船体後部の伴流中では、流力ピッチ角βは回
転角度位置毎に変化するので、翼端渦のピッチもそれに
対応して変化すると考えられる。

また、プロペラ作動条件の変化によっても、流カビツチ
角βは変化する。一方、翼内側渦層は作動状態によって
、あるいは伴流中においてもそのピッチはほとんど変化
がないと考えられる。

第２図、第８図を参照すると、第２図はある模型船のＶ
　＝　１．１”Ｏｍ／　Ｓ　Ｋ　！？ける船体後部伴流
例が示されておシ、第８図は伴流中での翼端渦ピッチ角
の変化例が示されてお）、第８図において、半径方向に
幾何学的ピッチが一定であるようなプロベラ後流ピッチ
を、半径方向に一定にするには翼端渦のピッチを幾何学
的ピッチに変゛形させる必要がある。

即ち、プロペラ１回転中にそれぞれの角度位置で翼先端
渦のピッチ角βｗｔｐを幾何学的ピッチ角θｐになるよ
うに変形させる必要がある。これは、内側から流出する
プロペラ後流のピッチは幾何学的ピッチにほぼ等しいか
らである。但し、変化量はピッチ角で最大５°程度であ
る。

又、第８図は第２図に示した伴流中において作動するプ
ロペラ翼端渦の変化の一例が示されてお夛、ある１翼に
着目して翼端渦のピッチ変化を示し、他の翼はそれぞれ
８６０°／翼数だけずれて回転されることになる。

従って、それぞれの翼について８６００周期でＲりの翼
とは８６０°／翼数だけ位相をずらして流量を調整する
必要がある。

以上のことから、実際の船舶に装備されるプロペラの誘
導抗力を減少させるには、特に、翼先端渦の作動状態、
伴流による変化に対応できるものでなければならない。

さて、プロペラの誘導抗力が最小とｘｂ、プロペラ効率
が最高になる条件については、古くは、Ｂｅｔｌに始ま
シ、最近のＤｙｎｅの研究に至るまで理論的に多くの研
究がなされている。

それらの結果によると、誘導抗力最小の条件は、近似的
に、プロペラの無限後方においてプロペラ後流のピッチ
が半径方向に一定であるとされている。

プロペラ後流のピッチは、実験的に観察することができ
るプロペラ近傍の範囲では殆んど変化していないことか
ら、無限後方での半径方向のピッチを一定にするには、
プロペラのごく近傍の後流ピッチを半径方向に一定にす
る必要があることは、容易に推考することができる。

本発明者等は前述の考察に基づいて、半径方向に一定ま
たはほぼ一定の幾何学的ピッチを持つプロペラの翼端渦
の方向を、幾何学的ピッチに近ずけるように、プロペラ
羽根背面側の所定の位置に水を噴出させるノズルを設け
ることによって、プロペラ後流の半径方向のピッチ分布
をはぼ一定にし、誘導抗力を減少せしめ、高効率の舶用
プロペラを提供するのである。

第５図および第７図を参照すると、プロペラシャフト（
４）に取付けられたプロペラボス（５）上に、複数のプ
ロペラ羽根（１）が備えられた舶用プロペラ（６）が図
解されており、プロペラ羽根背面側の所定位置にほぼ円
周方向のプロペラ羽根（１）における後縁（３）に向っ
て水、例えば海水を噴出すべく指向され７’Ｃ１個又は
複数の、本例では２個のノズｉｖ　（７）が取付けられ
ている。

該ノズＩＶ　（７）は、プロペラ半径Ｒにおける０、８
〜１．ＯＲの半径位置に取付けられて匹る。

即ち、翼内側から流出するプロペラ後流のピッチは、流
出する半径位置の幾何学的ピッチにほぼ等しいこと、つ
まシ、一定ピツチのプロペラでは半径方向に一定である
こと。

翼端部付近から流出するプロペラ後流ピッチはプロペラ
作動状態によって変化すること。

プロペラの誘導抗力が小となる条件である無限後方での
プロペラ後流ピッチが半径方向に一定であることを実現
するには、翼端部付近から流出するプロペラ後流のピッ
チのみを制御すればよいことから、ノズμ（７）は後縁
（３）に向って指向され、０．８〜１．ＯＲの半径位置
において羽根背面に取付けられているのである。

この点について更に説明すると、翼端渦は前述したよう
に前縁層流剥離現象によって生じた渦が流出するもので
あシ、該現象はプロペラ作動状態によって発生範囲が変
化し、プロペラ羽根（１）の前縁（２）に沿って翼先端
方向に流れ、０．８Ｒ〜１．ＯＲの間で翼弦方向の流れ
に流向を変え、プロペラ羽根（１）の後縁（３）から流
出され−る。

また、前記現象はプロペラ羽根（１）の負圧面側、通常
の作動状態では背面側に生じる。

従って、ノズｉｖ　（ｙ）はプロペラ羽根の背面側で０
．８Ｒ〜１．０只の位置に設けられるのである。

ここで、ノズｙｖ　（７）の位置、方向の決定法につい
て述べると、ノズル位置は模型プロペラによる実験結果
、同えば油膜法によって決定できる。

油膜法は翼面上に油と顔料の混合物を塗布し、翼面上境
界層の状態を可視化する方法であり、この実験の結果、
第１図で示したような渦の状態を知ることができる。

そして、望ましくは、ノズ／ｌ／　（７）は前縁（２）
に沿って流れてきた剥離渦が先端に近づくにつれて円周
方向になった部分における剥離渦の中心に設けられる。

なお、前縁剥離現象の発生位置はプロペラの形状と作動
状態によって定まシ、レイノズル数にはほとんど影響を
受けないことが知られているところから、模型試験の結
果を実体プロペラの状態とみなすことができる。

プロペラ羽根（１〕の背面上でのノズル（７）の方向は
ほぼ円周方向で後縁（３）に指向するように設けらぺま
た、プロペラ羽根（１）の背面に垂直な面でのノズｙｖ
　（７）の方向はその断面でのプロペラ翼前縁（２）と
後縁（３）とを結んだ線、即ち、第６図に示す０−０線
かそれよシも下向、つまシ、渦をおさえる方向に水を噴
出するように設けられる。

更に、剥離渦の高さはタクト法による実験によって知る
ことができ、ノズル位置を決定する実験でのプロペラ作
動状態は最も使用頻度の高い状態で行なわれる。

第５図、第７図で示す如く／ズｙｖ　（７）に対する水
の供給は、ポンプ、即ち、可変容量形ポンプ（８）によ
ってそれぞれのプロペラ羽根（１）ごとに周期的に、圧
力、流量を変化させてパイプ（９）を介して送液される
。

従って、パイプ（９）は各プロペラ羽根（１）に鋳ぐま
れて埋設されて半径方向に延びてノズル（７）に連通さ
れているのである。

水の圧力、流量を周期的に変化させるには、第７図に示
す如くプロペラシャフト（４）に取付けられたプロペラ
回転位置検出器αｄと、制御計算機α１）とを連結せし
めるとともに、スリップリング（２）上の電圧制御器α
９および船内電源Ｑ４によつ、て行なわせることができ
る。

ポンプ（８）は各ノズμごとに図外パルプ類を介してパ
イプ（９）に接続されるが、該ポンプ（８）は船体内に
装置することも、図示の如くプロペラボス（５）内に内
蔵させることもできる。

ポンプ（８）を船体に装置したときにはプロペラシャフ
ト軸心上に自在接手を介してパイプ（９）に連通される
別の送液パイプを設けられ、ノズ！（７）に水が送液可
能でアシ、また、ポンプ（８）をボス（５）内に装置す
るときには、ボス（５）の大きさ、組付は易さ等の見地
から、ひとつのポンプ（８）とすることもでき、このと
きにはポンプ（８）の駆動源はプロペラシャフト内に挿
設される。

水は、図示する如くプロペラボス（５）の取入れ孔αＳ
から取入れることができる他、プロペラボス（５）以外
の船体適所から取入れ、パイプ（９）に送液させること
もできる。

取入れ孔α９をボス（５）側に設ける場合には、図示の
如くキャップα０にフィルタαηを装置して該フィルタ
αηを介して取入れるようにしてもよいし、この場合、
取入れ孔（至）はプロペラシャフトの軸方向と平行に形
成される。

なお、取入れ孔υは第６図の符号（１５Ａ）で示す如く
プロペラボス（５）に周方向に形成することも可能では
あるけれども、好ましくはプロペラシャフトと軸方向に
形成することが望しい。

以上、要するに本発明ではプロペラシャフト（４）に取
付けられたプロペラボス（５）上に、複数枚のプロペラ
羽根（１）が備えられた舶用プロペラ（６）において、 プロペラ半径Ｒにおける０、８　Ｒ〜１．ＯＲの半径位
置のそれぞれのプロペラ羽根背面側にノズｙｖ　（７）
が取付けられておシ、それぞれのノズル（７）はほぼ円
周方向のプロペラ羽根（１）における後縁（３）に向っ
て水を噴出すべく指向されていることを特徴とする舶用
プロペラに係るものであるから、広いプロペラ作動範囲
にわたって、船体後部の伴流中において、誘導抗力を減
少することができ、高効率の舶用プロペラを提供できる
。

また、本発明ではプロペラシャ７）（４）に取付けられ
たプロペラボス（５）上に、複数枚のプロペラ羽根（１
）が備えられた舶用プロペラ（６）において、プロペラ
半径Ｒにおける０、８〜１．ＯＲの半径位置のそれぞれ
のプロペラ羽根背面側にノズｙｖｃｒ）が取付けられて
おり、それぞれのノズＡ／　（ｙ）はほぼ円周方向のプ
ロペラ羽根（１ンにおける後縁（３）に向って水を噴出
すべく指向されておりニプロペラボス（５）には水の取
入れ孔部が形成され、該取入れ孔（至）から取入れられ
た水をポンプ（８）を介して前記ノズ／ｌ／　（７）に
送液する送液パイプ（９）がプロペラ羽根（１）のそれ
ぞれに半径方向として埋設されていることを特徴とする
舶用プロペラに係るものであるから、前述した利点に加
えて、製造が翼端部ＫＲを取シ付けたプロペラよりも容
易である。

いずれにせよ、本発明では、翼先端から流出する渦の挙
動を究明し、翼端渦をおさえ、プロペラ作動条件、プロ
ペラ回転位置によって、水の吹き出し強さを変化させる
ことによって、伴流中での性能向上が期待でき、高効率
な舶用プロペラとして実益穴である。

【図面の簡単な説明】

図面は渦の挙動と本発明の実施例を示し、第１図は翼面
上の境界層とプロペラ後流を示す説明図、第２図は伴流
中の船体後部の伴流、流速を示す説明図、第８図は、伴
流中での翼端渦ピッチ角の変化例を示す説明図、第４図
は翼端渦のピッチにっいての実験結果を示す説明図、第
５図は本発明の実施例を示す一部の斜視図、第６図は翼
端渦の方向を変化させる水の吹き出し状態を示す説明図
、第７図は本発明実施例の全体構成図で、一部を省略し
て示している。 （１）・・・プロペラ羽根、（２）・・・前縁、（３）
・・・後縁、（４）・・・プロペラシャフト、（５）・
・・プロペラボス、（ａ）・・・プロペラ、（７）・・
・ノズル、（８）・・・ポンプ、　（９）・・・パイプ
、（１９・−・取入れ孔。 特許出願人　株式会社神戸製鋼所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　プロペラシャフト（４）に取付けられたプロペラ
   ボス（５）上に、複数枚のプロペラ羽根（１）が備えら
   れた舶用プロペラ（６）において、 プロペラ半径Ｒにおける０、８Ｒ〜１．ＯＲの半径位置
   のそれぞれのプロペラ羽根背面側にノズμ（７）が取付
   けられており、それぞれのノズル（７）はほぼ円周方向
   のプロペラ羽根（１）における後縁（３）に向って水を
   噴出すべく指向されていることを特徴とする舶用プロペ
   ラ。 ２　プロペラシャフト（４）に取付けられたプロペラボ
   ス（５）上に、複数枚のプロペラ羽根（１ンが備えられ
   た舶用プロペラ（６）において、 プロペラ半径Ｒにおける０、８〜１．ＯＲの半径位置の
   それぞれのプロペラ羽根背面側にノズＩＶ　（７）が取
   付けられており、それぞれのノズｙｖ　（７）はほぼ円
   周方向のプロペラ羽根（１）における後縁（３）に向っ
   て水を噴出すべく指向されており、プロペラボス（５）
   には水の取入れ孔（至）が形成され、該取入れ孔α９か
   ら取入れられた水をポンプ（８）を介して前記ノズ１ｖ
   （７）に送液する送液パイプ（９）がプロペラ羽根（１
   ）のそれぞれに半径方向として埋設されていることを特
   徴とする舶用プロペラ。 ８、　それぞれのプロペラ羽根背面側に取付けられるノ
   ズル（７）は、プロペラ羽根（１］における前縁（２）
   に沿って流れる剥離渦がプロペラ羽根（１）の先端に近
   づくにつれて円周方向に流れる剥離渦の中心に設けられ
   、かつ、プロペラ羽根背面上に垂直な面でのノズ１ｖ（
   ７）の方向はその断面での前縁（２）と後縁（３）を結
   んだ線かそれよシ下向きになるようにされ、更に、剥離
   渦の高さを超えない高さであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項いずれかに記載の舶用プロペ
   ラ。 本　プロペラボス（５）に形成された水の取入れ孔α９
   がプロペラボス（５）のキャップ部分に軸方向に形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   舶用プロペラ。 ６、　ポンプ（８）がプロペラボス（５）に内蔵された
   可変容量形であることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の舶用プロペラ。