JPS62103296A - 船舶プロペラの回転抵抗の低減方法およびその装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスを船舶プロペラに対して供給または形成
することによって、プロペラの回転抵抗を低減する方法
に係る。本発明はまた、ガスを船舶プロペラに対して供
給または形成することによってプロペラの回転抵抗を低
減するシステムにも係る。

（従来の技術） 船が氷の中を前進する時、プロペラの回転抵抗、すなわ
ちプロペラの運動方向に対して反対□向きのトルクが大
きくなり、プロペラの回転速度が低下する。この時氷が
船の航行速度を低下させると共に氷片がプロペラの中に
入り込む。

機関の最大出力を得るために強力なディーゼル機関を用
いた場合でも、プロペラと連結したディーゼル機関の回
転速度が低下しないことがやはり重要である。

先行技術では船舶にピッチ制御式プロペラを用いて、プ
ロペラ羽根のピッチ角を小さくすることによって回転抵
抗を低減する方法が周知である。しかしピッチ制御式プ
ロペラは高価である上、ハブが大型になることから損失
も生じる。

その強度と信頼性から見た場合、氷も問題になって来る
。特に不都合なのは、氷の中を航行中にプロペラのピッ
チを小さくした場合、前方から来る氷に対して羽根がほ
ぼ横方向に向くことになり、羽根にかかる氷の荷重が大
きくなると共に、羽根が最も弱い方向に作用する。同時
に羽根と羽根の間の空隙が非常に小さくなり、氷片を細
かく砕かなくてはプロペラ羽根の間を通せないような状
態となる。このため、船体に強い振動が生じる結果とな
る。

先行技術ではまた、例えば電気式・油圧式機械式等の高
価な動力伝達システムを用いることにより、機関とプロ
ペラの回転速度比を変更できるようにする方法も周知で
ある。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の方法あるいは装置にあっては、システ
ムが大型・高価になると共に動作の信頼性も低かった。

本発明の目的は、氷中航行船舶のプロペラ抵抗を通常は
短時間で制御可能に低減することにより、氷中航行に可
変伝達比を有する動力伝達システムやピッチ制御式プロ
ペラの必要性を無くすこと、あるいはピッチ制御式プロ
ペラを用いた場合はその制御効果を強化することにある
。

（問題点を解決するための手段） ところで、船舶プロペラに対して空気その他のガスを送
ることによって、キャビテーションから来る騒音、腐食
等の障害を低減できることは周知である。キャビテーシ
ョンによって生じる蒸気の泡を除去した場合は強力な圧
力衝撃が生じる。しかしプロペラに吹きつけられるガス
の泡は圧力が上昇しても無くならず、穏やかに小さくな
るだけであるため、圧力衝撃が防止され′る。スーパー
キャビテーション式プロペラを設けた高速モータボート
やその他の高速ボートでは、プロペラに対して空気また
は排気ガスを送ることも周知である。この時のガスの機
能は、キャビテーションを減少する他、ブライディング
ボートまたはプレーニングボートにおいてプレーニング
段階とボートが排水段階からプレーニング段階にまだ達
しない段階との間で比較した場合のプロペラの差動水抵
抗を補償することである。

耐水船舶および耐水船級として建造された船舶はこのよ
うなボートより相当重く、またプロペラ羽根が厚くなっ
ており、重い荷重に耐えるよう設計されている。これに
対して高速モータボートのスーパーキャビテーション式
プロペラは全く異なる様式で設計される。氷中航行を予
定される船舶の場合、速度対喫水線長の比率を表わすフ
ルード数がｃＬ５以下であるのに対し、プレーニング型
高速モータボートの場合はこれが１．０以上となる。

この他、船体周辺の水の中に空気を吹込む方法も周知で
ある。この吹込みによって垂直流を生じ、それによって
船体面から氷を持上げるのと同時に、プロペラから離脱
する方向に氷を送る。しかしこのシステムではプロペラ
の動作上障害になるという考えから、プロペラに対して
空気を吹付けることはしていない。またプロペラの回転
速度または抵抗に応じて空気供給ｉｔを制御することも
していない。

本発明の方法の特徴は、氷中航行用船舶に用いられて、
氷によって生じるプロペラの回転抵抗の増大および／ま
たはプロペラの回転速度の低下を減少する点にある。氷
によって生じるプロペラの回転抵抗が増加すると、ガス
の供給量を増加することができる。本発明による装置の
特徴は、氷中航行用船舶に取付けられる点にある。

（作用） 本発明によると、プロペラの回転抵抗の低減を簡単な方
法で有効に、しかも安価に行なうことができる。プロペ
ラにガスを送ることによって、プロペラの水抵抗を、例
えば約５０％低減することができる。同時にプロペラに
よるスラストおよびプロペラを通過する水量が低減され
ることにより、水と一緒にプロペラへ運ばれて来てプロ
ペラに抵抗を生じる氷の量も減少する。

この場合、氷の抵抗の低減という副次的利点も達成され
るのである。

なんとなれは、本発明によりプロペラにガスを送る時、
吸引側にあるプロペラ羽根の面の大部分をガスで機うこ
とか重要である。ガスの泡によって、羽根の吸引面が水
や氷と接触するのを防止すると共に、負の圧力を低減す
ることによって、プロペラの抵抗を小さくする。抵抗を
下げる途中で、ガスの泡も形成され始めたばかりの初期
制御段階においては、プロペラに対して十分な量のガス
を送る必要がある。その童はプロペラを通過する水量の
少なくともα５％、できれば少なくとも１％とする。そ
れより大量のガス、例えば２％のガスを必要とする場合
もある。ガスをプロペラに供給し終わってもガスは羽根
と接触したままとなり、ガスの供給量をプロペラから逃
げるガスの量と等しいところまで下げることができる。

この段階において適当なガスの供給量は、当初の必要量
のおそらくは半分位かそれより少ない場合もあろう。

プロペラに対するガスの供給は、例えば船舶の駆動機関
の動力調整装置が動力の増大中にある限界を超えた時に
開始されるように構成することができる。また、プロペ
ラの回転速度を測定する検出器によってガス供給を制御
し、回転速度が低くなって来た時に供給を開始するよう
に構成することもできる。検出器にプロペラのトルクを
測定させることもでき、その場合はトルクが増加すると
ガス供給が開始される。その他の種類の検出器、例えば
氷の接近を監視する検出器等も考えられる。プロペラに
対してガスを高速に送ることができ、かつその効果の停
止も高速に行なえるようにするために、ガスの供給地点
をできるだけプロペラに近くする必要がある。

ガスの供給は船舶の１つまたは複数の主プロペラに対し
てのみ行なっても良いし、操舵用プロペラに対しても行
なうようにしても良い。この時、主プロペラというのは
船舶の最大プロペラの少なくとも半分のパワーを有する
全てのプロペラを意味する。操舵用プロペラのパワーは
これより低くなっている。

（実施例） 次に添付図面を参照しながら、本発明およびその詳細に
ついて、より細かく説明することにする。

第１図の実施態様では、配管系２が船体１の船尾部分に
、プロペラ３の正面と裏面に空気を送るように配設され
ている。配゛ａ系には空気量制御弁４が設けられている
。プロペラ前部に空気を送る管はプロペラの他、船の船
尾材５の裏面、およびシューピース１５の上面において
開口している。後退時にプロペラの後側に空気を送る管
が方向舵６の前縁部において開口している。配管系の中
に空気を供給するために、ファン７またはコンプレッサ
が配管系に設けられる。

圧縮空気槽１６も設けることができる。プロペラは水位
ＷＬより完全に下になるように配置する。船が前進して
、氷があるためにプロペラの回転抵抗を下げる必要のあ
る時、空気をプロペラ前方、すなわちプロペラの吸引側
に送る。

第２図は機関１７のスーパーチャージャーから空気を受
けるようにした実施態様を示している。機関の運転パワ
ーが増大すると、スーパーチャージャーは機関に対して
より多くの過給用空気を与えようとするが、回転速度が
低下するに従がって機関はこれを使用できなくなる。

第３図と第４図は空気の通路に関する解決策を示したも
のである。空気管がプロペラ３の主軸８を通ってプロペ
ラハブ９に入っており、ハブから穿孔１０が各々の羽根
に通っている。各穿孔から羽根面に開口部１１が開口し
ている。

第５図と第６図は本発明をノズルプロペラと関連させた
適用例を示したものである。船体１に固定したノズル１
２がプロペラ３を取囲んでいる。空気はノズルの中に通
す。開口部１３がノズルからプロペラ助万に、開口部１
４がプロペラ後方に開口している。

第７図は浅い所での航行に適するトンネル型船尾を備え
た船舶に本発明を適用した例を示す。

船舶の船尾において、船底がプロペラの上方で上向きに
湾曲しており、船舶を取巻く水位ＷＬの上方でプロペラ
に面して閉塞空間１５が形成されており、プロペラ３は
部分的にその閉塞空間の中に延びている。配管系２から
この空間内に空気を送ると、プロペラ羽根がその空気を
水位の下まで一緒に運び込んで行く。空気は直接外気か
ら取ることもできる。閉塞空間内に負の圧力があるため
、弁４を開放すると外部圧力源を用いなくても配管系２
から空間内へ空気を吸引できるためである。

本発明は上に挙げた実施態様のみに制限されるものでは
なく、特許請求の範囲の中でいろいろに変化させること
ができる。プロペラに送るガスも空気の代わりに他のガ
ス、例えば船舶の駆動機関からの排気ガスとすることも
できる。

また、そのガスを所望個所へ送るために、開口部の代わ
りに適当な形状の溝を用いることもできる。船体に固定
した特殊な突起部を介してガスをプロペラに送るように
することもできる。

この突起部には同時に氷をプロペラから離脱させたり、
あるいは水をプロペラの方へ誘導する働きもさせること
ができる。船舶に操舵用プロペラが回転式支持体の上に
装着して設けられている場合、ガス供給点をこの支持体
上に配置しても良い。

ガス供給の制御は自動的または手動で行なうことができ
る。ガス供給はガスそのままで行なっても良いし、ある
いはガスと液体の混合物として行なっても良い。ガスま
たはガスと液体の混合物が固体物質に粒子を含ませても
艮い。ガスの泡は、プロペラまたはその近辺に氷中でガ
スを生成する化学物質を供給することによって形成する
こともできるし、また１）Ｅ流を氷中に通して水を分解
するなどの物理的手段によって形成することもできる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば氷中航行用船舶のプ
ロペラに対しガスを供給することによって、プロペラの
回転抵抗の低減を簡単かつ安価に行なうことができる。

また、小型で設置スペースも小さくて済むので応用範囲
が広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した船舶の船尾の側面図である。 第２因は本発明の第２実施態様を用いた船舶船尾の側面
図。 第４図は同じプロペラを正面から示した垂直断面図。 第５図は本発明により船舶に使用するノズルプロペラの
側面図であり、ノズルを断面で示す。 第６図は第５図のＡ−Ａ線に沿う断面図。 第７図は本発明を適用したトンネル型船尾を備えた船舶
船尾の略側面図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、船舶（１）のプロペラ（３）に対してガスを送る
   かまたは形成することによってプロペラの回転抵抗を低
   減する方法であって、氷中航行用船舶（１）に用いられ
   て、氷によって生じるプロペラの回転抵抗の増大および
   ／またはプロペラの回転速度の低下を減少することを特
   徴とする方法。 ２）、船舶が氷中を航行する際の航行速度の低下の結果
   および／または氷片または氷塊がプロペラ内に入る結果
   増大するプロペラの回転抵抗を低減するために該方法が
   使用されることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ３）、氷によって生じるプロペラの回転抵抗の変化に応
   じてガスの供給または形成が制御されることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４）、ガスの供給または形成の制御が、プロペラ軸（８
   ）の回転速度またはプロペラ軸のトルクを測定する検出
   器、またはプロペラに接近する氷を検出する検出器を用
   いて行なわれることを特徴とする、特許請求の範囲第３
   項に記載の方法。 ５）プロペラ羽根の吸引側の面の大部分がガスによって
   覆われるようにプロペラ（３）に対してガスの供給また
   は形成が行なわれることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１〜４項の何れかに記載の方法。 ６）、回転抵抗を低減するためには、プロペラに対して
   供給または形成されるガスの体積流量を、フルパワー時
   にプロペラを通過する水の体積流量の少なくとも０．２
   ５％、望ましくは少なくとも０．５％、特に望ましくは
   少なくとも１％とすることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１〜５項の何れかに記載の方法。 ７）、プロペラに供給されるガスが空気または排気ガス
   である、特許請求の範囲第１〜６項の何れかに記載の方
   法。 ８）、コンプレッサ、ブロワ、圧縮空気槽、駆動機関の
   スーパーチャージャー、またはプロペラの吸気によって
   プロペラへガスを送ることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１〜７項の何れかに記載の方法。 ９）、化学的手段または電流等の物理的手段によってプ
   ロペラまたはその近辺にガスを形成することを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１〜７項の何れかに記載の方法。 １０）、船舶（１）のプロペラ（３）にガスを供給また
   は形成することによってプロペラの回転抵抗を低減する
   ための装置であって、該構成が氷中航行用船舶（１）に
   取付けられることを特徴とする装置。 １１）、ガスの供給または形成を、氷によって生じる回
   転抵抗に応じて調節できることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１０項に記載の装置。 １２）、１つまたは複数のガス供給点が、その地点から
   ガスが氷流と共にプロペラに向かって運ばれる地点に配
   置されており、かつプロペラからガス供給点までの距離
   がプロペラ（３）の直径寸法の最大で４倍、望ましくは
   最大で２倍、特に望ましくはプロペラ直径と等しいこと
   を特徴とする、特許請求の範囲第１０項または第１１項
   に記載の装置。 １３）、ガス供給点（１１）がプロペラ（３）の羽根お
   よび／または羽根の根元および／またはプロペラハブに
   配置されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   ２項に記載の装置。 １４）、ガス供給点が船体上または船尾材（５）上でプ
   ロペラ（３）の前方、および／または船舶のシューピー
   ス（１５）上でプロペラの下方に配置されていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１２項に記載の装置。 １５）、ガス供給点がプロペラ軸の静止または可動支持
   体上に配置されていることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１２項に記載の装置。 １６）、ガス供給点（１３、１４）がプロペラ（３）を
   取囲むノズル（１２）に配置されていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１２項に記載の装置。 １７）、ガス供給点が船舶（１）の船体上の突出部にあ
   り、該突出部がプロペラから氷片を離脱させるように配
   置されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１２
   項に記載の装置。 １８）、後退用として、ガス供給点がプロペラの後方、
   例えば方向舵（６）上に配置されていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１２〜１７項の何れかに記載の装
   置。 １９）、プロペラ（３）が閉塞空隙（１５）内部で船舶
   から取囲む水位（ＷＬ）から部分的に上に出ているトン
   ネル型船尾を備えた船舶に取付けられる装置であって、
   該船舶が船底の下方に前記閉塞空間（１５）にガスを送
   り込むため手段（２、４）を備えていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１０項に記載の装置。 ２０）、船舶の１つまたは複数の主プロペラおよび／ま
   たはパワーがそれより低い操舵用プロペラに対してガス
   が供給または形成されることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１０〜１９項の何れかに記載の装置。