WO2024018777A1 - サイドスラスタ装置 - Google Patents

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WO2024018777A1
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tunnel
propeller
slit holes
slit
circumferential direction
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PCT/JP2023/021353
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English (en)
French (fr)
Inventor
慎之助 齋藤
真伍 山口
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/42—Steering or dynamic anchoring by propulsive elements; Steering or dynamic anchoring by propellers used therefor only; Steering or dynamic anchoring by rudders carrying propellers

Definitions

  • the present disclosure relates to a side thruster device that provides a ship with a propulsion force in the width direction of the ship.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a side thruster using a variable pitch propeller is equipped with an injection mechanism that can increase the speed of the water flow from the upstream side of the water flow at the blade peripheral edge position.
  • Patent Document 1 as an injection mechanism, a pressure waterway is arranged outside a tunnel in which a variable pitch propeller is arranged, and a plurality of injection holes connected to this pressure waterway are arranged in an annular shape along the circumferential surface of the tunnel. It is located. Seawater in the pressure channel is driven by the pressurizing impeller and is injected from the injection hole to the upstream surface of the blade, reducing the angle of attack of the water flow on the blade cross section and preventing extreme overload at the blade tip. be done. As a result, the occurrence of cavitation is suppressed.
  • the configuration of Patent Document 1 requires a pressurizing impeller and a drive device for driving the impeller, resulting in a complicated structure and increased manufacturing cost.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a side thruster device that can suppress the occurrence of cavitation with a simple structure.
  • a side thruster device has a cylindrical tunnel extending in the width direction of the hull and a plurality of flat blades, and the rotation axis is aligned with the central axis of the tunnel.
  • a propeller disposed at a predetermined position in the tunnel so as to coincide with each other; and a plurality of first slit holes arranged in a circumferential direction of the tunnel in a wall of the tunnel closer to starboard than the propeller.
  • a plurality of first slit holes each of which is an opening formed to extend in a direction crossing the extending direction of the tunnel; and a plurality of first slit holes, each of which is an opening formed to extend in a direction crossing the extending direction of the tunnel;
  • a plurality of second slit holes arranged in a row each of which is an opening formed to extend in a direction intersecting the extending direction of the tunnel;
  • a return flow path that is a cylindrical flow path arranged to penetrate inside the tunnel and communicates with the inside of the tunnel via the plurality of first slit holes and the plurality of second slit holes;
  • the present disclosure has the above-described configuration and has the effect of providing a side thruster device that can suppress the occurrence of cavitation with a simple structure.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a portion of the hull in which a side thrust device according to an example of the present embodiment is installed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a slit hole opened in a tunnel wall in this embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a portion of the hull where a side thruster device of a comparative example is installed.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating water flow, etc. to the flat blade of the propeller in the side thruster device of the comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating water flow, etc. with respect to a flat blade of a propeller in a side thruster device according to an example of this embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the slit hole opened in the tunnel wall in this embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a portion of the hull in which a side thrust device according to an example of the present embodiment is installed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a slit hole opened in a tunnel wall. In FIG. 2, the thickness of the tunnel wall 21 is ignored.
  • the side thruster device 100 shown in FIG. 1 is installed, for example, on the bow side or the stern side of the hull 1.
  • This side thruster device 100 includes a cylindrical tunnel 2 extending in the width direction of the hull 1, a side thruster 3, and a plurality of first slit holes S1 and second slit holes each consisting of an opening in a wall 21 of the tunnel 2. It includes a slit hole S2 and a cylindrical return flow path 7.
  • the tunnel 2 is provided, for example, on the bow side or the stern side of the hull 1 below the waterline so as to penetrate through the hull 1 in the hull width direction.
  • the side thruster 3 is a propulsion device that provides propulsive force to the hull 1 in the hull width direction by drawing in water such as seawater from one opening of the tunnel 2 and discharging it from the other opening.
  • the side thruster 3 includes a propeller 4, a motor 5 that drives the propeller 4, a gear case 6 that houses a power transmission mechanism that transmits the output of the motor 5 to the propeller 4, and the like.
  • the propeller 4 is arranged at a predetermined position within the tunnel 2 so that its rotation axis coincides with the central axis A of the tunnel 2.
  • the propeller 4 is a variable pitch propeller having a plurality of flat blades 41, and by changing the blade angle, the direction of the water flow within the tunnel 2 caused by the rotation of the propeller 4 can be changed.
  • the propeller 4 has four flat blades 41.
  • the plurality of first slit holes S1 and the plurality of second slit holes S2 are arranged in the wall 21 of the tunnel 2 on both sides of the propeller 4 in the circumferential direction of the tunnel 2.
  • the first slit hole S1 is formed in the wall 21 of the tunnel 2 closer to the starboard side than the propeller 4
  • the second slit hole S2 is formed in the wall 21 of the tunnel 2 closer to the port side than the propeller 4.
  • the plurality of first slit holes S1 and the plurality of second slit holes S2 are each an opening formed to extend in a direction intersecting the extending direction of the tunnel 2.
  • the return flow path 7 is a cylindrical flow path arranged so that the tunnel 2 passes through the inside thereof, and communicates with the inside of the tunnel 2 via slit holes S1 and S2 on both sides.
  • the return flow path 7 is formed by a gap between a cylindrical wall 21 forming the tunnel 2 and a cylindrical wall 22 arranged at a predetermined interval on the outside thereof.
  • the first slit hole S1 and the second slit hole S2 are formed to extend in directions that intersect in opposite directions with respect to the circumferential direction of the tunnel 2, as shown in FIG. Moreover, the plurality of first slit holes S1 are formed so as to be continuous over the entire circumference of the tunnel 2 when viewed from the extending direction of the tunnel 2. Similarly, the plurality of second slit holes S2 are formed so as to be continuous over the entire circumference of the tunnel 2 when viewed from the extending direction of the tunnel 2. In other words, when viewed from the extending direction of the tunnel 2, there is no gap between the first slit holes S1 that are adjacent to each other, and similarly there is no gap between the second slit holes S2 that are adjacent to each other.
  • the first slit holes S1 that are adjacent to each other partially overlap as shown in the overlapping range D1 in FIG. 2, and when viewed from the extending direction of the tunnel 2,
  • the second slit holes S2 that are adjacent to each other partially overlap each other, as shown by the overlapping range D2 in FIG. 2 .
  • FIG. 1 shows an example in which water flows in the tunnel 2 from the port side to the starboard side as shown by the solid line arrow due to the rotation of the propeller 4, and on the downstream side of the propeller 4, water flows as a swirling flow. Then, due to the water flow flowing through the tunnel 2 caused by the rotation of the propeller 4, the water pressure applied to the first slit hole S1 on the downstream side of the propeller 4 becomes greater than the water pressure applied to the second slit hole S2 on the upstream side of the propeller 4. As a result, as shown by the broken line arrow in FIG. flows out into the tunnel 2 from the second slit hole S2 upstream of the propeller 4.
  • the swirling flow downstream of the propeller 4 is directed to the first slit hole S1. It passes through the return flow path 7 and flows out into the tunnel 2 as a swirling flow from the second slit hole S2.
  • the first slit hole S1 serves as an inlet to the return channel 7, and the second slit hole S2 serves as an outlet from the return channel 7.
  • the second slit hole S2 becomes the inlet to the return flow path 7, and the first slit The hole S1 serves as an outlet from the return flow path 7.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a portion of the hull where a side thruster device of a comparative example is installed.
  • the side thruster device 200 of this comparative example has a configuration in which the first slit hole S1, the second slit hole S2, and the return flow path 7 are not provided in the side thruster device 100 of the present example, and the other configuration is the same as in FIG. This is similar to the side thruster device 100.
  • FIG. 4 is a diagram showing the water flow etc. to the flat blade 41 of the propeller 4 in the side thruster device 200 of the comparative example.
  • the coordinate system (r, ⁇ , z) shown in FIG. 4 has the center axis A of the tunnel 2, that is, the rotation axis of the propeller 4 as the origin, the r axis in the radial direction from the origin, the ⁇ axis in the circumferential direction, and the tunnel 2.
  • the direction of the central axis is the z-axis.
  • the flat blade 41 shown in FIG. 4 (hereinafter also simply referred to as "blade 41") shows a cross section of the blade 41 at a certain distance from the center of the rotation axis of the propeller 4, where LE is the leading edge of the blade and TE is the blade 41. This is the trailing edge of the wing. Dashed arrows indicate the flow of water to the wing 41. Arrow a indicates the rotation direction of the blade 41, and arrow b indicates the flow direction of water within the tunnel 2. In addition, in the vector diagram shown in FIG.
  • V is the rotational speed of the blade 41
  • C1 is the water flow velocity component in the central axis direction in the tunnel 2
  • W1 is the relative speed of the water flow to the blade 41
  • ⁇ 1 is the relative speed of the water flow to the blade 41. It is the angle of attack of the water flow.
  • the front side of the blade 41 in the rotation direction becomes a pressure surface 41a, and the opposite side becomes a negative pressure surface 41b.
  • FIG. 5 is a diagram showing the water flow etc. to the flat blade 41 of the propeller 4 in the side thruster device 100 of this example, and is shown in the same expression method as FIG. 4.
  • the angle of attack ⁇ 2 is smaller than the angle of attack ⁇ 1 in the case of the side thruster device 200 of the comparative example. This will be explained below.
  • the water flow passing through the return flow path 7 and flowing out to the upstream side of the propeller 4 increases the flow rate flowing into the blade leading edge LE. Therefore, the water flow velocity component C2 in the central axis direction within the tunnel 2 becomes larger than the velocity component C1 in the case of the comparative example. As a result, if the relative speed of the water flow to the blade 41 is provisionally W12, the angle of attack ⁇ 12 will be smaller than the angle of attack ⁇ 1 in the comparative example.
  • the swirling flow flowing in from the first slit hole S1 passes through the return flow path 7, and the swirling flow is returned to the upstream side of the propeller 4 from the second slit hole S2.
  • the rotational speed of the blade 41 relative to the water flow is V ⁇ f.
  • the relative velocity of the water flow to the blade 41 becomes W2, and the angle of attack ⁇ 2 becomes smaller.
  • the water flow on the downstream side of the propeller 4 is returned to the upstream side through the return flow path 7, thereby increasing the pressure flowing into the propeller 4 and causing cavitation. It becomes difficult to do.
  • the water flow on the downstream side of the propeller 4 is returned to the upstream side, and at the same time, the swirling flow generated by the rotation of the propeller 4 is returned to the upstream side of the propeller 4. The angle becomes ⁇ 2. Thereby, the generation of a leading edge separation vortex on the suction surface 41b side of the blade leading edge LE can be suppressed.
  • the side thruster device 100 of this example has a simple structure that includes the return flow path 7 and the slit holes S1 and S2 that serve as the inlet and outlet of the return flow path, thereby suppressing the occurrence of cavitation, suppressing the decrease in propulsive force, and reducing energy loss. It is possible to reduce the angle of attack ⁇ 2 to be small.
  • variable pitch propeller is used as the propeller 4, but a fixed pitch propeller may also be used.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the slit hole opened in the wall of the tunnel in this embodiment.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of the tunnel 2 and the return flow path 7 in a portion where the slit holes are provided on the left side, and a side view of the tunnel 2 in the portion where the slit holes are provided on the right side.
  • the first slit hole S1 is formed in the wall 21 of the tunnel 2 closer to the starboard side than the propeller 4, and the second slit hole S1 is formed in the wall 21 of the tunnel 2 closer to the port side than the propeller 4.
  • the hole S2 has the same shape, and both are shown as slit holes Sa.
  • the plurality of slit holes Sa are formed to extend in the circumferential direction of the tunnel 2, and are arranged in a line in the circumferential direction of the tunnel 2.
  • the slit holes Sa adjacent to each other are separated by an inter-slit support portion 21a formed of the wall 21 of the tunnel 2 between them. That is, the slit hole Sa is an opening formed in the wall 21 of the tunnel 2 so as to extend in a direction perpendicular to the direction in which the tunnel 2 extends.
  • the effect of the return flow path 7 is preferentially exhibited in the region where cavitation is likely to occur in the tunnel 2, and the area ratio of the inter-slit support portion 21a is increased in other regions to strengthen the tunnel 2.
  • the lengths of the plurality of slit holes Sa in the circumferential direction of the tunnel 2 are made to be different so that the slit holes Sa can be increased.
  • the area where cavitation is likely to occur in the tunnel 2 in the absence of the return flow path 7 is the tunnel These are the upper area and the lower area within 2.
  • the gear case 6 obstructs and the flow velocity flowing into the propeller 4 is slowed down, so the load increases and cavitation tends to occur.
  • cavitation is more likely to occur because the water pressure is low near the water surface.
  • separation of the flow tends to occur at the lower part of the entrance of the tunnel 2, and the flow velocity flowing into the propeller 4 becomes slow, so the load increases and cavitation tends to occur.
  • the slit hole Sa is designed so that the swirling flow passing through the return flow path 7 and returning to the upstream side of the propeller 4 returns more effectively to the upper and lower regions in the tunnel 2.
  • the swirling flow that has returned through the flow path 7 flows out into the tunnel 2 from the slit hole Sa (S2) on the upstream side of the propeller 4. Therefore, depending on the swirling direction and swirling speed of this swirling flow, in other words, depending on the usage range of the rotational direction and rotational speed of the propeller 4 and the angle of rotation of the blades, when viewed from the central axis direction of the tunnel 2, the arrow d A direction is set that is shifted by a predetermined angle from the vertical direction shown by in the direction opposite to the rotation direction of the propeller 4. In the example of FIG. 6, this direction is the direction indicated by arrow e.
  • a first predetermined range in the circumferential direction centered on the portion of the tunnel 2 in the direction of arrow e is set.
  • the area ratio of the slit hole Sa in the first predetermined range is increased by making the length of the slit hole Sa in the first predetermined range longer than the length outside the first predetermined range. Thereby, the flow velocity flowing into the propeller 4 can be increased, and the occurrence of cavitation can be further suppressed.
  • a second predetermined range in the circumferential direction centered on the part of the tunnel 2 in the direction intersecting (for example, orthogonal to) the arrow e is set, and the length of the slit hole Sa in this second predetermined range is the second predetermined range.
  • the length of the slit hole Sa may gradually vary in the circumferential direction of the tunnel 2.
  • the above-mentioned first predetermined range is a straight line that is shifted by a predetermined angle in the direction opposite to the rotational direction of the propeller 4 from a vertical line that passes through the center axis of the tunnel 2 and extends in the vertical direction when viewed from the direction of the center axis of the tunnel 2. It can be said that this is a predetermined range in the circumferential direction of the tunnel 2 centered on the part of the tunnel 2 that intersects.
  • the above-mentioned predetermined angle is set according to the rotational speed of the propeller 4 and the like.
  • the second predetermined range may be a predetermined range in the circumferential direction of the tunnel 2 other than the first predetermined range.
  • the rotation direction of the propeller 4 is the same even when obtaining propulsion force in opposite directions to the left and right to the hull.
  • the direction of rotation of the propeller 4 is reversed when obtaining a propulsive force in opposite directions to the left and right to the hull.
  • the rotation direction of the propeller 4 may be reversed, so that the length of the slit hole Sa in the upper predetermined range and the lower predetermined range of the tunnel 2 is , the area ratio of the slit hole Sa may be increased by making the slit hole Sa longer than the slit hole Sa in the range between the upper predetermined range and the lower predetermined range. Also in this case, the length of the slit hole Sa may gradually vary in the circumferential direction of the tunnel 2.
  • the lengths of the plurality of slit holes Sa may be the same relatively long length.
  • a side thruster device has a cylindrical tunnel extending in the width direction of a ship hull and a plurality of flat blades, and the side thruster device has a cylindrical tunnel extending in the width direction of a ship body, and has a rotation axis aligned with a central axis of the tunnel.
  • a propeller disposed at a predetermined position; and a plurality of first slit holes arranged in a circumferential direction of the tunnel in a wall of the tunnel closer to starboard than the propeller, each of which is arranged in a predetermined position along the tunnel.
  • the return flow path is a cylindrical flow path provided and communicates with the inside of the tunnel via the plurality of first slit holes and the plurality of second slit holes.
  • the water flow on the downstream side of the propeller is returned to the upstream side through the return flow path.
  • a plurality of first slit holes and a plurality of second slit holes which serve as inflow and outflow inlets of the return flow path, are opened in the tunnel wall so as to extend in a direction intersecting the extending direction of the tunnel, and are opened in the circumferential direction of the tunnel.
  • the angle of attack particularly at the tip of the flat blade, can be reduced, the generation of leading edge separation vortices and tip leakage vortices can be suppressed, and the generation of cavitation can be suppressed.
  • a simple structure that includes a return flow path and a first slit hole and a second slit hole that serve as the inlet and outlet of the return flow path, it is possible to suppress the occurrence of cavitation, thereby suppressing the decrease in propulsive force and reducing energy loss. be able to.
  • the first slit hole and the second slit hole intersect in opposite directions with respect to the circumferential direction of the tunnel. It is formed to extend in the direction of
  • the plurality of first slit holes are continuous over the entire circumference of the tunnel when viewed from the extending direction of the tunnel.
  • the plurality of second slit holes are arranged so as to be continuous over the entire circumference of the tunnel when viewed from the extending direction of the tunnel.
  • the first slit hole and the second slit hole are formed to extend in the circumferential direction of the tunnel.
  • the plurality of first slit holes are formed such that lengths in the circumferential direction of the tunnel are different from each other, and the plurality of first slit holes are formed such that lengths in the circumferential direction of the tunnel are different from each other.
  • the second slit holes are formed to have different lengths in the circumferential direction of the tunnel.

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Abstract

船体の幅方向に延伸した円筒状のトンネルと、複数の平板翼を有し、回転軸がトンネルの中心軸と一致するようにトンネル内の配置されたプロペラと、プロペラより右舷寄りのトンネルの壁に、トンネルの周方向に並んで配設された複数の第１スリット孔であって、それぞれがトンネルの延伸方向に対して交差する方向に延びるように形成された開口である複数の第１スリット孔と、プロペラより左舷寄りのトンネルの壁に、トンネルの周方向に並んで配設された複数の第２スリット孔であって、それぞれがトンネルの延伸方向に対して交差する方向に延びるように形成された開口である複数の第２スリット孔と、トンネルが内側を貫通するように配設された筒状の流路であって、複数の第１スリット孔及び複数の第２スリット孔を介してトンネルの内部と連通する戻り流路と、を備える。

Description

サイドスラスタ装置
　本開示は、船舶に船体幅方向への推進力を与えるサイドスラスタ装置に関する。
　従来、船舶には、離接岸時の回頭や横移動、方位制御や定点保持などの多彩な操船を可能にするために、船体幅方向の推進力を与えるサイドスラスタが搭載されたものがある。可変ピッチプロペラを用いたサイドスラスタでは、左舷方向と右舷方向とに同等なスラストを発生するために、平板翼のプロペラが用いられる。このような平板翼においては、翼断面に反りがある翼と比べて、翼前縁における流体の入射角が大きいことから前縁負荷が高まり、前縁剥離渦が生じやすい。また、平板翼は、翼にねじりがついていないことから翼先端に向かうほど負荷が高く、翼端の圧力面と負圧面との圧力差が大きくなり、大規模な翼端漏れ渦が生じやすい。このようなことから、平板翼を用いたサイドスラスタでは、翼周囲の低圧領域を起源としてキャビテーションが生じやすいという問題がある。
　例えば、特許文献１には、可変ピッチプロペラを用いたサイドスラスタにおいて、翼周縁位置の水流の上流側から水流を増速させることができる噴射機構を備えた構成が開示されている。
実開昭６４－５１５９９号公報
　特許文献１の構成では、噴射機構として、可変ピッチプロペラが配置されるトンネルの外側に、圧力水路が配置されるとともに、この圧力水路につながる複数の噴射孔がトンネルの周面に沿って環状に配置されている。そして、圧力水路内の海水が加圧用インペラの駆動によって噴射孔から翼の上流側の面に噴射されることによって、翼断面における水流に対する迎え角が減少し、翼先端における極端な過負荷が防止される。この結果、キャビテーションの発生が抑制される。しかし、特許文献１の構成では、加圧用インペラおよびそれを駆動する駆動装置が必要であり、構造が複雑になり、製造コストも増大する。
　本開示は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡単な構造でキャビテーションの発生を抑制することができるサイドスラスタ装置を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するために、本開示のある態様に係るサイドスラスタ装置は、船体の幅方向に延伸した円筒状のトンネルと、複数の平板翼を有し、回転軸が前記トンネルの中心軸と一致するように前記トンネル内の所定位置に配置されたプロペラと、前記プロペラより右舷寄りの前記トンネルの壁に、前記トンネルの周方向に並んで配設された複数の第１スリット孔であって、それぞれが前記トンネルの延伸方向に対して交差する方向に延びるように形成された開口である複数の第１スリット孔と、前記プロペラより左舷寄りの前記トンネルの壁に、前記トンネルの周方向に並んで配設された複数の第２スリット孔であって、それぞれが前記トンネルの延伸方向に対して交差する方向に延びるように形成された開口である複数の第２スリット孔と、前記トンネルが内側を貫通するように配設された筒状の流路であって、前記複数の第１スリット孔及び前記複数の第２スリット孔を介して前記トンネルの内部と連通する戻り流路と、を備えている。
　本開示は、以上に説明した構成を有し、簡単な構造でキャビテーションの発生を抑制することができるサイドスラスタ装置を提供することができるという効果を奏する。
図１は、本実施形態の一例のサイドスラスト装置が設置された部分の船体の模式断面図である。 図２は、本実施形態においてトンネルの壁に開口されたスリット孔の一例を示す模式図である。 図３は、比較例のサイドスラスタ装置が設置された部分の船体の模式断面図である。 図４は、比較例のサイドスラスタ装置におけるプロペラの平板翼に対する水流等を示す図である。 図５は、本実施形態の一例のサイドスラスタ装置におけるプロペラの平板翼に対する水流等を示す図である。 図６は、本実施形態においてトンネルの壁に開口されたスリット孔の他の例を示す模式図である。
　以下、本開示の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。
　（実施形態）
　図１は、本実施形態の一例のサイドスラスト装置が設置された部分の船体の模式断面図である。また、図２は、トンネルの壁に開口されたスリット孔の一例を示す模式図である。図２では、トンネルの壁２１の厚みを無視して図示している。
　図１に示すサイドスラスタ装置１００は、例えば、船体１の船首側または船尾側に設置される。このサイドスラスタ装置１００は、船体１の幅方向に延伸した円筒状のトンネル２と、サイドスラスタ３と、トンネル２の壁２１が開口された開口部からなる複数の第１スリット孔Ｓ１及び第２スリット孔Ｓ２と、筒状の戻り流路７とを備えている。
　トンネル２は、例えば、船体１の船首側または船尾側において、喫水線より下方に、船体１を船体幅方向に貫くように設けられている。
　サイドスラスタ３は、トンネル２の一方の開口から海水等の水を引込んで、他方の開口から吐出することにより、船体１に船体幅方向の推進力を与える推進機である。サイドスラスタ３は、プロペラ４と、プロペラ４を駆動するモータ５と、モータ５の出力をプロペラ４へ伝達する動力伝達機構が収納されたギアケース６等を備えている。
　プロペラ４は、その回転軸がトンネル２の中心軸Ａと一致するようにトンネル２内の所定位置に配置されている。プロペラ４は、複数の平板翼４１を有する可変ピッチプロペラであり、翼角を変更することにより、プロペラ４の回転によって生じるトンネル２内の水流の向きを変えることができる。本例では、プロペラ４は、４枚の平板翼４１を有している。
　複数の第１スリット孔Ｓ１及び複数の第２スリット孔Ｓ２は、プロペラ４を挟んでその両側のトンネル２の壁２１に、トンネル２の周方向に並んで配置されている。第１スリット孔Ｓ１はプロペラ４より右舷寄りのトンネル２の壁２１に形成され、第２スリット孔Ｓ２はプロペラ４より左舷寄りのトンネル２の壁２１に形成されている。複数の第１スリット孔Ｓ１及び複数の第２スリット孔Ｓ２は、それぞれ、トンネル２の延伸方向に対して交差する方向に延びるように形成された開口である。
　戻り流路７は、その内側をトンネル２が貫通するように配設された筒状の流路であり、両側のスリット孔Ｓ１，Ｓ２を介してトンネル２の内部と連通している。戻り流路７は、本例では、トンネル２を形成する筒状の壁２１とその外側に所定間隔をあけて配設された筒状の壁２２との隙間によって形成される。
　本例では、第１スリット孔Ｓ１と第２スリット孔Ｓ２とは、図２に示すように、トンネル２の周方向に対して互いに逆方向に交差する方向に延びて形成されている。また、複数の第１スリット孔Ｓ１は、トンネル２の延伸方向から視てトンネル２の全周に亘って連続するように形成されている。同様に、複数の第２スリット孔Ｓ２は、トンネル２の延伸方向から視てトンネル２の全周に亘って連続するように形成されている。換言すれば、トンネル２の延伸方向から視て、互いに隣接する第１スリット孔Ｓ１の間には隙間がなく、同様に互いに隣接する第２スリット孔Ｓ２の間には隙間がない。本例では、トンネル２の延伸方向から視て、互いに隣接する第１スリット孔Ｓ１同士は、図２の重なり範囲Ｄ１で示すように一部が重なっており、トンネル２の延伸方向から視て、互いに隣接する第２スリット孔Ｓ２同士は、図２の重なり範囲Ｄ２で示すように一部が重なっている。
　図１では、プロペラ４の回転によって、実線矢印で示すように水がトンネル２内を左舷側から右舷側へ流れる例を示しており、プロペラ４の下流側では水は旋回流となって流れる。そして、プロペラ４の回転によって生じるトンネル２内を流れる水流によって、プロペラ４より上流側の第２スリット孔Ｓ２に加わる水圧よりもプロペラ４より下流側の第１スリット孔Ｓ１に加わる水圧が大きくなる。これにより、図１の破線矢印で示すように、トンネル２の壁面を流れる水は、プロペラ４より下流側の第１スリット孔Ｓ１から戻り流路７へ流入し、戻り流路７を通過した水は、プロペラ４より上流側の第２スリット孔Ｓ２からトンネル２内へ流出する。ここで、第１スリット孔Ｓ１及び第２スリット孔Ｓ２を、トンネル２の延伸方向に対して交差する方向に延びるように開口することにより、プロペラ４より下流側の旋回流が第１スリット孔Ｓ１から戻り流路７を通過し、第２スリット孔Ｓ２から旋回流としてトンネル２内へ流出する。
　図１の場合、第１スリット孔Ｓ１が戻り流路７への流入口となり、第２スリット孔Ｓ２が戻り流路７からの流出口となっている。なお、翼角を変更し、プロペラ４の回転によって、水がトンネル２内を右舷側から左舷側へ流れる場合には、第２スリット孔Ｓ２が戻り流路７への流入口となり、第１スリット孔Ｓ１が戻り流路７からの流出口となる。
　本例のサイドスラスタ装置１００のように、第１スリット孔Ｓ１及び第２スリット孔Ｓ２の何れかを流入口又は流出口とする戻り流路７を配設したことによる効果について、以下に、比較例と対比して説明する。
　図３は、比較例のサイドスラスタ装置が設置された部分の船体の模式断面図である。この比較例のサイドスラスタ装置２００は、本例のサイドスラスタ装置１００において、第１スリット孔Ｓ１及び第２スリット孔Ｓ２と戻り流路７とが無い構成であり、これ以外の構成は図１のサイドスラスタ装置１００と同様である。
　図４は、比較例のサイドスラスタ装置２００におけるプロペラ４の平板翼４１に対する水流等を示す図である。図４に示す座標系(ｒ，θ，ｚ)は、トンネル２の中心軸Ａ、すなわち、プロペラ４の回転軸を原点とし、原点からの半径方向をｒ軸、周方向をθ軸およびトンネル２の中心軸方向をｚ軸としている。
　図４に示された平板翼４１（以下、単に「翼４１」ともいう）は、プロペラ４の回転軸中心から一定距離離れた部分の翼４１の断面を示し、ＬＥは翼前縁、ＴＥは翼後縁である。破線矢印は翼４１に対する水の流れを示す。矢印ａは翼４１の回転方向、矢印ｂはトンネル２内の水の流れ方向である。また、図４に示されたベクトル図において、Ｖは翼４１の回転速度、Ｃ１はトンネル２内の中心軸方向の水流速度成分、Ｗ１は翼４１への水流の相対速度、α１は翼４１に対する水流の迎え角である。翼４１の回転方向前面側が圧力面４１ａとなり、その反対側が負圧面４１ｂとなる。
　このサイドスラスタ装置２００の場合、迎え角α１が大きいため、翼前縁ＬＥの負圧面４１ｂ側の領域Ｒに前縁剥離渦が形成され、キャビテーションが発生しやすい。
　次に、図５は、本例のサイドスラスタ装置１００におけるプロペラ４の平板翼４１に対する水流等を示す図であり、図４と同様の表現方法で示されている。
　このサイドスラスタ装置１００の場合、比較例のサイドスラスタ装置２００の場合の迎え角α１よりも小さい迎え角α２となる。これについて以下に説明する。
　サイドスラスタ装置１００の場合、戻り流路７を通過してプロペラ４の上流側へ流出する水流によって翼前縁ＬＥへ流れ込む流量が大きくなる。このため、トンネル２内の中心軸方向の水流速度成分Ｃ２が比較例の場合の速度成分Ｃ１よりも大きくなる。これにより、翼４１への水流の相対速度が暫定的にＷ１２になるとすれば、比較例の場合の迎え角α１よりも、小さい迎え角α１２になる。
　さらに、第１スリット孔Ｓ１から流入した旋回流が戻り流路７を通過し、その旋回流が第２スリット孔Ｓ２からプロペラ４の上流側に戻される。ここで、プロペラ４の上流側に戻された旋回流の旋回速度をθｆとすると、水流に対する翼４１の回転速度はＶ－θｆとなる。この結果、翼４１への水流の相対速度がＷ２となり、さらに小さい迎え角α２となる。
　上記のように、本例のサイドスラスタ装置１００の場合、戻り流路７を通ってプロペラ４の下流側の水流が上流側へ戻されることによって、プロペラ４に流入する圧力が高まり、キャビテーションが発生しにくくなる。また、プロペラ４の下流側の水流が上流側へ戻され、かつ、その際にプロペラ４の回転により生じた旋回流がプロペラ４の上流側へ戻されることにより、特に翼端部において、小さい迎え角α２となる。これにより、翼前縁ＬＥの負圧面４１ｂ側の前縁剥離渦の発生を抑制できる。また、小さい迎え角α２となることで、翼４１の翼端部における圧力面と負圧面との圧力差が小さくなり、翼端漏れ渦の発生を抑制できる。このように、前縁剥離渦および翼端漏れ渦の発生を抑制できるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。つまり、本例のサイドスラスタ装置１００では、戻り流路７及びその流出入口となるスリット孔Ｓ１，Ｓ２を備えるという簡単な構造で、キャビテーションの発生を抑制し、推進力の減少を抑えエネルギー損失の低減を図ることができる。
　なお、本例において、プロペラ４には、可変ピッチプロペラを用いたが、固定ピッチプロペラを用いてもよい。
　図６は、本実施形態においてトンネルの壁に開口されたスリット孔の他の例を示す模式図である。図６では、左側にスリット孔が配設された部分のトンネル２及び戻り流路７の断面図を示し、右側にスリット孔が配設された部分のトンネル２の側面図を示す。
　図６の例では、図１において、プロペラ４より右舷寄りのトンネル２の壁２１に形成された第１スリット孔Ｓ１と、プロペラ４より左舷寄りのトンネル２の壁２１に形成された第２スリット孔Ｓ２とは、同じ形状であり、いずれもスリット孔Ｓａとして示す。
　この場合、複数のスリット孔Ｓａは、トンネル２の周方向に延びて形成され、かつ、トンネル２の周方向に１列に並んで配設されている。互いに隣接するスリット孔Ｓａ同士は、これらの間のトンネル２の壁２１からなるスリット間支持部２１ａによって分離されている。つまり、スリット孔Ｓａは、トンネル２の延伸方向と直交する方向に延びるようにトンネル２の壁２１に形成された開口である。
　このようなスリット孔Ｓａを第１スリット孔Ｓ１及び第２スリット孔Ｓ２として用いても、前述の例のように、戻り流路７を通ってプロペラ４の下流側の水流が上流側へ戻され、かつ、その際にプロペラ４の回転により生じた旋回流がプロペラ４の上流側へ戻される。よって、特に翼端部において、図５に示すような小さい迎え角α２となる。したがって、翼前縁ＬＥの負圧面４１ｂ側の前縁剥離渦の発生を抑制できるとともに、翼端漏れ渦の発生を抑制できる。
　また、図６の例では、トンネル２内のキャビテーションが生じやすい領域において優先的に戻り流路７による効果を発揮させ、その他の部位でスリット間支持部２１ａの面積割合を高めてトンネル２の強度を高められるように、複数のスリット孔Ｓａのトンネル２の周方向における長さを異ならせている。
　例えば、縦断面におけるトンネル２内の領域を上から順番に上部領域、中間領域、下部領域と区分した場合に、戻り流路７が無い場合において、トンネル２内においてキャビテーションが生じやすい領域は、トンネル２内の上部領域及び下部領域である。トンネル２内の上部領域においては、ギアケース６が邪魔してプロペラ４へ流入する流速が遅くなるため、負荷が高まり、キャビテーションが生じやすくなる。また、水面に近く水圧が小さいため、キャビテーションが生じやすくなる。一方、トンネル２内の下部領域においては、トンネル２の入口下部で流れの剥離が生じやすく、プロペラ４へ流入する流速が遅くなるため、負荷が高まり、キャビテーションが生じやすくなる。
　そこで、図６の例においては、戻り流路７を通過してプロペラ４の上流側に戻される旋回流が、トンネル２内の上部領域及び下部領域へより効果的に戻るようにスリット孔Ｓａの周方向における長さを設定する。
　例えば、プロペラ４が矢印ｃの方向に回転する場合、プロペラ４の上流側のスリット孔Ｓａ（Ｓ２）からトンネル２内へ戻り流路７を通過した旋回流が流出する。そこで、この旋回流の旋回方向および旋回速度に応じて、換言すればプロペラ４の回転方向および回転速度ならびに翼の変節角度の使用範囲に応じて、トンネル２の中心軸方向から視て、矢印ｄで示す上下方向からプロペラ４の回転方向とは逆方向に所定角度ずれた方向を設定する。図６の例において当該方向は、矢印ｅで示される方向である。そして矢印ｅの方向におけるトンネル２の部位を中心にした周方向における第１の所定範囲を設定する。この第１の所定範囲におけるスリット孔Ｓａの長さが第１の所定範囲外における長さより長くなるようにして第１の所定範囲におけるスリット孔Ｓａの面積割合を高める。これにより、プロペラ４へ流入する流速を増加させ、キャビテーションの発生をより抑制することができる。一方、矢印ｅと交差（例えば直交）する方向におけるトンネル２の部位を中心にした周方向における第２の所定範囲を設定し、この第２の所定範囲におけるスリット孔Ｓａの長さが第２の所定範囲外の長さより短くなるようにして第２の所定範囲におけるスリット間支持部２１ａの面積割合を高め、トンネル２の強度を確保することができる。ここで、図６に示すように、スリット孔Ｓａの長さは、トンネル２の周方向において徐々に異なるようにしてもよい。
　上記の第１の所定範囲は、トンネル２の中心軸方向から視て、トンネル２の中心軸を通り鉛直方向に延びる鉛直線から、プロペラ４の回転方向とは逆方向に所定角度ずらした直線と交差するトンネル２の部位を中心にしたトンネル２の周方向における所定範囲であると言える。上記の所定角度は、プロペラ４の回転速度等に応じて設定される。また、第２の所定範囲は、第１の所定範囲以外のトンネル２の周方向における所定範囲としてもよい。
　なお、ここでは、プロペラ４を可変ピッチプロペラとしているので、船体に対して左右逆方向の推進力を得るときもプロペラ４の回転方向は同一である。一方、プロペラ４を固定ピッチプロペラとした場合には、船体に対して左右逆方向の推進力を得るときにはプロペラ４の回転方向を逆にする。このように、プロペラ４が固定ピッチプロペラである場合には、プロペラ４の回転方向を逆にする場合もあるので、トンネル２の上部の所定範囲及び下部の所定範囲におけるスリット孔Ｓａの長さが、上部の所定範囲と下部の所定範囲と間の範囲におけるスリット孔Ｓａよりも長くなるようにしてスリット孔Ｓａの面積割合を高めるようにしてもよい。この場合も、スリット孔Ｓａの長さは、トンネル２の周方向において徐々に異なるようにしてもよい。
　また、例えば、全てのスリット孔Ｓａの長さを同一にした場合、回転する翼４１による水流とスリット孔Ｓａとの干渉により、ある決まった周波数の騒音や振動が発生する場合がある。そこで、複数のスリット孔Ｓａの長さを異ならせることにより上記の騒音や振動の発生を抑制することができる。なお、全てのスリット孔Ｓａの長さを同一にしても上記のある決まった周波数の騒音や振動が小さく、スリット間支持部２１ａによるトンネル２の強度が確保できれば、全てのスリット孔Ｓａの周方向における長さを、比較的長い同一の長さにしてもよい。
　上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　（まとめ）
　本開示の第１態様に係るサイドスラスタ装置は、船体の幅方向に延伸した円筒状のトンネルと、複数の平板翼を有し、回転軸が前記トンネルの中心軸と一致するように前記トンネル内の所定位置に配置されたプロペラと、前記プロペラより右舷寄りの前記トンネルの壁に、前記トンネルの周方向に並んで配設された複数の第１スリット孔であって、それぞれが前記トンネルの延伸方向に対して交差する方向に延びるように形成された開口である複数の第１スリット孔と、前記プロペラより左舷寄りの前記トンネルの壁に、前記トンネルの周方向に並んで配設された複数の第２スリット孔であって、それぞれが前記トンネルの延伸方向に対して交差する方向に延びるように形成された開口である複数の第２スリット孔と、前記トンネルが内側を貫通するように配設された筒状の流路であって、前記複数の第１スリット孔及び前記複数の第２スリット孔を介して前記トンネルの内部と連通する戻り流路と、を備えている。
　この構成によれば、戻り流路を通ってプロペラの下流側の水流が上流側へ戻される。この際、戻り流路の流出入口となる複数の第１スリット孔及び第２スリット孔が、それぞれトンネルの延伸方向に対して交差する方向に延びるようにトンネルの壁に開口され、トンネルの周方向に並んで配設されていることにより、プロペラの回転により生じた旋回流がプロペラの上流側へ戻される。これにより、平板翼の特に翼端部における迎え角を小さくでき、前縁剥離渦および翼端漏れ渦の発生を抑制し、キャビテーションの発生を抑制することができる。つまり、戻り流路及びその流出入口となる第１スリット孔及び第２スリット孔を備えるという簡単な構造で、キャビテーションの発生を抑制することができ、推進力の減少を抑えエネルギー損失の低減を図ることができる。
　本開示の第２態様に係るサイドスラスタ装置は、第１態様に係るサイドスラスタ装置において、前記第１スリット孔と前記第２スリット孔とは、前記トンネルの周方向に対して互いに逆方向に交差する方向に延びるように形成されている。
　本開示の第３態様に係るサイドスラスタ装置は、第２態様に係るサイドスラスタ装置において、前記複数の第１スリット孔は、前記トンネルの延伸方向から視て前記トンネルの全周に亘って連続するように配設され、前記複数の第２スリット孔は、前記トンネルの延伸方向から視て前記トンネルの全周に亘って連続するように配設されている。これにより、戻り流路を介してプロペラの下流側の旋回流を上流側へ良好に戻すことができる。
　本開示の第４態様に係るサイドスラスタ装置は、第１態様に係るサイドスラスタ装置において、前記第１スリット孔及び第２スリット孔は、前記トンネルの周方向に延びるように形成されている。
　本開示の第５態様に係るサイドスラスタ装置は、第４態様に係るサイドスラスタ装置において、前記複数の第１スリット孔は、前記トンネルの周方向における長さが互いに異なるように形成され、前記複数の第２スリット孔は、前記トンネルの周方向における長さが互いに異なるように形成されている。これにより、全ての第１スリット孔の長さを同一にした場合や全ての第２スリット孔の長さを同一にした場合に、水流とスリット孔との干渉によって発生する、ある決まった周波数の騒音や振動を抑制することができる。
１　船体
２　トンネル
４　プロペラ
７　戻り流路
Ｓ１　第１スリット孔
Ｓ２　第２スリット孔

Claims (5)

  1. 　船体の幅方向に延伸した円筒状のトンネルと、
    　複数の平板翼を有し、回転軸が前記トンネルの中心軸と一致するように前記トンネル内の所定位置に配置されたプロペラと、
    　前記プロペラより右舷寄りの前記トンネルの壁に、前記トンネルの周方向に並んで配設された複数の第１スリット孔であって、それぞれが前記トンネルの延伸方向に対して交差する方向に延びるように形成された開口である複数の第１スリット孔と、
    　前記プロペラより左舷寄りの前記トンネルの壁に、前記トンネルの周方向に並んで配設された複数の第２スリット孔であって、それぞれが前記トンネルの延伸方向に対して交差する方向に延びるように形成された開口である複数の第２スリット孔と、
    　前記トンネルが内側を貫通するように配設された筒状の流路であって、前記複数の第１スリット孔及び前記複数の第２スリット孔を介して前記トンネルの内部と連通する戻り流路と、
    　を備えたサイドスラスタ装置。
  2. 　前記第１スリット孔と前記第２スリット孔とは、前記トンネルの周方向に対して互いに逆方向に交差する方向に延びるように形成された、
    　請求項１に記載のサイドスラスタ装置。
  3. 　前記複数の第１スリット孔は、前記トンネルの延伸方向から視て前記トンネルの全周に亘って連続するように配設され、
    　前記複数の第２スリット孔は、前記トンネルの延伸方向から視て前記トンネルの全周に亘って連続するように配設された、
    　請求項２に記載のサイドスラスタ装置。
  4. 　前記第１スリット孔及び第２スリット孔は、前記トンネルの周方向に延びるように形成された、
    　請求項１に記載のサイドスラスタ装置。
  5. 　前記複数の第１スリット孔は、前記トンネルの周方向における長さが互いに異なるように形成され、前記複数の第２スリット孔は、前記トンネルの周方向における長さが互いに異なるように形成された、
    　請求項４に記載のサイドスラスタ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59109599U (ja) * 1983-01-14 1984-07-24 三井造船株式会社 サイドスラスタのエア−エミツシヨン装置
JPS6451599U (ja) * 1987-09-28 1989-03-30
US6164230A (en) * 1999-08-20 2000-12-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Passive system for mitigation of thruster wake deficit

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