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技術 船舶用推進装置及びそれを備えた船舶

出願人 ナカシマプロペラ株式会社
発明者 岡田善久蓮池伸宏片山健太立川拓也
出願日 2017年6月21日 (3年0ヶ月経過) 出願番号 2017-121193
公開日 2019年1月17日 (1年5ヶ月経過) 公開番号 2019-006169
状態 未査定
技術分野 船舶の推進
主要キーワード 中央部分近傍 延出角度 差圧領域 フィン効果 キャビテーション数 回転方向成分 渦キャビテーション 圧力係数
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる船舶用推進装置及びそれを備えた船舶を提供すること。

解決手段

複数のブレード(3)が外周面に設けられるプロペラボス(2)と、複数のフィン(44)が設けられ、プロペラボス(2)の後端部に取り付けられるキャップ(4)とを備えたスクリュープロペラ(1)において、複数のフィン(44)をキャップ(4)から後方側に延出して設ける構成とした。

概要

背景

従来、スクリュープロペラプロペラボスに取り付けるキャップフィンを設け、スクリュープロペラの推進性能を向上する船舶用推進装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の船舶用推進装置においては、キャップに設けられるフィンの形状を、後半部において後縁側をカットした形状とすることにより、プロペラ後方縮流に対するフィン効果を維持しながら、フィンの抵抗を少なくして推進効率を増加させている。

概要

航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる船舶用推進装置及びそれを備えた船舶を提供すること。複数のブレード(3)が外周面に設けられるプロペラボス(2)と、複数のフィン(44)が設けられ、プロペラボス(2)の後端部に取り付けられるキャップ(4)とを備えたスクリュープロペラ(1)において、複数のフィン(44)をキャップ(4)から後方側に延出して設ける構成とした。

目的

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる船舶用推進装置及びそれを備えた船舶を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

複数のブレード外周面に設けられるプロペラボスと、複数のフィンが設けられ、前記プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備え、前記複数のフィンを前記キャップから後方側に延出して設けたことを特徴とする船舶用推進装置

請求項2

前記キャップは、前記プロペラボスの後端部の外径よりも小径小径部分を有し、前記フィンは、前縁部分の基端部が前記キャップの小径部分に配置されると共に、前記前縁部分がその基端部よりも後方側に延出して設けられることを特徴とする請求項1に記載の船舶用推進装置。

請求項3

前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内で後方側に延出して設けられることを特徴とする請求項2に記載の船舶用推進装置。

請求項4

前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内に配置される部分の割合が、前記仮想線の外側領域に配置される部分よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の船舶用推進装置。

請求項5

前記フィンは、装置本体の回転軸を基準とした径方向外周端部に円弧部分を設けたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の船舶用推進装置。

請求項6

プロペラ軸に固定されるプロペラボスと、前記プロペラボスの外周面に設けられる複数のブレードと、前記プロペラボスの後端部分に設けられる複数のフィンと、を備え、前記複数のフィンを前記プロペラボスの後端部分から後方側に延出して設けたことを特徴とする船舶用推進装置。

請求項7

請求項1から請求項6のいずれかに記載の船舶用推進装置を備えることを特徴とする船舶

技術分野

0001

本発明は、船舶用推進装置及びそれを備えた船舶に関する。

背景技術

0002

従来、スクリュープロペラプロペラボスに取り付けるキャップフィンを設け、スクリュープロペラの推進性能を向上する船舶用推進装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の船舶用推進装置においては、キャップに設けられるフィンの形状を、後半部において後縁側をカットした形状とすることにより、プロペラ後方縮流に対するフィン効果を維持しながら、フィンの抵抗を少なくして推進効率を増加させている。

先行技術

0003

特許第5405872号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に記載の船舶用推進装置においては、主にキャップの側面から側方に向けてフィンが延出して設けられている。このため、スクリュープロペラの回転軸を基準とした、フィンの径方向外周端がプロペラボスの外周面から外側に大きく突出している。このため、フィンの外周端周辺からキャビテーションが生じ、このキャビテーションが騒音の原因となり得る。

0005

このようなフィンから生じるキャビテーションに起因する騒音は、航行時における静穏性の確保が要請される船舶において特に問題となる。近年、乗時における快適性等の観点から、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる船舶が要請されている。

0006

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる船舶用推進装置及びそれを備えた船舶を提供することを目的の1つとする。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一態様の船舶用推進装置は、複数のブレードが外周面に設けられるプロペラボスと、複数のフィンが設けられ、前記プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備え、前記複数のフィンを前記キャップから後方側に延出して設けたことを特徴とする。

0008

この構成によれば、キャップから複数のフィンが後方側に延出して設けられることから、フィンを側方側に延出させる場合に比べて、フィンの外径コンパクト化することができる。これにより、フィンの構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、プロペラボスの後方側の水流がフィンにより調整されることから、プロペラボスの後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。

0009

本発明の船舶用推進装置において、前記キャップは、前記プロペラボスの後端部の外径よりも小径小径部分を有し、前記フィンは、前縁部分の基端部が前記キャップの小径部分に配置されると共に、前記前縁部分がその基端部よりも後方側に延出して設けられる。この構成によれば、プロペラボスの外径よりも内側に配置されたキャップの一部からフィンが後方側に延出して設けられることから、フィンの開始点流速が低い部分に配置することができる。これにより、フィンの後方側(背面側)における圧力を低くできるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。

0010

例えば、本発明の船舶用推進装置において、前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内で後方側に延出して設けられる。この構成によれば、フィンの全体を流速が低い部分に配置できるので、更に効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、装置本体の回転軸を基準としたフィンの外径寸法をコンパクト化することができるので、フィンの外径寸法が反映されるキャビテーション数を大きくでき、キャビテーションを更に発生し難くすることができる。

0011

また、本発明の船舶用推進装置において、前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内に配置される部分の割合が、前記仮想線の外側領域に配置される部分よりも大きい構成としてもよい。この構成によれば、フィンの大部分を流速が低い部分に配置できるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。一方、フィンの一部をプロペラボスの外周面よりも外側に配置できるので、フィンによる推進力を確保することができる。

0012

さらに、本発明の船舶用推進装置において、前記フィンは、装置本体の回転軸を基準とした径方向の外周端部に円弧部分を設けることが好ましい。この構成によれば、フィンの外周端部周辺での圧力の低下を軽減でき、当該外周端部から発生するキャビテーションを抑制することができる。

0013

本発明の一態様の船舶用推進装置は、プロペラ軸に固定されるプロペラボスと、前記プロペラボスの外周面に設けられる複数のブレードと、前記プロペラボスの後端部分に設けられる複数のフィンと、を備え、前記複数のフィンを前記プロペラボスの後端部分から後方側に延出して設けたことを特徴とする。

0014

この構成によれば、プロペラボスの後端部分から複数のフィンが後方側に延出して設けられることから、フィンを側方側に延出させる場合に比べて、フィンの外径をコンパクト化することができる。これにより、フィンの構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、プロペラボスの後方側の水流がフィンにより調整されることから、プロペラボスの後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。

0015

本発明の一態様の船舶は、上述したいずれかの船舶用推進装置を備えることを特徴とする。この構成によれば、上述した船舶用推進装置により奏する効果を船舶で得ることができるので、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能が向上された船舶を提供することができる。

発明の効果

0016

本発明によれば、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる。

図面の簡単な説明

0017

本実施の形態に係る船舶用推進装置の一例であるスクリュープロペラの斜視図である。
本実施の形態に係るスクリュープロペラの側面図である。
本実施の形態に係るスクリュープロペラが有するフィンの構成を説明するための模式図である。
本実施の形態に係るスクリュープロペラが有するフィンの構成を説明するための模式図である。
本実施の形態に係るスクリュープロペラの周辺の流速分布の説明図である。
本実施の形態に係るスクリュープロペラが有するフィンの前縁部分周辺の拡大図である。
本実施の形態に係るスクリュープロペラの周辺の圧力分布の説明図である。
本実施の形態に係るスクリュープロペラに発生する揚力の説明図である。

実施例

0018

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の船舶用推進装置の一例であるスクリュープロペラについて説明する。なお、本実施の形態に係るスクリュープロペラは、可変ピッチプロペラCPP:Controllable Pitch Propeller)に好適に使用されるが、その適用対象はCPPに限定されるものではなく、固定ピッチプロペラFPP:Fixed Pitch Propeller)にも使用することができる。

0019

また、本実施の形態に係るスクリュープロペラは、プロペラ前進率Jが0.8以上の高速航行が可能な船舶に好適に使用される。しかしながら、その適用対象は、上記に該当する船舶に限定されるものではなく、プロペラ前進率Jが0.8より小さい船舶にも適用することができる。なお、プロペラ前進率Jは、以下の式1により求められる。式中の「Va」はプロペラ前進速度[m/s]を示し、「n」はプロペラの回転数[rps]を示し、「D」はプロペラの直径[m]を示す。
J = Va / n×D (式1)

0020

図1は、本実施の形態に係る船舶用推進装置の一例であるスクリュープロペラ1の斜視図である。図2は、本実施に係る形態のスクリュープロペラ1の側面図である。以下の説明においては、図1及び図2に示す前後方向を、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1及びこのスクリュープロペラ1が搭載される船舶の前後方向と呼ぶものとする。なお、図2においては、説明の便宜上、後述するキャップ4の前端部分41と小径部分42との境界破線で示している。なお、図3図5においても同様である。

0021

図1及び図2に示すように、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1は、図示しない駆動源からの推進力が伝達されるプロペラ軸に固定されるプロペラボス(以下、単に「ボス」という)2と、ボス2の外周面に設けられる複数(本実施の形態では5枚)のブレード3と、ボス2の後端部に取り付けられるキャップ4とを含んで構成される。ボス2、ブレード3及びキャップ4は、駆動源からの推進力により一体的に回転可能に構成される。本実施の形態に係るスクリュープロペラ1は、回転軸Aを基準として矢印B方向に回転する(図1参照)。

0022

ボス2は、概して円筒形状を有し、例えば、図示しないプロペラ軸の外周部に固定される。ボス2は、正面視にて、円形状を有する外周面21を備える。ボス2の外周面21には、複数のブレード3が設けられる。なお、複数のブレード3がボス2と別部品として構成される場合、外周面21には、複数のブレード3が嵌合される複数の溝部が形成される。これらの溝部は、ブレード3の嵌合部分における断面形状に一致した形状を有している。

0023

複数のブレード3は、ボス2の外周面21にて周方向に等間隔を空けて配置される。複数のブレード3は、それぞれボス2の外周面21から径方向外側に向かって延びるように設けられている。ボス2及びブレード3は、銅合金等の金属材料鋳造することで一部品として形成することができる。しかしながら、ボス2及びブレード3の構成については、これに限定されるものではなく任意の構成を採用できる。例えば、ボス2を銅合金で形成する一方、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)等で製造したブレード3をボス2の外周面21に嵌合させてもよい。

0024

キャップ4は、例えば、繊維強化プラスチック(FRP)材料で成形されるが、これに限定されない。キャップ4は、ボス2の後端部22に取り付けられ、ボス2の外周面21に一体化されると共に、緩やかにキャップ4の中央側(スクリュープロペラ1の回転軸A側)に湾曲して後方側に平坦面が形成される外面形状を有している。より具体的にいうと、キャップ4は、ボス2の後端部22の外径と同径の前端部分41と、この前端部分41の後方側に連続して配置され、前端部分41の外径よりも小径の小径部分42と、この小径部分42の後縁部分に連続して配置され、スクリュープロペラ1の回転軸Aと直交して延在する平面部分43とを有している(図2参照)。

0025

なお、小径部分42は、前端部分41の外周縁から後方側に行くに連れて内側に湾曲しながら次第に小径となる構成を有する。この小径部分42は、湾曲部分と呼んでもよい。また、前端部分41及び平面部分43は、必ずしも必要ない。例えば、前端部分41及び平面部分43を省略し、キャップ4全体をボス2の外周面21よりも小径の小径部分42(湾曲部分)で構成してもよい。この場合には、小径部分42の前端縁部がボス2の外周面21と同径とされることが好ましい。また、平面部分43を省略し、キャップ4の後端側部分を小径部分42(湾曲部分)で構成してもよい。さらに、前端部分41を省略し、小径部分42及び平面部分43でキャップ4を構成してもよい。

0026

キャップ4には、その表面に沿って複数(本実施の形態では5枚)のフィン44が立設されている。例えば、これらのフィン44は、後面視にて、ボス2に設けられた隣接するブレード3の間の位置に配置されるが、これに限定されない。フィン44は、ブレード3の回転に伴ってボス2の後方側に発生する渦(以下、適宜「ハブ渦」という)の発生を抑制することを前提として、キャップ4における周方向の任意の位置に配置することができる。

0027

このような構成を有するスクリュープロペラ1において、駆動源から推進力を得てブレード3及びフィン44が回転すると、フィン44がボス2の後方側の水流を調整することで、ボス2の後方側に発生するハブ渦が除去される。これにより、ハブ渦に起因するエネルギーのロスを軽減すると同時に推進力を増大することができる。なお、ハブ渦は、渦キャビテーションと呼ばれることもある。

0028

ところで、キャップ4に設けられるフィン44は、スクリュープロペラ1の回転軸Aを基準とした、径方向の外周端の寸法(外径)を大きくすると、推進力を確保できる一方で、フィン44の構成に基づくキャビテーション数が小さくなる。すなわち、フィン44の構成に基づくキャビテーションは、フィン44の表面上の圧力係数−Cpがキャビテーション数σnよりも大きくなる場合に発生する。このため、フィン44の外径が大きくなると、フィン44の外周端周辺からキャビテーションが生じ易くなる。

0029

ここで、圧力係数Cpは、一般に以下の式2により求められる。式中の「P」は表面上の圧力を示し、「P∞」は無限遠の圧力(実船では大気圧)を示し、「ρ」は海水密度を示し、「n」はプロペラの回転数[rps]を示し、「D」はプロペラの直径[m]を示す。ここでは、「n」、「D」は、フィン44の回転数及び直径に置換される。
Cp = (P−P∞) / 0.5×ρ×n2×D2 (式2)

0030

また、キャビテーション数σnは、一般に以下の式3により求められる。式中の「P∞」は無限遠の圧力(実船では大気圧)を示し、「Pv」は海水の蒸気圧を示し、「ρ」は海水の密度を示し、「n」はプロペラの回転数[rps]を示し、「D」はプロペラの直径[m]を示す。ここでは、「n」、「D」は、フィン44の回転数及び直径に置換される。
σn = (P∞−Pv) / 0.5×ρ×n2×D2 (式3)

0031

フィン44から発生したキャビテーションは、スクリュープロペラ1におけるエネルギーのロスの原因となるだけでなく、航行に伴う騒音の原因となる。このため、特に航行時における静穏性が要請される船舶においては、フィン44からのキャビテーションの発生を極力抑制する必要がある。

0032

本発明者等は、ハブ渦の除去に寄与するフィン44の構成が、船舶の航行時における静穏性を阻害する原因となっている点に着目した。そして、キャップ4に設けるフィン44をキャップ4の側方側(図1及び図2における上下方向側)ではなく、キャップ4の後方側に延出させることが航行時における静穏性の確保に寄与することを見出し、本発明に想到した。

0033

すなわち、本発明の骨子は、複数のブレード3が外周面に設けられるボス2と、複数のフィン44が設けられ、ボス2の後端部に取り付けられるキャップ4とを備えるスクリュープロペラ1において、複数のフィン44をキャップ4から後方側に延出して設けることである。

0034

この構成によれば、キャップ4から複数のフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44を側方側(図1及び図2における上下方向側)に延出させる場合に比べて、フィン44の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン44の構成に基づくキャビテーション数を大きくすることができるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、ボス2の後方側の水流がフィン44により調整されることから、ボス2の後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。

0035

以下、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1が有するフィン44の構成について、図3及び図4を参照して説明する。図3及び図4は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1が有するフィン44の構成を説明するための模式図である。図3においては、キャップ4を側方から示し、図4においては、キャップ4を上方側から示している。また、図3及び図4においては、説明の便宜上、単一のフィン44を示している。

0036

図3に示すように、フィン44は、キャップ4に連結される基端部が小径部分42から平面部分43に回り込んで配置されている。フィン44の前縁部分441の基端部(以下、適宜「前縁基端部」という)44aは、小径部分42(より具体的には、小径部分42の中央部分近傍)に連結されている。一方、フィン44の最も内側に配置される基端部(以下、適宜「内側基端部」という)44bは、スクリュープロペラ1の回転軸Aの近傍の平面部分43に連結されている。

0037

スクリュープロペラ1においては、このように前縁基端部44aを小径部分42に配置する一方、内側基端部44bを回転軸Aの近傍に配置することにより、キャップ4に対するフィン44の連結部分を長く確保している。これにより、フィン44自体の強度を確保することができる。この結果、フィン44の厚み寸法を小さくすることできるので、キャップ4の軽量化を通じてスクリュープロペラ1の推進性能を改善することができる。

0038

フィン44の前縁部分441は、前縁基端部44aよりも後方側に延出して設けられている。すなわち、前縁部分441は、ボス2の外周面21よりも内側(回転軸A側)の位置に開始点が配置されている。図3に示すフィン44では、前縁部分441がキャップ4の後方側であって上方側に延出する場合について示している。なお、前縁部分441は、前縁基端部44aよりも後方側に延出することを条件として、その延出角度については任意に変更が可能である。例えば、スクリュープロペラ1の回転軸Aと平行に後方側に延出する構成であってもよい。

0039

フィン44の後縁部分442は、側面視にて、キャップ4の平面部分43より後方側の位置で、平面部分43を含む平面と平行に延在している。図示しない他のフィン44の後縁部分442も同様の構成を有している。すなわち、全てのフィン44の後縁部分442は、側面視にて、同一平面上に配置されている。このようにフィン44の後縁部分442をキャップ4の平面部分43と平行にする配置することにより、キャップ4の後方側で水流が撹拌されキャップ4の後方側での負圧領域の形成を防止することができる。この結果、負圧領域の発生に伴う抵抗を除去でき、スクリュープロペラ1における推進性能を向上することができる。なお、後縁部分442の構成については、これに限定されるものではなく、平面部分43を含む平面と交差する方向に延在していてもよい。

0040

前縁部分441と後縁部分442との間には、円弧部分443が形成されている。すなわち、フィン44は、前縁部分441がキャップ4の後方側に延出すると共に、キャップ4の上下方向の中心側に緩やかに湾曲する円弧部分443を介して後縁部分442に連なっている。なお、円弧部分443は、スクリュープロペラ1の回転軸Aを基準とした、フィン44の径方向の外周端部を構成する。

0041

また、円弧部分443で構成されるフィン44の外周端部は、ボス2の外周面21に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Cの内側領域内に配置されている。図示しない他のフィン44の円弧部分443も同様の構成を有している。すなわち、すなわち、キャップ4に設けられた複数のフィン44は、後面視にて、その全体がボス2の外周面21よりも内側の領域内に収容されている。

0042

フィン44の前縁部分441には、図4に示すように、両面に円弧形状部441a、441bが形成されている。円弧形状部441aは、船舶の前進時におけるフィン44の回転方向の後面側に配置され、円弧形状部441bは、フィン44の回転方向の前面側に配置されている。前縁部分441における円弧形状部441bの形成領域は、円弧形状部441aよりも大きく構成されている。円弧形状部441bは、円弧形状部441aよりも大きなR形状を有している。詳細について後述するように、これらの円弧形状部441a、441bは、ブレード3からの水流がフィン4から剥離するのを抑制する役割を果たす。

0043

以下、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1の構成によって得られる、キャビテーションの抑制効果及び推進性能の改善効果について説明する。まず、スクリュープロペラ1で得られるキャビテーションの抑制効果について、図5及び図6を参照して説明する。図5は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1の周辺の流速分布の説明図である。図5においては、スクリュープロペラ1の周辺の流速の概要斜線間の幅で示している。斜線間の幅が狭いほど流速が早いことを示し、斜線間の幅が広いほど流速が遅いことを示している。

0044

図5に示す領域Aには、流速5m/s以上の水流が形成されている。領域Bには、流速3.5〜5m/sの水流が形成されている。領域Cには、流速1.5〜3.5m/sの水流が形成されている。領域Dには、流速0〜1.5m/sの水流が形成されている。なお、図5に示すこれらの領域A〜Dの流速は一例を示すものであり、スクリュープロペラ1が搭載される船舶の航行速度等に応じて適宜変化する。

0045

図5に示すように、ボス2の外周面21の周囲に位置する領域では、外周面21からの距離が大きくなるほど流速が速くなっている。ボス2の外周面21の近傍には、流速1.5〜3.5m/sの領域Cが形成されている。一方、キャップ4の後方側には、流速1.5〜3.5m/sの領域C及び流速0〜1.5m/sの領域Dが形成されている。特に、キャップ4の中央部周辺(スクリュープロペラ1の回転軸Aの周辺:図2参照)の後方側に流速0〜1.5m/sの領域Dが形成されている。

0046

このようにキャップ4の後方側の領域(言い換えると、ボス2の外周面よりも内側の領域)は、ボス2の外周面21より外側の領域よりも流速が低い。ここで、フィン44からのキャビテーションの発生には、フィン44の背面側(後方側)の圧力が影響する。すなわち、フィン44の背面側の圧力が低くなるほどキャビテーションが発生し易くなる。フィン44の背面側の圧力は、フィン44に流入する流れが速ければ速いほど低くなる。

0047

スクリュープロペラ1においては、このような観点から、フィン44の背面側の圧力の低下を防止し、キャビテーションの発生を抑制するため、フィン44の前縁部分441の基端部44aをキャップ4の小径部分42に配置し、前縁部分441を基端部44aよりも後方側に延出させている。これにより、フィン44の前縁部分441の基端部44aを相対的に流速の低い部分に配置することができ、フィン44からのキャビテーションの発生を効果的に抑制することができる。

0048

特に、プロペラ3の回転軸Aを基準としたフィン44の径方向の外周端部には、上述したように円弧部分443が設けられている。このようにフィン44の外周端部に緩やかに湾曲する円弧部分443を設けることにより、フィン44の外周端部周辺での圧力の低下を軽減することができ、当該外周端部から発生するキャビテーションを更に抑制することができる。

0049

また、フィン44の前縁部分441には、円弧形状部441a、441bが設けられている(図4参照)。図6は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1が有するフィン44の前縁部分441周辺の拡大図である。図6Aにおいては、本実施の形態に係るフィン44の前縁部分441を示し、図6Bにおいては、前縁部分に円弧形状部を設けていない参照例に係るフィン44´の前縁部分441´を示している。なお、図6Bでは、説明の便宜上、本実施の形態に係るフィン44と同一の符号を付与している。

0050

図6Bに示すフィン44´の周辺に前方側のブレード3からの水流が流入すると、前縁部分441´の近傍にて水流の向きが急激に変化することとなる。このため、前縁部分441´の近傍で水流が前縁部分441´の表面から剥離(離間)する領域(剥離領域)SAが発生する。例えば、剥離領域SAは、前縁部分441´の両面に発生し得る。このような剥離領域SAでは、圧力が低下し、キャビテーションが発生し易くなる。

0051

このような前縁部分441におけるキャビテーションの発生を抑制すべく、本実施の形態に係るフィン44においては、図6Aに示すように、前縁部分441に円弧形状部441a、441bを設けている。これらの円弧形状部441a、441bにより、前方側のブレード3から流入した水流は、向きを急激に変化させることなく後方側に案内される。これにより、前縁部分441の周辺で水流が剥離する事態を回避できるので、キャビテーションの発生を効果的に抑制することができる。

0052

次に、スクリュープロペラ1で得られる推進性能の改善効果について、図7及び図8を参照して説明する。図7は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1の周辺の圧力分布の説明図である。図7においては、スクリュープロペラ1の周辺の圧力の概要を斜線間の幅で示している。斜線間の幅が狭いほど圧力が高いことを示し、斜線間の幅が広いほど圧力が低いことを示している。図7Aにおいては、本実施の形態に係るキャップ4を示し、図7Bにおいては、フィン44を設けていない参照例に係るキャップ4´を示している。なお、図7Bでは、説明の便宜上、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1と同一の符号を付与している。

0053

図7において領域A、B、C、Dには、プロペラ遠方基準圧力に対する差圧領域を示している。領域Aには、基準圧力に対して600Paより大きい圧力差がある圧力領域が形成されている。領域Bには、基準圧力に対して0Pa〜600Paの圧力差がある圧力領域が形成されている。領域Cには、基準圧力に対して−1000〜0Paの圧力差がある圧力領域が形成されている。領域Dには、基準圧力に対して−1000Paより低い圧力差がある圧力領域が形成されている。なお、図7に示すこれらの領域A〜Dの基準圧力に対する圧力差は一例を示すものであり、スクリュープロペラ1が搭載される船舶の航行速度等に応じて適宜変化する。

0054

図7Bに示すように、キャップ4´にフィン44が設けられていない場合には、キャップ4´の後方側で水流がキャップ4´の表面から剥離(離間)する。この剥離に伴って対応する領域の圧力が低下し、キャップ4´の後方には圧力領域Dが形成されている。圧力領域Dは、負圧領域を構成することとなり、スクリュープロペラ1を後方側に引っ張る力を作用させる。この結果、スクリュープロペラ1における推進性能を低下させる。

0055

本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、このような観点から、キャップ4の後方側における負圧領域の発生を抑制するため、図7Aに示すように、キャップ4の後方側にフィン44が張り出すように延出させている。このため、キャップ4の後方側で水流がフィン44により撹拌される。これにより、キャップ4の後方側で水流がキャップ4の表面から剥離することが抑制されるので、キャップ4の後方側に負圧領域が形成されるのを防止することができる。この場合、キャップ4の後方には、図7Aに示すように圧力領域Aが形成されている。この結果、負圧領域の発生に伴う抵抗を除去でき、スクリュープロペラ1における推進性能を向上することができる。

0056

また、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、キャップ4から複数のフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44を側方側(図1及び図2における上下方向側)に延出させる場合に比べて、フィン44の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン44の構成に基づくキャビテーション数を大きくすることができるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。

0057

さらに、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1において、ブレード3及びフィン44には図8に示す揚力が作用している。図8は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1に発生する揚力の説明図である。図8においては、ブレード3及びフィン44の断面を示している。なお、以下においては、説明の便宜上、図8に示すブレード3の上面をブレード上面31と呼び、ブレード3の下面をブレード下面32と呼ぶものとする。

0058

図8に示すように、前方側からブレード3の周辺に流入した水流は、ブレード3の上下に分かれて流れる。この場合において、ブレード上面31の近傍の水流は、ブレード下面32の近傍の水流よりも速く流れる。このため、相対的にブレード上面31の近傍の圧力が低くなる一方、ブレード下面32の圧力が高くなる。これにより、ブレード3には、図8に示す揚力aが発生する。

0059

図8に示す揚力aは、スクリュープロペラ1の推進方向ベクトルと回転方向ベクトルとに分解することができる。すなわち、揚力aは、スクリュープロペラ1を前方側に推進する推進方向成分a(スラストa)と、ブレード3を回転させる回転方向成分a(トルクa)で表される。ここで、スラストaの変化量に対してトルクaの変化量が大きい場合に、スクリュープロペラ1の推進性能は低下する。

0060

本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、ブレード3の後方であって、ブレード上面31に沿って流れる水流の流路上にフィン44を配置している。これにより、ブレード上面31に沿って流れた水流は、フィン44の近傍に流入する。言い換えると、ブレード上面31から吹き降ろされた水流がフィン44の近傍に流入している。このとき、フィン44は、ブレード3から流れ込む水流を受け、ブレード3とは逆方向の揚力bを発生させる。

0061

図8に示す揚力bは、揚力aと同様に、推進方向ベクトルと回転方向ベクトルとに分解することができる。すなわち、揚力bは、スクリュープロペラ1を後方側に推進する推進方向成分b(スラストb)と、ブレード3を回転させる回転方向成分b(トルクb)で表される。ここで、トルクbは、トルクaと反対方向に向けられている。

0062

本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、ブレード3からの水流に応じてフィン44に発生する揚力(揚力b)を利用して、ブレード3に発生するトルク(トルクa)を相殺している。これにより、ブレード3に発生するトルクが低減されるので、スクリュープロペラ1の推進性能を向上することができる。このとき、フィン44には、後方側に推進するスラストbが発生するが、ブレード3に発生するスラストaと比べ、十分小さいので無視することができる。

0063

以上説明したように、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、キャップ4から複数のフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44を側方側に延出させる場合に比べて、フィン44の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン44の構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、ボス2の後方側の水流がフィン44により調整されることから、ボス2の後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。

0064

特に、キャップ4は、ボス2の後端部22の外径よりも小径の小径部分42を有し、フィン44は、前縁基端部44aがキャップ4の小径部分42に配置されると共に、前縁部分441が前縁基端部44aよりも後方側に延出して設けられている。これにより、ボス2の外径よりも内側に配置されたキャップ4の一部からフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44の開始点を流速が低い部分に配置することができる。これにより、フィン44の後方側(背面側)における圧力を低くできるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。

0065

また、フィン44は、ボス2の外周面21に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Cの内側領域にて、後方側に延出して設けられている(図3参照)。これにより、フィン44の全体を流速が低い部分に配置できるので、更に効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、スクリュープロペラ1の回転軸Aを基準としたフィン44の外径寸法をコンパクト化することができるので、フィン44の外径寸法が反映されるキャビテーション数を大きくでき、キャビテーションを更に発生し難くすることができる。

0066

さらに、フィン44には、スクリュープロペラ1の回転軸Aを基準とした径方向の外周端部に円弧部分443が設けられている。これにより、フィン44の外周端部周辺での圧力の低下を軽減でき、当該外周端部から発生するキャビテーションを抑制することができる。

0067

なお、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

0068

例えば、上記実施の形態においては、ボス2の後端部に取り付けられるキャップ4に複数のフィン44を設ける場合について説明している。しかしながら、複数のフィン44が形成される位置については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、キャップ4ではなく、ボス2の後端部分に直接フィン44を設ける構成としてもよい。この場合におけるボス2からのフィン44の延出方向については、上記実施の形態と同様である。

0069

この構成によれば、ボス2の後端部分から複数のフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44を側方側に延出させる場合に比べて、フィン44の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン44の構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、ボス2の後方側の水流がフィン44により調整されることから、ボス2の後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。

0070

また、上記実施の形態において、フィン44は、ボス2の外周面21に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Cの内側領域内で後方側に延出する場合について説明している。しかしながら、フィン44の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、フィン44は、ボス2の外周面21に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Cの内側領域内に配置される部分の割合が、仮想線Cの外側領域に配置される部分よりも大きい構成としてもよい。この場合には、フィン44の大部分を流速が低い部分に配置できるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。

0071

一方、フィン44の一部をボス2の外周面21よりも外側に配置できるので、上記実施の形態と比べ、フィン44による推進力を確保することができる。ボス2の外周面21よりも外側に突出するフィン44の突出量は、任意の長さに設定することができる。スクリュープロペラ1の回転に伴ってブレード3の外周端部からキャビテーションが発生するタイミングよりも、フィン44の外周端部からキャビテーションが発生するタイミングが遅くなるようにフィン44の突出量を設定することは実施の形態として好ましい。

0072

また、上記実施の形態において、キャップ4は、前端部分41にてボス2の後端部22に取り付けられ、ボス2の外周面21に一体化されると共に、小径部分42にて緩やかにキャップ4の中央側(スクリュープロペラ1の回転軸A側)に湾曲し、後方側に平面部分43が形成される外周形状を有する場合について説明している。しかしながら、キャップ4の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。

0073

例えば、キャップ4は、小径部分42が後方側に凸の円錐形状を有し、平面部分43を省略する形状であってもよい。また、この円錐形状の先端に平面部分43を配置する形状(すなわち、円錐台形状)であってもよい。このように構成される場合であっても、上記実施の形態のようにフィン44を配置することにより、同様の作用及び効果を得ることができる。

0074

さらに、上記実施の形態においては、外周面21が平行に配置された円筒形状を有するボス2を備える場合について説明している。しかしながら、ボス2の形状については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、ボス2は、前方側部分よりも後方側部分の径方向の寸法が小さい円筒形状を有していてもよい。このように変更される場合であっても、上記実施の形態のようにキャップ4に前縁部分41及び小径部分42を有し、小径部分42の一部からフィン44を後方側に延出させることにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

0075

以上説明したように、本発明は、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができるという効果を有し、特に、静穏性が要請される船舶に搭載される船舶用推進装置に有用である。

0076

1スクリュープロペラ(船舶用推進装置)
2プロペラボス(ボス)
3ブレード
4キャップ
41前端部分
42小径部分
43平面部分
44フィン
44a基端部(前縁基端部)
44b 基端部(内側基端部)
441前縁部分
441a、441b円弧形状部
442後縁部分
443円弧部分

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