(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-26
(45)【発行日】2022-10-04
(54)【発明の名称】舶用プロペラ及び船舶
(51)【国際特許分類】
B63H 1/26 20060101AFI20220927BHJP
【FI】
B63H1/26 B
(21)【出願番号】P 2018082314
(22)【出願日】2018-04-23
【審査請求日】2021-02-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】SSIP弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】細野 和樹
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 圭
【審査官】福田 信成
(56)【参考文献】
【文献】特開2008-062660(JP,A)
【文献】特開昭61-050893(JP,A)
【文献】特開2013-116727(JP,A)
【文献】特開2018-039411(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B63H 1/26
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プロペラボスと、
前記プロペラボスから半径方向外側に延びる複数のプロペラ翼と、
隣り合う2つの前記プロペラ翼の間で前記プロペラボスから半径方向外側に延びる複数の短翼と、を備え、
前記複数の短翼の前縁の位置は、前記プロペラボスの回転軸線方向において、前記複数のプロペラ翼の前縁よりも下流側であり、
前記短翼の前記半径方向外側の端部は、前記プロペラボスの外周面から前記プロペラ翼の前記半径方向外側の端部までの距離の15%以上、且つ、前記プロペラボスの回転軸線から前記プロペラ翼の前記半径方向外側の端部までの距離の60%以下の位置に存在
し、
前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、前記短翼の翼弦中央の位置は、前記回転軸線方向において、前記プロペラ翼の翼弦中央の位置よりも下流側である
舶用プロペラ。
【請求項2】
前記回転軸線から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離は、前記回転軸線から前記プロペラ翼の前記半径方向外側の端部までの距離の30%より大きく60%以下である
請求項1に記載の舶用プロペラ。
【請求項3】
前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、前記回転軸線方向において前記短翼と前記プロペラ翼とが少なくとも部分的に重複する
請求項1又は2に記載の舶用プロペラ。
【請求項4】
前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、前記短翼の少なくとも一部は、前記回転軸線方向において、前記プロペラ翼の前縁の位置を0%とし後縁の位置を100%としたときの70%以上100%以下の位置に存在する
請求項1乃至
3の何れか一項に記載の舶用プロペラ。
【請求項5】
前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、該半径方向位置における前記短翼の最大翼厚を有する最大翼厚部の位置は、前記回転軸線方向において、前記プロペラ翼の前縁の位置を0%とし後縁の位置を100%としたときの90%以上100%以下の位置に存在する
請求項1乃至
4の何れか一項に記載の舶用プロペラ。
【請求項6】
前記複数のプロペラ翼は、第1プロペラ翼と、該第1プロペラ翼に対して周方向において隣に設けられて前記第1プロペラ翼の負圧面に対向する正圧面を有する第2プロペラ翼とを含み、
前記短翼の正圧面は、前記周方向において、前記第1プロペラ翼と前記第2プロペラ翼との間にて前記第1プロペラ翼寄りに位置する
請求項1乃至
5の何れか一項に記載の舶用プロペラ。
【請求項7】
前記複数のプロペラ翼は、第1プロペラ翼と、該第1プロペラ翼に対して周方向において隣に設けられて前記第1プロペラ翼の負圧面に対向する正圧面を有する第2プロペラ翼とを含み、
前記短翼の正圧面は、前記周方向において、前記第1プロペラ翼の前記負圧面の位置を0%とし前記第2プロペラ翼の前記正圧面の位置を100%としたときの15%以上50%未満の位置に存在する
請求項1乃至
6の何れか一項に記載の舶用プロペラ。
【請求項8】
前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、前記回転軸線方向において前記短翼の前記正圧面と前記第1プロペラ翼の前記負圧面とが少なくとも部分的に重複する
請求項
7に記載の舶用プロペラ。
【請求項9】
前記複数の短翼のそれぞれは、断面形状が翼型である
請求項1乃至
8の何れか一項に記載の舶用プロペラ。
【請求項10】
前記複数の短翼のそれぞれは、前記プロペラ翼と相似形状である
請求項1乃至
9の何れか一項に記載の舶用プロペラ。
【請求項11】
船体と、
前記船体の船尾に配置された請求項1乃至
10の何れか一項に記載の舶用プロペラと、を備える船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、舶用プロペラ及び船舶に関する。
【背景技術】
【0002】
舶用のプロペラは、プロペラボスに取り付けられた複数枚のプロペラ翼を有し、船尾側の水中で回転駆動される。しかし、プロペラが水中で回転駆動されるとプロペラ翼の翼面から水流の剥離が生じることがある。このような剥離はプロペラの効率を低下させることとなるため、剥離の防止策が種々検討されている。
【0003】
例えば特許文献1には、プロペラ翼の背面の翼根近傍に、プロペラ翼の表面から水流が剥離するのを抑制する剥離減少部材が配設された船舶用プロペラが開示されている。特許文献1に記載された剥離減少部材は、プロペラ翼の表面から離れているがプロペラ翼の表面に沿って形成される翼部材や板状部材等であり、プロペラ翼の翼根近傍であってプロペラボスから半径方向外側に離間した位置で、プロペラ翼の背面に対して取り付けられている(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したようなプロペラ翼の翼面からの水流の剥離は、プロペラ翼の半径方向外側よりも翼根側で発生し易い。しかし、上述した特許文献1に記載の船舶用プロペラでは、剥離減少部材がプロペラボスから半径方向外側に離間しているので、プロペラボスと翼根との接続部の近傍では水流の剥離を十分に抑制できないおそれがある。
【0006】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、プロペラ翼の翼面からの水流の剥離を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る舶用プロペラは、
プロペラボスと、
前記プロペラボスから半径方向外側に延びる複数のプロペラ翼と、
隣り合う2つの前記プロペラ翼の間で前記プロペラボスから半径方向外側に延びる複数の短翼と、を備え、
前記短翼の前記半径方向外側の端部は、前記プロペラボスの外周面から前記プロペラ翼の前記半径方向外側の端部までの距離の15%以上、且つ、前記プロペラボスの回転軸線から前記プロペラ翼の前記半径方向外側の端部までの距離の60%以下の位置に存在する。
【0008】
上記(1)の構成によれば、隣り合う2つのプロペラ翼の間の短翼が水流をガイドすることによって水流がプロペラ翼の翼面に沿って流れ易くなり、水流がプロペラ翼から剥離することを効果的に抑制できる。また、短翼がプロペラボスから半径方向外側に延びているので、翼根の近傍で発生し易い水流の剥離を特にプロペラボスとプロペラ翼の翼根との接続部の近傍で効果的に抑制できる。
さらに、上記(1)の構成によれば、舶用プロペラによる推進力を複数の短翼でも負担できるので、プロペラ翼の負荷を軽減できる。これにより、プロペラ翼のキャンバや迎角を小さくすることができるので、水流の転向角が小さくなり、水流がプロペラ翼から剥離することを抑制できる。
【0009】
なお、短翼による推進力は、短翼の半径方向外側の端部までの距離が大きくなるほど大きくなる傾向にあるため、プロペラ翼の負荷低減の観点からは、短翼の半径方向外側の端部までの距離は大きい方が望ましい。また、上述したように、プロペラ翼における水流の剥離は、プロペラ翼の半径方向外側よりも翼根側で発生し易いため、剥離抑制の観点からは、短翼の半径方向外側の端部までの距離は、剥離が生じる領域を効率的にカバーできる距離であればよい。なお、短翼の半径方向外側の端部までの距離を大きくすると、短翼の半径方向外側の端部の周速が増大して摩擦損失が増大することから、損失抑制の観点からは、短翼の半径方向外側の端部までの距離は、小さい方が望ましい。しかし、短翼の半径方向外側の端部までの距離が小さ過ぎると、短翼を設けることによる効果が得られ難くなってしまう。
【0010】
以上の点を考慮すると、短翼の半径方向外側の端部、すなわち、短翼において半径方向の最も外側に位置する端部は、プロペラボスの外周面からプロペラ翼の半径方向外側の端部(すなわち、プロペラ翼において半径方向の最も外側に位置する端部)までの距離の15%以上、且つ、プロペラボスの回転軸線からプロペラ翼の半径方向外側の端部までの距離の60%以下の位置に存在するとよいことが判明した。
したがって、上記(1)の構成によれば、短翼を設けることによる損失の増加を抑制しつつ、水流がプロペラ翼から剥離することを抑制できる。
【0011】
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記回転軸線から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離は、前記回転軸線から前記プロペラ翼の前記半径方向外側の端部までの距離の30%より大きく60%以下である。
【0012】
上記(2)の構成によれば、短翼を設けることによる損失の増加を抑制しつつ、水流がプロペラ翼から剥離することを効果的に抑制できる。
【0013】
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、前記回転軸線方向において前記短翼と前記プロペラ翼とが少なくとも部分的に重複する。
【0014】
上記(3)の構成によれば、プロペラ翼と短翼との位置関係を上記の位置関係とすることで、短翼の翼面の少なくとも一部が回転軸線方向においてプロペラ翼と重複するように短翼を設置することよって、プロペラ翼の表面からの水流の剥離を抑制することができる。
【0015】
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、前記短翼の翼弦中央の位置は、前記回転軸線方向において、前記プロペラ翼の翼弦中央の位置よりも下流側である。
【0016】
プロペラ翼の翼面からの水流の剥離は、翼面の前縁側の領域よりも後縁側の領域において生じ易い。
その点、上記(4)の構成によれば、プロペラ翼と短翼との位置関係を上記の位置関係とすることで、プロペラ翼に対して短翼が下流側にオフセットされるので、水流がプロペラ翼から剥離することを効果的に抑制できる。
【0017】
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、前記短翼の少なくとも一部は、前記回転軸線方向において、前記プロペラ翼の前縁の位置を0%とし後縁の位置を100%としたときの70%以上100%以下の位置に存在する。
【0018】
プロペラ翼の翼面からの水流の剥離は、特に、回転軸線方向において、プロペラ翼の前縁の位置を0%とし後縁の位置を100%としたときの70%以上の位置において生じ易いことが明らかになった。
その点、上記(5)の構成によれば、短翼の少なくとも一部が回転軸線方向において該位置に存在するので、水流がプロペラ翼から剥離することを効果的に抑制できる。
【0019】
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れかの構成において、前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、該半径方向位置における前記短翼の最大翼厚を有する最大翼厚部の位置は、前記回転軸線方向において、前記プロペラ翼の前縁の位置を0%とし後縁の位置を100%としたときの90%以上100%以下の位置に存在する。
【0020】
上記(6)の構成によれば、短翼の最大翼厚を有する最大翼厚部の位置よりも上流側では、短翼とプロペラ翼との間の距離が短翼の前縁から下流側に向かうにつれて大きくなることを抑制できる。そのため、短翼の最大翼厚を有する最大翼厚部の位置よりも上流側では、水流を加速流れとすること、もしくは、減速流れを抑制することができる。
上記(6)の構成では、短翼の最大翼厚を有する最大翼厚部の位置をプロペラ翼の後縁に近づけることができるので、プロペラ翼の翼面から水流が剥離しようとする領域における水流の流れを加速流れとすることができ、水流の剥離を効果的に抑制できる。
【0021】
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかの構成において、
前記複数のプロペラ翼は、第1プロペラ翼と、該第1プロペラ翼に対して周方向において隣に設けられて前記第1プロペラ翼の負圧面に対向する正圧面を有する第2プロペラ翼とを含み、
前記短翼の正圧面は、前記周方向において、前記第1プロペラ翼と前記第2プロペラ翼との間にて前記第1プロペラ翼寄りに位置する。
【0022】
上記(7)の構成によれば、第1プロペラ翼における負圧面側で生じる水流の剥離を短翼で効果的に抑制できる。
【0023】
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れかの構成において、
前記複数のプロペラ翼は、第1プロペラ翼と、該第1プロペラ翼に対して周方向において隣に設けられて前記第1プロペラ翼の負圧面に対向する正圧面を有する第2プロペラ翼とを含み、
前記短翼の正圧面は、前記周方向において、前記第1プロペラ翼の前記負圧面の位置を0%とし前記第2プロペラ翼の前記正圧面の位置を100%としたときの15%以上50%未満の位置に存在する。
【0024】
短翼の正圧面を周方向において第1プロペラ翼の負圧面へ近づけることで、第1プロペラ翼における負圧面側で生じる水流の剥離を短翼で効果的に抑制できる。しかし、短翼の正圧面を周方向において第1プロペラ翼の負圧面へ近づけ過ぎると、短翼の負圧面で水流の剥離が生じるおそれがある。
その点、上記(8)の構成によれば、短翼の負圧面における水流の剥離を抑制しつつ、第1プロペラ翼における負圧面側で生じる水流の剥離を短翼の正圧面で効果的に抑制できる。
【0025】
(9)幾つかの実施形態では、上記(8)の構成において、前記プロペラボスの前記外周面から前記短翼の前記半径方向外側の端部までの距離の50%の半径方向位置において、前記回転軸線方向において前記短翼の前記正圧面と前記第1プロペラ翼の前記負圧面とが少なくとも部分的に重複する。
【0026】
上記(9)の構成によれば、回転軸線方向において短翼の正圧面と第1プロペラ翼の負圧面との重複領域を増やすことができるので、上記(8)の構成による水流の剥離の抑制効果を向上できる。
【0027】
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(9)の何れかの構成において、前記複数の短翼のそれぞれは、断面形状が翼型である。
【0028】
上記(10)の構成によれば、短翼による推進力を効果的に得られるので、プロペラ翼の負荷を効果的に軽減できる。これにより、プロペラ翼のキャンバや迎角を小さくすることができるので、水流の転向角が小さくなり、水流がプロペラ翼から剥離することを効果的に抑制できる。
【0029】
(11)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(10)の何れかの構成において、前記複数の短翼のそれぞれは、前記プロペラ翼と相似形状である。
【0030】
上記(11)の構成によれば、短翼の設計を簡素化できる。
【0031】
(12)本発明の少なくとも一実施形態に係る船舶は、
船体と、
前記船体の船尾に配置された上記構成(1)乃至(11)の何れかの舶用プロペラと、を備える。
【0032】
上記(12)の構成によれば、上記構成(1)の舶用プロペラを備えるので、プロペラ翼の翼面からの水流の剥離を抑制して、船舶の推進性能を向上できる。
【発明の効果】
【0033】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、プロペラ翼の翼面からの水流の剥離を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【
図1】幾つかの実施形態に係る舶用プロペラが適用される船舶の船尾部を示す側面図である。
【
図2】幾つかの実施形態に係る舶用プロペラの一部を船首側から見た模式的な図である。
【
図3】(a)は、
図2における一点鎖線で示したA-A断面における、一実施形態の舶用プロペラのプロペラ翼及び短翼の断面を模式的に示す図であり、(b)は、(a)と同様の断面における、従来の舶用プロペラのプロペラ翼の断面を模式的に示す図である。
【
図4】
図2における一点鎖線で示したA-A断面における、他の実施形態の舶用プロペラのプロペラ翼及び短翼の断面を模式的に示す図である。
【
図5】舶用プロペラにおいて水流の剥離が生じ易い範囲を模式的に示す図であり、(a)は、幾つかの実施形態の船舶用プロペラにおいて水流の剥離が生じ易い範囲を模式的に示す図であり、(b)は、短翼が形成されていない従来の船舶用プロペラにおいて水流の剥離が生じ易い範囲を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0036】
図1は、幾つかの実施形態に係る舶用プロペラが適用される船舶の船尾部を示す側面図である。
図2は、幾つかの実施形態に係る舶用プロペラの一部を船首側から見た模式的な図である。幾つかの実施形態に係る船舶10では、船体1の船尾2には、舶用プロペラ3と、舵9とが設置される。幾つかの実施形態の舶用プロペラ3は、プロペラボス4と、プロペラボス4から半径方向外側に延びる複数のプロペラ翼5と、隣り合う2つのプロペラ翼5の間でプロペラボス4から半径方向外側に延びる複数の短翼6とを備える。幾つかの実施形態の舶用プロペラ3では、プロペラ翼5及び短翼6の枚数は例えばそれぞれ4枚であるが、必ずしも4枚である必要はない。
なお、
図2において、舶用プロペラ3の回転方向は、矢印Rで示すように反時計方向である。以下、
図3~5の各図においても、舶用プロペラ3の回転方向を矢印Rによって表す。
【0037】
図3(a)は、
図2における一点鎖線で示したA-A断面における、一実施形態の舶用プロペラ3のプロペラ翼5及び短翼6の断面を模式的に示す図であり、
図3(b)は、
図3(a)と同様の断面における、従来の舶用プロペラ7のプロペラ翼8の断面を模式的に示す図である。なお、
図2における一点鎖線で示したA-A断面の半径方向位置は、プロペラボス4の外周面4aから短翼6の半径方向外側の端部6d、すなわち、短翼6において半径方向の最も外側に位置する端部6dまでの距離H2の50%の半径方向位置である。すなわち、
図3(a)は、プロペラボス4の外周面4aから短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離H2の50%の半径方向位置における、一実施形態の舶用プロペラ3のプロペラ翼5及び短翼6の断面を模式的に示す図である。
また、
図4は、
図2における一点鎖線で示したA-A断面における、他の実施形態の舶用プロペラ3のプロペラ翼5及び短翼6の断面を模式的に示す図である。
【0038】
例えば、
図3(b)に示すように、従来の舶用プロペラ7が水中で回転駆動されると、プロペラ翼8の近傍では、プロペラ翼8の前縁81から後縁82に向かう方向に沿って矢印で示すような水流11が生じる。しかし、従来の舶用プロペラ7が水中で回転駆動されると、例えば2点鎖線で示す範囲12においてプロペラ翼8の翼面から水流11の剥離が生じることがある。このような剥離は、舶用プロペラ7の効率を低下させることとなる。
なお、
図3(b)以外の各図において、
図3(b)において2点鎖線で示す範囲12のように、翼面からの水流11の剥離が生じ易い範囲を
図3(b)と同様に2点鎖線で示し、符号12を付す。また、以下の説明では、該範囲を水流の剥離が生じ易い範囲12とも呼ぶ。
【0039】
そこで、幾つかの実施形態の舶用プロペラ3では、例えば、
図3(a)及び
図4に示すように、隣り合う2つのプロペラ翼5の間でプロペラボス4から半径方向外側に延びる複数の短翼6を備えるように舶用プロペラ3を構成した。そして、短翼6の半径方向外側の端部6dが、プロペラボス4の外周面4aからプロペラ翼5の半径方向外側の端部5d(すなわち、プロペラ翼5において半径方向の最も外側に位置する端部5d)までの距離H1の15%以上、且つ、プロペラボス4の回転軸線Oからプロペラ翼5の半径方向外側の端部5dまでの距離D1の60%以下の位置に存在するように、短翼6を形成した。
【0040】
隣り合う2つのプロペラ翼5の間に短翼6を設けることで、短翼6の正圧面64と、短翼6の正圧面64側で短翼6と隣り合うプロペラ翼5の負圧面55とによって水の流路F1が形成され、短翼6の負圧面65と、短翼6の負圧面65側で短翼6と隣り合うプロペラ翼5の正圧面54とによって水の流路F2が形成される。なお、以下の説明では、短翼6に対して、該短翼6の正圧面64側で該短翼6と隣り合うプロペラ翼5を第1プロペラ翼5Aとも呼び、該短翼6の負圧面65側で該短翼6と隣り合うプロペラ翼5を第2プロペラ翼5Bとも呼ぶ。
【0041】
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態の舶用プロペラ3では、隣り合う2つのプロペラ翼5の間に流入する水流11は、流路F1を流れる水流と、流路F2を流れる水流とに分かれ、短翼6の通過後、再び合流する。このように、隣り合う2つのプロペラ翼5の間に流入した水流11が流路F1,F2を流れる際、隣り合う2つのプロペラ翼5の間の短翼6が水流11をガイドすることによって水流11がプロペラ翼5の翼面に沿って流れ易くなるので、水流11がプロペラ翼5から剥離することを効果的に抑制できる。また、短翼6がプロペラボス4から半径方向外側に延びているので、翼根5a(
図2参照)の近傍で発生し易い水流11の剥離を特にプロペラボス4とプロペラ翼5の翼根5aとの接続部15の近傍で効果的に抑制できる。
さらに、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態の舶用プロペラ3では、舶用プロペラ3による推進力を複数の短翼6でも負担できるので、プロペラ翼5の負荷を軽減できる。これにより、プロペラ翼5のキャンバや迎角を小さくすることができるので、水流11の転向角が小さくなり、水流11がプロペラ翼5から剥離することを抑制できる。
【0042】
プロペラ翼5の翼厚が最大となる最大翼厚部よりも後縁52側では、後縁52側に向かうにつれて翼厚は小さくなる。そのため、隣り合う2つのプロペラ翼5の間の流路の幅は、ある位置からは、下流側に向かうにつれて大きくなる。このように、流路の幅が大きくなることによって、流路面積が拡大する。ここで、上流側から下流側に向かう単位距離における流路面積の増加割合を、説明の便宜上、流れの拡大率と呼ぶ。
水流11の剥離は、プロペラ翼5の後縁52側での流れの拡大率の影響も受ける。一般的に、プロペラ翼の翼根では、翼の半径方向外側の部分と比べると、最大翼厚は大きく、翼弦長は短い。そのため、プロペラ翼の翼根では、翼の半径方向外側の部分と比べると、最大翼厚部よりも後縁側における流れの拡大率は一般的に大きくなる。そのため、翼根5a側で水流11の剥離が生じ易くなるおそれがある。
【0043】
その点、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態の舶用プロペラ3では、短翼6を設けることで、上述したようにプロペラ翼5の負荷を軽減できるので、翼根5a近傍で必要な強度を下げることができ、プロペラ翼5の翼根5aにおける最大翼厚を小さくすることができる。そのため、翼根5a近傍における流れの拡大率を小さくすることができ、水流11がプロペラ翼5から剥離することを抑制できる。
【0044】
大型船舶用の大型の舶用プロペラと比較すると、径が小さいためにレイノルズ数が小さくなる小型船舶用の舶用プロペラや、大型の舶用プロペラであっても、例えば船体の加速し始めの過渡状態等のように高荷重状態となる場合には、水流の剥離が生じ易くなると考えられる。しかし、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態の舶用プロペラ3を用いることで、水流11がプロペラ翼5から剥離することを抑制できる。
【0045】
なお、短翼6による推進力は、短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離D2が大きくなるほど大きくなる傾向にあるため、プロペラ翼5の負荷低減の観点からは、短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離D2は大きい方が望ましい。また、プロペラ翼5における水流11の剥離は、プロペラ翼5の半径方向外側よりも翼根5a側で発生し易いため、剥離抑制の観点からは、短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離D2は、剥離が生じる領域を効率的にカバーできる距離であればよい。なお、短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離D2を大きくすると、短翼6の半径方向外側の端部の周速が増大して摩擦損失が増大することから、損失抑制の観点からは、短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離D2は、小さい方が望ましい。しかし、短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離D2が小さ過ぎると、短翼を設けることによる効果が得られ難くなってしまう。
【0046】
以上の点を考慮すると、短翼6の半径方向外側の端部6dが、プロペラボス4の外周面4aからプロペラ翼5の半径方向外側の端部5dまでの距離H1の15%以上、且つ、回転軸線Oからプロペラ翼5の半径方向外側の端部5dまでの距離D1の60%以下の位置に存在するとよいことが判明した。
したがって、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態の舶用プロペラ3によれば、短翼6を設けることによる摩擦損失等の損失の増加を抑制しつつ、水流11がプロペラ翼5から剥離することを抑制できる。
【0047】
図5は、舶用プロペラにおいて水流の剥離が生じ易い範囲12を模式的に示す図であり、舶用プロペラの一部を船首側から見たときの図である。
図5(a)は、幾つかの実施形態の船舶用プロペラ3において水流の剥離が生じ易い範囲12を模式的に示す図であり、
図5(b)は、短翼6が形成されていない従来の船舶用プロペラ7において水流の剥離が生じ易い範囲12を模式的に示す図である。なお、
図5(a)では、短翼6の記載を省略している。
図3(a)と
図3(b)とを比較して明らかなように、また、
図5(a)と
図5(b)とを比較して明らかなように、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態の舶用プロペラ3では、従来の船舶用プロペラ7に比べて、水流の剥離が生じ易い範囲12を狭くすることができる。
【0048】
また、幾つかの実施形態に係る船舶10は、船体1と、船体1の船尾2に配置された、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態の舶用プロペラ3の何れかと、を備えるので、プロペラ翼5の翼面からの水流11の剥離を抑制して、船舶10の推進性能を向上できる。
【0049】
なお、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、回転軸線Oから短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離D2は、回転軸線Oからプロペラ翼5の半径方向外側の端部までの距離D1の30%より大きく60%以下としてもよい。
これにより、短翼6を設けることによる損失の増加を抑制しつつ、水流11がプロペラ翼5から剥離することを効果的に抑制できる。
【0050】
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、プロペラボス4の外周面4aから短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離H2の50%の半径方向位置において、回転軸線O方向において短翼6とプロペラ翼5とが少なくとも部分的に重複する。
このように、プロペラ翼5と短翼6との位置関係を上記の位置関係とすることで、短翼6の翼面の少なくとも一部が回転軸線O方向においてプロペラ翼5と重複するように短翼6を設置することよって、プロペラ翼5の表面からの水流11の剥離を抑制することができる。
【0051】
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、プロペラボス4の外周面4aから短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離H2の50%の半径方向位置において、短翼6の翼弦63の中央の位置63aは、回転軸線O方向において、プロペラ翼5の翼弦53の中央の位置53aよりも下流側である。
【0052】
プロペラ翼5の翼面からの水流11の剥離は、翼面の前縁51側の領域よりも後縁52側の領域において生じ易い。
その点、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、プロペラ翼5と短翼6との位置関係を上記の位置関係とすることで、プロペラ翼5に対して短翼6が下流側にオフセットされるので、水流11がプロペラ翼5から剥離することを効果的に抑制できる。
【0053】
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、プロペラボス4の外周面4aから短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離H2の50%の半径方向位置において、短翼6の少なくとも一部は、回転軸線O方向において、プロペラ翼5の前縁51の位置を0%とし後縁52の位置を100%としたときの70%以上100%以下の位置に存在する。
【0054】
プロペラ翼5の翼面からの水流11の剥離は、特に、回転軸線O方向において、プロペラ翼5の前縁51の位置を0%とし後縁52の位置を100%としたときの70%以上の位置において生じ易いことが明らかになった。
その点、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、短翼6の少なくとも一部が回転軸線O方向において該位置に存在するので、水流11がプロペラ翼5から剥離することを効果的に抑制できる。
【0055】
図4に示す一実施形態では、プロペラボス4の外周面4aから短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離H2の50%の半径方向位置において、該半径方向位置における短翼6の最大翼厚tmaxを有する最大翼厚部66の位置は、回転軸線O方向において、プロペラ翼5の前縁51の位置を0%とし後縁52の位置を100%としたときの90%以上100%以下の位置に存在する。
【0056】
図4に示す一実施形態では、短翼6の最大翼厚tmaxを有する最大翼厚部66の位置よりも上流側では、短翼6とプロペラ翼5との間の距離、すなわち流路幅が短翼6の前縁61から下流側に向かうにつれて拡大することを抑制できる。すなわち、
図4に示す一実施形態では、流路F1,F2における短翼6の前縁61から最大翼厚部66が存在する位置に至る区間において、下流側に向かうにつれて流路面積が増加することを抑制するような短翼6の配置を実現できる。そのため、短翼6の最大翼厚tmaxを有する最大翼厚部66の位置よりも上流側では、水流11を加速流れとすること、もしくは、減速流れを抑制することができる。
また、
図4に示す一実施形態では、最大翼厚部66の位置を上記範囲の位置に存在するようにすることで、短翼6の最大翼厚tmaxを有する最大翼厚部66の位置をプロペラ翼5の後縁52に近づけることができるので、プロペラ翼5の翼面から水流11が剥離しようとする領域、すなわち、水流の剥離が生じ易い範囲12における水流11の流れを加速流れとすることができ、水流11の剥離を効果的に抑制できる。
なお、短翼6の最大翼厚tmaxを有する最大翼厚部66の少なくとも一部が、回転軸線O方向において、プロペラ翼5の前縁51の位置を0%とし後縁52の位置を100%としたときの90%以上100%以下の位置に存在していれば、上記の作用効果を奏することができる。
【0057】
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、複数のプロペラ翼5は、第1プロペラ翼5Aと、該第1プロペラ翼5Aに対して周方向において隣に設けられて第1プロペラ翼5Aの負圧面55に対向する正圧面54を有する第2プロペラ翼5Bとを含む。
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、短翼6の正圧面64は、周方向において、第1プロペラ翼5Aと第2プロペラ翼5Bとの間にて第1プロペラ翼5A寄りに位置する。
これにより、第1プロペラ翼5Aにおける負圧面55側で生じる水流11の剥離を短翼6で効果的に抑制できる。
【0058】
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、短翼6の正圧面64は、周方向において、第1プロペラ翼5Aの負圧面55の位置を0%とし第2プロペラ翼5Bの正圧面54の位置を100%としたときの15%以上50%未満の位置に存在する。
なお、
図3(a)及び
図4において、符号16を付した破線は、第1プロペラ翼5Aの負圧面55の位置を0%とし第2プロペラ翼5Bの正圧面54の位置を100%としたときの15%の位置を示す。また、
図3(a)及び
図4において、符号17を付した破線は、第1プロペラ翼5Aの負圧面55の位置を0%とし第2プロペラ翼5Bの正圧面54の位置を100%としたときの50%の位置を示す。
【0059】
短翼6の正圧面64を周方向において第1プロペラ翼5Aの負圧面55へ近づけることで、第1プロペラ翼5Aにおける負圧面55側で生じる水流11の剥離を短翼6で効果的に抑制できる。しかし、短翼6の正圧面64を周方向において第1プロペラ翼5Aの負圧面55へ近づけ過ぎると、短翼6の負圧面65で水流11の剥離が生じるおそれがある。
その点、短翼6の正圧面64の周方向における位置を、上記の範囲に設定することで、短翼6の負圧面65における水流11の剥離を抑制しつつ、第1プロペラ翼5Aにおける負圧面55側で生じる水流11の剥離を短翼6の正圧面64で効果的に抑制できる。
【0060】
なお、短翼6の正圧面64の周方向における位置を、上記の範囲に設定した場合には、
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態のように、プロペラボス4の外周面4aから短翼6の半径方向外側の端部6dまでの距離H2の50%の半径方向位置において、回転軸線O方向において短翼6の正圧面64と第1プロペラ翼5Aの負圧面55とが少なくとも部分的に重複するように構成することが望ましい。
これにより、回転軸線O方向において短翼6の正圧面64と第1プロペラ翼5Aの負圧面55との重複領域を増やすことができるので、水流11の剥離の抑制効果を向上できる。
【0061】
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、複数の短翼6のそれぞれは、断面形状が翼型である。
これにより、短翼6による推進力を効果的に得られるので、プロペラ翼5の負荷を効果的に軽減できる。これにより、プロペラ翼5のキャンバや迎角を小さくすることができるので、水流11の転向角が小さくなり、水流11がプロペラ翼5から剥離することを効果的に抑制できる。
【0062】
図3(a)及び
図4に示す幾つかの実施形態では、複数の短翼6のそれぞれは、プロペラ翼5と相似形状である。
これにより、短翼6の設計を簡素化できる。
【0063】
なお、短翼6の形状をプロペラ翼5と相似形状とした場合、例えば、短翼6の半径方向の何れかの位置において、短翼6の翼弦63の延在方向がプロペラ翼5の翼弦53の延在方向と同じ方向となるように短翼6の取り付け角度を設定してもよい。
また、短翼6の形状をプロペラ翼5の形状を縮小した形状とし、さらに、回転軸線Oからの距離が同じ距離の位置では、短翼6とプロペラ翼5とでキャンバーラインや翼厚が相似となるように、短翼6の形状を調節してもよい。
【0064】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、舶用プロペラ3には、プロペラ翼5と短翼6とが周方向に交互に配置されている。すなわち、上述した幾つかの実施形態では、隣り合う2つのプロペラ翼5の間には、短翼6が配置されている。しかし、隣り合う2つのプロペラ翼5の間のうち、例えば、プロペラ翼5の回転方向に沿って1番目のプロペラ翼5と2番目のプロペラ翼5の間に短翼6を設けるが、プロペラ翼5の回転方向に沿って2番目のプロペラ翼5と3番目のプロペラ翼5の間には短翼6を設けないなど、隣り合う2つのプロペラ翼5の間であっても短翼6を設けない場所があってもよい。
【0065】
回転軸線O方向において、短翼6の後縁62の位置は、プロペラ翼5の後縁52よりも上流側であってもよく、同じ位置であってもよく、下流側であってもよい。
【0066】
上述した幾つかの実施形態では、短翼6の断面形状は、翼型であったが、必ずしも翼型でなくてもよい。短翼6を径方向から見たときの断面形状は、例えば部分円環形状でもよく、三日月形でもよく、矩形形状でもよい。また、短翼6の翼面は曲面で形成されていなくてもよく、平面で形成されていてもよい。
【符号の説明】
【0067】
1 船体
3 舶用プロペラ
4 プロペラボス
5 プロペラ翼
5A 第1プロペラ翼
5B 第2プロペラ翼
5a 翼根
6 短翼
10 船舶
51,61 前縁
52,62 後縁
53,63 翼弦
54,64 正圧面
55,65 負圧面
66 最大翼厚部