(57)【要約】      （修正有）【課題】翼端渦キャビテーションを抑制する船舶の推進用のプロペラを提供する。【解決手段】船舶の推進用のプロペラは、背面に溝１１を有するプロペラ翼３ａを備える。溝は、プロペラ翼の翼根に近い側の第１端部１２と、プロペラ翼の翼端に近い側の第２端部１３との間に形成される。プロペラの翼端１５と、第１端部と、第２端部のプロペラの回転軸５からの半径方向の位置をそれぞれＲ、ｒ１、ｒ２とすると、ｒ１＜０．９５Ｒ≦ｒ２である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の推進用のプロペラであって、
前記プロペラは、背面に溝を有するプロペラ翼を備え、
前記溝は、前記プロペラ翼の翼根に近い側の第１端部と、前記プロペラ翼の翼端に近い側の第２端部との間に形成され、
前記プロペラの翼端と、前記第１端部と、前記第２端部の前記プロペラの回転軸からの半径方向の位置をそれぞれＲ、ｒ１、ｒ２とすると、ｒ１＜０．９５Ｒ≦ｒ２である
プロペラ。
【請求項２】
前記プロペラ翼の前縁に近い側において、前記溝は前記背面に対して２０度以上の角度を持つ
請求項１に記載のプロペラ。
【請求項３】
前記第１端部は、前記半径方向の位置ｒ１における前記プロペラ翼断面において、翼厚が最大となる位置よりも後縁側に設けられる
プロペラ。
【請求項４】
更に、前記第１端部における開口と前記第２端部における開口との間の領域において前記溝を覆う蓋を具備する
請求項１から３のいずれかに記載されたプロペラ。
【請求項５】
更に、前記溝を、前記第１端部から前記第２端部まで並行して延長する第１溝と第２溝とに仕切る仕切り部材を具備する
請求項１から３のいずれかに記載されたプロペラ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載された前記プロペラを備え、前記プロペラを回転することによって推進力を得る船舶。
【請求項７】
船舶の推進用のプロペラの改造方法であって、
前記プロペラの背面に溝を形成するステップを具備し、
前記溝は、前記プロペラ翼の翼根に近い側の第１端部と、前記プロペラ翼の翼端に近い側の第２端部との間に形成され、
前記プロペラの翼端と、前記第１端部と、前記第２端部の前記プロペラの回転軸からの半径方向の位置をそれぞれＲ、ｒ１、ｒ２とすると、ｒ１＜０．９５Ｒ≦ｒ２である
プロペラの改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の推進用のプロペラに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶において、騒音源の一つであるプロペラの騒音を低減する技術が求められている。特に、客船や、海洋音響機器を使用する海洋調査船においては、騒音の低減は重要な課題である。
【０００３】
船舶に設けられる推進用のプロペラにおいて、翼端にキャビテーションが発生する場合がある。翼端渦キャビテーションは、主要な騒音発生原因である。
【０００４】
ヘリコプタの場合ではあるが、翼端渦の影響を制御する技術が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４５５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
翼端渦キャビテーションを抑制する技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態において、船舶の推進用のプロペラは、背面に溝を有するプロペラ翼を備える。溝は、プロペラ翼の翼根に近い側の第１端部と、プロペラ翼の翼端に近い側の第２端部との間に形成される。プロペラの翼端と、第１端部と、第２端部のプロペラの回転軸からの半径方向の位置をそれぞれＲ、ｒ１、ｒ２とすると、ｒ１＜０．９５Ｒ≦ｒ２である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、溝の内部の水流が遠心力で翼端付近に供給され、翼端渦キャビテーションを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、船舶の船尾部を示す。
【図２】図２は、第１実施形態におけるプロペラ翼を示す。
【図３】図３は、第１実施形態におけるプロペラ翼の断面図である。
【図４】図４は、溝の拡大断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態におけるプロペラ翼を示す。
【図６】図６は、第２実施形態におけるプロペラ翼の断面図である。
【図７】図７は、第３実施形態におけるプロペラ翼を示す。
【図８】図８は、プロペラ表面の流れと溝内部の流れを示す。
【図９】図９は、第３実施形態におけるプロペラ翼の断面図である。
【図１０】図１０は、第４実施形態におけるプロペラ翼を示す。
【図１１】図１１は、第４実施形態におけるプロペラ翼の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態における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。船体１の船尾部２に、プロペラ３が設置される。プロペラ３は、回転軸５を中心に概ね回転対称な形状を有するボス３−１と、ボス３−１の周囲に取り付けられ、回転軸５を中心とした円の周方向に並ぶ複数のプロペラ翼を備える。プロペラ３の後方に舵４が設けられる。プロペラ翼の前方側（船首側）の面は背面（負圧面）６であり、後方側（船尾側）の面は圧力面（正圧面）７である。
【００１１】
図２は、プロペラ３が備える複数のプロペラ翼３ａのうちの任意の一枚を前方（船首側）から見た正面図である。この図では、プロペラ３は前方から見て反時計回りの回転方向１０に回転する。従って、回転軸５に対して鉛直方向の上側に位置するとき、左側が前縁８であり、右側が後縁９である。
【００１２】
背面６に、回転軸５を中心とした円の半径方向に延長する溝１１が形成される。溝１１は、プロペラ翼３ａの翼根に近い側の第１端部１２と、翼端１５に近い側の第２端部１３との間に形成される。溝１１は例えばプロペラ翼３ａの表面を切削することによって形成することができる。溝１１の平面形状は、翼輪郭形状や加工のし易さに応じて、直線状に形成されてもよいし、曲線状に形成されてもよい。図２においては１本の溝１１が描かれているが、各プロペラ翼３ａに２本以上の溝１１が並行して設けられてもよい。
【００１３】
回転軸５のまわりの翼端１５の回転半径をＲとし、第１端部１２の回転半径をｒ１とし、第２端部１３の回転半径をｒ２とすると、ｒ１＜０．９５Ｒ≦ｒ２である。ｒ２≧０．９５Ｒ、すなわち溝１１がプロペラ翼３ａの翼端１５の近くまで延長していることが重要である。溝１１は、翼端１５まで延長していてもよい（ｒ２＝１．０Ｒの場合）。且つ、溝１１は有る程度の長さを有することが望ましい。例えば、溝１１の内周側の第１端部１２は、ボス３−１の外周とプロペラ翼３ａの翼端１５との中点よりも回転軸５に近い側に設けられる。すなわちｒ１は、ボス３−１の半径をｎＲ（０＜ｎ＜１）として、ｒ１≦（ｎ＋１）Ｒ／２を満たす。
【００１４】
図３は、図２のＡ−Ａ´断面における溝１１を示す。図４は、図３における溝１１の部分の拡大図である。これらの図における溝１１は、矩形の断面形状を有しているが、他の断面形状でもよい。プロペラ翼３ａを削る用途に適した加工工具の形状に応じて、例えば断面形状が円弧となるように溝１１を形成してもよい。
【００１５】
図４に示すように、溝１１の前縁８に近い側の側壁１７は、プロペラ翼３ａの背面６の曲面形状を溝１１の上まで仮想的に延長した曲面１６に対して角度θをなす。この角度θは、２０度以上であることが望ましい。後述するように水流を溝１１の内部に効率的にトラップするためには、溝１１が有る程度の深さを有していることが望ましい。例えば、曲面１６から溝１１の底までの最大深さは、曲面１６における溝１１の幅（プロペラ３の回転軸５を中心とした周方向のサイズ）の０．５倍以上となるように設計される。
【００１６】
プロペラ３が図示しないエンジンによって駆動されて回転軸５を中心に回転すると、プロペラ３の推進力によって船体１が前方に運動する。溝１１の内部はプロペラ３の周囲の水で満たされる。溝１１の内部の水は、溝１１にトラップされた状態でプロペラ翼３ａと共に回転し、遠心力を受ける。この遠心力に駆動されることにより、溝１１の内部には翼根側から翼端１５側への流れが発生する。この流れは、溝１１に導かれて第２端部１３まで運ばれ、翼端１５の付近に供給される。
【００１７】
溝１１の前縁８の側の側壁１７がプロペラ３の背面６に対して２０度以上の角度を持つことにより、プロペラ３の背面６を前縁８から後縁９へ流れる水流が溝１１において剥離し、溝１１の内部に流入することが妨げられる。その結果、プロペラ翼３ａの表面の水流に対して独立な流れが溝１１に沿って発生し、溝１１の内部の水を効率的に翼端１５に運ぶことができる。
【００１８】
溝１１から翼端１５に水が供給されることにより、翼端渦の渦核を大きくし、渦内の圧力低下を緩和することができる。その結果、翼端渦キャビテーションの発生を抑制し、プロペラ３の低騒音化を実現することができる。翼端に水流を供給するためのポンプ等の設備が不要であるため、簡単な施工によってキャビテーションを抑制することができる。
【００１９】
以上の効果を得るためには、プロペラ翼３ａの内部に溝を形成してもよい。しかしながら、本実施形態のようにプロペラ翼３ａの表面に溝１１を設けると、切削加工などにより容易に施工できる点で望ましい。更に、プロペラ３は水（海水）に曝されるため、汚れや海生生物が付着する可能性がある。本実施形態におけるプロペラ翼３ａの表面に溝１１を設ける構成は、外部から汚れや海生生物を除去する等のメンテナンスを行いやすいという利点がある。
【００２０】
図５は、本発明の第２実施形態におけるプロペラ翼３ｂを図２と同様に背面（船首側）から見た図である。図６は、図５に描かれたＢ−Ｂ´断面を示す。Ｂ−Ｂ´断面は、回転軸５からの半径が一定の面である。最大翼厚線１４は、回転軸５を中心とする半径方向の各位置においてプロペラ翼３ｂの厚さが最大となる点を繋いだ線である。溝１１ａは、翼根に近い側の端部である第１端部１２ａと、翼端１５に近い側の端部である第２端部１３ａとを結ぶ。
【００２１】
本実施形態においては、溝１１ａの少なくとも第１端部１２ａに近い翼根側の一部分は、最大翼厚線１４に対して後縁９の側、すなわちプロペラ３が回転しているときの後流側に設けられる。第２端部１３ａに近い部分の溝１１ａは、翼端１５の近くであれば、最大翼厚線１４に対して前縁８側に位置してもよいし、後縁９側に位置してもよい。
【００２２】
プロペラ３が回転しているとき、最大翼厚線１４より後流側においては、逆勾配圧力により境界層が発達しやすい。本実施形態におけるプロペラ翼３ｂが回転しているとき、境界層内の低運動流体が溝１１ａの内部に取り込まれる。その結果、最大翼厚線１４に対して後縁９側における境界層の発達を緩和することができる。境界層の発達を抑制することにより、運動量損失（抵抗の増加）や剥離を軽減し、推進効率の低下を防ぐことができる。
【００２３】
図７は、本発明の第３実施形態におけるプロペラ翼３ｃを示す。図９は、図７のＣ−Ｃ´断面図である。本実施形態においては、第１又は第２実施形態における溝１１、１１ａと同様の溝１１がプロペラ翼３ｃに形成される。本実施形態においては更に、溝１１に蓋２０が設けられる。
【００２４】
蓋２０は、溝１１の全体を覆ってはならない。蓋２０を設けた状態で、溝１１は、少なくとも翼根に近い側の第１端部２１と、翼端１５に近い側の第２端部２２において、プロペラ３周囲の作動流体と連通する開口を有する。蓋２０は、第１端部２１における開口と第２端部２２における開口との間の領域において、溝１１の上側を覆う。蓋２０は、例えば第１実施形態と同様に背面６の切削加工によって溝１１を形成した後、溝１１の形状に沿った板状の部材を溶接によって背面６に取り付けることによって形成することができる。
【００２５】
本実施形態においては、プロペラ３ｃが回転している状態において、翼根側の第１端部２１の開口から流入した水が遠心力によって溝１１を通って翼端１５付近に運ばれることにより、第１又は第２実施形態と同様にキャビテーションの発生が抑制される。
【００２６】
一方、この実施形態においては、以下のような特有の効果が得られる。第１又は第２実施形態においては、図８に示すように、背面６を流れる水流ｆ１の影響によって、溝１１の内部に二次流れ（渦ｆ２）が発生する。この渦ｆ２は、エネルギー損失の原因となる。
【００２７】
本実施形態においては、図９に示すように、蓋２０によって背面６を流れる水流ｆ１と溝１１の内部の半径方向外向きの水流とが分離する。そのため、渦ｆ２によるエネルギー損失が発生しない。
【００２８】
更に、本実施形態における第１端部２１を、第２実施形態における第１端部１２ａの位置に設けると、境界層が発生しやすい領域の水流を狙って溝１１の内部に取り込むことができ、より効果的に境界層の制御を行うことができる。
【００２９】
図１０は、本発明の第４実施形態におけるプロペラ翼３ｄを示す。図１１は、図１０における溝１１の部分の拡大図である。本実施形態においては、溝１１の内部に、溝１１の延長方向に沿って仕切り板（邪魔板）２３が設けられる。溝１１の内部は、仕切り板２３によって、並行する第１溝１１−１と第２溝１１−２とに仕切られる。仕切り板２３は例えば、溝１１の底面２４に溶接ビードを設けることによって形成することができる。
【００３０】
このような仕切り板２３によって、図８に示したような流れｆ１による渦ｆ２の発生を抑制し、エネルギー損失を低減することができる。このような仕切り板２３は、第１端部１２から第２端部１３までの全体に渡って形成されてもよいし、溝１１の延長方向の一部のみに形成されても効果を有する。本実施形態では、溝１１が蓋２０に覆われていないため、メンテナンス性が高い。
【００３１】
以上に説明した本発明の諸実施形態に係るプロペラ３は、例えば、溝１１に対応する部分が形成された鋳型を用いて鋳造することによって製造することができる。あるいは、溝１１を有しないプロペラを用意し、そのプロペラ３の背面に切削や研削などの方法で溝１１を掘ることによって、上記実施形態のプロペラ３を形成することもできる。後者の製造方法の場合、既存のプロペラを改造することも可能である。すなわち、溝１１を有しないプロペラを備える船舶において、後から溝１１を形成することによって、本発明の諸実施形態におけるプロペラ３に改造し、翼端渦キャビテーションを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  船体
２  船尾部
３  プロペラ
３ａ  プロペラ翼
３−１  ボス
４  舵
５  回転軸
６  背面
６−１  延長面
７  圧力面
８  前縁
９  後縁
１０  回転方向
１１、１１ａ  溝
１２、１２ａ  第１端部
１３、１３ａ  第２端部
１４  最大翼厚線
１５  翼端
１６  曲面
１７  側壁
２０  蓋
２１  第１端部
２２  第２端部
２３  仕切り板
２４  溝底部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014169017.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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