(57)【要約】【課題】スラストブレークダウンを効果的に抑制すること。【解決手段】本発明のプロペラ（１）を、プロペラボスの外周に設けられた複数枚のブレード（１２）の回転方向における後縁（１４）側に、この後縁側に連なる部分（２３、２４）よりもブレードの表面（１５）及び裏面（１６）の高さを増加させるような形状変化部（２１、２２）を設けて、キャビテーションによって引き起こされるスラストブレークダウンを抑制する構成にした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラボスの外周に複数枚のブレードを設けた船舶用のプロペラであって、
前記複数枚のブレードの回転方向における後縁側は、当該後縁側に連なる部分よりも前記ブレードの裏面の高さを増加させるような形状変化部を有することを特徴とするプロペラ。
【請求項２】
前記複数枚のブレードの回転方向における後縁側は、当該後縁側に連なる部分よりも前記ブレードの表面の高さを増加させるような形状変化部を有することを特徴とする請求項１に記載のプロペラ。
【請求項３】
前記形状変化部は、前記ブレードの先端側に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロペラ。
【請求項４】
前記複数枚のブレードは、スキュー形状を有していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロペラ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のプロペラと、
前記プロペラを回転可能に支持するハウジングと、
前記プロペラに駆動源からの動力を伝達する動力伝達機構とを備えたことを特徴とする推進器。
【請求項６】
前記プロペラを収容する円筒形のダクトを備えることを特徴とする請求項５に記載の推進器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、船舶の主推進器や補助推進器等に用いられるプロペラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶の推進器等に使用されるプロペラとして、プロペラボスとブレードとを所定のピッチ角で固定した固定ピッチプロペラや、プロペラボスに対するブレードのピッチ角を変更できるようにした可変ピッチプロペラが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の可変ピッチプロペラは、プロペラボスに対してブレードの基端が回動可能に取り付けられ、ブレードを回転する際の水の抵抗等を利用して、ピッチ角が自動調整されるように構成されている。これにより、ピッチ角を調整する際の動力装置等を設けずに装置構成を簡略化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０５９２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記した各種プロペラにおいては、プロペラが水中で回転してブレードの表面付近の圧力が低下すると、ブレードの表面にキャビテーションと呼ばれる気泡が発生する。キャビテーションの発生量が大きくなり過ぎると、プロペラの表面の気泡によって十分な推力が得られなくなるスラストブレークダウンという現象が引き起こされる。スラストブレークダウンは高馬力になるほど起こり易くなるため、スラストブレークダウンが生じないように推進器の最大入力馬力が制限されてしまっていた。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、スラストブレークダウンを抑制できるプロペラ及び推進器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプロペラは、プロペラボスの外周に複数枚のブレードを設けた船舶用のプロペラであって、前記複数枚のブレードの回転方向における後縁側は、当該後縁側に連なる部分よりも前記ブレードの裏面の高さを増加させるような形状変化部を有する。
【０００７】
この構成によれば、ブレード裏面では回転方向の後縁側の形状変化部によって水の流れが阻害され、ブレードの裏面側の圧力が増加されてプロペラの推力が向上される。よって、プロペラの回転によってブレード表面のキャビテーションが増加しても、プロペラの推力が向上されている分、スラストブレークダウン（推力低下）の発生を抑制することができる。
【０００８】
また本発明の上記プロペラにおいて、前記複数枚のブレードの回転方向における後縁側は、当該後縁側に連なる部分よりも前記ブレードの表面の高さを増加させるような形状変化部を有する。
【０００９】
この構成によれば、プロペラの回転によってブレード表面にキャビテーションが発生すると、ブレード表面の後縁側の形状変化部がキャビテーションによって覆われる。このキャビテーションはブレード表面に広がってブレードの翼面として機能し、キャビテーションによって作られた翼面に沿う水の流れを作り出すことができる。このため、ブレード表面の後縁側の形状変化部によって水の流れが阻害されることなく、ブレード表面の圧力の増加を抑えてブレードの表裏両面の圧力差を大きくすることができる。よって、キャビテーションが増加しても十分な推力を維持することができ、スラストブレークダウン（推力低下）の発生を抑制することができる。
【００１０】
また本発明の上記プロペラにおいて、前記形状変化部は、前記ブレードの先端側に設けられている。この構成によれば、キャビテーションが発生するブレードの先端側に形状変化部を設けることで、形状変化部によるブレードの表面側の圧力上昇を抑えることができ、ブレードの表裏面の圧力差を大きくすることができる。
【００１１】
また本発明の上記プロペラにおいて、前記複数枚のブレードは、スキュー形状を有している。この構成によれば、ブレードに発生するキャビテーションの発生の仕方を変化させることができる。
【００１２】
また本発明の推進器は、上記プロペラと、前記プロペラを回転可能に支持するハウジングと、前記プロペラに駆動源からの動力を伝達する動力伝達機構とを備える。また本発明の上記推進器において、前記プロペラを収容する円筒形のダクトを備える。これらの構成によれば、小型の推進器であっても十分な推力を得ることができるため、船体に対する推進器の設置コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数枚のブレードの回転方向における後縁側に、ブレードの裏面の高さを増加させる形状変化部を設けたことで、スラストブレークダウンの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態に係るプロペラの斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るプロペラのブレードの模式図である。
【図３】本実施の形態に係るブレード表面に対するキャビテーションの影響を示す図である。
【図４】本実施の形態に係るスラストブレークダウンの抑制効果の説明図である。
【図５】変形例に係るブレードの模式図である。
【図６】本実施の形態に係る推進器の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本実施の形態に係るプロペラについて説明する。図１は、本実施の形態に係るプロペラの斜視図である。ここでは、港への離接岸時の操船等に使用される補助推進器等のプロペラを例示して説明する。また、以下の説明では、スラストブレークダウンの抑制構造を可変ピッチ式のプロペラに適用した例について説明するが、固定ピッチ式のプロペラに適用することも可能である。
【００１６】
図１に示すように、プロペラ１は、可変ピッチ式のプロペラであり、プロペラボス１１の外周面に複数枚のブレード１２を回動可能に取り付けて構成される。各ブレード１２は、不図示の変節機構によって、プロペラボス１１の外周面に対する直交軸回りにピッチ角（翼角）が調整される。プロペラ１は、各ブレード１２のピッチ角を変えることにより、回転方向や回転数を変えることなく、プロペラの駆動軸方向のいずれの方向に対しても任意の推進力を得ることが可能になっている。また、各ブレード１２には、フォワードスキュー形状が採用されており、キャビテーションがブレード１２の先端よりもやや内側に広げられている。
【００１７】
一般にプロペラでは、キャビテーションの発生量が大きくなり過ぎると、スラストブレークダウン（推力低下）が引き起こされる。また、プロペラが使用される一部の推進器では、キャビテーションによるスラストブレークダウンを起こさない程度に、入力馬力に対する推力発生範囲が設定されている。一部の推進器では、この推力発生範囲が狭いと、上位サイズの推進器を使用しなければならなかった。そこで、本実施の形態に係るプロペラ１では、各ブレード１２の回転方向における後縁側の断面形状を、魚の尾ビレ（フィッシュテール形状）のように厚みを増加させることで、スラストブレークダウンを抑制するようにしている。
【００１８】
以下、本実施の形態に係るプロペラのブレード形状について詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係るプロペラのブレードの模式図である。図３は、本実施の形態に係るブレード表面に対するキャビテーションの影響を示す図である。図４は、本実施の形態に係るスラストブレークダウンの抑制効果の説明図である。図５は、変形例に係るブレードの模式図である。なお、変形例に係るブレードでは、本実施の形態に係るブレードと同一の名称については同一の符号を付して説明する。
【００１９】
図２Ａに示すように、本実施の形態に係るプロペラ１のブレード１２は、回転方向における前縁１３側の後退角を大きくしたフォワードスキュー形状に形成されている。ブレード１２の回転方向における後縁１４側には、ブレード１２の厚みを増加させて、ブレード１２の断面形状を急激に変化させる形状変化部２１、２２が設けられている。図２Ｂに示すように、形状変化部２１、２２は、後縁端２７に向かってブレード１２の表面１５及び裏面１６の高さを、後縁１４側に連なる部分２３、２４よりも増加させるように傾斜している。この形状変化部２１、２２は、ブレード１２の表面１５及び裏面１６において対称に形成されている。
【００２０】
ブレード１２の断面形状は、翼弦の中央付近から後縁１４側に向かって徐々に薄くなり、後縁１４側の形状変化部２１、２２において厚くなっている。このように、ブレード１２の表面１５及び裏面１６は後縁１４側において急激に変化している。本実施の形態に係るブレード１２では、後縁１４側における表面１５及び裏面１６の急激な形状変化により、キャビテーションに起因した推力の低下であるスラストブレークダウンが抑えられている。
【００２１】
図３Ａは、本実施の形態に係るブレード１２に対するキャビテーション２５の影響を示している。本実施の形態に係るブレード１２では、表面１５付近にキャビテーション２５が発生した場合には、キャビテーション２５によって表面１５側の形状変化部２１が覆われる。これにより、ブレード１２の表面１５側ではキャビテーション２５がブレード１２の翼面として機能して、このキャビテーション２５の翼面に沿う水の流れが作り出される。一方で、ブレード１２の裏面１６に沿う水の流れは、裏面１６側の形状変化部２２によって阻害される。
【００２２】
このように、ブレード１２の表面１５側では、キャビテーション２５に作られた翼面に沿って水の流れがスムーズになり、ブレード１２の裏面１６側では、形状変化部２２によって水の流れが妨げられる。この結果、ブレード１２の表面１５側と裏面１６側との間で圧力差が大きくなり、キャビテーションの発生量が多くなっても、所定の推力を維持することができる。なお、キャビテーション２５はブレード１２の先端寄りに発生し易いため、形状変化部２１がブレード１２の先端側に設けられることで、形状変化部２１がキャビテーション２５で覆われ易くなり、ブレード１２の表面１５側の圧力上昇が効果的に抑えられている。
【００２３】
一方、図３Ｂは、比較例に係るブレード３１に対するキャビテーション３７の影響を示している。比較例に係るブレード３１の回転方向における後縁３４側には、本実施の形態に係るブレード１２のような形状変化部２１、２２が設けられていない。このため、ブレード３１の裏面３６側の水の流れが妨げられないため、ブレード３１の裏面３６側の圧力が上昇しない。この結果、ブレード３１の表面３５側と裏面３６側との間で圧力差が大きくなることがなく、ブレード３１の表面３５にキャビテーション３７が発生し始めると、キャビテーションの発生量が少ない状態で推力が低下し始める。
【００２４】
図４は、キャビテーションの発生量と推力との関係を示す図である。なお、図４において、実線Ｗ１が本実施の形態に係るブレード１２、破線Ｗ２が比較例に係るブレード３１のキャビテーションの発生量と推力との関係を示している。図４に示すように、キャビテーションの発生量が少ない状態では、本実施の形態に係るブレード１２及び比較例に係るブレード３１のいずれにおいても同等な推力が得られている。しかしながら、キャビテーションの発生量が多い状態では、本実施の形態に係るブレード１２よりも比較例に係るブレード３１の方が少ないキャビテーションでスラストブレークダウンが発生する。
【００２５】
このように、本実施の形態に係るブレード１２では、キャビテーションの発生量が増加しても所定以上の推力を発生させることが可能になっている。また、比較例に係るブレード３１でスラストブレークダウンが生じると、キャビテーションの発生量に対して推力の低下が激しくなる。これに対し、本実施の形態に係るブレード１２でスラストブレークダウンが生じると、比較例に係るブレード３１と比べて、キャビテーションの発生量に対する推力の低下が緩やかになっている。このように、本実施の形態に係るブレード１２ではスラストブレークダウンが効果的に抑制されている。
【００２６】
また、比較例に係るブレード３１を推進器に用いた場合には、スラストブレークダウンを避けるために、推進器の入力馬力に対する推力発生範囲が狭く設定される。一方、本実施の形態に係るブレード１２を推進器に用いた場合には、上記したようにスラストブレークダウンが抑制されるため、推進器の入力馬力に対する推力発生範囲が拡張される。よって、目標の推力を得るために比較例に係るブレード３１を使用した推進器よりも、一回り下位のサイズの推進器を使用することができる。そして、例えば、船舶の左右方向の平行移動や旋回移動に使用される補助推進器に、本実施の形態に係るブレード３１を適用した場合には、より船首側に補助推進器を設置することができる。これにより、回頭モーメントを大きくして操船性を向上できる。さらに、推進器の設置コストを低減することができる。
【００２７】
また、任意の大きさのプロペラ模型を製作して、形状変化部２１、２２の形状を変化させて水槽試験を実施した。この結果、形状変化部２１、２２が高くなるのに伴って、推力のピークがキャビテーションの発生量が高い方向に移動して、スラストブレークダウンの抑制効果が高まることが確認された。また、主にキャビテーションが発生し易いブレード１２の半径方向の先端寄りの所定範囲にだけ形成することで、ブレード１２の半径方向の略中心から先端までの範囲に形状変化部２１、２２を形成した場合と略同等なスラストブレークダウンの抑制効果が確認された。
【００２８】
なお、形状変化部２１、２２は、ブレード１２の後縁１４側（形状変化部２１、２２）に連なる部分２３、２４よりも表面１５及び裏面１６の高さを増加させるように形成されていればよい（図３Ａ参照）。ここで、表面１５の高さとは、ブレード１２の中心線Ｃからの表面１５側の高さを示し、裏面１６の高さとは、ブレード１２の中心線Ｃからの裏面１６側の高さを示している。例えば、図５Ａに示すように、形状変化部２１、２２は、表面１５及び裏面１６が断面視山形に突出して形成されてもよい。また、図５Ｂに示すように、形状変化部２１、２２は、表面１５及び裏面１６が断面視半円状に突出して形成されてもよい。また、図５Ｃに示すように、形状変化部２１、２２は、表面１５及び裏面１６が略垂直に突出して形成されてもよい。
【００２９】
また、上記した実施の形態では、ブレード１２の表裏両面に形状変化部２１、２２が形成される構成について説明したが、この構成に限定されない。主推進器のように、一方向だけに推力を発生させるプロペラ１の場合には、ブレード１２の裏面１６側だけに形状変化部２２が設けられる構成でもよい。例えば、図５Ｄに示すように、形状変化部２２は、ブレード１２の後端１４側が裏面１６側に屈曲するように形成されてもよい。このような構成であっても、ブレード１２の裏面１６では回転方向の後縁１４側の形状変化部２２によって水の流れが阻害され、ブレード１２の裏面１６側の圧力が増加されてプロペラ１の推力が向上される。よって、プロペラ１の回転によってブレード１２の表面１５のキャビテーションが増加しても、プロペラ１の推力が向上されている分、スラストブレークダウン（推力低下）の発生を抑制することができる。
【００３０】
また、本実施の形態のように、フォワードスキューを有するブレード１２に限らず、図５Ｅに示すように、回転方向における後縁側の後退角を大きくしたバックワードスキュー形状を有するようにブレード１２が形成されてもよい。この場合、キャビテーションがフォワードスキューを有するブレード１２よりも、ブレード１２の先端側に広げられる。
【００３１】
次に、図６を参照して、本実施の形態に係るプロペラを使用した推進器について説明する。図６は、本実施の形態に係る推進器の断面模式図である。
【００３２】
図６に示す推進器４１は、船体４２を左右方向の平行移動や旋回移動させる補助推進器であり、船首部４３の左右両舷を貫くトンネル４４内に設置されている。推進器４１は、円筒状のダクト４５内で支持されたプロペラ１を回転させることで、船体４２に対して左右方向の推力を発生するように構成されている。ダクト４５はトンネル４４内に設置されており、船首部４３において左右方向に水流を通す流路の一部として機能している。ダクト４５の内面にはプロペラ１を支持したハウジング４７が取り付けられている。ハウジング４７には、船体４２内の駆動源４８からプロペラ１に動力を伝達する動力伝達機構４９が収容されている。
【００３３】
このように構成された推進器４１では、駆動源４８の動力が動力伝達機構４９を介してプロペラ１に伝達され、プロペラ１が回転することでトンネル４４内に水流が引き起こされる。これにより、船体４２に対して左右方向の推力を発生させて、港への離接岸時等の船体４２の操船性が高められている。この推進器４１では、上記したプロペラ１を使用することによって、スラストブレークダウンを抑制して入力馬力に対する推力発生範囲を広げるようにしている。これにより、従来の推進器よりも一回り下位サイズの推進器で目標の推力を得ることが可能になっている。
【００３４】
なお、本実施の形態では、可変ピッチ式のプロペラ１を備えた推進器４１について説明したが、固定ピッチ式のプロペラ１を備えた推進器でもよい。固定ピッチ式のプロペラ１を、上記した補助推進器で使用する場合には、プロペラの回転方向を変えることで推進方向を変化させる。この場合、ブレード１２の前縁及び後縁の両側から水が流入するため、スキュー形状を有さないように形成する。
【００３５】
以上のように、本実施の形態に係るプロペラ１においては、ブレード１２の表面１５にキャビテーションが発生すると、ブレード１２の表面１５の後縁側の形状変化部２１がキャビテーションによって覆われる。このキャビテーションはブレード１２の表面に広がってブレード１２の翼面として機能し、キャビテーションによって作られた翼面に沿うスムーズな水の流れを作り出すことができる。一方で、ブレード１２の裏面１６では回転方向の後縁１４側の形状変化部２２によって水の流れが阻害され、ブレード１２の裏面１６側の圧力が増加されてプロペラ１の推力が向上される。このため、ブレード１２の表面の圧力の増加を抑えてブレード１２の表裏両面の圧力差を大きくすることができる。よって、キャビテーションが増加しても十分な推力を維持することができ、スラストブレークダウン（推力低下）の発生を抑制することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００３７】
例えば、本実施の形態では、ブレード１２の回転方向の後縁１４側において、ブレード１２の先端側に形状変化部２１、２２が設けられる構成としたが、この構成に限定されない。形状変化部２１、２２は、回転方向における後縁１４側であれば、ブレード１２の径方向全体に設けられていてもよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、船舶の左右方向の平行移動や旋回移動に使用される補助推進器に、上記したプロペラ１を使用する構成について説明したが、この構成に限定されない。例えば、一方向に船舶を推進させる主推進器にプロペラ１を使用する構成にしてもよい。この場合には、プロペラ１の裏面１６側だけに形状変化部２２を設けるようにする。また、主推進器は、ダクト内にプロペラ１を配置した推進器でもよいし、ダクトを有さない推進器でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上説明したように、本発明は、スラストブレークダウンを抑えることができるという効果を有し、特に、港への離接岸時の操船等に使用されるプロペラ及び推進器に有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１  プロペラ
１１  プロペラボス
１２  ブレード
１４  ブレードの回転方向における後縁
１５  ブレードの表面
１６  ブレードの裏面
２１、２２  形状変化部
２３、２４  ブレードの後縁側に連なる部分
４１  推進器
４５  ダクト
４７  ハウジング
４９  動力伝達機構
【図１】
2015202753.tif 000003
【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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