(57)【要約】【課題】プロペラの出力効率を向上させ、騒音を抑制することができる流体に対する抵抗体を提供する【解決手段】流体に対する抵抗体は、破壊性のない技術手段でプロペラ１０の外表面２０に形成される簿層２１の外表面に複数の空洞３１を設ける。プロペラが回転すると、流体４０が複数の空洞３１を通過し、簿層２１の外表面に複数の渦３３を発生させ、複数の渦３３は外表面に乱流境界層３０を発生させる。これにより、外表面上の流体４０が生じた乱気流を確実に妨害し、流体４０と外表面との接触を部分的に遮断し、外表面に対する流体４０の粘性抵抗を低減させ、流体を外表面に沿って迅速に通過させ、プロペラの出力効率を向上させる効果を達成することができ、騒音を抑制する効果を果たすことができる。【選択図】図５
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
流体中を進行するプロペラの羽根の外表面に形成される抵抗体であって、
プロペラの外表面に簿層を備え、
前記簿層の外表面に複数の空洞を設け、
流体が前記複数の空洞を通過することで前記簿層の外表面に乱流境界層を生成するための渦を発生させることを特徴とする流体に対する抵抗体。
【請求項２】
前記複数の空洞は、所定の細長い形、多角形、円形、楕円形、または他の幾何学的パターンを呈し、中央が凹んでいる弧状を呈することを特徴とする請求項１に記載の流体に対する抵抗体。
【請求項３】
前記複数の空洞は、前記簿層の外表面に密集分布し、深さが０．００１ｍｍから１０ｍｍまでであり、面積が０．００１ｍｍ2から１００ｍｍ2までであることを特徴とする請求項２に記載の流体に対する抵抗体。
【請求項４】
前記複数の空洞は、塗料のコーディングおよびプリント方式のうちのいずれか一つによって前記プロペラの外表面に付着された薄層から生成され、
前記複数の空洞の最大深さ（Ｈ）が薄層の厚さ（Ｔ）より小さいことを特徴とする請求項３に記載の流体に対する抵抗体。
【請求項５】
前記複数の空洞は、モールド加工、旋盤加工またはストリップ加工によって前記プロペラの外表面に形成されることを特徴とする請求項３に記載の流体に対する抵抗体。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は流体に対する抵抗体に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロペラの回転羽根は回転速度が速い。従来の観念では、羽根の表面がなめらかであるほど、流体に対する摩擦抵抗力が小さくなる。
【０００３】
（定義）
「流体」、以下に挙げられた流体は、空気および水を含む。
「プロペラ」、以下に挙げられたプロペラ（ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）は、船舶用プロペラ、ヘリコプターのプロペラおよび尾翼のプロペラ、飛行機のプロペラ、ジェットエンジンのプロペラ、ジェットエンジンの圧縮器固定子およびインペラー回転子、運転によって推進機能を生成する機構および羽根（ｂｌａｄｅ）、インペラー（ｉｍｐｅｌｌｅｒ）、インペラー回転子（ｔｕｒｂｉｎｅ  ｒｏｔｏｒ）などを含む。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際には、図１および図２に示すように、流体４０がプロペラ５０の羽根の外表面５１上のＡ点を通過する際、外表面５１の粘性力は流体の進行に干渉し、流場境界層を発生させるため、流体４０の質点は影響を受け、後に下がる。流体４０の質点を後退させる抵抗力は逆圧力、即ち流体の抵抗力と言う。流体４０は、質点がＢ点に至る際、境界層の分離現象を発生させ、そののち質点がＣ点、Ｄ点およびＥ点の流場に至る際、乱流を発生させるため、回転中の羽根の速度を妨害する。流体４０がプロペラ５０の平滑な外表面５１を通過する際、航跡４２は比較的短い距離Ｗ１を呈したうえで比較的大きい抗力（drag force）を発生させるとともに非常に強い流体抵抗力は生成される。
上述した現象はプロペラの出力効率に影響を与え、騒音を増大させてしまうため、改善の余地がある。
【０００５】
上記問題を解決するため、本考案の目的は、プロペラの出力効率を向上させ、騒音を抑制することができる流体に対する抵抗体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本考案による流体に対する抵抗体は、破壊性のない技術手段で羽根の外面に複数の空洞を設け、プロペラが回転し、流体が複数の空洞を通過し、外表面に複数の渦（ｓｍａｌｌ  ｖｏｒｔｅｘ）を発生させる。複数の渦は外表面に乱流境界層（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｌａｙｅｒ）を発生させる。これにより、外表面上の流体が生じた乱気流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）を確実に妨害し、流体と外表面との接触を部分的に遮断し、外表面に対する流体の粘性抵抗（ｖｉｓｃｏｕｓ  ｄｒａｇ）を低減させ、流体を外表面に沿って迅速に通過させ、プロペラの出力効率を向上させる効果を達成することができ、騒音を抑制する効果を果たすことができる。
また、乱流境界層を介して流体の乱気流を妨害することによって、流体に外表面に沿って航跡（ｗａｋｅ）を延長させ、回転羽根の抗力を低減させ、プロペラの出力効率を向上させることができる。
【０００７】
本考案は、技術手段が非破壊性であるため、羽根の外面を変更または破壊することがない。かつ本考案は作業上の利便性を有し、羽根の構造を破壊したり金属疲労を発生させたりすることを確実に防止することが可能なだけでなく、使用上の安全性を有し、回転速度をより速くし、動力をより高効率にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のプロペラの表面を流動する流体の状態を示す模式図である。
【図２】従来のプロペラの表面を流動する流体の分離過程を示す模式図である。
【図３】本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体によって形成された空洞を示す模式図である。
【図４】本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体によって生成された乱流境界層を示す断面図である。
【図５】図４の一部分を示す拡大図である。
【図６】周知のプロペラ上の流体流動と本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用したプロペラ上の流体流動との比較を示す模式図である。
【図７】周知のプロペラ上の流体分離過程と本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用したプロペラ上の流体分離過程との比較を示す模式図である。
【図８Ａ】本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用したプロペラの使用状態を示す模式図（その一）である。
【図８Ｂ】本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用したプロペラの使用状態を示す模式図（その二）である。
【図８Ｃ】本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用したプロペラの使用状態を示す模式図（その三）である。
【図８Ｄ】本考案の一実施形態による流体に対する抵抗体を採用したプロペラの使用状態を示す模式図（その四）である。
【考案を実施するための形態】
【０００９】
以下、本考案による流体に対する抵抗体を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本考案の一実施形態によるプロペラ１０は、図３に示した船舶用プロペラのほかに、図８Ａおよび図８Ｂに示したヘリコプター１１のプロペラおよび尾翼のプロペラ、図８Ｃおよび図８Ｄに示したオートジャイロ１２のプロペラ、ジェット機１３のジェットエンジンプロペラなどを含む。
【００１０】
プロペラ１０は、外表面２０と流体４０（空気、水）との間に抗力が生じる。外表面に設けられた複数の空洞３１により、プロペラ１０の出力効率を向上させ、騒音を抑制する。
【００１１】
図３に示すように、プロペラ１０の外表面２０の一部分または全面に簿層２１を形成し、この簿層２１の外表面に複数の空洞３１を形成する。流体４０が複数の空洞３１を通過する際、外表面２０に複数の渦３３を発生させる。複数の渦３３は、簿層２１の外表面に乱流境界層３０を生成し、乱流境界層３０は、外表面２０上の流体４０が生じた乱気流を確実に妨害し、流体４０とプロペラ１０の外表面２０との接触を部分的に遮断し、羽根に対する流体４０の粘性抵抗を低減させることによって流体４０をプロペラ１０の外表面２０に沿って迅速に通過させる。これにより、羽根の抗力を低減させる効果を達成することができる。
【００１２】
また、乱流境界層３０は流体の乱気流を妨害するため、流体４０は、外表面２０に沿って航跡４１を延長することができる。このとき航跡４１は比較的長い距離Ｗ２を呈する。延長された航跡４１は羽根の航跡の抗力を低減させることができる。従って、本考案は、上述した渦３３、乱流境界層３０および延長された航跡４１によってプロペラ１０の出力効率を向上させ、騒音を抑制することができる。
【００１３】
本実施形態は、プロペラ１０の外表面２０に空洞３１を設ける際、破壊性のない技術手段を採用することができるため、構造を変更するまたは破壊することなく、羽根の安全性を確保することができる。従って、本考案は、既に出荷された現役プロペラに適用することができる。
【００１４】
本実施形態は、破壊性のない技術手段によってプロペラ１０の外表面２０に複数の空洞３１を設ける際、塗料のコーティングおよびプリント方式のうちのいずれか一つまたは組み合わせによって外表面２０に薄層２１を生成する方法を採用することができる。本実施形態において、薄層２１は、塗料のコーティングまたはスクリーン印刷との組み合わせによって外表面２０に生成される。
【００１５】
図４および図５に示すように、薄層２１は、表面に形成された複数の空洞３１を有する。空洞３１は、細長い形、多角形、円形、楕円形などの所定の幾何学的パターンを呈する。本実施形態において、空洞３１は、中央が凹んでいる弧状を呈し、流体４０に向き合う前端が円弧状３２に形成されるため、気流４０は、空洞３１内にスムーズに導入され、空洞３１内に渦３３を生成することができる。
【００１６】
複数の空洞３１は、深さが０．００１ｍｍから１０ｍｍまでであり、面積が０．００１ｍｍ2から１００ｍｍ2までの間である。空洞３１の密度が高ければ高いほど抵抗力抑制効果がよくなる。本実施形態においては、二つの隣り合う空洞３１の間の間隔を空洞３１の最大直径または幅より小さくし、複数の空洞３１を密集させるが、これに限らない。
【００１７】
上述により形成された空洞３１内に生じる複数の渦３３は、点状から面状に変わり、乱流境界層３０を生成する。羽根の回転速度および表面積の大きさに応じ、空洞３１の深さおよび面積の大きさを設計すれば、最良の乱流境界層３０を生成することができる。
【００１８】
図５に示すように、本実施形態において、空洞３１は、深さＨが薄層２１の厚さＴより小さい。例えば、薄層２１の厚さＴは２ｍｍであるのに対し、空洞３１の最大深さＨは１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、１．５ｍｍから１．８ｍｍまでの間が比較的好ましいが、これに限らない。従って、薄層２１は、底面の大部分が外表面２０に付着することで付着性を増大させる。
【００１９】
薄層２１は、塗料のコーティングおよびプリント方式によって外表面２０に固着される。コーティングおよびプリント方式を採用する場合、着工と同時にスクリーンによって複数の空洞３１を形成する作業は問題なく実施することができる。塗料は耐高低温性および耐腐食性などの特性を有する。
【００２０】
本実施形態は、プロペラ１０の外表面２０に複数の空洞３１を形成する際、上述した薄層２１によって空洞３１を形成する方法に限らず、外表面２０にモールド加工、旋盤加工またはストリップ加工を行うことによって複数の空洞３１を形成する方法を採用することができる。空洞３１は外表面２０にのみ形成されるため、羽根の構造および強度を破壊することがない。複数の空洞３１は複数の渦３３を発生させることによって乱流境界層３０を生成する。その特徴および効果は上述した構造と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００２１】
上述した技術特徴により、本実施形態は下記の効果を有する。
一、流体４０が複数の空洞３１を通過する際、プロペラ１０の外表面２０に乱流境界層３０を自然に発生させるため、タービュレーター（ｔｕｒｂｕｌａｔｏｒ）などの設備を増設する必要なく表面の気流を妨害することができる。従って、本実施形態は利便性を有する。
【００２２】
二、図６に示すように、本実施形態は、外表面２０に対する流体４０の粘性抵抗を低減させることができるだけでなく、航跡４１を延長することができる。つまり、従来の航跡４２は、本実施形態によって比較的短い距離Ｗ１から比較的長い距離Ｗ２まで伸びることができる。従って、本考案は、外表面２０の航跡４１の抗力を低減させる効果を増進することができるだけでなく、速度を増大させ、エネルギーの損耗を抑制することができる。
【００２３】
三、図７に示すように、従来の流体は、プロペラ５０の羽根の外表面５１を流れ、Ａ点からＢ点に至る際、境界層に分離点（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ）が現れ、Ｂ点以降のＣ点、Ｄ点、Ｅ点などの流場に乱流を発生させる。それに対し、本考案は、流体がプロペラ１０の表面を流れる際、Ａ点の流場を発生させ、そののち外表面２０にＢ点の流場に示した境界層を発生させる。本考案は、外表面２０に複数の空洞３１を設けることによって乱流境界層３０を生成するため、流体が流場Ｂ点以降のＣ点、Ｄ点、Ｅ点などを流れる際、図７の上方の図に示した従来の流体のように乱流現象を発生させることなく、羽根の外表面の抵抗および騒音を確実に抑制することができる。
【００２４】
四、本実施形態は、破壊性のない技術手段で複数の空洞を形成することによって乱流境界層３０を生成するため、使用上の安全性および作業上の利便性を有するだけでなく、コストを抑えることができる。
【００２５】
上述した通り、本考案により提示された流体に対する抵抗体は、新規性を有し、効果の増進を確実に達成可能であり、産業上の利用性を有するため、実用新案登録出願の要件を満たすと考えられる。
【００２６】
以上、本考案は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、考案の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ・・・プロペラ、
１１  ・・・ヘリコプター、
１２  ・・・オートジャイロ、
１３  ・・・ジェット機、
２０  ・・・外表面、
２１  ・・・薄層、
３０  ・・・乱流境界層、
３１  ・・・空洞、
３２  ・・・円弧状、
３３  ・・・渦、
４０  ・・・流体、
４１  ・・・航跡、
４２  ・・・航跡、
５０  ・・・プロペラ、
５１  ・・・外表面。
【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】
0003165680.tif 000009
【図８Ａ】
0003165680.tif 000010
【図８Ｂ】
0003165680.tif 000011
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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