(57)【要約】【課題】キャビテーションの発生を抑え、船舶の静粛性及び性能を高める。【解決手段】船体のスラスタ壁１２の支柱４１に、矢印Ｃと反対方向に海流を発生させる発生機構５０が設けられる。発生機構５０は、噴射孔５１と、噴射孔５１に海水を供給する噴射手段としての流路５２とからなる。噴射孔５１は、支柱４１のプロペラ４２と対向する背面に所定のピッチで縦横に複数設けられる。流路５２は、一端が支柱４１のプロペラ４２と反対側の面の上部に開口された導入口５３を有し、他端が支柱４１を貫通すると共に、その周囲を経て噴射孔５１と連絡している。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船尾若しくは船体のスラスタ装置に突設された張出し部と、該張出し部に回転可能に取り付けられたプロペラとを備え、プロペラの回転により、船体に対し、プロペラ側から張り出し部方向に向かう推力を得るようにしたプロペラ装置において、
前記プロペラの回転時、前記張出し部の背面側からプロペラ方向に流れる水流を発生させる発生機構を備えたことを特徴とするプロペラ装置。
【請求項２】
請求項１記載のプロペラ装置において、
前記発生機構は、前記張出し部からプロペラ方向に流体を噴射する噴射孔と、該噴射孔に流体を供給する噴射手段とを備えることを特徴とするプロペラ装置。
【請求項３】
請求項２記載のプロペラ装置において、
前記噴射手段は、ポンプからなることを特徴とするプロペラ装置。
【請求項４】
請求項２記載のプロペラ装置において、
前記噴射手段は、前記張出し部の前面側から前記噴射孔に流体を導く流路からなることを特徴とするプロペラ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のプロペラ装置において、前記張出し部の前面側の水の流速を検出する第１センサと、前記張出し部及び前記プロペラ間の水の流速を検出する第２センサと、これら第１及び第２センサの検出に基づいて前記噴射孔から噴射される流体の噴射量を決定するコントローラとを備えることを特徴とするプロペラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プロペラ装置に係り、特に船尾や船体に横設されたスラスタに備えられるプロペラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
舶用プロペラは、船舶が前進する推力を付与するため船尾に搭載され、また船舶に横方向の推力を付与するため、船体に横設されたスラスタ装置に搭載されている。例えば、図８に示すように、船体１の船尾に後方に延在する張出し部２が突設されると共に、その張出し部２の後部にプロペラ３が取り付けられている。なお、図中符号９は舵である。
また、図９に示すように、船体１のスラスタ壁５内に支柱からなる張出し部６が垂下されると共に、その張出し部６の先端部に回転可能に取り付けられた回転軸７のハブ７ａにプロペラ８が取り付けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のプロペラ装置は、その支持体となる張出し部２、６がいずれもプロペラ３、８の上流部でこれらと対向するように張り出しているので、プロペラ３、８が回転したとき、その張出し部２、６が障害物となって海水の流れに悪影響を及ぼしていた。
例えば、プロペラ３が回転すると、その推力で船体１が図８の左側へ前進するが、上述のように、張出し部２が存在することで、その周囲の海水がプロペラ３側に流れにくく、著しいときには淀んでしまって伴流速度分布が低下してプロペラ性能が低下する問題があった。
【０００４】
因みに、図１０は、図８に示す従来のプロペラ装置による、海水の流れ状態を示す伴流速度分布を示している。同図において、それぞれの曲線上の数値は、Ｗｘの値が０のときに海水の流速と一致する速度となっていることを表しており、プロペラの上部では、０．８、０．７等の値となって海水が略淀んだ状態となり、中心側に向かうにつれてその値が次第に小さくなっていることから、海水の流速がプロペラの中心側（ハブ７ａ側）に至るに従って徐々に速くなっていることが理解できよう。符号３′は、プロペラ３の回転軌跡である。
図１０から、従来のプロペラ装置は、プロペラ３及び８の回転持、その上流側では張出し部２及び６という障害物によって海水の流れが悪く、流速が低下するので、キャビテーションを引き起こして振動や騒音が大きくなる結果、船舶の静粛性が低下すると共に、推力低下を招いていた。
このような問題は、特に、プロペラが一軸の場合やオイルバス方式の船尾形状を有するニ軸の場合に問題となっており、プロペラが張り出し軸受を有するニ軸にそれぞれ取り付けられている場合には影響度は小さくなる。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、キャビテーションが発生するのを抑えると共に、伴流速度分布を改善して船舶の静粛性及びプロペラ性能を高めることができるばかりでなく、プロペラ面積の小さい軽重量のプロペラ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、船尾若しくは船体のスラスタ装置に突設された張出し部と、該張出し部に回転可能に取り付けられたプロペラとを備え、プロペラの回転により、船体に対し、プロペラ側から張出し部方向に向かう推力を得るようにしたプロペラ装置において、前記プロペラの回転時、前記張出し部の背面側からプロペラ方向に流れる水流を発生させる発生機構を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この発明に係るプロペラ装置によれば、プロペラの回転によって船体が推力を受けると、発生機構が、流体によってプロペラの上流側から下流側に向かう水流を積極的に発生させ、つまり、船体が受ける推力に伴う水流と同様の水流が発生するので、張出し部及びプロペラ間を流れる水の流速を大きくすることができ、良好な速度が得られる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のプロペラ装置において、前記発生機構は、前記張出し部からプロペラ方向に流体を噴射する噴射孔と、該噴射孔に流体を供給する噴射手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係るプロペラ装置によれば、噴射手段が噴射孔に流体を供給するので、プロペラの上流側から下流側に向かう水流を確実にかつ良好に発生させることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２記載のプロペラ装置において、前記噴射手段は、ポンプからなることを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るプロペラ装置によれば、ポンプによって噴射孔に流体を供給するので、簡単にかつ良好に流体を供給することができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項２記載のプロペラ装置において、前記噴射手段は、張出し部の前面側から前記噴射孔に流体を導く流路からなることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係るプロペラ装置によれば、張出し部からプロペラ方向に流体を導く流路からなるので、簡単にかつ良好に流体を供給することができる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載のプロペラ装置において、前記張出し部の前面側の水の流速を検出する第１センサと、前記張出し部及び前記プロペラ間の水の流速を検出する第２センサと、これら第１及び第２センサの検出に基づいて前記噴射孔から噴射される流体の噴射量を決定するコントローラとを備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るプロペラ装置によれば、コントローラが第１センサ及び第２センサの検出に基づいて噴射孔から噴出される流体の噴射量を決定するので、張出し部からプロペラ方向に良好な水流を発生できる制御を行える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図５はこの発明の一実施の形態に係るプロペラ装置を示す図であって、図１はプロペラ装置を搭載した船体を示し、図２は船尾に搭載されたプロペラ装置を示す側面拡大図、図３は図２の発生機構をプロペラ側から見た拡大側面図、図４は船体に横設されたスラスタ装置を示す説明用拡大図、図５は図４の発生機構をプロペラ側から見た拡大側面図である。
図１に示すように、船体１０の船尾にはプロペラ装置２０が搭載され、また船体の側部に設けられたスラスタ装置１１にプロペラ装置４０が搭載されている。プロペラ装置２０は、船尾に設けられた張り出し部としての支持体２１と、この支持体２１に回転自在に取り付けられたプロペラ２２とを備えている。プロペラ２２は、図２に示すように、支持体２１を挿通する推力軸（符示せず）に連結されたプロペラハブ２３の周囲に複数枚取り付けられている。
【００１７】
そして、推力軸の駆動によつてプロペラハブ２３と共にプロペラ２２が回転すると、その回転によって船体１０が、図１（ｂ）及び図２に示す矢印Ａの方向に進む推力が得られると共に、その矢印Ａと反対方向に海水が流れる。
この実施形態では、支持体２１にその矢印Ａと反対方向に、つまり支持体２１側からプロペラ２２方向に流れる海流（水流）を発生させる発生機構３０が設けられている。
【００１８】
発生機構３０は、図２に示すように、支持体２１の背面側からプロペラ２２方向に海水を噴射させる噴射孔３１と、この噴射孔３１に海水を供給する噴射手段としての流路３２とを備えている。噴射孔３１は、図２及び図３に示すように、支持体２１の背面に例えば所定のピッチで縦横に複数設けられている。流路３２は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、一端が船体１０の底部の途中位置に開口された導入口３３を有し、かつ他端が船体１０の底部側を貫通して図２及び図３に示す噴射孔３１と連絡している。
【００１９】
一方、プロペラ装置４０は、図４に示すように、船体１０の側部を貫通するスラスタ壁１２の途中位置の上部に下方に垂下する張出し部としての支柱４１と、支柱４１の下部に回転可能に取り付けられたプロペラ４２とを備えている。プロペラ４２は、支柱４１の下部に回転可能に取り付けられた回転軸４３のハブ４４に複数枚取り付けられている。
【００２０】
そして、プロペラ４２が回転すると、その回転によって図４に示す矢印Ｃの方向に船体１０が推力を得る。
この実施形態では、支柱４１にその矢印Ｃと反対方向に海水の流れを発生させる発生機構５０が設けられている。発生機構５０は、前記発生機構３０の場合と同様、噴射孔５１と、噴射孔５１に海水を供給する噴射手段としての流路５２とからなっている。即ち、噴射孔５１は、図４及び図５に示すように支柱４１においてプロペラ４２と対向する背面に所定のピッチで縦横に複数設けられている。流路５２は、図４に示すように、一端が支柱４１のプロペラ４２と反対側の前面の上部に開口された導入口５３を有し、他端が支柱４１の上部を経て噴射孔５１と連絡しており、導入口５３から矢印Ｂのように取り込んだ海水が噴射孔５１に導かれる。
【００２１】
このように構成された船体１０は、推力軸の駆動により、プロペラ装置２０のプロペラハブ２３と共にプロペラ２２が回転すると、その回転により船体１０が図１及び図２に示す矢印Ａの方向に推力を受けるに伴い、それと反対方向、つまり、船体１０の前部側から後方側に向かうように海水が流れるが、その際、プロペラ２２の上流側には支持体２１が存在していることから、特に支持体２１及びプロペラ２２間で海水の流れが悪くなるおそれがある。
【００２２】
しかしながら、上記プロペラ２２の回転によって船体１０が推力を受けると、それに伴い船体１０の底部の導入口３３から流路３３に海水が取り込まれると共に、取り込まれた海水が噴射孔３１に供給されるので、海水が噴射孔３１からプロペラ２２方向に向かって噴射されることで、支持体２１及びプロペラ２２間において、海水にプロペラ２２の上流側から下流側に向かう流れを積極的に発生させることができる。
【００２３】
従って、海水にプロペラ２２の上流側から下流側に向かう流れを積極的に発生させるので、支持体２１及びプロペラ２２間で海水の流速を大きくすることができ、伴流速度分布を改善することができる。この伴流分布改善の結果、キャビテーションが発生するのを抑制することができるので、それだけ船体１０の振動及び騒音を低減でき、船舶の静粛性及び推進効率（約１〜２％）を向上させることができると共に設計改善効果をも向上できる。しかも、伴流速度分布の改善により、展開面積が減少できて、プロペラ２２の翼幅を細くできることでプロペラ重量を軽量化できる。このような効果は、プロペラ２２が固定ピッチプロペラ（ＦＰＰ）でも、また可変プロペラであっても同様である。
【００２４】
上記と同様のことはスラスタ装置１１にも当てはまる。つまり、スラスタ装置１１のプロペラ装置４０において、図４に示すように、プロペラ４２の回転によって船体１０が矢印Ｃ方向に推力を受けるが、その際、支柱４１がスラスタ壁１２内に張り出していて、支柱４１及びプロペラ４２間での海水の流れが悪くなろうとするところ、流路５２の導入口５３から海水が取り込まれると共に、取り込まれた海水が噴射孔５１から噴出するので、支柱４１及びプロペラ４２間において、海水にプロペラ４２の上流側から下流側に向かう流れを積極的に発生させることにより、上述と同様の作用効果が得られる。
【００２５】
特に、プロペラ装置４０の場合、噴射孔５１とその流路５２とを備えて発生機構５０が構成されるので、これらを容易にユニット化することができ、従来のスラスタ装置に設置することで上述した効果が簡単に得られる。
なお、プロペラ装置４０においては、プロペラ４２が上記と逆方向に回転することで船体１０が矢印Ｃと反対方向に推力を得た場合、プロペラ４２に対し支柱４１が障害物となることがないので、問題となることがない。
【００２６】
このような噴射孔３１、５１の口径及び数並びに形状等は、海水を噴射させることによって生成された海水の流れが、プロペラ２２、４２の回転によって得られた速度と略同一となるよう、それぞれ適宜設定されている。
また、流路３２として、船体１０の底部の途中位置に導入口３３が設けられた例を示したが、噴射孔３１に海水を導ける構成であれば任意の構造でもよく、図示例に限られるものではない。
【００２７】
図６はこの発明の第２の実施の形態に係るプロペラ装置を示している。
この実施形態は、スラスタ装置１１の発生機構５０に適用したものであって、前述した実施形態と異なるのは、例えば、発生機構５０の噴射孔５１に海水（流体）を供給するポンプ５４を用いた点にある。ポンプ５４は、流路５２の途中位置に設置されており、外部からの海水を吸い込んで吐出すると、逆止弁５６を介して噴射孔５１から吹き出すようになっている。この場合の流路５２は、詳細に図示していないが、船体１０から引き回して配管される。図６において、図１から図５と同一部分には同一符号を付している。
【００２８】
従って、プロペラ４２の回転時、ポンプ５４がモータ５５によって駆動されると、海水を吸い込んで噴射孔５１から吹き出すことで、海水にプロペラ４２の上流側から下流側に向かう流れを積極的に発生させることができる。この場合の流れの速度も、プロペラ４２の回転によって得られる海水の流れと略同速度となるように設定されている。
【００２９】
この実施形態によれば、ポンプ５４の駆動で海水が吹き出されることでプロペラ４２の上流側から下流側に向かうように海水に流れを発生させるので、基本的には上述した実施形態と同様の作用効果が得られる。
なお、この実施形態では、スラスタ装置１１のプロペラ装置４０に適用した例を図示したが、プロペラ装置２０に適用しても同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
図７は、この発明の第３の実施の形態に係るプロペラ装置を示している。
この場合は、プロペラ４２の回転時、支柱４１の前面側における海水の流速を検出する第１センサ６１と、支柱４１及びプロペラ４２間の海水の流速を検出する第２センサ６２と、これら第１、第２センサ６１、６２からの検出信号に基づき、モータ５４の回転数を調整して噴射孔５１からのエアの噴射量を選定するコントローラ６３とを備え、これにより、プロペラ４２の上流から下流側に流れる海水の流速を制御するようにしている。
【００３１】
この場合、コントローラ６３は、海水（流体）の噴射量のみならず噴射圧も制御することが望ましい。そのため、コントローラ６３には、予め、モータ５５の回転数と噴射孔５１からの噴射量及び噴射圧との関係データ、及びプロペラ４２の回転によって得られる海水の速度データが入力されており、噴射孔５１から噴射された海水によってプロペラ４２の上流側から下流側に流れる海水の流れの速度と、プロペラ４２によって推力が得られたときの海水の速度とが略同一となるようにプログラムされている。
また、第１センサ６１及び第２センサ６２は、スラスタ壁１２に近接するように設置されると、海水の流れる速度を正確に検出しにくくなることから、スラスタ壁１２から適宜離れた位置に設置されることが望ましい。なお、図７において、図１から図６と同一部分には同一符号を付しており、プロペラ４２の一部は図示省略されている。
【００３２】
以上の図示実施形態では、発生機構３０、５０が海水を噴射させた例を示したが、淡水を噴射させても同様の効果を得ることができ、従って、流体の噴射によって海水に所望の流れを生成できればよい。但し、淡水若しくはその他の流体の場合、船体に貯水又は貯蔵する必要があり、保守・管理等の関係から、航行中の海水を採用するのが望ましい。また、海を航行する場合についてのみ説明したが、川や湖を航行する船体にも適用すれば、同様の効果が得られるのは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、プロペラの回転によって船体が推力を受けたとき、発生機構が張出し部及びプロペラ間で、張り出し部からプロペラ方向に流れる水流を積極的に発生させ、船体が受ける推力に伴う水流と同じ水流が発生するように構成したので、キャビテーションが発生するのを抑制することができる結果、それだけ船体の振動及び騒音を低減できて船舶の静粛性及び推進効率並びに設計改善効果を高めることができる他、船舶の音響観測装置の感度向上に寄与できる等の効果が得られる。
【００３４】
請求項２に係る発明によれば、噴射手段が噴射孔に流体を供給するので、プロペラの上流側から下流側に向かう水流を確実にかつ良好に発生させることができる効果が得られる。
【００３５】
請求項３に係る発明によれば、ポンプによって噴射孔に流体を供給するので、簡単にかつ良好に流体を供給することができる効果が得られる。
【００３６】
請求項４に係る発明によれば、張出し部からプロペラ方向に流体を導く流路からなるので、簡単にかつ良好に流体を供給することができる効果が得られる。
【００３７】
請求項５に係る発明によれば、コントローラが第１センサ及び第２センサの検出に基づいて噴射孔から噴出される流体の噴射量を決定するので、張出し部からプロペラ方向に良好な水流を発生できる制御を行える効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係るプロペラ装置を搭載した船体の概略図であって、（ａ）は船体の底面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】船尾に搭載されたプロペラ装置を示す側面拡大図である。
【図３】図２の発生機構をプロペラ側から見た拡大側面図である。
【図４】船体に横設されたスラスタ装置を示す説明用拡大図である。
【図５】図４の発生機構をプロペラ側から見た拡大側面図である。
【図６】この発明の第２の実施の形態に係るプロペラ装置を示す要部の説明図である。
【図７】この発明の第３の実施の形態に係るプロペラ装置を示す要部の説明図である。
【図８】船尾に搭載された従来のプロペラ装置の一構成例を示す説明図である。
【図９】スラスタ装置に搭載された従来のプロペラ装置を示す説明図である。
【図１０】図８に示す従来のプロペラ装置による、海水の流れ状態である伴流速度分布を示している。
【符号の説明】
１０　　船体
１１　　スラスタ装置
２０、４０　　プロペラ装置
２１　　支持体（張出し部）
２２　　プロペラ
３０、５０　　発生機構
３１、５１　　噴射孔
３２、５２　　流路
４１　　支柱（張出し部）
４２　　プロペラ
５４　　ポンプ
６１　　第１センサ
６２　　第２センサ
６３　　コントローラ
【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】
2004009944.tif 000009
【図８】
2004009944.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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