(57)【要約】【課題】  翼面積を増やさずにキャビテーションを減少させるとともに、プロペラ効率を向上させたプロペラを提供すること。【解決手段】  本発明のプロペラ翼１Ａは、船舶に用いるプロペラにおいて、翼根部側の所定の位置（０．６Ｒ）から翼先端（１．０Ｒ）側までのプロペラ後縁ｈ側の後縁側所定領域５に所定の翼長βおよび所定の翼角度αに形成されたフラップ１１を設け、かつ、前記翼根側の所定の位置（０．７Ｒ）から翼先端（１．０Ｒ）側までの先端側所定領域７を、所定の直線状分布あるいは所定の曲線分布でピッチ比を減少させた形状にしたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶に用いるプロペラにおいて、
翼根部側の所定の位置から翼先端側までのプロペラ後縁側の後縁側所定領域に所定の翼長及び所定の翼角度に形成されたフラップを設け、かつ、前記翼根側の所定の位置から翼先端側までの先端側所定領域を、所定の直線状分布あるいは所定の曲線分布でピッチ比を減少させてなる形状にしたことを特徴とするプロペラ。
【請求項２】
前記後縁側所定領域に設けられたフラップは、ボスの中心からプロペラ先端までの半径をＲとしたときに、０．６Ｒ〜０．７Ｒまでの領域では徐々にフラップが形成され、０．７Ｒ〜０．９５Ｒの領域では、αをフラップの翼角度とし、βをフラップの翼長とし、Ｌをプロペラの全翼長としたときに、０．０５Ｌ≦β≦０．１５Ｌ、１〔度〕≦α≦３〔度〕の範囲内でフラップが形成され、０．９５Ｒ〜から１．０Ｒの領域では先端に向けて徐々にフラップがなくなる形状に形成されたことを特徴とする請求項１記載のプロペラ。
【請求項３】
前記先端側所定領域は、ボスの中心からプロペラ先端までの半径をＲとしたときに、翼根側の所定の位置である０．７Ｒから翼先端である１．０Ｒまでを直線状に一定の比率でピッチ比を減少させた形状に形成し、あるいは、所定の曲線分布でピッチ比を減少させた形状に形成したものであることを特徴とする請求項１記載のプロペラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転することにより発生するキャビテーションを翼面積を増やさずに減少させることができるプロペラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に船舶には船体後端下部にプロペラを設け、このプロペラを回転させることにより船舶の推進力を得ている。このプロペラは、回転方向に対して翼断面が流線形状の翼形状をしている。
【０００３】
図５は従来の一般的なプロペラを示す図である。この図５において、プロペラ翼１は、ボス３の回転中心Ｏとしたときに、実質的に、この回転中心Ｏから半径Ｒの先端部までの長さから前記ボス３の半径ｄの長さを差し引いた長さを有している。
このような形状をしたプロペラ翼１において、その翼断面の厚さは、プロペラ先端部（半径Ｒの先端部）から翼根部側に向って徐々に増加している。また、プロペラ翼１の翼断面の厚さは、表面側が前縁ｆから翼縦線に向って徐々に増え、後縁ｈに向って徐々に薄く設定されており、裏面が比較的直線状に形成されている。すなわち、前記プロペラ翼１の翼面は、いわゆる流線形状をした断面に形成されている。
【０００４】
このような翼断面を備えた従来のプロペラ翼１において、キャビテーションが厳しいプロペラを設計する場合には、翼面積を通常より増やす必要があり、その結果、プロペラ効率が悪くなるという欠点があった。
なお、キャビテーションとは、一般的に、高速で流れる液体の中の圧力の低い部分が気化して非常に短い時間に蒸気のポケットが生じ、それが非常に短時間で潰れて消滅する現象のことをいう。これが発生すると、流体機器の性能が低下し、流体機器が振動し、騒音が発生し、しかも、壊食が生じるという不都合が発生する。船舶のプロペラも水中で回転運動しているので、プロペラ形状やプロペラの回転速度やその他の条件によってプロペラの周囲にもキャビテーションが発生することが知られている。
【０００５】
そこで、翼形状を工夫して、キャビテーションを抑制してプロペラ効率を低下させないようにした従来の他のプロペラが提案された。
この従来の他のプロペラは、ボス側に近い所定の領域では翼断面について後縁部側の厚さを従来より厚くし、ボスより遠い先端側の所定の領域では翼断面について前縁部側の半径を従来のものよりも小さくするようにしたものである（特許文献１参照）。
このような翼形状を有するプロペラによれば、低回転化することによりキャビテーションの発生を抑制しても、プロペラの直径を大きくすることなく、プロペラ効率を低下させないものである。
【特許文献１】特開２０００−７９８９７号公報の明細書、図面。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の他のプロペラによれば、ボス側に近い所定の領域では翼断面について後縁部の厚さを従来のものより厚く設定しているので、キャビテーションを減少させるために翼面積を従来のものより増やすことによって対処するとする従来の方式をそのまま採用しており、翼面積を増加させずにキャビテーションを減少させるという目的を達成することができないものであった。また、翼面積を増加させると、結果的にプロペラ効率が悪くなるという欠点もあった。
本発明は、従来の上記事情に鑑みてなされたもので、翼面積を増やさずにキャビテーションを減少させるとともに、プロペラ効率を低下させないプロペラ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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明に係るプロペラは、船舶に用いるプロペラにおいて、翼根部側の所定の位置から翼先端側までのプロペラ後縁側の後縁側所定領域に所定の翼長及び所定の翼角度に形成されたフラップを設け、かつ、前記翼根側の所定の位置から翼先端側までの先端側所定領域を、所定の直線状分布あるいは所定の曲線分布でピッチ比を減少させた形状に形成したことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明では、本願請求項１記載のプロペラにおいて、前記後縁側所定領域に設けられたフラップは、ボスの中心からプロペラ先端までの半径をＲとしたときに、０．６Ｒ〜０．７Ｒまでの領域では徐々にフラップが形成され、０．７Ｒ〜０．９５Ｒの領域では、αをフラップの翼角度とし、βをフラップの翼長とし、Ｌをプロペラの全翼長としたときに、０．０５Ｌ≦β≦０．１５Ｌ、１〔度〕≦α≦３〔度〕の範囲内でフラップが形成され、０．９５Ｒ〜から１．０Ｒの領域では先端に向けて徐々にフラップがなくなる形状に形成されたことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明では、本願請求項１記載のプロペラにおいて、前記先端側所定領域は、ボスの中心からプロペラ先端までの半径をＲとしたときに、翼根側の所定の位置である０．７Ｒから翼先端である１．０Ｒまでを直線状に一定の比率でピッチ比を減少させた形状に形成し、あるいは、所定の曲線分布でピッチ比を減少させた形状に形成したものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、次のような効果がある。
（１）プロペラ後縁側の後縁側所定領域に所定の翼長及び所定の翼角度に形成されたフラップを設けたので、揚力が増加する。
（２）前記翼根側の所定の位置から翼先端側までの先端側所定領域を、所定の直線状分布あるいは所定の曲線分布でピッチ比を減少させた形状にしたので、翼断面積を増やさずにキャビテーションを減少させることができ、プロペラ効率低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１ないし図４は本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラを説明するためのものである。ここに、図１は本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラを示す図である。図２は本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラのプロペラ後縁部ｈ側に形成するフラップの寸法などによる各種性能を従来のものと比較して説明するための説明図である。図３は本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラの先端側所定領域のピッチ比の設定について従来のものと比較して説明するための特性図である。図４は本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラの翼断面に係る圧力分布とキャビテーションとの関係をを従来のものと比較して説明するための説明図である。なお、本発明を実施するための最良の形態において、上記従来のプロペラと同一構成要素には同一の符号を付して説明をすることにする。
【００１０】
なお、図１（ａ）は１枚のプロペラの全体を示す図、図１（ｂ）は所定の部分の翼断面全体を示す図、図１（ｃ）は翼断面の後縁部を拡大して示す図である。また、図３は、横軸にピッチ比を、縦軸にプロペラ翼断面前縁部ｆの回転中心Ｏからの距離ｒのプロペラ半径Ｒに対する位置（ｒ／Ｒ）をとったものである。図４は、点線が本発明に係るプロペラによる圧力分布を、実線が従来のプロペラによる圧力分布を、それぞれ示したものである。
【００１１】
この図１（ａ），（ｂ），（ｃ）において、本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａは、当該プロペラの翼根部側の所定の位置（０．６Ｒ）から翼先端（１．０Ｒ）側までのプロペラ後縁ｈ側の後縁側所定領域５に所定の翼幅β及び所定の翼角度αに形成されたフラップ１１を設け、かつ、当該プロペラの翼根側の所定の位置（０．７Ｒ）から翼先端（１．０Ｒ）側までの先端側所定領域７を、所定の直線状分布あるいは所定の曲線分布でピッチ比を減少させた形状に形成したものである。
【００１２】
次に、前記フラップ１１の翼角度αおよび翼長βについてさらに詳細に説明する。前記フラップ１１の翼角度αは、図１（ｃ）に示すように、前記プロペラ翼１Ａの水平線Ｙに対してフラップ１１の裏面１１ｋがなす角度である。また、前記フラップ１１の翼長βは、前記プロペラ翼１Ａの後縁ｈから翼中心軸側の所定の位置までの距離である。また、符号Ｌは、図１（ｂ）に示すように、プロペラ翼１Ａのフラップ１１を含めた翼の長さ（翼幅）のことである。
このような条件において、前記フラップ１１の翼角度αおよび翼長βは、
０．０５Ｌ≦β≦０．１５Ｌ              …（１）
１〔度〕≦α≦３〔度〕                  …（２）
で与えられる値とする。
【００１３】
すなわち、本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａにおいて、前記後縁側所定領域５に設けられたフラップ１１は、図１（ａ）に示すように、ボス３の回転中心Ｏからプロペラ先端までの半径をＲとしたときに、０．６Ｒ〜０．７Ｒまでの領域では徐々にフラップが形成されるようし、０．７Ｒ〜０．９５Ｒの領域では、αをフラップの翼角度とし、βをフラップの翼長とし、Ｌをプロペラの全翼長としたときに、０．０５Ｌ≦β≦０．１５Ｌ、１〔度〕≦α≦３〔度〕の範囲内でフラップが形成されるようにし、かつ、０．９５Ｒ〜から１．０Ｒの領域では先端（１．０Ｒ）に向けて徐々にフラップがなくなるように形成されているものである。
【００１４】
また、本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａは、前記先端側所定領域７を、図３の点線Ｕに示すように翼根側の所定の位置（０．７Ｒ）から翼先端（１．０Ｒ）までを直線状に一定の比率でピッチ比を減少させた形状にしたものであって、従来プロペラ翼１のように翼根側位置から翼先端までを一定のピッチ比のまま（図３の実線Ｗ参照）に構成されているものとは異なる形状に形成されているものである。
なお、本発明を実施するための他の最良の形態に係るプロペラ翼１Ａとしては、前記先端側所定領域７を、図３の点線Ｖに示すように翼根側の所定の位置（０．７Ｒ）から翼先端（１．０Ｒ）までを所定の曲線分布でピッチ比を減少させた形状に形成したものとしてもよい。
【００１５】
以上のような本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａでは、当該プロペラの翼根部側の所定の位置（０．６Ｒ）から翼先端（１．０Ｒ）側までのプロペラ後縁ｈ側の後縁側所定領域５に所定の翼幅β及び所定の翼角度αに形成されたフラップ１１を設け、かつ、当該プロペラの翼根側の所定の位置（０．７Ｒ）から翼先端（１．０Ｒ）側までの先端側所定領域７を、所定の直線状分布あるいは所定の曲線分布でピッチ比を減少させた形状にしたものである。その結果、翼面積を増やさないでキャビテーションを減少させることができる。
【００１６】
このような形状をしたプロペラ翼１Ａは、次のように形成する。上述した値を有する翼形状のプロペラ翼１Ａについて、翼の砂型を作成しニッケルアルミ青銅を溶解させて砂型に溶かし入れる。その後、数値制御（ＮＣ）切削機にて切削加工し研磨仕上げを行うことにより、上記プロペラ翼１Ａを得ることができる。
【００１７】
このような本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａでは、図２に示すように、前記フラップ１１の翼長βと前記フラップ１１の翼角度αとを選択したときに、プロペラ翼１Ａの作動点Ｊ、スラスト係数Ｋｔ、トルク係数Ｋｑ、およびプロペラ効率ηｏは、それぞれ図２に示すような値になる。例えば、前記翼長β＝０．１５Ｌ、翼角度α＝２〔度〕に設定したときに、Ｊ＝０．７２６、Ｋｔ＝０．１７１、Ｋｑ＝０．０３０１、ηｏ＝０．６５６となる。また、前記翼長β＝０．１０Ｌ、翼角度α＝２〔度〕に設定したときに、Ｊ＝０．７２６、Ｋｔ＝０．１７１、Ｋｑ＝０．０３００、ηｏ＝０．６５８となる。さらに、前記翼長β＝０．１０Ｌ、翼角度α＝３〔度〕に設定したときに、Ｊ＝０．７２６、Ｋｔ＝０．１７１、Ｋｑ＝０．０３０１、ηｏ＝０．６５７となる。加えて、前記翼長β＝０．０５Ｌ、翼角度α＝３〔度〕に設定したときに、Ｊ＝０．７２６、Ｋｔ＝０．１７１、Ｋｑ＝０．０３００、ηｏ＝０．６５９となる。
これに対して、従来のプロペラ翼１は、フラップが形成されていないので、前記フラップ１１の翼長βおよび翼角度αは設定ない状態となって、Ｊ＝０．７２６、Ｋｔ＝０．１７１、Ｋｑ＝０．０２９９、ηｏ＝０．６６２となる。
以上のことから本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａでは、効率ηｏは従来のものとほとんど変わらず、かつ、キャビテーションの発生が抑えられることが数値によってもわかる。
【００１８】
これらを図４に示すと次のようになる。すなわち、図４において、本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａの翼断面は点線で示されており、従来のプロペラ翼１の翼断面は実線で示されている。
図４の実線で示す従来のプロペラ翼１の翼断面の場合には、図３に示すように翼根側からプロペラ先端まで一定のピッチ比であって、かつ、ピッチ比が大きいため、流線Ｓ（実線）が図４に示すように翼に対して大きな迎角で入射することになる。これにより、従来のプロペラ翼１の表面Ｍ側には、図４の実線に示すような負圧分布が形成されることになる。この負圧分布が、図４に示す沸騰点を超えた部分にキャビテーションが発生することになる。
【００１９】
同様に、図４の点線で示す本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａの翼面の場合には、図３の符号Ｕに示すように翼根側の所定の位置（０．７Ｒ）からプロペラ先端まで直線状にピッチ比が減少するのように形成してあるため（あるいは、図３の符号Ｖに示すように翼根側の所定の位置（０．７Ｒ）からプロペラ先端まで曲線状にピッチ比が減少するのように形成してあるため）、流線Ｓａ（点線）が図４に示すように翼に対して小さな迎角で入射することになる。これにより、本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａの表面Ｍ側には、図４の点線に示すような負圧分布が形成されることになる。
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａによる負圧分布（点線）は、キャビテーションが発生する翼前縁部側では、従来のプロペラ翼１による負圧分布（実線）よりも小さく、したがって、沸騰点を超えた部分も小さくて済み、キャビテーションの発生が少なくて済むことになる。
すなわち、従来のプロペラ翼１では図４の実線のような圧力分布になって沸騰点を超える部分が多くなりキャビテーションが増加してしまうのに対して、本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａでは図４の点線に示すように沸騰点を超える部分が少なくなってキャビテーションが確実に減少することがわかる。
【００２１】
このように本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａによれば、上述したような形状に翼断面を形成したので、次のような効果がある。
（１）プロペラ後縁ｈ側の後縁側所定領域５に所定の翼長β及び所定の翼角度αに形成されたフラップ１１を設けたので、揚力が増加する。
（２）前記翼根側の所定の位置（０．７Ｒ）から翼先端（１．０Ｒ）側までの先端側所定領域７を、図３の符号Ｕに示すような所定の直線状分布あるいは図３の符号Ｖに示すような所定の曲線分布Ｖでピッチ比を減少させたので、翼面積を増やさずにキャビテーションを減少させることができ、プロペラ効率低下を防止できる。
なお、上述した本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラ翼１Ａによれば、先端側所定領域７を図３に示す特性Ｖに示すような曲線で説明したが、この曲線に限定されるものではなく、基本的に翼根側の所定の位置から翼先端に向けてピッチ比を所定の減少率で減少できる形状であればどのようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラを示す図である。
【図２】本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラのプロペラ後縁部ｈ側に形成するフラップの寸法などによる各種性能を従来のものと比較して説明するための説明図である。
【図３】本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラの先端側所定領域のピッチ比の設定について従来のものと比較して説明するための特性図である。
【図４】本発明を実施するための最良の形態に係るプロペラの翼断面に係る圧力分布とキャビテーションとの関係を従来のものと比較して説明するための説明図である。
【図５】従来の一般的なプロペラを示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１Ａ  プロペラ
３  ボス
５  後縁側所定領域
７  先端側所定領域
１１  フラップ
Ｒ  プロペラの半径
ｒ  プロペラ前縁の半径
α  フラップの翼角度
β  フラップの翼長
【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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