(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船底から水中に支持柱を垂設し、該支持柱の下部に、該支持柱の軸線に直交方向のスクリューシャフトを支持した舶用推進装置において、
前記支持柱の軸線に直交方向の断面形状は、
水流方向が長軸、該長軸に直行する方向が短軸であり、
水流方向上流側である前記長軸の一端が丸く、他端が徐々に細くなる流線形となり、かつ前記長軸の他端に、該流線形の尾部を前記短軸と平行な直線で切除した直線部を有しており、且つ該直線部が、前記支持柱の軸線方向全ての断面形状で有しており、
さらに前記支持柱の直線部を、該支持柱の下部でスクリューを包囲するコルトノズルの前端面に略一致させたことを特徴とする舶用推進装置。
【請求項２】
前記流線形の長軸方向の全長がＬであるときに、
前記断面形状の前記長軸の一端から前記直線部までの長さが０．７５Ｌ〜０．９Ｌの範囲であることを特徴とする請求項１記載の舶用推進装置。
【請求項３】
前記流線形の長軸方向の全長がＬであるときに、
前記断面形状の前記短軸の長さが０．４Ｌ〜０．６Ｌの範囲であることを特徴とする請求項２記載の舶用推進装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船底から水中に垂下し、下部に、スクリューシャフトを支持する支持柱を有した舶用推進装置に関し、特に、支持柱周りの水流を改善させる支持柱断面形状の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
舶用推進装置には、図８に示すように、ストラットと称する支持柱１を船底３から水中に垂設し、この支持柱１の下部に、プロペラ５を備えたケーシング７を設け、支持柱１を垂直軸周りで回動自在とした所謂Ｚ形推進装置がある。
【０００３】
この種の舶用推進装置は、船体内に、図示しない推力用の駆動源を設け、この駆動源の回転出力を、支持柱１内に設けた垂直方向の駆動軸を介してケーシング７内の図示しないスクリューシャフトに伝達するようになっている。また、この種の舶用推進装置は、駆動軸をケーシング７の旋回中心９と同軸に配置し、図示しない支持柱旋回モータを駆動することにより、支持柱１を垂直軸回りに旋回させ、プロペラ５を３６０°任意の方向に方向転換できるようにしている。
【０００４】
従来、この舶用推進装置の支持柱１は、その軸線に直交方向の断面形状として、単なる円形状ではなく、長軸が水流方向となる略楕円形状（図８の支持柱内斜線部）を採用していた。これにより、支持柱１の受ける水流抵抗の低減を図り、舶用推進装置の推力損失を防止していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の舶用推進装置は、支持柱の断面形状を略楕円形状としていたため、支持柱の後流にカルマン渦１１の発生する場合があった。カルマン渦がプロペラの回転領域に吸入されると、プロペラ接水面の圧力分布が不均一となり、プロペラ推進効率を低下させる虞れがあった。
また、カルマン渦は、支持柱の後流に左右二列となって現れ、各列で発生する渦が交互に規則正しく支持柱の後部から離脱して行く。このため、支持柱には、船舶進行方向に直角な方向で周期的な力が作用し、振動発生の要因となっていた。
【０００６】
これに対し、例えば実公昭６０−１０４０号公報には、支持柱の接水面に螺旋状の突起を設けることで、カルマン渦に基づく起振エネルギのレベルを小さくする舶用サイドスラスタが開示されるが、その効果は十分とは言えず、また、突起を付設しなければならないため製造コストが増大した。
【０００７】
一方、上記のような螺旋状の突起を用いず、支持柱の断面形状として、図９に示す流線形である略翼形を採用することにより、支持柱の後流に生じるカルマン渦の発生を抑制することが考えられる。ところが、このような翼形全形を支持柱の断面形状に採用すると、内部構造の制約により支持柱の幅長寸法を考慮せねばならず、すなわち上記略楕円形状の幅長Ｂ１（図８参照）と略翼形形状の幅長Ｂ２（図９参照）は略同等の長さに構成しなければならないことから、断面形状の長軸方向が長くなり、船底に対する支持柱の取り付け占有面積が大きくなり、小型船等への搭載性が低下した。
【０００８】
さらに、このような翼形全形を採用した断面形状では、支持柱を旋回させる舶用推進装置の場合、支持柱の旋回中心９からコルトノズル１３の後端までの距離Ｌ２が、略楕円形状の支持柱における旋回中心９からコルトノズルの後端までの距離Ｌ１より長くなるため、旋回抵抗が大きくなり、大きな旋回トルクに対応した旋回駆動源を搭載しなければならない不利が生じた。
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、カルマン渦の発生を抑制し、しかも、支持柱断面形状の長軸方向の長さを短くすることのできる舶用推進装置を提供し、もって、プロペラ推進効率の向上、コンパクト化による搭載性の確保、旋回抵抗の低減を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
この発明の請求項１記載の舶用推進装置は、船底２３から水中に支持柱２１を垂設し、該支持柱２１の下部に、該支持柱２１の軸線に直交方向のスクリューシャフトを支持した舶用推進装置において、
前記支持柱２１の軸線に直交方向の断面形状は、
水流方向が長軸３３、該長軸３３に直行する方向が短軸３５であり、
水流方向上流側である前記長軸３３の一端が丸く、他端が徐々に細くなる流線形となり、かつ前記長軸３３の他端に、該流線形の尾部３７を前記短軸３５と平行な直線で切除した直線部３９を有しており、且つ該直線部３９が、前記支持柱２１の軸線方向全ての断面形状で有しており、さらに前記支持柱の直線部を、該支持柱の下部でスクリューを包囲するコルトノズルの前端面に略一致させたことを特徴とする。
【００１１】
この舶用推進装置では、支持柱２１の軸線に直交方向の断面形状が、流線形となり、かつこの流線形の長軸３３の他端である流線形の尾部３７を短軸３５と平行な直線で切除した直線部３９を形成したので、支持柱周りの水流を改善し、カルマン渦の発生を防止して高いプロペラ効率を得ることができる。そして、カルマン渦の発生に起因する振動も防止することができる。
また、流線形の尾部３７を切断して直線部３９としたので、流線形をそのまま採用した場合に比べ、支持柱２１の長軸方向の長さを短くしてコンパクト化を達成することができ、取り付け面積を小さくして、小型船への搭載性も高めることができる。
さらに、上記のような支持柱２１の断面形状により、推進抵抗を減少させることが可能となるとともに、支持柱２１の長軸方向の長さを短くしたので、支持柱２１を旋回させる舶用推進装置の場合には、旋回抵抗を少なくし、旋回トルクを小さく抑えることが可能になる。
さらに、この舶用推進装置では、支持柱４１の直線部３９が、支持柱４１の下部に取り付けたコルトノズル２６の前端面２６ａに略一致することで、直線部以降で生じようとする若干の流れの乱れが、コルトノズル入り口周囲の水流と共にコルトノズル内に吸入されるため、これらの流れによって上記直線部以降での乱れが抑制されることになる。
また、直線部３９をコルトノズル２６の前端面２６ａに略一致させることで、プロペラ２５の性能に影響するプロペラ後面２５ａが、直線部以降の渦流の発生しない領域４３に位置することになり、プロペラ性能の低下が抑制される。
【００１２】
請求項２記載の舶用推進装置は、前記流線形の長軸方向の全長がＬであるときに、
前記断面形状の前記長軸３３の一端から前記直線部３９までの長さが０．７５Ｌ〜０．９Ｌの範囲であることを特徴とする。
【００１３】
この舶用推進装置では、長軸方向の全長がＬである流線形の尾部３７を、０．１Ｌ〜０．２５Ｌの長さで切除した形状を、支持柱２１の断面形状とした。すなわち、断面形状の長軸３３の一端から直線部３９までの長さが０．７５Ｌ〜０．９Ｌの範囲となる。これにより、カルマン渦が発生しない範囲で、流線形の長軸方向の長さが短くなり、カルマン渦の発生を阻止することによるプロペラ効率の向上及び振動の防止と、旋回トルク低減との両立が可能になる。
【００１４】
請求項３記載の舶用推進装置は、前記流線形の長軸方向の全長がＬであるときに、
前記断面形状の前記短軸３５の長さが０．４Ｌ〜０．６Ｌの範囲であることを特徴とする。
【００１５】
この舶用推進装置では、長軸方向の全長がＬである流線形の短軸３５を、０．４Ｌ〜０．６Ｌの範囲とすることにより、支持柱２１の厚み（短軸方向の距離）を確保しながら、支持柱２１に沿って流れる水流の支持柱直線部以降の乱れを抑止できる。換言すれば、短軸３５の距離が０．４Ｌ以下となれば、スクリューシャフトへ動力を伝達するための駆動機構の内設が困難となり、短軸３５の距離が０．６Ｌ以上となれば、流線形であっても後流に乱れが生じ易くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る舶用推進装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る舶用推進装置の第一の実施の形態の断面図、図２は支持柱断面形状の拡大図である。
【００１９】
本実施の形態による舶用推進装置は、ストラットと称する支持柱２１を船底２３から水中に垂設し、この支持柱２１の下部に、プロペラ２５を備えたケーシング２７を設けている。
船体内には、図示しない推力用の駆動源を設け、この駆動源の回転出力は、支持柱２１内に設けた垂直方向の駆動軸を介してケーシング２７内の図示しないスクリューシャフトに伝達している。
【００２０】
また、この舶用推進装置は、駆動軸をケーシング２７の旋回中心２９と同軸に配置し、図示しない支持柱旋回モータを駆動することにより、支持柱２１を垂直軸回りに旋回させ、プロペラ２５を３６０°任意の方向に方向転換できるようにしている。また、プロペラ２５は、コルトノズル２６によって包囲されている。
【００２１】
この舶用推進装置における支持柱２１の軸線に直交方向の断面形状は、図２に示すように、水流方向が長軸３３、この長軸３３に直行する方向が短軸３５であり、水流方向上流側である長軸３３の一端が丸く、他端が徐々に細くなる流線形となり、かつ長軸３３の他端に、この流線形の尾部３７を短軸３５と平行な直線で切除した直線部３９を有している。
【００２２】
この流線形としては、例えばＮＡＣＡ６シリーズの翼形断面の外形状を好適に用いることができる。すなわち、支持柱２１の断面形状は、ＮＡＣＡ６シリーズの断面形状の尾部３７を切除した形状として得ることができる。ここで、原形となる流線形の長軸方向の全長をＬとした場合、支持柱２１の断面形状における長軸３３の距離ｌ、及び短軸３５の距離Ｂ３は、一定の範囲に設定している。すなわち、原形となる流線形の長軸方向の全長をＬとした場合、断面形状の長軸３３の一端から直線部３９までの長さｌは、０．７５Ｌ〜０．９Ｌの範囲で設定している。また、短軸３５の長さＢ３は、０．４Ｌ〜０．６Ｌの範囲で設定している。
【００２３】
支持柱２１の断面形状の長軸３３の一端から直線部３９までの長さを０．７５Ｌ〜０．９Ｌの範囲とすることで、カルマン渦が発生しない範囲で、流線形の長軸方向の長さを短くでき、カルマン渦の発生を阻止することによるプロペラ効率の向上及び振動の防止と、旋回トルク低減との両立を達成している。
【００２４】
また、支持柱２１の断面形状の短軸３５を、０．４Ｌ〜０．６Ｌの範囲とすることで、支持柱２１の幅長である厚み（短軸方向の距離）を確保しながら、支持柱２１に沿って流れる水流の支持柱直線部以降の乱れを抑止している。換言すれば、短軸３５の距離が０．４Ｌ以下となれば、スクリューシャフトへ動力を伝達するための駆動機構の内設が困難となり、短軸３５の距離が０．６Ｌ以上となれば、流線形であっても後流に乱れが生じ易くなる。
【００２５】
なお、図８、図９に示した従来の断面形状に比較して、短軸３５の距離Ｂ３は、Ｂ３≒Ｂ１≒Ｂ２の関係にある。また、旋回中心からコルトノズル２６の後端までの距離Ｌ３は、Ｌ３≒Ｌ１＜Ｌ２の関係にある。
【００２６】
このように、支持柱２１の断面形状を上記のものとした舶用推進装置によれば、支持柱２１周りの水流を改善し、カルマン渦の発生を防止して高いプロペラ効率を得ることができる。そして、カルマン渦の発生に起因する振動も防止することができる。
【００２７】
また、流線形の尾部３７を切断して直線部３９としたので、流線形をそのまま採用した場合に比べ、支持柱２１の長軸方向の長さを短くしてコンパクト化を達成することができ、取り付け面積を小さくして、小型船への搭載性も高めることができる。
【００２８】
さらに、上記のような支持柱２１の断面形状により、推進抵抗を減少させることが可能となるとともに、支持柱２１の長軸方向の長さを短くしたので、支持柱２１を旋回させる舶用推進装置の場合には、旋回抵抗を少なくし、旋回トルクを小さく抑えることができる。
【００２９】
次に、第一の実施の形態による断面形状と、従来の断面形状との水の流れを、数値流体解析によって比較した結果を説明する。
図３は従来の断面形状における水の流れを（ａ）、図２の断面形状における水の流れを（ｂ）に示した説明図である。
【００３０】
１．解析条件
0004445165.tif 000002
２．解析結果
【００３１】
【表１】
0004445165.tif 000003
【００３２】
表１に示すように、本実施の形態による断面形状の抵抗係数は、０．０９となり、従来の断面形状における抵抗係数０．２３の約３９％に低減できることが分かった。すなわち、この実施の形態の支持柱２１の断面形状によれば、推進抵抗を減少させることが可能となる。また、図３から明らかなように、本実施の形態による断面形状では、同条件において殆どカルマン渦の発生しないことが知見できた。
【００３３】
次に、本発明に係る舶用推進装置の第二の実施の形態を説明する。
図４は本発明に係る舶用推進装置の第二の実施の形態の断面図、図５は図４のＡ−Ａ断面を（ａ）、Ｂ−Ｂ断面を（ｂ）で示した説明図、図６は支持柱の直線部とコルトノズルとの位置関係を表した平面図、図７は図５に示した断面形状における水の流れを表した説明図である。
なお、図１、図２に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
【００３４】
この第二の実施の形態による舶用推進装置は、支持柱４１の軸線に直交方向の断面形状が軸線の方向で一様となっていない。すなわち、図４中のＡ−Ａ断面では、図５（ａ）に示す断面形状となり、図４中のＢ−Ｂ断面では、図５（ｂ）に示す断面形状となっている。図５（ａ）に示した断面形状は、上記した第一の実施の形態による図２に示した断面形状と同一となる。図５（ｂ）に示した断面形状は、図５（ａ）に示した断面形状より短軸３５方向の距離が長くなっている（Ｂ３＜Ｂ４）。
支持柱４１は、その断面形状の殆どが図２に示した断面形状となっている。このように、支持柱４１は、必ずしも軸線方向全ての断面形状が同一に設定されている必要はない。
【００３５】
また、この実施の形態による舶用推進装置は、図６に示すように、支持柱４１の直線部３９を、この支持柱４１の下部でプロペラ２５を包囲するコルトノズル２６の前端面２６ａに略一致させている。
【００３６】
図５（ａ）に示したＡ−Ａ面での断面形状は、例えばｌ２＝７５０ｍｍ、Ｂ３＝４４０ｍｍに設定される。また、図５（ｂ）に示したＢ−Ｂ面での断面形状は、例えばｌ３＝７５０ｍｍ、Ｂ４＝５００ｍｍに設定される。
この場合、短軸３５方向の距離が大きい図５（ｂ）に示した断面形状は、図７（ｂ）に示すように、短軸３５方向の距離が小さい図５（ａ）に示した断面形状よりも図７（ａ）に比較して後流に乱れが生じる。
【００３７】
この第二の実施の形態による舶用推進装置では、支持柱２１の直線部３９を、コルトノズル２６の前端面２６ａに略一致させることにより、直線部３９以降で生じようとする若干の流れの乱れが、コルトノズル入り口周囲の水流と共にコルトノズル内に吸入されるため、これらの流れによって上記直線部以降での乱れが抑制されることになる。
【００３８】
また、図６に示すように、直線部３９をコルトノズル２６の前端面２６ａに略一致させることで、プロペラの性能に影響するプロペラ後面２５ａが、直線部以降の渦流の発生しない領域４３内に位置することになり、プロペラ性能の低下が抑制されている。
【００３９】
このように、本実施の形態による舶用推進装置によれば、支持柱２１の軸線３１方向の断面形状が異なる場合であっても、直線部３９、コルトノズル２６、プロペラ２５との位置関係を所定のものに設定することで、後流がプロペラ２５に与える影響を排除して、プロペラ性能の低下を防止することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る舶用推進装置によれば、支持柱の断面形状を流線形とし、かつ長軸の他端に、流線形尾部を切除した直線部を設け、且つ該直線部が、前記支持柱の軸線方向全ての断面形状で有しているので、支持柱周りの水流を改善し、カルマン渦の発生を防止して高いプロペラ効率を得ることができ、カルマン渦の発生に起因する振動も防止することができる効果が得られる。
【００４１】
また、流線形の尾部を切除した断面形状としたので、流線形をそのまま採用した場合に比べ、長軸方向の長さを短くしてコンパクト化を達成することができ、取り付け面積を小さくして、小型船への搭載性も高めることが可能となる。
【００４２】
さらに、上記のような支持柱の断面形状により、推進抵抗を減少させることが可能となるとともに、支持柱を旋回させる舶用推進装置の場合には、旋回抵抗を少なくし、旋回トルクを小さく抑えることができるという効果がある。
【００４３】
また、長軸方向の全長がＬである流線形の尾部を切除した形状を支持柱の断面形状とし、この断面形状の長軸の一端から直線部までの長さを０．７５Ｌ〜０．９Ｌの範囲とすることにより、カルマン渦が発生しない範囲で、流線形の長軸方向の長さが短くなり、カルマン渦の発生を阻止することによるプロペラ効率の向上及び振動の防止と、旋回トルク低減との両立が可能になる。
【００４４】
さらに、長軸方向の全長がＬである流線形の短軸を、０．４Ｌ〜０．６Ｌの範囲とすることにより、支持柱の厚み（短軸方向の距離）を確保しながら、支持柱に沿って流れる水流の支持柱直線部以降の乱れを抑止できる効果が得られる。
【００４５】
また、支持柱の直線部が、支持柱の下部に取り付けたコルトノズルの前端面に略一致することで、直線部以降で生じようとする若干の流れの乱れが、コルトノズル入り口周囲の水流と共にコルトノズル内に吸入されるため、これらの流れによって上記直線部以降での乱れが抑制されることになる。また、直線部をコルトノズルの前端面に略一致させることで、プロペラの性能に影響するプロペラ後面が、直線部以降の渦流の発生しない領域に位置することになり、プロペラ性能の低下が抑制される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る舶用推進装置の第一の実施の形態の断面図である。
【図２】支持柱断面形状の拡大図である。
【図３】従来の断面形状における水の流れを（ａ）、図２の断面形状における水の流れを（ｂ）に示した説明図である。
【図４】本発明に係る舶用推進装置の第二の実施の形態の断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面を（ａ）、Ｂ−Ｂ断面を（ｂ）で示した説明図である。
【図６】支持柱の直線部とコルトノズルとの位置関係を表した平面図である。
【図７】図５に示した断面形状における水の流れを表した説明図である。
【図８】支持柱の断面形状に略楕円形状を採用した従来の舶用推進装置の断面図である。
【図９】支持柱の断面形状に翼形全形を採用した従来の舶用推進装置の断面図である。
【符号の説明】
２１，４１…支持柱
２３…船底
２５…スクリュー
２６…コルトノズル
２６ａ…前端面
３３…長軸
３５…短軸
３７…尾部
３９…直線部
【図１】
0004445165.tif 000004
【図２】
0004445165.tif 000005
【図３】
0004445165.tif 000006
【図４】
0004445165.tif 000007
【図５】
0004445165.tif 000008
【図６】
0004445165.tif 000009
【図７】
0004445165.tif 000010
【図８】
0004445165.tif 000011
【図９】
0004445165.tif 000012