(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流若しくは推力を発生させるプロペラにおいて、翼根からＲ（翼根がＲ＝０、翼端がＲ＝Ｔ（翼の全長））の翼スパン長におけるピッチＨR の、翼根から０．５Ｔの翼スパン長におけるピッチＨ0.5Tに対するピッチの変化率〔（ＨR −Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕を翼スパン長０．１Ｔにおいて、−０．５≦〔（Ｈ0.1T−Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕≦−０．１の範囲に設定するとともに、翼根からＲの翼スパン長におけるキャンバーＦR を当該翼スパン長の翼幅ＩR で除したキャンバー比（ＦR ／ＩR ）の、翼スパン長０．５Ｔ〜０．１Ｔにかけての変化量（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）を、−０．０５≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0 .5T ／Ｉ0.5T）≦−０．００１の範囲に設定し、かつ、翼根から０．１Ｔの翼スパン長におけるキャンバー比（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）を、−０．０２≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）≦０．０２の範囲に設定したことを特徴とするプロペラ。
【請求項２】
流体流から回転力を得るプロペラにおいて、翼根からＲ（翼根がＲ＝０、翼端がＲ＝Ｔ（翼の全長））の翼スパン長におけるピッチＨR の、翼根から０．５Ｔの翼スパン長におけるピッチＨ0.5Tに対するピッチの変化率〔（ＨR −Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕を翼スパン長０．１Ｔにおいて、０．１≦〔（Ｈ0.1T−Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕≦０．５の範囲に設定するとともに、翼根からＲの翼スパン長におけるキャンバーＦR を当該翼スパン長の翼幅ＩR で除したキャンバー比（ＦR ／ＩR ）の、翼スパン長０．５Ｔ〜０．１Ｔにかけての変化量（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）を、０．００１≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）≦０．０５の範囲に設定し、かつ、翼根から０．１Ｔの翼スパン長におけるキャンバー比（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）を、−０．０２≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）≦０．０２の範囲に設定したことを特徴とするプロペラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハブボルテックスを抑制できる各種のプロペラに関し、中でも、船舶用に用いられて好適なプロペラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロペラとは、ボス（ハブ）の外周に複数個の螺旋翼を突出させたものであり、これを流体中で回転させると、流体との間に相対的な推進力を発生させることから、この推進力を各種の用途に用いている。ところが、プロペラでは、ハブボルテックス、即ち、回転に伴ってボスの後方投影面内に渦流が発生してこれがエネルギーロスを生じさせることは従来から知られている。特に、船舶用のプロペラでは、このハブボルテックスは深刻な問題で、従来から種々の消去方法が提唱されている。例えば、特開昭６３−１５４４９４号公報には、プロペラボスの外周にハブボルテックスを整流化させるフィンを突設したものが示されている。又、特開平８−４８２９３号公報には、プロペラボスやキャップの外周にハブボルテックスの発生を抑えるための溝を彫ったものが示されている。更に、特開平５−１９３５６２号公報には、プロペラボスの中心から水を噴き出してハブボルテックスを消去させるものが示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フィンを形成するものでは、そのためにコストがかかるとともに、フィン自体も抵抗になって効果を減少させる。又、溝を形成するものも、加工のために余分なコストがかかるのは同様であるし、抑制の効果も十分ではない。更に、水を噴出させるものは、その装置構成に多大なコストがかかる。本発明は、プロペラ自体の形状に工夫を施すことで、特別の加工や別装置等を必要としないで同様な効果を奏することを見出したものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、流体流若しくは推力を発生させるプロペラにおいて、翼根からＲ（翼根がＲ＝０、翼端がＲ＝Ｔ（翼の全長））の翼スパン長におけるピッチＨR の、翼根から０．５Ｔの翼スパン長におけるピッチＨ0.5Tに対するピッチの変化率〔（ＨR −Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕を翼スパン長０．１Ｔにおいて、−０．５≦〔（Ｈ0.1T−Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕≦−０．１の範囲に設定するとともに、翼根からＲの翼スパン長におけるキャンバーＦR を当該翼スパン長の翼幅ＩR で除したキャンバー比（ＦR ／ＩR ）の、翼スパン長０．５Ｔ〜０．１Ｔにかけての変化量（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）を、−０．０５≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0 .5T ／Ｉ0.5T）≦−０．００１の範囲に設定し、かつ、翼根から０．１Ｔの翼スパン長におけるキャンバー比（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）を、−０．０２≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）≦０．０２の範囲に設定したことを特徴とするプロペラを提供したものである。
【０００５】
本発明は、流体流若しくは推力を発生させるプロペラにおいて、プロペラ翼の翼スパン長０．５Ｔ〜０．１Ｔのピッチの変化率及びキャンバー比の変化量並びに翼スパン長０．１Ｔにおけるキャンバー比を上記した範囲に限定することで、この部分のピッチとキャンバーによって生ずる流体力をバランスよく減少させ、プロペラ翼及びボスに流入する水の流れをスムーズにしてハブボルテックスの発生を抑制したものである。一方、流体流から回転力を得るプロペラでは、発生する力の方向が逆になるので、請求項２に記載したように、流体流から回転力を得るプロペラにおいて、翼根からＲ（翼根がＲ＝０、翼端がＲ＝Ｔ（翼の全長））の翼スパン長におけるピッチＨR の、翼根から０．５Ｔの翼スパン長におけるピッチＨ0.5Tに対するピッチの変化率〔（ＨR −Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕を翼スパン長０．１Ｔにおいて、０．１≦〔（Ｈ0.1T−Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕≦０．５の範囲に設定するとともに、翼根からＲの翼スパン長におけるキャンバーＦR を当該翼スパン長の翼幅ＩR で除したキャンバー比（ＦR ／ＩR ）の、翼スパン長０．５Ｔ〜０．１Ｔにかけての変化量（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）を、０．００１≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）≦０．０５の範囲に設定し、かつ、翼根から０．１Ｔの翼スパン長におけるキャンバー比（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）を、−０．０２≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）≦０．０２の範囲に設定したことを特徴とするプロペラとする。尚、本発明が適用されるプロペラは船舶用に限らず、航空機、送風機、攪拌機、扇風機に用いられる流体流若しくは推力を発生させるプロペラ、風力発電を始めとする各種の風車やタービンブレードに用いられる流体流によって回転力を得るプロペラのすべてに適用できるが、流体流中、ハブボルテックスが流れ去る位置に軸等の部材が存在しないプロペラついては特に有効である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図３は本発明に係る船舶用のプロペラの一例を示す正面図、図４は同じく翼スパン長Ｒにおけるプロペラ翼の断面図であるが、プロペラは、プロペラボス１とプロペラ翼２とで構成される。プロペラ翼２は、ピッチＨとキャンバーＦを有しているが、本発明では、翼端（Ｒ＝Ｔ（翼の全長））から翼根（Ｒ＝０）にかけてこれらの値が異なるように設定してある。
【０００７】
ここで、翼スパン長ＲにおけるピッチＨとキャンバーＦとは以下に定義できる。今、翼スパン長Ｒにおける翼の断面（図４）において、翼厚の中心をプロットした点を結んだ線をキャンバーラインＬ、キャンバーラインＬが翼前端及び翼後端と交わる点を結んだ線をピッチラインＭと称するが、翼スパン長ＲにおけるキャンバーＦとは、キャンバーラインＬとピッチラインＭとの最大偏差Ｆをいう。以上は、流体流が流れ去る方向と反対側に偏差がある場合であるが、流体流から回転力を得るプロペラのように、偏差が流体流が流れ去る方向にある場合には、この値はマイナスとなる。一方、ピッチＨとは、ピッチラインＭがボスの軸芯に直角な方向と交差するピッチ角αを有する場合において、Ｈ＝２πＲ・ｔａｎαで求められる値をいう。
【０００８】
図５は翼スパン長Ｒにおけるピッチ比（ＨR ／Ｄ，Ｄ：プロペラ直径）と翼スパン長との関係を示す特性であるが、これにおいて、翼根から０．１Ｔの翼スパン長におけるピッチ比（Ｈ0.1T／Ｄ）と翼根から０．５Ｔの翼スパン長におけるピッチ比（Ｈ0.5T／Ｄ）を読み取り、それらの値から０．１Ｔにおけるピッチの変化率〔（Ｈ0.1T−Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕を求める。そして、この変化率〔（Ｈ0.1T−Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕が、−０．５≦〔（Ｈ0.1T−Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕≦−０．１の範囲に設定されるのが特徴である。
【０００９】
図６は翼スパン長ＲにおけるキャンバーＦR を当該翼スパン長の翼前後幅ＩR で除したキャンバー比（ＦR ／ＩR ）と翼スパン長との関係を示す特性であるが、これにおいて、翼スパン長０．５Ｔ〜０．１Ｔにおけるキャンバー比（ＦR ／ＩR ）の変化量（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）を求め、この値が、−０．０５≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）≦−０．００１の範囲に設定されるのが特徴である。更に、本例では、翼スパン長０．１Ｔのキャンバー比（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）を、−０．０２≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）≦０．０２に設定してある。
【００１０】
以上の設計のプロペラによると、翼スパン長０．５Ｔ〜０．１Ｔといった翼根付近において、ピッチとキャンバーによって生ずる流体力がバランスよく減少することから、これに伴って、翼に作用する水が直線に近いスムーズな流れとなり（図４の3)）、その結果、ハブボルテックスの発生が抑制されるものと思われる。一方、従来例のプロペラでは、上記した翼根付近でピッチとキャンバーとによって生ずる流体力が大きく、かつ、バランスが悪くなり、図４の1)又は2)に示すような湾曲した流れとなり、ハブボルテックスが発生するものと思われる。
【００１１】
この点で、翼スパン長０．５Ｔ〜０．１Ｔにおける上記したピッチの変化率〔（Ｈ0.1T−Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕が−０．５を下廻ると、キャンバーによって生ずる流体力が相対的に大きくなり過ぎ、又、−０．１を上廻ると、ピッチによって生ずる流体力が相対的に大きくなり過ぎて、いずれも十分な効果が出ないものと思われる。更に、翼スパン長０．５Ｔ〜０．１Ｔにかけてのキャンバー比（ＦR ／ＩR ）の変化量（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）についても同様である。これに加え、翼スパン長０．１Ｔのキャンバー比（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）を、−０．０２≦０（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T）≦０．０２に設定しなければならない。これにおいて−０．０２を下廻ると、ピッチとキャンバーのバランスはよくても、流体力が逆方向に働き、０．０２を上廻ると、合計した流体力が大きくなり過ぎることから、いずれも好ましくない。
【００１２】
ところで、風力発電の風車やタービンブレードのように、流体力から回転力を得るプロペラでは、上記したピッチの変化率は、０．１≦〔（Ｈ0.1T−Ｈ0.5T）／Ｈ0.5T〕≦０．５、キャンバー比の変化量は、０．００１≦（Ｆ0.1T／Ｉ0.1T−Ｆ0.5T／Ｉ0.5T）≦０．０５となる。これは、発生する力の方向が逆になるので、数値がそれだけシフトされるのであり、数値の持つ技術的な意味合いは上記と同じである。
【００１３】
図１は以上の設計に係る船舶用のプロペラによって起こされる水流の流れを示す写真であるが、これには、図２の従来例のプロペラにおける写真に比べてハブボルテックスが発生していないことが明瞭に示されている。これによる効果は非常に大で、プロペラ効率を３〜４％向上させることが判明した。
【００１４】
【発明の効果】
以上、本発明によると、特定の翼スパン長におけるピッチの変化率及びキャンバー比の変化量並びにキャンバー比を考慮するだけで、プロペラ等に特別の加工を施したり、別の複雑な装置を組み込んだりすることなく、則ち、何らコストアップを招くことなく、ハブボルテックスの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプロペラによって起こされる水流の流れを示す写真である。
【図２】従来例のプロペラによって起こされる水流の流れを示す写真である。
【図３】本発明に係るプロペラの正面図である。
【図４】本発明に係る翼スパン長Ｒにおける翼の断面図である。
【図５】本発明に係るピッチ比と翼スパン長との関係を示す特性である。
【図６】本発明に係るキャンバー比と翼スパン長との関係を示す特性である。
【符号の説明】
１      プロペラボス
２      プロペラ翼
ＨR     翼スパン長Ｒにおけるピッチ
ＦR     翼スパン長Ｒにおけるキャンバー
ＩR     翼スパン長Ｒにおける翼の前後幅
【図１】
0003916404.tif 000002
【図２】
0003916404.tif 000003
【図３】
0003916404.tif 000004
【図４】
0003916404.tif 000005
【図５】
0003916404.tif 000006
【図６】
0003916404.tif 000007