(57)【要約】  プロペラは、最も流線形の様式で回転軸の周りを螺旋状に延びる多数のブレード面またはウィングレットを有する。ウィングレットは徐々に、外側に大きくなる距離で弧形状に突出し、それぞれのウィングレットは、プロペラの後方にむかって容量および包囲の度合いが大きくなる、後方に凹状の流路を画定している。プロペラの前部において、ウィングレットは、順応し、キャビテーションを起こさずに水中に切り込み、水を流路内で滑らかに流動させる、斜角でおよび斜めに曲げられたエッジを有するように形成される。プロペラの中間部において、ウィングレットエッジは、流路内に巻き込まれた水が遠心の損失なく後方に導かれるように後方に延びる。プロペラの後部において、流路は、水を凹面から放出するように狭まり、容量が減少する。
2016513600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に完全に水中に沈むように浮体上に支持され、前記浮体を前記水中で前方移動方向に推進するために回転軸の周りに回転可能であるプロペラであって、該プロペラが、
前記回転軸の周りを回転するように前記浮体上に支持される複数のウィングレットを備え、
前記ウィングレットのそれぞれが、前記回転軸の周りの略螺旋状の軌道で延び、全体的に後方に面する第１の表面および全体的に前方に面する第２の表面を有し、
それぞれのウィングレットの前記第１の表面および前記ウィングレットのうちそれぞれの次に隣接するウィングレットの第２の表面が、その間に前記回転軸の周りを略螺旋状に延びる流体通路空間を画定し、前記流体通路空間が、前記ウィングレットの径方向内側の空間として画定される、変動する容量を有し、
前記流体通路空間の前記容量が、前記ウィングレットの前方部において、後方に向かって連続的に増加し、
前記流体通路空間の前記容量が、前記ウィングレットの後方部において、後方に向かって連続的に減少する、
プロペラ。
【請求項２】
前記ウィングレットが、前記回転軸を覆って長手方向に延びるシャフト上に固定して支持される、請求項１に記載のプロペラ。
【請求項３】
前記第１の表面が、前記回転軸に隣接する径方向内側の近位端部から、前記近位端部から後方および径方向外側に離間した径方向外側の遠位端部まで延び、前記第１の表面が、前記近位端部と前記遠位端部との間で、少なくとも前記プロペラの長手方向部にわたって凹状である、請求項１に記載のプロペラ。
【請求項４】
前記前方部と前記後方部との間の長手方向部において、前記プロペラから離れる径方向外側への移動に対して、前記第１の表面により前記流体通路空間の中の水が巻込まれるように画定された前記流体通路空間の少なくとも半分を前記第１の表面が径方向内側に囲繞するように、前記第１の表面が後方に延び、前記第１の表面の、前記流体通路空間の中心線に沿って取られた断面が、略部分円形状または略部分楕円形状である、請求項３に記載のプロペラ。
【請求項５】
前記遠位端部における前記第１の表面は、前記プロペラの外向きに放出される水が前記第１の表面に沿って流動され、後方に導かれるように、回転軸に対して１０°未満の傾斜角度で、外向きおよび後方に延びる、請求項３に記載のプロペラ。
【請求項６】
前記第１の表面が、前記プロペラの径方向外向きに移動される水が前記第１の表面に沿って流動され、後方に向き直されるように、前記回転軸に対して略０°の角度で、外向きおよび後方に延びる、請求項３に記載のプロペラ。
【請求項７】
前記第２の表面が、前記回転軸に隣接する近位端部ならびに該近位端部の後方および径方向外側の遠位端部を有し、前記第２の表面が、前記近位端部と前記遠位端部との間で、少なくとも前記プロペラの前記長手方向部にわたって、前方に凸状となっている、請求項３に記載のプロペラ。
【請求項８】
前記ウィングレットの前記第１の表面が、該表面に沿った長さを有し、前記長さが、前記ウィングレットの長手方向前方端における最初の長さ０または略０から、前記ウィングレットの長手方向の中間位置において最大の長さまで増加し、前記ウィングレットの前記長手方向後方端における末端の長さ０または略０まで減少する、請求項３に記載のプロペラ。
【請求項９】
前記第１の表面が、前記長手方向前方端における断面において略平坦であり、前記中間位置の前記長さの全体にわたって凹状である、請求項８に記載のプロペラ。
【請求項１０】
前記ウィングレットが、前記ウィングレットの前方部において前記流体通路空間の中の水と衝突し、水を集め、そして前記ウィングレットの後方部において水を巻き込み、放出するように、前記第１の表面が、前記長手方向中間位置および前記長手方向中間位置の後方において、前記流体通路空間の断面領域の少なくとも５０％を囲繞し、前記長手方向中間位置の前方において前記流体通路空間の前記容量の５０％未満を囲繞する、請求項８に記載のプロペラ。
【請求項１１】
前記複数のウィングレットが、３つのウィングレットを含む、請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１２】
前記流体通路空間が、傾斜を有する螺旋状の軌道で、前記回転軸の周りを螺旋状に延び、前記傾斜が、前記ウィングレットの後方に向かって大きくなる、請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１３】
前記ウィングレットが、前記ウィングレットを取り囲み、前記ウィングレットとともに回転するように支持される全体的に管状の外側構造を前記ウィングレット上で支持し、前記管状の外側構造が、通路を画定し、前記ウィングレットにより移動される水の流動を後方の方向に前記通路を通して導く内側表面を有し、前記管状の外側構造が、略円錐状であり、略円状の出口を画定する後部に向かって後方に先細りしている、請求項１に記載のプロペラ。
【請求項１４】
完全に水中に沈むように浮体上に支持され、前記浮体を前記水中で推進するために長手方向の回転軸の周りで回転可能であるプロペラであって、該プロペラが、
前記浮体上に回転可能に支持されるシャフトであって、前方前部端および後方後部端を有し、前記長手方向軸の周りで回転するように駆動されるシャフトと、
前記シャフト上に支持され、前記シャフトの周りで略螺旋状の軌道で延び、互いに対して回転してずれて配置される３つの推進構造と、を備え、
前記推進構造のそれぞれが、径方向内側端部から外側エッジ部までの流体接触面に沿って測定される表面幅を有する流体接触面を有し、
前記流体接触面が、前方係合部、中間流体巻込部および後方排出部を有し、
前記流体接触面の前記表面幅が、前記係合部から前記中間流体巻込部まで増加し、前記中間流体巻込部から前記排出部まで減少し、
前記中間流体巻込部の前記流体接触面が、螺旋状の流体流動容量を径方向内側に囲繞するように、凹状であり、内向きおよび後方に配置され、前記流体接触面が、前記長手方向軸に対して垂直である平面において、前記流体接触面の断面が、前記流体接触面の径方向外側への延在距離と少なくとも同程度の距離を後方に湾曲して延びるように形成される、
プロペラ。
【請求項１５】
前記推進構造の前記螺旋状の軌道の傾斜が、前記中間巻込部から前記排出部まで大きくなる、請求項１４に記載のプロペラ。
【請求項１６】
前記推進構造が、前記回転軸の周りで略１２０°の回転角で互いに対して回転してずれて配置される、請求項１４に記載のプロペラ。
【請求項１７】
流体接触面の前記表面幅が、前記推進構造の前記前方係合部から、前記推進構造の長手方向の全長をＬとした場合に、前記推進構造の前方端から略０．６〜０．８Ｌの点における前記中間巻込部の最大表面幅まで、テーパ状に増加する、請求項１４に記載のプロペラ。
【請求項１８】
流体接触面の前記表面幅が、前記最大表面幅から、前記推進構造の後方端における略０にまでテーパ状に減少する、請求項１７に記載のプロペラ。
【請求項１９】
前記流体接触面が、前記長手方向軸に対して垂直である平面における前記流体接触面の断面が、前記流体接触面の前記径方向外側への延長距離の少なくとも１．５倍の距離を後方に湾曲して延びるように形成される、請求項１４に記載のプロペラ。
【請求項２０】
前記中間部における前記推進構造の前記断面が、遠位外側端を有し、前記流体巻込表面が、前記長手方向軸の周りの円への接線に対して、０〜５°の内角を形成する、請求項１４に記載のプロペラ。
【請求項２１】
浮体を前方移動方向に押し進めるように、水中で前記浮体上に支持されるプロペラであって、該プロペラが、
長手方向に延びる回転軸の周りをともに回転するように、互いに対して固定して支持される複数のウィングレットを備え、
前記ウィングレットのそれぞれが、
前記回転軸の周りを略螺旋状に延び、全体的に前方向きに配置された前方表面および全体的に後方向きに配置された後方表面を有するウィングレット本体部であって、前記前方表面および前記後方表面は、前記回転軸の周りを略螺旋状に延びる鋭角のウィングレットエッジにおいて接触する、ウィングレット本体部を備え、
前記後方表面は、後方に凹状の後方表面が流路の最前部に最前流路表面部を有するように、前記ウィングレット本体部の後方の全体的に後方に面する流路を画定するように、前記ウィングレットの長手方向の全長の少なくとも長手方向部にわたって凹状であり、
前記長手方向部が、前方の取入部、前記取入部の後方の保持部、および前記保持部の後方の排出部を含み、
前記取入部において前記ウィングレットエッジは、前記プロペラが回転すると、前記ウィングレットエッジが、前記ウィングレットエッジから前記前方表面および前記後方表面にわたる順応した流動の水の中を通過し、前記水の一部が前記流路内に流入するように配向され、
前記取入部から前記保持部まで、前記後方表面の前記最前流路表面部および前記ウィングレットエッジが、斜角で後方に連続的に延びるが、前記ウィングレットエッジは、前記最前流路表面部よりも比較的急峻に斜角で後方に連続的に延び、前記後方表面は、拡大し、前記保持部において、より幅広くなるように前記流路を画定し、
前記保持部において、前記ウィングレットエッジが、前記長手方向と前記鋭角以下で異なる方向の後方に、前記ウィングレットエッジに接触する前記後方表面が延びるように配向され、
前記排出部において、前記流路が、前記保持部よりも狭くなる、
プロペラ
【請求項２２】
前記ウィングレットが、前記プロペラの中央シャフトに固定して取り付けられ、そこから側方外側に延びる、請求項２１に記載のプロペラ。
【請求項２３】
前記ウィングレットが、前記取入部において円錐状に外側に先細りし、前記放出部において径方向内側におよび後方に狭まる、プロペラの外郭を画定する、請求項２１に記載のプロペラ。
【請求項２４】
前記最前表面部が、後方に向かってより急峻に延びる、請求項２１に記載のプロペラ。
【請求項２５】
前記ウィングレットが、管状プロペラ構造の内側表面に固定して支持され、前記内側表面から径方向内側に延びる、請求項２１に記載のプロペラ
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１３年３月１５日に出願された米国特許出願第１３／８４４，０７１号の継続出願であって、この出願の開示内容の全ては、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、流体推進の分野、より具体的には、水もしくは他の流体を推進するデバイス、またはそのようなデバイスにより推進される浮遊乗物に関する。
【背景技術】
【０００３】
様々なポンプおよびプロペラ設計を含む、水などの流体を移動させる様々なデバイスが知られている。流体推進の分野において、船または潜水艦などの海上乗物を、水を通じて移動させるために、モータ駆動のプロペラがしばしば使用される。これらのプロペラは、典型的には、航空機のプロペラとして使用されるものと同様のねじれた翼形状で構成され、多くの場合、作動時は部分的にのみ水中に沈む。
【０００４】
ねじれた翼形状を有するプロペラの例が、特許文献１に記載されている。この種のねじれた翼形状に関連する１つの問題は、プロペラが回転すると、流体が回転軸から側方に離れて排出されることである。流体が後方には少しも押し進められず、主に回転軸から径方向に離れて押し進められるので、この遠心に損失する運動エネルギーは、乗物を前に推進するのに役に立たない。したがって、この種のプロペラは効率的でなく、プロペラを駆動するために使用されるエネルギーおよび資源の損失という結果をもたらす。
【０００５】
ねじれた翼形状に関連するもう一つの問題に、プロペラが異なる速度で回転する際に、プロペラの全長にわたる様々な個所でしばしば起こるキャビテーションがある。キャビテーションは、流体の圧力が蒸気圧未満に下がる領域における蒸気気泡の発生に起因し、効率性の損失のみならず、かなりの騒音、プロペラへの損傷、振動を引き起こし得る。
【０００６】
一般的に、様々な形状の先行技術のプロペラは、同種の基本形状および基本設計を１００年以上使用しており、これらの設計は未だ、結果として起こるブレードの浸食と振動、流体の遠心の損失、抗力または他の要因による全体の非効率化、船の速度を制限する構成と共に、例えば、ある速度における様々な個所のキャビテーションのような重大な問題による影響を受けている。
【０００７】
代替の設計手法として、水へのより大きな接触面を設ける様々なスクリュー型プロペラが提案されてきた。例えば、特許文献２においてHoffmanは、スクリュー形状のプロペラを有するボートを開示している。一般的に、これらのスクリュー型プロペラは、表面領域の抗力を受けるだけでなく、水に伝えられる運動エネルギーを浪費する、側方で遠心の流体の損失および大きな回旋または渦という同じ問題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４７６７２７８号明細書
【特許文献２】米国特許第９４１９２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、従来技術の欠点を有しないプロペラを提供することが本発明の目的である。本発明の目的は、プロペラ本体から遠心または側方の流体の損失を最小にすることにより、プロペラの効率を最大化することである。
【００１０】
本発明のもう一つの目的は、プロペラの表面におけるキャビテーションを防止することである。
【００１１】
本発明のプロペラのさらにもう一つの目的は、抗力を低下させ、効率的に流体を主に後方方向に押し出す、より流線形に設計されたプロペラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の様態に従って、プロペラは、実質的に完全に水中に沈むように浮体上に支持され、浮体を水中で前方移動方向に推進するために、回転軸の周りで回転可能である。プロペラは、回転軸の周りを回転するための、浮体上に支持される複数のウィングレットまたはブレード面を備える。それぞれのウィングレットは、回転軸の周りを略螺旋状の軌道で延び、全体的に後方に面する第１の表面と、全体的に前方に面する第２の表面とを有する。それぞれのウィングレットの第１の表面と、複数のウィングレットのうちそれぞれの次に隣接するウィングレットの第２の表面とが、その間に回転軸の周りに略螺旋状に延びる流体通路空間を画定する。流体通路空間は、ウィングレットの径方向内側の空間として画定される、変動する容量を有する。ウィングレットの前方部において、流体通路空間の容量は、後方に向かって連続的に増加し、ウィングレットの後方部において、流体通路空間の容量は、後方に向かって連続的に減少する。
【００１３】
本発明の別の様態によると、プロペラは、完全に水中に沈むように浮体上に支持され、浮体を水中で推進させるために、長手方向回転軸の周りで回転可能である。プロペラは、浮体上に回転可能に支持されるシャフトを備える。シャフトは、前方前部端および後方後部端を有し、長手方向軸の周りで回転するように駆動される。３つの推進構造は、シャフト上に支持され、シャフトの周りで略螺旋状の軌道で延び、互いに対して回転してずれて配置される。それぞれの推進構造は、径方向内側端部から外側エッジ部までの流体接触面に沿って測定される表面幅を有する流体接触面を有する。流体接触面は、前方係合部、中間流体巻込部および後方排出部を有する。流体接触面の表面幅は、係合部から中間流体巻込部まで増加し、中間流体巻込部から排出部まで減少する。中間流体巻込部の流体接触面は、螺旋状の流体流動容量を径方向内側に囲繞するように凹状であり、内方および後方に向かって配置される。そして、流体接触面は、長手方向軸に対して垂直である平面における断面が、流体接触面の径方向外側への延在距離と少なくとも同程度の大きさの距離を後方に湾曲して延びるように形成される。
【００１４】
本発明のさらに別の様態によると、プロペラは、浮体を前方移動方向に押し進めるように水中で浮体上に支持される。プロペラは、長手方向に延びる回転軸の周りをともに回転するように、互いに対して固定して支持される複数のウィングレットを備える。ウィングレットのそれぞれは、回転軸の周りを略螺旋状に延び、全体的に前方向きに配置される前方表面および全体的に後方向きに配置される後方表面を有するウィングレット本体部を備える。前方表面および後方表面は、回転軸の周りを略螺旋状に延びる鋭角のウィングレットエッジにおいて接触する。後方表面は、後方方向に凹状の後方表面が流路の最前部に最前流路表面部を有するように、ウィングレット本体部の後方の全体的に後方に面する流路を画定するように、ウィングレットの長手方向の全長の少なくとも長手方向部にわたって凹状である。長手方向部は、前方の取入部、取入れ部の後方の保持部、および保持部の後方の排出部を含む。取入部においてウィングレットエッジは、プロペラが回転すると、ウィングレットエッジが、ウィングレットエッジから前方表面および後方表面にわたる順応した流動の水の中を通過し、水の一部が流路内に流入するように配向される。取入部から保持部まで、後方表面の最前流路表面部およびウィングレットエッジは、斜角で後方に連続的に延びるが、ウィングレットエッジは、最前流路表面部よりも急峻に斜角で後方に連続的に延び、後方表面は、拡大し、保持部において、より幅広くなるように流路を画定する。保持部においてウィングレットエッジは、長手方向と鋭角以下で異なる方向の後方に、ウィングレットエッジに接触する後方表面が延びるように配向される。排出部において、流路は、保持部よりも狭くなる。本発明の別の様態によると、プロペラは、回転軸の周りを略螺旋状に延びる複数のウィングレットを有する。それぞれのウィングレットは、回転軸の周りを略螺旋状に延びる流体流動空間を画定する。ウィングレットの外側エッジまでの長さは、ウィングレットの前部端の最小の延在部から、プロペラの後方部の最大の延在部まで、後方に向かって連続的に増加し、そこからウィングレットの後方端まで、後方に向かって連続的に減少する。
【００１５】
流体流動空間は、螺旋状の軌道に対する断面を有し、断面は、プロペラの前方部および中間部において略円形であり、この断面の径は、後方に向かって増加する。
【００１６】
ウィングレットは、エッジにおいて終端する、後方に面する湾曲表面を有する。プロペラの前方部の湾曲表面は、流体流動空間の円形断面の円周の拡大する弧に沿って延び、プロペラの回転軸に対し略平行であるエッジへとつながる後続エッジを表面が提供する中間部で、少なくとも略１８０°の弧に達する。
【００１７】
ウィングレットは、好ましくは、１８０°の弧以上に延在部を増加させるが、円形断面の後方外側に向けて延びる。ウィングレットの延在部が最大に達する位置の後方の後方部において、ウィングレットは、流体流動空間の断面が、ウィングレットの延在部が後方に向かって縮小するにつれて大きさが連続的に縮小する略楕円状になるように、径方向内側に圧縮される。そして、楕円の長軸は、プロペラの長手方向に延び、ウィングレットは、全体的に長手方向後方に延びる湾曲表面の後続エッジ部を維持する。
【００１８】
本発明の他の目的および利点が、以下の明細書中において明確となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るプロペラを使用するボートの側面図である。
【図２】ボート上のプロペラ支持構造の側面図であり、内部の働きを示すためにハウジングの一部は切り取られている。
【図３】図１に見られるボートの正面図である。
【図４】図１のプロペラの左側面図である。
【図５Ａ】図１のプロペラの詳細右側面図である。
【図５Ｂ】プロペラの長手方向中心線を通る垂直面において取られた図５Ａの断面図である。
【図６】図５に見られるプロペラの単一のウィングレットの側面図である。
【図７】プロペラの全長にわたっての、ウィングレットの表面幅の変動を図示するグラフである。
【図８】特定された回転軸に対して垂直の様々な断面を含む、図６の単一のウィングレットの側面図である。
【図９】図８のウィングレットの前部端図である。
【図１０】図８の線Ｂ１〜Ｂ９に沿って取られた、ウィングレットの一連の前方視断面図である。
【図１１】回転軸に対して垂直である垂直面を通って取られた、図１０のウィングレットの一連の詳細断面である。
【図１２】図４および図５Ａのプロペラの一連の断面Ａ１〜Ａ１４を示している。
【図１３】図１のプロペラの支持シャフトを通して前方を見た後部断面図である。
【図１４】本発明のプロペラのウィングレットの例示的断面の詳細図である。
【図１５】ウィングレットの基部の中間点およびプロペラの後続エッジの回転角度位置の図である。
【図１６】本発明に係るウィングレットの一部分の上の順応した流動を示す図である。
【図１７Ａ】プロペラの保持部におけるウィングレットによる水の保持を示す図である。
【図１７Ｂ】迎え角に対して垂直である断面の例である。
【図１７Ｃ】迎え角に対して垂直である断面の例である。
【図１８】本発明の代替の実施形態のプロペラを有する浮遊船の側面図である。
【図１９】本発明のさらに別の代替の実施形態のプロペラを有する浮遊船の側面図である。
【図２０】図１９のプロペラの詳細側面図である。
【図２１】図２０の平面Ａ−Ａで取られた後方視詳細図である。
【図２２】図１９のプロペラの前方視詳細背面図である。
【図２３】図１９のプロペラの回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた断面側面図である。
【図２４Ａ】図２３のプロペラの回転軸に対して垂直である平面Ｃ１〜Ｃ１７で取られた一連の断面である。
【図２４Ｂ】図２３のプロペラの回転軸に対して垂直である平面Ｃ１〜Ｃ１７で取られた一連の断面である。
【図２５】本発明のさらに代替の実施形態のプロペラを有する浮遊船の側面図である。
【図２６】本発明に係るプロペラシステムのさらに別の実施形態の側面図である。
【図２７】図２６のプロペラの後方視正面図である。
【図２８】図２６のプロペラの平面Ｂ−Ｂで取られた前方視背面図である。
【図２９】図２６のプロペラの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図３０】プロペラシステムの別の実施形態の側面図である。
【図３１】図３０に示されたプロペラシステムの正面図である。
【図３２】図３０に示されたプロペラシステムの背面図である。
【図３３】図３０のプロペラシステムの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図３４】図３０〜図３３のプロペラシステムの一連の断面Ｄ１〜Ｄ４である。
【図３５】ウィングレットの前方端において厚くなった壁を有するプロペラの別の実施形態の一連の断面Ｅ１〜Ｅ８である。
【図３６】ウィングレットの前方端において厚くなった壁を有するプロペラのさらに別の実施形態の一連の断面Ｆ１〜Ｆ８である。
【図３７】ウォータージェット構成にプロペラを有するプロペラシステムの別の実施形態の側面図である。
【図３８】図３７に示されるプロペラシステムの正面図である。
【図３９】図３７に示されるプロペラシステムの背面図である。
【図４０】図３７のプロペラの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図４１】図３７のプロペラの一連の断面Ｇ１〜Ｇ５である。
【図４２】挿管を有する、さらに別の高速型の実施形態の側面図である。
【図４３】図４２のプロペラの正面図である。
【図４４】図４２のプロペラの背面図である。
【図４５】図４２のプロペラの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図４６】図４２のプロペラの図４５の平面Ｈ１〜Ｈ１４における一連の断面である。
【図４７】図３０のプロペラに類似しているが挿管を有するプロペラシステムのさらに別の実施形態の側面図である。
【図４８】図４７に示されるプロペラシステムの正面図である。
【図４９】図４７に示されるプロペラシステムの背面図である。
【図５０】図４７のプロペラの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図５１】図４７のプロペラの平面Ｉ１〜Ｉ４で取られた一連の断面である。
【図５２】ウィングレットエッジのＴ区域を有する前後可逆の実施形態であるプロペラシステムのさらに代替の実施形態の側面図である。
【図５３】図５２のプロペラの正面図である。
【図５４】図５２のプロペラの背面図である。
【図５５】図５２のプロペラの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図５６】図５２のプロペラの平面Ｊ１〜Ｊ９における断面を示している。
【図５７】球根形状の突出部および挿管を有するプロペラシステムの別の実施形態の側面図である。
【図５８】図５７のプロペラの正面図である。
【図５９】図５７のプロペラの背面図である。
【図６０】図５７のプロペラの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図６１】図６０のプロペラの平面Ｋ１〜Ｋ９における一連の断面である。
【図６２】中実形状の周りにウィングレットを有するプロペラシステムの別の実施形態の側面図である。
【図６３】図６２のプロペラの正面図を示している。
【図６４】図６２のプロペラの背面図を示している。
【図６５】図６２のプロペラの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図６６】図６２のプロペラの平面Ｌ１〜Ｌ９における断面を示している。
【図６７】固定の、非回転型フレームまたは格子内に囲繞されたプロペラシステムの別の実施形態の側面図を示している。
【図６８】図６７のプロペラの正面図である。
【図６９】プロペラの長手方向の中心線に沿って切断されたフレーム内に設けられたプロペラを示している。
【図７０】図６７のプロペラの背面図を示している。
【図７１】図６７のプロペラの平面Ｍ１〜Ｍ６における断面を示している。
【図７２】図６７のプロペラの変形の別の長手方向断面図を示している。
【図７３】図７２のプロペラの正面図を示している。
【図７４】図７２のプロペラの背面図を示している。
【図７５】前後可逆、対称および芯無しのプロペラを有するプロペラシステムの別の実施形態の側面図を示している。
【図７６】図７５のプロペラの正面図を示している。
【図７７】図７５のプロペラの背面図を示している。
【図７８】図７５のプロペラの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図７９】図７５のプロペラの平面Ｎ１〜Ｎ９における一連の断面を示している。
【図８０】非常に高速または超高速での使用のために構成されたプロペラシステムの別の実施形態の側面図である。
【図８１】図８０のプロペラの長手方向の中心線に沿った断面図である。
【図８２】図８０のプロペラの平面Ｏ１〜Ｏ５における一連の断面を示している。
【図８３Ａ】図１に示されたプロペラの外観図である。
【図８３Ｂ】図１９（２０）に示されたプロペラの外観図である。
【図８３Ｃ】図３０に示されたプロペラの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１において最もよく見られるように、少なくとも一つのプロペラまたはプロペラ１１が、水１５に浮かぶ船１３の下に支持される。プロペラ１１は、完全に水中に沈み、船１３のモータ（図示せず）により駆動され、それにより、船１３を前方方向Ａに推進するために、プロペラ１１は、回転軸１９に沿って前方を見て時計方向１７に回転する。プロペラ１１の尖った前部端２３が前方方向に延びる。
【００２１】
図２および図３を参照すると、船１３の舵構造２９は、プロペラ１１の後方端２５から舵２９のシールされた受容スリーブ２７内へと延びるシャフト部２６を受容し、回転可能に支持する。シャフト２６はその上に、モータ（図示せず）からのシャフト３５上のウォーム歯車３３と歯合する歯状の円筒歯車３１を固定しているが、シャフト２６は、当該技術分野において公知の、プロペラシャフトを回転させる他のいかなるシステムによって駆動されてもよい。旋回舵翼２８は、これもまた当該技術分野で周知であるが、船のユーザにより制御され、船の移動を導く。
【００２２】
プロペラ設計の概要
図４、図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、プロペラ１１は、複数の、この実施形態においては３つの推進要素４１、４３および４５を、その上に支持する中央シャフト２５を備え、推進要素４１、４３および４５は、本明細書ではウィングレットまたはブレード面と呼ばれ、シャフト２５の周りを略螺旋状に延びる。好ましい実施形態においては、ウィングレット４１、４３および４５を含むプロペラ１１は、一体型デバイスまたは複合材ユニボディデバイスであり、つまり、比較的強固な材料、たとえば、複合材料、金属および／またはプラスティックから継ぎ目なく形成され、舵構造２９内で回転するために支持されている点を除き、内部可動部分を有していない。
【００２３】
ウィングレット４１、４３および４５のそれぞれが、ウィングレットの凹状の、全体的に後方に向けて配置された流路面内に、それぞれに関連した螺旋状の流体流動空間を画定する。
【００２４】
概して取入部として記述されるプロペラの前方部分において、プロペラは、回転し、水中を前進することで、それぞれのウィングレットのエッジが、徐々に水に切り込み、関連した流路内に水を巻き込むように、水に接触させられる。流路では、ウィングレットの前部および後部表面にわたって、キャビテーションを引き起こさない順応した流動で、水が後方へと導かれる。取入部において、ウィングレットの長さは増加し、ウィングレットにより区画された流路の容量は、ウィングレットエッジの切り込みにより流路内へともたらされ、増加し続ける水量を収容するために、徐々に連続的に増加する。
【００２５】
プロペラの前部先端において、流体流動空間または流路は、小さいか、または存在せず、ウィングレットの小さな表面は、エッジにおいて終端する。エッジは、最初は長手方向軸の周りに直線状またはわずかな螺旋状で始まり、そして徐々に螺旋形状を略４５°の角度まで増加させ、活動／推進区分のほぼ全長にわたってその角度のままである。流路の断面（それぞれのウィングレットの後ろの、各流路のそれぞれの螺旋状の軌道に対して垂直である平面において取られた断面、または、長手方向軸を通って延びる平面において取られた断面）は拡大し、それに従い後方に向かって容量も増加する。ウィングレットは、全体的に湾曲した断面の形状を有し、ウィングレットの凹状面は、プロペラの回転方向に角度をもって傾いている。エッジは、カッティングエッジとして機能し、静止した水に切り込み、そして周辺の水から一部の水を切り取り、その水は、流体流動空間に巻き込まれ、その中で螺旋状の流動となって後部へ加速される。
【００２６】
この実施形態におけるウィングレットの湾曲した形状は、円弧を区画し、または、円弧のおおよその一部である。ウィングレットが後方に向かって長くなるにつれて、流路は、プロペラの回転軸の周りに螺旋状に巻き付いた略円錐状空間として記述可能な流動空間を区画し、または構成し、ウィングレットの表面は、略円形状の流体流動空間の弧に沿ってさらに延び、弧の半径も同様に増加する。
【００２７】
概して保持部として記述されるプロペラの中央部において、ウィングレットは、流路の径方向の幅が最大に達するように形成される。
【００２８】
この保持部において、ウィングレットのエッジの外側表面は、長手方向に平行に、後方へ略直線状に延び、または、より幾何学的に述べるならば、外側表面は、プロペラの回転軸の周りの仮定上の円筒に接する。ここでは水は流路内に取り込まれず、すでに流路の内側にある水は、流路内を螺旋状に流動するように、囲繞され、案内される。ウィングレットの外側の水は、回転するウィングレットの外側表面の上を、キャビテーションを起こさず、流路内に引き込まれることもなく順応して流動する。
【００２９】
流動空間の前部からウィングレットの後部先端までの長手方向の距離が、ウィングレットに区切られる流動空間の径方向の幅の少なくとも半分となり、ウィングレットの湾曲が、略１８０°またはそれ以上の角度の弧となり、流路の内側の水が流路から遠心外側方向に流動することは、流路の容量の実質的な部分を取り巻くウィングレットの延在部により、実質的に防止される。また、保持部において、ウィングレットのエッジの内側表面は、カッティングエッジではなくなり、むしろ、ウィングレットの流路の後続エッジ表面となる。後続エッジ表面は、流路内で遠心外側に押圧される水が、ウィングレットの内側表面を通過するように、そして、プロペラにより水に与えられたエネルギーを浪費するであろう側方外側ではなく、ウィングレットから後方へと流れ去るように、水の流動を偏向させ、または導くように配向される。
【００３０】
保持部の後方の、プロペラの後部部分は、本明細書では概して排出部と記述される。断面の径は、後方に向かって最大点にまで増加し、そして、加速された速度で流体がプロペラを離れるように螺旋状の軌道の傾斜が増大し、長手方向に扁円形状および略楕円形状となるように、流体流動空間流路は径方向に狭まる。ウィングレットの湾曲は、流路が径方向に狭まり、長手方向に長くなるように、徐々に径方向内側に縮小し、水が流動する流路の容量を漸次減少させる。その結果、流路を通過する水は、長手方向後方に略直行して延びるように配向されたウィングレットの後方エッジの流路から、後方に略直行して高速で放出される。流路の螺旋状の軌道は、ここでまた、流路内を流動する水の後方移動が加速されるように、傾斜が大きくなる。
【００３１】
プロペラおよびプロペラの全ての表面は、その上を通過する流体の流動の連続性を維持するように、および、流体の状態の乱れを最小にするように設計される。これは、水の流動内に乱流または滞留、および結果として効率の損失を引き起こす傾向のある急激な変化または平らでない表面をなくすことで達成される。本発明のプロペラ１１は、以下の機能と利点を提供する。
−流体に効果的に貫入し、流体力学的に流体を移動させる。
−乱流または滞留等を引き起こすことなく、徐々におよび効果的に流体を切り、集める。
−流体を後方に略直行して推進させ、流体を徐々に、滑らかに、効果的に、および強力に加速させる。
−流体を側方に包含し、流体の遠心の損失を減少させる。
−乱れのないおよび均一な流動で、流体をプロペラから後方に放出する。
−プロペラが流体中を進む間、乱流およびデバイスの抗力を低下させる、プロペラの外郭または外被を提供する。
−可能である最も流線形である様式の合成／複合ユニボディのプロペラの設計およびデバイスを用いて、上記の機能を途切れなく実行する。
【００３２】
上記の３つの部分、すなわち、取入部、保持部および排出部は、プロペラまたはプロペラ１１の主要な特徴であるが、より詳しくは、図４および図５を参照すると、プロペラまたは羽根車型プロペラ１１は、概念的に、それぞれが各自の特定の機能に的を絞った、５つの長軸の区域または区分Ａ〜Ｅに分割することができる。区域間の移行は、滑らかな形状のウィングレットにより、滑らかかつ連続的であり、区分の機能の多少の重複があってもよい。
【００３３】
第１の区分は、可能な限り効率的にかつ乱流を引き起こさずに、流体への進入を手助けする侵入区域Ａ、すなわち尖った先端２３である。本設計の目的は、キャビテーション、騒音、抗力、または他の、船の推進のみならず流体の流動の非効率につながる、プロペラのあらゆる部分におけるあらゆる乱流またはあらゆる圧力差もしくは流動の速度差を最小にすることである。プロペラの鋭い突出部はこれを行い、ウィングレットの最初の外側延在部は、回転する前部先端２３の周りの乱流を最小にする軌道内にある。
【００３４】
第２の区分は、取入区域Ｂである。取入区域Ｂにおいて、それぞれのウィングレットの先行エッジは、最初は長手方向に延び、径方向外側に突出し、その後、滑らかに移行して、斜角で配置された前部および／または側方ウィングレットエッジとなる。前部および／または側方ウィングレットエッジは、上述したように、流体を集め、プロペラのウィングレットの内側および後方凹状表面により画定される流路通路の容量内に流体を取り入れるように、徐々に側方に幅が広がり後方に凹状となる表面を有する。この領域の流路内の区画された容量は、連続的におよび単調にプロペラの後方に向かって増加する。
【００３５】
第３の区分は、上述したように、取入区域Ｂに続く保持または中間圧縮／推進区域Ｃである。プロペラの圧縮／推進保持区域Ｃは、ほぼ側方延在部が始まる場所から始まり、２つの隣接するブレード／ウィングレットの間に形成される螺旋状流路の容量内に流体を包み込み、または囲繞する。水が流動し、さらに加速されるこの区域の流路流体空間は、螺旋形または螺旋状の軌道で傾斜している。区域Ｃはまた、流路容量が主に、プロペラの回転により生成される遠心力による流路内の径方向外側への水の流動を阻止するウィングレットの後方延在部により、径方向外側で境界付けられるため、保持区域と記述される。ここで、流路の容量の増加は、減速し、または完全に停止する。
【００３６】
第４の区分は、排出区域Ｄであり、ここでは、ブレード／ウィングレットのエッジが内側に縮小し、略直線状にプロペラ１１の後部に向けられた流路内で、後方向きの開口を形成し、それにより、ウィングレットの流路内の水がプロペラ１１から後方に流動する。この区域では、流路は狭まり、螺旋傾斜は増大し、後方への水の圧出を加速させる。
【００３７】
第５の区域は、後続区域Ｅであり、そこでは、ウィングレットは、円柱シャフト２５に沿って流体の流動を放つように、長手方向軸に対して鋭角に延びることにより終端する。この区分内のウィングレットは、後方に向かって長手方向に直線状に延び、それぞれのウィングレットの後続エッジに流体を放出させるように、前方区域よりも小さい凹面または陥凹を有する。最後の区分は、流動を可能な限り径の中心へ案内し、それによって、流動を滑らかにさせる。あらゆる回転デバイスは、渦を形成し、それによって、エネルギーを使用し、非効率を生成する多少の乱流を形成するが、このプロペラ設計は、プロペラの後部端に形成される乱流を減少させ、または消失させる。プロペラ後部でシャフトに駆動部が接続されていない場合の実施形態では、プロペラ１１の後部端は、図５Ａまたは図５Ｂの実施形態に示されてはいないが、好ましくは、鋭い先端に向かって先細りする。
【００３８】
取入区分Ｂおよび保持区分Ｃは、全ての区分が隣接する区域とそうであるように、全ての区分がプロペラの周りを螺旋状に走る流路を共有し、全ての区域が急激な乱流を引き起こすような変化も無くそれぞれを次の区域へと滑らかに移行させるように、機能上ある程度一体化されている。区分がそれらの間で完全に一体化され、または区別され、より明確に区画分けされる、プロペラ１１の変形を行なうことができる。プロペラ１１とウィングレットとの継ぎ目のない構築のために、区分を有さず、５つ全てのまたは中間部の３つの区分の機能を遂行する、ただ１つの連続的な構築を有することが考えられる。また、１つまたは複数のプロペラは、上述した機能的な区分構造の１つのみまたは２つを有利に利用してもよい。
【００３９】
これらの区分が一体化されているために、本明細書に示されるプロペラは、現在一般的に使用されている「断片的な」または「平坦な」プロペラとは対照的に、連続的なプロペラとして記述することができる。
【００４０】
プロペラの形状および作動形態のため、ならびに、設計にプロペラ部品のみならず羽根車を含むため、プロペラ１１は、技術的およびより正確には、可変で螺旋状に傾斜した漸進的かつ連続的エッジブレードまたはウィングレットを軸に対して鋭角で両端に有する、特定の形状の軸流、漸進的羽根車型プロペラとして記述することができる。
【００４１】
プロペラ１１の外被の形状の設計は、ある程度は、水中内を前進することが予想される速度により決定される。プロペラが高速または超高速の変形の場合（特に、高性能船に使用される場合）、プロペラは、到達可能な最高速に達するという目的のため、細くかつ長く、特に、高回転速度において、最小の断面に対し、放出される流体の最速の容量をもたらし、その結果最小の抵抗をもたらす。図５Ｂに示されるように、回転プロペラ１１の外被は、鋭い、流体力学的に略「フットボール」形状の回転に似ており、プロペラの前方端は、螺旋形であり、鋭角の先端角度を有する略円錐状の外被内に画定される。円錐状の前方端の形状は、プロペラ前方の滞留点を避けるように機能する。さらに、後部端でプロペラに外接する外被は、鋭い頂点角度で、後部円錐状外被内の内向きに先細りし、好ましくは、前部円錐状外被の頂点角度ほど鋭くない、すなわち、長手方向軸に対するテーパ角度がより大きな角度で先細りし、これらの全てのパラメータは、変動可能であり、特定の設計の特有の要求または要件に依存する。
【００４２】
より低速の移動またはより容量の大きい流体のための別の変形において、プロペラは、図４および図５の概念および設計に似た別の形状を取り得るが、後述するように、外被の割合または比率は異なる。他の変形において、特にプロペラの前部端もしくは後部端が、またはその両方が、船のモータにより駆動されるシャフトである変形において、最初の区分Ａおよび最後の区分Ｅは、プロペラ内で取り除かれてもよい。
【００４３】
ウィングレットの構成
図６を参照すると、図は、単一の例示的なウィングレット４１を、中央シャフト２５に取り付けられた他のウィングレットを除いて示している。第１の実施形態において、この構成の３つのウィングレットはシャフト２５上にあり、図５に示される実施形態におけるそれぞれのウィングレット４１、４３および４５は、それぞれがプロペラ１１の周りの長手方向軸の周りの別々の螺旋形の軌道を有するように互いに対して１２０°回転していることを除いて、図６に示されるウィングレット４１と類似の構造および構成を有すると理解される。完全なプロペラにおける別個のウィングレット４１、４３および４５の相対位置は、図１２の様々な断面図において、そしてまた、図１３に示されるプロペラ１１の背面図において見ることができる。示されている単一のウィングレット構造は例示的なものであり、回転において釣り合いを保たれてはいないが、ある程度プロペラとして機能することができる。
【００４４】
図６に見られるように、それぞれのウィングレット４１は、中央シャフト２５に取り付けられた径方向内側近位部５１を有する構造を本質的に備える。選択的に、ウィングレット４１は、単に長手方向軸に位置決めされ、中央シャフトを有しない一体構造のプロペラ１１を形成するように他のウィングレット４３および４５に固定して接続されてもよい。
【００４５】
ウィングレット４１は、内側近位部４１から、プロペラ１１の長手方向軸の周りに螺旋状に延びる外側エッジ５３に向けて、径方向外側に延びる。ウィングレット本体はそれ自体に２つの表面、すなわち、ウィングレットの前方端５９から後方端６１まで通して略連続的に延びる、全体的に前方および外向きに配置された表面５５、ならびに全体的に後方および内向きに配置された表面５７を有する。ウィングレット４１は、プロペラの軸の周りを略螺旋状の軌道で延びるが、プロペラの周りの流体の流動を補助するためのいくつかの変形も有する。
【００４６】
図７を参照すると、ウィングレットは、径方向内側近位端５１またはプロペラ１１の軸からウィングレットの外側エッジまで、内側表面５７に沿って径方向外側に計測される側方表面幅Ｓを有する。ウィングレットの後方表面５７の湾曲表面に沿って計測される寸法Ｓの変動が図７のグラフに図示されるが、計測のために実質的に非渦巻き状で平坦にされたウィングレットを示している。表面幅の寸法Ｓは、ウィングレット４１がプロペラの鋭い前部先端２３から最初に出現してくる場所である前部端５９から徐々に増加し、プロペラ１１の後方に向かって徐々に略直線的に増加する。実施形態Ｌにおいて、Ｌを前部端５９から後部端６１までの後方に向かって計測されたウィングレットの長さとする場合、寸法Ｓは、後方に向かって略０．６〜０．７５の点まで増加する。この後方側において、ウィングレットの表面の寸法Ｓは、直線的な増加の角度よりも、より一層鋭く湾曲および先細りし、プロペラの最後の０．２５Ｌの範囲内で略０まで減少する。
【００４７】
図９を参照すると、長手方向に見て、ウィングレットの前部端５９は、中央シャフト２５に取り付けられており、外側エッジ５３までの径方向幅が、プロペラ１１の寸法の、外側の略円形の外被Ｔに外接可能な最大点に達するまで増加しながら、ウィングレットが、螺旋状に外向きに延び、その後、プロペラ１１は、再びプロペラ１１の端部において狭まる。
【００４８】
ウィングレットの側方の長さが長くなるにつれて、ウィングレットは、ウィングレット４１の側方の寸法Ｓの長さとともに拡大する凹面も出現させる。この湾曲は、図８に提示される段階的な長手方向の位置Ｂ１〜Ｂ９において取られた図１０のウィングレットの断面図形において図示され、また、図１１の拡大詳細図においても図示される。これらと類似した断面が、図１２に示される、長手方向軸に対して垂直に取られる段階的断面図において見られ、３つのウィングレット全てを有する実際のプロペラの断面図を示している。
【００４９】
区分Ｂ１において、ウィングレットは、中央シャフト２５からわずかに突出するが、内側近位端５１と外側端５３との間に凹面を有さず、ウィングレットの両側５５および５７は、この区域においては略平面であると見ることができる。プロペラの始まりの部分であるウィングレットの前部端５９において、ウィングレット４１は、シャフト上または軸上の近位部５１と外側エッジ５３との間に、側方または径方向に狭い寸法を有する。ウィングレットの最初の部分Ａから区分Ｂにわたって、ウィングレットの機能は、乗物が本質的に乱されていない水の中へ前進する際に、流体または水に切り込むことであり、プロペラの回転による影響は限られている。図１１の詳細において最もよく見られるように、この最初の部分において、ウィングレットは、長手方向軸の周りの円または円筒に対し、表面５５と表面５７との間の角度を二等分する平面の方向により決定される、略８５〜９０°の範囲内である迎え角で延びる。長手方向軸の周りの螺旋形状に関しては、ウィングレットは、軸に対して平行の角度から略４５°の螺旋角度まで、または、最も好ましくは、この部分において流入する水の流動に対して平行である螺旋の／斜めの角度で、かなり急激に湾曲している。これにより、ウィングレットの鋭いエッジ５３が水中へ延びる際の、プロペラの最初の部分の水との乱れた噛み合いが減少する。それよりわずかに後方の平面Ｂ２において、後方に面する表面５７はわずかに凹状になり、ウィングレット４１の鋭い先行エッジ５３がプロペラの回転方向に対して円周方向前方に延び始め、流体にわずかに切り込み、この領域の限られた量の流体を、内側および後方を向いた表面５７内の内側表面に沿った順応流動に引き込み始めるような湾曲となる。同時に、表面の螺旋状の傾斜の湾曲は、前部端５９に隣接した、軸に対して０°または非常に小さい角度である最初の切り込み角度から、後述される、略斜めの切り込み迎え角にまで大きくなる。
【００５０】
図１０の断面Ｂ３を参照すると、後方および内側を向いた表面５７の凹面が大きくなるにつれて、中央シャフト２５から外側エッジ５３までの表面の長さは長くなる。この断面領域は、先行エッジ５３により巻き込まれ、表面５７に取り込まれ、シャフト２５とウィングレット４１の外側エッジ５３との間に全体的に画定される容量または流路の中を流動する流体の量を増加させる。最初は、エッジ５３による切り込みは、この容量または流路空間へ水を引き込むためのものであるが、ある程度までは、プロペラの回転および遠心力によるプロペラ１１から側方外側への大きな流動も防止する。図１１に見られるように、Ｂ３において、区画している円周への接線Ｔに対する前部表面５５の迎え角は３５°、または３０°〜４０°の範囲内である。
【００５１】
ウィングレットのエッジまで延びる前方および後方表面は、この部分（取入部）において、プロペラが回転する時に、後ろの流路へ滑らかかつ実質的にキャビテーションを引き起こさずに、ウィングレットに水を取り入れさせる角度である。これは、図１６に示されるように、取入部のエッジが水を切るような、表面エッジ部の様々な角度を選択することにより達成される。表面５５および表面５７は、エッジ５３の近くの領域においてほぼ平面状であり、互いに対して角度αをなしている。線Ｐは、エッジを通って延び、角度αを二等分する。ウィングレットエッジは、プロペラが回転する際に、矢印によって表示されるように、水の流動が二等分線Ｐに対し平行となるように位置決めされ、それにより、流動は前部表面５５および後部表面５７の上をおおまかに等分される。表面５５および表面５７は、エッジから離れて延びるにつれて、非常になだらかに湾曲し、結果としてプロペラのこの部分には、乱流はあったとしてもほとんどない。断面Ｂ４において、内側シャフト２５から外側端部５３までの表面５７に沿った距離Ｓはさらに長くなっており、後方および内側を向いた表面５７の凹面も大きくなっている。長手方向軸からウィングレット４１のエッジ５５に延びている弦６３により全体的に図示された巻き込まれた水の容量は、ウィングレットおよび内側表面５７の形状により、外側、遠心、側方、径方向外側の移動が防止されるウィングレット４１の内側の容量を画定する。加えて、外側エッジ５５に隣接する外側表面５７と、その点でウィングレットの断面を区画している円への接線とが形成する角度は、この点で０°に近づき、内側表面５５は、接線からわずかな角度をなしている。しかし、エッジは、エッジが水に切り込み続け、水を流路内に取り込むような角度であり、断面および容量が増大し続ける。内側表面５７のエッジのこの角度により、ウィングレットの後ろの流路内の流体は、表面５７に沿って、プロペラの長手方向軸に対し斜角となる後方方向にのみ流動し、あらゆる径方向外側の成分は、エッジ５３において、ほぼ接線方向後方に延びている内側表面５５により偏向され、運動エネルギーの損失となる可能性のある流体移動の遠心の損失を消失させ、または大きく減少させる。
【００５２】
区域Ｂ５を参照すると、図１１に最もよく見られるように、ウィングレットの表面５７の表面に沿った外側端５３までの長さは増加し、エッジにおける外側表面５５は、この点において、ウィングレットの断面を区画している円への接線Ｔへの角度が略０°になっている。この点において、ウィングレットの側方表面幅は最大になる。プロペラの回転（この図においての時計回り）は、流路内に、そしてその中で斜め後方に水を順応して流動させ、そしてまた、外側表面５５の上を略円周状に順応して流動させる。前方に面する表面５５は全体的に、中央シャフト２５の近くと、プロペラ１１の前部端に隣接する最初の部分ＡおよびＢとで、順応して結合している場所を除いて、全表面にわたって凸状である。加えて、前方表面５５は、すべての点において全体的に斜め後方に延びる。
【００５３】
流路の長手方向断面または差分容量はここで最大となる。本明細書にて用いられるように、断面領域とは、流路の螺旋形の斜角の軌道に対して垂直な平面において取られる、ウィングレットの後ろの流路領域を意味することを意図している。その平面は、ウィングレットの後部表面に対して垂直であり、その表面の最前部点を通って延びている平面であると定義されてもよい。その断面と同様のものに、たとえば図５Ｂに見られるような、後部表面の最前部点と、それらの点を通る長手方向平面におけるウィングレットとの間の、流路の断面領域がある。その領域は上記の流動軌道領域に類似している。ここで言及されている容量とは、差分の、または瞬間的な容量であり、すなわち、関連する断面面積に螺旋形の軌道の短い距離または差分距離を掛けたものであり、基本的にここに記載されている断面領域と同じである。
【００５４】
図１４を参照すると、エッジ５３に隣接する内側表面５７は、非常に薄い角度βとなっており、これは、プロペラの構造保全を維持しながらも可能な限り薄く作られ、この角度は好ましくは１０°以下であり、最も好ましくは５°以下である。
【００５５】
ウィングレットの湾曲は、保持部において、シャフト２５からエッジ５３までの距離Ｒが、エッジ５３から、流路を画定している表面５７の長手方向の最前部点までの長手方向距離Ｑの少なくとも５０％であり、選択されたウィングレットの数および回転速度のみならず、選択された設計（またはその点でのウィングレット壁の厚さ、軸の厚さ、および湾曲／半径の種類）に対して、好ましくは、ＱはＲと同等、またはＲより大きい。
【００５６】
この区域Ｘ５の後方では、弦６５と表面５７との間の空間として画定され、内側表面５７に区画され、囲繞された容量は、その大きさが減少し始め、流路の中を流動する水は流路から徐々に後方へ押し出される。これは、ウィングレットの湾曲が径方向内側に平らになり、流路が水を絞り出し加速させることにより起こる。長手方向軸の周りの螺旋状の傾斜もこの領域ではより急峻となり、流動の方向をより後方に角度のあるものにしている。加えて、図１７Ａに示されているように、ウィングレットの長手方向断面は、回転による遠心力および流路の縮小により、表面５７に対して押圧される水を有している。水は、プロペラ１１の回転により生成される遠心力によって外側へ押しやられ、表面５７に沿って通過する。表面５７では、水は、表面５７に沿って偏向されて、表面５７の上を順応して流動し、そして、カッティングエッジではなくなり、むしろ後続エッジとなるウィングレットのエッジ５３から主に真っ直ぐ後方へと導かれて流動し、水は、流路の上を流動し、出ていく。角度βの狭さのため、表面は、最小の径方向外側の成分で水を後方へ導く。
【００５７】
平面Ｂ６の断面を参照すると、Ｂ５で最も広い表面範囲に達した後、流路は狭まるが、前方表面５５は依然として、外被の最大の外円におおよそ接するエッジ５３へ延び、表面５５と弦６７との間で画定される最大点での容量であって、この螺旋状通路を通る流体の流動により生じるいかなる遠心力にもかかわらず、プロペラ１１の径方向外側に流れることのできないように巻き込まれる容量を有する。凹状流路の形状は、示された横断面において、径は減少しているが略弧状のままである。しかし、図５Ａにおいて最もよく見られる長手方向断面では、プロペラの径方向に配向された楕円の軸は短くなり、流路は偏円または楕円形状となる。後方表面５７の表面の長さもまた、この最大点の後方に向かって、プロペラの前部分で発展したよりも急速に縮小する。表面は、凹面を保っているが、外に向かう移動に対し表面５７により巻き込まれる、区画された空間または容量同様に、大きく減少する。同様に、この点における径方向外側端５３は、断面の区画している円の円周にもはや近く接しておらず、円周に対する角度がより大きくなっている。断面Ｂ６の点まで、凹面は減少し、内側寸法は、ウィングレット４１の螺旋状流路に保持された全ての水をより容易に放出するように減少する。
【００５８】
さらに後方では、容量は急速に減少し、ウィングレットの長さも弧状の延在部も減少し、狭まっていくブレードレットのエッジの配向角度も変化していく。Ｂ６において、エッジの側方の／斜めの切り込み迎え角は、接線に対し略０°のままである。そして、Ｂ７においては、側方の／斜めのエッジの迎え角は、円の接線に対して２０°である。その角度は、Ｂ８においては接線に対して３７°、Ｂ９においては接線に対して略４０°、または流体を側方に損失させず保持するために最も都合の良い／効率的な角度である。
【００５９】
最後に、断面Ｂ９においてウィングレット６１の後続エッジは、流体をここに保持するために適切な角度を取るべきであるが、好都合にも、最終端において略０にまで縮小し、区画された容量内の残りのわずかな水を放出することができる。いくつかの凹面があったが、単に、この流体のわずかに後方への放出があり、傾斜は、プロペラのシャフト２５および長手方向軸に対して略０°である。
【００６０】
図１５は、グラフを使ってウィングレットの幾何学的形状を図示したものであり、上述したように、３つのウィングレットの全ては、軸の周りを互いに１２０°回転して離間しているだけで、同じものである。プロペラの前部端は基点にある。グラフは、それぞれのウィングレットの長さ０からＬにわたって変動する２つのパラメータを示している。曲線φは、ウィングレットがシャフト２５に結合する場所であるウィングレットの基部の中間点の、プロペラの長手方向軸の周りの回転位置を表し、曲線τは、ウィングレットのエッジ５３の回転位置を表している。このグラフに提示された寸法および割合は例示的なものであり、本発明の利点を提供しながらも本明細書に示される例と実質的に異なってもよい。
【００６１】
前部先端において、中間点およびエッジは揃って始まり、全体的に長手方向に延びる。このわずか後方では、取入部が始まると、φおよびτの両方は、略５°〜１５°のわずかな角度で分離しながら、シャフトの周りを徐々に螺旋状に湾曲する。
【００６２】
中間点曲線φは、本実施形態において４５°と示されている螺旋角度φ１によって画定される螺旋形状の軌道内にただまもなく延びており、中間点は、長さの大部分を後方端までこの一定の角度φ１で、軸の周りで螺旋状になっている。その後方端では、曲線φの螺旋の傾斜は大きくなり、曲線φは、より鋭い角度、たとえば、長手方向に対し略２５°であるφ２へと変化する。最後にプロペラの後部端において、曲線φは、徐々に曲がって、プロペラの末端排出部で長手方向軸と平行に整列する。
【００６３】
エッジ曲線τは、曲線φと同様に湾曲するが、最初は曲線φからわずかに前方であり、この実施形態において略３５°である螺旋角度τ１に達するように湾曲する。エッジ曲線τは、その長さの大部分にわたってこの螺旋角度を維持し、基部中間点の螺旋に対応する点線までの曲線τの距離で示された延在部または延長部を有している。プロペラの後部端近くでは、ウィングレットのエッジは、たとえば４０°〜５０°の範囲の角度、ここでは４８°の角度で低下する。プロペラの端部では、曲線τは、長手方向と平行になるように最後に曲がり、ウィングレットは、径方向の長さが０にまで減少する。
【００６４】
螺旋角度がプロペラの端部で０°まで減少すること、または長手方向軸に対し平行になることは、可能な限り多くの渦を修正するためには常に望ましい。しかし、速度等の点から最大出力または最高性能を求める変形において、または渦に関する懸念がない場合には、角度は、活動／推進区分と同じ角度、たとえば図８０に見られる実施形態のように４５°のままでもよい。
【００６５】
基部の中間点とエッジとの間のウィングレットの形状は、略弧状であり、好ましくは、曲線φに対して平行な軸の周りを斜めに延びる螺旋線の中心にあり、保持部において最大となるまで徐々に拡大する弧である。それ以降の弧は、側方に変形し、楕円形、好ましくは長手方向の長さがその側方幅の１.５倍から２倍である楕円形となる。
【００６６】
軸羽根車型プロペラの取入開口のカッティングエッジの構造、形状、湾曲、および角度はすべて（互いに）連帯し同期している。それらすべては、中心からのいかなる距離においても、カッティングエッジの迎え角が、直線状で斜めに流入する流動にとって最も有益で効率的な角度に配向されるように構成されており、全てが、少なくとも回転速度、前進速度、ならびに他の設計の要求および目的に基づき、関連している。
【００６７】
プロペラの回転により、ある特定の３次元的形状が形成され、それは、長手方向中心線を通って断面を取った場合、図８３Ａ、図８３Ｂおよび図８３Ｃに示されるように、プロペラの外被、輪郭、外郭または外形線の２次元的側面図を描写する。
【００６８】
図８３Ａは、図１、図４および図５Ａの回転するプロペラ１１の外被の全体外観図を示している。図８３Ｂは、図１９および図２０の回転するプロペラ８５の外被の全体外観図を示し、そしてまた、図２６の回転するプロペラの外被の外形線に類似している。図８３Ｃは、図３０の回転するプロペラの外被の全体外観図である。
【００６９】
プロペラの輪郭の前部分の侵入／貫入迎え角度アルファは、プロペラがその最初と中央で、流体に貫入し切り込む迎え角の半分の角度である。前部側に駆動シャフトがない限り、前部点または前部先端、および角度アルファは、最もよく侵入するために可能な限り鋭いことが好ましい。図示の角度はその変形の例である。
【００７０】
一般的に、プロペラの場合、侵入角度は中央で０°から徐々に始まり、そして、非常に高速なバージョン用では、２０°〜３５°まで、高速および汎用目的、中速度バージョンなど用では、３５°〜５０°まで徐々に増加し（肩部の端、または延長部の端の前で計測されるが、設計、要求、要件などにも関連し、または基づいている）、角度アルファの極度限界が１０°〜７０°で、角度ベータの最大値が８０°であることが好ましい。極高速バージョンでは、アルファ角は、５°まで小さくなり得る。
【００７１】
流線形の外形線の、より簡素のバージョンおよび高速のバージョンでは、前部の角度アルファおよび角度ベータ、そして後部の角度ガンマおよび角度デルタは、それぞれ同等かつ区別ができなくてもよい（つまり、角度アルファは角度ベータと同じであってよく、角度ガンマは角度デルタと同じであってもよい）。しかし、より幅の広いプロペラ用の、またはより大きな容量のいくつかの応用例では、外形線はより複雑であり、２組の角度は、互いに対しより明確に異なることになる。
【００７２】
プロペラ１１に特有の外観図が図５Ｂに示され、一方、プロペラ８５に特有の外観図が図２３に示されている。
【００７３】
プロペラの簡易横断面は、本明細書に提示された図内で用いられているものと同じように、プロペラの長手方向軸に対して垂直である。したがって、プロペラの簡易横断面は、プロペラ角度、カッティングエッジまたは流路の、プロペラの長手方向軸に対する角度が同等の４５°であるため、より細長い形状または楕円形状である。
【００７４】
しかし、設計および製造の目的のために、ウィングレットまたは流路内の流動をよりよく理解し、より正確に記述するために、ウィングレットの横断面図は、推進の角度／螺旋に対して、またはカッティングエッジに対して垂直である実際の断面において（も）表されるのが好ましい。
【００７５】
そのような図は、１つの複合図にともに配置される個別の横断面から作られる。それぞれのウィングレットに対して１つであり、そして図示平面に向けて（たとえば、迎え角または螺旋が４５°である場合、４５°の角度だけ）回転する。そのような図は、ウィングレットの望ましい（または実際の）形状および湾曲をより正確に表す。
【００７６】
図１７Ｂは、そのような断面であって、取入区分であるが保持区分に非常に近い場所で得られた断面を表し、また、図１７Ａですでに述べられた成分と、流動が流路内でいかに結合および合体するかも示している。
【００７７】
理想的な設計の目的と目標は、特有のウィングレットまたはプロペラの特定の与えられた課題および条件のために、湾曲を作り出すことであるが、その湾曲では、流入する流動（直線および斜め線）が同期して得られた合成結合物が、図１７Ｃに示されるように、流路内で水を搬送する最も効率的な方法である単一の滑らかな回転流動へと発展させる。同時に、この流動は真っ直ぐ後方へと導かれる。
【００７８】
したがって、ウィングレットが、区域Ｂに始まり区域Ｃで連続して湾曲しはじめると、可能な場合、３つのウィングレットを有する設計の場合のように、流路の内側壁は根元（軸に取り付けられる場所）で可能な限り円形となるのが好ましい。ウィングレットの数が増加すると、根元の空間は小さくなり、したがって、円形となる可能性が小さくなる。
【００７９】
さらに区分Ｄとともに始まり、そして出口に向かって流路の大きさが減少すると、流路内の個別のねじれは制限され、流動が回転から安定化されて、回転移動せずに真っ直ぐ後方に送られるという結果とともにねじれが終わるように、（基部の）根元の内部円形は、狭まった形状へと変化することが好ましい。先行技術のプロペラの主な問題は、キャビテーションが起きる状況を作り出すということである。第１に、ブレードの先端の周辺のキャビテーション、第２に、ブレードの後部のキャビテーションであり、これは、ブレードが、静止した流体に対する急激な動作で水を垂直に切るという事実によるものである。プレートのブレード本体の他の部分に比べて先端部において高速である周速度により強められた突然の影響または衝突が水に対して起こる。毎分の回転数があるレベル以上になると、キャビテーションが始まり、騒音、振動、金属ブレード自体の剥離すら引き起こし、それによってプロペラの潜在的な機械的損傷を引き起こすため、キャビテーションによりプロペラの最大速度は制限される。
【００８０】
本明細書に示されるプロペラは、キャビテーションなしで３０、０００ｒｐｍまたはそれ以上の回転速度で動作することができ、それにより、船への膨大な推力を生み出すことが可能でありながら、プロペラが比較的小さな長手方向断面を有することを可能とする。これは、よりエネルギー効率の良い船の推進をももたらす。加えて、先行技術のプロペラとは対照的に、本明細書に提示される設計によるプロペラの効率性は、実際に回転速度の増加とともに増加する。
【００８１】
図１８は、本発明に係る別の非常に高速なプロペラを支持する代替の実施形態を示している。この実施形態において、プロペラ７１は、中央シャフト７３およびウィングレット７５を有する。シャフト７３は、それぞれの旋回支持部８１および８３に、ともに支持される前部端７７および後部端７９を有する。プロペラ７１は、図１に見られる駆動部に類似した、これらの構造８１および８３の１つまたは両方を通して接続される駆動システムにより回転される。
【００８２】
図１９は、本発明の別の代替の実施形態を示している。プロペラ８５は、図示されていないボートのモータに接続され、回転される駆動シャフト８７の後部端に、固定して取り付けられている。プロペラ８５は、前方視で時計回りに回転するように駆動される。
【００８３】
プロペラ８５は、より大きな容量の流体と、より低速の、燃料を節約するために通常はエネルギー効率が求められるより大きな船、または標準の船とのために構成され、以前に示された実施形態よりも短く、幅が広い。
【００８４】
このバージョンは、高速および中速に用いることができ、長さに対する径の比率が、非常に高速であるプロペラ１１よりも大きい。より小さな径および高回転速度においてのプロペラの性能（プロペラ１１ほどではないが）の一方で、長さに対する径の比率により、より大きな径での構築、およびより低速の回転速度を可能にし、したがって、より大きな寸法の船の場合に、より大きな容量の流体が推進されることが可能となる。
【００８５】
エネルギーまたは燃料の消費に関する限り、最も効率の良い流体の推進は、最も低速の回転速度で、そして可能な最大の径をもって行なわれるが、大量の流体がゆっくりと移動し、出口流動に対し最小のエネルギーが加えられ、そしてそれにより失われるエネルギーも最小である場合の、最大のトルクをもってしても行なわれる。しかし、縮小した径以外はまさしく同じであるこの設計／実施形態は、それでも高速および非常に高速の回転速度で、キャビテーションなしに非常に効率的な推進が可能である。
【００８６】
プロペラ８５は、プロペラ１１とまさに同じ設計および原理のものであるが、寸法または特徴の間の割合および比率のみが異なっている。両方とも非常に流線形に構築されており、しかし第１の実施形態が最も流線形であり、したがってより高速の性能が可能である。
【００８７】
プロペラ８５の場合、より低速で、より大きい寸法の設計を使用する利点は、非常にエネルギー効率が良く、経済的で、流動の形成においてきわめて滑らかであることである。このプロペラの構成を小さな寸法で、長手方向軸の周りのより小さな径で、および非常に高速で使用することは、先行技術によるプロペラの欠点を避けながらも、非常に速い船速を達成するという点で効率的である。
【００８８】
プロペラ８５は径方向により幅広いため、ウィングレットのエッジはより遠く離れ、回転時のブレードのエッジの実速度はより大きい。先行技術のプロペラにとっては、水の流動の速度が速ければ速いほどキャビテーションの可能性が大きくなり、そのことは、プロペラの環境において非常に望ましくない。また、より幅の広いプロペラは、より大きな外被のためにより大きな抗力を生み出し得る。しかし、示された実施形態を用いれば、より大きな径で構築され、より高速のエッジの回転速度でより多くの量の流体を移動させる場合でさえも、キャビテーションは発生しない。
【００８９】
ガスタービンを使用し、略２０、０００ｒｐｍまたはそれ以上の速度で進むことができるすべての上位性能のボートでは、歯車を減少させる必要なく、または他のトルクもしくは速度減速機を必要とせずに、プロペラは、タービンに直接接続され得る。
【００９０】
図２０〜図２２は、プロペラ８５をより詳細に示している。プロペラ８５は、上記に定義された通り一体式構造であり、３つのウィングレットまたはブレード９１、９３および９５をその上に支持する中央シャフトを有し、そのそれぞれが、中央長手方向軸の周りで１２０°の回転角で回転してずれて配置され、または分配されている。それぞれのウィングレットは、それぞれ前方に面する表面９７、およびそれぞれ後方に面する表面９９を有し、それらの表面は、略螺旋状のエッジ１０１で接触している。ウィングレット９１、９３および９５は、シャフト８７から出現し、径方向に広がり、内向きに先細りしてプロペラ８５の後部でシャフト８７と併合し、鋭い長手方向先端１０３において終端し、プロペラ８５の後ろに引く乱流を減少させるという点で、上述の実施形態のウィングレットと類似している。
【００９１】
ウィングレット９１、９３および９５の構成は、図２３、図２４Ａおよび図２４Ｂにおいて最もよく示される。上述の実施形態と同様に、ウィングレットは、最初は径方向外側に延び始め、前方部Ｂにおいて長手方向後方に延びる。ウィングレットは、径方向に長くなるにつれて、凹状になり、そして凹面から離れる方向に螺旋状になり始め、それぞれが、後部向きのそれぞれの流路空間を画定する。
【００９２】
上述の実施形態と同様に、取入部は、前部の後方から始まり、図２３において、概略で断面Ｃ３からＣ８である。この取入部において、ウィングレットは、その長さが増加し、回転軸の周りの円周への接線に対するエッジ１０１の切り込み角度が、エッジ１０１における外側表面９７が長手方向軸の周りの円筒に接するまで増加する。ウィングレットの表面は、水の流動が流路内および前方表面９７の上を通過し、前部表面９７および後部表面９９の上の水の流動が実質的にキャビテーションを引き起こさない順応した流動であるような角度である。ウィングレットに囲繞された流路空間は、取入部の間中、後方に向かって単調かつ連続的に増加する。
【００９３】
ウィングレットの長さは、保持部を通して、概略で区域Ｃ８からＣ９まで（むしろＣ１１まで）長くなり続けるが、そこでは、エッジ１０１が、カッティングエッジから、水が上を通り流れ出る後続エッジの状態になる。流路は、相対的な割合に関しては同じ構成のままであるが、ウィングレットの長さおよびプロペラの径が増大するにつれて、囲繞された容量は増加する。プロペラ８５が後部においてより急激に内向きに先細りしているために、後続エッジの内側表面および外側表面ですら、後方およびわずかに内側に角度付けされ、外側表面９７上の水の外部の流動が、径方向のわずかに内側、たとえば長手方向に対して５°または１０°で導かれることを可能にしている。同様に、内側表面９９もまた、流動を後方かつわずかに内側に導く。
【００９４】
径方向内側の角度は、長手方向に関連するだけである。図２４Ａおよび図２４ＢのＣ８またはＣ９における長手方向軸に対して垂直である断面から、隣接するエッジ１０１は、外側表面９７の横断面と共に、その点における長手方向軸の周りの円筒への接線に対して略０°で終端することが容易に見ることができる。これにより、プロペラが回転している間、順応した流動が維持され、そしてまた、この保持部において、遠心の損失に対して流路内に水が保持される。ウィングレットは、１８０°の弧を超えて延び、径方向内側部１０７のように、囲繞された通路の半径を有する弧に近い曲線の周りを湾曲する代わりに、プロペラの長手方向軸までの径方向の距離と同等の半径の弧状の湾曲を本質的に有する延在部１０５を含む。
【００９５】
排出部において、断面Ｃ９およびＣ１０にみられるように、エッジ１０１までの径方向外側への距離は減少し、ウィングレットの大型弧状部１０７の長さは短くなり始め、流路内の容量を減少させ、それにより、上述の実施形態のように流路内の水が後方に推進される。長く延びた大型弧状部１０７は、ウィングレットが、断面Ｃ１４において、単に通過流路の湾曲、すなわち小型弧状部１０７となるまで、ウィングレットの半径と共に縮小する。この後方で、ウィングレットは、そこから急速に先細りし、後端１０３において単なるシャフトとなる。
【００９６】
図２５は、図１９の実施形態の変形を示しており、全体的に図１に類似した構成で、プロペラ１０４は、中央シャフト１０８の後部端に接続された回転駆動シャフト構造１０９により支持されている。プロペラ１０４の前部端は、この実施形態においては、プロペラ１１の端部２３と同様に、乱流を起こさずに水中に貫入する尖った端部１０６を備えている。
【００９７】
図２６は、多くの点でプロペラ８５に類似し、類似した特徴と性能を備えたプロペラシステムのさらに別の実施形態の側面図である。図２７は、正面図であり、図２８は、図２６の平面Ｂ−Ｂにて取られた前方視背面図である。図２９は、回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた、図２６のプロペラの外形線を含む断面側面図である。
【００９８】
プロペラ１１０は、プロペラ８５と同様に働き、前部端で水に貫入する先端１１１と、駆動システム（図示せず）に接続されたシャフト１１２上に支持され、シャフト１１２によって駆動されるウィングレット１１５、１１６および１１７とを有する。プロペラ１１０は、前方視において時計回りに回転するように駆動される。プロペラ１１０は、上述の実施形態よりもよりゆるやかな外側外被外郭を有している。
【００９９】
図３０は、別の実施形態の側面図であり、略４５°で外側に傾斜している円錐状の入口部を有する、５つのウィングレットのプロペラである。プロペラは、より大きな径、およびより急峻な傾斜の外形線（または侵入角度および末端角度）を有する。このプロペラは、重作業に使用可能な中速バージョンであり、上述の実施形態よりも大きな径と短い全長を有し、速度よりも高トルクのために構成されている。図３１は、この実施形態の正面図であり、図３２が、その背面図である。図３３は、回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた、外形線を含む断面側面図である。図３４は、プロペラの平面Ｄ１〜Ｄ４における断面を示している。この実施形態は、プロペラ８５と同様の原理で働き、前部に、ウィングレット１２５、１２６、１２７、１２８および１２９の全てが支持されるシャフト１２１と、後部シャフト１２２とを有している。これらのシャフトのいずれもが、駆動システムに接続することができ、プロペラは、前方視において時計回りに回転するように駆動される。
【０１００】
図３５は、プロペラ８５の構造上の変形である別の実施形態の平面Ｅ１〜Ｅ８における断面を示している。実施形態の全ての部分および寸法は、実質的にプロペラ８５と同じであり、主に流体と圧力のよりすぐれた均等化のために、外側エッジにおいて壁のわずかな膨隆がある。断面Ｅ１〜Ｅ４は、ウィングレット１３５、１３６および１３７の厚くなっている壁の展開を示している。断面Ｅ５から後方では、壁の構造は、プロペラ８５と本質的に同じ構造を有する。プロペラは、前方視において時計回りに回転するように駆動される。
【０１０１】
図３６は、プロペラ８５のさらに別の変形の断面Ｆ１〜Ｆ８を示している。プロペラ８５の構成にすべて類似しているが、ウィングレットの壁が、断面に示されているように、開始部においてより厚くなるように構成されている。流体の圧力を均等化するために、その開始部において壁の膨隆があり、断面Ｆ１〜Ｆ４は、ウィングレット１４５、１４６および１４７の厚くなっている壁の展開を示している。断面Ｆ５から後方では、プロペラのウィングレットの構造はプロペラ８５と同様であるが、比較的に鋭い後続エッジを有する。
【０１０２】
図３７は、プロペラ１１と同様に構成され、高速用または多目的用のウォータージェット構成に収容されたプロペラのためのプロペラシステムのさらに別の実施形態の側面図である。この環境は、プロペラ１１のような３つのウィングレットプロペラを収容し、主なプロペラ角度は４５°である。プロペラの収容構造は、典型的なウォータージェットの装置構成の全ての構成要素、すなわち、取入開口、組込式構造、安定化または矯正船尾ブレードまたは羽根などを有し、プロペラ１１のように構成されたプロペラのため、より長い輪郭を有し、より高速の回転速度および前進速度における使用のためにすべてが適切に適応されている
【０１０３】
図３８は、図３７の実施形態の正面図であり、図３９は、その背面図であって、ウォータージェット構造の略管状の内側通路の内部を示している。図４０は、プロペラの回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた断面図である。図４１は、図４０に示されるプロペラの回転軸に対して垂直の平面Ｇ１〜Ｇ５における図３７のプロペラおよび周辺構造の断面を示している。
【０１０４】
図３７および図４０において最もよくみられるように、水１５０に浮かび、方向１５８に移動する船１５９は、前部に取入開口１５３、および後部端に流出口１５５を備えるウォータージェット筐体１５２を有している。筐体１５２の内部では、ウォータージェットシステムの構造は、プロペラ１１ａを備えるが、プロペラ１１ａは、前部端と後部端の両方で回転可能に支持され、前部端に先端部を有しておらず、しかしシャフト１５１に接続され、それを通じて推進区画の前方に位置する駆動システムにも接続されているという点で、プロペラ１１（図１１参照）とは異なる。プロペラ１１ａの後部端は、ウォータージェット筐体１５２の後部で自由回転するように支持されている。プロペラ１１ａは、前方視において時計回りに回転するように駆動される。
【０１０５】
水は、プロペラ１１ａの回転により取入開口１５３を通して取り込まれ、８つの安定化羽根により安定化され、最後にまた安定化羽根により流出流動が後方に向かって導かれ、流出口１５５を通って推進され、真っ直ぐ後部に推進される。
【０１０６】
図４２は、主要プロペラ角が４５°であるが挿管１６３を有し、図１のプロペラ１１に類似した３つのウィングレットのプロペラの非常に高速または超高速の変形であるプロペラの別の実施形態の側面図である。
【０１０７】
図４２のプロペラは、プロペラ１１と構造的に類似しているが、その後部に挿管１６３が取り付けられ、挿管は、プロペラから後方への水の圧出を導くのを補助するように、ウィングレット１６５、１６６および１６７がおおよそ最大径となる場所で、そしてその場所から後方へ向かって始まる。挿管は、後方に向かって先細りして先端を切り取られた円錐であり、中でウィングレットからの個別の流動の全てが結合される円形の流路または先細りする円錐状の内側通路を形成する。同時に、挿管構造１６３は、流出流動を、流出口１６４を通した可能な限り最小の断面に最大限集中させる。先細りして先端を切り取られた円錐の外側表面の形状もまた、あらゆる抗力をさらに減少させ、羽根車型プロペラの構造をさらに流線形にし、それによってプロペラ１１の全体の性能を最大にする。
【０１０８】
挿管１６３は、鋭い先行エッジにより画定される緩やかな取入開口を有する。挿管は、取入開口で、より小さい抵抗を生成するために、ウィングレットの形状に順応および適応しており、取入開口を画定している先行エッジの上で順応した水の流動を有している。この設計は、非常に高速の用途に最も適応している。
【０１０９】
図４３は、同じ実施形態の正面図であり、図４４は、その背面図である。図４５Ａは、回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた、外形線を含む断面図である。図４６は、プロペラ１１のものと同様であるが、挿管１６３が追加されている断面Ｈ１〜Ｈ１４を示している。図１のプロペラ１１と同じ構造に基づいて、この実施形態は、前部先端１６１と、駆動システムに接続される後部シャフト１６２にすべてが支持されるウィングレット１６５、１６６および１６７とを有する。プロペラは、前方視において時計回りに回転するように駆動される。
【０１１０】
図４７は、図３０のプロペラに類似した、さらに別のプロペラの実施形態の側面図である。これは、推進区分の角度が４５°である５つのウィングレットのプロペラの例であり、プロペラは、より大きな径であり、より急峻な、またはより鋭くない外被外形線の貫入角度および末端角度を有するが、延長部の代わりに、図３０のプロペラの延長部と同等の長さである短い挿管を有する。図４７のプロペラは、同じ役目のために使用可能であり、図３０のプロペラと同様の性能を有する。
【０１１１】
図４８は、図４７のプロペラの正面図であり、図４９は、その背面図である。図５０は、回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた、外形線を含む断面図である。図５１は、図４７のプロペラの回転軸に対して垂直である断面Ｉ１〜Ｉ４を示している。挿管１７３は、前部に、周りに鋭い先行エッジを有する円形の取入開口と、後部１７４に、周りに鋭い後続エッジを有する円形の流出口とを有している。挿管の外側表面および内側表面は、湾曲し、全体的にプロペラの外側外被の湾曲に従っている。
【０１１２】
この実施形態は、プロペラ８５と同様の原理で働き、プロペラを通って後部シャフト１７２まで延びる前部シャフト１７１を有し、ウィングレット１７５、１７６、１７７、１７８および１７９はすべてその上に支持される。シャフト１７１および１７２のどちらかまたは両方は駆動システムに接続され、プロペラは、後部から前方を見て時計回りに回転するように駆動される。
【０１１３】
図５２は、ウィングレットエッジのＴ区域を有し、後方および前方に対称で、前後可逆のプロペラの実施形態の側面図である。この実施形態は、船を前方または後方いずれかの方向に駆動させるために使用可能であり、高速または通常速度のいずれかのために設計されている。後方／前方対称であるため、どちらの方向においても効率は同じである。
【０１１４】
図５３は、図５２のプロペラの正面図であり、図５４は、その背面図である。図５５は、回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた、回転するプロペラの外被を外形線として含む断面図である。図５６は、図５２のプロペラの回転軸に対して垂直である断面Ｊ１〜Ｊ４を示している。
【０１１５】
ウィングレット１８５、１８６および１８７は、どちらかの半分が前方または後方を向き、それぞれ半分が他の半分の反転であるように組み立てられている。カッティングエッジの両側で延長部が（長手方向に）延びるため、図５６の断面Ｈ５または図５５の長手方向断面において最もよく見られるように、中央でカッティングエッジはＴ区域断面１８４を形成する。ウィングレットは、一方の端部でシャフト１８１に、他方の端部でシャフト１８２に取り付けられ、どちらかのシャフトは、駆動システムに接続することができる。
【０１１６】
回転は、両方向に可能である。示されたウィングレット構造の構成のため、前進（前部）端は、他方端から前方を見てプロペラの時計回りの回転によって定められ、この構成は、右回りプロペラとして記述されてもよい。
【０１１７】
図５７は、さらに別のプロペラの実施形態である、プロペラの延長部に取って代わる球根状の突出部および小型の挿管を有する多目的用プロペラの側面図である。このプロペラは、高速または通常速度での使用に適している。
【０１１８】
図５８は、図５７の実施形態の正面図であり、図５９は、その背面図である。図６０は、外見上の外形線として示される回転する外被を含み、回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた断面図である。図６１は、図５７のプロペラの垂直断面Ｋ１〜Ｋ９を示している。図５７および図６０に見られるように、いくぶん球根状である突出部１９１は前部分にあり、そこからウィングレット１９５、１９６および１９７が始まる。ウィングレット１９５、１９６および１９７は、最大径となる場所で小型の挿管１９３と結合し、挿管は、プロペラの回転する外被の外郭に全体的に従う外側表面および内側通路表面を備える介在構造とともに、円形の取入開口１９０および円形の流出口１９４を有する。全体の構造は、シャフト１９２により支持され、シャフト１９２により駆動システムに接続されており、前方視において時計回りに回転するように駆動される。図６２は、図６２〜図６６において最もよく見られるように、プロペラの排出部で径方向に幅広いテーパ状であり、その後方で内向きにテーパ状となる中実形状のシャフトの周りにウィングレットが取り付けられた別の実施形態の側面図である。ウィングレットの流路の流出口は幅広く、中実形状のもっとも幅広い場所の外周部にある。プロペラは、推進区分の角度が４５°であり、延長部を有する３つのウィングレットのプロペラである。流出口が幅広くなると、流出流動が側方に拡張されるため、より大きな加速が生じる。この実施形態は、高速または通常の速度および性能に適している。
【０１１９】
図６３は、プロペラの正面図であり、図６４は、その背面図である。図６５は、回転する外被の外形線を含み、回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた断面図である。図６６は、垂直断面Ｌ１〜Ｌ９を示している。ウィングレット２０５、２０６および２０７は、前部において前部シャフト２０１で始まり、そして径方向外側にテーパ状になり、その後に内側にテーパ状になる中実形状２０８に取り付けられ、シャフト２０２で終端する。シャフト２０１または２０２のどちらかは、駆動システムに接続されてもよい。流体は、後方へ推進されるが、おおよそ断面Ｌ６の位置でわずかに側方外側にも推進される。プロペラは、前方視において時計回りに回転するように駆動される。
【０１２０】
図６７は、プロペラ１１に類似しているが、固定された非回転型フレームまたは格子２１１の内部に、囲繞され、両端で回転可能に取り付けられたプロペラのバージョンの側面図である。プロペラの前部端または後部端は、フレーム内を通って、プロペラをフレーム内で回転させる駆動システムまで延びるシャフトに接続される。フレームは、囲繞されたプロペラの内部および外部の流動を安定させる。
【０１２１】
このバージョンの固定されたフレーム２１１は、直線状に、および長手方向軸に対して平行に始まるが、中間区域で回転プロペラ１１の回転に対し反対の角度で配向される羽根を有する。後方端の前で、羽根は再び直線状になる。フレームの中間部の外側に、フレーム２１１と統合する挿管２１３がある。そのようなフレームを有する実施形態は、端部または挿管２１３において船に取り付けることができる。
【０１２２】
フレーム２１１は、取入開口の方向および周りに直線状に流入する流動を維持し、端部において、流出口で流動を矯正し、その一方で中間部の挿管２１３は、流動を内側に留め、本体の周りの流線を維持する。また、フレームは、その中の回転プロペラも保護する。このシステムは、高速または通常の速度のどちらかに適している。
【０１２３】
代替的に、フレームの全体の羽根構造は、直線状およびプロペラの長手方向軸に対し平行であってもよい。
【０１２４】
図６８は、図６７のプロペラの正面図である。図６９は、フレーム２１１の内部に設けられたプロペラを示し、フレーム２１１は、長手方向の中心線に沿って切断されている。そして、図７０は、図６７のプロペラシステムの背面図を示している。
【０１２５】
図７１は、図６７のプロペラの垂直断面Ｍ１〜Ｍ６を示している。フレーム内でのプロペラの回転は、後部から見て時計回りである。
【０１２６】
図７２は、図６７〜図７１のプロペラシステムに類似した別のプロペラシステムの実施形態を長手方向断面図で示している。図７３は、図７２のプロペラシステムの正面図を示し、図７４は、その背面図を示している。フレーム２１２の最初の半分の羽根は、挿管２１４が始まる場所で終わり、フレームの２番目の半分の羽根は、挿管２１４が終わる場所から後方に連続している。挿管２１４は、図６７の実施形態よりもプロペラ１１に近く位置している。フレーム内の軸流羽根車型プロペラ１１の回転は、後部から見て時計回りである。
【０１２７】
図７５は、中心で内部が除かれている、前後可逆、対称および芯無しのプロペラの実施形態の側面図であり、プロペラは、その端部で回転シャフト２２１および２２２に取り付けられている。プロペラは、迎え角が４５°の推進区分を備えた３つのウィングレットのプロペラであり、わずかな延長部を有する。プロペラが前後可逆および対称であるため、両方の方向に同等の効率で進むことができ、高速または通常の速度および性能に使用可能である。
【０１２８】
図７６は、図７５のプロペラの正面図を示し、図７７は、その背面図を示している。
【０１２９】
図７８は、回転軸を通って延びる垂直面を通して取られた、回転する外被の外形線を含む長手方向断面図である。図７９は、プロペラの垂直平面断面Ｎ１〜Ｎ９を示している。ウィングレット２２５、２２６および２２７は、どちらかの半分が前方または後方を向き、それぞれの半分が他の半分の反転であるように組み立てられる。長手方向中央部において、ウィングレット２２５、２２６および２２７のカッティングエッジは、図７９の断面Ｎ５において最もよく見られるように、断面において２重エッジを備えた平坦な区域を形成する。ウィングレットは、前後可逆であるため、延長部を有しない。ウィングレット２２５、２２６および２２７は、一方の端部でシャフト２２１に、他方の端部でシャフト２２２に取り付けられ、どちらかのシャフトが、駆動システムに接続することができる。回転は、時計回りまたは反時計回りのどちらかになり得る。示されたウィングレット構造の構成では、前進（前部）端は、他方の端部から前方に見てプロペラの時計回りの回転によって定められ、この実施形態は、右回りプロペラとして記述することができる。
【０１３０】
図８０は、非常に高速または超高速の使用のための、プロペラのさらに別の実施形態の側面図である。示されているプロペラは、プロペラ１１（図１参照）の修正であり、図４２のプロペラと同様に、延長部と取って代わって、後部の半分が挿管されている。この実施形態の異なる点は、流出する渦流れを制御または矯正する懸念が無いため、後端部において、ウィングレットの外形線の２番目の半分はテーパ状になっていない。
【０１３１】
むしろ、ウィングレットは、推進を最大限にするために、同じ４５°の迎え角で最後まで通して連続している。示されている実施形態は、特に性能および速度に適している。挿管は、流出流動を集中させ、同時に、前進速度をより速くするため、本体の周りで形成される外側の流動を円滑にする。
【０１３２】
この実施形態の正面図は、図４２のプロペラが図４３において示されたものと同じである。図８２は、図８０のプロペラの、回転軸に対して垂直である断面Ｏ１〜Ｏ５を示している。図８１は、回転軸を通って延びている垂直面を通して取られた、図８０のプロペラの外形線を含む長手方向断面図である。最初の半分（挿管の開始部まで）は、図１のプロペラ１１と実質的に同じである。ウィングレット２３５、２３６および２３７は、前部先端２３１で始まり、駆動システムに接続されたシャフト２３２で終端する。挿管２３３は、流出流動を、流出口２４０で、可能な限り最小の断面に最大限に集中させ、そして、あらゆる抗力をさらに低下させ、構造をさらに流線形にし、それによって、プロペラ１１の全体の性能を最大化する。
【０１３３】
挿管２３３は、より小さい抵抗を生成するために、ウィングレットの形状に順応したゆるやかな取入口を有する。この設計は特に、非常に高い性能および超高速に適している。プロペラは、前方視において時計回りに回転するように駆動される。
【０１３４】
取入部および排出部を有し、そしてその間の適した場所に保持部を有するウィングレットを使用する他の構造も想像され得る。また、水上での船の移動以外にも、化学工業を背景とした、または液体の効率的な移動が望まれる他の環境において、容器内の流体の加速のような他の目的も本発明の流体推進設計により達成され得る。
【０１３５】
ポンプは本質的に囲繞されたプロペラであるため、ポンプハウジング、筐体またはチャンバ、誘導または矯正羽根などの全ての必須追加部分を含めて、様々な軸流ポンプが、本明細書に提示された原理及び設計に基づいて設計され得る
【０１３６】
上述の記載は、本発明を例証するものであって、制限するものと考えられるべきではなく、本発明の精神および範囲から逸脱しない本発明の修正および変更は、この開示を前にした当業者にとって容易に明らかであるため、本開示の表現は、限定ではなく記述のための表現として見られるべきである。
【図１】
2016513600.tif 000003
【図２】
2016513600.tif 000004
【図３】
2016513600.tif 000005
【図４】
2016513600.tif 000006
【図５Ａ】
2016513600.tif 000007
【図５Ｂ】
2016513600.tif 000008
【図６】
2016513600.tif 000009
【図７】
2016513600.tif 000010
【図８】
2016513600.tif 000011
【図９】
2016513600.tif 000012
【図１０】
2016513600.tif 000013
【図１１】
2016513600.tif 000014
【図１２】
2016513600.tif 000015
【図１３】
2016513600.tif 000016
【図１４】
2016513600.tif 000017
【図１６】
2016513600.tif 000018
【図１７Ａ】
2016513600.tif 000019
【図１７Ｂ】
2016513600.tif 000020
【図１７Ｃ】
2016513600.tif 000021
【図１８】
2016513600.tif 000022
【図１９】
2016513600.tif 000023
【図２０】
2016513600.tif 000024
【図２１】
2016513600.tif 000025
【図２２】
2016513600.tif 000026
【図２３】
2016513600.tif 000027
【図２４Ａ】
2016513600.tif 000028
【図２４Ｂ】
2016513600.tif 000029
【図２５】
2016513600.tif 000030
【図２６】
2016513600.tif 000031
【図２７】
2016513600.tif 000032
【図２８】
2016513600.tif 000033
【図２９】
2016513600.tif 000034
【図３０】
2016513600.tif 000035
【図３１】
2016513600.tif 000036
【図３２】
2016513600.tif 000037
【図３３】
2016513600.tif 000038
【図３４】
2016513600.tif 000039
【図３５】
2016513600.tif 000040
【図３６】
2016513600.tif 000041
【図３７】
2016513600.tif 000042
【図３８】
2016513600.tif 000043
【図３９】
2016513600.tif 000044
【図４０】
2016513600.tif 000045
【図４１】
2016513600.tif 000046
【図４２】
2016513600.tif 000047
【図４３】
2016513600.tif 000048
【図４４】
2016513600.tif 000049
【図４５】
2016513600.tif 000050
【図４６】
2016513600.tif 000051
【図４７】
2016513600.tif 000052
【図４８】
2016513600.tif 000053
【図４９】
2016513600.tif 000054
【図５０】
2016513600.tif 000055
【図５１】
2016513600.tif 000056
【図５２】
2016513600.tif 000057
【図５３】
2016513600.tif 000058
【図５４】
2016513600.tif 000059
【図５５】
2016513600.tif 000060
【図５６】
2016513600.tif 000061
【図５７】
2016513600.tif 000062
【図５８】
2016513600.tif 000063
【図５９】
2016513600.tif 000064
【図６０】
2016513600.tif 000065
【図６１】
2016513600.tif 000066
【図６２】
2016513600.tif 000067
【図６３】
2016513600.tif 000068
【図６４】
2016513600.tif 000069
【図６５】
2016513600.tif 000070
【図６６】
2016513600.tif 000071
【図６７】
2016513600.tif 000072
【図６８】
2016513600.tif 000073
【図６９】
2016513600.tif 000074
【図７０】
2016513600.tif 000075
【図７１】
2016513600.tif 000076
【図７２】
2016513600.tif 000077
【図７３】
2016513600.tif 000078
【図７４】
2016513600.tif 000079
【図７５】
2016513600.tif 000080
【図７６】
2016513600.tif 000081
【図７７】
2016513600.tif 000082
【図７８】
2016513600.tif 000083
【図７９】
2016513600.tif 000084
【図８０】
2016513600.tif 000085
【図８１】
2016513600.tif 000086
【図８２】
2016513600.tif 000087
【図８３Ａ】
2016513600.tif 000088
【図８３Ｂ】
2016513600.tif 000089
【図８３Ｃ】
2016513600.tif 000090
【図１５】
2016513600.tif 000091
【国際調査報告】
2016513600.tif 000092
2016513600.tif 000093
2016513600.tif 000094
2016513600.tif 000095
2016513600.tif 000096