(57)【要約】【課題】簡素な構成で製造コストを安価に抑えながら、液体の流れに剥離現象を発生させないで、推進抵抗を低減することができるＰＯＤ型推進装置、およびこれを有する船舶を提供する。【解決手段】ＰＯＤ型推進装置１は、プロペラ４０と、ポッド本体３０とストラット１０と、を有し、ポッド本体３０の側面にはポッド本体の軸方向に平行で、ポッド本体の側面の法線方向（半径方向に同じ）に位置するように、矩形板からなるＶＡＮＥ（整流板）２１、２２、２３、２４（ＶＡＮＥ２０）が固定されている。ＶＡＮＥ２０の突出量は、プロペラ４０の半径の４０％以下、望ましくは１５〜３０％が好適であって、従来の公知のＦＩＮに比べ、突出量が極端に小さくなっている。【選択図】図１
2009214650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体に固定されたストラットと、
該ストラットに固定されたポッドと、
該ポッドの先端側に回転自在に設置されたプロペラと、
該プロペラを回転させる回転手段または回転伝達手段と、
前記ポッドの側面に、前記ポッドの軸方向に平行で、前記ポッドの側面の法線方向に位置するように固定された整流板と、
を有し、
前記整流板によって前記プロペラが形成する後流が整流されることを特徴とするＰＯＤ型推進装置。
【請求項２】
前記整流板の前記ポッドの側面からの突出量が、前記プロペラの半径の１０〜４０％であることを特徴とする請求項１記載のＰＯＤ型推進装置。
【請求項３】
前記ポッドの先端側に前記プロペラと一緒に回転するハブが形成され、
前記整流板の先端が、前記ハブに近接し、
前記整流板の軸方向の長さが、前記ポッドの後端と前記ハブの後端との距離の５０〜１００％であることを特徴とする請求項１または２記載のＰＯＤ型推進装置。
【請求項４】
前記整流板の前記ポッドの側面からの突出量が、軸方向で均一なことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のＰＯＤ型推進装置。
【請求項５】
前記整流板の断面が矩形であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のＰＯＤ型推進装置。
【請求項６】
船体と、
該船体に固定された請求項１乃至５の何れかに記載のＰＯＤ型推進装置と、
を有することを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＯＤ型推進装置、特に、船舶に設置され、ポッドがプロペラ後流の中に位置することになるトラクター型のＰＯＤ型推進装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶のＰＯＤ型推進装置は、船体の下方に突き出すように設置されるものであって、流線形の収納容器（以下、「ポッド」と称す）と、ポッドの先端側に形成された回転部（以下、「ハブ」と称す）と、ハブに固定されたプロペラと、ポッドを船体に固定するストラットと、ポッドに収納されたプロペラ回転手段または船体側からプロペラに回転を伝達する回転伝達手段と、を有している。
そして、プロペラによってその後方に形成された流体の流れ（以下、「プロペラ後流」と称す）は、ポッドにまとわりつくように螺旋状を呈するとの認識の元に、推進性能の向上を図ろうとする発明が開示されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４９８７４号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−２００８９２号公報（第３−４頁、図２）
【特許文献３】特開２００３−２００８９１号公報（第３−４頁、図４）
【特許文献４】特開平７−１９５６０８５号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献５】特開２００４−９０８４１号公報（第４−５頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１−５に記載された発明は、何れも、ポッドの側面に翼形状のフィンを設置して、プロペラ後流によってフィンに揚力を発生させ、その推進方向成分を利用しようとすることを特徴としている。
しかしながら、フィンにより旋回流を回収するためには、フィンの迎角をプロペラピッチや回転数に応じて最適な値とする必要があり、フィンの迎角が最適で無い場合は、揚力として旋回流を回収できないだけではなく、フィン自体が剥離を生じ、抵抗増加のもととなり、ポッド単独の性能よりフィンを取り付けた場合の方が性能悪化する可能性があるという問題があった。また、旋回自体がポッドに取り付けられたストラットなどの影響で、軸対象な流れとならず、これもフィンによる旋回流の回収を困難にする原因になっているという問題があった。
【０００５】
また、翼形状のフィンは製作が困難であるため、製造コストが上昇するという問題があった。また、当該フィンのポッドの側面からの突出量が大きいため、当該フィンに作用する力が大きくなり、当該フィンをポッドの側面に固定するために相当の補強をする必要が生じることからも、製造コストが上昇するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するものであって、簡素な構成で製造コストを安価に抑えながら、液体の流れに剥離現象を発生させないで、推進抵抗を低減することができるＰＯＤ型推進装置、および該ＰＯＤ型推進装置を有する船舶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】
（１）本発明に係るＰＯＤ型推進装置は、船体に固定されたストラットと、
該ストラットに固定されたポッドと、
該ポッドの先端側に回転自在に設置されたプロペラと、
該プロペラを回転させる回転手段または回転伝達手段と、
前記ポッドの側面に、前記ポッドの軸方向に平行で、前記ポッドの側面の法線方向に位置するように固定された整流板と、
を有し、
前記整流板によって前記プロペラが形成する後流が整流されることを特徴とする。
【０００８】
（２）前記（１）において、前記整流板の前記ポッドの側面からの突出量が、前記プロペラの半径の１０〜４０％であることを特徴とする。
（３）前記（１）または（２）において、前記ポッドの先端側に前記プロペラと一緒に回転するハブが形成され、
前記整流板の先端が、前記ハブに近接し、
前記整流板の軸方向の長さが、前記ポッドの後端と前記ハブの後端との距離の５０〜１００％であることを特徴とする。
【０００９】
（４）前記（１）乃至（３）の何れかにおいて、前記整流板の前記ポッドの側面からの突出量が、軸方向で均一なことを特徴とする。
（５）前記（１）乃至（４）の何れかにおいて、前記整流板の断面が矩形であることを特徴とする。
【００１０】
（６）本発明に係る船舶は、船体と、
該船体に固定された前記（１）乃至（５）の何れかに記載のＰＯＤ型推進装置と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るＰＯＤ型推進装置および船舶は以上の構成であるから、以下の効果を奏する。
（ｉ）ポッドの軸方向に平行で、側面の法線方向に位置するように固定された整流板によって、プロペラが形成する後流が整流されるから、ポッドに作用する流れの抵抗が低減するため、推進性能が向上する。すなわち、ポッドの表面を流れる斜流をまっすぐな流れにすることで、ポッドの抵抗を下げている。なお、当該整流板（軸方向に平行）は、揚力を主として用いるものではないため、仮に部分的に失速しても問題になることはない。
さらに、当該整流板は、迎角をもって取り付けられるものではないため、非常に簡単に取り付けることができ、ＰＯＤ型推進装置の製造コストが安価になる。
【００１２】
（ｉｉ）整流板のポッドの側面からの突出量（例えば、ポッドの側面の法線方向）が、プロペラの半径の１０〜４０％であるから、整流板に作用する力は小さく、補強等をすることなく、ポッドの側面に容易に固定することができるため、製造コストを安価に抑えることができる。
【００１３】
（ｉｉｉ）整流板の先端がハブに近接し、軸方向の長さが、ポッドの後端とハブの後端との距離の５０〜１００％であるから、ストラットよりもプロペラに近い範囲から、プロペラ後流の整流を開始するから、より確実に整流効果が得られる。
【００１４】
（ｉｖ）整流板のポッドの側面からの突出量（例えば、ポッドの側面の法線方向）が、軸方向で均一であるから、製造が容易になり製造コストを安価に抑えることができる。特に、ポッドが円筒部分を有し、該円筒部分に整流板を固定する場合には、当該整流板は矩形板になるため、製造コストがさらに安価になる。
【００１５】
（ｖ）整流板の断面が矩形であるから、通常の鋼板を切り出して使用することができるため、断面を翼形状にする場合と比較して、製造コストが格段に安価になる。
【００１６】
（ｖｉ）本発明に係る船舶は、前記効果を奏する前記（１）乃至（５）の何れかに記載のＰＯＤ型推進装置を有するから、製造コストを低く抑えたまま、推進性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るＰＯＤ型推進装置を説明するものであって、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図である。なお、各図において、それぞれの部材は模式的に示されているため、その寸法および数量等は図示されたものに限定されるものではない。
【００１８】
（ＰＯＤ型推進装置）
図１において、ＰＯＤ型推進装置１は、船舶の船体２に設置されるものであって、プロペラ４０と、プロペラ４０を具備するポッド本体３０と、ポッド本体３０を船体１に設置するためのストラット１０と、を有している。
ポッド本体３０は、船首側に紡錘状のハブ（ポッド後端部）３１と、船尾側に紡錘状のコーン（ポッド後端部）３３と、円筒状または樽状のポッド中央部３２と、を具備している。そして、プロペラ４０によってポッド本体３０に向かう水流が形成されるもの、すなわち、プロペラ４０によってポッド本体３０が牽引されるものである。
なお、本発明はプロペラ４０を回転する機構を限定するものではなく、ポッド本体３０内に回転駆動手段が配置されたものでも、船体２に設置された回転駆動手段からの回転をストラット１０を経由して伝達するものであってもよい。
【００１９】
（ＶＡＮＥ）
ポッド本体３０の側面にはポッド本体の軸方向に平行で、ポッド本体の側面の法線方向（半径方向に同じ）に位置するように、矩形板からなる整流板（以下「ＶＡＮＥ」と称す）２１、２２、２３、２４（以下、まとめてまたはそれぞれを「ＶＡＮＥ２０」と称す場合がある）が固定されている。また、ＶＡＮＥ２１は、ストラット１０を跨いで、同一位相（所謂１２時の位置）になるように設置されたＶＡＮＥ２１ａおよびＶＡＮＥ２１ｂから構成されている。
【００２０】
ポッド本体３０は、船首側に紡錘状のハブ（ポッド後端部）３１と、船尾側に紡錘状のコーン（ポッド後端部）３３と、円筒状または樽状のポッド中央部３２と、を具備している。なお、本発明はプロペラ４０を回転する機構を限定するものではなく、ポッド本体３０内に回転駆動手段が配置されたものでも、船体２に設置された回転駆動手段からの回転をストラット１０を経由して伝達するものであってもよい。
【００２１】
（抵抗成分）
図２および図３は、本発明の実施形態１に係るＰＯＤ型推進装置の動作原理を説明するものであって、それぞれの（ａ）は模式的に示す側面図、それぞれの（ｂ）は側面から観たＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ：数値流体力学）を用いたシミュレーション計算結果である。
図２および図３において、前記のようにＰＯＤ型推進装置１はプロペラ４０がポッド本体の前方に装着されたものであって、公知の「ＰＯＤ型推進装置」に、構造上簡便な板状のＶＡＮＥ２０をポッド本体３０に装着したものである。そして、装着されたＶＡＮＥ２０によってＰＯＤ本体の抵抗成分を低減することで、ＰＯＤ型推進装置としての推力を向上させ、引いては推進装置としての単独効率を向上させるものである。
【００２２】
図２の（ａ）および図３の（ａ）に示すように、ＶＡＮＥ２０が装着されない場合には、プロペラ４０で発生した旋回流は後方（下流側）に位置するポッド本体３０の周りを螺旋状に流れている。旋回流はその流れを回転方向に変えながら流れるため、１つの大きな渦の中にポッド本体３０が存在することとなる。かかる様子は、シミュレーション結果による流線をリボンにより可視化した図３の（ａ）において、ポッド本体３０を斜めの流れが横切っており、ＰＯＤ後流でもはっきりした渦が流れ去っているのがわかる。
【００２３】
一方、図２の（ｂ）および図３の（ｂ）に示すように、ＶＡＮＥ２０が装着された場合には、ＶＡＮＥ２０によって旋回流が強制的に真っ直ぐな流れとされ、ポッド本体３０まわりの旋回流がまっすぐな流れに変換されている。かかる様子は、シミュレーション結果による流線をリボンにより可視化した図３の（ｂ）において、ポッド本体３０を通過する流れもほぼ真っ直ぐになっており、ＰＯＤ後方の渦も緩やかに崩れていることがわかる。
すなわち、この計算結果からもＶＡＮＥ２０が旋回流を直進流に変換しているから、旋回流の中にある場合と比較するとＰＯＤ自体の抵抗成分は低減する。
また、ＣＦＤ（数値流体力学）を用いたシミュレーション結果（前進率Ｊ＝０．２５の場合）では、ＶＡＮＥ２０による推力増加効果のうち、約９３%がポッド本体３０の抵抗成分の低減であり、残りの７%はＶＡＮＥ２０が発生する前向きのスラストであることが判明している。すなわち、ＰＯＤ型推進装置１におけるＶＡＮＥ２０による推力向上は、主としてＰＯＤ本体の抵抗低減によってもたらされている。
【００２４】
（スラスト）      
図４は、本発明の実施形態１に係るＰＯＤ型推進装置におけるスラストの発生メカニズムを説明するものであって、（ａ）は模式的に示す側面図、（ｂ）は模式的に示す背面図である。 図４において、ＶＡＮＥ２０に対して角度を持った流れに対して、前向き成分を持った揚力Ｌが発生する。そして、揚力Ｌの前向き成分が推力Ｔとして作用する。
【００２５】
ＰＯＤ型推進装置１の推力ＴPODは、プロペラの推力ＴPROPからポッド本体３０の抵抗ＲPODを引いたものであるから、次式にて示される。
ＴPOD ＝ＴPROP−ＲPOD    ・・・・・式１
したがって、ポッド本体３０の抵抗ＲPODが小さくなれば小さくなるほど、同じ馬力でのＰＯＤ型推進装置１の推力ＴPODは向上する。
また、ＰＯＤ型推進装置１の効率η0は次式のように表される。
η0 ＝    （Ｖa ・ＴPOD ）／（２πｎ・ＱPROP   ） ・・・・・式２
ここで、ｎはプロペラ４０の回転数、Ｖaはプロペラ４０の前進速度、ＱPROPはプロペラ４０のトルクである。したがって、ＰＯＤ型推進装置１の推力ＴPODが大きくなるとＰＯＤ型推進装置１の効率η0も向上する。
以上より、主としてポッド本体３０の抵抗成分の低減により、ＰＯＤ型推進装置１の推力向上、並びに効率向上が達成されることになる。
【００２６】
（ＶＡＮＥの突出量）      
図５および図６は、本発明の実施形態１に係るＰＯＤ型推進装置におけるＶＡＮＥの突出量の効果を説明するものであって、図５の縦軸は推力増加率、図６の縦軸はポッド本体の抵抗成分、それぞれの横軸はプロペラ半径に対する割合であるＶＡＮＥの無次元化した突出量（ｒ／Ｒ）である。
【００２７】
図５において、実線で示す計算結果と、ＶＡＮＥ２０の突出量ｒ／Ｒ＝１５％、ｒ／Ｒ＝３０％、については実施した試験結果を黒四角で示している。このとき、Ｒはプロペラ４０の半径である。
縦軸である推力増加率は、ｒ／Ｒ＝１５％では２．２％を、ｒ／Ｒ＝３０％では１．８％であった。そして、推力増加率は、ＶＡＮＥ２０の突出量の増加に伴って除々に減少するため、本試験結果に関する限り、突出量の最大は、ｒ／Ｒ＝５０％程度であると考えられる。
【００２８】
図６において、ＶＡＮＥ２０の突出量ｒ（正確には無次元化した突出量ｒ／Ｒ）が大きくなると、ポッド本体３０の抵抗成分が増加している。
すなわち、ＶＡＮＥ２０はポッド本体３０の表面の流れを斜流から真っ直ぐの流れに変換することで、ポッド本体３０の抵抗成分を低減するものであるところ、かかる突出量ｒ／Ｒが大きくなると、ＶＡＮＥ２０自体の抵抗成分が大きくなりポッド本体３０抵抗成分の低減量よりも、ＶＡＮＥ２０の抵抗成分の増加量が逆転してしまう。この抵抗増加の理由は、ＶＡＮＥ２０の面積増加による摩擦抵抗の増加と、ＶＡＮＥ２０の突出量rが大きくなることによりＶＡＮＥ２０自体が、流速の遅いポッドの境界層から速度の速い流場に突出する部分が大きくなるため、ＶＡＮＥ２０自体の形状抵抗が増加するという2点に起因する。
【００２９】
以上、図５および図６を合わせて検討すると、ＶＡＮＥ２０のＳｐａｎ方向の突出量ｒ（Ｓｐａｎ  ｗｉｓｅ）は、プロペラ４０の半径の４０％以下、望ましくは１５〜３０％が好適である。すなわち、従来の公知のＦＩＮに比べ、突出量が極端に小さくなっている。
また、ＶＡＮＥ２０の軸方向の長さは、ポッド本体３０の長さの５〜１００％、望ましくは５０〜１００％が好適である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は以上の構成であるから、安価に推進抵抗を低減することができるから、各種ＰＯＤ型推進装置、およびこれを有する各種船舶として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態１に係るＰＯＤ型推進装置を説明する側面図と背面図。
【図２】図１に示すＰＯＤ型推進装置の動作原理を説明する模式的に示す側面図。
【図３】図１に示すＰＯＤ型推進装置の動作原理を説明するシミュレーション計算結果図。
【図４】図１に示すＰＯＤ型推進装置におけるスラストの発生メカニズムを説明する側面図と背面図。
【図５】図１に示すＰＯＤ型推進装置におけるＶＡＮＥの突出量の推力増加率に及ぼす効果を説明する線図。
【図６】図１に示すＰＯＤ型推進装置におけるＶＡＮＥの突出量の推力増加率に及ぼす効果を説明する線図。
【符号の説明】
【００３２】
１ ＰＯＤ型推進装置
２ 船体
１０ ストラット
２０ ＶＡＮＥ
３０ ポッド本体
３１ ハブ（ポッド後端部）
３２ ポッド中央部
３３ コーン（ポッド後端部）
４０ プロペラ
ｒ ＶＡＮＥの突出量
Ｒ プロペラの半径
【図１】
2009214650.tif 000003
【図２】
2009214650.tif 000004
【図３】
2009214650.tif 000005
【図４】
2009214650.tif 000006
【図５】
2009214650.tif 000007
【図６】
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