平成28年度内航船舶技術支援セミナー

複合材料製プロペラの実用化
コンポジット事業部
山磨 敏夫

平成26年度高度船舶技術実用化助成＜目的＞
軽量、高強度、高減衰等の特性を有する複合材料を使用して舶用プロペラを製作し、実船搭載による実用化を行い、その推進性能および静粛性の向上を確認し、内航海運の効率化、環境負荷低減、乗船者の快適性等に資することを目的とする。
＜研究期間＞
平成26年4月～平成28年3月＜研究内容＞
・実機荷重評価試験
・メンテナンス・補修要領書の作成
・実船性能評価試験

2

実機荷重評価試験

3

複合材料と金属との比較
3

密度 ρ [g/cm ]

CFRP

GFRP

NAB

SUS

1.5

2

7.6

7.9

CFRPは、従来のプロペラ材料NABよりも軽量で高強度である→プロペラ重量および慣性モーメントが小さく、ねじり振動応力低減！
4

ブレード形状変形による過負荷低減
前進側へたわみ

変形量×10倍に誇張

実たわみ

ピッチ減少

水槽試験

負荷増加により、ピッチが減少する方向に変形する→荒天（急激な負荷変動）時や加速時、弾性変形により流力的に力を逃がす！
5

実機疲労試験

6

メンテナンス・補修について

7

補修後の荷重評価試験
強度試験後（曲げ）

加⼯積層

完成

8

実船性能試験9対象船
船
主：一般社団法人瀬戸内市緑の村公社
総ﾄﾝ数/用途 ：195ﾄﾝ/旅客船兼両頭自動車航送船
船
名：第七からこと
船体要目：長38.6m×幅10.0m×深3.0m×喫水2.05m
エンジン出力 ：441kW×900/346rpm
プロペラ直径 ：4翼×1,600㎜（固定ピッチ型）
推進方法：1機2軸（両頭型）
換
装：平成26年10月

10プロペラの要目比較
翼数
プロペラ直径(mm)ボス径(mm)
展開面積比
プロペラ質量(kg)
慣性ﾓｰﾒﾝﾄ(kg-m2)
回転方向

船尾側
CA703製
4
1,600
2300.5026732.7
右

船首側
CFRP製
←←
3000.60
153(57%)8.4(26%)
左CFRP翼：12㎏/翼11

プロペラ取付作業

ブレード質量：12㎏/翼12

換装前後の速力試験結果

プロペラ軸回転数
船首側（CFRP）

軸馬力

13

プロペラ直上部の振動

船首側（CFRP）

14

プロペラ換装前後の振動および騒音
振動計測結果

騒音計測結果Δ1dB

Δ10.9%(音量)Δ2dB

Δ20.6%（音量）Δ5dB

Δ43.8%（音量）15

その他の実績について

16

499G/Tケミカルタンカー「大興丸」
平成24年9月：就航

主推進用プロペラ
MCR ：735kW
直径 ：2,120mm
平成26年5月搭載
サイドスラスタ
入 力：165kW
直 径：850mm
公称推力 ：2.5ﾄﾝ
平成24年9月搭載

17

主推進用プロペラおよび軸系
従来型(CAC703製)

新設計(CAC703製)

新設計(CFRP製)

4←←

プロペラ直径(mm)1,9502,120←

ボス径(mm)363420←展開面積比0.630.50←

プロペラ質量(kg)715851(114%)

422(59%)慣性ﾓｰﾒﾝﾄ(kg-m2)

112

153(137%)36.8(33%)

中間軸径(mm)

φ210-1,290

φ240-1,290

φ150-1,290

プロペラ軸径(mm)φ220-3,625

←

←

1,440

1,545(107％)

1,265 (88%)

翼数

軸質量(kg)エンジン ：阪神内燃機工業製LH28G
MCR：735kW×355rpm（本船用）

18

省エネキャップ
• フィン付ボスキャップ（エコキャップ）の影響
エコキャップによりハブボルテックスが消滅することを確認→ハブボルテックスによるエネルギーロスを回収

通常キャップ

エコキャップ19

速力試験（海上公試）結果の比較

海上公試
載貨条件：満載
海象条件：Smooth

9.0%減

20

燃料消費量の比較
190190

180

180

170

170

160

160
CAC703製

燃料消費(L/h)

燃料消費(L/h)

CAC703製
CFRP製

150140150

CFRP製

140

約9%減

約9%減
130130120120110110100100
1111.51212.5131111.512

基準船速(nots)

基準船速(nots)

空船時

載荷時

12.5

1321振動・騒音計測結果
振動計測結果

騒音計測結果Δ1dB

Δ10.9%(音量)Δ2dB

Δ20.6%（音量）Δ5dB

Δ43.8%（音量）22ねじり振動計測結果

計
算値

計
測値

NAB

CFRP

プロペラ軸(I-6)
付加応力(N/mm2)

12.9

5.3

ピーク回転数(min-1)

245

251

プロペラ軸(I-6)
付加応力(N/mm2)

15.3

1.7

ピーク回転数(min-1)

242

270

使用禁止範囲(min-1)

230~255

無(255~285)
23499G/Tケミカルタンカー向け主推進用プロペラ• 出 力：735kW• ﾌﾟﾛﾍﾟﾗ直径 ：2.12m• ﾌﾟﾛﾍﾟﾗ回転数 ：355rpm

2015年6月 ： CFRP製プロペラに換装

24355G/Tケミカルタンカー向け主推進用プロペラ• 出 力：735kW• ﾌﾟﾛﾍﾟﾗ直径 ：2.0m• ﾌﾟﾛﾍﾟﾗ回転数 ：395rpm
CFRP製プロペラ搭載の新造船
2016年6月 ：就航
翼数

NAB製プロペラ

CFRP製プロペラ44

プロペラ直径(mm)

1,820

2,000

展開面積比

0.665

0.56

プロペラ質量(kg)621272(43.8%)

慣性ﾓｰﾒﾝﾄ(kg-m2)

82.8

27.8(33.6%)

中間軸径(mm)

φ190-995

φ150-1,130

プロペラ軸径(mm)φ220-4,020

φ170-4,070

軸質量(kg)

1,740

1,140 (65.5%)

軸系総重量(kg)2,361

1,412（59.8%）25275G/T両頭船フェリー向け主推進用プロペラ• JR西日本宮島フェリー「ななうら丸」CPPにCFRP製ブレード採用。
• CPP型式：XS-53/59• 出 力：735kW
2016年9月 ：引渡し
• ﾌﾟﾛﾍﾟﾗ直径 ：1.9m
2016年11月 ：就航予定• ﾌﾟﾛﾍﾟﾗ回転数 ：339rpm

JR西日本宮島フェリー プレスリリース抜粋
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CFRP製プロペラの特徴
CFRPプロペラの特徴④

CFRPプロペラの特徴①
ボス(NAB)

軽量★従来材のNABの約1/5の比重により軽量となり据付が容易★慣性ﾓｰﾒﾝﾄの低減→軸系の軽量化

押え板(NAB)

CFRPプロペラの特徴⑤

高効率

CFRPプロペラの特徴②★軽量化により容易に大直径化が図れプロペラ性能向上を実現★キャビテーション発生抑制

高強度★従来材より疲労強度が高く、信頼性も高いブレード(CFRP)

CFRPプロペラの特徴⑥

CFRPプロペラの特徴③

メンテナンス性

低振動★軽量化および高減衰率により、振動が低減★居住環境改善

過負荷低減★ブレードの形状が流れにマッチングするように変形し、荒天時等の過負荷を低減

CFRPプロペラ★予備ブレードをストックしておけば、損傷時にも早急に対応が可能★交換に専門性不要★補修も可能比強度の高いCFRPを使用することで、従来の金属製では成立できなかった（成立が困難であった）大直径化が図れ、推進性能アップおよび船体振動低減を実現！
27

了
ご清聴有難うございました。

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