可変ピッチプロペラの翼角制御方法および装置
【課題】流場に応じてプロペラ効率が最大効率となるように翼角を制御して船舶を航行させる。
【解決手段】主機１２により駆動されるプロペラ軸１１にはプロペラ１３が翼角可変自在に設けられている。プロペラ１３の翼角は翼角変節機構１４の翼角検出手段により検出され、プロペラ軸１１に加わるトルクは軸馬力計１７により検出される。前進係数データ格納部２５には翼角と負荷と回転数に応じた前進係数データが格納され、検出された翼角と負荷とに基づいて前進係数、いわばプロペラ周りの流速が求められる。最適ピッチデータ格納部２６に格納された最適翼角のピッチデータと、検出された翼角に基づいて前進係数に対する最適翼角が求められ、最適翼角に基づいてプロペラ１３の翼角が制御される。
【解決手段】主機１２により駆動されるプロペラ軸１１にはプロペラ１３が翼角可変自在に設けられている。プロペラ１３の翼角は翼角変節機構１４の翼角検出手段により検出され、プロペラ軸１１に加わるトルクは軸馬力計１７により検出される。前進係数データ格納部２５には翼角と負荷と回転数に応じた前進係数データが格納され、検出された翼角と負荷とに基づいて前進係数、いわばプロペラ周りの流速が求められる。最適ピッチデータ格納部２６に格納された最適翼角のピッチデータと、検出された翼角に基づいて前進係数に対する最適翼角が求められ、最適翼角に基づいてプロペラ１３の翼角が制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロペラ軸に翼角が可変自在に設けられたプロペラの翼角を制御するプロペラの翼角制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶用のプロペラには、翼角を変化つまり変節させることによりピッチを自由に変化させるようにした可変ピッチプロペラがある。可変ピッチプロペラは船舶の前進から後進まで翼角を自由に変化させることができるという機能があり、プロペラボス内や軸系内に組み込まれた油圧機構からなる翼角変節機構によって翼角が制御される。
【０００３】
船舶用の可変ピッチプロペラ（ＣＣＰ）においては、機関の負荷を回転数に応じた設定値に保持するためにプロペラの翼角を自動負荷制御装置（ＡＬＣ）により自動的に制御するようにしている。通常の自動負荷制御装置においては、プロペラの翼角を操縦ハンドルの操作に基づいて翼角設定器により目標値付近に設定しておき、プロペラ軸に加わる負荷の変動に起因した機関の設定回転数と実回転数との偏差に応じて翼角を補正するようにしている。このように、負荷変動によって機関の実回転数が変化したときに翼角を補正するようにしたのでは、実回転数に対する翼角目標値が固定的であるので、船舶の積載量や海象によって変わる航海条件に対しては翼角を応答性良く変化させることができない。
【０００４】
そこで、船体の揺動運動の変化と機関の負荷変動との間には相関関係があることから、船体の揺動運動の変化を検出して予め負荷変動を予測し、翼角を制御するようにした翼角制御装置が開発されている（特許文献１）。
【特許文献１】特公平１−５６０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来、機関の負荷変動の原因となる外力の変化を船体の揺動運動から予め検出することにより事前に負荷変動を予測し、翼角を予測値に基づいてフィードフォワード制御する技術が開発されている。しかしながら、このような制御方式では、船体運動と負荷変動との相関関係を予め規定しているので、予測される負荷変動はその時点での実際の機関負荷状況を捉えたものではなく、推定誤差の発生が不可避である。
【０００６】
本発明の目的は、流場に応じてプロペラ効率が最大効率となるように翼角を制御し得るようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御方法は、プロペラ軸に翼角が可変自在に設けられ船舶に推進力を与えるプロペラの翼角を制御する可変ピッチプロペラの翼角制御方法であって、前記プロペラの翼角と回転数および前記プロペラ軸に加わる負荷を検出する検出工程と、検出された前記翼角と前記負荷と前記回転数に基づいて、前記翼角と前記負荷と前記回転数に応じたプロペラ周りの流速データが格納された流速データ格納手段から流速を求める流速演算工程と、検出された前記翼角に基づいて、前記プロペラ周りの流速に対する最適翼角の最適ピッチデータが格納された最適ピッチデータから最適翼角を演算する最適翼角演算工程と、前記翼角と前記最適翼角との偏差に基づいて、前記プロペラの翼角を変化させる翼角変節機構に翼角補正信号を送るプロペラ翼角制御工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記検出工程は前記プロペラに加わる負荷としてトルク値を検出し、流速データ格納手段に前記翼角と前記トルク値と前記回転数とに応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする。また、本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記検出工程は前記プロペラに加わる負荷としてスラスト値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記回転数と前記スラスト値に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする。本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記プロペラ軸に加わる負荷の検出値を前記プロペラ軸の回転周期毎に平均化し、当該平均値を用いて前記プロペラ周りの流速を演算することを特徴とする。
【０００９】
本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御装置は、プロペラ軸に翼角が可変自在に設けられ船舶に推進力を与えるプロペラの翼角を制御する可変ピッチプロペラの翼角制御装置であって、前記プロペラの翼角を変化させる翼角変節機構と、前記プロペラ軸の回転数を検出する回転数検出手段と、前記プロペラの翼角を検出する翼角検出手段と、前記プロペラ軸に加わる負荷を検出する負荷検出手段と、前記翼角と前記回転数と前記負荷に応じたプロペラ周りの流速データを格納する流速データ格納手段と、前記プロペラ周りの流速に対する最適翼角の最適ピッチデータを格納する最適ピッチデータ格納手段と、前記プロペラ軸の回転数と前記負荷と前記翼角に基づいて前記流速データにより前記プロペラ周りの流速を演算し、前記プロペラ周りの流速に基づいて前記最適ピッチデータにより最適翼角を演算し、前記翼角検出手段により検出された前記翼角と前記最適翼角とに基づいて前記翼角変節機構に翼角補正信号を送る制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラ軸に加わる負荷としてトルク値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記トルク値と前記回転数に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする。本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラ軸に加わる負荷としてスラスト値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記スラスト値に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする。本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラに加わる負荷の検出値を前記プロペラ軸の回転周期毎に平均化して平均値を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プロペラ軸に加わる負荷ないし力とプロペラの翼角および回転数とによりプロペラ周囲からプロペラに入り込む流場の流速を測定し、流速と回転数に応じてプロペラの翼角をプロペラ効率が最適な効率となる角度に設定することができるので、プロペラ効率を高めて船舶を航行させることができる。流場に応じて翼角を制御することができるので、可変ピッチプロペラの特性を最大限発揮させてプロペラ効率を高めることができる。
【００１２】
船舶航行時の波浪等に起因して周期的な負荷変動が発生しても、流場に応じて最適な翼角制御が可能となる。プロペラを言わば流速計として活用して流速を直接測定するので、プロペラの翼角制御を応答性良く行うことができる。
【００１３】
プロペラ軸に加わるトルク値やスラスト値などの負荷を演算する際に、プロペラ軸の１回転周期毎に負荷の平均値を演算するようにしたので、機関の燃焼衝撃やプロペラ毎の流体変動に起因したプロペラ振動による負荷変動による影響を無くして高精度で流速を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である可変ピッチプロペラの翼角制御装置を示すブロック図である。図１に示されるように、船舶に回転自在に装着されるプロペラ軸１１は、内燃機関からなる主機１２に基端部で連結されて主機１２により回転駆動される。プロペラ軸１１の先端部に設けられたプロペラボスには複数枚、例えば４枚のプロペラ１３が装着されており、それぞれのプロペラ１３の翼角は翼角変節機構１４（ＣＰＰ）によりプロペラボスに対して揺動自在となって装着されている。この翼角変節機構１４によってプロペラ１３の翼角を変化つまり変節させことによりプロペラ１３のピッチを、船舶の前進から後進まで自由に変化させることができる。
【００１５】
乗員が操縦ハンドル１５を操作すると、操縦ハンドル１５からガバナ１６に主機回転数指令信号Ｓ１が送られるとともに、主機１２の回転数を検出するセンサからの実回転数の信号がガバナ１６に送られるようになっている。ガバナ１６は実回転数と指令信号との偏差を演算し、この偏差に基づいて主機１２には所定量の燃料が供給され、主機１２は指令回転数通りにプロペラ軸１１を回転駆動する。
【００１６】
プロペラ軸１１に加わる回転方向の負荷ないし力と回転数を検出するために、プロペラ軸１１には軸馬力計１７が配置されている。プロペラ軸１１の回転数は、プロペラ軸１１に円周方向にスポット的に１つ設けられた反射部材１８に対して軸馬力計１７に設けられた発光素子から光を照射し、反射部材１８からの反射光を軸馬力計１７に設けられた受光素子により検出することによって検出される。ただし、軸馬力計１７にプロペラ軸１１と平行に光を照射する発光素子と受光を検出する受光素子を備え、その光線をある回転角度において遮る遮光突起あるいは、光を通す穴状の機構を軸周りに設けることにより回転数を検出するようにした装置でもよい。また、主機１２のクランク軸の回転数を検出することによってプロペラ軸１１の回転数を検出するようにしても良い。プロペラ軸１１に加わる回転方向の負荷としてプロペラ軸１１のトルク値を検出するために、プロペラ軸１１には歪みゲージ１９が設けられており、この歪みゲージ１９からは無線によって検出信号が軸馬力計１７に送信されるようになっている。なお、トルク値を検出するために光学式軸馬力計を用いてもよい。
【００１７】
軸馬力計１７からはプロペラ軸１１の１回転毎に受光素子からの回転数信号と歪みゲージ１９からのトルク値に対応した軸トルク信号とを含む信号Ｓ２がコントローラ２１に送られる。コントローラ２１は、回転数信号をトリガーとして１回転周期毎にトルク値を平均化してピーク値をキャンセルするフィルタ部２２を有しており、フィルタ部２２によりプロペラ軸１１の１回転毎に平均化されたトルク値と回転数信号を含む信号Ｓ３が流速演算手段としての前進係数演算部２３に送られる。この前進係数演算部２３には、翼角変節機構１４に設けられた翼角検出センサからの翼角信号Ｓ４が送られるようになっており、プロペラ１３の翼角とトルク値と回転数に基づいてプロペラ周りからプロペラ１３に入り込む流場の流速と回転数に対応する前進係数が演算される。
【００１８】
前進係数演算部２３により演算された前進係数信号Ｓ５は、翼角演算部２４に送られるとともに翼角演算部２４には翼角変節機構１４に設けられた翼角検出センサからの翼角信号Ｓ６が送られる。翼角演算部２４は前進係数信号Ｓ５に基づいてプロペラ１３の最適翼角を演算するとともに、翼角センサから送られた現時点の翼角信号Ｓ６との偏差により翼角補正信号Ｓ７を翼角変節機構１４に送り、プロペラ１３の翼角を制御する。
【００１９】
図２は翼角に対するトルク値と前進係数との関係を示すトルク係数特性線図であり、縦軸はプロペラ軸１１に加わるトルク値に対応したトルク係数ＫＱを示し、横軸は流場の流速と回転数に対応した前進係数Ｊを示す。翼角に対応する値はピッチ比Ｐとして図２に示されている。
【００２０】
トルク係数ＫＱは、ＫＱ＝Ｑ／（ρｎ2Ｄ5）で示される。この式において、Ｑはトルク値を示し、ρは水の粘度を示し、ｎはプロペラ軸１１の回転数を示し、Ｄはプロペラの外径を示す。前進係数Ｊは、Ｊ＝ＶＡ／ｎＤで示される。この式において、ＶＡはプロペラへの流場の水の流入速度を示す。ピッチ比Ｐ＝Ｈ／Ｄで示される。この式において、Ｈはプロペラの１回転により軸方向に進む流場の水の距離であるピッチを示し、翼角に応じてピッチＨは変化する。トルク値に対応するトルク係数ＫＱ、流速と回転数とに対応する前進係数Ｊ、および翼角に対応するピッチ比Ｐは、上述のように無次元化されている。
【００２１】
図２に示すように、種々の翼角に対するトルク値と前進係数との関係を示すトルク係数特性は、トルク係数ＫＱと前進係数Ｊとの関係として、予めコントローラ２１内のメモリにより構成される流速データ格納手段としての前進係数データ格納部２５に格納されている。図２においてはピッチ比Ｐが0.8、1.0、および1.2の場合についてトルク係数ＫＱと前進係数Ｊとの関係を示すが、演算すべき全てのピッチ比についてトルク係数ＫＱと前進係数Ｊとが予め求められており、それぞれのトルク係数特性線図に対応するマップデータまたは演算式の形態で前進係数データ格納部２５に格納されている。
【００２２】
上述のように、流場におけるプロペラへの流入速度ＶＡに対する回転数ｎとプロペラ外径Ｄとの積の比である無次元化された前進係数Ｊによって流速ＶＡを求めるようにしたのは、演算の便宜のためであり、翼角と回転数と負荷に求められる流速自体の値を流速データ格納手段に格納するようにし、検出された回転数、翼角および負荷に基づいて流速データ演算手段により流速を演算するようにしてもよい。
【００２３】
図３は前進係数Ｊとプロペラ１３の最適翼角との関係を示す最適ピッチ特性線図であり、横軸は前進係数Ｊを示し、縦軸は最適翼角に対応した最適ピッチ比Ｐを示す。図３に示す最適ピッチ特性は、前進係数に対する最適翼角を最適ピッチデータとして、予めコントローラ２１内のメモリにより構成される最適ピッチデータ格納部２６に格納されている。最適ピッチデータとしては、マップデータまたは演算式の形態で最適ピッチデータ格納部２６に格納されている。
【００２４】
図４はピッチ比に対する前進係数Ｊとプロペラ効率との関係を示す効率特性線図である。図４に示すように、翼角に対応するピッチ比に応じてプロペラ効率が最大となる前進係数Ｊが相違している。このように、前進係数に応じてピッチ比を変化させることによりプロペラ１３を最大効率によって回転駆動することができる。図３に示す最適ピッチ特性は、図４に示すように前進係数Ｊに応じてプロペラ効率が最大効率となるピッチ比に基づいて設定されている。
【００２５】
コントローラ２１は、図１に示すように、翼角変節機構１４に組み込まれた翼角検出センサと軸馬力計１７とからの信号に基づいて演算処理を行うマイクロプロセッサ(CPU)と、演算プログラム、マップデータおよび演算式等を格納するメモリ(ROM)と、一時的にデータを格納するメモリ(RAM)等を有している。コントローラ２１はその機能構成として捉えると、図１に示すように、フィルタ部２２、前進係数演算部２３、翼角演算部２４、前進係数データ格納部２５および最適ピッチデータ格納部２６を有している。前進係数演算部２３と翼角演算部２４とにより翼角変節機構１４に対して翼角補正信号を送ってプロペラ１３の翼角を制御するための制御手段が構成されている。
【００２６】
図５は図１に示した可変ピッチプロペラの翼角制御装置による翼角制御手順を示すフローチャートである。
【００２７】
船舶の航行時に軸馬力計１７によりプロペラ軸１１の回転数ｎとプロペラ軸１１に加わる回転方向の負荷としてトルク値Ｑが検出され（ステップＳ１）、それぞれに対応した信号がフィルタ部２２に送られる。トルク値Ｑの信号は歪みゲージ１９から、例えば５００Hzの周期でフィルタ部２２に送られ、回転数ｎの信号は、例えばプロペラ軸１１が１２０rpmで回転していれば、0.5秒毎にフィルタ部２２に送られる。フィルタ部２２は回転数ｎの信号をトリガーとして１回転毎に、１回転するまでに軸馬力計１７から送られた全てのトルク値を平均化してトルク値を算出する（ステップＳ２）。主機１２としての内燃機関はピストン毎の燃焼時の衝撃やプロペラ毎の流体変動によりプロペラ軸１１が振動するので、トルク値はプロペラ軸１１が１回転する間に変動することになるが、これらに起因したピーク値をプロペラ軸１１の１回転周期毎のトルク値を平均化することよってキャンセルすることができる。これにより、波浪等を原因とする周期で迅速に流場変動を捉えることができる。
【００２８】
翼角変節機構１４に設けられた図示しない翼角センサによりコントローラ２１には翼角信号が送られており、ステップＳ３において翼角信号を読み込んで、前進係数を演算する（ステップＳ４）。前進係数は、上述のように翼角によって求められるピッチ比Ｐとプロペラ軸１１に加わるトルク値Ｑによって求められるトルク係数ＫＱと回転数により、前進係数データ格納部２５に格納された流速データを読み出すことによって演算される。
【００２９】
前進係数が求められると、ステップＳ５において前進係数に応じた最適な翼角つまり最適ピッチ比Ｐが演算される。最適ピッチ比Ｐは、上述のように最適ピッチデータ格納部２６に格納されたデータを読み出すことにより演算される。最適ピッチ比Ｐが演算されると、実際の翼角と最適翼角との偏差がステップＳ６において演算され、翼角演算部２４からは翼角変節機構１４に対して翼角補正信号が送られる。これにより、プロペラ１３は最適翼角に制御される（ステップＳ７）。
【００３０】
このように、本発明においては、プロペラ軸１１に加わるトルク値とプロペラ１３の翼角とを流速計として利用するようにしたので、前進係数つまりは流場の流速を時々刻々と計測して迅速にプロペラ１３の翼角を最大効率角度に制御することができる。プロペラ１３を常時最大効率角度に設定して常に船舶を航行させることができるので、船舶の燃費を向上させることができる。
【００３１】
従来のように、機関の負荷変動の原因となる外力の変化を船体の揺動運動から予め検出することにより事前に負荷変動を予測することによって、船体加速度をパラメータとして翼角を補正制御するようにしたのでは、船体揺動はプロペラ周りの流場と一義的には相関関係を持たないので、翼角とプロペラ周り流場に対する最適翼角との間には大きな誤差が生じることになり、船舶を低燃費で航行させることができない。これに対して、本発明においてはプロペラ効率に大きな影響を与える前進係数、いわばプロペラ周りの流速を測定することにより、波浪等に起因する周期的な負荷変動を受けた場合にも、流場に応じた最適な翼角制御が可能となり、船舶の推進効率つまり燃費を大幅に向上させることができる。
【００３２】
図６は本発明の他の実施の形態である可変ピッチプロペラの翼角制御装置を示すブロック図である。図１に示した翼角制御装置においては前進係数すなわちプロペラ周りの流速を演算するために、プロペラ軸１１に加わる負荷としてトルク値を用いているのに対し、図６に示す場合にはプロペラ軸１１に軸方向に作用する負荷つまりスラスト値を用いて流速を演算するようにしている。
【００３３】
プロペラ軸１１に加わるスラスト値Ｔを検出するために、プロペラ軸１１に設けられた径方向面に接触する突き当て部にはロードセル等からなるスラストセンサ３１が設けられており、このスラストセンサ３１の検出信号はスラスト計３２に送られる。フィルタ部２２にはスラスト計３２からスラスト信号Ｓ２が送られるとともに、主機１２からプロペラ軸１１の回転数信号Ｓ８が送られるようになっている。ただし、図１に示した軸馬力計１７と同様にスラスト計３２によりプロペラ軸１１の回転数を検出するようにしても良い。その場合には、上述した場合と同様に、プロペラ軸１１に反射部材を設けてその反射部材に対して光を照射する発光素子と、反射部材からの反射光を受光する受光素子とをスラスト計３２に設けることになる。ただし、上述したようにプロペラ軸１１と同じ方向に発光素子より発光し、受光検出する装置を備え、その光線上をある回転角度においてスポット的に遮るか、あるいは光を通す機構による回転数計測装置を用いるようにしてもよい。
【００３４】
スラスト値Ｔと前進係数とには翼角と回転数に対して、図２に示したトルク値と前進係数との対応関係と同様な関係がある。スラスト値をＴとすると、スラスト係数ＫＴは、ＫＴ＝Ｔ／（ρｎ2Ｄ4）で表される。前進係数Ｊとスラスト係数ＫＴは翼角に応じて、図２に示したトルク係数ＫＱと前進係数Ｊとの関係と同様の関係を有している。したがって、ピッチ比Ｐに応じてスラスト係数ＫＴと前進係数Ｊとの相関関係を予め求めて、スラスト係数特性線図に対応するマップデータまたは演算式を前進係数データ格納部２５に格納しておくことにより、スラスト計３２から送られるスラスト信号と回転数信号Ｓ２に基づいて前進係数つまりプロペラ周りの流速を検出することができる。
【００３５】
この場合にも、フィルタ部２２において主機１２からの１回転数信号をトリガーとして回転周期毎にスラスト値Ｔを平均化してピーク値をキャンセルする。これにより、前進係数演算部２３には、フィルタ部２２によりプロペラ軸１１の１回転毎に平均化されたスラスト値と回転数信号を含む信号Ｓ３が送られる。図６に示す最適ピッチデータ格納部２６には、図１に示した場合と同様の最適ピッチデータが格納されている。したがって、翼角演算部２４は、図１に示した場合と同様に最適ピッチ比Ｐを演算し、実際の翼角と最適翼角との偏差に応じて翼角変節機構１４に対して翼角補正信号が送られる。
【００３６】
本発明は前記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、フィルタ部２２においてはプロペラ軸１１の１回転周期毎にトルク値やスラスト値を平均化しているが、回転周期毎であれば、２回転毎等の整数回転周期毎に平均化するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態である可変ピッチプロペラの翼角制御装置を示すブロック図である。
【図２】翼角に対するトルク値と前進係数との関係を示すトルク係数特性線図である。
【図３】前進係数とプロペラの最適翼角との関係を示す最適ピッチ特性線図である。
【図４】ピッチ比に対する前進係数とプロペラ効率との関係を示す効率特性線図である。
【図５】図１に示した可変ピッチプロペラの翼角制御装置による翼角制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施の形態である可変ピッチプロペラの翼角制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１ プロペラ軸
１２ 主機（内燃機関）
１３ プロペラ
１４ 翼角変節機構
１５ 操縦ハンドル
１６ ガバナ
１７ 軸馬力計（回転数検出手段、負荷検出手段）
１８ 反射部材
１９ 歪みゲージ
２１ コントローラ
２２ フイルタ部
２３ 前進係数演算部（流速演算手段）
２４ 翼角演算部（翼角演算手段）
２５ 前進係数データ格納部（流速データ格納手段）
２６ 最適ピッチデータ格納部（最適ピッチデータ格納手段）
３１ スラストセンサ
３２ スラスト計
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロペラ軸に翼角が可変自在に設けられたプロペラの翼角を制御するプロペラの翼角制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶用のプロペラには、翼角を変化つまり変節させることによりピッチを自由に変化させるようにした可変ピッチプロペラがある。可変ピッチプロペラは船舶の前進から後進まで翼角を自由に変化させることができるという機能があり、プロペラボス内や軸系内に組み込まれた油圧機構からなる翼角変節機構によって翼角が制御される。
【０００３】
船舶用の可変ピッチプロペラ（ＣＣＰ）においては、機関の負荷を回転数に応じた設定値に保持するためにプロペラの翼角を自動負荷制御装置（ＡＬＣ）により自動的に制御するようにしている。通常の自動負荷制御装置においては、プロペラの翼角を操縦ハンドルの操作に基づいて翼角設定器により目標値付近に設定しておき、プロペラ軸に加わる負荷の変動に起因した機関の設定回転数と実回転数との偏差に応じて翼角を補正するようにしている。このように、負荷変動によって機関の実回転数が変化したときに翼角を補正するようにしたのでは、実回転数に対する翼角目標値が固定的であるので、船舶の積載量や海象によって変わる航海条件に対しては翼角を応答性良く変化させることができない。
【０００４】
そこで、船体の揺動運動の変化と機関の負荷変動との間には相関関係があることから、船体の揺動運動の変化を検出して予め負荷変動を予測し、翼角を制御するようにした翼角制御装置が開発されている（特許文献１）。
【特許文献１】特公平１−５６０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来、機関の負荷変動の原因となる外力の変化を船体の揺動運動から予め検出することにより事前に負荷変動を予測し、翼角を予測値に基づいてフィードフォワード制御する技術が開発されている。しかしながら、このような制御方式では、船体運動と負荷変動との相関関係を予め規定しているので、予測される負荷変動はその時点での実際の機関負荷状況を捉えたものではなく、推定誤差の発生が不可避である。
【０００６】
本発明の目的は、流場に応じてプロペラ効率が最大効率となるように翼角を制御し得るようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御方法は、プロペラ軸に翼角が可変自在に設けられ船舶に推進力を与えるプロペラの翼角を制御する可変ピッチプロペラの翼角制御方法であって、前記プロペラの翼角と回転数および前記プロペラ軸に加わる負荷を検出する検出工程と、検出された前記翼角と前記負荷と前記回転数に基づいて、前記翼角と前記負荷と前記回転数に応じたプロペラ周りの流速データが格納された流速データ格納手段から流速を求める流速演算工程と、検出された前記翼角に基づいて、前記プロペラ周りの流速に対する最適翼角の最適ピッチデータが格納された最適ピッチデータから最適翼角を演算する最適翼角演算工程と、前記翼角と前記最適翼角との偏差に基づいて、前記プロペラの翼角を変化させる翼角変節機構に翼角補正信号を送るプロペラ翼角制御工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記検出工程は前記プロペラに加わる負荷としてトルク値を検出し、流速データ格納手段に前記翼角と前記トルク値と前記回転数とに応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする。また、本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記検出工程は前記プロペラに加わる負荷としてスラスト値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記回転数と前記スラスト値に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする。本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記プロペラ軸に加わる負荷の検出値を前記プロペラ軸の回転周期毎に平均化し、当該平均値を用いて前記プロペラ周りの流速を演算することを特徴とする。
【０００９】
本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御装置は、プロペラ軸に翼角が可変自在に設けられ船舶に推進力を与えるプロペラの翼角を制御する可変ピッチプロペラの翼角制御装置であって、前記プロペラの翼角を変化させる翼角変節機構と、前記プロペラ軸の回転数を検出する回転数検出手段と、前記プロペラの翼角を検出する翼角検出手段と、前記プロペラ軸に加わる負荷を検出する負荷検出手段と、前記翼角と前記回転数と前記負荷に応じたプロペラ周りの流速データを格納する流速データ格納手段と、前記プロペラ周りの流速に対する最適翼角の最適ピッチデータを格納する最適ピッチデータ格納手段と、前記プロペラ軸の回転数と前記負荷と前記翼角に基づいて前記流速データにより前記プロペラ周りの流速を演算し、前記プロペラ周りの流速に基づいて前記最適ピッチデータにより最適翼角を演算し、前記翼角検出手段により検出された前記翼角と前記最適翼角とに基づいて前記翼角変節機構に翼角補正信号を送る制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラ軸に加わる負荷としてトルク値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記トルク値と前記回転数に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする。本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラ軸に加わる負荷としてスラスト値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記スラスト値に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする。本発明の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラに加わる負荷の検出値を前記プロペラ軸の回転周期毎に平均化して平均値を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プロペラ軸に加わる負荷ないし力とプロペラの翼角および回転数とによりプロペラ周囲からプロペラに入り込む流場の流速を測定し、流速と回転数に応じてプロペラの翼角をプロペラ効率が最適な効率となる角度に設定することができるので、プロペラ効率を高めて船舶を航行させることができる。流場に応じて翼角を制御することができるので、可変ピッチプロペラの特性を最大限発揮させてプロペラ効率を高めることができる。
【００１２】
船舶航行時の波浪等に起因して周期的な負荷変動が発生しても、流場に応じて最適な翼角制御が可能となる。プロペラを言わば流速計として活用して流速を直接測定するので、プロペラの翼角制御を応答性良く行うことができる。
【００１３】
プロペラ軸に加わるトルク値やスラスト値などの負荷を演算する際に、プロペラ軸の１回転周期毎に負荷の平均値を演算するようにしたので、機関の燃焼衝撃やプロペラ毎の流体変動に起因したプロペラ振動による負荷変動による影響を無くして高精度で流速を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である可変ピッチプロペラの翼角制御装置を示すブロック図である。図１に示されるように、船舶に回転自在に装着されるプロペラ軸１１は、内燃機関からなる主機１２に基端部で連結されて主機１２により回転駆動される。プロペラ軸１１の先端部に設けられたプロペラボスには複数枚、例えば４枚のプロペラ１３が装着されており、それぞれのプロペラ１３の翼角は翼角変節機構１４（ＣＰＰ）によりプロペラボスに対して揺動自在となって装着されている。この翼角変節機構１４によってプロペラ１３の翼角を変化つまり変節させことによりプロペラ１３のピッチを、船舶の前進から後進まで自由に変化させることができる。
【００１５】
乗員が操縦ハンドル１５を操作すると、操縦ハンドル１５からガバナ１６に主機回転数指令信号Ｓ１が送られるとともに、主機１２の回転数を検出するセンサからの実回転数の信号がガバナ１６に送られるようになっている。ガバナ１６は実回転数と指令信号との偏差を演算し、この偏差に基づいて主機１２には所定量の燃料が供給され、主機１２は指令回転数通りにプロペラ軸１１を回転駆動する。
【００１６】
プロペラ軸１１に加わる回転方向の負荷ないし力と回転数を検出するために、プロペラ軸１１には軸馬力計１７が配置されている。プロペラ軸１１の回転数は、プロペラ軸１１に円周方向にスポット的に１つ設けられた反射部材１８に対して軸馬力計１７に設けられた発光素子から光を照射し、反射部材１８からの反射光を軸馬力計１７に設けられた受光素子により検出することによって検出される。ただし、軸馬力計１７にプロペラ軸１１と平行に光を照射する発光素子と受光を検出する受光素子を備え、その光線をある回転角度において遮る遮光突起あるいは、光を通す穴状の機構を軸周りに設けることにより回転数を検出するようにした装置でもよい。また、主機１２のクランク軸の回転数を検出することによってプロペラ軸１１の回転数を検出するようにしても良い。プロペラ軸１１に加わる回転方向の負荷としてプロペラ軸１１のトルク値を検出するために、プロペラ軸１１には歪みゲージ１９が設けられており、この歪みゲージ１９からは無線によって検出信号が軸馬力計１７に送信されるようになっている。なお、トルク値を検出するために光学式軸馬力計を用いてもよい。
【００１７】
軸馬力計１７からはプロペラ軸１１の１回転毎に受光素子からの回転数信号と歪みゲージ１９からのトルク値に対応した軸トルク信号とを含む信号Ｓ２がコントローラ２１に送られる。コントローラ２１は、回転数信号をトリガーとして１回転周期毎にトルク値を平均化してピーク値をキャンセルするフィルタ部２２を有しており、フィルタ部２２によりプロペラ軸１１の１回転毎に平均化されたトルク値と回転数信号を含む信号Ｓ３が流速演算手段としての前進係数演算部２３に送られる。この前進係数演算部２３には、翼角変節機構１４に設けられた翼角検出センサからの翼角信号Ｓ４が送られるようになっており、プロペラ１３の翼角とトルク値と回転数に基づいてプロペラ周りからプロペラ１３に入り込む流場の流速と回転数に対応する前進係数が演算される。
【００１８】
前進係数演算部２３により演算された前進係数信号Ｓ５は、翼角演算部２４に送られるとともに翼角演算部２４には翼角変節機構１４に設けられた翼角検出センサからの翼角信号Ｓ６が送られる。翼角演算部２４は前進係数信号Ｓ５に基づいてプロペラ１３の最適翼角を演算するとともに、翼角センサから送られた現時点の翼角信号Ｓ６との偏差により翼角補正信号Ｓ７を翼角変節機構１４に送り、プロペラ１３の翼角を制御する。
【００１９】
図２は翼角に対するトルク値と前進係数との関係を示すトルク係数特性線図であり、縦軸はプロペラ軸１１に加わるトルク値に対応したトルク係数ＫＱを示し、横軸は流場の流速と回転数に対応した前進係数Ｊを示す。翼角に対応する値はピッチ比Ｐとして図２に示されている。
【００２０】
トルク係数ＫＱは、ＫＱ＝Ｑ／（ρｎ2Ｄ5）で示される。この式において、Ｑはトルク値を示し、ρは水の粘度を示し、ｎはプロペラ軸１１の回転数を示し、Ｄはプロペラの外径を示す。前進係数Ｊは、Ｊ＝ＶＡ／ｎＤで示される。この式において、ＶＡはプロペラへの流場の水の流入速度を示す。ピッチ比Ｐ＝Ｈ／Ｄで示される。この式において、Ｈはプロペラの１回転により軸方向に進む流場の水の距離であるピッチを示し、翼角に応じてピッチＨは変化する。トルク値に対応するトルク係数ＫＱ、流速と回転数とに対応する前進係数Ｊ、および翼角に対応するピッチ比Ｐは、上述のように無次元化されている。
【００２１】
図２に示すように、種々の翼角に対するトルク値と前進係数との関係を示すトルク係数特性は、トルク係数ＫＱと前進係数Ｊとの関係として、予めコントローラ２１内のメモリにより構成される流速データ格納手段としての前進係数データ格納部２５に格納されている。図２においてはピッチ比Ｐが0.8、1.0、および1.2の場合についてトルク係数ＫＱと前進係数Ｊとの関係を示すが、演算すべき全てのピッチ比についてトルク係数ＫＱと前進係数Ｊとが予め求められており、それぞれのトルク係数特性線図に対応するマップデータまたは演算式の形態で前進係数データ格納部２５に格納されている。
【００２２】
上述のように、流場におけるプロペラへの流入速度ＶＡに対する回転数ｎとプロペラ外径Ｄとの積の比である無次元化された前進係数Ｊによって流速ＶＡを求めるようにしたのは、演算の便宜のためであり、翼角と回転数と負荷に求められる流速自体の値を流速データ格納手段に格納するようにし、検出された回転数、翼角および負荷に基づいて流速データ演算手段により流速を演算するようにしてもよい。
【００２３】
図３は前進係数Ｊとプロペラ１３の最適翼角との関係を示す最適ピッチ特性線図であり、横軸は前進係数Ｊを示し、縦軸は最適翼角に対応した最適ピッチ比Ｐを示す。図３に示す最適ピッチ特性は、前進係数に対する最適翼角を最適ピッチデータとして、予めコントローラ２１内のメモリにより構成される最適ピッチデータ格納部２６に格納されている。最適ピッチデータとしては、マップデータまたは演算式の形態で最適ピッチデータ格納部２６に格納されている。
【００２４】
図４はピッチ比に対する前進係数Ｊとプロペラ効率との関係を示す効率特性線図である。図４に示すように、翼角に対応するピッチ比に応じてプロペラ効率が最大となる前進係数Ｊが相違している。このように、前進係数に応じてピッチ比を変化させることによりプロペラ１３を最大効率によって回転駆動することができる。図３に示す最適ピッチ特性は、図４に示すように前進係数Ｊに応じてプロペラ効率が最大効率となるピッチ比に基づいて設定されている。
【００２５】
コントローラ２１は、図１に示すように、翼角変節機構１４に組み込まれた翼角検出センサと軸馬力計１７とからの信号に基づいて演算処理を行うマイクロプロセッサ(CPU)と、演算プログラム、マップデータおよび演算式等を格納するメモリ(ROM)と、一時的にデータを格納するメモリ(RAM)等を有している。コントローラ２１はその機能構成として捉えると、図１に示すように、フィルタ部２２、前進係数演算部２３、翼角演算部２４、前進係数データ格納部２５および最適ピッチデータ格納部２６を有している。前進係数演算部２３と翼角演算部２４とにより翼角変節機構１４に対して翼角補正信号を送ってプロペラ１３の翼角を制御するための制御手段が構成されている。
【００２６】
図５は図１に示した可変ピッチプロペラの翼角制御装置による翼角制御手順を示すフローチャートである。
【００２７】
船舶の航行時に軸馬力計１７によりプロペラ軸１１の回転数ｎとプロペラ軸１１に加わる回転方向の負荷としてトルク値Ｑが検出され（ステップＳ１）、それぞれに対応した信号がフィルタ部２２に送られる。トルク値Ｑの信号は歪みゲージ１９から、例えば５００Hzの周期でフィルタ部２２に送られ、回転数ｎの信号は、例えばプロペラ軸１１が１２０rpmで回転していれば、0.5秒毎にフィルタ部２２に送られる。フィルタ部２２は回転数ｎの信号をトリガーとして１回転毎に、１回転するまでに軸馬力計１７から送られた全てのトルク値を平均化してトルク値を算出する（ステップＳ２）。主機１２としての内燃機関はピストン毎の燃焼時の衝撃やプロペラ毎の流体変動によりプロペラ軸１１が振動するので、トルク値はプロペラ軸１１が１回転する間に変動することになるが、これらに起因したピーク値をプロペラ軸１１の１回転周期毎のトルク値を平均化することよってキャンセルすることができる。これにより、波浪等を原因とする周期で迅速に流場変動を捉えることができる。
【００２８】
翼角変節機構１４に設けられた図示しない翼角センサによりコントローラ２１には翼角信号が送られており、ステップＳ３において翼角信号を読み込んで、前進係数を演算する（ステップＳ４）。前進係数は、上述のように翼角によって求められるピッチ比Ｐとプロペラ軸１１に加わるトルク値Ｑによって求められるトルク係数ＫＱと回転数により、前進係数データ格納部２５に格納された流速データを読み出すことによって演算される。
【００２９】
前進係数が求められると、ステップＳ５において前進係数に応じた最適な翼角つまり最適ピッチ比Ｐが演算される。最適ピッチ比Ｐは、上述のように最適ピッチデータ格納部２６に格納されたデータを読み出すことにより演算される。最適ピッチ比Ｐが演算されると、実際の翼角と最適翼角との偏差がステップＳ６において演算され、翼角演算部２４からは翼角変節機構１４に対して翼角補正信号が送られる。これにより、プロペラ１３は最適翼角に制御される（ステップＳ７）。
【００３０】
このように、本発明においては、プロペラ軸１１に加わるトルク値とプロペラ１３の翼角とを流速計として利用するようにしたので、前進係数つまりは流場の流速を時々刻々と計測して迅速にプロペラ１３の翼角を最大効率角度に制御することができる。プロペラ１３を常時最大効率角度に設定して常に船舶を航行させることができるので、船舶の燃費を向上させることができる。
【００３１】
従来のように、機関の負荷変動の原因となる外力の変化を船体の揺動運動から予め検出することにより事前に負荷変動を予測することによって、船体加速度をパラメータとして翼角を補正制御するようにしたのでは、船体揺動はプロペラ周りの流場と一義的には相関関係を持たないので、翼角とプロペラ周り流場に対する最適翼角との間には大きな誤差が生じることになり、船舶を低燃費で航行させることができない。これに対して、本発明においてはプロペラ効率に大きな影響を与える前進係数、いわばプロペラ周りの流速を測定することにより、波浪等に起因する周期的な負荷変動を受けた場合にも、流場に応じた最適な翼角制御が可能となり、船舶の推進効率つまり燃費を大幅に向上させることができる。
【００３２】
図６は本発明の他の実施の形態である可変ピッチプロペラの翼角制御装置を示すブロック図である。図１に示した翼角制御装置においては前進係数すなわちプロペラ周りの流速を演算するために、プロペラ軸１１に加わる負荷としてトルク値を用いているのに対し、図６に示す場合にはプロペラ軸１１に軸方向に作用する負荷つまりスラスト値を用いて流速を演算するようにしている。
【００３３】
プロペラ軸１１に加わるスラスト値Ｔを検出するために、プロペラ軸１１に設けられた径方向面に接触する突き当て部にはロードセル等からなるスラストセンサ３１が設けられており、このスラストセンサ３１の検出信号はスラスト計３２に送られる。フィルタ部２２にはスラスト計３２からスラスト信号Ｓ２が送られるとともに、主機１２からプロペラ軸１１の回転数信号Ｓ８が送られるようになっている。ただし、図１に示した軸馬力計１７と同様にスラスト計３２によりプロペラ軸１１の回転数を検出するようにしても良い。その場合には、上述した場合と同様に、プロペラ軸１１に反射部材を設けてその反射部材に対して光を照射する発光素子と、反射部材からの反射光を受光する受光素子とをスラスト計３２に設けることになる。ただし、上述したようにプロペラ軸１１と同じ方向に発光素子より発光し、受光検出する装置を備え、その光線上をある回転角度においてスポット的に遮るか、あるいは光を通す機構による回転数計測装置を用いるようにしてもよい。
【００３４】
スラスト値Ｔと前進係数とには翼角と回転数に対して、図２に示したトルク値と前進係数との対応関係と同様な関係がある。スラスト値をＴとすると、スラスト係数ＫＴは、ＫＴ＝Ｔ／（ρｎ2Ｄ4）で表される。前進係数Ｊとスラスト係数ＫＴは翼角に応じて、図２に示したトルク係数ＫＱと前進係数Ｊとの関係と同様の関係を有している。したがって、ピッチ比Ｐに応じてスラスト係数ＫＴと前進係数Ｊとの相関関係を予め求めて、スラスト係数特性線図に対応するマップデータまたは演算式を前進係数データ格納部２５に格納しておくことにより、スラスト計３２から送られるスラスト信号と回転数信号Ｓ２に基づいて前進係数つまりプロペラ周りの流速を検出することができる。
【００３５】
この場合にも、フィルタ部２２において主機１２からの１回転数信号をトリガーとして回転周期毎にスラスト値Ｔを平均化してピーク値をキャンセルする。これにより、前進係数演算部２３には、フィルタ部２２によりプロペラ軸１１の１回転毎に平均化されたスラスト値と回転数信号を含む信号Ｓ３が送られる。図６に示す最適ピッチデータ格納部２６には、図１に示した場合と同様の最適ピッチデータが格納されている。したがって、翼角演算部２４は、図１に示した場合と同様に最適ピッチ比Ｐを演算し、実際の翼角と最適翼角との偏差に応じて翼角変節機構１４に対して翼角補正信号が送られる。
【００３６】
本発明は前記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、フィルタ部２２においてはプロペラ軸１１の１回転周期毎にトルク値やスラスト値を平均化しているが、回転周期毎であれば、２回転毎等の整数回転周期毎に平均化するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態である可変ピッチプロペラの翼角制御装置を示すブロック図である。
【図２】翼角に対するトルク値と前進係数との関係を示すトルク係数特性線図である。
【図３】前進係数とプロペラの最適翼角との関係を示す最適ピッチ特性線図である。
【図４】ピッチ比に対する前進係数とプロペラ効率との関係を示す効率特性線図である。
【図５】図１に示した可変ピッチプロペラの翼角制御装置による翼角制御手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施の形態である可変ピッチプロペラの翼角制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１ プロペラ軸
１２ 主機（内燃機関）
１３ プロペラ
１４ 翼角変節機構
１５ 操縦ハンドル
１６ ガバナ
１７ 軸馬力計（回転数検出手段、負荷検出手段）
１８ 反射部材
１９ 歪みゲージ
２１ コントローラ
２２ フイルタ部
２３ 前進係数演算部（流速演算手段）
２４ 翼角演算部（翼角演算手段）
２５ 前進係数データ格納部（流速データ格納手段）
２６ 最適ピッチデータ格納部（最適ピッチデータ格納手段）
３１ スラストセンサ
３２ スラスト計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラ軸に翼角が可変自在に設けられ船舶に推進力を与えるプロペラの翼角を制御する可変ピッチプロペラの翼角制御方法であって、
前記プロペラの翼角と回転数および前記プロペラ軸に加わる負荷を検出する検出工程と、
検出された前記翼角と前記負荷と前記回転数に基づいて、前記翼角と前記負荷と前記回転数に応じたプロペラ周りの流速データが格納された流速データ格納手段から流速を求める流速演算工程と、
検出された前記翼角に基づいて、前記プロペラ周りの流速に対する最適翼角の最適ピッチデータが格納された最適ピッチデータから最適翼角を演算する最適翼角演算工程と、
前記翼角と前記最適翼角との偏差に基づいて、前記プロペラの翼角を変化させる翼角変節機構に翼角補正信号を送るプロペラ翼角制御工程とを有することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記検出工程は前記プロペラに加わる負荷としてトルク値を検出し、流速データ格納手段に前記翼角と前記トルク値と前記回転数とに応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御方法。
【請求項３】
請求項１記載の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記検出工程は前記プロペラに加わる負荷としてスラスト値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記回転数と前記スラスト値に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記プロペラ軸に加わる負荷の検出値を前記プロペラ軸の回転周期毎に平均化し、当該平均値を用いて前記プロペラ周りの流速を演算することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御方法。
【請求項５】
プロペラ軸に翼角が可変自在に設けられ船舶に推進力を与えるプロペラの翼角を制御する可変ピッチプロペラの翼角制御装置であって、
前記プロペラの翼角を変化させる翼角変節機構と、
前記プロペラ軸の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記プロペラの翼角を検出する翼角検出手段と、
前記プロペラ軸に加わる負荷を検出する負荷検出手段と、
前記翼角と前記回転数と前記負荷に応じたプロペラ周りの流速データを格納する流速データ格納手段と、
前記プロペラ周りの流速に対する最適翼角の最適ピッチデータを格納する最適ピッチデータ格納手段と、
前記プロペラ軸の回転数と前記負荷と前記翼角に基づいて前記流速データにより前記プロペラ周りの流速を演算し、前記プロペラ周りの流速に基づいて前記最適ピッチデータにより最適翼角を演算し、前記翼角検出手段により検出された前記翼角と前記最適翼角とに基づいて前記翼角変節機構に翼角補正信号を送る制御手段とを有することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラ軸に加わる負荷としてトルク値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記トルク値と前記回転数に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御装置。
【請求項７】
請求項５記載の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラ軸に加わる負荷としてスラスト値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記スラスト値に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項記載の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラに加わる負荷の検出値を前記プロペラ軸の回転周期毎に平均化して平均値を演算することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御装置。
【請求項１】
プロペラ軸に翼角が可変自在に設けられ船舶に推進力を与えるプロペラの翼角を制御する可変ピッチプロペラの翼角制御方法であって、
前記プロペラの翼角と回転数および前記プロペラ軸に加わる負荷を検出する検出工程と、
検出された前記翼角と前記負荷と前記回転数に基づいて、前記翼角と前記負荷と前記回転数に応じたプロペラ周りの流速データが格納された流速データ格納手段から流速を求める流速演算工程と、
検出された前記翼角に基づいて、前記プロペラ周りの流速に対する最適翼角の最適ピッチデータが格納された最適ピッチデータから最適翼角を演算する最適翼角演算工程と、
前記翼角と前記最適翼角との偏差に基づいて、前記プロペラの翼角を変化させる翼角変節機構に翼角補正信号を送るプロペラ翼角制御工程とを有することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記検出工程は前記プロペラに加わる負荷としてトルク値を検出し、流速データ格納手段に前記翼角と前記トルク値と前記回転数とに応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御方法。
【請求項３】
請求項１記載の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記検出工程は前記プロペラに加わる負荷としてスラスト値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記回転数と前記スラスト値に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の可変ピッチプロペラの翼角制御方法において、前記プロペラ軸に加わる負荷の検出値を前記プロペラ軸の回転周期毎に平均化し、当該平均値を用いて前記プロペラ周りの流速を演算することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御方法。
【請求項５】
プロペラ軸に翼角が可変自在に設けられ船舶に推進力を与えるプロペラの翼角を制御する可変ピッチプロペラの翼角制御装置であって、
前記プロペラの翼角を変化させる翼角変節機構と、
前記プロペラ軸の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記プロペラの翼角を検出する翼角検出手段と、
前記プロペラ軸に加わる負荷を検出する負荷検出手段と、
前記翼角と前記回転数と前記負荷に応じたプロペラ周りの流速データを格納する流速データ格納手段と、
前記プロペラ周りの流速に対する最適翼角の最適ピッチデータを格納する最適ピッチデータ格納手段と、
前記プロペラ軸の回転数と前記負荷と前記翼角に基づいて前記流速データにより前記プロペラ周りの流速を演算し、前記プロペラ周りの流速に基づいて前記最適ピッチデータにより最適翼角を演算し、前記翼角検出手段により検出された前記翼角と前記最適翼角とに基づいて前記翼角変節機構に翼角補正信号を送る制御手段とを有することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラ軸に加わる負荷としてトルク値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記トルク値と前記回転数に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御装置。
【請求項７】
請求項５記載の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラ軸に加わる負荷としてスラスト値を検出し、前記流速データ格納手段に前記翼角と前記スラスト値に応じたプロペラ周りの流速データを格納することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項記載の可変ピッチプロペラの翼角制御装置において、前記負荷検出手段は前記プロペラに加わる負荷の検出値を前記プロペラ軸の回転周期毎に平均化して平均値を演算することを特徴とする可変ピッチプロペラの翼角制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１３２１６１（Ｐ２０１０−１３２１６１Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１０７６６（Ｐ２００８−３１０７６６）
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００２３２８１８）日本郵船株式会社 (61)
【出願人】（３０４０３５９７５）株式会社ＭＴＩ (46)
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００２３２８１８）日本郵船株式会社 (61)
【出願人】（３０４０３５９７５）株式会社ＭＴＩ (46)
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