船舶用推進装置及び船舶用推進装置の設計方法
【課題】プロペラと、このプロペラを囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置において、プロペラに起因する起振力を低減させると共に、ボラードプルと航走時における推進効率の向上を図ることができる船舶の推進装置と船舶の推進装置の設計方法を提供する。
【解決手段】前記プロペラを２０度以上６０度以下のスキュー角度を有するプロペラ形状で形成すると共に、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置して構成する。
【解決手段】前記プロペラを２０度以上６０度以下のスキュー角度を有するプロペラ形状で形成すると共に、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置して構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曳船、トロール船等の作業船で、推進器荷重が大きく、大きな推力を必要とする船舶に装備される船舶用推進装置及び船舶用推進装置の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
曳船、トロール船等の作業船で、推進器荷重が大きく、大きな推力を必要とする船舶には、スクリュープロペラを囲んで、横断面が翼形の断面形状をしたノズルが設置され、そのノズルとスクリュープロペラが発生する推力を利用した推進装置が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このノズル付の推進装置（ノズルプロペラ）は、特に低速域で大きな推進力を必要とされる船舶で使用されており、近年、ノズル付の推進装置の性能を向上させる目的で、ノズルの断面形状自体の開発も行われてきている（例えば、特許文献２参照。）。特に、この種の開発では、船が静止時に対象物を引く力であるボラードスラストの向上を図ることを目的とすることが多い。
【０００４】
これらのノズルプロペラは、ノズルだけでなくプロペラにも大きな推力を発生させることになるため、プロペラの翼背面上にはキャビテーション（空洞現象）が発生し易く、振動の問題や翼チップ付近のノズル内面にキャビテーションエロージョンが発生する恐れがある。そのため、ノズルの内面を、鉄材ではなく、耐エロージョン性能に優れたステンレス鋼材で形成することもあった。
【０００５】
このキャビテーションエロージョン対策の一つとして、通常のノズル無しのプロペラの場合には、スキュー角を付けたプロペラ形状を採用して、キャビテーションの発生を制御することが行われている。しかしながら、プロペラ翼のスキュー量を大きくする程プロペラの効率は悪くなる。そのため、従来技術においては、ノズルプロペラには、図９〜図１１に示すように、スキューが無く、レーキ（Ｒａｋｅ）の分布が直線状であるプロペラ翼２０Ｘを採用し、このプロペラ翼２０Ｘの中心位置Ｐｃとノズル３０の翼弦長の中央位置Ｎｃとを一致させるように配置している。なお、図中のＴｍａｘはプロペラ翼の最大翼厚を示す。
【０００６】
また、プロペラを原因とする起振力を低減できるスキュー角度としては、一般的に２０度以上が好ましく最大でも６０度以下が好ましいことが知られている。しかし、新たなノズルプロペラとして、このスキュー角が２０度以上のスキュープロペラ翼をノズルプロペラに採用して、従来技術には無いノズルプロペラを開発しようとすると、次のような問題が生じる。
【０００７】
つまり、単純に、図１２や図１４に示すような２０度以上のスキュー角αが採用されているプロペラ翼２０Ｙ、２０Ｚをノズルプロペラに採用すると、図１３や図１５に示すように、プロペラ翼２０Ｙ、２０Ｚのチップ（先端）位置２１での翼弦長の中央位置Ｐｃは、ノズル３０の翼弦長の中央位置Ｎｃよりも後方になってしまうため、ノズルプロペラとしての効率が著しく低下する。そのため、できるだけ効率を向上させたいという要求とは逆行した結果となる。
【０００８】
特に、ボラード状態におけるスラストの向上及び航走時の推進効率の向上を図るために、図８に示すような従来の１９Ａ翼形（点線Ｃ）と異なる翼形を有するノズル（実線Ａ、一点鎖線Ｂ）を採用するノズルプロペラのような場合においては、ノズル内面の円筒面の部分（Ｐ１とＰ２の間の直線部分）も狭くなる傾向にあるので、プロペラ翼のチップの前後位置がノズルプロペラの性能に及ぼす影響がより大きなものとなる。これらの円筒面の部分が狭いノズルでは、プロペラ翼のチップの中心位置が後方にずれると、この円筒面の部分から外れる場合も生じる。従って、この前後方向の相対位置の問題は、ノズルプロペラにスキュープロペラを採用する際に重要な問題となる。
【特許文献１】特開昭５７−９９４号公報
【特許文献２】特開２００６−９０７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、プロペラ翼と、このプロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置（スクリュー型ノズルプロペラ）において、プロペラに起因する起振力を低減させると共に、ボラードプルと航走時における推進効率の向上を図ることができる船舶の推進装置と船舶の推進装置の設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の船舶用推進装置は、プロペラ翼と、該プロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置において、前記プロペラ翼を２０度以上６０度以下のスキュー角度を有するプロペラ形状で形成すると共に、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置して構成される。
【００１１】
このスキュー角度は図１２に示したように、プロペラ翼を前方から見た際に、翼弦長の中央位置を結んだ曲線のプロペラ翼中心からの開き角αで示され、従来型のノズルプロペラでは、図９に示すようにほぼ０度、ノズルが無い一般のプロペラ翼の場合、通常は１０度程度である。このスキュー角度を大きくするほどプロペラ翼に発生するキャビテーションを原因とする起振力の低減効果は大きくなるが、プロペラ効率が低下するため、実用的な範囲でスキュー角度が決められている。通常ノズルプロペラの場合は、２０度〜３０度が採用されることが多い。
【００１２】
また、プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置の配置に関する、ノズルの前縁から上記の範囲は、図８に示すようなノズルの形状を考慮した、図７に示すような実験結果等から得られたものである。
【００１３】
そして、このプロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置することは、次のような構成等とすることで実現できる。
【００１４】
上記の船舶用推進装置において、前記プロペラ翼のプロペラボスへの取り付け位置を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置としたり、前記プロペラ翼を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成したりして構成する。このレーキ（Ｒａｋｅ）とは、プロペラボスの中心を通る鉛直面とプロペラ翼の各半径位置の断面が交差する点を結んだ線である。通常レーキとはプロペラ翼の前後方向の倒れ方を表している。
【００１５】
また、上記の目的を達成するための本発明の船舶用推進装置の設計方法は、スキュー角度が２０度以上６０度以下のスキュー型プロペラ翼と、該プロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置の設計方法であって、前記プロペラ翼のチップ位置での翼弦長の中央位置と前記ノズルの翼弦長の中央位置との相対位置との関係において、前記プロペラ翼におけるチップ位置での翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％〜５５％後方の間に配置することを特徴とする方法である。
【００１６】
また、上記の船舶用推進装置の設計方法において、前記プロペラ翼のプロペラボスへの取り付け位置を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置としたり、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成したりすることで、プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の船舶用推進装置及び船舶用推進装置の設計方法によれば、スキュー型のプロペラを採用するとボラード状態及び航走時の推進効率を向上できるだけでなく、ノズルプロペラを原因とする起振力を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を参照して本発明の実施の形態の船舶用推進装置及び船舶用推進装置の設計方法について説明する。
【００１９】
図１〜図６に示すように、この本発明の実施の形態の船舶用推進装置であるスキュー型のノズルプロペラ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、プロペラボス１０に固定されたプロペラ翼２０Ａと、このプロペラ翼２０Ａを囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズル３０とを備えて構成される。
【００２０】
このプロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、図１に示すように、２０度以上６０度以下のスキュー角度αを有するプロペラ形状で形成する。このスキュー角度αが、下限の２０度より小さいとプロペラ翼に発生するキャビテーションを原因とする起振力の低減効果が小さく、通常ノズルプロペラでは２０度〜３０度の範囲で使われるが、起振力を小さくする必要があるとさらにスキュー角度は大きく採用される。しかし、上限の６０度よりも大きいとプロペラ効率が極端に低下するため、実用的でなくなる。なお、図中の実線２２は各半径方向毎の翼弦長の中央位置を示す線である。
【００２１】
それと共に、図２、図３及び図５に示すように、プロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのチップ２１の位置における翼弦長の中央位置Ｐｃを、ノズル３０の前縁Ｎｆからノズルコード長Ｌｎ（前縁Ｎｆと後縁Ｎｅの距離）の４２％後方Ｎａとノズルコード長Ｌｎの５５％後方Ｎｂの間の範囲Ｒａ内に、言い換えれば、ノズル３０の前後位置の中心位置Ｎｃの前方８％Ｌｎの位置Ｎａから中心位置Ｎｃの後方５％Ｌｎの位置Ｎｂの間の範囲Ｒａ内に配置して構成される。
【００２２】
そして、図２に示す第１の実施の形態のノズルプロペラ１Ａでは、プロペラ翼２０Ａのチップ位置における翼弦長の中央位置Ｐｃを、そのまま単純にプロペラ翼２０Ｙを従来技術と同様に配置した場合（点線で図示）よりも、プロペラ翼２０Ａのプロペラボス１０への取り付け位置を前方に移動させて配置する。この前方配置により、プロペラ翼２０Ａのチップ２１の位置における翼弦長の中央位置Ｐｃを範囲Ｒａ内に配置する。
【００２３】
このプロペラ翼２０Ａのチップ２１の位置における翼弦長の中央位置Ｐｃの配置に関する範囲Ｒａは、図８に示すようなノズルの形状（Ａ、Ｂ、Ｃ）を考慮した、図７に示す実験結果等の検討から得られたものである。この図７から、範囲Ｒａでプロペラ効率（推進器効率）（ＫＴＴ／１０ＫＱ）が高いことが分かる。このＫＴＴはノズルプロペラのノズル及びプロペラに働く合計スラストのスラスト係数（推力係数）であり、ＫＱはプロペラのトルク係数である。
【００２４】
また、図３に示す第２の実施の形態のノズルプロペラ１Ｂでは、図４に示すように、プロペラ翼２０Ｂを、プロペラチップ位置のレーキが負の値になるレーキ分布のプロペラ形状として形成する。この第２の実施の形態のノズルプロペラ１Ｂでは、図４に示すように、プロペラ半径方向で、プロペラ翼の一部分（図４では、プロペラ半径の約０．７倍より外側の部分）だけでレーキ（Ｒａｋｅ）を負（−）側にしている。なお、図中のＴｍａｘは最大翼厚を示す。
【００２５】
また、図５に示す第３の実施の形態のノズルプロペラ１Ｃでは、図６に示すように、プロペラ翼２０Ｃを、プロペラチップ位置のレーキが負の値になるレーキ分布のプロペラ形状として形成するが、図６に示すように、プロペラ半径方向に関して、殆ど全部でレーキ分布を設け、プロペラ翼の内側（図６ではプロペラ半径の約０．８５倍より内側）では、レーキ（Ｒａｋｅ）を正（＋）側にし、その外側では、レーキを負（−）側にしている。この構成とすることにより、図５に示すように、前方に凸となる量が減少するので、図２，３のノズルプロペラ翼１Ａ，１Ｂに比べて、プロペラボス長さを短縮できるというメリットが生じる。
【００２６】
そして、本発明の船舶用推進装置の設計方法は、第１〜第３の実施の形態のノズルプロペラ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを設計する設計方法であり、次のように行われる。
【００２７】
先ず、スキュー型プロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに関しては、スキュー角度が２０度以上６０度以下のスキュー型プロペラ翼として形成する。また、翼形の断面形状を有するノズル３０を、このプロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを囲んで配置する。
【００２８】
そして、プロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのチップ２１の位置での翼弦長の中央位置Ｐｃとノズル３０の翼弦長の中央位置Ｎｃとの相対位置との関係において、プロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにおけるチップ２１の位置での翼弦長の中央位置Ｐｃを、ノズル３０の前縁Ｎｆからノズルコード長Ｌｎの４２％後方〜５５％後方の間の範囲Ｒａに配置する。
【００２９】
この中央位置Ｐｃを範囲Ｒａに配置するに際しては、図２に示すように、プロペラ翼２０Ａのプロペラボス３０への取り付け位置を、従来技術の場合よりも前方に移動して、中央位置Ｐｃが範囲Ｒａ内に配置される位置とする。あるいは、プロペラ翼２０Ｂ、２０Ｃを、図３〜図６に示すように、プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成し、中央位置Ｐｃがプロペラ根部に対して後方に形成されないようにして、中央位置Ｐｃを範囲Ｒａ内に配置する。
【００３０】
このレーキ分布としては、図４に示すように、プロペラ翼２０Ｂのチップ近傍の一部分（図４では、プロペラ半径の約０．７倍より外側の部分）だけでレーキを負（−）側にしたり、図６に示すように、プロペラ翼２０Ｃのプロペラ半径方向に関して、殆ど全部でレーキ分布を設け、プロペラ翼２０Ｃの内側（図６ではプロペラ半径の約０．８５倍より内側）では、レーキを正（＋）側にし、その外側では、レーキを負（−）側にしたりする。
【００３１】
なお、プロペラ半径方向に関して、図６に示すように、プロペラ翼２０Ｃの内側をレーキが正（＋）側になるように構成とすることにより、図５に示すように、前方に凸となる量を減少させることができるので、図２及び図３のノズルプロペラ１Ａ，１Ｂに比べて、プロペラボス長さを短縮できるというメリットを得ることができる。
【００３２】
上記の船舶用推進装置及び船舶用推進装置の設計方法によれば、スキュー型のプロペラを採用して、ノズルプロペラを原因とする起振力を低減させることができ、しかも、ボラード状態及び航走時の推進効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のスキュー型プロペラを採用したノズルプロペラの構成を示す部分的な正面投影図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図４】図３のスキュー型プロペラのプロペラ前後方向に関してのプロペラのレーキ分布と最大翼厚分布を示す図である。
【図５】本発明に係る第３の実施の形態のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図６】図５のスキュー型プロペラのプロペラ前後方向に関してのプロペラのレーキ分布と最大翼厚分布を示す図である。
【図７】ノズルの前後方向に関しての、ノズルに対するプロペラチップの翼コード長の中心位置の変化とプロペラ効率との関係を示す図である。
【図８】ノズルの形状を示す側断面図である。
【図９】従来技術のノズルプロペラのスキュー無しのプロペラを採用したノズルプロペラの構成を示す部分的な正面投影図である。
【図１０】図９のプロペラを採用したノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図１１】図９のプロペラ前後方向に関してのプロペラのレーキ分布と最大翼厚分布を示す図である。
【図１２】スキュー型プロペラを適用したノズルプロペラの構成を示す部分的な正面投影図である。
【図１３】単純に図１２のスキュー型プロペラを適用した場合のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図１４】他のスキュー型プロペラを適用したノズルプロペラの構成を示す部分的な正面投影図である。
【図１５】単純に図１４のスキュー型プロペラを適用した場合のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ スキュー型のノズルプロペラ（船舶用推進装置）
１０ プロペラボス
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ プロペラ翼（スキュー有り）
２０Ｘ プロペラ翼（スキュー無し）
２０Ｙ、２０Ｚ プロペラ翼（スキュー有り）
２１ チップ
２２ 翼弦長の中心を結ぶ線
３０ ノズル
３１ ノズル外面
３２ ノズル内面
α スキュー角
Ｌｎ ノズルのノズルコード長
Ｎａ ノズルの前縁から４２％Ｌｎ後方の位置（ノズルの中央位置より８％Ｌｎ前方の位置）
Ｎｂ ノズルの前縁から５５％Ｌｎ後方の位置（ノズルの中央位置より５％Ｌｎ後方の位置）
Ｎｃ ノズルの中央位置
Ｎｅ ノズルの後縁
Ｎｆ ノズルの前縁
Ｐｃ プロペラ翼のチップ位置での翼弦長の中央位置
Ｒａ 範囲（ＮａとＮｂの間）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曳船、トロール船等の作業船で、推進器荷重が大きく、大きな推力を必要とする船舶に装備される船舶用推進装置及び船舶用推進装置の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
曳船、トロール船等の作業船で、推進器荷重が大きく、大きな推力を必要とする船舶には、スクリュープロペラを囲んで、横断面が翼形の断面形状をしたノズルが設置され、そのノズルとスクリュープロペラが発生する推力を利用した推進装置が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このノズル付の推進装置（ノズルプロペラ）は、特に低速域で大きな推進力を必要とされる船舶で使用されており、近年、ノズル付の推進装置の性能を向上させる目的で、ノズルの断面形状自体の開発も行われてきている（例えば、特許文献２参照。）。特に、この種の開発では、船が静止時に対象物を引く力であるボラードスラストの向上を図ることを目的とすることが多い。
【０００４】
これらのノズルプロペラは、ノズルだけでなくプロペラにも大きな推力を発生させることになるため、プロペラの翼背面上にはキャビテーション（空洞現象）が発生し易く、振動の問題や翼チップ付近のノズル内面にキャビテーションエロージョンが発生する恐れがある。そのため、ノズルの内面を、鉄材ではなく、耐エロージョン性能に優れたステンレス鋼材で形成することもあった。
【０００５】
このキャビテーションエロージョン対策の一つとして、通常のノズル無しのプロペラの場合には、スキュー角を付けたプロペラ形状を採用して、キャビテーションの発生を制御することが行われている。しかしながら、プロペラ翼のスキュー量を大きくする程プロペラの効率は悪くなる。そのため、従来技術においては、ノズルプロペラには、図９〜図１１に示すように、スキューが無く、レーキ（Ｒａｋｅ）の分布が直線状であるプロペラ翼２０Ｘを採用し、このプロペラ翼２０Ｘの中心位置Ｐｃとノズル３０の翼弦長の中央位置Ｎｃとを一致させるように配置している。なお、図中のＴｍａｘはプロペラ翼の最大翼厚を示す。
【０００６】
また、プロペラを原因とする起振力を低減できるスキュー角度としては、一般的に２０度以上が好ましく最大でも６０度以下が好ましいことが知られている。しかし、新たなノズルプロペラとして、このスキュー角が２０度以上のスキュープロペラ翼をノズルプロペラに採用して、従来技術には無いノズルプロペラを開発しようとすると、次のような問題が生じる。
【０００７】
つまり、単純に、図１２や図１４に示すような２０度以上のスキュー角αが採用されているプロペラ翼２０Ｙ、２０Ｚをノズルプロペラに採用すると、図１３や図１５に示すように、プロペラ翼２０Ｙ、２０Ｚのチップ（先端）位置２１での翼弦長の中央位置Ｐｃは、ノズル３０の翼弦長の中央位置Ｎｃよりも後方になってしまうため、ノズルプロペラとしての効率が著しく低下する。そのため、できるだけ効率を向上させたいという要求とは逆行した結果となる。
【０００８】
特に、ボラード状態におけるスラストの向上及び航走時の推進効率の向上を図るために、図８に示すような従来の１９Ａ翼形（点線Ｃ）と異なる翼形を有するノズル（実線Ａ、一点鎖線Ｂ）を採用するノズルプロペラのような場合においては、ノズル内面の円筒面の部分（Ｐ１とＰ２の間の直線部分）も狭くなる傾向にあるので、プロペラ翼のチップの前後位置がノズルプロペラの性能に及ぼす影響がより大きなものとなる。これらの円筒面の部分が狭いノズルでは、プロペラ翼のチップの中心位置が後方にずれると、この円筒面の部分から外れる場合も生じる。従って、この前後方向の相対位置の問題は、ノズルプロペラにスキュープロペラを採用する際に重要な問題となる。
【特許文献１】特開昭５７−９９４号公報
【特許文献２】特開２００６−９０７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、プロペラ翼と、このプロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置（スクリュー型ノズルプロペラ）において、プロペラに起因する起振力を低減させると共に、ボラードプルと航走時における推進効率の向上を図ることができる船舶の推進装置と船舶の推進装置の設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の船舶用推進装置は、プロペラ翼と、該プロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置において、前記プロペラ翼を２０度以上６０度以下のスキュー角度を有するプロペラ形状で形成すると共に、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置して構成される。
【００１１】
このスキュー角度は図１２に示したように、プロペラ翼を前方から見た際に、翼弦長の中央位置を結んだ曲線のプロペラ翼中心からの開き角αで示され、従来型のノズルプロペラでは、図９に示すようにほぼ０度、ノズルが無い一般のプロペラ翼の場合、通常は１０度程度である。このスキュー角度を大きくするほどプロペラ翼に発生するキャビテーションを原因とする起振力の低減効果は大きくなるが、プロペラ効率が低下するため、実用的な範囲でスキュー角度が決められている。通常ノズルプロペラの場合は、２０度〜３０度が採用されることが多い。
【００１２】
また、プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置の配置に関する、ノズルの前縁から上記の範囲は、図８に示すようなノズルの形状を考慮した、図７に示すような実験結果等から得られたものである。
【００１３】
そして、このプロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置することは、次のような構成等とすることで実現できる。
【００１４】
上記の船舶用推進装置において、前記プロペラ翼のプロペラボスへの取り付け位置を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置としたり、前記プロペラ翼を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成したりして構成する。このレーキ（Ｒａｋｅ）とは、プロペラボスの中心を通る鉛直面とプロペラ翼の各半径位置の断面が交差する点を結んだ線である。通常レーキとはプロペラ翼の前後方向の倒れ方を表している。
【００１５】
また、上記の目的を達成するための本発明の船舶用推進装置の設計方法は、スキュー角度が２０度以上６０度以下のスキュー型プロペラ翼と、該プロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置の設計方法であって、前記プロペラ翼のチップ位置での翼弦長の中央位置と前記ノズルの翼弦長の中央位置との相対位置との関係において、前記プロペラ翼におけるチップ位置での翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％〜５５％後方の間に配置することを特徴とする方法である。
【００１６】
また、上記の船舶用推進装置の設計方法において、前記プロペラ翼のプロペラボスへの取り付け位置を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置としたり、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成したりすることで、プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の船舶用推進装置及び船舶用推進装置の設計方法によれば、スキュー型のプロペラを採用するとボラード状態及び航走時の推進効率を向上できるだけでなく、ノズルプロペラを原因とする起振力を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を参照して本発明の実施の形態の船舶用推進装置及び船舶用推進装置の設計方法について説明する。
【００１９】
図１〜図６に示すように、この本発明の実施の形態の船舶用推進装置であるスキュー型のノズルプロペラ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、プロペラボス１０に固定されたプロペラ翼２０Ａと、このプロペラ翼２０Ａを囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズル３０とを備えて構成される。
【００２０】
このプロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、図１に示すように、２０度以上６０度以下のスキュー角度αを有するプロペラ形状で形成する。このスキュー角度αが、下限の２０度より小さいとプロペラ翼に発生するキャビテーションを原因とする起振力の低減効果が小さく、通常ノズルプロペラでは２０度〜３０度の範囲で使われるが、起振力を小さくする必要があるとさらにスキュー角度は大きく採用される。しかし、上限の６０度よりも大きいとプロペラ効率が極端に低下するため、実用的でなくなる。なお、図中の実線２２は各半径方向毎の翼弦長の中央位置を示す線である。
【００２１】
それと共に、図２、図３及び図５に示すように、プロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのチップ２１の位置における翼弦長の中央位置Ｐｃを、ノズル３０の前縁Ｎｆからノズルコード長Ｌｎ（前縁Ｎｆと後縁Ｎｅの距離）の４２％後方Ｎａとノズルコード長Ｌｎの５５％後方Ｎｂの間の範囲Ｒａ内に、言い換えれば、ノズル３０の前後位置の中心位置Ｎｃの前方８％Ｌｎの位置Ｎａから中心位置Ｎｃの後方５％Ｌｎの位置Ｎｂの間の範囲Ｒａ内に配置して構成される。
【００２２】
そして、図２に示す第１の実施の形態のノズルプロペラ１Ａでは、プロペラ翼２０Ａのチップ位置における翼弦長の中央位置Ｐｃを、そのまま単純にプロペラ翼２０Ｙを従来技術と同様に配置した場合（点線で図示）よりも、プロペラ翼２０Ａのプロペラボス１０への取り付け位置を前方に移動させて配置する。この前方配置により、プロペラ翼２０Ａのチップ２１の位置における翼弦長の中央位置Ｐｃを範囲Ｒａ内に配置する。
【００２３】
このプロペラ翼２０Ａのチップ２１の位置における翼弦長の中央位置Ｐｃの配置に関する範囲Ｒａは、図８に示すようなノズルの形状（Ａ、Ｂ、Ｃ）を考慮した、図７に示す実験結果等の検討から得られたものである。この図７から、範囲Ｒａでプロペラ効率（推進器効率）（ＫＴＴ／１０ＫＱ）が高いことが分かる。このＫＴＴはノズルプロペラのノズル及びプロペラに働く合計スラストのスラスト係数（推力係数）であり、ＫＱはプロペラのトルク係数である。
【００２４】
また、図３に示す第２の実施の形態のノズルプロペラ１Ｂでは、図４に示すように、プロペラ翼２０Ｂを、プロペラチップ位置のレーキが負の値になるレーキ分布のプロペラ形状として形成する。この第２の実施の形態のノズルプロペラ１Ｂでは、図４に示すように、プロペラ半径方向で、プロペラ翼の一部分（図４では、プロペラ半径の約０．７倍より外側の部分）だけでレーキ（Ｒａｋｅ）を負（−）側にしている。なお、図中のＴｍａｘは最大翼厚を示す。
【００２５】
また、図５に示す第３の実施の形態のノズルプロペラ１Ｃでは、図６に示すように、プロペラ翼２０Ｃを、プロペラチップ位置のレーキが負の値になるレーキ分布のプロペラ形状として形成するが、図６に示すように、プロペラ半径方向に関して、殆ど全部でレーキ分布を設け、プロペラ翼の内側（図６ではプロペラ半径の約０．８５倍より内側）では、レーキ（Ｒａｋｅ）を正（＋）側にし、その外側では、レーキを負（−）側にしている。この構成とすることにより、図５に示すように、前方に凸となる量が減少するので、図２，３のノズルプロペラ翼１Ａ，１Ｂに比べて、プロペラボス長さを短縮できるというメリットが生じる。
【００２６】
そして、本発明の船舶用推進装置の設計方法は、第１〜第３の実施の形態のノズルプロペラ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを設計する設計方法であり、次のように行われる。
【００２７】
先ず、スキュー型プロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに関しては、スキュー角度が２０度以上６０度以下のスキュー型プロペラ翼として形成する。また、翼形の断面形状を有するノズル３０を、このプロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを囲んで配置する。
【００２８】
そして、プロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのチップ２１の位置での翼弦長の中央位置Ｐｃとノズル３０の翼弦長の中央位置Ｎｃとの相対位置との関係において、プロペラ翼２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにおけるチップ２１の位置での翼弦長の中央位置Ｐｃを、ノズル３０の前縁Ｎｆからノズルコード長Ｌｎの４２％後方〜５５％後方の間の範囲Ｒａに配置する。
【００２９】
この中央位置Ｐｃを範囲Ｒａに配置するに際しては、図２に示すように、プロペラ翼２０Ａのプロペラボス３０への取り付け位置を、従来技術の場合よりも前方に移動して、中央位置Ｐｃが範囲Ｒａ内に配置される位置とする。あるいは、プロペラ翼２０Ｂ、２０Ｃを、図３〜図６に示すように、プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成し、中央位置Ｐｃがプロペラ根部に対して後方に形成されないようにして、中央位置Ｐｃを範囲Ｒａ内に配置する。
【００３０】
このレーキ分布としては、図４に示すように、プロペラ翼２０Ｂのチップ近傍の一部分（図４では、プロペラ半径の約０．７倍より外側の部分）だけでレーキを負（−）側にしたり、図６に示すように、プロペラ翼２０Ｃのプロペラ半径方向に関して、殆ど全部でレーキ分布を設け、プロペラ翼２０Ｃの内側（図６ではプロペラ半径の約０．８５倍より内側）では、レーキを正（＋）側にし、その外側では、レーキを負（−）側にしたりする。
【００３１】
なお、プロペラ半径方向に関して、図６に示すように、プロペラ翼２０Ｃの内側をレーキが正（＋）側になるように構成とすることにより、図５に示すように、前方に凸となる量を減少させることができるので、図２及び図３のノズルプロペラ１Ａ，１Ｂに比べて、プロペラボス長さを短縮できるというメリットを得ることができる。
【００３２】
上記の船舶用推進装置及び船舶用推進装置の設計方法によれば、スキュー型のプロペラを採用して、ノズルプロペラを原因とする起振力を低減させることができ、しかも、ボラード状態及び航走時の推進効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のスキュー型プロペラを採用したノズルプロペラの構成を示す部分的な正面投影図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図４】図３のスキュー型プロペラのプロペラ前後方向に関してのプロペラのレーキ分布と最大翼厚分布を示す図である。
【図５】本発明に係る第３の実施の形態のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図６】図５のスキュー型プロペラのプロペラ前後方向に関してのプロペラのレーキ分布と最大翼厚分布を示す図である。
【図７】ノズルの前後方向に関しての、ノズルに対するプロペラチップの翼コード長の中心位置の変化とプロペラ効率との関係を示す図である。
【図８】ノズルの形状を示す側断面図である。
【図９】従来技術のノズルプロペラのスキュー無しのプロペラを採用したノズルプロペラの構成を示す部分的な正面投影図である。
【図１０】図９のプロペラを採用したノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図１１】図９のプロペラ前後方向に関してのプロペラのレーキ分布と最大翼厚分布を示す図である。
【図１２】スキュー型プロペラを適用したノズルプロペラの構成を示す部分的な正面投影図である。
【図１３】単純に図１２のスキュー型プロペラを適用した場合のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【図１４】他のスキュー型プロペラを適用したノズルプロペラの構成を示す部分的な正面投影図である。
【図１５】単純に図１４のスキュー型プロペラを適用した場合のノズルプロペラの構成におけるノズルとプロペラの相対的な前後位置関係を示す、ノズル断面を含む側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ スキュー型のノズルプロペラ（船舶用推進装置）
１０ プロペラボス
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ プロペラ翼（スキュー有り）
２０Ｘ プロペラ翼（スキュー無し）
２０Ｙ、２０Ｚ プロペラ翼（スキュー有り）
２１ チップ
２２ 翼弦長の中心を結ぶ線
３０ ノズル
３１ ノズル外面
３２ ノズル内面
α スキュー角
Ｌｎ ノズルのノズルコード長
Ｎａ ノズルの前縁から４２％Ｌｎ後方の位置（ノズルの中央位置より８％Ｌｎ前方の位置）
Ｎｂ ノズルの前縁から５５％Ｌｎ後方の位置（ノズルの中央位置より５％Ｌｎ後方の位置）
Ｎｃ ノズルの中央位置
Ｎｅ ノズルの後縁
Ｎｆ ノズルの前縁
Ｐｃ プロペラ翼のチップ位置での翼弦長の中央位置
Ｒａ 範囲（ＮａとＮｂの間）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラ翼と、該プロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置において、前記プロペラ翼を２０度以上６０度以下のスキュー角度を有するプロペラ形状で形成すると共に、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置したことを特徴とする船舶用推進装置。
【請求項２】
前記プロペラ翼のプロペラボスへの取り付け位置を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置としたことを特徴とする請求項１記載の船舶用推進装置。
【請求項３】
前記プロペラ翼を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の船舶用推進装置。
【請求項４】
スキュー角度が２０度以上６０度以下のスキュー型プロペラ翼と、該プロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置の設計方法であって、前記プロペラ翼のチップ位置での翼弦長の中央位置と前記ノズルの翼弦長の中央位置との相対位置との関係において、前記プロペラ翼におけるチップ位置での翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％〜５５％後方の間に配置することを特徴とする船舶用推進装置の設計方法。
【請求項５】
前記プロペラ翼のプロペラボスへの取り付け位置を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とすることを特徴とする請求項４記載の船舶用推進装置の設計方法。
【請求項６】
前記プロペラ翼を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成することを特徴とする請求項４又は５記載の船舶用推進装置の設計方法。
【請求項１】
プロペラ翼と、該プロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置において、前記プロペラ翼を２０度以上６０度以下のスキュー角度を有するプロペラ形状で形成すると共に、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置したことを特徴とする船舶用推進装置。
【請求項２】
前記プロペラ翼のプロペラボスへの取り付け位置を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置としたことを特徴とする請求項１記載の船舶用推進装置。
【請求項３】
前記プロペラ翼を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の船舶用推進装置。
【請求項４】
スキュー角度が２０度以上６０度以下のスキュー型プロペラ翼と、該プロペラ翼を囲んで配置され、かつ、翼形の断面形状を有するノズルとを備えた船舶用推進装置の設計方法であって、前記プロペラ翼のチップ位置での翼弦長の中央位置と前記ノズルの翼弦長の中央位置との相対位置との関係において、前記プロペラ翼におけるチップ位置での翼弦長の中央位置を、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％〜５５％後方の間に配置することを特徴とする船舶用推進装置の設計方法。
【請求項５】
前記プロペラ翼のプロペラボスへの取り付け位置を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とすることを特徴とする請求項４記載の船舶用推進装置の設計方法。
【請求項６】
前記プロペラ翼を、前記プロペラ翼のチップ位置における翼弦長の中央位置が、前記ノズルの前縁からノズルコード長の４２％後方とノズルコード長の５５％後方の間の範囲内に配置される位置とするように、プロペラ翼のレーキ分布を変更したプロペラ形状として形成することを特徴とする請求項４又は５記載の船舶用推進装置の設計方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１２１２（Ｐ２００９−１２１２Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６５９４８（Ｐ２００７−１６５９４８）
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（０００１４４０４９）株式会社三井造船昭島研究所 (27)
【出願人】（５０３１１６８９９）新潟原動機株式会社 (61)
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（０００１４４０４９）株式会社三井造船昭島研究所 (27)
【出願人】（５０３１１６８９９）新潟原動機株式会社 (61)
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