JP2009051283A - Turbine fin with duct - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbine fin in which the thrust efficiency of a propeller is improved by eliminating a lift loss at the tip of a turbine blade by changing a water flow at the tip of the turbine blade. <P>SOLUTION: The turbine fin comprises a turbine hub having a center shaft of a propeller at the rear part of the propeller provided with a plurality of propeller blades and freely rotated with respect to the propeller, a plurality of turbine blades fixed to the turbine hub in a radial direction and a cylindrical duct fixed for connecting tips of the plurality of turbine blades to one another, wherein a sectional shape of the duct in parallel with the center line of a ship is a wing shape, a camber of the wing is directed toward the center shaft, a diameter of the turbine blade is set to about 24% to about 32% of a diameter of the turbine blade and a diameter of the duct at the bow side is set to be slightly larger than that at the stern side. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、船舶用推進装置に関し、とくにプロペラ後方に装着されるタービン翼に関するものである。   The present invention relates to a marine vessel propulsion device, and particularly to a turbine blade mounted behind a propeller.

プロペラの推進効率はプロペラの回転中心軸付近においては低いことが知られている。そのため、プロペラの回転中心軸付近の推進効率を高めるためにプロペラ後部にプロペラよりも小径のタービン翼を装着するタービンフィン（ターボリング）と呼ばれる技術が提案されている。   It is known that the propeller propulsion efficiency is low in the vicinity of the rotation axis of the propeller. For this reason, a technique called a turbine fin (turbo ring) has been proposed in which a turbine blade having a smaller diameter than the propeller is mounted at the rear of the propeller in order to increase the propulsion efficiency in the vicinity of the rotation center axis of the propeller.

この種のタービンフィンについては、特公平８−５４３１号公報や特公平７−１２１７１６号公報に開示のものが知られている。
特公平８−５４３１号公報に開示の技術は、「プロペラ翼の後方にタービン翼を取付けて装置全休のプロペラ効率を改善すること」を目的として、「プロペラ軸（１）にプロペラ翼（２）を装着している舶用推進装置において、前記プロペラ翼（２）の後方に、該プロペラ翼（２）よりも小径のタービン翼（３）をプロペラ翼（２）と同一軸心として装着しており、該タービン翼（３）は、前記プロペラ翼（２）から後方へはき出される水の流速が抑えられる形状とされている」構成により、「プロペラ誘導速度が大きい程、すなわちプロペラ軸後方への流れが速い程、また回転方向につれまわる流れが大きい程効果があり、ここに、プロペラ効率が向上」の効果を奏するというものである。 As this type of turbine fin, those disclosed in Japanese Patent Publication No. 8-5431 and Japanese Patent Publication No. 7-121716 are known.
The technology disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 8-5431 is intended to improve the propeller efficiency when the turbine blades are installed behind the propeller blades to improve the propeller efficiency when the apparatus is not in operation. In the marine propulsion device, the turbine blade (3) having a smaller diameter than the propeller blade (2) is mounted as the same axis as the propeller blade (2) behind the propeller blade (2). The turbine blade (3) has a configuration in which the flow rate of water discharged backward from the propeller blade (2) is suppressed, so that “the higher the propeller induced speed, that is, the flow toward the rear of the propeller shaft”. The faster the speed and the greater the flow in the direction of rotation, the greater the effect, and the effect of improving the propeller efficiency is exhibited here.

また、特公平７−１２１７１６号公報に開示の技術は、「ボスキャップ後流における水流を、ハブ渦の発生を減らす方向に案内するための整流板の作用により、ボスキャップ後流のハブ渦が拡散されてプロペラ翼面上の渦による誘起抗力が減少し、その結果トルクを増大させることなくプロペラ特性(推進器効率)の大幅な向上」の目的で、「スクリュープロペラのボスに取付けるキャップであって、（ａ）該プロペラの後側において該ボスに取付けるキャップ本体と、（ｂ）該キャップ本体上に該キャップ本体の周囲に沿って問隔をあけて立設した複数個のフィンとを有し、（イ）該フィンの個数は各プロペラブレードにつき等しく、（ロ）該フィンはプロペラブレード根部の幾何学的ピッチ角εに対して−２０°〜＋３０°の傾きα(−２０°≦α−ε≦３０°)を有し、（ハ）該フィンの前縁はプロペラブレード根部の後縁とプロペラ前後方向に等しいか又はこの後縁より後方であって、隣接するプロペラブレード根部の隙問の位置にあり、そして（ニ）該フィンの該キャップ本体の軸線から最大直径は該ボスのキャップ取付け端部の直径より人でプロペラ直径の３３％以下」の構成により、「トルクを増大させることなくプロペラ特性(推進器効率)を大幅に向上させる」という効果を奏するというものである。   Further, the technology disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-121716 states that “the hub vortex in the boss cap wake is caused by the action of the current plate for guiding the water flow in the boss cap wake in a direction to reduce the generation of the hub vortex. It is a cap that is attached to the boss of the screw propeller for the purpose of `` significantly improving the propeller characteristics (propulsion unit efficiency) without increasing the torque as a result of the reduced drag induced by the vortex on the propeller blade surface as a result of spreading. '' (A) a cap body attached to the boss on the rear side of the propeller, and (b) a plurality of fins standing on the cap body along the periphery of the cap body with a space therebetween. And (b) the number of fins is equal for each propeller blade, and (b) the fin has an inclination α (−20 ° ≦ 20 ° to + 30 ° with respect to the geometric pitch angle ε of the propeller blade root. (c) The front edge of the fin is equal to or behind the rear edge of the propeller blade root and the rear edge of the propeller blade root, and the gap between the adjacent propeller blade roots. And (d) the maximum diameter from the axis of the cap body of the fin is less than 33% of the propeller diameter by human than the diameter of the cap mounting end of the boss. The propeller characteristics (propulsion unit efficiency) are greatly improved without any effect ".

これら従来のタービンフィンの概略について、図６に基づいて概説する。なお、図６は、従来のタービンフィンを備えた船舶の船尾部分の側面図である。
図６に示された従来のタービンフィン３は、複数枚のプロペラ翼３３を有するプロペラ３０の後部にあって、プロペラのハブ３１と、ハブ３１に対して放射状に固着される複数枚のタービン翼１３とからなり、タービン翼１３はプロペラ翼３３とは逆向きのキャンバーを有していて、ハブ３１の船尾側先端は円錐状のキャップとなっている。そして、このタービン翼１３の直径はプロペラ翼３３の直径の略４０％の大きさとなっている。 An outline of these conventional turbine fins will be outlined with reference to FIG. FIG. 6 is a side view of a stern portion of a ship provided with a conventional turbine fin.
A conventional turbine fin 3 shown in FIG. 6 is located at the rear of a propeller 30 having a plurality of propeller blades 33, and includes a hub 31 of the propeller and a plurality of turbine blades fixed radially to the hub 31. The turbine blade 13 has a camber in the opposite direction to the propeller blade 33, and the tip of the stern side of the hub 31 is a conical cap. The diameter of the turbine blade 13 is about 40% of the diameter of the propeller blade 33.

ここで、従来のタービンフィンの原理について、図７に基づき概説する。なお、図７は、従来のタービンフィンの原理の説明図であって、プロペラ翼３３およびタービン翼１３の断面の相対的な位置関係を示していて、矢印Ｗは水流を示し、矢印Ｖｐはプロペラ翼に生ずるベクトルを示し、実線で示した矢印Ｖｔはタービン翼に生ずるベクトルを示している。また、ベクトル方向については、上向きの垂直方向を「＋」とし、右向きの水平方向を「＋」とする。そして、図７の右側が船首方向、左側が船尾方向である。   Here, the principle of the conventional turbine fin will be outlined based on FIG. FIG. 7 is an explanatory view of the principle of a conventional turbine fin, showing the relative positional relationship between the cross sections of the propeller blade 33 and the turbine blade 13, the arrow W indicating the water flow, and the arrow Vp being the propeller. A vector generated in the blade is shown, and an arrow Vt indicated by a solid line indicates a vector generated in the turbine blade. For the vector direction, the upward vertical direction is “+”, and the right horizontal direction is “+”. And the right side of FIG. 7 is a bow direction, and the left side is a stern direction.

プロペラ翼３３は、断面が回転方向とは逆向き（図７においては上向き）のキャンバーを有する翼形であり、プロペラ翼３３の後方（船尾側）にタービン翼１３が位置し、タービン翼１３はプロペラ翼３３とは逆向き（図７においては下向き）のキャンバーを有している。プロペラ翼３３の回転によりプロペラ周りには水流が発生するが、この水流Ｗは図に示すようにプロペラ翼３３の周りに流れ、水流Ｗ１によりプロペラ翼３３には揚力Ｖｐが発生する。そして、揚力Ｖｐは垂直方向のトルク（＋Ｑ）と水平方向で船首方向に向かうスラスト（＋Ｔ）とに分解することができる。 The propeller blade 33 has a camber having a camber whose cross section is opposite to the rotation direction (upward in FIG. 7). The turbine blade 13 is located behind (stern side) of the propeller blade 33. The camber has a direction opposite to the propeller blade 33 (downward in FIG. 7). The propeller around by rotation of the propeller blades 33 flow occurs, but the water flow W flows around the propeller blades 33 as shown in FIG lift Vp occurs in the propeller blades 33 by the water flow W 1. The lift Vp can be broken down into vertical torque (+ Q) and horizontal thrust (+ T) toward the bow.

一方で、タービン翼１３の周りにも水流Ｗ２が図に示すように流れて、水流Ｗ２によりタービン翼１３にはプロペラ翼３３の揚力Ｖｐとは逆向きの揚力Ｖｔが発生する。そして、揚力Ｖｔは垂直方向のトルク（−Ｑ′）と水平方向で船尾方向に向かうスラスト（−Ｔ′）とに分解することができる。
したがって、タービン翼１３で発生した揚力および抗力はプロペラ翼３３のスラスト（＋Ｔ）およびトルク（＋Ｑ）を何れも減少させる方向に作用し、プロペラ翼３３では、タービン翼１３との相互干渉により僅かにスラストおよびトルクがそれぞれΔＴおよびΔＱ分増加することになる。結果として、タービン翼１３で発生したトルク減少成分の割合がスラスト減少成分の割合より大きくなるため、プロペラ３０の推進効率が良くなることになる。 On the other hand, the water flow W 2 in about the turbine blades 13 to flow as shown in the figure, the turbine blades 13 by the water flow W 2 lift Vt opposite occurs with lift Vp of propeller blades 33. The lift Vt can be decomposed into a vertical torque (-Q ') and a thrust (-T') directed in the stern direction in the horizontal direction.
Therefore, the lift and drag generated in the turbine blade 13 act in a direction to reduce both the thrust (+ T) and the torque (+ Q) of the propeller blade 33, and the propeller blade 33 is slightly affected by the mutual interference with the turbine blade 13. Thrust and torque will increase by ΔT and ΔQ, respectively. As a result, since the ratio of the torque reducing component generated in the turbine blade 13 becomes larger than the ratio of the thrust reducing component, the propulsion efficiency of the propeller 30 is improved.

この従来のタービンフィンの課題点について、図８に基づき概説する。なお、図８は、従来のタービンフィンのタービン翼面に生ずる水流図およびタービン翼の揚力分布図であり、図８（ａ）はタービン翼面に生ずる水流図であり、図８（ｂ）はタービン翼面上の揚力分布図である。   The problems of the conventional turbine fin will be outlined with reference to FIG. FIG. 8 is a water flow diagram generated on the turbine blade surface of the conventional turbine fin and a lift force distribution diagram of the turbine blade, FIG. 8A is a water flow diagram generated on the turbine blade surface, and FIG. It is a lift distribution map on a turbine blade surface.

図８（ｂ）は、タービン翼面上の揚力分布を示しているが、タービン翼１３の付け根部であるハブ部からタービン翼１３の先端部であるチップ（Ｔｉｐ）までの揚力の大きさを右方向に向かう矢印の長さで示したものである。この図から分かるように、従来のタービンフィンでは、その翼面に揚力が発生するものの、上下端部のハブ部とチップ（Ｔｉｐ）とでタービン翼１３の揚力が「０」となっている。
すなわち、従来のタービンフィンでは、翼先端部に近づくに従ってトルク及びスラストの減少効果小さくなっており、プロペラ効率の改善効果が十分に得られていないという課題があった。
特公平８−５４３１号公報 特公平７−１２１７１６号公報 FIG. 8B shows the lift distribution on the turbine blade surface. The magnitude of the lift from the hub portion which is the root portion of the turbine blade 13 to the tip (Tip) which is the tip portion of the turbine blade 13 is shown. This is indicated by the length of the arrow pointing to the right. As can be seen from this figure, in the conventional turbine fin, lift is generated on the blade surface, but the lift of the turbine blade 13 is “0” by the hub portion and the tip (Tip) at the upper and lower ends.
That is, in the conventional turbine fin, the reduction effect of the torque and the thrust becomes smaller as it approaches the blade tip, and there is a problem that the effect of improving the propeller efficiency is not sufficiently obtained.
Japanese Patent Publication No.8-5431 Japanese Examined Patent Publication No. 7-121716

そこで、本願出願人は鋭意、研究した結果、タービン翼の先端部が揚力「０」となるメカニズムは、図８（ａ）に示すように、タービン翼の先端部（チップ（Ｔｉｐ））では背面から回り込む水流が発生するためであることを突き止め、さらに、タービンフィンの形状を所定の形状とすることにより、プロペラの推進効率が向上することができる、との知見を得た。本願発明は、この知見に基づくものであり、前述したタービン翼の先端部における水流を変えることにより、タービン翼の先端部における揚力損失を無くし、もってプロペラの推進効率を向上させるタービンフィンを提供することを目的とする。   Therefore, as a result of earnest research by the applicant of the present application, as shown in FIG. 8 (a), the mechanism in which the tip of the turbine blade has a lift of “0” is the rear surface of the tip of the turbine blade (tip). As a result, it was found out that a water flow that circulates from the center of the turbine was generated, and that the propulsion efficiency of the propeller could be improved by making the shape of the turbine fin a predetermined shape. The present invention is based on this finding, and provides a turbine fin that eliminates the lift loss at the tip of the turbine blade and improves the propulsion efficiency of the propeller by changing the water flow at the tip of the turbine blade described above. For the purpose.

上記課題を達成するため、本願請求項１に係るダクト付きタービンフィンは、ハブに放射状に固着される複数枚のプロペラ翼からなるプロペラの後部にあって、前記ハブに放射状に固着され該プロペラ翼と同数枚のタービン翼と、複数枚の前記タービン翼の先端部同士を連結し該タービン翼が固着され、長さ方向の断面が翼形の円筒状のダクトと、からなり、前記タービン翼のキャンバーの向きは前記プロペラ翼のキャンバーとは逆の向きであり、前記ダクトの翼形の最大翼厚は船首側に位置する、ことを特徴としている。
また、本願請求項２に係るダクト付きタービンフィンは、請求項１に記載の自動車運搬船のダクト付きタービンフィンであって、前記ダクトの直径は前記プロペラ翼の直径の略２４％〜略３２％であり、該ダクトの船首側に位置する翼形の前縁の直径は船尾側に位置する翼形の後縁の直径よりも略０．５％〜１．０％大きい、ことを特徴としている。
そして、本願請求項３に係るダクト付きタービンフィンは、請求項１または請求項２に記載のダクト付きタービンフィンであって、船舷側から見た前記タービン翼の先端の見掛け上の幅は前記ダクトの長さと略同一に形成され、該タービン翼は該ダクト内に収納されている、ことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a ducted turbine fin according to claim 1 of the present application is located at a rear portion of a propeller composed of a plurality of propeller blades fixed radially to a hub, and is fixed to the hub radially. A plurality of turbine blades, and tip portions of the plurality of turbine blades are connected to each other, the turbine blades are fixed, and a cylindrical duct having an airfoil-shaped cross section is formed. The camber has a direction opposite to that of the camber of the propeller blade, and the maximum blade thickness of the airfoil of the duct is located on the bow side.
Moreover, the turbine fin with a duct which concerns on Claim 2 of this application is a turbine fin with a duct of the automobile carrier ship of Claim 1, Comprising: The diameter of the said duct is about 24%-about 32% of the diameter of the said propeller blade. The diameter of the leading edge of the airfoil located on the bow side of the duct is approximately 0.5% to 1.0% larger than the diameter of the trailing edge of the airfoil located on the stern side.
And the turbine fin with a duct which concerns on this-application Claim 3 is a turbine fin with a duct of Claim 1 or Claim 2, Comprising: The apparent width | variety of the front-end | tip of the said turbine blade seen from the ship side is the said duct. And the turbine blades are housed in the duct.

本願発明は上記の構成により、タービン翼の先端部同士を連結して固着する略円筒のダクトを装備し、ダクトの長さ方向、すなわちダクトの船舶中心線に平行な断面形状を翼形とし、翼の最大厚さは船首側に位置するとともに、翼のキャンバーはタービンフィンの中心軸方向に向いて膨らんでいる。そして、プロペラによる縮流（プロペラ後部のプロペラ中心に向かう水流）中に断面が翼形のダクトが位置するため、ダクトに揚力が発生し、前縁推力としてスラストを増加させる。   The invention of the present application is equipped with a substantially cylindrical duct that connects and fixes the tip portions of the turbine blades with the above configuration, and the length direction of the duct, that is, the cross-sectional shape parallel to the ship center line of the duct is an airfoil, The maximum thickness of the wing is located on the bow side, and the wing camber swells in the direction of the central axis of the turbine fin. Then, since the airfoil-shaped duct is located in the contracted flow by the propeller (water flow toward the propeller center at the rear of the propeller), lift is generated in the duct, and thrust is increased as a leading edge thrust.

また、本願発明に係るタービンフィンではダクトによる水流の塞き止め効果によりタービン翼先端部での揚力損失が無くなるとともに、ダクト内面で流速が加速されるため、従来のタービンフィンに比べスラスト、トルク共に大きく減少することになる。そして、スラスト減少分については、前述したダクトの前縁推力によりキャンセルされるため、結果としてトルクのみ大きく減少することになり、プロペラの推進効率が上昇する。   In addition, the turbine fin according to the present invention eliminates lift loss at the turbine blade tip due to the water flow blocking effect of the duct and accelerates the flow velocity on the inner surface of the duct, so both thrust and torque are compared with the conventional turbine fin. It will be greatly reduced. Then, the thrust reduction is canceled by the aforementioned leading edge thrust of the duct, and as a result, only the torque is greatly reduced, and the propeller propulsion efficiency is increased.

以下、本願発明を実施するための最良の形態に係る実施例について、図１ないし図５に基づいて説明する。なお、図１は、実施例に係るダクト付きタービンフィンの斜視図であり、図２は、実施例に係るダクト付きタービンフィンを備えた船舶の船尾部分の側面図であり、図３は、実施例に係るダクト付きタービンフィンの作用説明の断面図と水流との関係図であり、図３（ａ）は、ダクト付きタービンフィンと水流との関係を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ部拡大図であってダクト付きタービンフィンに作用する揚力の説明図であり、図４は、実施例に係るダクト付きタービンフィンのタービン翼面に生ずる水流図およびタービン翼の揚力分布図であり、図４（ａ）はタービン翼面に生ずる水流図であり、図４（ｂ）はタービン翼面上の揚力分布図であり、図５は、実施例に係るダクト付きタービンフィンを備える船舶のプロペラ翼面と従来のダクト付きタービンフィンを備える船舶のプロペラ翼面に生ずるスラストおよびトルク分布の比較図である。   Hereinafter, an embodiment according to the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view of a turbine fin with a duct according to the embodiment, FIG. 2 is a side view of a stern portion of a ship provided with the turbine fin with a duct according to the embodiment, and FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view for explaining the operation of a turbine fin with a duct according to an example and a relationship diagram of a water flow, FIG. 3A is a diagram showing a relationship between the turbine fin with a duct and a water flow, and FIG. FIG. 3B is an enlarged view of part B of FIG. 3A and is an explanatory diagram of lift acting on the turbine fin with a duct, and FIG. 4 is a flow diagram and turbine generated on the turbine blade surface of the turbine fin with the duct according to the embodiment. FIG. 4A is a flow diagram of water generated on the turbine blade surface, FIG. 4B is a lift distribution diagram on the turbine blade surface, and FIG. 5 is a duct according to the embodiment. Propeller for ships with turbine fins It is a comparative diagram of thrust and torque distribution occurring in propeller blade surface of a marine vessel comprising a surface and a conventional turbine finned duct.

図１ないし図４において、符号１は実施例に係るダクト付きタービンフィン、符号１１は実施例に係るタービン翼、符号１５はダクト、符号１５１はダクトの前縁、符号１５３はダクトの後縁、符号３０はプロペラ、符号３１はハブ、符号３３はプロペラ翼、符号４１は舵、である。また、Ｗは水流、Ｖｄはダクトに生ずる揚力をベクトルで示している。
なお、従来のタービンフィンについて、図６で説明した要素と同一の要素に対しては、図１ないし図３においても同一の符号を付している。 1 to 4, reference numeral 1 is a turbine fin with a duct according to the embodiment, reference numeral 11 is a turbine blade according to the embodiment, reference numeral 15 is a duct, reference numeral 151 is a leading edge of the duct, reference numeral 153 is a trailing edge of the duct, Reference numeral 30 is a propeller, reference numeral 31 is a hub, reference numeral 33 is a propeller blade, and reference numeral 41 is a rudder. W represents a water flow, and Vd represents a lift generated in the duct as a vector.
In the conventional turbine fin, the same elements as those described in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals in FIGS.

まず、ダクト付きタービンフィン１の構成について、図１ないし図３に基づき説明する。   First, the configuration of the ducted turbine fin 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

本実施例に係るダクト付きタービンフィン１は、回転軸となるハブ３１、ハブ３１から放射状に固着される５枚のタービン翼１１、１１、・・・、およびタービン翼１１、１１、・・・の先端部同士を相互に連結して固着する略円筒のダクト１５から構成されていて、プロペラ３０の後部であって舵４１の前部に装着されている。
なお、プロペラ３０は、従来と同様に、回転軸となるハブ３１およびハブ３１から放射状に固着される５枚のプロペラ翼３３、３３・・・から構成されている。 The ducted turbine fin 1 according to the present embodiment includes a hub 31 serving as a rotating shaft, five turbine blades 11, 11,..., And turbine blades 11, 11,. The front end portions of the two are connected to each other and fixed to each other, and are formed in a substantially cylindrical duct 15, which is attached to the rear portion of the propeller 30 and the front portion of the rudder 41.
In addition, the propeller 30 is comprised from the propeller blade | wing 33,33 ... which is fixed from the hub 31 used as a rotating shaft, and the hub 31 radially, like the past.

すなわち、船尾側が閉塞された略円錐状の砲弾形を呈するハブ３１には、船首側に５枚のプロペラ翼３３、３３・・・が放射状に固着され、プロペラ翼３３の後部に、５枚のタービン翼１１、１１、・・・が放射状に固着されている。 また、プロペラ翼３３の前縁と後縁とを結ぶ翼弦とタービン翼１１の前縁と後縁とを結ぶ翼弦は、いずれも船首方向に対し右に捻った状態でハブ３１に固着されている（図７参照）。   That is, five propeller blades 33, 33... Are fixed radially to the bow side of the hub 31 that has a substantially conical cannonball shape with the stern side closed. The turbine blades 11, 11,... Are fixed radially. Further, the chord connecting the leading edge and the trailing edge of the propeller blade 33 and the chord connecting the leading edge and the trailing edge of the turbine blade 11 are both fixed to the hub 31 while being twisted to the right in the bow direction. (See FIG. 7).

５枚のタービン翼１１、１１、・・・は、前述したように、ハブ３１から等間隔に放射状に固着されていて、その幅方向に平行な断面は、最大翼厚が船首側に位置する翼形を呈し、プロペラ翼３３とは逆向きのキャンバーとなっている。そして、船舷側から見たタービンハブ３１の見掛け上の幅は翼根（タービンハブ３１との固着部）から翼端（ダクト１５との固着部）にかけて略同一であり、その見掛けの形状は矩形となっている。   As described above, the five turbine blades 11, 11,... Are fixed radially from the hub 31 at equal intervals, and the cross section parallel to the width direction has a maximum blade thickness located on the bow side. The camber has an airfoil shape and is opposite to the propeller blade 33. The apparent width of the turbine hub 31 viewed from the ship side is substantially the same from the blade root (fixed portion with the turbine hub 31) to the blade tip (fixed portion with the duct 15), and the apparent shape is rectangular. It has become.

タービン翼１１、１１、・・・の先端部を環囲する略円筒のダクト１５の船舶中心線に平行な断面形状は翼形となっていて、翼形の最大翼厚は船首側に位置し、キャンバーはタービンハブ３１方向にやや膨らんだ状態となっている。そして、ダクト１５の直径はプロペラ翼３３の直径の略２４．０％〜３２．０％であり、ダクト１５の船首側の直径、すなわちダクトの前縁１５１が形成する直径は、プロペラ翼３３の直径の略２４．５％〜３２．５％、船尾側の直径は、すなわちダクトの後縁１５３が形成する直径は、プロペラ翼３３の直径の略２３．５％〜３１．５％となっていて、ダクト１５の船首側の直径は船尾側の直径よりも略１．０％大きくなっている。したがって、断面が翼形の前縁（ダクトの前縁１５１）と後縁（ダクトの後縁１５３）とを結ぶ翼弦はタービン翼１１の回転軸線（ハブ３１の中心線）に対して船首方向にわずかに開いた状態になっている。
そして、ダクト１５の幅はタービン翼１１の見掛け上の幅と略同一に形成されている。なお、ダクト１５は、タービン翼１１と一体に構成しても良く、また、別途に製造の上、タービン翼１１にボルト等で固着しても良いものである。 The cross-sectional shape parallel to the ship center line of the substantially cylindrical duct 15 surrounding the tip of the turbine blades 11, 11,... Is an airfoil, and the maximum blade thickness of the airfoil is located on the bow side. The camber is slightly swollen in the direction of the turbine hub 31. The diameter of the duct 15 is approximately 24.0% to 32.0% of the diameter of the propeller blade 33. The diameter on the bow side of the duct 15, that is, the diameter formed by the leading edge 151 of the duct is the same as that of the propeller blade 33. Approximately 24.5% to 32.5% of the diameter, the diameter on the stern side, that is, the diameter formed by the trailing edge 153 of the duct is approximately 23.5% to 31.5% of the diameter of the propeller blade 33 Thus, the diameter of the bow side of the duct 15 is approximately 1.0% larger than the diameter of the stern side. Therefore, the chord connecting the leading edge (the leading edge 151 of the duct) and the trailing edge (the trailing edge 153 of the duct) whose section is an airfoil is in the bow direction with respect to the rotation axis of the turbine blade 11 (the center line of the hub 31). Is slightly open.
The width of the duct 15 is substantially the same as the apparent width of the turbine blade 11. The duct 15 may be integrated with the turbine blade 11 or may be separately manufactured and fixed to the turbine blade 11 with a bolt or the like.

つぎに、ダクト付きタービンフィン１の作用について、図３ないし図５に基づき説明する。   Next, the action of the ducted turbine fin 1 will be described with reference to FIGS.

プロペラ３０が回転すると、プロペラ３０の後部にはプロペラ中心軸に向かう縮流Ｗが生ずる。そして、ダクト付きタービンフィン１はプロペラ３０の後部に位置しているため、縮流Ｗの中に置かれることになる。
縮流Ｗの中に置かれたダクト付きタービンフィン１には、主に２つの作用が生ずるが、この作用効果について以下に説明する。なお、縮流Ｗは図面の上・下や図面の手前・奥のいずれもプロペラ中心軸に向かうように流れ、ダクト１６は円筒であるので、以下の説明では、図面の上部に位置するダクト１６およびタービン翼１１を例にして説明するが、当該作用はダクト１６の円筒のすべての部分に生じ、５枚のタービン翼１１、１１、・・・のすべてに生じていることは勿論である。 When the propeller 30 rotates, a contracted flow W toward the propeller central axis is generated at the rear portion of the propeller 30. Since the ducted turbine fin 1 is located at the rear portion of the propeller 30, it is placed in the contracted flow W.
The turbine fin 1 with a duct placed in the contracted flow W mainly has two actions. The action and effects will be described below. Note that the contracted flow W flows so that the top and bottom of the drawing and the front and back of the drawing are directed to the central axis of the propeller, and the duct 16 is a cylinder. Therefore, in the following description, the duct 16 positioned at the top of the drawing is used. The turbine blade 11 will be described as an example, but the action occurs in all parts of the cylinder of the duct 16 and naturally occurs in all of the five turbine blades 11, 11.

〔作用１〕
プロペラ縮流Ｗは、図３（ａ）に示すように、斜め右上方から流れてダクト１５の上面に斜めに衝突する。すなわち、ダクト１５により縮流Ｗの流れが塞き止められることにより、従来には生じていたタービン翼１１の先端部であるダクト１５との固着部における揚力損失が無くなる。
このことは、図４（ｂ）と従来のタービンフィンの説明で使用した図８（ｂ）とを比較することにより裏付けられる。なお、図４（ｂ）は、図８（ｂ）同様に、タービン翼面上の揚力分布を示していて、タービン翼１１の付け根部であるハブ部からタービン翼１１の先端部であるチップ（Ｔｉｐ）までの揚力の大きさを右方向に向かう矢印の長さで示したものである。
すなわち、ダクト付きタービンフィン１のタービン翼１１面上の揚力分布は、図４（ｂ）に示すように、タービン翼１１の付け根部であるハブ部においては従来のタービンフィン３と同様に揚力が「０」となっているが、タービン翼１１の先端部であるチップ（Ｔｉｐ）では、従来のタービンフィンの揚力が「０」であるのに対し、ダクト付きタービンフィン１では、タービン翼１１の中間部の揚力よりも小さくなっているものの、揚力は「０」となっていない。これは、従来のタービンフィンでは、図８（ａ）に示すように、タービン翼の先端部（チップ（Ｔｉｐ））で背面から回り込む水流が発生するためであり、ダクト付きタービンフィン１では、図４（ａ）に示すように、ダクト１５による縮流Ｗの流れ塞き止め効果によりタービン翼の先端部（チップ（Ｔｉｐ））での背面から回り込む水流の発生が防止されたことによるものである。 [Operation 1]
As shown in FIG. 3A, the propeller contracted flow W flows obliquely from the upper right and collides with the upper surface of the duct 15 obliquely. That is, when the flow of the contracted flow W is blocked by the duct 15, the loss of lift at the fixing portion with the duct 15, which is the tip of the turbine blade 11, has been eliminated.
This is supported by comparing FIG. 4 (b) with FIG. 8 (b) used in the description of the conventional turbine fin. FIG. 4B shows the lift distribution on the turbine blade surface as in FIG. 8B, and the tip (the tip portion of the turbine blade 11) from the hub portion that is the root portion of the turbine blade 11. The magnitude of the lift force up to (Tip) is indicated by the length of the arrow pointing to the right.
That is, the lift distribution on the surface of the turbine blade 11 of the turbine fin 1 with the duct is similar to that of the conventional turbine fin 3 in the hub portion, which is the base portion of the turbine blade 11, as shown in FIG. In the tip (Tip), which is the tip of the turbine blade 11, the lift of the conventional turbine fin is “0”, while in the ducted turbine fin 1, the tip of the turbine blade 11 is Although it is smaller than the lift of the middle part, the lift is not “0”. This is because, in the conventional turbine fin, as shown in FIG. 8 (a), a water flow that flows from the rear surface is generated at the tip of the turbine blade (tip). As shown in FIG. 4 (a), the flow blocking effect of the contracted flow W by the duct 15 prevents the generation of water flow from the back surface at the tip (tip) of the turbine blade. .

〔作用２〕
前述したように、ダクト１５の断面形状は翼形となっていて、翼形の最大翼厚は船首側に位置し、キャンバーはタービンハブ３１方向にやや膨らんだ状態となっている。図３（ａ）に示すように、このダクト１５の断面形状により、プロペラ縮流Ｗが斜め右上方から流れてダクト１５を通過するときに、ダクト１５には図３（ｂ）に示すように、右下向き方向（プロペラ３０の中心軸方向）の揚力Ｖｄが発生する。
この揚力Ｖｄは水平方向と垂直方向とに分解することができるが、垂直方向の力はダクト１５の中心軸に向かうことになって、ダクト１５が円筒形であるので結果として打ち消され、水平方向のみの力が生ずることになる。この水平方向の力が前縁推力となる。 [Action 2]
As described above, the cross-sectional shape of the duct 15 is an airfoil, the maximum blade thickness of the airfoil is located on the bow side, and the camber is slightly swollen in the direction of the turbine hub 31. As shown in FIG. 3A, due to the cross-sectional shape of the duct 15, when the propeller contracted flow W flows from the diagonally upper right and passes through the duct 15, the duct 15 has a shape as shown in FIG. Then, a lift Vd in the downward right direction (the direction of the central axis of the propeller 30) is generated.
This lift Vd can be decomposed into a horizontal direction and a vertical direction. However, the vertical force is directed toward the central axis of the duct 15, and the duct 15 is cylindrical. Only the power will be generated. This horizontal force becomes the leading edge thrust.

この〔作用１〕および〔作用２〕の相乗効果により、本願発明では、タービン翼１１の先端部にダクト１５を装備することにより、ダクト１５ではプロペラ縮流Ｗにより前縁推力が発生するとともに、ダクト１５による流れの塞き止め効果によりタービン翼１１の揚力損失が無くなり、また、ダクト１５内面で縮流Ｗの流速が加速されるため、従来のタービンフィン３に比べ、プロペラ翼３３に生ずるスラスト（Ｔ）およびトルク（Ｑ）共に大きく減少することになる。そして、スラスト減少分についではダクトの前縁推力によりキャンセルされるため、結果としてトルクのみ大きく減少することになり、プロペラの推進効率が上昇する。   Due to the synergistic effect of [Action 1] and [Action 2], in the present invention, by installing the duct 15 at the tip of the turbine blade 11, the leading edge thrust is generated in the duct 15 by the propeller contracted flow W. The loss of lift of the turbine blade 11 is eliminated by the flow blocking effect of the duct 15 and the flow velocity of the contracted flow W is accelerated on the inner surface of the duct 15, so that the thrust generated in the propeller blade 33 compared to the conventional turbine fin 3. Both (T) and torque (Q) are greatly reduced. Since the thrust reduction is canceled by the leading edge thrust of the duct, as a result, only the torque is greatly reduced, and the propeller propulsion efficiency is increased.

図５では、ダクト付きタービンフィン１を備える船舶については実線とし、従来のタービンフィン３を備える船舶については点線としていて、Ｒはプロペラ翼の先端部までの半径であり、ｒはプロペラ翼の半径方向の位置を示していて、「０」をハブ部の位置としている。したがって、０≦ｒ≦Ｒであり、０≦ｒ／Ｒ≦１となる。
図５に示すように、ダクト付きタービンフィン１を備える船舶のプロペラ翼に生ずるスラストおよびトルクは半径方向ｒのすべての位置で、従来のタービンフィン３を備える船舶のプロペラ翼に生ずるスラストおよびトルクよりも減少し、ことにトルクについては、大きく減少していることが分かる。前述したように、このトルクの減少分が、プロペラの推進効率の上昇に寄与することになる。 In FIG. 5, a ship including the turbine fin 1 with the duct is a solid line, a ship including the conventional turbine fin 3 is a dotted line, R is a radius to the tip of the propeller blade, and r is a radius of the propeller blade. The position of the direction is shown, and “0” is the hub position. Therefore, 0 ≦ r ≦ R, and 0 ≦ r / R ≦ 1.
As shown in FIG. 5, the thrust and torque generated in the propeller blades of the ship provided with the ducted turbine fins 1 are more than the thrust and torque generated in the propeller blades of the ship provided with the conventional turbine fins 3 at all positions in the radial direction r. It can also be seen that the torque is reduced, and in particular, the torque is greatly reduced. As described above, this decrease in torque contributes to an increase in propulsion efficiency of the propeller.

図１は、実施例に係るダクト付きタービンフィンの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a ducted turbine fin according to an embodiment. 図２は、実施例に係るダクト付きタービンフィンを備えた船舶の船尾部分の側面図である。FIG. 2 is a side view of a stern portion of a ship provided with a turbine fin with a duct according to an embodiment. 図３は、実施例に係るダクト付きタービンフィンの作用説明の断面図と水流との関係図であり、図３（ａ）は、ダクト付きタービンフィンと水流との関係を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ部拡大図であってダクト付きタービンフィンに作用する揚力の説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the operation of the turbine fin with a duct according to the embodiment and a relationship diagram of the water flow, and FIG. 3 (a) is a diagram illustrating a relationship between the turbine fin with the duct and the water flow. 3 (b) is an enlarged view of a portion B in FIG. 3 (a), and is an explanatory view of lift acting on the turbine fin with a duct. 図４は、実施例に係るダクト付きタービンフィンのタービン翼面に生ずる水流図およびタービン翼の揚力分布図であり、図４（ａ）はタービン翼面に生ずる水流図であり、図４（ｂ）はタービン翼面上の揚力分布図である。FIG. 4 is a flow diagram of water flow generated on the turbine blade surface of the turbine fin with duct according to the embodiment and a lift distribution diagram of the turbine blade. FIG. 4A is a flow diagram of water generated on the turbine blade surface, and FIG. ) Is a lift distribution on the turbine blade surface. 図５は、実施例に係るダクト付きタービンフィンを備える船舶のプロペラ翼面と従来のダクト付きタービンフィンを備える船舶のプロペラ翼面に生ずるスラストおよびトルク分布の比較図である。FIG. 5 is a comparison diagram of thrust and torque distribution generated on a propeller blade surface of a ship including a turbine fin with a duct according to an embodiment and a propeller blade surface of a ship including a conventional turbine fin with a duct. 図６は、従来のタービンフィンを備えた船舶の船尾部分の側面図である。FIG. 6 is a side view of a stern portion of a ship provided with a conventional turbine fin. 図７は、従来のタービンフィンの原理の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of the principle of a conventional turbine fin. 図８は、従来のタービンフィンのタービン翼面に生ずる水流図およびタービン翼の揚力分布図であり、図８（ａ）はタービン翼面に生ずる水流図であり、図８（ｂ）はタービン翼面上の揚力分布図である。FIG. 8 is a flow diagram of water flow generated on the turbine blade surface of a conventional turbine fin and a lift distribution diagram of the turbine blade, FIG. 8A is a flow diagram of water generated on the turbine blade surface, and FIG. 8B is a turbine blade surface. It is a lift distribution map on a surface.

符号の説明Explanation of symbols

１ 実施例に係るダクト付きタービンフィン
１１ タービン翼
１３ ダクト
１５１ ダクトの前縁
１５３ ダクトの後縁
３０ プロペラ
３１ ハブ
３３ プロペラ翼 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine fin with a duct concerning an Example 11 Turbine blade 13 Duct 151 Front edge of duct 153 Rear edge of duct 30 Propeller 31 Hub 33 Propeller blade

Claims (3)

ハブに放射状に固着される複数枚のプロペラ翼からなるプロペラの後部にあって、
前記ハブに放射状に固着され該プロペラ翼と同数枚のタービン翼と、
複数枚の前記タービン翼の先端部同士を連結し該タービン翼が固着され、長さ方向の断面が翼形の円筒状のダクトと、からなり、
前記タービン翼のキャンバーの向きは前記プロペラ翼のキャンバーとは逆の向きであり、前記ダクトの翼形の最大翼厚は船首側に位置する、ことを特徴とするダクト付きタービンフィン。 In the rear part of the propeller consisting of several propeller blades fixed radially to the hub,
The same number of turbine blades as the propeller blades fixed radially to the hub;
The turbine blades are connected to each other by connecting the tip portions of the plurality of turbine blades, and the lengthwise cross-section includes an airfoil-shaped cylindrical duct,
The turbine fin with a duct is characterized in that the direction of the camber of the turbine blade is opposite to that of the camber of the propeller blade, and the maximum blade thickness of the airfoil of the duct is located on the bow side. 前記ダクトの直径は前記プロペラ翼の直径の略２４％〜略３２％であり、該ダクトの船首側に位置する翼形の前縁の直径は船尾側に位置する翼形の後縁の直径よりも略０．５％〜１．０％大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のダクト付きタービンフィン。   The diameter of the duct is approximately 24% to approximately 32% of the diameter of the propeller blade, and the diameter of the leading edge of the airfoil located on the bow side of the duct is larger than the diameter of the trailing edge of the airfoil located on the stern side. The ducted turbine fin according to claim 1, wherein the turbine fin is approximately 0.5% to 1.0% larger. 船舷側から見た前記タービン翼の先端の見掛け上の幅は前記ダクトの長さと略同一に形成され、該タービン翼は該ダクト内に収納されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダクト付きタービンフィン。   The apparent width of the tip of the turbine blade viewed from the ship side is formed substantially the same as the length of the duct, and the turbine blade is housed in the duct. Item 3. A turbine fin with a duct according to Item 2.
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