JP2015533356A - ロータ近傍に配置されたフラップを備えたロータを具備した船舶 - Google Patents

Abstract

本発明は、船体（３）およびデッキ（２）と、長手中心線（２０）の周りにデッキ（２）に対して回転可能な周壁（８）を備えた略円筒のロータ（６）と、を具備し、ロータ（６）は、作動状態においてロータ（６）が略垂直に配向されるような様式でデッキ（２）上に搭載された船舶（１）において、フラップ（１８）は回転軸の近傍に配置されて、実質的にロータ（６）の回転軸に平行な面内に延びており、フラップの翼弦長（Ｒｆｃ）は、ロータ（６）の直径（Ｄｒ）の２０％〜９０％の間であり、フラップ（１８）の位置は、長手中心線（２０）に関して調節されることが可能であることを特徴とする船舶（１）に関する。

Description

本発明は、船体およびデッキと、デッキに対して長手中心線の周りに回転可能な周壁を備えた略円筒形のロータと、を具備した船舶であって、ロータはデッキに搭載されており、作動状態において、ロータが略垂直に配向されるようになっている船舶に関する。本発明は、そのようなフラップを備えたロータを作動するための方法にも関する。

ロータ船またはフレットナー船（Flettner ship）は、推進のためにマグナス効果を利用するように設計されている。この効果を巧みに利用するために、船舶は駆動モータを動力源とした円筒ロータを使用している。マグナス効果は、移動している気流中において回転した本体に作用する力であり、気流の方向に直交して作用する。この力は、船舶の推進のために良好に使用され、これによって燃料を節約することが可能である。

そのようなフレットナーロータの欠点は、十分な推進力を船舶に提供するために、それらに大きさが必要であり、したがって重く大きくなることである。結果的に、フレットナーロータはその構成のために大量の材料を利用する。フレットナーロータのさらなる欠点は、低い風速および望まない風向から吹く風の場合には、それらの性能が比較的低いことである。

米国特許第４，６３０，９９７号明細書 米国特許第２，７１３，３９２号明細書

本発明の目的は、前述の欠点の少なくとも１つを克服または改善することである。

本願において、本発明による船舶は、フラップがロータの近傍に配置されて、ロータは実質的にロータの回転軸に平行な面内に延びており、フラップの翼弦長Ｒｆｃは、ロータの直径の２０％〜９０％の間であり、フラップの位置は、長手中心線に関して調節されることが可能であることによって特徴付けられている。フラップは、ロータの揚力を実質的に増大し、したがって、ロータをより小さくすることが可能であり、一方で同じ推進力を生じ、より少ない量の材料を使用して構成されることも可能である。さらに、フレットナーロータの性能は、フラップの調節性のために、低い風速および望まない風向から吹く風の場合において改善されている。

好適に、ロータおよびフラップは重い鋳鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、または高い強度／重量比を有する炭素繊維、およびガラス繊維複合材、のような積層材料から選択された材料によって形成されるが、これらに限定されるものではない。

有利なことに、所定の数値までフラップ翼弦の長さを増大することによって、ロータの力ベクトル、したがって揚力および揚抗比は指数関数的に増大するだろう。そのことはロータを備えたフラップの使用のさらなる利点であり、これは風速が大きい場合に、フラップの使用が１５００ｒｐｍまでのロータの回転速度の増大を可能とするからである。

さらに、フラップは、ロータによって生じる揚力を増大する所定のキャンバを有することが可能である。フラップのキャンバは、１つ以上のヒンジ部品および／またはスロット部品を含み、両方のタックの動作を満足する多くの周知の方法のうちの１つとともに達成され得る。

好適に、フラップは、平板、中空ベーン、または中空翼から選択された断面形状を有するが、これらに限定されるものではない。

有利なことに、所定のキャンバを有するフラップを備えることによって、これには異なった幾何形状を備えたロータに関する追加の解決策が提供され得、適応はロータおよびロータが作動する船舶の幾何形状に依存するだろう。さらに、異なった断面形状を有するフラップを設けることは有利であり、それは、このことがロータに使用される材料を減少させ、揚力を増大し、ロータの揚抗比を減少させるためである。

本発明の好適な実施形態においては、フラップは上端および下端を具備し、フラップの下端はデッキ上に支持された円軌道に沿ってガイドされ、円軌道の中心はロータの長手中心線と整列されている。

このことは、ロータのマグナス効果を最適化するために、ロータの周りのフラップの位置の正確な制御性のための独立したシステムを備える利点を提供している。

さらに、フラップは、フラップの上端を介して、ロータの上端の上または上端における長手中心線上の位置でロータにヒンジ接続されている。

さらに、フラップは上端および下端を具備し、フラップは、フラップの下端を介して、長手中心線上の位置でロータの下端近傍にヒンジ接続されているか、またはフラップは、フラップの上端を介して、長手中心線上の位置でロータの上端近傍においてロータにヒンジ接続されている。他方のフラップ端部も、ロータの長手中心線上の位置において、他のフラップ端に近接したそれぞれのロータ端近傍にヒンジ接続されている。

有利なことに、ロータにヒンジ接続されたフラップを備えることによって、ロータおよびフラップは、容易に組み立ておよび分解されることが可能である。また、この構成はアセンブリに追加の強度を与えるだろう。

ロータは、例えばロータの下端および／もしくは上端またはそれらの間の位置を介して、ロータの周壁に接続された固定マストに回転可能に搭載されることが可能である。

有利なことに、このことはロータからのフラップの自律性を生じ、この方式において、フラップはエネルギ消費を減少させるために、ロータの最適な制御を提供したロータから独立して調節されることが可能である。

したがって、フラップは前縁および後縁を具備し、フラップの前縁は、ロータの周壁から０〜１メートルの間の距離Ｄに配置されている。さらに、フラップにはフラップ位置決め手段が設けられ、この手段は、フラップの翼弦が見掛けの風から３０°〜６０°の間の角度αをなすように、フラップが配置されることを可能にしている。

フラップが異なった距離において、および見掛けの風の特定の角度において配置され得ることは、ロータによって必要とされる追加の揚力を提供するための、フラップの使用の最適化の非常に効果的な方法を有利に提供し、比較的より軽量なロータを備える可能性も提供している。

好適な実施形態においては、フラップは楔フラップであり、ロータの直径Ｄｒの１０％〜７０％の間の翼弦長Ｒｆｃを有する。楔フラップは、後縁に結合した側壁を具備し、側壁は、後縁における結合位置に対して互いに関して１５０°の最大角を有する。

有利なことに、この特別な構成は、フラップの空気力学を改善し、軽量構造を与え、ロータの制御を補助することによってフラップの有効性を増大させている。

したがって、フラップは、フラップの後縁上にウィングレットを具備している。ウィングレットは、フラップの後縁の両側に約０．５〜１メートルだけフラップ翼弦から離れるように横に延び、ウィングレットは、フラップ翼弦Ｒｆｃに略直交して延びている。

有利なことに、フラップの後縁のウィングレットは、フラップ表面の両側のフラップの有効性およびロータ自身の表面の有効性を、ロータの揚抗比を改善することによって増大している。

好適に、ウィングレットは平板、中空ベーン、楔形、または円形から選択された断面形状を備えるが、これらに限定されるものではない。

さらに、本発明は、フラップ翼弦が長手中心線に対して４５°〜６０°の間の角度βを有するように、フラップを配向するステップを含んだ、ロータを操作する方法に関する。

有利なことに、フラップを長手中心線に対して４５°〜６０°の間の角度に配向することによって、ロータおよびフラップは、揚力および揚抗比を増大するために、最大限に機能する。

本発明の実施形態によれば、ロータは同時にフラップとともに垂直位置から水平位置へと折り畳まれることが可能である。ロータおよびフラップの格納は、ロータおよびフラップ端縁が組み立てられた状態にある場合に実行され得る。

船舶を提供することは有利であり、ロータおよびフラップは、ロータおよびフラップの端部の波および風との相互作用を減少するために、強風の状態の際に折り畳まれた位置にある。

それに加えて、船舶にはロータおよびフラップの格納を補助するための油圧システムが設けられ得る。油圧システムは、特に高い湿度および塩濃度が可動部と干渉する場合に、比較的信頼性の高い動作の有利性を提供する。

小さいフラップを備えた高駆動力を生じるためのデバイスは、特許文献１に開示されている。この文献は、非円形中空ボディに対して外向きに突出した小さいフラップを備えた非円形中空ボディを開示している。非円形中空ボディは、非円形ロータの入射角が９０°を下回った場合に、抵抗力を減少させることが可能である。非円形シリンダは、正確に機能するためにうまく配向されなければならず、そうでない場合、非円形シリンダの回転はロータの非円形表面からの気流の離脱を遅らせ且つ減少させ、非円形中空ボディ上の乱流の量は増大する。さらに、特許文献１に開示されたフラップは、本特許出願において言及されたロータとは互換性が無く、それは、特許文献１のボディは機能するために固定されていなければならず、本願に記載された活動的な回転するロータとは対照的である。

さらに、特許文献２は、空気透過性に形成されたシリンダを備えた推進のための船上の垂直円形シリンダの使用を開示しており、シリンダ表面の周りの気流を維持するために、シリンダ内に空気を吸引する。短いデフレクタは、シリンダの周りの離脱した気流に異なった長さの経路を持たせ、シリンダへの横方向力に帰結させる。この構造は、シリンダを動かすために追加の動力を必要とし、駆動の動力を必要とするために多大なエネルギを消費し、同様に所望の推進力を生じさせるために、毎分数百回転でシリンダを連続的に回転させる必要があるため、所望しない機械的な複雑性を必要とする。異なった機構が含まれているために、特許文献２のデフレクタは、これによりフレットナーロータとともに使用されるには不適切である。

本発明の他の特徴および詳細は、図と併用された好適な実施形態の以下の詳細な記載を参照することによって、および添付の請求項から直ちに理解されるだろう。

ロータおよびフラップが備わった船舶の側面を概略的に示した図であり、ロータは船舶のデッキ上に搭載されている。 ロータおよびフラップの表面上に直接流れる風を示した線図である。 組み立てられた状態のロータおよびフラップを示した斜視図である。 組み立てられた状態のロータおよびフラップを示した正面図である。 図４に示された線ＩＶａ−ＩＶａに沿った、組み立てられた状態のロータおよびフラップの横断面を示した図である。 図４に示された線ＩＶｂ−ＩＶｂに沿った、組み立てられた状態のロータおよびフラップの横断面を示した図である。 フラップヒンジを示した斜視図である。 組み立てられた状態の楔フラップおよびウィングレットの詳細を示した図である。 ロータおよびヒンジ接続されたフラップの格納された状態を示した図である。

図１は、作動状態における、本発明の実施形態によるロータ６とフラップ１８とを備えた、船舶１の概略的な側面を示した図である。船舶１には、船体３の上部に形成されたデッキ２が設けられている。ロータ６は好適に略円筒形であり、船舶１のデッキ２上に配置されている。ロータ６は、デッキ２に対して長手中心線２０の周りに回転可能な周壁８を具備している。ロータ６は、上端６ａおよび下端６ｂをさらに具備している。ロータに平行に、フラップ１８が設けられ、フラップはロータ６に対して自由に回転する。自由な回転は、ロータ６の長手中心線２０の周りの回転に関連している。フラップ１８は、上端１８ａおよび下端１８ｂを具備している。フラップ１８は、その下端１８ｂにおいて、自由な回転を提供するための、デッキ２上に支持された円軌道に沿ってガイドされる手段を具備している。フラップ１８の下端１８ｂは、固定のまたは可変の経路を備えた、フラップ１８をガイドするための軌跡のような異なった手段によって、ガイドされ得る。また、フラップの下端１８ｂの下に配置されたホイールが、ロータ６の周りにフラップ１８をガイドするために使用され得る。

構造の変形において、ここに示されたロータ６およびフラップ１８は格納可能／拡張可能とすることが可能であり、デッキ２から受け入れチャンバ（図示略）内へと格納状態に折り畳まれることが可能である。

代替的に、フラップ１８は、長手中心線２０の位置においてその上端１８ａ近傍でロータ６にヒンジ接続または回動可能に接続され得る。好適な実施形態においては、フラップ１８は、長手中心線２０の位置においてその下端１８ｂ近傍でロータ６にヒンジ接続されて、その下端１８ｂ近傍においてロータ６とフラップ１８とを接続したヒンジ手段の内部に挿入されたベアリングを利用して、またはヒンジ手段内に実施された何らかの手段を利用して回転されることが可能である。

図２は、楔フラップ１８を具備したロータ６の線図を示しており、結果的にロータ６の揚力および揚抗比を増大させるために、ロータ６および楔フラップ１８の動作を生じさせる風の流れが配向されている。さらに、楔フラップ１８は、後縁２７において一体に結合された側壁２４ａ、２４ｂを具備している。さらに、楔フラップ１８の各側壁２４ａ、２４ｂは、概略ロータ６の回転軸に平行な面内に延びた、ロータ６近傍に配置された前縁２６を具備している。

楔フラップ１８の側壁２４ａ、２４ｂには、弱い風の流れにおける揚力を改善するために、異なったキャンバが設けられることが可能であることが理解される。１つの特別な形式において、側壁２４ａ、２４ｂは、風の流れ方向に対して凹面を備えることが可能である。

楔フラップの翼弦長Ｒｆｃは、ロータ６の直径Ｄｒよりも概略小さいことが理解されるだろう。楔フラップ１８は、風の流れ方向に対して所定のフラップ角度を有するように示されている。相対的な風速の流れは、デッキ２に対して長手中心線２０の周りにロータ６を回転させる。フラップ角は、見掛けの風の流れに対して好適に３０°〜６０°の間である。

図３は、組み立てられた状態のロータ６および楔フラップ１８を示している。楔フラップ１８は、下部６ｂおよび上部６ａにおいてヒンジ手段によってロータ６にヒンジ接続されていることが理解される。図示されたように、ヒンジ３６は、ロータ６およびフラップ１８の上端６ａおよび１８ａにおいて、ロータ６を楔フラップ１８と接続している。ヒンジは、締結手段３８を利用してロータ６の上端に固定されている。締結手段３８はネジ、ピン、ボルト、またはナットから選択されているが、これらに限定されるものではない。図示されたように、固定マスト７はロータ６の下端６ｂ近傍において、ロータ６に接続されている。さらに、楔フラップ１８は後縁２７においてウィングレット３０を具備し、このウィングレットはフラップ後縁２７の両側に縦に延びて、両側に好適に０．５〜１メートル延びている。ここで表された楔フラップ１８は、ロータ６の周壁８から距離Ｄだけ離間されている。ロータ６の周壁８と楔フラップ１８の前縁２６との間の距離Ｄは、好適に０〜１メートルの間であり、最も好適には０．５〜１メートルの間であり、そのような距離Ｄは、フラップ翼弦長Ｒｆｃまたはロータ６の直径Ｄｒのような異なったパラメータに依存している。さらに、固定マスト７内に滑り込んだフラップヒンジ４４は、その下部１８ｂにおいてフラップ１８と組み立てられた状態において見られることが可能である。

図４は、組み立てられた状態におけるロータ６およびフラップ１８の正面を示している。線ＩＶａ−ＩＶａおよび線ＩＶｂ−ＩＶｂに沿った、組み立てられた状態におけるロータ６およびフラップの横断面が、それぞれ図４ａおよび図４ｂに示されている。ロータ６は、ロータ６の全高を画定した上部プレート３２および下部プレート３４を具備している。下部プレート３４は、固定マスト７上に配置されている。上部プレート３２および下部プレート３４の両方は、ロータ６の周壁８の両側に横に延びている。下部プレート３４が楔フラップ１８の形状と一致した後縁を具備していることが、線ＩＶａ−ＩＶａに沿った横断面図の視点から理解される。さらに、楔フラップ１８がロータ６から距離Ｄだけ離れて配置されていることが、線ＩＶａ−ＩＶａおよび線ＩＶｂ−ＩＶｂに沿った横断面図から理解される。さらに、楔フラップ１８は、ロータ６の回転軸に略平行に延び、楔フラップ１８の下端１８ｂはその最下部において、横断面ＩＶｂ−ＩＶｂに示されたように、固定マスト７に略平行である。固定マスト７の直径Ｄｍは、好適にロータ６の直径の５０％〜８０％の間である。フラップ翼弦長Ｒｆｃが好適にロータ６の直径Ｄｒの１０％〜７０％の間、最も好適に４０％〜７０％の間であることが理解されるだろう。フラップ翼弦Ｒｆｃの全長は、例えばロータ６の直径Ｄｒの５０％となり、ロータ６の周壁８との間の距離Ｄは２０％となるように適合されている。

図５は、分解された状態におけるフラップヒンジ４４の斜視図を示している。フラップヒンジ４４は、リング部４６および支持部４８を具備している。リング部４６は、その内側に上部ベアリング４０および下部ベアリング４２を具備している。フラップヒンジ４４は固定マスト７内に滑り込み、一方で、フラップ１８はフラップヒンジ４４の支持部４８に堅固に接続されている。上部ベアリング４０および下部ベアリング４２は、長手中心線２０に関するフラップヒンジ４４の回転を補助し、フラップ１８はロータ６の回転軸に平行に配向されることが可能であることが理解される。さらに、上部ベアリング４０および下部ベアリング４２は、固定マスト７に対するフラップ１８の相対動作に寄与している。

図６は作動状態にある楔フラップ１８を示しており、楔フラップは後縁２７を具備し、ウィングレット３０はフラップ後縁２７に堅固に接続されている。楔フラップ１８が三角形支持構造２５をさらに具備し、この支持構造は楔フラップ１８に追加の強度を与え、したがって強風の状態の際に構造的安定性を増長させていることが理解されるだろう。さらに、支持構造２５は、好適にフラップ翼弦長Ｒｆｃの４０％〜７０％の間の翼弦長Ｒｓを有する。図に見られるように、ウィングレット３０は、フラップ後縁２７の両側に均等に延びた対称構造を備えている。

図７は、組み立てられた状態のロータ６およびフラップ１８を示しており、アセンブリは略水平な格納位置にある。ロータ６およびフラップ１８は、下側ヒンジ部５２および上側ヒンジ部５４を具備した対称のヒンジアセンブリ５０によって支持されている。下側ヒンジ部５２は、デッキ２に堅固に取り付けられている。ピストンを具備した油圧システムは、ロータ６およびフラップ１８を下側ヒンジ部５２と、したがって、船舶１のデッキ２と接続している。油圧システムは、中空シリンダ５６内で往復可能な円筒ボディ５８を具備している。中空シリンダ５６は上側ヒンジ部５４をフラップヒンジ４４と接続し、一方で円筒ボディ５８は下側ヒンジ部５２を上側ヒンジ部５４と接続している。円筒ボディ５８の反対側では、下側ヒンジ部５２および上側ヒンジ部５４が互いに接続されている。油圧システムは、下側ヒンジ部５２と上側ヒンジ部５４との間の傾斜角を限定するだろう。好適に、傾斜角は７０°〜９０°の間である。

１ ・・・船舶
２ ・・・デッキ
３ ・・・船体
６ ・・・ロータ
７ ・・・固定マスト
８ ・・・周壁
１８ ・・・フラップ
２０ ・・・長手中心線
２４ａ、２４ｂ ・・・側壁
２５ ・・・支持構造
２６ ・・・前縁
２７ ・・・後縁
３０ ・・・ウィングレット
３２ ・・・上部プレート
３４ ・・・下部プレート
３６ ・・・ヒンジ
３８ ・・・締結手段
４０ ・・・上部ベアリング
４２ ・・・下部ベアリング
４４ ・・・フラップヒンジ
４６ ・・・リング部
４８ ・・・支持部
５０ ・・・ヒンジアセンブリ
５２ ・・・下側ヒンジ部
５４ ・・・上側ヒンジ部
５６ ・・・中空シリンダ
５８ ・・・円筒ボディ

Claims (15)

1. 船体（３）およびデッキ（２）と、
   長手中心線（２０）の周りに前記デッキ（２）に対して回転可能な周壁（８）を備えた略円筒のロータ（６）と、を具備し、
   前記ロータ（６）は、作動状態において前記ロータ（６）は略垂直に配向されるような様式で前記デッキ（２）上に搭載された船舶（１）において、
   フラップ（１８）は、実質的に前記ロータ（６）の回転軸に平行な面内に延びた前記ロータ（６）の近傍に配置されており、前記フラップの翼弦長（Ｒｆｃ）は、前記ロータ（６）の直径（Ｄｒ）の２０％〜９０％の間であり、前記フラップ（１８）の位置は、前記長手中心線（２０）に関して調節されることが可能であることを特徴とする船舶（１）。
2. 前記フラップ（１８）は上端（１８ａ）および下端（１８ｂ）を具備し、前記フラップの下端（１８ｂ）は前記デッキ（２）上に支持された円軌道に沿ってガイドされ、前記円軌道の中心は前記ロータ（６）の長手中心線（２０）と整列されていることを特徴とする請求項１に記載の船舶（１）。
3. 前記フラップ（１８）は、前記フラップ（１８）の上端（１８ａ）を介して、前記ロータの上端（６ａ）の上または上端における前記長手中心線（２０）上の位置で前記ロータ（６）にヒンジ接続されていることを特徴とする請求項２に記載の船舶（１）。
4. 前記フラップ（１８）は上端（１８ａ）および下端（１８ｂ）を具備し、前記フラップ（１８）は、前記フラップ（１８）の下端（１８ｂ）を介して、前記長手中心線（２０）上の位置で前記ロータの下端（６ｂ）近傍にヒンジ接続されているか、または前記フラップ（１８）は、前記フラップ（１８）の上端（１８ａ）を介して、前記長手中心線（２０）上の位置で前記ロータの上端（６ａ）近傍において前記ロータ（６）にヒンジ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の船舶（１）。
5. 他方のフラップ（１８）端部も、前記長手中心線（２０）上の位置において、他のフラップ端（１８ａ；１８ｂ）に近接したそれぞれのロータ端（６ａ；６ｂ）近傍において前記ロータ（６）にヒンジ接続されていることを特徴とする請求項４に記載の船舶（１）。
6. 前記フラップ（１８）は、前縁（２６）および後縁（２７）を具備していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の船舶（１）。
7. 前記フラップ（１８）の前縁は、前記ロータ（６）の周壁（８）から０〜１メートルの間の距離（Ｄ）に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の船舶（１）。
8. 前記フラップ（１８）にはフラップ位置決め手段が設けられ、該手段は、前記フラップの翼弦が見掛けの風から３０°〜６０°の間の角度（α）をなすように、前記フラップ（１８）が配置されることを可能にしていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の船舶（１）。
9. 前記フラップ（１８）は、楔フラップであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の船舶（１）。
10. 前記楔フラップ（１８）の翼弦長（Ｒｆｃ）は、前記ロータ（６）の直径（Ｄｒ）の１０％〜７０％の間であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の船舶（１）。
11. 前記楔フラップ（１８）は、前記後縁（２７）に結合した側壁（２４ａ、２４ｂ）を具備し、該側壁は、前記後縁における結合位置に関して互いに対して１５０°の最大角を有することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の船舶（１）。
12. 前記フラップ（１８）は、前記フラップの後縁（２７）上にウィングレット（３０）を具備していることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか一項に記載の船舶（１）。
13. 前記ウィングレット（３０）は、前記フラップの後縁（２７）の両側に約０．５〜１メートルだけ前記フラップ翼弦から離れるように横に延びていることを特徴とする請求項１２に記載の船舶（１）。
14. 前記ウィングレット（３０）は、前記フラップ翼弦（Ｒｆｃ）に略直交して延びていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の船舶（１）。
15. 前記フラップ翼弦が前記長手中心線（２０）に対して４５°〜６０°の間の角度（β）を有するように、前記フラップ（１８）を配向するステップを含んでいることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のロータ（６）を操作する方法。

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