JP5196478B2

JP5196478B2 - Ｐｏｄ型推進装置および船舶

Info

Publication number: JP5196478B2
Application number: JP2008164242A
Authority: JP
Inventors: 聖始増田
Original assignee: Japan Marine United Corp
Current assignee: Japan Marine United Corp
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: JP2010006106A

Description

本発明はＰＯＤ型推進装置および船舶、特に、船舶に設置され、ポッドがプロペラ後流の中に位置することになるトラクター型のＰＯＤ型推進装置と、該ＰＯＤ型推進装置を有する船舶に関する。

従来、船舶のＰＯＤ型推進装置は、船体の下方に突き出すように設置されるものであって、流線形の収納容器（以下、「ポッド」と称す）と、ポッドの先端側に形成された回転部（以下、「ハブ」と称す）と、ハブに固定されたプロペラと、ポッドを船体に固定するストラットと、ポッドに収納されたプロペラ回転手段または船体側からプロペラに回転を伝達する回転伝達手段と、を有している。
そして、プロペラによってその後方に形成された流体の流れ（以下、「プロペラ後流」と称す）は、ポッドにまとわりつくように螺旋状を呈するとの認識の元に、推進性能の向上を図ろうとする発明が開示されている（例えば、特許文献１〜５参照）。

特開２００４−２４９８７４号公報（第３−４頁、図１）特開２００３−２００８９２号公報（第３−４頁、図２）特開２００３−２００８９１号公報（第３−４頁、図３）特開平７−１９５６０８５号公報（第３−４頁、図１）特開２００４−９０８４１号公報（第４−５頁、図２）

しかしながら、特許文献１−５に記載された発明は、何れもプロペラに形成される一方向に旋回する旋回流（以下「プロペラ旋回流」と称す）にのみ着目し、これを回収するために左右対称に翼を設置したものであった。
ところが、実際は、ポッドの周囲には、船体が発生する縦渦（左右略対称）とプロペラ旋回流とが合わさった左右非対称な旋回流が生じている。このため、一方の側面で旋回流の回収に好適な形状にしても、他方の側面ではかえって翼自体の抵抗になり、所望のエネルギ回収ができないという問題があった。
また、翼形状のフィンは製作が困難であるため、製造コストが上昇するという問題があった。

本発明は上記問題を解決するものであって、効率の良いエネルギ回収が可能になるＰＯＤ型推進装置、および該ＰＯＤ型推進装置を有する船舶を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るＰＯＤ型推進装置は、船体に設置されたストラットと、
該ストラットに固定されたポッドと、
該ポッドの先端側に回転自在に設置されたプロペラと、
該プロペラを回転させる回転手段または回転伝達手段と、
前記船体が形成する船体縦渦の方向と前記プロペラが形成するプロペラ旋回流の方向とが略同じになる前記ポッドの側面に設置された大型翼と、
前記船体が形成する船体縦渦の方向と前記プロペラが形成するプロペラ旋回流の方向とが略反対になる前記ポッドの側面に設置された、前記大型翼よりも小さな小型翼と、
を有することを特徴とする。

（２）前記大型翼および前記小型翼が、平面視において略矩形状の断面矩形の板材によって形成されてなることを特徴とする。

（３）本発明に係る船舶は、船体と、
該船体に設置された前記（１）または（２）記載のＰＯＤ型推進装置と、
を有することを特徴とする。

本発明に係るＰＯＤ型推進装置および船舶は以上の構成であるから、以下の効果を奏する。
（ｉ）非対称な旋回流に直目して、船体縦渦とプロペラ旋回流とが合わさった大きな旋回流（下降流、場合によっては上昇流）の側には大型翼を配置して、大きな揚力を得ることによって推力を大きくし、反対に、船体縦渦とプロペラ旋回流とが打ち消しあった小さな旋回流（上昇流、場合によっては下降流）の側には小型翼を配置して、翼自体の摩擦抵抗や形状抵抗を小さくしているから、船体が形状抵抗として失ったエネルギもプロペラ後流の旋回エネルギと同時に回収することが可能になる。よって、大きなエネルギを回収することができるから、推進効率が向上する。
（ｉｉ）前記大型翼および前記小型翼が、略矩形状の板材（通常の鋼板を切り出したもの）によって形成されるから、製造コストが格段に安価になる。

（ｉｉｉ）本発明に係る船舶は、前記効果を奏する前記（１）または（２）記載のＰＯＤ型推進装置を有するから、推進性能が向上し、さらに、製造コストを低く抑えることができる。

［実施形態１：一軸船］
図１は、本発明の実施形態１に係るＰＯＤ型推進装置を説明するものであって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図である。なお、各図において、それぞれの部材は模式的に示されているため、その寸法等は図示されたものに限定されるものではない。

（ＰＯＤ型推進装置）
図１において、ＰＯＤ型推進装置１０は、船舶の船体１に設置されるものであって、プロペラ４と、プロペラ４を具備するポッド本体３と、ポッド本体３を船体１に設置するためのストラット２と、を有している。
ポッド本体３は、船首側に紡錘状のハブ（ポッド後端部）３ａと、船尾側に紡錘状のコーン（ポッド後端部）３ｃと、円筒状または樽状のポッド中央部３ｂと、を具備している。そして、プロペラ４によってポッド本体３に向かう水流が形成されるもの、すなわち、プロペラ４によってポッド本体３が牽引されるものである。
なお、本発明はプロペラ４を回転する機構を限定するものではなく、ポッド本体３内に回転駆動手段が配置されたものでも、船体１に設置された回転駆動手段からの回転をストラット２を経由して伝達するものであってもよい。

（ＶＡＮＥ）
ポッド本体３の側面にはポッド本体の軸方向に平行で、ポッド本体の側面の法線方向に位置するように、略矩形板からなる大型翼５ａおよび小型翼５ｂが固定されている。大型翼５ａと小型翼５ｂとは、プロペラ４の中心（ポッド本体３の中心に同じ）を挟んで互いに対称の位置に（水平に相当する）配置されている。
なお、本発明は、大型翼５ａおよび小型翼５ｂが水平であるものに限定するものではなく、流れに対して所定の仰角を設けて配置されたものであってもよい。

ポッド本体３は、船首側に紡錘状のハブ（ポッド後端部）３ａと、船尾側に紡錘状のコーン（ポッド後端部）３ｃと、円筒状または樽状のポッド中央部３ｂと、を具備している。なお、本発明はプロペラ４を回転する機構を限定するものではなく、ポッド本体３内に回転駆動手段が配置されたものでも、船体１に設置された回転駆動手段からの回転をストラット２を経由して伝達するものであってもよい。

（旋回流）
図２および図３は、本発明の実施形態１に係るＰＯＤ型推進装置の周囲の流れを説明するためのものであって、図２の（ａ）は船尾縦渦を模式的に示す背面図、図２の（ｂ）はプロペラ旋回流を模式的に示す背面図、図２の（ｃ）は船尾縦渦とプロペラ旋回流が合わさった合計旋回流を模式的に示す背面図、図３は合計旋回流の計測結果を示す背面図である。
図２の（ａ）において、船体１の船尾には、船体中央に向かって巻き込むような船尾縦渦Ｓａ、Ｓｂが形成される。船尾縦渦Ｓａと船尾縦渦Ｓｂとは左右略対称であって、ポッド本体３の両側では下降流が形成されている。
図２の（ｂ）において、プロペラ４が時計回りに回っているため、プロペラ旋回流Ｐも又、時計回りの流れに形成されている。すなわち、ポッド本体３の右側（右舷側に同じ）では下降流が、ポッド本体３の左側（左舷側に同じ）では上昇流が、それぞれ形成されている。
図２の（ｃ）および図３において、船尾縦渦Ｓａ、Ｓｂがプロペラ旋回流Ｐによって捩られ、大小２つの合計旋回流Ｃａ、Ｃｂになっている。すなわち、ポッド本体３の右側では強い下方向の合計旋回流Ｃａが形成され、一方、ポッド本体３の左側では緩やかな略一様な上方向の合計旋回流Ｃｂがそれぞれ形成されている。

（作用）
図４は、本発明の実施形態１に係るＰＯＤ型推進装置の作用を説明するためのものであって、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図である。
図４において、ポッド本体３の右舷側には、大型翼５ａが設置されているから、前記強い下方向の合計旋回流Ｃａによって、大きな揚力Ｆａが生じる。よって、揚力Ｆａの水平方向成分として大きな推力Ｄａが得られる。
一方、ポッド本体３の左舷側には、小型翼５ｂが設置されているから、前記緩やかな上方向の合計旋回流Ｃｂによって、小さな揚力Ｆｂが生じる。よって、揚力Ｆｂの水平方向成分として小さな推力Ｄｂが得られる。このとき、小型翼５ｂにかかる荷重度は小さく、剥離のおそれも小さい。また、翼自体の摩擦抵抗や形状抵抗が小さく抑えられるため、全体として推力Ｄｂは小さいものの、推進効率を高めている。

すなわち、ＰＯＤ型推進装置１０は、船体が作る船体縦渦の影響を考慮して、左右非対称の大型翼５ａおよび小型翼５ｂを対向する位置に配置しているから、船体１の形状抵抗として失ったエネルギとプロペラ後流の旋回エネルギとの両方を同時に回収することができるから、高い推進効率を得ることができる。
なお、以上は、大型翼５ａおよび小型翼５ｂをそれぞれ１枚のみ有する場合を示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、一方または両方が複数枚であってもよい。

なお、大型翼５ａおよび小型翼５ｂの大きさの割合等は限定するものではなく、合計旋回流Ｃａ、Ｃｂの相違の程度に応じて適宜決定されるものである。
なお、何れの側を大型翼５ａ（小型翼５ｂ）にするのかを決定するには、プロペラが船尾から見て時計回りの場合、以下の式１によって定義される循環「Γ_PDO」の正負による。
すなわち、「Γ_PDO ≧０」のとき、左舷側を小型翼５ｂに、右舷側を大型翼５ａにする。一方、「Γ_PDO ＜０」のとき、左舷側を大型翼５ａに、右舷側を小型翼５ｂにする。
なお、式１において循環を示すΓ_portおよびΓ_hullについては、船尾から見て時計回りの循環を正とし、反時計回りを負とする。

［実施形態２：二軸船］
図５は、本発明の実施形態２に係るＰＯＤ型推進装置を説明する背面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、それぞれの部材は模式的に示されているため、その寸法等は図示されたものに限定されるものではない。

（ＰＯＤ型推進装置）
図５において、ＰＯＤ型推進装置２０は、左弦寄りに配置されたＰＯＤ型推進装置１０_PORTと、右弦寄りに配置されたＰＯＤ型推進装置１０_STBとから形成されている。ＰＯＤ型推進装置１０_PORTおよびＰＯＤ型推進装置１０_STB は、ＰＯＤ型推進装置１０（実施の形態１）に同じであるから、共通する内容については説明を省略する。
すなわち、船体６には、左舷寄りには時計回りに回転するプロペラ（図示しない）と、右舷寄りには反時計回りに回転するプロペラ（図示しない）と、が設置されている。

したがって、左舷寄りのＰＯＤ型推進装置１０_PORTの回りには、時計回りのプロペラ旋回流Ｐ_PORTと、時計回りの船尾縦渦Ｓ_PORTと、が形成され、船体６の幅方向の中央側で強い下降流が生じ、左舷側で緩やかな上昇流が生じている。このため、船体６の幅方向の中央側には大型翼５ａが、左舷側には小型翼５ｂが、それぞれ設置されている。
一方、右舷寄りのＰＯＤ型推進装置１０_STBの回りには、反時計回りのプロペラ旋回流Ｐ_STBと、反時計回りの船尾縦渦Ｓ_STBと、が形成され、船体６の幅方向の中央側で強い下降流が生じ、左舷側で緩やかな上昇流が生じている。このため、船体６の幅方向の中央側には大型翼５ａが、左舷側には小型翼５ｂが、それぞれ設置されている。

よって、ＰＯＤ型推進装置２０は、ＰＯＤ型推進装置１０（実施の形態１）と同じ理由により、船体が作る船体縦渦の影響を考慮して、左右非対称の大型翼５ａおよび小型翼５ｂを対向する位置に配置しているから、船体６の形状抵抗として失ったエネルギとプロペラ後流の旋回エネルギとの両方を同時に回収することができるから、高い推進効率を得ることができる。

なお、二軸船の左舷寄りに配置されたＰＯＤ型推進装置１０_PORTおよび右舷寄りに配置されたＰＯＤ型推進装置１０_STBのそれぞれにおいて、何れの側を大型翼５ａ（小型翼５ｂ）にするのかを決定するには、プロペラが船尾から見て時計回りの場合、以下の式２によって定義される循環「Γ_{PDO_PORT}」の正負、および以下の式３によって定義される循環「Γ_{PDO_STB}」の正負、による。
すなわち、左舷寄りのＰＯＤ型推進装置１０_PORTにおいて、「Γ_{PDO_PORT}≧０」のとき、左舷側を小型翼５ｂに、船体中央側を大型翼５ａにする。一方、「Γ_{PDO_PORT}＜０」のとき、左舷側を大型翼５ａに、船体中央側を小型翼５ｂにする。
また、右舷寄りのＰＯＤ型推進装置１０_STBにおいて、「Γ_{PDO_STB}≧０」のとき、船体中央側を大型翼５ａに、右舷側を小型翼５ｂにする。一方、「Γ_{PDO_STB}＜０」のとき、船体中央側を小型翼５ｂに、右舷側を大型翼５ａにする。
なお、式２において循環を示すΓ_portおよびΓ_hullについては、左舷側は船尾から見て時計回りの循環を正とし、反時計回りを負とし、一方、右舷側は船尾から見て時計回りを負とし、反時計回りを正とする。

本発明は以上の構成であって、効率の良いエネルギ回収が可能になるから、各種ＰＯＤ型推進装置、およびこれを有する各種船舶として広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係るＰＯＤ型推進装置を説明する三面図。図１に示すＰＯＤ型推進装置の周囲の船尾縦渦、プロペラ旋回流および合計旋回流を模式的に示す背面図。図１に示すＰＯＤ型推進装置の周囲の合計旋回流の計測結果を示す背面図。図１に示すＰＯＤ型推進装置の作用を説明するための背面図および側面図。本発明の実施形態２に係るＰＯＤ型推進装置を説明する背面図。

符号の説明

１船体（実施の形態１）
２ストラット
３ポッド本体
４プロペラ
５ａ大型翼
５ｂ小型翼
６船体（実施の形態２）
１０ＰＯＤ型推進装置（実施の形態１）
２０ＰＯＤ型推進装置（実施の形態２）
１０_PORT ＰＯＤ型推進装置（左舷寄り）
１０_STBＰＯＤ型推進装置（右弦寄り）

Claims

船体に設置されたストラットと、
該ストラットに固定されたポッドと、
該ポッドの先端側に回転自在に設置されたプロペラと、
該プロペラを回転させる回転手段または回転伝達手段と、
前記船体が形成する船体縦渦の方向と前記プロペラが形成するプロペラ旋回流の方向とが略同じになる前記ポッドの側面に設置された大型翼と、
前記船体が形成する船体縦渦の方向と前記プロペラが形成するプロペラ旋回流の方向とが略反対になる前記ポッドの側面に設置された、前記大型翼よりも小さな小型翼と、
を有することを特徴とするＰＯＤ型推進装置。
前記大型翼および前記小型翼が、平面視において略矩形状の断面矩形の板材によって形成されてなることを特徴とする請求項１記載のＰＯＤ型推進装置。
船体と、
該船体に設置された請求項１または２記載のＰＯＤ型推進装置と、
を有することを特徴とする船舶。