JPH06508319A - 推進性スラストリングシステム - Google Patents
推進性スラストリングシステムInfo
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- JPH06508319A JPH06508319A JP5500913A JP50091392A JPH06508319A JP H06508319 A JPH06508319 A JP H06508319A JP 5500913 A JP5500913 A JP 5500913A JP 50091392 A JP50091392 A JP 50091392A JP H06508319 A JPH06508319 A JP H06508319A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の名称
推進性スラストリングシステム
技術分野
この発明は、一般にファンおよびプロペラによって流体を動かし混合するための
改善した方法、そしてまたプロペラおよびファン駆動の乗物、特に船舶およびあ
らゆる型の航空機、ファン、その他の流体駆動装置用のスラスト(推力)を増大
し、制御するための改善した推進システムに関するものである。
背景技術
プロペラまたは関連する回転形態のもの、例えばローター、ファンおよびスクリ
ューは、船舶および航空機の設計において肝要な面である。現在の船舶スクリュ
ーは低効率であり、それは高い騒音と言う特徴のためで、羽根における水の空洞
発生作用によって性能が制限されている。現在の船舶スクリューなとか、水中の
マネティ(海生)、人々、そして沈んで見えない物体と衝突したときの安全性の
欠如は、日々の新聞でしばしば報じられている。毎時60マイルで動いている小
型船を正確に停止させられるかとうかは疑問である;他の船舶、泳いでいる人達
、および残骸物との衝突を回避する助けとなる実際的なブレーキシステムは、現
在存在しない。低速度で回転する大型のプロペラは、船の設計上必要な選択であ
り、船舶スクリュー寸法の関係の故に、船体から生じる著しい流れ妨害があり、
結果的には一層低い効率をもたらす。
飛行機のプロペラおよびヘリコプタ−の尾部ローターは、許容できる程度の効率
を得るために、比較的低い誘起加速度の流れを有する大量の空気を動かさねばな
らない。そのようなローターの寸法は、相対的に制限される。
それ数十分なスラストを生成するために、これらのローターは、羽根の短端速度
を高くして駆動される。高い〔スラスト/短端速度〕の比の条件により生成され
る短端の渦巻は、システムの騒音を増加させる。
それ故、プロペラのスラスト、馬力を強化し、プロペラの騒音を減らすことによ
ってプロペラが生成する性能を改善する構造的なシステムが必要である。また動
きの不活発または活発な物体にプロペラが衝突したときに安全性を確保し、プロ
ペラの性能を不利にすることなしにプロペラを保護するケージの必要性も存在す
る。さらに船舶、航空機、ヘリコプタ−およびファンに使用されるプロペラの動
作から発生する騒音レベルを減らす必要性も存在する。
プロペラ、スクリュー、安全装置の分野について、またプロペラのスラストを増
加させる手段について、これまでの特許か詳しく調査され、つぎの結果を得た。
M、 S、 Sma l lに付与された米国特許N(L 4.689.026
は、プロペラスクリューに関するもので、スクリューを取り囲む方形のトンネル
を示しており、このシステムは、トンネルのすみ及び水の回転損失の故に過大な
水の抵抗および低い流動効率を有するものと思われる。
米国特許Nα4.666、411は、管状の、船の伴流発生機のためのものであ
り、これはまた高い水の抵抗をもち無推進力の代物である。
V、 W、 Toneに付与された米国特許NCL 4.03+、 846は、
案内駆動装置と円錐形の半カバーについて記載し、それは反通風板として作用す
るかも知れないが、明らかに推進力を発生するものではないと思われる。プロペ
ラの先端のみをカバーする円錐板として、それは安全防護物としての作用はしな
いものと思われる。
米国特許Nα3.742.895は、プロペラ伴流中の操舵用の舵について記載
しており、私の発明には関係しない。
米国特許Nα3.528.382は、伴流をまっすぐにすることによってその伴
流中の回転エネルギを回収するため、流れをまっすぐにする装置について記載し
ている。この事は、伴流速度測定を行ってシャフトの回転軸に対して高々15°
以下という流れの斜交角を示すことで、最善のときてさえ生しるスラスト利得は
小さいことを示している。
この事は、反回転ベーンに対する抗力が存在しなかった場合、精々3.596の
スラストを増加させるものと思われ、評価できる積極的なスラスト効果は期待て
きない。
米国特許Nα4.580.517は、管内に配置した、おおい隠されたプロペラ
について記載している。これは、前方運動では推進力を発生しないシュララドン
ステムである。
この管は静力学的スラスト状態ではスラストを改善するが、運動に必要なパワー
に大きな不利を強いるような高い抵抗を、速度増加と共に有するに至る。
米国特許Nα3.722.454は、プロペラに隣接する長い、流体の管を示し
ている。前方への運動の間に起こるこの装置の高い表面摩擦のため極端な動力を
必要とし、しかも前進速度は非常に低いから、その装置の使用は除外される。
米国特許Nα4.441.163は、プロペラを保護するための、推進力を発生
しないケージを示している。このケージは、推進力を発生しない性質のものであ
るから、ある適当な動作速度において過大な力を必要とする。
D、 C,Babusに付与された米国特許N[L 4.078..516は、
上記した同し高い抗力特性を有する、推進力を発生しないケージを再度示してい
る。
Freibheim Zimmerに付与された米国特許N(L 3.968.
944は、入口に配置した、プロペラを有するテーパー付き収縮シュラウドを示
している。これは、シュラウドが推進力を発生しない性質のものであるから、こ
れもまた高い抵抗のある代物を提供するだろう。
シュラウドまたはトンネルについて記載している上記の従来技術の大部分は、人
および/または海洋生物かプロペラと接触しないように保護するが、効率的な性
能を犠牲にし、かつこれらのものが高い抵抗の代物であるため大きな動力を必要
としていることに気付かれるだろう。
私の発明は、同じ速度を出すために必要な通常のプロペラ動力のたった半分(1
/2)と言う小さい入力を用いてさえも推進力を発生するスラストを増加させつ
つ、ケージによって提供される安全性を達成している。
H,E、 Lemon tに付与された関連特許Na 4.506.849、「
ヘリコプタ−ロータのスラストリング」は尾部ローターの周囲に単一のスラスト
リングを使うことを記載している。主ローターからおよび平行移動飛行(tra
nslational flight)から生じる両方の交差流は、スラストリ
ングから発生するスラストを強めるために使用される。軸方向の推進力を十分増
加させるために、単一のスラストリングを採用するに必要なその面積は、余りに
多くの抗力を課すことになり、軸方向に高速モードで成功裏に動作させることは
不可能になるものと考えられる。
タウンエンドリング(星形状配置の航空機エンジンを流線型にする初期の方法)
は、航空機のプロペラを取り囲んでスラストを増大させるために使用された。こ
れは、上記の特許Nα3.722.454及びNα3.969.944のシュラ
ウドを使った航空機の変形である。船舶にあてはまる同じ難点は、また航空の応
用にもあてはまる。これらのタウンエンドリングは、静力学的な地上のスラスト
を増大させる一方、航空機の並みの平行移動速度Cmoderate tran
slational 5peed)では、抵抗がスラスト増加の効果とすぐに等
しくなり、正味の有効性をゼロまで減らす。
輸送用航空機は、騒音抑制のためダクト/カウリングシステム内に封入された、
推進力を発生するファンを使用する。ファンの羽根がダクト内に配置されるとき
、カウルリップ上の負の空気圧の分布によりスラストを強めること、そしてまた
羽根短端の渦を消去することが要求される。並進と交差の流れを伴うダクトリッ
プ圧力の変動は、ダクト内部の空気速度の方向と大きさに変化を起こし、ファン
内部の面速度分布に変化をもたらす。この事は、ダクト内の半径方向の空気流分
布に対し、必要とするファン羽根ねしりとの釣合をくつがえし効率を減じる。短
端の渦を消去するため、ファン羽根の短端はダクト壁に非常に接近することが必
要であり(半径の0.5%以内に)、それはさらにクリアランスの問題を伴う。
小さなりリアランスの問題は、ダクトの構造を硬くして高速で動く羽根との接触
をさけるために重量が追加されると言う重大な不利益を生ずる。
米国特許Nα4.506.849に対して参考文献として引用された特許は、揚
力を達成するため平行移動飛行速度の間、縁に沿って交差する流れの原理を使用
しており;従って゛849特許に対して言及したのと類似の限界を示している。
発明の概要
この発明によるスラスト増加装置を使用すると、実質的に改善されたスラストが
ファンあるいはプロペラから得られる。この事は多重リング構造体を採用するこ
とによって達成される。その構造体では、複数のリングがスラスト増強距離(t
hrust enhancing distance)だけ軸方向に相互に間隔
をあけ設けられている。1つのスラストリングは、回転する羽根の向い側に半径
方向に配置され、かつリングが画定する環状ポンプ開口部を形成するように少く
とも1つの他のリングが下流で軸方向に間隔を取って配置される。ファンであれ
プロペラであれ回転羽根によって発生された渦は、リング間のポンプ開口部を通
って流体の主流に再度入り、主流を増加させるために有益に使用される。
この発明によるスラスト増加システムを使用すると、増加した流体流の量が、同
じ馬力で達成することができる。例えば、固定されていない空気ファンでこの発
明によるリング構造体を備えているものは、同じ馬力に対してそのマスフローを
5倍の大きさに増加させることができる。
実質的な騒音低減は、回転羽根の平面内とまたその平面から45°のところの両
方で、この発明のリング構造体を使って得られる。このリング構造体は、人々お
よび水中生物を回転羽根から守る安全性を高め、かつ制御可能なピッチ羽根を使
って強化したスラスト逆転を得ることを可能にしている。羽根は経済的な平坦板
で小アスペクト比の構成にすることができる。
本文中に記述した発明の一実施例において、多重リング構造体は、コンピュータ
回路または類似物を取り囲む電子的収納体を換気するために使用する型の小型高
速度ファンを組み込んでいる。ファン羽根周縁近の掃引ラインに対向して半径方
向に配置した少くとも数個の環状のリング画定開口を備えるように、複数のリン
グか、ファン羽根の軸方向の幅の中に配置される。リングの幅、リング間の間隔
、その形、方向、および厚さは、回転ファン羽根によって発生した渦からスラス
ト増加を生成するように選択される。多重リング使用の結果として、入力する動
力の関数として増大されたマスフローおよび優れた静圧対流量の性能が得られる
。
発明による多重リング構造体は、小アスペクト比の羽根を使えば特に効果的であ
って、例えばファン、ボートプロペラ、羽根車、ポンプ、タービンエンジン、吹
付はドライヤー、ヒーターファン、ペイントとスラリー混合機および類似品等で
遭遇する羽根である。
発明による、軸方向に延びた1つの多重リング構造体においては、少くとも1つ
の、リングが画定する開口部が、回転する羽根に向い側半径方向にあり、1つま
たはそれ以上のリング開口部が羽根の下流に配置されている。これにより膨張す
る伴流が生成される。
発明による多重リング構造体を使用すると、単一のリングを採用するときより発
生する抗力ははるかに小さい。
多重リングの配置を適切にすると、スラスト増加の改善が達成でき、より小さい
動力で一層大きいスラストを発生させる結果となる。
それ故この発明の一つの目的は、従来型のファンまたはプロペラから得られるス
ラストに比べ、より小さい入力の動力を使って同じ寸法のファンまたはプロペラ
がら得られるスラストを増進することである。
私の発明のその他の目的、利点および社会的利益はっぎのごとくである。
1、破壊的で不具にするようなプロペラの打撃から人々、海洋の生物と動物を保
護すること。
2、乗物に設けた、取り囲んだプロペラ、ロータ、またはスクリュー等のスラス
ト増進に積極的に貢献し、燃料消費を減らす保護的なリングケージの設置。
3、多重リング作用により、羽根建地と根本の渦により代表される、これまで無
駄になっていた誘起動力を使用することによって余分の乗物推進カスラストを供
給し、燃料を節約し、より速く行く、そしてもっと効率のよい乗物を提供するこ
と。
4、緊急時または他の状況時に、乗物にブレーキをかけるため、可変ピッチプロ
ペラを使い、スラスト逆転を含みスラストの大きさの一層よい制御をすること。
5、ファンまたはプロペラの渦から発生する騒音の低減。ファン、ヒータ、ヘア
ドライヤおよび類似品の静がな動作の可能化。
6、経済的なスラスト増加システムを使用してファンまたはプロペラの燃料効率
を向上させる事。ボート、船、航空機、潜水艦および類似物について有意の走行
コスト節約が達成できる。この発明の多重リング構造体の中には動く部分がない
ので、長期間持ちこたえられ、ライフサイクルの原価は極めて低いものと期待て
きる。
7、私の発明によって達成されるスラスト増加は、推進力発生;空気または流体
の混合;ガス、スラリー、スラッジ、粒体の汲み揚げ;およびファン、ヒータ、
ヘアドライヤー、石油バーナ、伝送パイプラインの並列ポンプ等に必要な空気ま
たは他の媒体を動かすことにかかわる多種類の羽根に適用てきる。
8゜リングを通って動かされる空気または水の中の主要な寸法の粒子の分離を容
易に行う事。
本発明は、小アスペクト比の多羽根のプロペラ、ファン、羽根車あるいはロータ
と組合せて使用できる多重リング構造体を有している。この多重リング構造体は
、幅の狭い環状翼を形成し、軸方向に間隔をとった多重リングを有し、これらの
環状翼は、環状リング開口部によって分離されており、その開口部の幅はリング
の翼弦距離の関数として表わされる。なおこの翼弦距離はリングの内径対外径比
に基づいている。これらのリングを相互の関係において、またプロペラの平面内
に配置するための構造はこの発明の一部である。第1リングの平面は、プロペラ
の軸方向長さの範囲内にかつプロペラの上流短端渦の僅かに後ろに配置される。
プロペラの平面に対する前方リングの僅かな傾斜および続く下流リングの大きな
角度は、いくつかの応用に対し有益な効果がある。プロペラは、小アスペクト比
の羽根、特別の翼断面およびリングケージ構造体のスラスト作用を強めるための
平面図形状によって強度の増した後流に関連する筒端および根本の渦を有してい
る。リングケージは、通常無駄にしていた渦の回転エネルギを、プロペラによっ
て作られるスラストの方向に働く力として変換することにより、これらの渦を余
分なスラストに変換する。
発明のこれらおよびその他の利点、ならびに目的は、図面に示す数個の実施例に
関する以下の説明から理解で本発明およびその利点を一層完全に理解するため、
添付図面に関して行われる以下の説明を参照する。ここで図IAは、この発明に
よる多重リング構造を備えたファン及び従来の僅かに大きいファンの静圧を示す
カーブである。
図IBは、この発明による多重リング構造を使用したファン及び従来型のファン
についての、短端ピッチ角の関数としてマスフローを示すカーブである。
図2は、多重リング構造体、及びそれと共に使用されるファンの略示的図面であ
る。
図3は、この発明によるファンの正面図である。
図4は、図3に示すファンのプロペラ部分の側面図である。
図5は、この発明のファンの立面における正面図である。
図6は、図5の線6−6に沿って取った図5のファンの側面断面図である。
図7は、周辺型原動機駆動装置を採用しているファンの図6と同様の側面断面図
である。
図8は、発明によるリングケージシステムを備えたボートの立面図である。
図9は、従来のボートスクリュープロペラを使って得られた水流の略示図解図で
ある。
図1Oは、本発明による推進力発生スラストリングシステムを通った水流の略示
図解図である。
図11は、発明によるリングケージ構造を有する小アスペクト比プロペラの斜視
図である。
図12は、従来のスクリューのみ、スクリュー直径の75%の直径を有する小ア
スペクト比プロペラ、および発明による推進力発生リングケージを有する759
6直径の小アスペクト比プロペラの夫々により生成された静スラストを比較する
ための諸カーブのプロットである。
図13は、従来のスクリューが必要とするパーセントスラスト馬力と、発明によ
るリングケージシステムを有する小アスペクト比プロペラが必要とするパーセン
トスラスト馬力の比較を示すためのカーブ付きグラフである。
図14は、この発明のリングケージを有する小アスペクト比プロペラを用いて得
た船速度の増加を示すカーブのグラフである。
図15は、この発明のリングケージを有する、および有しない小アスペクト比の
空気プロペラにより生成された特表平+;−5og3x9(7)
騒音を示すカーブのグラフで、マイクロホンが、プロペラの面内およびプロペラ
直径の1.5倍の距離においてその面に対し45°傾けて設置される場合である
。
図16は、推進力発生スラストリングシステムの立面部分断面図である。
図17は、図16の推進力発生スラストリングシステムの平面図である。
図18は、この発明で使用される小アスペクト比プロペラに適した羽根部分の断
面図である。
図19は、この発明のリングケージシステムに使用されるリングの断面図である
。
図20は、この発明のリングケージシステムの航空機装着部の立面図であり、私
用航空機上で引張推進式飛行機の構成を有している。
図21は、この発明のリングケージシステムの航空機装着部の立面図てあり、私
用航空機上で後押推進式飛行機の構成を有している。
図面の簡単な説明
図1−5を参照すると、この発明によるファン4oが示されている。このファン
4oには多重リング構造体42が設けられており、それにより、プロペラ羽根4
4によって矢印48の方向に発生されたスラストが顕著に増加される。
図1は、2つの静圧力ーブ50.52を示している。カーブ50は、ファン40
(4,00インチ直径)と類似の大きさであるか僅かに大きい(4,41インチ
直径)標準的管内ファンについてのカーブである。カーブ52は、リングケージ
構造体42を有するファン40に対するカーブである。
特に重要な意味をもつのは、約0.2インチの水という通常動作の静圧において
、ファン40を用いて得られたマスフローの増加(2倍になった)である。標準
の管内ファンに対する静圧力ーブに通常存在する非線形のディップ(少しの降下
)54は、ファン40の使用で実質的に消去されている。カーブ52は本質的に
直線であるが、ファンの構成によっては変動する可能性がある。
ファン40により顕著に改善されたこの性能は、多重リング構造42を使って達
成される。この構造体42は、少(とも2つのリングそしてこの実施例では複数
のリング56゜1、56.2.56.3. と56.4を有し、これらのリング
はファン羽根44の周辺スィーブラインから半径方向に間隔を有しかつプロペラ
羽根46の軸方向での距離内に配置される。
リング56.1は、またファン40を適当な表面に取り付ける台として役立つ。
多重リング構造体42は、3つの環状リングで画定された開口60.62.64
を有し、短端が流し出す渦と混合した空気流がそれらの開口を通って流量を増加
させる。リング56.2.56.3は環状で、比較的薄い翼型構造をしており、
それら構造体の半径方向の幅(外半径より内半径を差引いた)、または翼弦C1
および軸方向間隔Wは、リング構造体42により流量増加を強めるために選択さ
れる。リング翼弦Cが余り大きく作られると、増加作用は減少する傾向になり、
また乗物への応用における抵抗が太き(なり過ぎるかも知れない。リング翼弦が
小さ過ぎると、増加作用も減少する傾向にある。リング翼弦Cの寸法は、ファン
半径Rの関数として表現でき、好ましくは約0.15Rから約0.59Hの範囲
内に入れるべきである。特に効果的な流量増加は、リング翼弦の寸法が約0.2
5Hのときであることが判った。
リングの厚さtは、また性能に影響を与え、リングが厚過ぎてもまた薄過ぎても
増加作用は減退する。一般に、リングの厚さは翼弦寸法Cの関数として表現され
る。リング厚さtは、好ましくは約0.Icがら約0.4Cの範囲内であり、増
加流量は、一般にリング厚さが0.35Cに近づくにつれて低下する。リングの
最大厚さは、一般に約0.15Cから約0.20までの範囲で最大の静流量増加
をもたらすことが判った。直径8インチのファン内に2つ羽根のプロペラを有す
る4つのリングを使用した1つの多重リング構造体内では、リング厚さtの最適
値は0.2Cであった。改善されたマスフローは、0.IC以下のリング厚さを
使ってさえも得ることができる。
リング間の軸方向間隔をW、すなわち環状リングが画定する開口60.62.6
4の軸方向幅Wは、マスフローを増加させるため渦からの空気流にとって十分で
なければならない。もし開口が広げられると流量増加は徐々に減少する。開口幅
Wがゼロになるとき、性能は単一リングを使って得られる増加量に近づく。好ま
しくは、リング流開口の幅Wは、一般にリング翼弦長さCの約半分から約4倍の
間に選択される。もっともこの範囲からはみ出ることは、空気と水のような異な
った媒体で遭遇できるであろう。上記した8インチ、2つ羽根のファン用の1つ
の多重リング構造体内で、リング厚さを0.2I Cに、ファンの剛率比(So
lidity ratio)を0.2にし、かつリング間隔を約翼弦Cの2倍に
して、ファンのみの場合と比較してマスフローで40%の改善が得られた。単一
リングの使用から得られたマスフローの増加は、約16%であった。
回転面67に関して前方リングの軸上位置は、流量増加に影響を与える。一般に
上流にあるつまり前方のリング56.1の後縁65は、短端渦の前方にあっては
ならず、好ましくは回転面67の近くに配置されるべきである。前方リングの後
縁65は、面69の前方にまたは下流に配置することができる。一般に流量増加
は、後縁65の位置が後方に動くときよりも前方に動くときに一層急速に減少す
る。
前方リングの65のような後縁が、回転面からプロペラ半径Rの約0.06倍以
上前方に出なくて、約0.2Rより以上下流に出なければ、流量増加は一対の羽
根を使って1つのファンで得られた。これらの位置は、プロペラの種々の係数、
例えば羽根によって生成される渦の強さ等によって変更することができる。
図IBは、この発明のリングケージ構造体を使って達成された重要な改善事項を
図示している。カーブ70は、2枚羽根、10インチ直径のファンで、かつ3つ
のリング56の間に1翼弦長のリング間隔と15°の羽根ねじり角を持つファン
の短端72のピッチ角の関数としてマスフローを表わしている。ピッチ角が増加
するにつれて、マスフローは増加し、約43°の角度で点74において最大値に
なるまで増え、そこで失速が起こる。ピッチ角が更に増加すると、点76で示す
ようにマスフローが減少する。しかし点78においてカーブは約50°で安定し
少くとも60’まではこの状態のままである。
従来のファンにあっては、マスフローは約60°のピッチ角になるまで80に示
すように減少し続け、軸方向の流れは本質的になくなる。このことは、この発明
のリングケージ構造体は、失速以上の大きいピッチ角において発生する一層強力
な渦を有用なマスフローに変換するうえで特に効果的である、と云うことを説明
しているのである。
リングケージ構造体42の特別の利点は、その内容をプロペラ羽根44の周辺ス
ィーブラインに接近した間隙を保つようにしなくてもよいことである。クリアラ
ンスSが小さ過ぎると、ファンと組立構造体とリング構造体42とが不注意で接
触することを避けるために要求される公差(精度)か厳しくなる。クリアランス
Sか大き過ぎると、リングケージ構造体42から生じる有益な効果は減少し、逆
空気流の可能性が出てくる。一般にはプロペラ羽根の半径Rの約10%以下の程
度のクリアランスSが許容でき、通常はRの約5%の値が使われる。
この多重リング構造体42は、比較的小さいアスペクト比を有するプロペラ羽根
44を使えば特に効率よく動作する。プロペラ羽根に対するアスペクト比(八R
)はbがハブ66の外に露出した羽根の長さで、Aがハブの外に出た羽根の面積
であるとき、関係式AR=b’ /Aによって定義される。羽根44のアスペク
ト比が大き過ぎると、それが短端渦の強度、従ってリングケージ構造体42の有
益性を低下させる。小アスペクト比のプロペラ羽根44を使えば、一層強力な短
端渦が発生され、これが有用なマスフローに変換てき、一層良好で全効率を生成
する。
一般的に適切な値と分かった小アスペクト比は、典型的には約0.10から約3
.0までの範囲にある、もっともこの発明のシステムは、この範囲を外れたプロ
ペラのアスペクト比を使ってもある程度まで動作できる。
ファン40においては、先頭の上流リング56.1は回転軸68に対して傾いて
いる。このような傾斜角が一層良好な空気流を作ることを可能にし、56.2お
よび56.3のような他の下流リングに対しても適用できる。この傾斜角は、約
15°程度のオーダーにすることができるが、他の角度も使用できる。
下流リング56.4は、環状の内側に面したノツチ79と共に整形される、この
ノツチ79は、リング56.1.56.2と56.3を使って得た流量増加を妨
害すると思われる逆空気流を阻止するのに役立つ。
リング56,2と56.3は、翼室断面形状を有する。この形状が、リングの周
辺に矢印84により示した流れを選択的に強めるが、これらのリングは48の方
向におけるマスフローを強化するものである。
図3と4は、ファン40を一層詳細に図示している。図4に92で示すようにリ
ング56は、インターロック用ブラケット94と共に組み立てられ、ボルト96
により適当なフレーム98に保持されている。フレーム98は通風される空間(
図示せず)を取り囲んでいる。ファン4oは、ハブ66内のモータ(原動機)9
9により駆動される。そのようなブラケット94を使用することは以下の事を表
わすものである。そのようなブラケットの使用により、私の発明の流量増加をな
お行いつつ、リング56が連続している必要はなく、円周上の場所(複数)で中
断できることを示している。
図5および6では、ファン100が示され、それは、ファン羽根104のピッチ
長さに沿って軸方向に間隔をとった6つのリング103をもって形成された多重
リング構造体102を有している。リング間の環状開口106の全部は、正のポ
ンプ作用に貢献し、それによって顕著なマスフローの増加が得られる。ファン1
00は、カップ形のブラケット110を用いて数個の適当なフレーム108の1
つに取り付けることかできる。モータリード線112は、ファンモータ114と
リング103を支持するために使用する4つの適当な中空の支柱116の1つを
通ってモータ114に連結される。望ましいと思われる場所にリング103のい
くっか、または大多数をファン羽根104の回転軸に対して相対的に傾けられる
ことに留意すべきである。。
図7は、周辺モータ124により回転されるプロペラ羽根122を有するファン
120を図示している。多重リング構造体+26は、回転軸129に対して相対
的に種々の角度で傾斜しているリング128.1.128.2および128.3
を使ってマスフローを増加するために使用される。
図8は、船外機132を備えた船外機モータボート13゜に適用した私の発明の
一形式を示している。この船外機132は、従来のスロットルおよび操舵レバー
136を有し、典型的には現在の慣例に従ってボートの船尾助板134上に取り
付けられている。船外機132の部品は、反通風板138および下部直角ギヤー
ボックスケーシング140として図8の中で注目できよう。私の発明の、2つの
主要な要素は、すなわち小アスペクト比の羽根のプロペラ142と、軸方向に間
隔を取った3つのリング146.1.146.2および146.3から形成され
たリングケージ144である。
プロペラ142(10図参照)は短い、幅広の、薄い羽根152を有している。
特殊な前縁横断面のみならず、特殊な羽根152の平面図形状が、短端および根
本の満作用による大きい迎え角におけるプロペラのスラスト値を高めて境界層の
エネルギーを増加させる。これに対して、図9に示すような通常のスクリューは
、これらの渦を最小限にして動力損失を減少させようとする。リングケージ14
4を使用してこれらの渦を有用なスラストエネルギに変換することが、渦を強化
するようなプロペラ設計の使用を促進する。図2.4,6,7、と8に示す実施
例にあっては、3つまたはそれ以上のリングが使用される。しかし、この発明に
よる多重リング構造体の利点は、リングとリングの間で環状の渦ボンピング開口
を画定するところの一対のリングを使用することにより得られることを理解すべ
きである。この開口は、プロペラ羽根の軸方向ピッチ長さの範囲内に少くとも部
分的に配置しなければならない。
図8.lO1および11において、角度をっけ分配した4つのレール154によ
り連結した3つのリングが示されている。これらのレールは、船外機132に取
り付けられ、プロペラ142の面に関して適切な配列でリングの間隔をとり、そ
れらを支持してスラスト増加の機能を遂行する。
レール154の数、その形状、寸法とは何れも変更してもよい。一般に、レール
154により生成されるようなリング支持構造は、リングケージ144の一部を
形成し、水流に略平行に配置される。レール154は、各ケースに応じて現在の
空気力学または流体力学の理論に従って低い抵抗となる構成に整形した断面を有
している。
図9は、船外機から出ている駆動軸に取り付けた従来のスクリュープロペラ+6
0の回りの水流を示している。
その流れを、図1Oに示す、本発明の推進力発生スラストリングシステムにおけ
る流れ及び図11に示した、個々の羽根の回りの流れおよびリングの回りの半径
方向の流入の詳細な検討、と比較すべきである。
図9のプロペラ160は、水平ベクトル162で示す水流を有している。従来の
反通風板138は、氷表面からプロペラ+60内への空気洩れを防止する。プロ
ペラ142は、通常「誘導速度(induced velocity)Jと称さ
れる付加的速度を、影響を受けた水力線管(tube of water)に付
加する。この機能を行う際に、上側の低圧および下側の高圧は羽根の短端近くて
渦を形成させ、この渦は羽根を越えて下流に流れ、「短端が流す渦」と称される
。これは、船内流れ(inboard flow)と共に、高回転速度の境界渦
速度を有する横断面減小の伴流を形成する。矢印を付けた渦の円166は、水流
に直角の平坦な切断面内における渦内転流の方向を示している。渦内166ので
はなく、伴流の縮んでいる直径は、プロペラ160によって作られる追加された
誘導速度の結果である。
図10は、2つの部分からなる、推進カスラストリングツステム144の水流を
示しており、その内の1つは、本来の流れてあり、2つ目はリング146を越え
る誘導流である。ベクトル170はプロペラ152に向う、ギヤケース+40の
回りの本来の水流を示しており、速度ベクトル172はリング+46に向う誘導
流を示している。2組の渦はプロペラ羽根+52の各により作られる。すなわち
船内渦174と船外渦+76である。流れベクトル172は、渦176゜1およ
び渦176.2の混合流と共にリング146の回りに半径方向の増加流を作る。
この混合は前方リング146.1において始まり、下流でプロペラ142の直径
の2倍から3倍まで続く。船外渦176と船内渦174により示した直径の寸法
の大きい事と直径の増大とは、渦が小さいときの局内の高回転速度エネルギーか
ら渦が大きい時の低回転速エネルギへの変換か有益であることを示している。図
9のプロペラ142とは異なって、プロペラのこれらの渦は、渦の回転エネルギ
と質量とを伴流に加えることによって下流で消える。最終の伴流ベクトル180
は、誘導されたリング速度ベクトル172と一次の流れベクトル170との和か
らくる流量により発生した伴流膨張を示している。
船外機132にボルト止めした取付部品182のリングケージ60は、−次流路
内には置がれてぃない。そして流れベクトル170と172に直角のそれらの投
影面積は、伴流への影響が最小である。
図11は、推進力発生スラストリングシステム144および前に定義したプロペ
ラ142の斜視図である。プロペラ142は、固定位置、2枚羽根の可変ピッチ
プロペラで、フロントハブ186をリアハブ188の処に保持するクランピング
ねじ184により生成される調整能力を備えている。
羽根152は、平板ベベルドエッジ(はすぶち)構造体であり、それは羽根のバ
ット上のクランピングねじ184の作用により保持されている。羽根152の周
囲の水流作用は、船内渦190、船外渦192、および前縁渦194により示さ
れている3組の渦によって表現される。羽根152の迎え角はベクトル170(
図1O参照)およびシャフト196の軸のまわりの羽根回転速度によって確定さ
れる。羽根152により作られる誘導速度およびベクトル172で示す増加速度
流は、図11に示す方向となる。
羽根152の下部表面から上部表面にわたる正/負の圧力比により作り出された
渦190および渦192は、図11に示す総局を生せしめる。これらの渦は、下
部表面から上部表面に流れ、つぎに誘起したリング流と混合して下流にて次第に
消える。これらは、1.0またはそれ以下という小アスペクト比の表面に対する
各車−の渦として示されているか、2つ以上の渦が羽根の各側縁に発生するかも
知れない。194のような渦は、前縁200の斜面の働きによるものであり、こ
の前縁は2%の翼弦前縁半径200により僅かに丸められるかもしれない。羽根
152の正の迎え角において、鋭い縁がベベル(斜面)を越える流れを分離して
きた。流れは、斜面のあとで翼弦方向の向きに羽根152に再び付着し、上昇泡
を発生させる。この上昇泡は、羽根152の斜面部分上て渦190から渦192
までスパン方向に広がる。この上昇泡が羽根上で重要な揚力を作り出すが、これ
らの羽根はその小アスペクト比の形状を用いて斜めの平板部分を作ることができ
るもので、よい611画をした翼断面よりも一層大きい単位面積当り揚力を生せ
しめる。
他の2つの重要な効果は、渦190.192と194により作られる。1つは、
揚力喪失と抗力増加を来たす失速なしに45°を越える迎え角(図13参照)を
達成するため、羽根152の上部表面上の境界層を付勢することである。プロペ
ラ142の揚力値は、他の型の揚力値の2倍を越えるかも知れない。第2の効果
は、上記の渦が従来のスクリュープロペラ160(図9参照)より一層強力な混
合作用を生成することである。この、スクリュープロペラ160では失われるエ
ネルギは、私の発明によって有用なスラストに変換される。
図11は、誘発した流れベクトル172を斜視図で示している。これらのベクト
ルは、上流でシャフト196の軸に平行に始まり、内部リングケージ混合作用(
流体沈下作用(fluid 5ink action)の影響の結果として、リ
ング147の前方表面202を横切るよう曲がり、つぎに下流に進む。リング1
46の前方表面202を横切り内側向きの半径方向の流れは、リング揚力(ri
ng 1ift)を発生させ、それによりスラスト改善を生じる。
図12は、異なるシステム(複数)のスラスト生成能力を比較するため、それら
システムの静スラストの試験データのグラフである。各システムにより発生され
たボンド表示スラスト値か、プロペラシャフトの毎分回転数(RPM)に対して
プロットされている。カーブAは、基準線となる、10図の142のような、3
枚羽根、標準設計、半楕円面形平のスクリューの、ものの場合である。
カーブCは、リングケージ6oがなく142のような3枚羽根、75%直径のプ
ロペラのものの場合である。破線カーブDは、3つのリング146を使用してい
るリングケージ144を有する、カーブCのプロペラ142に対するもの。
これらのデータの解釈は以下のようである。
1.200ORPMにおいて、カーブCのスラストは、カーブ八に対するプロペ
ラより小さいプロペラの値であるが、カーブへの標準プロペラの値より約り0%
小さい。
2.200ORPMにおいて、カーブC用のプロペラてはあるが推進スラストリ
ングシステム+44を有するものに対する破線カーブDは、カーブ八で表わされ
た標準プロペラシステムのスラストよりやや大きいスラストを生成する。
上記の事から引き出される結論は、リングケージ144を有し、より低い羽根短
端速度(カーブAのそれの75%)で動作するより小さい直径のプロペラ142
は、同じかまたはやや大きい静スラストを発生させるということである。リング
+46は、それらの誘起流によって全スラストに貢献し、か(してトータルとし
ての推進力を増加し、カーブ八で表わされる標準型でより大きいプロペラに等し
くする。リングケージ構造体144を有する一層小型の低短端速度のプロペラ1
42は、このようにシャフトのより小さい馬力のレベルにおいて、より大型のプ
ロペラと同し静スラストを作り出すことがてきる。図13は。
図12のカーブAとカーブDのシステムについて静スラスト/馬力の試験データ
のグラフである。プロットしたのは、設計スラストに対する各システムのパーセ
ント馬力のデータである。設計スラストの100%において、この推進力を発生
スラストリングシステムは、標準のスクリュープロペラの馬力の約50%だけを
使用する。これは効率の顕著な改善である。
図14は、図12のカーブDに関して説明されたリングケージ144を有するプ
ロペラに対する試験データのグラフである。カーブDはパーセント巡航速度の関
数として達成されたパーセント増加値である。増加パーセントは、リングケージ
144を使って達成されたスラストTDがらプロペラのみのスラストTAを減じ
た値をTAで割って100を掛けた値として定義される。
平行移動速度ゼロにおける図14の静スラスト増加は、プロペラ142のみのス
ラストの約24%である。ボートの巡航速度において増加率は約60%まで増す
。図14に図示するこの増加率は、図13に示す低減馬力所要量を使って達成さ
れる。〔馬力/エネルギ〕比の節約の結果、同じ燃料使用量に対して高い経済性
の、より速い、より長距離の車か生まれる。
図15は、空気プロペラの音測定値を示すもので、音の強さくdBA)、スラス
ト、および馬力の値が、毎分回転数の全範囲において測定された。マイクロホン
は、プロペラの回転面およびプロペラから45″の角度でそれぞれプロペラの直
径の1.5倍の距離に置いた。コンピュータで換算したデータが図15にプロッ
トしである。同図は、プロペラの設計スラストパーセンテージに対する音の強さ
を示している。両方の類似の位置からのデータは略等しかった。カーブEはプロ
ペラのみのdBA値を示し、他方カーブFは、144のようなリングケージをシ
ステムに付加した効果を示している。
図12.13.14に対する試験データは、3枚羽根のプロペラシステムを使っ
て得られた。力及びモーメントのデータが、4枚羽根のプロペラ44の試験によ
って見出されている。剛率として定義されるパラメータは下記のものである。
このパラメータは、リングおよびプロペラの数を変更して試験評価し、0.06
から1.0以上まての範囲に対して構成部分の選択を最適にした。空気プロペラ
羽根のアスペクト比が3.0のとき、0.20から0.35という剛率は適切で
ある。他方、水に使用する羽根に対しては、1.0という剛率は正当な値である
。コンピュータのような電子構成部分を冷却するために使用されるかも知れない
ファンは、一般に1.8から2.0の大きさの剛率を有している。それ故、剛率
は発明を種々のプロペラへ適用するについて、約0.06から約3.0まで変更
してよい。
図15から判るように、100%の設計スラスト値において静粛化は約5dBA
である。リングケージ144は、プロペラ渦を消散させることによって文字通り
騒音を飲み込む。
図16は、プロペラ142とリングケージ構造体144からなる推進力発生スラ
スト−リングシステムの立面図である。プロペラハブの断面部分は、その組立方
法を明かにするため露出してあり、且つリング146のある部分は同じ理由で削
除しである。レール4oは、鋳造かモールドか、そうでなければ図8と図16に
示すように板138とギヤケース139と一体的に組み立ててよい。安全性を増
すため重要な部分に肋間筋を使用しても差支えない。リングケージ144は、上
流に面する翼部分を有する薄いリング146を備えている。リング(複数)14
6は、狭い、円形の、環状をしており、プロペラ142の直径より約5.0%だ
け大きい内径を有している。リング146の外径は、プロペラ142の渦強度お
よび/または他の計画された使用法に応じてプロペラ直径の120%から160
%まで変化しても差支えない。リング146およびレール154は、金属、プラ
スチックまたは複合材を一体的に鋳造またはモールドして、それらの交差部分に
しっかりした継ぎ目を形成してもよい。または別法として、ボルト締めした継ぎ
目をシステムを一緒に保持するためにも使用してよい。個々のリング146は、
レール154上のラグまたはスペーサブロックに取り付けてもよい、そのスペー
サブロックは、通しボルト付きのリングをアフトリング146.3からギヤケー
ス139に分離する。
リングケージ144に使用するリング146の数の選択は、プロペラ142の作
る渦の強度に関係する。特別の設計条件に対して所要の推進力を達成するために
は、2つまたはそれ以上のリング146が必要である。リング146間の軸方向
間隔は、1/2翼弦から4翼弦の長さまで変更してよい。1翼弦の長さは、環状
リング146の内径外径間の差の172と定義されている。
前方リング146.1の平面は、プロペラシャフト軸196に関して15°だけ
傾けてもよく、それによりスラスト増加値に認められる程に影響を与えることは
ない。しかし傾けたまたは傾けていないリング146の上流側は、適切なポンプ
作用を確保するため、羽根152の渦174および176の前方にあってはなら
ない。下流リング146.2と146.3は、1つの軸側の片側の翼弦間隔を維
持し増加効果に実質的に影響を与えることがないようにしながら、シャフト19
6に関して最大45°まで傾けてもよい。
第1リング146.1の下流てのリング146(複数)の半径方向の片寄りは、
重大な増加損失を起こさなければリング翼弦Cの最大1/2まではよい。試験を
して判明したが、リング146の内径を増減しつつ、内径対外径比を同しに維持
することは、増加効果に僅かに小さな変化を起こすだけである。4つの翼弦間隔
の範囲内で均一または非均−のリング間隔は、マスフローの増加の効果に重大な
影響を示さなかった。
少くとも先頭の、前方の、つまり上流のリング146.1は、プロペラ142の
向い合うように配置され、且つ好ましくは第2リング146.2もまたそのよう
に配置されていることに注意されたい。このように、各リング146.1と14
6、2は渦変換に貢献し、流量増加効果を強化する。追加の下流リング146(
複数)が、プロペラ142の下流に配置された146.3のようなものと共に延
長リング構造体として使用することができる。そのような延長リング146 (
複数)は、膨張する伴流を収容するため、より一層大きな直径のものとすること
ができる。
これらの考察は、図2.4.6と7に示すリングケージ構造体にもまた適用され
、そして逆に、これらの図に示す空気ファンに関して説明した設計基準は、ボー
トのプロペラおよびリングケージ構造体にも適用できる。
レール154は、リングケージ144のある部分を形成し、構造体を支持し、配
置し、また構造体を衝撃から守りがつ保護するという構造的機能を発揮する。1
0図の172のようなベクトルによって発生した流体力学の力は、レール154
によって抵抗され、ギヤケース139に分配されて最後にはボート30に加えら
れる。レール154は、リング(複数)146の相互にプロペラ142の面に関
連するように位置決めする。
上流側では、レール154は、水流の方向に対して半径方向および斜め方向に傾
いていて、物体をプロペラ142からまた一層リング146から逸らせる。図1
6は、リング146をギヤケース139および反通風板138に取り付けている
レール154を示す。この事で、プロペラ142の周辺の回り4点への衝突に対
する防護を行っている。物体、動物および人々を守りプロペラ等から逸らせるこ
とを更に補うため、2次的な適当な肋間レール154を、図16に示した位置の
間の角度位置に追加し、第1リング146.1の前方に配置してもよい。リング
146の間及びそれに沿ったレール154の断面形状は、一般に抗力を最小限に
するように選択され、レールの断面輪郭は翼室をしており、その前縁はシャフト
196から離れて船外に面している。
シャフト196は標準の船外機型のもので、保持用ナツトおよびウッドラフキー
ハブドライブ手段を有している。
その他のプロペラ付属品が使用できる。プロペラ組立体は3つの主要構造物から
なる。すなわち前方フープ210、後方ハブ212およびプロペラ羽根152で
ある。他の部品は、羽根のピッチ角をきめるビン214および111部分と羽根
を適切な位置に固定するスクリュー取付片等である。前方ハブ210は、シャフ
ト196上で滑りはめあいを可能にする内径を有し、また流線型にするのを補う
外形を備えている。後方ハブ212は、またシャフト196にぴったりはまる内
径をもち、且つ駆動負荷をシャフト196から羽根152に伝えるためのトルク
伝達ウッドラフキーを有している。
羽根152は各々、固定位置、可変ピッチの設計に適したワンピース構造体であ
る。その流体力学的で本質的に矩形の表面は、縁を斜めにした平板で、その半径
方向の最上部において翼弦の2%から15%の幅を有している。
斜めになった前縁と後縁は、用途を考慮して選択され、半径方向最上部表面上で
翼弦の10%から25%まで伸びている。羽根152から生じるスラストは、主
として前縁斜面によって影響されるので、いくつかの応用に対して羽根152の
後方斜面の広さまたは必要性は決定的なものではないことに留意されるだろう。
両縁の等しい斜面化は、ピッチ角の適切な選択によって、羽根152が左回転ま
たは右回転のプロペラ回転の何れかに使用できるようにする。左回転がこの出願
の図中で使用され、下流の位置から見たとき反時計方向運動として定義されてい
る。
図18は、プロペラ羽根断面の特別の断面プロファイルを示し、それらが、NA
SAまたは他の航空機プロペラの標準的な断面に加えて使用できる。平板はす縁
断面230は、推進力発生スラストリングシステム用に流体力学的/空気力学的
な特別の特性を与えるため、薄い翼(2%−15%)の翼弦厚さに対するもので
ある。迎え角における前縁への流れは、図18上左方へと仮定するが、急カーブ
の点で分離し、斜面の後ろの平坦な厚い部分232上で再びくっつく。吸引部(
suction bubble)は斜面表面と自由流れ(free strea
m flow)の間に生じる。この事が、効果的なシステムを設計することを可
能とする効率で表面揚力を発生させる。泡効果が上部表面上の揚力決定に支配的
であることから、コンタ−およびプロファイルの表面仕上の精度は2次的なもの
になっている。下部表面圧力は総計して正となり、その表面の粗さに無関係とな
る傾向にある。斜面表面は前縁から最小の約8%の翼弦および最大の約30%の
翼弦まで広がっている。
断面234は、上部表面235を形成している大きい〔半径/翼弦〕比をもつ円
弧、と断面230のような厚さ比の範囲を有している。
断面236は、25%翼弦傾斜の前縁238、平坦な底240、および斜面の後
ろのテーバつき断面を有している。断面厚さ比は断面230の値のよう変化する
。
断面242は、図18に示す傾斜した点線244において始まる2重テーパを有
する。この線は、断面翼弦の25%の点でテーパつき両表面の最上部交差点を通
過する。水平線に対するこの線の角度は、使用条件によって垂直線の前または後
で75°程度になりうるが、この角度が断面図における前方と後方の底線の交点
を決定する。翼断面型に普通使用されるドルーブスヌート形は、航空機の設計に
使用される多(の型のスロットやフラップのような、これらのプロファイルを更
に変化するためのものを組み込んでもよい。
図19は、この発明の多重リング構造体の中のリング248に使用される横断面
プロファイルを示す。断面250は、NASAまたは均等な他の標準的な航空機
のプロファイルである。図19の左側の前縁252は、リング248の内径を形
成し、後縁254は外径である。リング248のこの断面は、リング248の平
面に対しである角度て据え付けうるものであり翼断面型の迎え角に相当する角度
である。
リングケージの流れは、断面縁の後縁254から前縁へのもので、それは通常の
飛行機の翼動作とは180°の差がある。翼弦の9%から38%までのリング断
面厚さについての試験が示したところでは、翼弦の15%から20%が静状態マ
スフロー増加を最大にする値である。
図19の断面260は、内径に丸くされた縁262を有する曲げ板リング248
に対するものである。このカッピング式の設計は平坦板が上部の曲率を欠く点を
補償する。断面260の形状は、標準的なNASAの翼の最上部プロファイル線
に近似しているかも知れない。多重構造体における誘起された速度は、大抵この
最上部表面264に影響を及ぼし、静圧が下側表面上で発生する。それ故最上部
表面は非常に重要で、流れを不利な状態に変えるおそれのある突出部またはくぼ
みが全くなく、滑かでなければならない。
図19の断面270は、図20の多重リング構造体272内の最初の上流に応用
するため特別に設計した翼である。その断面は、クラーク−Y型冥の断面からな
り、それは航空機工学で既知のもので、突端が部分的に変更されている。最上部
の実線と尾部下方の実線に加えダラシ線はクラーク−Yの原形である。クラーク
−Y突端半径に接する垂直線は、通常平坦な翼の下面の前方延長部と交わる。
これらの線の交差により作られた角は、クラーク−Yの前縁半径に等しい半径に
よって曲げられる。この翼断面の部分変更は、リングケージ272に流量増加を
もたらすものと思われる。
図20は、推進性スラストリングシステム272を個人飛行用の双発型軽航空機
274へ応用したものである。航空用に設計された引張式プロペラ276がエン
ジン上に配置されている。リングケージ272は、レール154に固定している
間隔をあけた2つの延伸ビーム280により飛行機の 翼278に取り付けられ
ている。基本的な性能拡大に対する補足的利益は、利用できる視野の改善および
一層小型のプロペラに組合されたより軽量の着陸装置である。
図21は、この発明の推進力発生スラストリングシステムを単発型推進式航空機
286に応用したものである。航空機用に設計したプロペラ288は、通常のプ
ロペラの位置でエンジン上に配置されている。リングケージ290は適当な手段
により胴体に取り付けられている。
私の記述は多くの特定事項を含んでいるが、これらは発明の範囲についての限定
と解釈してはならず、発明の好ましい実施例と解釈すべきである。その他の沢山
の変形例が可能である。例えばこの文中で記述した多重リング構造体は円形リン
グを採用している。いくつかの適用例では幾分具った形のリングが、発明の範囲
から逸脱することなく使用できる。この文中で使った術語リングはそのような他
の形をも包含する。発明の適用例のい(つかは以下のごとくである。
1、 スラストを生成する使用法、
a、スキューバダイバ用潜水引張機、
b、魚釣り用電動静粛トロール船外機、C1空気/水推進力発生システムが共通
で、潜水には少量の燃料が必要な飛行潜水船、
d、ストール航空機用揚力発生円形翼およびプロペラ、e、ホーバリング用およ
びヴイストール操作を使って前方飛行構成への変換用の傾斜プロペラ航空機、f
、ヴイストール動作用傾斜翼プロペラ付乗物、g、小型および大型の航空機両用
ロータ羽根の筒端推進力発生
り、超軽量航空機の推進力発生
i、グランドエフェクト機およびスワンムブボートの推進力発生、
j、水中翼船。
2、 空気および水駆動装置;
a、軽重量機を有するリーフブロワ−1b、増速度または減動力の要求に応じる
風洞動力システム、
C1技術情報を得るための水流試験用ウォータートンネル、
d、自動車への応用のための水ポンプ、e、自動車ラジェータ冷却用ブロワ−1
f、ブレーキ冷却用ブロワ−1
g、車、家庭、霜なし冷蔵庫用の静粛除霜ファン、h1粒状体の汲み揚げ、
i、電子装置用冷却ファン、
J、事務所、工場、または他の建物内におけるダクトまたはダクトなしの空気循
環ファン、
k、除雪機、
1、電気掃除機、
m、衣類乾燥機、
n、冷却板または冷却管内への空気を吹きつけによる除湿機。
3、加熱機と冷却機:
a、加熱素子とダクトを有するファン、b、電気炉、熱風加熱機、
C3中空、蒸気充満リングケージを有する蒸気加熱ファン、
d、リングのファン冷却による熱交換器、e、空気から熱を除去するための中空
リング内でフレオン冷却剤を膨張させるエアコン、
f、対流オーブン式ファン暖房装置。
4、混合機:
a 料理用キッチンミキサ、
b、コーヒーひき器、
C,フートプロセッサ、
d ペイント混合機、
e、化学製品混合機、
f、下水管混合および固形物切刻み機。
従って、この発明の範囲は、図解した実施例によってではなく、添付した請求範
囲によって決定されねばならない。
区
〜
図7
図13
フロントページの続き
(81)指定回 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、ES、FR,GB、GR,IT、LU、MC,NL、SE)、0A(BF
、BJ、CF、CG、CI、CM、GA、GN、ML、MR,SN、TD、TG
)、AU、 BR,CA、 FI、 HU、JP、 KP、 KR,LK。
MG、MW、No、PL、R○、RU、SD
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.原動機駆動のプロペラが、上流側から下流側に流体の流れを確立するため軸 の回りに回転されるとき、そのプロペラの性能を強化するための装置であって、 複数のリングを有し、その内の少くとも1つは、プロペラの軸方向スパンの範囲 内に配置され、もう1つのリングが上記1つのリングの下流に配置され;上記そ れぞれのリングは相互に軸方向に間隔を保って配置され、上記1つのリングと上 記下流に配置されたリングの間で流量を増加させる開口部を形成し、それによっ てプロペラが発生させた渦が流体の流量を増加させるようにした装置。 2.請求項1による装置であって、複数のリングがプロペラの軸方向スパンの範 囲内に配置されて複数の流量増加開口部を形成し、それらを通ってプロペラが発 生させた翅端渦が流体流量を増加させるようにした装置。 3.請求項1による装置であって、上記リングの1つは、それがプロペラの回転 軸に関して傾いた迎え角を形成するように方向づけられた装置。 4.請求項1による装置であって、上記リングの半径方向翼弦幅およびリング間 の軸方向間隔が流体流量の上記増加を確立するために選択された装置。 5.請求項1による装置であって、上記リングの半径方向翼弦幅、リング間の軸 方向間隔、およびリングの厚さが、流体流量の上記増加を確立するべく選択され た装置。 6.請求項1による装置であって、更に少くとも上記リングの1つの中に配置さ れているヒータ素子を含むところの装置。 7.請求項5による装置であって、上記リングの翼弦寸法Cが、上記プロペラ半 径の約15%から約50%の範囲内にあり;リング間の軸方向間隔Wが翼弦寸法 Cの約1/2倍から約4倍の範囲内にあり;そして上記リングの厚さtは、翼弦 寸法Cの約10%から約35%の範囲内にあるところの装置。 8.請求項7による装置であって、上記プロペラは翅端を有し、上記プロペラ翅 端と上記1つのリングの内径間のクリアランスSは、プロペラ半径の約3%から 約10%の範囲内にある、装置。 9.請求項1による装置であって、上記リングは異形の横断面を有し、その一方 の側は上記プロペラからの1次的流体流量を増加させる方向に上記リングの回り の流体の誘起流を促進するように整形されている、装置。 10.流体を動かすための装置であって;原動機; 軸の回りに回転するためその原動機に結合され、比較的小さいアスペクト比を有 するプロペラ;複数のリングから形成され、そのプロペラを囲むように置かれた 多重リングゲージ構造体で、上記リングの少くとも1つが、上記プロペラの軸方 向スパンの範囲内に配置され、上記リング(複数)は、相互に間隔を保たれ、プ ロペラから生じる流体の翅端渦が有用な流体流に変換されることを可能にしてい るもの; を具備する装置。 11.請求項10による装置であって、上記プロペラは、約0.1から約3まで の範囲のアスペクト比を有する羽根を備えた装置。 12.請求項10による装置であって、プロペラの剛率が約0.06から約1. 0の範囲内にある装置。 13.請求項10による装置であって、プロペラは複数の羽根を有し、上記羽根 は一般に矩形の平面図形を有している装置。 14.請求項10による装置であって、複数のリングはプロペラの軸方向スパン の範囲内でプロペラを取り囲むように配置された装置。 15.請求項10による装置であって、リングはプロペラの半径の約10%から 約50%までの範囲内で選択した半径方向翼弦長さを有している装置。 16.請求項10による装置であって、軸方向に並んだ少くとも1対のリング間 の軸方向間隔が、流体流を増加する開口部を画定し、その軸方向幅は、半径方向 翼弦長さの約1/2倍から約4倍の範囲内にあり、かつ少くとも部分的にプロペ ラの軸方向スパンの範囲内に位置している、装置。 17.請求項15による装置であって、そのリングはプロペラの半径の約10% から約50%の間の半径方向翼弦長さを有し; 少くとも1対の軸方向に並んだりングは、間隔をあけ流量を増加させるための開 口部を形成し、その幅は半径方向翼弦長さの約1/2倍から約4倍の範囲内にあ る、装置。 18.請求項17による装置であって、上記リングの少くとも1つの翼弦の部分 は上記プロペラの回転軸に関してある角度で傾斜している装置。 19.請求項18による装置であって、上記翼弦の部分の傾斜角は約5°から約 45°の範囲内にある装置。 20.請求項10による装置であって、プロペラは、約15°から少くとも約6 0°までの範囲内の翅端ピッチ角を有する羽根を備えている装置。 21.空気を動かすためのファンであって、原動機; その原動機に結合して軸の回りに回転駆動される、この軸に沿って設けられた複 数の羽根を有するプロペラ、;プロペラの回りに取り付けられたリングゲージ構 造体で複数の、軸方向に間隔を保ったりングを有し、選択した上記リング間に環 状の開口部を設けてプロペラが発生する翅端渦から生じる空気流量増加を生成す るもの;を有するファン。 22.請求項21によるファンであって、上記リングの少くとも1つは上記プロ ペラ羽根の軸方向スパンの範囲内に配置されたファン。 23.請求項22によるファンであって、複数のリングが上記プロペラ羽根の軸 方向スパンの範囲内に配置されたフアン。 24.請求項22によるファンであって、複数の上記空気流量増加用環状開口部 が上記プロペラ羽根の軸方向スパンの範囲内に配置されている、ファン。 25.請求項22によるファンであって、上記リングは、あるリング翼弦寸法を 有し、上記1つのリングと軸方向に続くリング間の軸方向間隔が、上記流量増加 を生成するように選択された、ファン。 26.請求項25によるファンであって、そのリング翼弦寸法はプロペラの半径 の約10%から約50%の範囲内にある、ファン。 27.請求項26によるファンであって、少くとも上記1つのリングと軸方向に 並んだリング間の間隔が翼弦長さの約1/2倍から約4倍までの範囲内に選択さ れた、ファン。 28.請求項25によるファンであって、そのリング翼弦寸法、上記軸方向間隔 、および上記プロペラは、実質的に直線的な静圧対マスフローのカーブを生成す るように選択された、ファン。 29.請求項28によるフアンであって、上記プロペラ羽根は比較的小さいアス ペクト比を有するフアン。 30.請求項29によるファンであって、プロペラ羽根が約0.1から約3まで の範囲内のアスペクト比を有する、ファン。 31.請求項30によるファンであって、プロペラは約0.6から約3までの範 囲内の剛率を有する、ファン。 32.請求項31によるファンであって、上記リングの少くとも1つは回転軸に 対して相対的に所望の角度で傾けられている、フアン。 33.請求項30によるファンであって、上記環状開口部を形成しているリング はその横断面が翼形で、翼表面が上記空気流の上流に向けられている、ファン。 34.請求項33によるファンであって、リング翼表面は、端通常鈍い前縁およ び通常薄い後縁を有し、前記鈍い前縁は胴体中心寄りでかつ前記薄い後縁は胴体 端寄りにあり、そのため前記翅端渦から生じる空気流は、後縁から翼表面を横切 って鈍い前縁に向って動く、ファン。 35.回転するシャフトを有する飛行機エンジンにおいて;回転のためシャフト に結合し、軸方向スパンを有し、かつ上流方向から下流方向に向う気体流を作る プロペラ;プロペラを取り囲むように取り付けられたリングゲージ構造体を有し 、上記リングゲージ構造体は複数の、軸方向に間隔を保ったりングを有し、上記 リングの少くとも1つは軸方向で上記プロペラのスパンの範囲内に配置されるこ とによって上記プロペラを取り囲み、上記リングはプロペラが発生させた渦がプ ロペラの作った気体を増加させることを可能にするように軸方向でのプロペラの スパンの範囲内に少くとも部分的に配置される開口部によって軸方向に分離され ている構造体であること;を改善点として有するエンジン。 36.請求項35による改善された飛行機エンジンであって、上記プロペラは約 0.10から約3までの範囲内で比較的小さいアスペクト比を有する、エンジン 。 37.請求項36による改善された飛行機エンジンであって、リングは上記プロ ペラの半径の約15%から約50%の範囲内で選択した半径方向の翼弦幅Cを有 する、エンジン。 38.請求項37による改善された飛行機エンジンであって、リング間の軸方向 間隔Wは半径方向翼弦幅の約1/2倍から約4倍の範囲内にある、エンジン。 39.請求項38による改善された飛行機エンジンであって、リングは上流に向 いた翼表面を有しかつリングの厚さは半径方向翼弦幅の約10%から約35%の 範囲内にある、エンジン。 40.請求項39による改善された飛行機エンジンであって、上記プロペラは翅 端を有し、上記プロペラの翅端と上記1つのリングの内径の間のクリアランスS はプロペラの半径の約3%から約10%の範囲内にある、エンジン。 41.流体を動かすための軸流プロペラシステムであって、 軸の回りに回転するための複数の、半径方向に延びる羽根を有する軸流プロペラ 、上記羽根は回転の間上記流体を軸に沿って下流方向に動かすために選択した軸 方向スパンで方向付けられている; 軸回りに配置された複数の、軸方向に間隔を保った流体流量増強リングから形成 されたリングゲージ構造体、上記流体流量増強リングの少くとも1つは、軸方向 での羽根のスパンの範囲内で羽根の回りに軸方向に配置されており;上記プロペ ラ羽根は、回転の間翅端渦を発生させる翅端を有し、羽根の形は、その翅端渦を 強化するよう選択されており;羽根の翅端および上記1つの流体流量強化リング の半径方向に内側の縁は十分に近接しており、かつ上記軸方向流体流量増強リン グおよびそれらの軸方向間隔の寸法は羽根から生じる翅端渦が流体流量を上記下 流方向に増加させる開口部を形成するように選択されており; それによって翅端渦は、軸流プロペラシステムの性能増進のために有用な流体流 に変換できる;ところの軸流プロペラシステム。 42.請求項41による軸流プロペラシステムであって、そのリングはプロペラ 半径Rの約59%以下のリング翼弦Cを有し、またプロペラ羽根の翅端と上記1 つの流体流量増強リングの内側縁の半径方向クリアランスは上記半径Rの約10 %以下であり、リング間の軸方向距離はリング翼弦Cの約1/2倍から約4倍の 範囲内にある、ところのシステム。 43.プロペラから生じるマスフローを増強するための方法であって: プロペラ羽根の翅端から生じる翅端渦を発生させている間、流体を上流側から下 流方向に動かすためにプロペラを回転するステップ; 上記プロペラ回転の間、上記翅端渦の流れに影響を与えて翅端渦から生じるマス フローを、予め選択して間隔をあけ、寸法取りしたポンピング開口部に動かすス テップで、但しこの開口部は少くとも部分的にプロペラの周囲にかつ翅端渦から 生じるマスフローを上記プロペラから生じる有用なマスフローの増加量に変換す るような方向に延びている; の各ステップを有する方法。 44.請求項43による、プロペラから生じるマスフローを増強するための方法 であって、更に:上記プロペラ回転中翅端渦から生じるマスフローを、続けて軸 方向に間隔をあけた位置において上記プロペラから生じる有用なヤスフローの増 加量に変換するために、軸方向に並んで間隔を保ったポンピング開口部において 、上記翅端渦の流れに影響を与えるところの、ステップを有する方法。
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