JPS6116678B2

JPS6116678B2 -

Info

Publication number: JPS6116678B2
Application number: JP13826180A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yuasa; Norio Ishii
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1980-10-04
Filing date: 1980-10-04
Publication date: 1986-05-01
Also published as: JPS5766093A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ルート・エロージヨンを防止できる
推進器翼に関する。

推進器翼は、キヤビテーシヨンの発生に伴つて
各部にエロージヨンが発生するが、高推進効率を
保ちながらこのエロージヨンの発生を防止するこ
とは重要な課題である。

エロージヨンが発生し易い個所として翼の根部
があり、このエロージヨンをルート・エロージヨ
ンと称しており、これが進行すると翼に亀裂が発
生し、極端な場合には翼がボス部から脱落してし
まうという問題がある。

一方、推進器翼の取り付け状態について見る
と、一般に推進器軸にはシヤフトレーキがあるた
めにこの推進器翼は推進器軸により発生する渦の
影響を受ける。すなわち推進器翼は常時推進器軸
等によつて作られた乱れた流れの中で回転するこ
とになり、推進器翼自体が発生する乱れとあいま
つてルート・エロージヨンを発生し易い状態とな
る。

本発明は、特に推進器軸の近傍に発生する渦の
影響を防ぐ推進器翼を提供するものであつて、翼
根部で発生する渦の旋回方向と逆方向に旋回する
渦を発生させるための案内翼を翼断面の基準線
（ピツチ面またはノーズ・テール・ライン）に沿
つて翼根部の前縁側に連続あるいは間隔を置いて
設け、前記旋回方向の異なる渦を混合させるよう
に構成したことを特徴とするものである。

以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図は本発明の基本形式を示すもので、１枚
の推進器翼の展開図が描かれている。Ａの部分は
従来の推進器翼を示し、これの根部両側の翼面の
延長方向に案内翼部B₁，B₂が一体的に設けられ
ている。

今、案内翼部の幅をそれぞれS₁、S₂とし、高さ
をl₁、l₂とし、従来の推進器翼Ａの根部を幅をｈ
とすると、案内翼部B₁，B₂がボス部となす角ｄ
η／ｄξと高さl₁、l₂は次の範囲である。

Ｏ゜＜tan^-1（ｄη／ｄξ）≦60゜ l₁＜（S₁−ｈ／２） l₂＜（S₂−ｈ／２）角度tan^-1（ｄη／ｄξ）が０゜〜30゜の範囲
であると、案内翼部の高さが低く、かつ長くボス
部に捲回される形となるが、推進器軸が発生させ
た乱れを案内する効果は大きい。また、角度が60
゜より大きい場合には案内翼部の高さが高くな
り、かつ翼幅が短かくなり案内翼としての効果が
うすくなる。

従つて、角度tan^-1（ｄη／ｄξ）が０゜〜60
゜の範囲で選定するのがよい。

第２図および第３図は、本発明の第２の基本形
式の推進器翼の展開図を示すもので、従来の推進
器翼Ａの回転方向前方に案内翼B₃が間隔をおい
て設けられている。そして第３図に示す如く案内
翼B₃は推進器翼Ａの翼断面の基準線L₁，L₂（ピ
ツチ面あるいはノーズ・テール・ライン）に対し
て間隔Ｃの範囲でずれて配置されている。

案内翼B₃の軸との取付角度ξは、Ｏ゜＜tan^-1（ｄη／ｄξ）≦60゜すなわち、次の範囲に選定される。

Ｏ＜ｌ_３／ｋ≦√３また、 S₃＞ｈ／２ −1.0tmax≦Ｃ≦3.0tmax の範囲とする。

案内翼B₃は一種の渦発生器であつて、これで
発生した渦が推進器軸まわりに発生している渦を
打ち消す役目をするものである。

第１２図ないし第１４図は本発明の原理を説明
したものである。

推進器翼の任意の半径位置における翼Ａの断面
について考えた場合に、この翼Ａの断面がある速
度Ｖで迎角をもつて水中を運動すると、推進器翼
Ａの背面に沿う流速ｂは、正面に沿う流れの流速
ｆより大きくなり、この結果、翼断面のまわりに
はサーキユレーシヨン流れＦが生ずる。この関係
を第１２図に示している。

次に推進器翼が回転すると、任意の半径位置の
翼断面に第１２図に示したサーキユレーシヨン流
れＦが生ずる。このサーキユレーシヨン流れＦの
強さをΓとすると、Γは、一般に推進器翼Ａの半
径方向に楕円状の分布となり、またその分布の傾
斜角は、〔ｄΓ／dr〕となる。

推進器翼の後方へは、このサーキユレーシヨン
の強さΓの半径方向の傾きに相当する強さの渦が
流出され、推進器翼Ａのチツプ部Γでは渦（チツ
プボルテツクス）tvとなり、翼根部Ｒではサーキ
ユレーシヨン流れＦの傾きが逆のためチツプボル
テツクスtvとは逆向きの渦（ルートボルテツク
ス）rvとなる。

第１３図Ａ，Ｂには推進器翼Ａが水中の流れＶ
の中に置かれた時に、翼Ａに発生するサーキユレ
ーシヨン強さΓの分布形状と推進器翼Ａの後方に
流出される渦tv、rvの関係を示したものである。

第１４図は推進器翼Ａが回転した場合に、推進
器翼Ａ面上に発生する渦と、本発明による案内翼
B₃の効果を説明したものである。

推進器翼Ａのチツプ部Ｔと翼根部Ｒには第１３
図で説明したように、互いに逆向きの渦tv、rvが
それぞれ発生する。即ち、前記案内翼B₃から
は、三角翼特有の渦ｖが発生し、この渦ｖはチツ
プボルテツクスtvと同方向に旋回する渦ｖである
ために推進器翼Ａの翼根部Ｒに発生する渦rvとは
逆向きとなり、この両者は互いに打ち消し合うこ
とになる。

特に、案内翼B₃を第３図に示す如くＣ≧
0.5tmaxだけ偏位することにより、これから発生
する渦が推進器翼Ａの翼面に直接当らず、これを
かすめるようにする。

また、案内翼B₃の推進器翼Ａに対する取付角
度θについては、第４図に示す如く推進器翼への
流入迎角を調節することにより、本発明の効果で
あるキヤビテーシヨンを防止し、ひいてはルー
ト・エロージヨンを防止することができるのであ
る。

次に、実際の推進器翼に本発明を適用した場合
を説明する。

第５図は、従来の高速船用推進器翼の１例を示
す展開図で、これに対して本発明においては、第
６図の如く推進器翼Ａの根部の両側に案内翼
B₁，B₂を連続して設ける。この案内翼は、推進
器軸Ｐの周囲を捲囲するように設けられるが、第
１図の各数値を示せば次の通りである。

tan^-1（ｄη／ｄξ）＝38゜ l₁＝0.3R（Ｒ：プロペラ半径） l₂＝0.2R S₁＝0.66R S₂＝0.58R 第７図は、従来の一般船舶用推進器翼の展開図
を示し、これに対して本発明を適用した例を第８
図に示している。

第９図および第１０図は、第２図に示した分離
型の案内翼を有する従来型と本発明に係る一般舶
用推進翼の展開を示している。

本発明は推進器翼の根部の前縁及び後縁側に翼
面の延長方向に連続して略三角形状の案内翼をそ
れぞれ設けるか、もしくはこの推進器翼の延長方
向、即ち、推進器翼根部の翼断面の基準線（ピツ
チ面またはノーズ・テール・ライン）に沿つて前
記翼断面の前縁側にこれと間隔を置いて略三角形
状の案内翼を設けたことを特徴とするものであ
る。

そして前記案内翼が推進器の根部で発生する渦
rvとは逆向きの渦ｖを発生して前記渦rv中に供給
するために、両渦rvとｖとは互いに打ち消し合
い、その結果、推進器翼の根部で発生し易いキヤ
ビテーシヨンを防止し、ルート・エロージヨンの
発生を防止することができる。

本発明は、前記効果の他に、次の効果を奏する
ことができる。

(1) ボラード状態の効率増加推進器翼Ａ断面に対する流入速度Ｗと迎角α
は、簡略化すると第１５図と次式のように前進
速度Ｕ、回転数ｎ、翼断面の半径位置ｒ、ピツ
チ角βで表わされる。

Ｗ≒√²＋（２）² α≒β−tan^-1Ｕ／２πｒｎなお、Ｕ＝Ｏとなり、Ｗ≒２πrn、α≒βに
相当する状態がボラード状態である。このと
き、α＞α_５（ストール迎角）となる部分が一
般に根部に生じ易く、翼の背面（前進側の面）
が死水となつて揚力は頭打ちとなる。これによ
つて効率も低下する。

第１図及び第１６図のように裾野が広い推進
器翼Ａの根部に連続して案内翼B₁を設けるこ
とによつて、この案内翼B₁から発生する渦ｖ
（縦渦）によりこのストールは抑制され、かつ
渦ｖの誘起する負圧も作用して揚力を増加さ
せ、推進効率を向上させるのである。なお、第
１６図において領域Ｍが通常ストールし易い領
域を示している。

また、第２図及び第１７図のように案内翼
B₃が主翼Ａ根部の前縁側に離れている場合に
も前記と同様の作用効果を奏することができ
る。

第１１図は、本発明の推進器翼と従来型の
MAU推進器翼の水槽試験結果を比較した図
で、横軸にプロペラ前進率Ｊを、縦軸にスラス
ト係数Ｋ_T、トルク係数Ｋ_Q、効率η_pを示す。

Ｊ＝Ｖ_A／nD Ｖ_A：プロペラ前進速度（m/sec）ｎ：プロペラ回転数（rps）Ｄ：プロペラ直径（ｍ）Ｋ_T＝Ｔ／ρｎ^２Ｄ^４Ｔ：スラスト（Kg） ρ：水の密度（Kg・sec²/m⁴）Ｋ_Q＝Ｑ／ρｎ^２Ｄ^５Ｑ：トルク（Kg−ｍ） η_p＝Ｊ・Ｋ_T／２π・Ｋ_Q π：円周率（3.1415……）実線が従来型の推進器翼の性能で、破線が本
発明の案内翼を従来型の推進器翼に取付けた場
合の性能である。ボラード状態（Ｊ＝0.0）の
効率はη_pでは比較できないので、馬力と推力
の比Ｋ_T／Ｋ_Q ^2/3で比較すると、（Ｋ_Ｔ／Ｋ_Ｑ ^２／３）本発明の推進器翼／（Ｋ_Ｔ／Ｋ
_Ｑ ^２／３）従来型の推進器翼＝1.07 となりボラード状態で効率は７％upとなる。

(2) 高馬力の吸収従来の推進器翼は高馬力を吸収するには限界
があり、この限界を越えて回転させようとする
と推進器翼はストール状態となり、急激に効率
が悪くなることがある。

即ち、ボラード状態と同様にＵ＞Ｏの場合に
おいても回転数ｎとの関係から決まる迎角αが
大きい運航状態では、一般に前記(1)と同様のス
トールが翼根部付近で発生することによる。

この場合も、前記(1)と同様の２種の案内翼
B₁，B₂あるいはB₃の何れか一方の案内翼を翼
根部に設けることによつてストールが抑制さ
れ、スラスト・トルクが上昇して高馬力の吸収
が可能となる。

(3) 後進性能の向上推進器翼は普通、前進性能を良くすることを
目的としているため、後進性能は前進時と比べ
急激に悪くなるのが通例である。これに対して
本発明においては、推進器翼の前縁側の案内翼
B₁と同様に翼Ａの後縁側にもその翼Ａの延長
として案内翼B₂（第１図）を取付けることに
より後進時の逆転に対して案内翼B₂からその
翼Ａの翼面に渦が発生するので、従来後進時に
揚力が小さかつた翼面上に大きな揚力が働き第
１１図に示すように後進性能を向上させること
ができる。

なお、案内翼が翼Ａから離れた案内翼B₃と
同様の案内翼を後縁側に設けることは、後進に
対しては案内翼B₃と同様の効果を有するもの
の、通常運航の前進時には抵抗となり易いた
め、これを取付けない。

(4) その他推進器翼の根部に接続して設ける案内翼
B₁，B₂は主として新造の推進器翼に、また、
翼Ａの根部と間隔を置いて設ける案内翼B₃は
既存の推進器翼に設けるのが良い。

第３図の翼Ａの翼断面の基準線（ピツチ面ま
たはノーズ・テール・ライン）と案内翼B₃と
の間の間隔Ｃと、第４図の取付角度θの範囲に
ついては、それぞれの推進器翼によつて異なる
ものであり、翼根部に発生する渦を打ち消す渦
を効果的に作るように、実験または計算を行な
つて決定する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る推進器翼
の展開図、第２図は本発明の第２の実施例に係る
推進器翼の展開図、第３図は第２図のＹ−Ｙ矢視
断面図、第４図は案内翼を基準線に対して傾斜し
て配置した場合を示す断面図である。第５図及び
第６図は、従来と本発明の高速用推進器翼の展開
図をそれぞれ示す。第７図及び第８図は従来と本
発明の一般船舶用推進器翼の展開図をそれぞれ示
す。第９図及び第１０図は従来の一般の推進器用
翼と、本発明の分離型案内翼を有する推進器翼の
展開図をそれぞれ示す。第１１図は本発明の推進
器翼と従来のMAU推進器の水槽試験結果を比較
した図である。第１２図ないし第１４図は本発明
の原理の説明図であつて、第１２図は推進器翼断
面の周囲を流れる各種の流れ説明図、第１３図Ａ
は推進器翼の半径方向のサーキユレーシヨン流れ
の分布図、第１３図Ｂは推進器翼の端部と根部と
に発生する渦の説明図、第１４図は案内翼で発生
した渦と翼の根部で発生した渦とが混合して打ち
消し合う状態を示す斜視図である。第１５図は推
進器翼に流入する水の速度と迎角等の関係を示す
図、第１６図は第１図に相当する推進器翼の作用
説明図、第１７図は第２図に相当する推進器翼の
作用説明図である。Ａ……推進器翼、B₁，B₂，B₃……案内翼、Ｐ
……推進器軸。

Claims

【特許請求の範囲】

１推進器翼の根部の基準線に沿つて、少なくと
も前記翼断面の前縁側に、連続もしくは間隔を置
いて略三角形状の案内翼を設けてなる船舶の推進
器翼。