JP2004106565A

JP2004106565A - ポッドプロペラ

Info

Publication number: JP2004106565A
Application number: JP2002267829A
Authority: JP
Inventors: Isao Funeno; 舩野　功
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】プロペラの各翼から出る旋回流はポッド後端部で集中し、ポッド後方で強い渦巻き状の旋回流を形成するため、これにより大きなエネルギー損失を生じる。
【解決手段】ストラット２を介して船体９にポッド３を支持し、このポッド３の船首側にプロペラ５を配設し、このポッド３の後端部１０にポッド本体４とは分離して回転する翼型断面のフィン１１を設け、このフィン１１を前記プロペラ５と同一回転数で同一方向に回転するように構成している。これにより、ポッド後端部１０で旋回流が集中するのを防ぐとともに、ポッドプロペラ１に推進力を与えて、旋回エネルギーを回収する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、船舶の推進装置であるポッドプロペラに関し、詳しくは推進効率の向上を図ったポッドプロペラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、船舶は船尾にプロペラと舵とを装備し、プロペラで推進力を発生させて舵で操船する構成が一般的に用いられているが、近年、ポッドプロペラを採用する船舶が増えている。
【０００３】
図４は従来の一般的なポッドプロペラを示す図面であり、（ａ）　は船体に取付けた状態の側面図、（ｂ）　はポッドプロペラのみの側面図、（ｃ）　はポッドプロペラの正面図、（ｄ）　は（ｂ）　に示すＡ−Ａ矢視図である。図示するポッドプロペラ５１は、船体５６の船尾に、鉛直軸周りに旋回可能なストラット５２を介してポッド５３が設けられ、このポッド５３の船首側にプロペラ５４が装着されている。また、このポッドプロペラ５１は、ポッド５３内にプロペラ５４の駆動モータ５５が設けられている。この駆動モータ５５を駆動するための電力は、船体５６に設けられたゼネレータから供給されている。
【０００４】
このポッドプロペラ５１は、プロペラ５４による推進力の発生と、ストラット５２を旋回させることによりポッド５３とともにプロペラ５４を旋回させて水流の方向を変化させる操船が可能である。
【０００５】
しかし、このポッドプロペラ５１の場合、プロペラ５４の回転によって各翼から後方へ流出される旋回流のエネルギーは、後流中へ放棄されてエネルギー損失となっている。
【０００６】
そこで、この種の先行技術では、プロペラの後流側のポッド前部にステータフィンを設け、このステータフィンによってプロペラから流出する流れにプロペラ回転方向とは逆方向の回転を与え、プロペラにより発生した後流中の回転を減らして推進力を増加させるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、他の先行技術では、プロペラの後流側に遊転翼を設け、この遊転翼でプロペラの後流の回転流成分を推力に変換しようとしている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
さらに、他の先行技術では、スクリュープロペラのボスキャップに複数個のフィンを設け、このフィンでプロペラの後流を整流して推進機効率を高めようとしている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１９９１号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１１２２９８号公報
【特許文献３】
特公平７−１２１７１６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５のポッドプロペラにおける旋回流の流れを示す側面図のように、前記図４に示すポッドプロペラ５１の各翼から流出されるプロペラ後流の旋回流５８は、ポッド外壁に沿って後方へ流れてポッド後端部５７で集中し、ポッド後端で強い渦巻き状のハブ渦５９を形成して後方へと放出されている。そのため、このハブ渦５９により大きなエネルギー損失を生じている。
【００１１】
そのため、前記特許文献１の場合でも、ステータフィンを装着したプロペラ直後の位置で旋回流を減らして旋回エネルギーを回収することはできるが、ポッドの後端で再び旋回流が集中してハブ渦５９を生じ、これによってエネルギー損失を生じる。つまり、ポッド後端部においてはエネルギー損失を生じるので、効率的な工ネルギ一回収は望めない。また、この発明は、プロペラ直後の位置にステータフィンを固定して装着するものであるため、プロペラ羽根の回転移動に伴って生じるフィン上の圧力変動を効率的にエネルギー回収するのは難しい。
【００１２】
さらに、前記特許文献２の場合、プロペラと遊転翼とを近接して設けた場合に遊転翼でプロペラ後流の回転成分を推力に変換することはできても、本願発明のように、ポッドの船首側にプロペラを有するような構成の推進機におけるポッド後端部での前記課題を解決できるものではない。
【００１３】
さらに、前記特許文献３の場合も、プロペラ直後の位置で後流を整流させて推進機効率を高めることはできても、本願発明のようにポッド後端部において旋回流を拡散して推進力を発生させことができず、しかも、常にフィン上の圧力を安定させてエネルギー回収できるものではない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明は、ストラットを介して船体にポッドを支持し、該ポッドの船首側にプロペラを配設し、該ポッドの後端部にポッド本体とは分離して回転する翼型断面のフィンを設け、該フィンを前記プロペラと同一回転数で同一方向に回転するように構成している。このようにポッド後端部にポッドから分離した翼型断面のフィンを設け、このフィンをプロペラと同じ回転数で同じ回転方向に回転させることにより、プロペラから出た旋回流が集中するポッド後端部において旋回流を拡散させて推進力を発生させるので、非常に効率よく旋回エネルギーの回収が行える。しかも、フィンがプロペラと同期して回転しているので、常にフィン上の圧力が安定し、エネルギーの回収効率は非常に高く、安定している。これにより省エネルギーにも貢献できる。
【００１５】
前記ポッド本体内にプロペラを駆動するモータを設け、該モータで前記フィンとプロペラとを同一回転数で同一方向に回転するように構成すれば、常にプロペラとフィンとを同期させて同一回転数で同一方向に回転させることが容易にできる。
【００１６】
また、前記フィンをプロペラと同一枚数とするとともに、該フィンを周方向にほぼ等間隔で配設すれば、プロペラの基部から生じる渦の条数と同じ数のフィンで旋回流から旋回エネルギーを回収するので、プロペラで生じた渦をフィンで整流して効率良く旋回エネルギーの回収を行うことができる。
【００１７】
さらに、前記フィンの周方向取付位置と前記プロペラの周方向取付位置とが、前記ポッドの軸方向で相対的にほぼ一致するように配設すれば、プロペラの基部から生じる渦と同じ周方向ピッチに位置するフィンによって旋回エネルギーを回収するので、効率良く旋回エネルギーを回収することができる。
【００１８】
また、前記フィンを前記プロペラのピッチ角とほぼ同じピッチ角で設け、該フィンにプロペラのキャンバーに対して逆のキャンバーを付ければ、フィンに流れ込む旋回流からより大きな揚力を発生させることができるので、より効率良く旋回エネルギーを回収することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を示すポッドプロペラの図面であり、（ａ）　は側面図、（ｂ）　は（ａ）　のフィンを示す拡大図である。図２は同ポッドプロペラにおけるプロペラとフィンとの配置関係の一例を示す配置図である。
【００２０】
図１に示すように、このポッドプロペラ１は、船体９から下方にストラット２が突設され、このストラット２の下端にポッド３が連結されている。このポッド３は、ほぼ中央部のポッド本体４がストラット２と連結されている。このポッド３の前部には、この例では４枚のスクリュープロペラ５がプロペラハブ６から放射状に設けられている。このスクリュープロペラ５は、ポッド本体４の内部に設けられたモータ７の駆動軸８により駆動されている。
【００２１】
前記ストラット２は、船体９にポッド３を支持し、スクリュープロペラ５の推力をこのポッド３を介して船体９に伝えるとともに、モータ７を駆動するための図示していない動力線や軸受等へ潤滑油を供給するための油配管等を内包している。このストラット２は、その水平断面が流線形で形成されている。なお、このストラット２の上部に旋回装置を設ければ旋回式ポッドプロペラとなり、舵としての機能を持たせることもできる。
【００２２】
そして、ポッド後端部１０には、ポッド本体４とは分離されたフィン１１が設けられている。このフィン１１は、ポッド後端部１０に設けられたフィンボス１２の周方向に設けられており、翼型断面で形成されている。このフィンボス１２は、ポッド軸方向のストラット２後端よりも後部からポッド３の後端にかけて設けられている。このフィンボス１２の外面は、ポッド本体４の外面に連続するような曲面で形成されており、ポッド３の全体が連続的な曲面を呈するように形成されている。この実施形態では、ポッド後端部１０がフィンボス１２で形成されている。
【００２３】
また、この実施形態では、前記プロペラ５と同一枚数のフィン１１が、フィンボス１２の周方向にほぼ等間隔で配設されている。つまり、プロペラ５の周方向取付ピッチとフィン１１の周方向取付ピッチとが、ほぼ一致するように配設されている。
【００２４】
さらに、この実施形態では、前記ポッド本体４内に設けられたプロペラ５を駆動するモータ７の駆動軸８から後方に向けて設けられた駆動軸１３にフィンボス１２が直結されている。これにより、常にプロペラ５とフィン１１とを同期させて同一回転数で同一方向へ回転させるように構成されている。なお、プロペラ５とフィン１１とを別々の駆動機で駆動することにより、これらを同一回転数で同一方向へ同期させて回転させるようにしてもよい。
【００２５】
このフィン１１の大きさとしては、ポッド３の大きさに応じてポッド後端部１０に設けることができる大きさで決定すればよいが、（ｂ）　に示すように、フィン１１の長さＬ（ポッド軸方向長さ）がポッド３の全長の約１／９程度、高さＨがフィン１１の長さの約１／２程度が、製作上好ましい。
【００２６】
さらに、このフィン１１は、（ａ）　に示す状態で、外周側先端がプロペラ５の直径のほぼ９０％の円内に収る高さで形成されている。フィン１１の先端をプロペラ５の直径のほぼ９０％以内とすることにより、プロペラ後流が縮流によって小さくなった範囲にフィン１１を設けて、旋回流から旋回エネルギーを効率良く回収することができる。
【００２７】
その上、図２にも示すように、この実施形態では、前記フィン１１の周方向取付位置と、プロペラ５の周方向取付位置とが、ポッド３の軸線Ｃ方向において、相対的にほぼ一致するように設けられている。つまり、フィン１１の中心位置１１ａとプロペラ５の中心位置５ａとが、ポッド軸線Ｃ方向でほぼ一致するようにフィン１１とプロペラ５とが配設されている。そして、このようにポッド軸線方向にフィン１１とプロペラ５とが一致した状態で、同一方向に同一回転数で回転させられるように構成されている。
【００２８】
また、これらのフィン１１とプロペラ５とは、ポッド軸線に対するピッチ角αがほぼ同一となるように設けられている。さらに、この実施形態のフィン１１には、プロペラ５のキャンバー１４に対して逆のキャンバー１５が付けられている。このようにフィン１１にプロペラ５と逆のキャンバー１５を付けることにより、プロペラ５によって生じた旋回流に逆方向の旋回力を作用させることができるので、フィン１１に沿って流れる旋回流から旋回成分をより回収して、より大きな揚力を発生させて推進効率の向上を図ることができる。
【００２９】
図３は図１のポッドプロペラにおける旋回流の流れを示す側面図である。図示するように、前記したポッドプロペラ１によれば、プロペラ５から出た旋回流１６の集中する位置、即ち、ポッド後端部１０にプロペラ５と同期して回転するフィン１１を設けているので、プロペラ５によって生じた旋回流１６がポッド３の外面に沿って後方へ流れてこのフィン１１に流入することにより、ポッド後端部１０での旋回流１６の集中を防止して拡散することができる。
【００３０】
そして、この旋回流１６が集中することによって大きな損失を生じていたポッド後端部１０で、翼型断面のフィン１１によって揚力１７を発生させるので、この揚力１７の前進方向成分１８によって前進推力およびモータの回転を加速させるトルクがポッドプロペラ１に作用し、プロペラ５による旋回後流の旋回エネルギー損失を非常に高い効率で回収することができる。
【００３１】
しかも、この実施形態では、プロペラ５の羽根の枚数と同数のフィン１１を同一回転数で同一方向に回転させることにより、各プロペラ５の基部で生じた複数条の渦（図示する旋回流１６）が同じ数のフィン１１によってそれぞれ整流されて拡散されるので、非常に効率良く旋回流の整流と揚力の発生が行われる。
【００３２】
その上、この実施形態では、翼型断面のフィン１１にキャンバー１５を付けて作用する揚力を大きくしているため、その揚力の前進方向成分の推力が大きくなって、より高い回収効率で旋回エネルギーを回収することができる。
【００３３】
このように、船舶の推進装置であるポッドプロペラ１の推進効率を向上させて、省エネルギーを達成させることができる。
【００３４】
なお、前記実施形態におけるフィン１１は一例であり、ポッド３の後端部１０を含む範囲に回転するフィン１１が設けられていればよく、また、フィン１１の枚数や形態および周方向位置は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
さらに、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００３７】
プロペラによって生じる旋回流がポッド後端部で集中するのを防ぐとともに、翼型断面のフィンによってポッドプロペラに推進力を与えるので、旋回エネルギーを回収して推進効率の向上を図り、省エネルギーに貢献することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態を示すポッドプロペラの図面であり、（ａ）　は側面図、（ｂ）　は（ａ）　のフィンを示す拡大図である。
【図２】図１に示すポッドプロペラにおけるプロペラとフィンとの配置関係の一例を示す配置図である。
【図３】図１のポッドプロペラにおける旋回流の流れを示す側面図である。
【図４】従来のポッドプロペラを示す図面であり、（ａ）　は船体に取付けた状態の側面図、（ｂ）　はポッドプロペラのみの側面図、（ｃ）　はポッドプロペラの正面図、（ｄ）　は（ｂ）　に示すＡ−Ａ矢視図である。
【図５】図４のポッドプロペラにおける旋回流の流れを示す側面図である。
【符号の説明】
１…ポッドプロペラ
２…ストラット
３…ポッド
４…ポッド本体
５…プロペラ
６…プロペラハブ
７…モータ
８…駆動軸
９…船体
１０…ポッド後端部
１１…フィン
１２…フィンボス
１３…駆動軸
１４…キャンバー
１５…キャンバー
１６…旋回流
１７…揚力
Ｃ…ポッド軸線
α…ピッチ角

Claims

ストラットを介して船体にポッドを支持し、該ポッドの船首側にプロペラを配設し、該ポッドの後端部にポッド本体とは分離して回転する翼型断面のフィンを設け、該フィンを前記プロペラと同一回転数で同一方向に回転するように構成したポッドプロペラ。
前記ポッド本体内にプロペラを駆動するモータを設け、該モータで前記フィンとプロペラとを同一回転数で同一方向に回転するように構成したことを特徴とする請求項１記載のポッドプロペラ。
前記フィンをプロペラと同一枚数とするとともに、該フィンを周方向にほぼ等間隔で配設したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のポッドプロペラ。
前記フィンの周方向取付位置と前記プロペラの周方向取付位置とが、前記ポッドの軸方向で相対的にほぼ一致するように配設したことを特徴とする請求項３記載のポッドプロペラ。
前記フィンを前記プロペラのピッチ角とほぼ同じピッチ角で設け、該フィンにプロペラのキャンバーに対して逆のキャンバーを付けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のポッドプロペラ。