JPH06219385A - 翼或いは羽根のピッチ変更機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プロペラ或いは被動車の翼が流れの方向の変
化に対応して自律的に翼角を変更し、広い前進率或いは
周速比の範囲で効率の高い翼角を得る。 【構成】 翼１は、その重心Ｇを通る取付軸線Ａが、揚
力と抗力の作用点４に対して翼根３から翼端６の間で、
後縁５或いは前縁７及び背面１０或いは圧力面１１と所
定の位置をもって、取付軸８によって軸受９を介して所
定の区間で自在に回動できる様にボス２に取付けられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機或いは船舶用プ
ロペラ、或いはまた風車やタービン羽根車等、流体から
揚力を発生させる翼或いは羽根（以下、翼と記載）のピ
ッチ変更機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体から揚力を発生させ、回転力を得る
風車やタービン羽根車等の被動車における翼のピッチ
は、流体の速度、回転軸への負荷、及び被動車の回転速
度の組合せ、また航空機や船舶等におけるプロペラのピ
ッチは、航行速度、機関出力、及びプロペラの回転速度
の組合せによって決定される。そして翼が、回転軸に所
定の取付角で固定される固定ピッチ翼は構造が簡単であ
ることから、被動車及びプペラ共に広く採用されてい
る。しかし固定ピッチ翼では、上記の組合せが異なる場
合は必ずしも適当なピッチとはならず、効率の良い前進
率（被動車にあっては周速比）の範囲は狭い。これを解
消するため翼の可変ピッチ装置が採用され、広い前進率
或いは周速比の範囲で効率の良い運転を可能にしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、回転中に流体
から大きな力を受けながら小動力でピッチを変更させる
必要のある可変ピッチ装置は構造が複雑であり、特に、
常に水中で運転される船舶用可変ピッチ・プロペラは、
ピッチ変更装置の一部がボス内に格納されており、その
開放点検修理の度にドック入りを要することのないよう
特殊な設計と製作が要求される。このため可変ピッチ翼
は費用がかかり、小型化にも限界があるため専ら固定ピ
ッチ翼が汎用として普及し、船舶用可変ピッチ・プロペ
ラは、開放点検修理が容易でそのものが高価である航空
機用のものと比較して、殆ど特殊な存在である。

【０００４】本発明は、可変ピッチ翼の如く複雑な装置
構造を要することなく、広い前進率或いは周速比の範囲
で効率良く運転できる被動車或いはプロペラ等のピッチ
変更機構を提供するためになされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による翼のピッチ変更機構は、回転軸の同心
円周に等間隔で翼数箇所に放射方向に設けられた取付軸
線の周りの所定の区間で自在に回動できる翼であり、ま
た流れの中で翼に発生する揚力と抗力とによる取付軸線
の周りのモーメントによって翼が所定の翼角（流れに対
しては迎角）で釣合うものである。

【０００６】取付軸線は、翼の所定の位置にある弦線或
いは弦線の延長線と交わり、回転軸の同心円筒断面にお
いて取付軸線は、翼端及び翼端付近では、揚力と抗力の
作用点に対して前縁側の圧力面側に、また翼根或いは翼
根付近にあっては、揚力と抗力の作用点に対して後縁側
の背面側にあって、翼に対する取付軸線の位置は後述す
るように翼角を決定する。

【０００７】また、取付軸線は翼の重心を通っている。

【０００８】

【作用】上記の如く構成された翼のピッチ変更機構の翼
において、運転中、回転軸の同心円筒断面において、流
速（回転軸に平行な方向）と翼の回転速度（回転軸に直
角な方向）との合速度の方向と、揚力ＦＬと抗力ＦＤの
作用点から取付軸線までの線分１とがなす角をθとする
と、翼端あるいは翼端付近においては、ＦＬ・１ｃｏｓ
θは翼角を減少（被動車にあっては増大）させるモーメ
ント、またＦＤ・ｌｓｉｎθは翼角を増大（被動車にあ
っては減少）させるモーメントであり、翼根或いは翼根
付近においてはＦＬ・ｌｃｉｓθは翼角を増大（被動車
にあっては減少）させるモーメント、またＦＤ・ｌｓｉ
ｎθは翼角を減少（被動車にあっては増大）させるモー
メントとなり、翼に対する取付軸線の位置は、翼全体に
おける翼角を増大あるいは減少させるモーメントの釣合
いを決定し、翼に所定の翼角を与える。この時、言うま
でもなく翼はその形によって翼特有の揚力係数と抗力係
数及び揚力と抗力の作用点を有するものであり、翼に対
する取付軸線の位置も、その翼特有のものである。

【０００９】また、翼に発生する揚力ＦＬ及び抗力ＦＤ
は揚力係数をＣＬ，抗力係数をＣＤ、流体の密度をρ、
流速（回転軸に平行）と翼の回転速度の合速度をｖとし
たとき、ＦＬ＝ＣＬρｖ^２／２、ＦＤ＝ＣＤρｖ^２／２
であり、運転中、ＦＬ及びＦＤは翼端或いは翼端付近で
は翼根或いは翼根付近より相当大きく翼端で最大であ
る。そして前進率或いは周速比の変化に伴う合速度の方
向の変化による翼端或いは翼端付近における抗力による
モーメントＦＤ・ｌｓｉｎθ（本発明の構成上、０°＜
θ＜９０°）の増減分は所定の翼角に修正する回転力と
なり、翼は前進率或いは周速比の変化に対応して自律的
に所定の迎角を維持する。

【００１０】翼端或いは翼端付近における抗力によるモ
ーメントＦＤ・ｌｓｉｎθの増減分においては、プロペ
ラの翼角を減少（被動車にあっては増大）させる方向に
翼をを回動修正させる際、翼が高圧方向に回動するため
翼角を増大（被動車にあっては減少）させる場合に比し
て大きなモーメントを要する。このため取付軸線が翼根
或いは翼根付近にあっては揚力と抗力の作用点に対して
後縁側の背面側に、翼端或いは翼端付近にあっては揚力
と抗力の作用点に対して前縁側の圧力面側に位置させる
ことにより、翼根或いは翼根付近では翼角を増大（被動
車にあっては減少）させるモーメントを大きくさせ、翼
端或いは翼端付近では翼角を減少（被動車にあっては増
大）させるモーメントを大きくさせる様に１を大きく設
定することが出来、翼は容易に高圧方向に回動出来る。

【００１１】ここで翼の展開面が矩形でボスは無く半径
ｒであって、半径にわたって同一翼形で流れに対し同一
の迎角を持つプロペラ或いは被動車を仮定したとき、揚
力或いは抗力の働く半径上の平均位置ｒ_０は、前進率或
いは周速比が無限大のときはｒ_０＝０．５ｒの位置、前
進率或いは周速比が０のときはｒ_０はｒの１／２の立方
根およそ０．８ｒの位置となり、前進率或いは周速比の
変化に伴い、上記平均位置は０．５ｒ≦ｒ_０＜０．８ｒ
の間を移動し翼の迎角はいくらか変動する。このため、
翼に対する取付軸線の位置は揚力或いは抗力の働く平均
位置の予想移動範囲の中間で、或いは予想される最も採
用頻度の高い前進率或いは周速比で最大効率を得る翼角
を与える位置に設けることが望ましい。

【００１２】さらにまた、翼が取付軸線を中心とする円
周上に偏在している場合、翼は加速度の影響を受け翼角
が変動する。これを解消するために、重心が取付軸線上
にある様にバランス用錘を設ける方法が考えられるが、
取付軸線が翼根或いは翼根付近にあっては背面側、翼端
或いは翼端付近にあっては圧力面側に位置し、取付軸線
が翼の所定の位置にある弦線或いは弦線の延長線と交わ
ることにより、パランス用錘を要することなく取付軸線
が翼の重心を通るよう設定することが容易となり、加速
度による翼角の変動は解消される。

【００１３】

【実施例】次に本発明による翼或いは羽根のピッチ変更
機構を船舶用プロペラに応用した実施例について図面に
基づいて説明すると、図１、２、３及び４に示すように
翼１はボス２上で取付軸線Ａの周りの所定の区間で自在
に回動できるよう該ボス２に取付けられ、取付軸線Ａは
翼根３或いは翼根付近にあっては揚力と抗力の作用点４
より後縁５側に、また翼端６或いは翼端付近にあっては
揚力と抗力の作用点４より前縁７側に位置している。そ
して翼根３で最も肉が厚く翼端６に近ずくに従って肉は
薄くなっている。

【００１４】また、図５に示すように取付軸線Ａに対し
て所定の反りを有した翼１はその一部である取付軸８に
よって軸受９を介してボス２に取付けられる。そして取
付軸線Ａは翼根３或いは翼根付近にあっては揚力と抗力
の作用点４に対して背面１０側に（図３参照）、翼端６
或いは翼端付近にあっては揚力と抗力の作用点４に対し
て圧力面１１側に位置し（図４参照）、さらに重心Ｇと
交わっている。

【００１５】図６はボス２と翼根３の関係を示すもので
あって、翼根３のボス２と向き合う底面には取付軸８の
中心軸線である取付軸線Ａの２つの同心円周の一部で囲
まれた劣弧状の溝１２が設けられるとともにボス２には
中心軸線が取付軸線Ａと平行な断面円形のピン１３が上
記溝１２内を走行出来るようにボス２上に固定される。
したがって翼角の変更範囲は上記溝１２の長さとピン１
３の直径によって決定され図６は上記変更範囲の中間の
翼角の状態を示すものである。

【００１６】

【発明の効果】本発明は上記の如く簡単に構成されたプ
ロペラ或いは被動車の翼でありながら、何等の装置、操
作を要することなく翼角を自律的に流れの方向に対応変
更することが出来、広い前進率或いは周速比の範囲で最
高効率を含む高い効率で運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プロペラの側面図である。

【図２】プロペラの正面図である。

【図３】回転軸を中心とする翼の同心円筒断面図であ
る。

【図４】回転軸を中心とする翼の同心円筒断面図であ
る。

【図５】プロペラの取付軸線上の縦断面図である。

【図６】翼とボスの取付け状態を示す図である。

【符号の説明】

Ａ 取付軸線 １ 翼 ２ ボス ４ 揚力と抗力の作用点或いはその分布を示す線。 ５ 後縁 ７ 前縁 ９ 軸受 １０ 背面 １１ 圧力面 １２ 溝 １３ ピン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 翼或いは羽根が、取付軸の中心軸線であ
   る取付軸線の周り、或いはその所定の区間で自在に回動
   し、該翼或いは羽根が取付軸線の周りで、揚力と抗力と
   のモーメントによって、流れに対して所定の迎角で釣合
   うことを特徴とする翼或いは羽根のピッチ変更機構。
2. 【請求項２】 取付軸線が、翼或いは羽根の弦線或いは
   弦線の延長線と交わっている請求項１記載の翼或いは羽
   根のピッチ変更機構。
3. 【請求項３】 取付軸線が、翼或いは羽根の重心を通っ
   ている請求項１及び２記載の翼或いは羽根のピッチ変更
   機構。