JP5721675B2 - プロペラノズル - Google Patents

Description

本発明は、特に、船舶などの水上運送手段のためのプロペラノズルに関する。

ノズルリング又はノズルによって取り囲まれたり覆われたりするプロペラを含む水上運送手段、特に、船舶の駆動ユニットはプロペラノズルと称される。このようなノズルリング又はノズルのいくつかは、「コルトノズル（Ｋｏｒｔ ｎｏｚｚｌｅ）」とも称される。通常、コルトノズルでは、ノズルの内部に配置されるプロペラが固定されるように構成され、すなわち、プロペラは、駆動機又はプロペラ軸を中心に回転のみをすることができる。そのため、プロペラは、プロペラ軸に沿って厳密に駆動するように取り付けられる、回転可能であるが、ピボット不可能なプロペラシャフトによって船体に連結される。プロペラシャフトは、船体に配置される駆動機によって駆動される。そのため、プロペラは（水平又は垂直に）ピボット不可能であり、プロペラ軸を中心に回転可能である。

固定式コルトノズルは、プロペラを取り囲むノズルも固定されているため、ピボット不可能だが、駆動機の推力を増加させることを中心機能とする。このような点から、コルトノズルは、強い推力を印加すべきタグボートや補給船などに頻繁に使用される。このような固定式コルトノズルでは、船舶又は水上運送手段を制御するために、追加的な操縦装置、特に舵（ｒｕｄｄｅｒ）がプロペラの後流（ｂａｃｋｗａｓｈ）、すなわち、船舶の進行方向から見てプロペラノズルの下流に配置されなければならない。

これと対照的に、ピボット可能な又は制御可能なコルトノズルは、ノズルが固定式プロペラを中心にピボット可能に構成される。これによって、水上運送手段の推力が増加するだけでなく、コルトノズルは水上運送手段を制御するために使用される。その結果、舵のような補助操縦システムが他のものに取り替えられたり不必要になり得る。通常、設置時に垂直に形成されるピボット軸を中心にしたノズルのピボット動作によって（プロペラの後流とノズル推力ベクトルからなる）総推力ベクトルの方向を変更することができ、その結果、水上運送手段を制御することができる。そのため、ピボット可能な又は制御可能なプロペラノズルは「舵ノズル」とも称される。本明細書において、「ピボット可能な」という用語は、ノズルが初期位置から右舷及び左舷に所定角度に旋回可能であるという意味として理解しなければならない。制御可能なコルトノズルは、概して完全な３６０゜回転できない。

舵ノズルとして構成されるプロペラノズルの他の変形例は、ノズルがプロペラに対して固定されるが、ノズルとプロペラを含む全体の舵ノズルは３６０゜に旋回可能である。一部の場合、このようなプロペラノズルはノズル封入型舵プロペラと称されることもある。

この場合、ノズル又はコルトノズルはプロペラノズルの壁を形成するもので、通常、外面的に略円錐状に先細りしており、望ましくは回転対称に構成されるパイプである。パイプが船舶の船尾（ｓｔｅｒｎ）側に先細りなることで、プロペラノズルは作業容量を増加させなくても水上運送手段に付加的な推力を伝達することができる。推進力向上の特徴の他にも、大波での上下搖れ（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）がこれによって低減され、荒波での速度損失を低減させることができ、航路安定性を増加させることができる。プロペラノズル又はコルトノズルの固有抵抗が船舶速度の増加と共にほぼ２次的に（ｑｕａｄｒａｔｉｃａｌｌｙ）増加するので、この利点は、大型プロペラ推力を生成しなければならない遅い船舶（例えば、タグボート、漁船など）に特に効果的である。

プロペラノズルの内部に配置されるプロペラは、少なくとも一つ、望ましくは複数のプロペラブレード（例えば、３つ、４つ、又は５つのブレード）を含む。個々のプロペラブレードは、プロペラシャフト上に位置したプロペラハブから半径方向外側に向かって突出し、それぞれほぼ同一の形状を有し、プロペラハブの周囲に一定の間隔で配設される。プロペラシャフトを中心にした回転の結果、プロペラブレードはプロペラ領域にわたってつながる。これは、単一起動スクリュー、すなわち、一つのプロペラブレードのみを備えたプロペラノズルはもちろん、複数のプロペラブレードが共にプロペラ領域にわたってつながる複数のプロペラブレードを備えた変形例にも適用される。プロペラを上から見ると、プロペラはほぼ円形の外観であるが、円形の外観の外縁は、それぞれの場合にプロペラブレード端部領域又は外側プロペラブレード先端に対して傾斜しており、その中心点はプロペラシャフト上に位置する。これによって、プロペラブレード端部領域は、半径方向から見ると、プロペラハブから最も遠い距離に位置したプロペラブレード部分であるそれぞれのプロペラブレードの自由端を形成する。

プロペラブレード端部領域、すなわち、外側プロペラブレード先端とノズルの内面又は内壁との間に間隙又は間隔を残すことは、プロペラノズルの安全機能のために絶対的に重要である。このような最小間隙を残しておくことは、個々のブレードが妨害を受けずに回転でき、振動による如何なる衝突も発生しないことを保証する。

プロペラノズルは、（水上）運送手段が前方に進行するとき、水がプロペラノズルのノズルを通過して流れる流動方向を特定する流動流入領域及び流動流出領域の両方を有する。ノズルの内側周辺（ｍａｒｇｉｎａｌ）領域、すなわち、ノズルの内壁領域に沿った水の流動は、プロペラブレード端部領域間の間隙を通過する流動経路の通過中にプロペラブレード端部とノズルの内壁との間の間隙を通過するもので、本明細書では周辺流動と称する。プロペラノズルの機能を保証するためには、間隙がプロペラの周囲に円周方向に形成されなければならないので、周辺流動もノズルの全体内側ジャケットの周囲に円周方向で分散配置される。

プロペラノズルのプロペラにおいて、プロペラブレード端部領域に特に乱流が形成されることは一般的に知られている。乱流は、上述した周辺流動に発生する。この乱流により、プロペラノズルの性能を低下させる循環損失（ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｌｏｓｓ）が発生する。基本的に間隙が大きいほど、発生する循環損失が大きくなる。したがって、間隙の大きさ、すなわち、プロペラブレード端部領域からノズルの内壁までの距離は可能な限り小さい寸法に定められるが、特定のプロペラノズルの寸法によって定められる最小間隙大きさは安全上の理由で固守されなければならない。

特開２００９−１２０１６９号公報

本発明の目的は、プロペラブレード端部領域周囲での流動中の周辺流動の乱流による性能損失が可能な限り低く維持されるプロペラノズルを提供することにある。

本目的は、周辺流動の少なくとも一部をプロペラ領域側に案内するための流動案内手段がプロペラノズル上に設けられる本発明によって解決される。

流動案内手段は、間隙とプロペラ領域の正常流動経路から離れた周辺流動の少なくとも一部を偏向させるように構成される。すなわち、流動手段は、周辺流動の少なくとも一部をノズルの内壁の領域から離してプロペラ表面側に案内することができる。これによって、通常はプロペラブレード端部領域の周囲に流れる周辺流動の一部が代わりにプロペラ領域側に案内され、プロペラブレードによって捕獲され、プロペラノズルの後流として再びプロペラノズルから流れ出るようになり、その結果、プロペラノズルでの乱流形成が低減される。これによって、流動案内手段は、ノズルの内壁に沿って正常流動経路から周辺流動の少なくとも一部を偏向させ、プロペラ領域、つまり、プロペラ自体に案内するように構成される。すなわち、周辺流動の少なくとも一部は、流動案内手段によって周辺領域又はノズルの内壁領域から偏向される。これによって、間隙を通過する周辺流動が全般的に低減される。これは、流動方向から見ると、プロペラブレード端部領域の下流領域での乱流の低減につながり、その結果、プロペラノズルの全般的な性能向上につながる。したがって、流動案内手段は、一定間隔でプロペラブレード端部領域とノズルの内壁との間の間隙を通過する水流の量を低減させる。

流動案内手段は、間隙とプロペラブレード端部領域の表面の正常流動経路から離れた周辺流動の少なくとも一部を偏向させるのに適した任意の構造的構成を有することができる。特に、流動案内手段は、望ましくは、ノズル内壁の輪郭を適宜構成することによって形成される。

流動案内手段は、周辺流動の適正な比率、例えば、プロペラ表面の周辺流動の５０％、６０％又は７５％を超える、に導くように適宜構成される。

流動案内手段は、通常、間隙の寸法又は間隙大きさに影響を及ぼさない。特に、本発明において、間隙は、プロペラノズルのそれぞれの大きさで、少なくとも最小間隙寸法を常に適宜有する。特に、間隙、すなわち、プロペラブレード端部領域とノズル内壁との間の間隙は、プロペラ直径の１％〜２％、望ましくは１．２％〜１．８％の厚さを有する。個々のプロペラブレードは通常プロペラノズルの流動方向に対して傾斜しているので、間隙は傾斜したプロペラブレードの全体深さに関して流動方向に形成される。

本発明に係るプロペラノズルは、制御可能な変形例（舵ノズル）及び旋回不可能な固定式ノズルを備えた固定式変形例な両方として構成することができる。制御可能なプロペラノズルは、例えば、制御可能なコルトノズル又は３６０゜旋回可能な舵ノズルとして構成することができる。循環損失が低くなる本発明に係る利点は、二つの変形例のいずれにおいても獲得される。本発明に係るプロペラノズルにおいて、プロペラは流動方向から見ると、望ましくは、ノズルの中心部とノズルの流動流出領域との間に配列される。流動流入領域のノズルの流動流入口端部を基準にしてノズル長さの５０％と７０％との間にプロペラを配列することが特に望ましい。特に、回転対称的なノズルの場合は、一定の幅の円周状の間隙が得られるように、プロペラはそのプロペラ軸がノズル軸と同心になるように配置される。

本発明は、固定式プロペラブレードを有するプロペラノズルと調節可能なプロペラブレードを有するプロペラノズルのいずれにも適用することができる。

プロペラノズルは、水上運送手段、例えば、船舶に使用されることがより望ましい。しかし、原則として、本発明に係るプロペラノズルは、この適用例に限定されず、例えば、航空機などの他の分野に適用することも可能である。

プロペラノズルは、少なくとも一つのプロペラブレードを有する。しかし、原則として、数枚のプロペラブレード、例えば、３つ、４つ又は５つのプロペラブレードを有する変形例が望ましい。

一部の実施例において、流動案内手段は、ノズルの内壁からノズルの中心部に向かう方向やプロペラ領域に周辺流動を案内したり、または周辺流動の領域内に挿入又は導入されるようにプロペラ領域を割り当てたりするように構成される。最後に述べた代案において、流動案内手段は、プロペラブレード端部領域が従来の技術として知られている同一の寸法のプロペラノズルに比べて、外側に向かってより延長できるように、すなわち、より大きいプロペラを使用できるようにする。プロペラ又はプロペラの表面をより外側に移行させることによって、周辺流動がその正常流動経路又は正常流動軌跡から偏向されることなく、従来技術のプロペラノズルの間隙を普通は通過するようになる周辺流動の一部がプロペラの表面に案内される。さらに、プロペラノズルの性能はプロペラを拡大することにより向上する。上述した第１の代案に係る流動案内手段による流動のノズル内壁からの偏向は、特に流動が端部から斜め方向に偏向されると理解しなければならない。

本発明の望ましい実施例において、流動案内手段は、プロペラブレード端部領域の領域や「間隙の近接」の領域、あるいはプロペラブレード端部領域に配置される。本明細書において、「間隙の近接」という用語は、流動案内手段が間隙の上流方向及び／又は間隙の下流方向で、間隙に配置されるという意味として理解される。すなわち、流動案内手段は、基本的に間隙の直ぐ上流の位置から間隙を経て間隙の直ぐ下流の位置まで延長させることができる。流動手段が間隙の上流及び／又は下流に配置される場合、流動手段は互いに隣接するように、又は周辺流動が少なくとも部分的にプロペラ領域に案内されるように周辺流動に影響を与えられる間隔を配列されなければならない。

流動手段は、ノズルの内壁に沿って流れる周辺流動を案内するために構成されるので、ノズルの内壁に流動案内手段を配列又は構成することも適切である。流動案内手段は、原則として、ノズル内壁に着脱可能な構成要素として取り付けられ、又はノズルの壁又は内壁に（一体的に）形成することができる。

原則として、流動案内手段は、ノズルの円周方向から見ると、ノズルの一領域のみに配置したり、又はいくつかの着脱領域に配置することができる。しかし、流動案内手段は、ノズルの円周方向に形成されたリングと同じ意味で円周状に構成されることが望ましい。それによって、ノズルの各領域での全周辺流動が流動案内手段によって影響を受けることが保証される。その結果、プロペラノズルの性能はより向上する。流動案内手段の円周方向配列に対する代案としての流動案内手段は、特に制御可能なプロペラノズルの場合、プロペラノズルの二つの船尾側又は右舷側の側面領域のみに形成できるが、これは、これらの領域でプロペラ軸の旋回によって間隙が拡大され、その結果、激化された乱流が発生するためである。

さらなる望ましい実施例において、流動案内手段は、ノズルの内壁又は壁に一つ以上のリセスを含む。本明細書において、「リセス」という用語は、縦断面図において、ノズルジャケット又はノズル壁の内部側へのノズルの先細り又は通常ノズルの輪郭から逸脱したノズルの厚さの減少、と理解しなければならない。したがって、プロペラノズルの縦断面から見ると、前記リセスの直前及び／又は直後より大きい倍率でリセスの領域でノズル又はノズルジャケットの厚さは減少する。特に、リセス領域でのノズルの輪郭厚さは、リセスのない同一寸法のノズルの輪郭厚さに比べて輪郭厚さの２％〜５０％、望ましくは３％〜２５％、特に望ましくは５％〜１５％に減少する。

縦断面図において、リセスの長さは、ノズルの全長の５％と５０％との間、望ましくは１０％と４０％との間、特に望ましくは２０％と３０％との間であり得る。

リセスは、ノズルの円周方向から見ると、特定セクションのみに形成したり、円周状に形成することができる。ノズルにリセスを形成した結果、流動の方向から見ると、リセスの領域又は直ぐ下流で拡大して形成することが可能である。リセスの領域に到逹する周辺流動のほとんどは、リセス領域でノズルの輪郭様式に従わない代わりに、正常な直線流動経路により従うようになり、その結果、リセス領域のノズルの端部から逸脱するようになる。リセス領域でプロペラが拡大形成された結果、プロペラ範囲は、プロペラ範囲でまっすぐ流れる周辺流動の領域内に導入され、外見上変位された間隙を通過する代わりに、少なくとも部分的にプロペラブレードによって捕獲される。ここで注意すべきことは、プロペラが拡大されたり、プロペラブレード端部領域がリセス領域内に導入されたりする場合も、プロペラブレード端部領域とノズル内壁との間の最小間隙が確実に確保されなければならないことである。リセスは、プロペラブレード端部領域又は間隙の直ぐ上流又は領域に適宜配置される。

リセスにより、リセス領域のノズル内壁は、側面から見ると、ノズルに対して比較的急激に外側に向かって設けられている。すなわち、ノズルの輪郭厚さは、リセスの領域で比較的急激に減少される。これによって、周辺流動の一部のみが内側に向かう輪郭に従うようになり、結局、間隙の領域での流量は著しく低減される。したがって、全体的にノズルの周辺領域又は間隙の密閉効果がリセスによって獲得される。さらに、従来技術と比較して、多少大きい直径を有するプロペラを使用することが可能になり、その結果、プロペラノズルの性能がより向上する。

原則として、リセスは、ノズル輪郭がこれによってリセスの領域で低減される限り、如何なる形状をなしてもよい。リセスは、望ましくは、ノズルの縦断面から見ると、階段状輪郭、傾斜状輪郭、又は湾曲状輪郭を有する。特に、旋回可能に構成されたプロペラノズルの場合又は調節式プロペラを使用する場合は、少なくともある旋回角度まで可能な限り、ノズル内壁とプロペラブレード端部領域との間の距離を一定に（小さく）維持させる方式でリセスの輪郭がノズルの旋回経路に適合されるので、湾曲状輪郭線を有するリセスを形成することが適切であり得る。

間隙の下流又はプロペラブレード端部領域の下流のノズルの流動方向から見ると、リセスは、ノズルの挙動の正常の輪郭から逸脱したり、他の方式、例えばノズル端部に向かって直線的に稼動したりすることができる。ノズル輪郭が間隙、又は流動方向から見るとプロペラブレード端部領域の下流で再び拡大される場合、すなわち、ノズル壁の厚さが再び増加したり、ノズルの内径が減少したりする場合、リセスは窪み（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）として構成される。このような窪みの形成は、回転可能なプロペラノズルの場合に特に有利であるが、これは、これによって間隙がそれぞれの二つの旋回方向で可能な限り小さく維持されるためである。これは、プロペラブレード端部領域が窪みの領域に依然として位置する旋回角度にも適用される。また、窪みがラビリンスシールの意味として間隙領域を密閉するので、改善された密閉効果が窪みによって発生するようになり、極めて少量の流動のみが間隙を通過するようになる。この密閉効果は、プロペラが（窪みの最低点で）プロペラブレード端部領域と内壁との間にのみ最小距離が存在するように、すなわち、プロペラブレード端部領域が窪みの領域内に導入させるように構成・配列される場合に特に強化される。さらに、窪みは、従来技術に係るプロペラノズルに比べてノズル壁の輪郭が特定領域のみでもっとも狭くなり、その結果、ノズル構造物の弱化がほとんど又は全く発生しないという結果をもたらす。ノズルの円周方向から見ると、窪みは、閉鎖型あるいは円周を取り囲む構成で形成される外周環状溝であるかによって、特定領域のみや円周上に形成することができる。

窪みの輪郭は、望ましくは、ノズルの縦断面から見ると、同一の曲率を有する円弧に形成される。曲率は、有利には間隙又はプロペラブレード端部領域と内壁との間の距離が窪み内で実質的に一定になるようにノズルの旋回に合致しなければならない。個々の事例において、曲率は一定に設定されず、特にプロペラノズルの流動流出側に平らに形成されることが望ましいこともあるが、これは、組み立て中にプロペラが流動流出側からノズル内に挿入されなければならない場合が頻繁であり、プロペラの挿入のために十分な空間をノズルに残されていることが保証されなければならないためである。

特に、この実施例では、窪みが球体又は球形状のボールに設定されることが適切である。これは、プロペラブレードがほぼ傾斜しており、その結果、窪みに対して所定長さより回転するという点を判断すると特に有利である。

この場合は、プロペラブレード端部領域が流動案内手段又は窪みの形状に対応する形状を有することがより有利である。これによって、例示的な実施例において、プロペラブレード端部領域は球状を提供されるようになるが、このとき、プロペラブレード端部領域の球状は、間隙大きさが所定のピボット角度まで一定に維持されるように窪みの球状と同一の曲率を有さなければならない。調節式プロペラがプロペラノズルに使用される場合、プロペラブレード端部領域又はリセスは、プロペラブレードの調節（取り付け角度の調節）中に対応する構成が保証されたり、間隙寸法が一定に保持するように互いに対応又は合致するように構成されなければならない。

更に望ましい例示的な実施例において、流動案内手段は、ノズルの内壁から突出する一つ以上の突出体を含む。突出体又は各突出体は、間隙の近接に適宜配置されなければならない。特に、流動方向から見ると、突出体は少なくとも間隙の上流に配置される。一つ以上の突出体は、周辺流動又は周辺流動の少なくとも一部をノズル壁からノズル中央又はプロペラ領域側に偏向させる方で構成される。例えば、突出体は、ノズルの円周方向に円周状の凸部（ｂｕｌｇｅ）として構成することができる。このような凸部は、間隙にほぼ平行に整列されなければならない。また、追加的な凸部を間隙の下流に配置することができる。代案として、ノズル内壁の外形は、ノズルの縦方向から見ると、間隙の下流で直線的に、あるいは突出体を備えずに稼働することができる。これは、ラビリンスシールの意味で改善された密閉効果を引き起こす。また、突出体は、ノズルの旋回時に間隙が一定のピボット角度までは可能な限り一定に（小さく）維持されるように湾曲部を備えることもできる。突出体の構成は、望ましくは、突出体によって乱流をほとんど又は全く発生させない方式で流動に適合化される。突出体は、ノズルの内部に突出し、周辺流動を案内するように構成される。

流動案内手段の構成及びプロペラブレード端部領域の構成は、５゜のノズルピボット角度まで、望ましくは１０゜まで、特に望ましくは２０゜まで間隙を実質的に一定にするように互いに一致することが特に望ましい。適切には、全てのプロペラブレードが同一に構成される。すなわち、所定のピボット角度の範囲では、間隙の厚さ、すなわち、プロペラブレード端部領域とノズル内壁との間の距離が同一に維持される。

以下では、図面に示した多くの例示的な実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

ピボット可能なプロペラノズルの部分断面図である。 図１に示した図面の一部の拡大図である。 ノズルが５゜旋回された場合を示し、図１のピボット可能なプロペラノズルの断面図である。 ノズルが１０゜旋回された場合を示し、図１のピボット可能なプロペラノズルの断面図である。 図１〜図３のピボット可能なプロペラノズルの斜視図である。 ピボット不可能なプロペラノズルの部分断面図である。 図５に示したピボット不可能なプロペラノズルの部分拡大図である。 図５に示したピボット不可能なプロペラノズルの概略的な斜視図である。 前方凸部を備えたピボット可能なプロペラノズルの他の実施例の部分図である。 前方及び後方凸部を備えたピボット可能なプロペラノズルの他の実施例の部分図である。 前方凸部を備えたピボット不可能なプロペラノズルの他の実施例の部分図である。 前方及び後方凸部を備えたピボット不可能なプロペラノズルの他の実施例の部分図である。

以下で提示する多様な実施例において、同一の構成要素には同一の参照番号を付する。

図１、図１Ａ、図２、図３及び図４は、多様な図面でピボット可能なプロペラノズル１００を示す。プロペラノズル１００は、その内部にプロペラ２０が配置されるノズル１０を含む。プロペラ２０は、プロペラ軸２４の中心に位置したプロペラハブ２１を含む。４つのプロペラブレード２２がプロペラハブ２１から半径方向に突出する（図４参照）。図１〜図３の断面図では、明確性のために二つのプロペラブレードのみを示している。

水は、ノズル開始部１３からノズル端部１４に向かう主な流動方向３０にノズル１０を通過する。これと関連して、ノズル１０の流動流入領域又は流動流出領域が参照番号３１と３２で表記されている。

窪み１５は、主な流動方向３０から見ると、概してノズル開始部１３とノズル終端部１４との中間に位置したノズル１０の内壁１２上に配置される。ノズル輪郭の断面又は厚さは、窪み開始部１５１から窪み１５の最低点まで低減されてから、ノズル１０の断面又は厚さから窪み終端部１５２まで再び増加する。窪み端部１５２を超えると、内壁１２は再び正常なノズル輪郭に戻る。窪み１５の最低点は、窪み開始部１５１と窪み終端部１５２との中間に位置する。窪み１５は、ノズル１０の円周方向に円周状に構成され、その結果、環状凹溝を形成する。窪み１５は、ノズル１０の内壁１２の表面では円弧状の輪郭として構成され、比較的平らな曲率を有する。図１、図２、及び図３に表示された円１６から確認できるように、窪み１５はノズル１０の全体円周にわたって一定の曲率を有する。

個々のプロペラブレード２２は半径軸に対して斜めに傾けられる。プロペラブレード端部領域２３、すなわち、プロペラブレード２２の自由端は円弧状又は球状であるが、ここで、球又は円弧は、プロペラブレード端部領域２３の形状が窪み１５の形状に対応するように窪み１５と同一の曲率を有する。図１、図１Ａ、図２及び図３の側面図において、円弧の湾曲部は、プロペラブレード端部領域２３の開始部２３１からプロペラブレード端部領域２３の終端部２３２まで形成されている。プロペラブレード２２は、それ自体で、すなわち、それらの長手方向軸を中心に捩じられたり曲がりくねられたりしているので、プロペラブレード端部領域２３の球状の構成が得られる。

図１において、プロペラノズル１００は０点位置（ｚｅｒｏ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）、すなわち、旋回されない位置にある。そのため、船舶に装着された状態で船舶が真っ直ぐ前方に移動するようになる。したがって、縦方向、すなわち、流動方向３０にノズル中央を通過して形成されるノズル軸１１とプロペラ軸２４とは互いに重畳される。図２及び図３の図面において、ノズル１０は、それぞれの場合にプロペラ軸２４を中心にピボット角度αだけ旋回される。図２の図面では、ピボット角度αが５゜で、図３では１０゜である。図３において、プロペラブレード端部領域２３は１０゜旋回された状態で窪み開始部１５１又は窪み終端部１５２の対向側に位置することが分かる。すなわち、旋回が１０゜を超えると、プロペラブレード端部領域２３は窪み１５の外部に位置する。換言すると、１０゜のピボット角度αまで、プロペラブレード端部領域２３は窪み１５の内部に位置する。窪み１５とプロペラブレード端部領域２３が同一の曲率を有する球状に形成されることによって、プロペラブレード端部領域２３とノズル内壁１２との間の距離又は間隙４０の厚さは同一の大きさであり、それぞれの場合に変わらない（一定である）。

図１Ａの図面には参照番号３３を付した矢印が表示されているが、これは、周辺流動の進路を示す。ノズル開始部１３の領域で外側に向かって湾曲されたノズル内壁１２の進路により、流動は、端部の領域、すなわち、ノズル内壁１２に近いか隣接した領域で多様な方向から流動する。より進行すると、周辺流動３３は、ノズル壁１２に沿って窪み開始部１５１まで流動する。続いて、周辺流動３３のほとんどは、窪み１５側に向かった内壁１２の進路にそれ以上従わず、層流方式で真っ直ぐ前方に流動してプロペラブレード２２に衝突する。窪み１５の前の周辺流動３３の量と比較すると、極めて低減された量の流動３３１のみがプロペラブレード端部領域２３と窪み１５との間の間隙を通過し、その結果、間隙４０の領域は「ほとんど（ｑｕａｓｉ）」密閉される。これによって、プロペラの後流での乱流の発生が減少する。プロペラブレード２２によって捕獲された周辺流動３３は、ノズル中心部の主な流動の領域、又はノズル２０の追加進路の周辺流動として再びノズル内壁１２に隣接した領域で、ノズル端部１４の方向にプロペラ２０から遠く流動する。これは、実質的に窪み終端部１５２を通過した後で行われる。

図５、図５Ａ及び図６は、本発明の他の実施例、すなわち、ピボット不可能なプロペラノズル２００を示す。プロペラノズル２００のプロペラ２０とノズル１０は、図１〜図４のプロペラノズル１００と実質的に類似する形で構成される。ノズル１０と関連する一つの差異は、プロペラノズル２００の窪み１５が円弧状輪郭を有するが、円弧状輪郭がプロペラノズル１００の場合に比べて遥かに大きい曲率を有することにある。その結果、流動方向から見ると、窪み１５が非常に短い。すなわち、プロペラノズル２００で窪み開始部１５１と窪み終端部１５２との間の距離はプロペラノズル１００に比べて非常に短い。この窪み１５も円周方向環状凹溝に構成される（図６参照）。図５と図５Ａにおいて、プロペラブレード２２のプロペラブレード端部領域２３は円弧状輪郭を有するが、円弧の曲率は窪み１５の輪郭にほぼ対応する。すなわち、ここでは、プロペラブレード端部領域２３と窪み１５とが互いに対応するように構成される。プロペラノズル２００のノズル１０は旋回不可能であるので、プロペラブレード端部領域２３を非常に鋭く先細りにすることができる。すなわち、プロペラノズル１００のプロペラブレードに比べてより狭く構成することができる。プロペラノズル１００の場合と同様に、プロペラノズル２００でも周辺流動３３のほとんどは、間隙４０を通過せず、窪み開始部１５１の領域でプロペラブレード２２によって捕獲される（図５Ａ参照）。

プロペラノズル１００とプロペラノズル２００の両方において、プロペラブレード端部領域２３は、窪み開始部１５１の前方又は窪み終端部１５２の後方の内壁領域上に外側に向かって突出するように窪み１０内に深く導かれる。これによって、プロペラ２０は、同一のノズル外郭寸法に対して従来技術のプロペラノズルより大きい寸法を有することができる。

図７Ａ及び図７Ｂは、プロペラブレード２２の一部とノズル１０の断面図のみを示したピボット可能なプロペラノズルの他の実施例を示す。図１、図１Ａ、図２、図３及び図４のピボット可能なプロペラノズルとは対照的に、図７Ａに示したピボット可能なプロペラノズルは、ノズル１０の内壁１２に窪みを備えていない。その代わりに、前方凸部１７として構成された突出体が流動方向において、ノズル内壁１２の上のプロペラブレード２２の上流に設けられる。凸部１７は、ノズル内壁１２に沿って円周方向に円周状に設けられ、その結果、環状凸部を形成する。図７Ａにおいて、前方凸部１７の外縁は略円弧状である。ノズル内壁１２に沿って流れる周辺流動３３は、前方凸部１７によって少なくとも一部がノズルの内部側に内側に向かって偏向され、その結果、プロペラ羽２２側に案内される。したがって、周辺流動３３は、プロペラ端部領域２３とノズル内壁１２との間の間隙４０を少なくとも一部が逸脱するように案内される。前方プロペラブレード端部領域２３は、その全体円周方向プロフィールにわたって同一の寸法を有する。

断面図において、一定の円弧半径を有する凸部の湾曲状構成により、周辺流動３３の偏向途中には乱流がほとんど又は全く発生しない。また、プロペラ２２の旋回が依然として可能であり、旋回過程中に前方凸部１７によって遮断されないことが保証されるが、これは図７Ａに部分的に示した円で表示されている。前方凸部１７の形状により、プロペラブレード端部領域２３とノズル内壁１２との間の間隙４０は、０点位置と前方凸部１７との間の全てのピボット位置で可能な限り小さい。

図７Ｂの図面は、図７Ａの構成と比較すると、前方凸部１７に加えて、後方凸部１８がピボット可能なプロペラに設けられた実施例を示す。後方凸部１８は、ノズル１０がピボットされないときの流動方向において、プロペラブレード２２の下流に配置される。後方凸部１８は、前方凸部１７と実質的に同一に、すなわち、それも円周方向に円周状の環状凸部として構成される。後方凸部１８の追加的な具備は、迷路式シール方式で向上した密閉効果をもたらす。

図８Ａ及び図８Ｂの図面は、ピボット不可能なプロペラノズルをそれぞれ示しているが、図８Ａの図面では、前方凸部１７が備えられており、図８Ｂの実施例には、後方凸部１８が追加されている。プロペラノズルがピボット不可能であるので、凸部１７又は１８は、図７Ａ及び図７Ｂのピボット可能なプロペラノズルの凸部１７、１８を備えた場合に比べてプロペラブレード２２からより短い距離に配置される。図８Ａ及び図８Ｂでの凸部１７、１８の高さは、図７Ａ及び図７Ｂでの凸部１７、１８の場合より大きい。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、凸部１７、１８の外部輪郭も湾曲方式で形成されるが、湾曲の程度は一定していない。凸部１７、１８の形状により、図８Ａ、図８Ｂでは、最小限可能な間隙４０及びこれによって最大限可能な密閉効果が得られるようにプロペラブレード端部領域２３の形状に改善されない。図８Ａ及び図８Ｂによる実施例において、周辺流動３３は、前方凸部１７によってノズル内壁１２からプロペラブレード２２側に内側に向かって方向転換される。

１００：プロペラノズル（ピボット可能）、２００：プロペラノズル（ピボット不可能）、１０：ノズル、１１：ノズル軸、１２：ノズル内壁、１３：ノズル開始部、１４：ノズル終端部、１５：窪み、１５１：窪み開始部、１５２：窪み終端部、１６：円、１７：前方凸部、１８：後方凸部、２０：プロペラ、２１：プロペラハブ、２２：プロペラブレード、２３：プロペラブレード端部領域、２３１：プロペラブレード端部領域の開始部、２３２：プロペラブレード端部領域の終端部、２４：プロペラ軸、３０：主な流動方向、３１：流動流入領域、３２：流動流出領域、３３：周辺流動、３３１：低減された周辺流動、４０：間隙、α：ピボット角度

Claims (16)

1. ノズル（１０）と、少なくとも一つのプロペラブレード（２２）を備えるプロペラ（２０）と、を含み、前記少なくとも一つのプロペラブレード（２２）はプロペラ軸を中心に回転可能であり、前記少なくとも一つのプロペラブレード（２２）は、前記プロペラ軸を中心にした回転を通してプロペラ領域にわたってつながり、前記少なくとも一つのプロペラブレード（２２）はプロペラブレード端部領域（２３）を含み、前記プロペラ（２０）は、プロペラノズル（１００、２００）の円周方向に円周状の間隙（４０）を前記プロペラブレード端部領域（２３）とノズルの内壁（１２）との間に形成する方式で前記ノズル（１０）の内部に配置され、前記間隙（４０）は周辺流動（３３）の通過を許容し、前記周辺流動（３３）は前記ノズルの内壁（１２）の領域で流動する、水上運送手段に使用されるプロペラノズル（１００、２００）であって、
   流動案内手段が前記周辺流動（３３）の少なくとも一部を前記プロペラ領域側に案内するために設けられ、
   前記ノズル（１０）は前記プロペラ（２０）についてピボット可能に構成され、前記流動案内手段と前記プロペラブレード端部領域（２３）との前記間隙（４０）がピボット角度（α）で５゜まで一定になるように互いの形状が一致するように構成されることを特徴とするプロペラノズル。
2. 前記流動案内手段は前記ノズルの内壁（１２）上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のプロペラノズル。
3. 前記流動案内手段は、前記間隙（４０）の直ぐの上流方向及び／又は直ぐの下流方向に配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプロペラノズル。
4. 前記流動案内手段は前記ノズル（１０）の円周方向に円周状に構成されることを特徴とする、請求項３に記載のプロペラノズル。
5. 前記流動案内手段は、前記ノズルの内壁（１２）から離れるよう前記ノズルの中心部側に前記周辺流動（３３）を案内するように構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロペラノズル。
6. 前記流動案内手段は前記ノズルの内壁（１２）にリセスを含むことを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のプロペラノズル。
7. 前記リセスは、前記ノズル（１０）の縦断面図から見ると、階段状輪郭、傾斜状輪郭、又は湾曲状輪郭を有することを特徴とする、請求項６に記載のプロペラノズル。
8. 前記リセスは前記ノズルの内壁（１２）の湾入部（１５）として構成されることを特徴とする、請求項６又は７に記載のプロペラノズル。
9. 前記湾入部（１５）は、前記ノズル（１０）の縦断面図から見ると、同一の曲率を有する円弧として構成されることを特徴とする、請求項８に記載のプロペラノズル。
10. 前記湾入部（１５）は球状に構成されることを特徴とする、請求項８又は９に記載のプロペラノズル。
11. 前記流動案内手段は、前記ノズルの内壁（１２）から突出する一つ以上の突出体を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロペラノズル。
12. 前記少なくとも一つのプロペラブレード（２２）の前記プロペラブレード端部領域（２３）は、前記流動案内手段の形状に対応する形状を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のプロペラノズル。
13. 前記流動案内手段と前記プロペラブレード端部領域（２３）との前記間隙（４０）は、ピボット角度（α）で１０゜まで一定になるように互いの形状が一致するように構成されることを特徴とする、請求項１２に記載のプロペラノズル。
14. 前記プロペラブレード端部領域（２３）は前記流動案内手段の領域内に拡張されるように構成されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のプロペラノズル。
15. 前記流動案内手段は、前記プロペラブレード端部領域（２３）と協力してラビリンスシールとして作用させるように構成されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のプロペラノズル。
16. 前記流動案内手段はノズルの内壁からノズルの中心部に向かう方向やプロペラ領域に周辺流動を案内する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のプロペラノズル。
    

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