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「プロペラの推進性能と騒音特性の推定法に関する研究」の報告書

 事業名 プロペラの推進性能と騒音特性の推定法に関する研究
 団体名 日本造船研究協会 注目度注目度5


■事業の内容

(1) 推進性能推定精度向上に関する研究
[1] 伴流中を作動する最適プロペラ設計法の検討
a. プロペラ設計:圧力分布の異なる3個のプロペラを設計。主要目は次のとおり。
翼数…4翼、ピッチ比…1.0
展開面積比…0.55
圧力分布…平担型1種、三角型2種
b. プロペラ製作:上記のプロペラ3個を造技センターで製作
c. プロペラ単独試験:上記3個のプロペラについて、単独性能試験を行い、Kt、Kq及びηoを求めた。
d. キャビテーション試験:プロペラ荷重度2及び0.7の2種について、均一流中のキャビテーション試験を実施した。
e. 解析:実験結果と計算結果とを比較検討し、キャビテーション性能、プロペラ単独効率等を求めた。
[2] プロペラ単独性能の尺度影響に関する試験
a. プロペラ単独性能試験:青雲丸に実用されたプロペラに対して、大小2種のCP及びHSPについて、同一の回転数及び前進常数で単独性能試験を行い、Kt、Kq及びηoを求めた。
b. 油膜によるプロペラ翼面上の流れの可視化:前述の4個のプロペラを用いて、前進常数3状態について、流動パラフィン・オレイン酸・酸化第2クロムをプロペラ翼面上に塗付して、翼面上に現われる典型的な油膜パターンを写真撮影、スケッチ、VTR録画した。
c. プロペラ翼面境界層計測:前述のプロペラの中から、中型のCPを選び、キャビテーション水槽において、レーザドップラ流速計によるプロペラ翼面境界層計測を実施した。
試験条件は次のとおり。
計測位置…0.7R
プロペラ回転数…6.63RPS
流速:1,325m/s
d. 文献調査:プロペラ単独性能の尺度影響に関する文献のうち、特に回転翼の翼面境界層を理論的に取扱ったもの13件について内容を調べ、要約した。
[3] 実船伴流計測法の開発
a. 実船伴流計測に関する調査:過去の計測例11例について調査し、それらの概要をまとめた。
また、計測における必要精度、計測位置、計測項目に関して、アンケートにより調査を行った。
b. 画像処理による速度測定法に関する調査1過去の文献の中から、流れの可視化画像を画像処理することによって流速分布を測定しているものを選択して、それらの概要を一覧表にまとめた。
c. 画像処理による速度測定法の開発:データ処理装置とパソコンとのデータ受け渡し用プログラム、測定用の基準物等を作成し、これらを用いて物体の空間位置を測定して、その誤差評価を行い、次年度の予備実験として物体の2次元的な移動速度の試計測を行った。
(2) 水中騒音性能に関する研究
[1] 文献調査:プロペラ・キャビテーション騒音に関する文献表題集を作成した。
[2] プロペラ単独性能試験:シドニー・エクスプレスの250mm模型プロペラを製作し、これについて単独性能試験を行った。
[3] 水中騒音計測:ITTC比較試験に準拠し、船所及び造技センターの2箇所で試験を行った。
a. 試験方法及び試験条件…均一流中、前進率3種、キャビテーション数5種
b. 計測方法…プロペラ後方1m及びプロペラ真横を基準
c. 解析  …2箇所での計測結果について、プロペラ回転数の影響、計測距離の影響、騒音のスペクトルレベルでの評価等を行った。

■事業の成果

舶用プロペラの省エネルギー化、低振動、低騒音化に対する要求は、近年ますます強くなっており、種々の新形式のプロペラが考案され、実用化されている。通常型プロペラについては、すでに永年の研究・試験の積みかさねによって、実用上十分な精度で性能推定が可能である。しかしながら新形式のプロペラについては、それらが十分でなく、実船状態で予期した以上の推進性を示す場合もあれば、逆の場合もある。また、省エネルギー化の要求がますます強まったため、わずか1〜2%の効率向上であっても、それが実船で確実に実現できるなら、採用するという気運も生じて来つつある。
 以上述べたように模型試験結果から、あるいは理論解析結果から実船プロペラの性能を推定する際の推定精度については従来より格段に高い精度が要求され、また推定方法は新形式のプロペラに対しても十分使えるようなフレキシブルなものが要求されるようになっている。
 一方プロペラに要求される性能はもとより推進性能ばかりではない。流体力学的な部分にかぎっても、低振動・低騒音化は求められている。低振動化についてはハイスキュープロペラが多用され、起振力の推定法についても、これまで委員会などで検討され、実用化の水準にまで達している。
 ところが騒音については、その計測法、推定法についてもまだ十分ではない。何をどのように測り、どのように実船状態の推定をすべきかもまだよくわかっておらず、研究の進展が望まれている。
 このような情勢に対処するために、本研究は今年度から5ケ年計画で開始されたものであり、初年度は均一流中で作動する最適プロペラ設計法、練習船青雲丸の通常型及びハイスキュー型プロペラの模型についての翼面上の流れの研究、同船の通常型プロペラについての翼面境界層計測、画像処理による速度測定法の研究、水中騒音性能についてITTC比較試験法に準拠したコンテナ船シドニーエクスプレスの模型プロペラについての水中雑音レベルの比較試験等を行った。
 これらの研究の結果、プロペラの流体力学についてより精密な知見を得ることができ、今後の高性能プロペラの開発のための有効な技術資料が得られた。





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更新日: 2019年10月19日

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