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■事業の内容

〔小型高速艇用可変ピッチプロペラの開発研究〕
(1)可変ピッチプロペラの設計製作
[1] スピンドルトルクに関する調査
 可変ピッチプロペラを設計するための準備として、翼輪郭の決状を変えることによって、スピンドルトルクをどの程度変化させることが出来るかについて調査した。スピンドルトルクの推定計算に用いた可変ピッチ用プロペラ形状は、そのプロペラ特性が現行の固定ピッチプロペラとあまり変わらないよう現行の固定ピッチプロペラをべースとした。
[2] プロペラ翼の設計
 プロペラ翼を設計する際の条件として、競走用ボート・モータ開発研究委員会において実施された実艇試験結果を調査し、プロペラ回転速度、プロペラ前進係数、キャビテーション数等を設定し設計を行った。
[3] プロペラ翼の製作
 プロペラ単独性能試験用に製作したプロペラは実機試験用プロペラをプロペラ動力計のシャフトに合わせるため修正したもので、他の形状は同一とした。水槽内でのプロペラ単独性能試験では翌角を10度、5度、0度、-10度の四種を実施し、それぞれのデータを解析した。
 その結果、設計時の推定計算はほぼ妥当なものであることがわかったので、実機試験用プロペラは当初の計画どおりスピンドルトルクの異なる3組を製作することとした。

(2) 翼角変節機構の開発
 開発にあたっては以下の項目についてそれぞれ条件を設定し、キャリボディ、ギアケース及び翼角伝達機構の設計製作を行った。
[1] 可変ピッチ機構
 可変ピッチのメカニズムは大別してリンク式とカム式とがあるが、2枚翼を前提として小型で調整が容易なリンク式とした。
[2]ピッチ変更操作機構
 ピッチ変更操作の機構は、ラックとアジャストスクリューの組合せとした。またギアケース内はメンテナンスの容易さ、軽量、作動誤差を少なくするため等から最も単純なメカニズムとした。
[3] 操作方法
 運転席において2本の操縦桿を用いて1本のレバーを可変ピッチに、他方をスロットルに使用することを想定した。
[4] 可変ピッチ部の調整とメンテナンス
 ボス部にボルト止めしたスピナーを後方に、取り外すことによりプロペラ翼を容易に交換出来る機構とした。また内部の潤滑はメンテナンスの容易さを考慮し、グリス封入式とした。
[5] ボス比
 プロペラの性能に大きな影響のあるボス比は機構の安定性を重視し、0.3を採用した。

(3) 確認試験
[1] 地上確認試験及び改良
 水上での本格的な航走試験をやる前に、プロペラの翼角変更機構が障害なく作動するかを地上及び水槽内係留状態で確認するため各種試験を実施した。さらにその結果を基に、実走に向けて若干の改良を行った。
[2] 実走試験
実走試験では、
a. 翼角変節機構とその操作機構が支障なく作動することの確認。
b. 三種類の可変ピッチプロペラについて航走時の推進性能及び翼角変更操作力に関するデータを得る。
c. 小型高速艇に可変ピッチプロペラを装備した場合の有効性について調査する。
(a) 直線走行試験
(b) 加速試験
(c) 旋回模擬操作試験
(d) 周回試験
 以上、航走試験を行った結果、走行中のプロペラ特性の点から、可変ピッチプロペラを使用する場合の効果とその時必要な翼角の変更範囲及び今後の課題について、貴重なデータを得ることが出来た。
 また、翼角変節機構については、基本的な走行中の操作でスムーズに作動しほぼ仕様とおりの結果であった。さらに試験後の分解検査でも、磨耗、変形等、特に問題は無く、十分実用に耐えられるものであることが確認できた。しかしながら、ギアケースの容積が大きく推進抵抗が増すため、予定していた程速力が出ないことが判明し、今後の課題となった。
〔小型高速艇用ウォータージェット推進機構の開発研究〕

(1) 艇の特性、使用条件等の調査と基本計画
 エンジン及び艇の各種特性、使用条件等について調査を行い、高速艇用ウォータージェットシステムとしての必要条件を把握した。その結果、現用の船外機を用いてそのキャリボディー以下を改造してウォータージェット化するための方法としての、[1]従来ついているプロペラ駆動方式をそのままウォータージェットのインペラにおきかえた方式。[2]ドライブシャフトの先端に直接インペラを取りつけた方式。の二方式を選定した。
 この二方式についてエンジンとの関連等について調査検討を行った結果、[2]方式が最適であると判断されたため、[2]方式について基本計画を作成した。

(2) 基本設計及び主要目の決定
 基本計画によりポンプ型式として、遠心型と斜流型の二種類について開発することとし、以下の検討を行いそれぞれの馬力、回転数、速度比、ノズル効率、スラスト等主要目を決定した。更にそれを基に基本設計を行った。
[1] 効率及び小型軽量化の検討
[2] 流路形状の検討
[3] ウォータージェット取付け時の出力特性の検討
[4] インペラを取付けた場合のねじ振動特性についての検討

(3) 詳細設計とプロトタイプの製作
 基本計画をもとに遠心型と斜流型について詳細設計を行いそれぞれのプロトタイプを製作した。  各一機

(4) 水槽試験
[1] エンジンの負荷試験
 現用エンジンのキャリボディー及び排気管を設計変更したため、エンジンの出力特性が大幅に変化することが懸念されたので、エンジンのドライブシャフトの先端に水動力計を取り付け、エンジンの負荷試験を各排気管ごとに行った。
[2] 水槽試験
 航走試験に先立って単体での水槽試験を行い、流体力学的諸特性の測定と解析を行った。その結果、ウォータージェットとエンジンの負荷バランスは遠心型、斜流型ともほぼ100%近くとれていることが確認された。

(5) 航走試験
 2タイプのウォータージェットエンジンを実艇に取り付け、それぞれ吸入ダクトを変えながら航走試験を行い、基礎的データ、諸特性の解析を行った。
(6) 総合解析
 航走試験の結果を基に所期の性能に対する計画の全体の総合的な解析、評価を行った。
 この試験で得られた最大航走艇速72Km/hは目標値80Km/hには達しなかったが初回の航走試験の結果としてはまずまずの成果であると考えられる。また、この航走試験の結果、下記のことが確認された。
[1] 艇のトリム
 プロペラ推進に比較して重心点に働くモーメントが小さくなるので、艇のトリム角度が減少する傾向になる。トリム調整はチルトアジャスタによって多少加減できるが、プロペラ推進の場合の調整範囲を越えてトリム角の減少が確認されたため、今後は艇の航走姿勢の改善が必要であることが確認された。
[2] 加速性能
 発進時加速性能はプロペラ推進よりも遥かに良いことが確認された。
[3] 直進性
 ウォータージェット推進はプロペラ推進より操縦応答性が遥かに良いので、プロペラ推進の場合と同じ感覚で操舵すると、艇が蛇行して安定性にかける傾向にあるが、スクープとフィンを最適に設計することによって直進性がより向上することが期待できる。
[4] 旋回性
 吸入用スクープが旋回中の艇の横滑り防止に大きく寄与することが確認された。従って、吸入用スクープの改善は旋回性及び吸入効率の改善の上で重要な研究テーマであることが確認されると共に、この研究如何によってウォータージェット艇の性能向上が大きく左右されることも確認された。
■事業の成果

本事業は、小型高速艇の推進機構の性能向上に関し、現在最も有効な手段として考えられる操縦性に優れた可変ピッチプロペラ及びウォータージェットの利用について研究を行い、安全・高性能な推進機構を開発することを目的に実施した。
 その結果、小型高速艇用可変ピッチプロペラの開発研究においては、翼角変更に係わる操作系における基本となる操作力について有効なデータを獲得することができ、また、翼角変更の効果について、翼角を減じて発進した場合の加速性能については顕著な効果を確認することができた。更に、最高速力を得るために環境条件に合わせてプロペラピッチを調節し最適な特性を選択する可能性をも確認することができ、今後の検討課題の抽出も含め概ね所期の目的を達成したと判断できた。
 小型高速艇用ウォータージェット推進機構の開発研究については、航走試験の結果、艇速80Km/hに対し72Km/hと目標値に到達しなかったが、初回の航走試験によって得られた結果としてはまずまずの成績と考えられる。また、今後はウォータージェット及び艇の両面からマッチングをとることによって、目標艇速を達成できる目安がつき、更に問題点を改善し、出力の大きなエンジンを搭載することによって90Km/h以上の艇速も期待できる確信が得られた。
 以上、本事業の実施により小型高速艇の推進機構について、これまでにない新たな分野での技術的な成果を収めたものとして、高く評価できるものと思われる。よって、これらは造船関係産業の発展に寄与するものとなった。





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