プロペラ
商船の「右回り」プロペラは時計回りに回転し、船を前進させる。男性の手はプロペラの後縁に置かれている。
ボンバルディアQ400に搭載されたプラット・アンド・ホイットニー・カナダPW100ターボプロップのプロペラ

プロペラ（船舶ではスクリュー、航空機ではエアスクリューと呼ばれることが多い）は、回転するハブと放射状のブレードを備えた装置であり、ブレードは螺旋状になるように一定のピッチで設定されており、回転すると水や空気などの作動流体に直線的な推力を加えます。 [ 1 ]プロペラは、パイプやダクトを通じて流体を送り出すため、またはボートを水中で推進させるか航空機を空中で 推進させる推力を生成するために使用されます。

ブレードは、流体中を回転運動することで、ベルヌーイの原理によってブレードの2つの表面の間に圧力差が生じ、流体に力が加わるように形作られています。[ 2 ]ほとんどの船舶用プロペラは、ほぼ水平軸のプロペラシャフト上で回転する螺旋状のブレードを備えたスクリュープロペラです。 [ a ]

歴史

初期の開発

スクリュープロペラの原理は、スターンスカルリングに由来しています。スカルリングでは、一枚のブレードを円弧を描くように左右に動かし、ブレードを水面に対して有効な角度で常に向けるように注意します。スクリュープロペラによってもたらされた革新は、ブレードを回転軸に取り付けることで、その円弧を360°以上に拡張したことです。プロペラは一枚のブレードで構成されている場合もありますが、実際には、関係する力を均衡させるために、ほとんどの場合、複数のブレードが使用されています。

アルキメデスのねじ

スクリュープロペラの起源は、水スクリュー、あるいはスクリューポンプの最初の記録が古代メソポタミアにまで遡ることから始まります。アッシリア王センナケリブ（紀元前704-681年）の楔形文字の碑文には、青銅で水スクリューを鋳造したことが記述されています。これは、空中庭園にスクリューで水を供給したと記述している古典作家ストラボンの考えと一致しています。 [ 3 ] その後、アルキメデス（紀元前287年頃-212年頃）は、灌漑や船の水を汲み上げるためにスクリューを使用し、非常に有名になったため、アルキメデスのスクリューとして知られるようになりました。これはおそらく、空間の螺旋運動（螺旋はアルキメデスの専門分野でした）を、何世紀にもわたってエジプト人が灌漑に使用していた中空のセグメント化された水車に応用したものでしょう。その後、現代のプロペラの設計は、通常、長いスクリューの先端を切り詰めることから始まりました。[ 4 ]

さらに、空飛ぶおもちゃの竹とんぼは、西暦 320 年頃から中国で楽しまれていました。

1661年、トゥーグッドとヘイズはスクリューを水ジェット推進に使うことを提案したが、プロペラとしては使わなかった。[ 5 ]ロバート・フックは1681年に水平水車を設計したが、それはほぼ2世紀半後の1928年に設計されたキルステン・ボーイングの垂直軸プロペラと驚くほど似ていた。2年後、フックはその設計を改良し、水上船舶に動力を供給できるようにした。[ 6 ] 1693年、デュ・ケというフランス人がスクリュープロペラを発明したが、1693年に試用されたが後に放棄された。[ 7 ] [ 8 ] 1752年、パリの科学アカデミーは、プロペラホイールの設計でブルネリに賞を与えた。ほぼ同じ頃、フランスの数学者アレクシ・ジャン・ピエール・ポークトンもアルキメデスのスクリューに基づく水上推進システムを提案した。[ 6 ] 1771年、蒸気機関の発明者ジェームズ・ワットは私信の中で、船の推進に「螺旋状のオール」を使うことを提案したが、ワット自身は蒸気機関にそれを使用することも、そのアイデアを実行することもなかった。[ 9 ]

プロペラが初めて実用化され応用された例の一つは、タートルと名付けられた潜水艦で、1775年にコネチカット州ニューヘイブンで、イェール大学の学生で発明家のデイビッド・ブッシュネルが、同地の時計職人、彫刻家、真鍮鋳造工のアイザック・ドゥーリットルの協力を得て設計した。ブッシュネルの兄弟のエズラ・ブッシュネルと船大工で時計職人のフィニアス・プラットが、コネチカット州セイブルックで船体を建造した。[ 10 ] [ 11 ] 1776年9月6日の夜、エズラ・リー軍曹がタートルを操縦し、ニューヨーク港でイーグル を攻撃した。[ 12 ] [ 13 ]タートルは、実戦に使用された最初の潜水艦としても知られている。ブッシュネルは後に1787年10月にトーマス・ジェファーソンに宛てた手紙の中で、このプロペラについて次のように述べている。「スクリューの原理に基づいて作られたオールが船の前部に固定され、その軸が船内に入り、一方に回すと船は前進し、反対に回すと後進する。手や足で回せるように作られていた。」[ 14 ]タートル号のすべての真鍮製部品や可動部品と同様に、この真鍮製のプロペラもドゥーリットルによって製作された。[ 15 ]

1785年、イギリスのジョセフ・ブラマーは、船尾の水中を通る棒に羽根付きプロペラを取り付けるというプロペラ方式を提案したが、結局製作されなかった。[ 16 ]

1800年2月、ロンドンのエドワード・ショーターは、同様のプロペラを、水面上の甲板から一時的に展開するロッドに取り付け、水封を必要とせずに凪いだ帆船の航行を支援することを提案した。彼はジブラルタルとマルタで輸送船ドンカスター号にこのプロペラを取り付け、時速1.5マイル（2.4km/h）の速度を達成した。[ 17 ]

1802年、アメリカの弁護士であり発明家であったジョン・スティーブンスは、回転式蒸気機関と4枚羽根のプロペラを組み合わせた全長25フィート（7.6メートル）のボートを建造した。このボートは時速4マイル（6.4キロメートル）の速度を達成したが、高圧蒸気機関の使用に伴う危険性を理由に、スティーブンスはプロペラの使用を断念した。その後、スティーブンスは外輪式のボートを製作した。[ 17 ]

1827年までに、チェコの発明家ヨゼフ・レッセルは、円錐台の上に複数の羽根を持つスクリュープロペラを発明しました。彼は1826年2月に手動操縦船で試験を行い、1829年には蒸気船での使用に成功しました。彼の48トン船「チヴェッタ」は6ノットの速度を達成しました。これはアルキメデスのスクリュー推進船として初めて成功した船でした。しかし、蒸気機関の事故の後、彼の実験は警察によって禁止されました。森林検査官であったレッセルは、このプロペラでオーストリア＝ハンガリー帝国の特許を取得していました。スクリュープロペラは船の動揺や喫水の変化の影響を受けないため、外輪船よりも優れたものでした。[ 18 ]

ノバスコシア州ヤーマスの船乗りジョン・パッチは1832年に2枚羽根の扇形のプロペラを開発し、1833年に公開実演してヤーマス港を渡る手漕ぎボートとニューブランズウィック州セントジョンの沿岸小型スクーナーを推進したが、彼がアメリカ国籍ではなかったため、米国での特許申請は1849年まで却下された。[ 19 ]彼の効率的な設計はアメリカの科学界で賞賛されたが[ 20 ]、その頃には複数の競争相手に直面していた。

スクリュープロペラ

1830年代以前にもスクリュー推進の実験は行われていたものの、これらの発明のほとんどは試験段階まで進められず、何らかの理由で不十分であることが判明したものもあった。[ 21 ]

スミスが1836年に取得した、2回転のスクリュープロペラに関する最初の特許。後に彼は特許を改訂し、長さを1回転に短縮した。

1835年、イギリスのジョン・エリクソンとフランシス・ペティット・スミスという二人の発明家が、それぞれ別々にこの問題に取り組み始めました。スミスは5月31日にスクリュープロペラの特許を最初に取得し、当時イギリスで働いていたスウェーデンの優秀な技術者エリクソンは6週間後に特許を申請しました。[ 22 ]スミスはすぐに小型の模型船を製作して発明品をテストしました。最初はヘンドンの農場の池で実演され、後にロンドンのロイヤル・アデレード実用科学博物館で展示され、海軍長官ウィリアム・バロー卿が見学しました。スミスは、ロンドンの銀行家ライトの後援を得て、全長30フィート（9.1メートル）、出力6馬力（4.5kW） 、積載量6トンの運河船「フランシス・スミス」を建造した。この船に自作の木製プロペラが取り付けられ、 1836年11月から1837年9月までパディントン運河で実演された。1837年2月の航海中、不運な事故で2回転の木製プロペラが破損した。スミスが驚いたことに、壊れたプロペラは1回転のみになり、船の速度が以前の約4マイル/時から8マイル/時まで倍増した。[ 22 ]スミスはその後、この偶然の発見に基づいて改訂特許を申請した。

エリクソンの二重反転スクリュー推進に関するオリジナル特許。

一方、エリクソンは1837年に全長45フィート（14メートル）のスクリュー推進蒸気船「フランシス・B・オグデン」を建造し、テムズ川で海軍検査官のウィリアム・シモンズ卿を含むイギリス海軍本部幹部に実演した。この船は時速10マイル（約16キロメートル）の速度を達成し、既存の外輪船に匹敵するものであったが、シモンズ卿とその一行は感銘を受けなかった。海軍本部はスクリュー推進は外洋航行には効果がないと主張し、シモンズ卿自身もスクリュー推進船は効率的な操舵ができないと考えていた。[ b ] この拒否の後、エリクソンは2隻目の、より大きなスクリュー推進船「ロバート・F・ストックトン」を建造し、1839年にアメリカへ航海させました。そこで彼はすぐにアメリカ海軍初のスクリュー推進軍艦「USS プリンストン」の設計者として名声を得ることになります。[ 23 ]

SS アルキメデスのスクリュープロペラ

スクリュープロペラは航海には不向きだという英国海軍の見解を明らかに認識していたスミスは、この仮説が誤りであることを証明しようと決意した。1837年9月、彼は小型船（単回転の鉄製プロペラを装備）で出航し、ロンドンのブラックウォールからケントのハイスまで航海し、ラムズゲート、ドーバー、フォークストンに立ち寄った。25日にロンドンへ戻る途中、スミスの船が嵐の海を前進しているのが英国海軍の士官によって目撃された。これが海軍本部の関心を再び呼び起こし、スミスはこの技術をより確実に実証するために実物大の船を建造するよう促された。[ 24 ]

SS グレートブリテン号の最初のプロペラのレプリカ。1845年に4枚羽根のモデルがオリジナルに取って代わりました。当初は外輪式プロペラを搭載する設計でしたが、スクリュープロペラの方がはるかに効率的であることが判明したため、計画が変更されました。

SS アルキメデスは1838年にロンドンのヘンリー・ウィムズハーストによって建造され、世界初のスクリュープロペラで駆動する蒸気船[ c ]となった。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

アルキメデスは船舶開発に大きな影響を与え、商船への影響に加え、イギリス海軍によるスクリュー推進の採用を促しました。スミスのアルキメデスの試験航海は、1845年にイギリス海軍 ラトラー号とイギリス海軍 アレクト号の間で綱引き競技が行われ、スクリュー駆動のラトラー号が外輪船アレクト号を2.5ノット（時速4.6キロメートル）で後進させました。[ 29 ]

アルキメデスは、1843 年にイザムバード・キングダム・ブルネルが建造したSS グレートブリテン号の設計にも影響を与えました。この船は当時世界最大の船であり、1845 年 8 月に大西洋を横断した最初のスクリュー推進蒸気船でした。

HMS テラー号とHMS エレバス号は、英国海軍初の蒸気機関とスクリュープロペラを搭載するために大幅な改造が施されました。両艦ともフランクリンの行方不明の遠征に参加しており、最後に目撃されたのは1845年7月のバフィン湾近海でした。

スクリュープロペラの設計は 1880 年代に安定しました。

航空機

飛行中のATR 72プロペラ

ライト兄弟は、現代の航空機プロペラのねじれた翼型形状の先駆者でした。彼らは空気プロペラが翼に似ていることに気づき、風洞実験でこれを検証しました。迎え角を一定に保つために、ブレードにねじれを導入しました。彼らのブレードは、100年後に使用されたものと比べて効率がわずか5%しか劣りませんでした。[ 30 ]低速プロペラの空気力学に関する理解は1920年代までに完了しましたが、出力の増加と直径の縮小により設計上の制約が増加しました。[ 31 ]

もう一人の先駆者であるアルベルト・サントス・デュモンは、飛行船での経験から得た知識を応用し、14ビス複葉機用に鋼鉄製のシャフトとアルミニウム製のブレードを備えたプロペラを製作しました。彼の設計の中には、曲げたアルミニウム板をブレードに使用し、翼型を形成したものもありました。これらのプロペラは大きなアンダーキャンバー形状をしており、さらに縦方向のねじれがなかったため、ライトプロペラよりも効率が低かったです。それでも、これはエアスクリュー構造にアルミニウムが初めて使用された例と言えるでしょう。

理論

RMS オリンピックのプロペラ。外側の2つは逆回転する。

19世紀には、プロペラに関するいくつかの理論が提唱されました。理想的なプロペラの数学的モデルを記述する理論である運動量理論、あるいはディスクアクチュエータ理論は、 WJMランキン（1865年）、AGグリーンヒル（1888年）、そしてREフルード（1889年）によって提唱されました。プロペラは無限に薄いディスクとしてモデル化され、回転軸に沿って一定速度を生じさせ、プロペラの周囲に流れを作り出します。

固体中を回転するスクリューには「滑り」は発生しませんが、プロペラスクリューは流体（空気または水）中で作動するため、ある程度の損失が発生します。最も効率的なプロペラは、大型船舶に搭載されているような大径で低速回転のスクリューです。最も効率の悪いプロペラは、小径で高速回転のスクリュー（船外機に搭載されているようなもの）です。ニュートンの運動法則を用いると、プロペラの前進推力は、時間当たりに後方に送り出される流体の質量と、プロペラがその質量に加える速度に比例する反作用と考えることができます。実際には、高速ジェット機を生成する場合の方が、より重く低速なジェット機を生成する場合よりも損失が大きくなります。（航空機にも同じことが当てはまり、大径ターボファンエンジンは、初期の小径ターボファンエンジンや、より小型のターボジェットエンジンよりも効率が高い傾向があります。これらのエンジンは、より高速でより少ない質量を排出します。）[ 32 ]

プロペラの形状

船舶用スクリュープロペラの形状は、螺旋面に基づいています。この面がブレードの面を形成する場合もあれば、ブレードの面がこの面からのオフセットによって記述される場合もあります。ブレードの背面は、翼弦線からのオフセットによって記述されるのと同様に、螺旋面からのオフセットによって記述されます。ピッチ面は、真のヘリコイド面、または迎え角とブレード上の後流速度との整合性を高めるために反りのある面のいずれかです。反りヘリコイドは、ラジアル基準線の形状と、ラジアル距離で表されたピッチ角を指定することによって記述されます。従来のプロペラの図面は、4つの部分で構成されています。すなわち、傾斜角を定義する側面図、ブレードの根元から先端までの厚みの変化、ハブを通る縦断面、そして縦方向の中心線平面に投影されたブレードの輪郭です。ブレードの拡大図は、様々な半径における断面形状を示し、ピッチ面は基線に平行に、厚みは軸に平行に描かれています。断面の先端と後端を結ぶ線で示される輪郭は、展開された翼輪郭を表しています。ピッチ線図は、根元から先端までの半径に対するピッチの変化を示しています。横断面図は、翼の横断面投影図と展開された翼輪郭を示しています。[ 33 ]

ブレードは、プロペラが回転すると推力を発生させる断面板です。ハブはプロペラの中心部で、ブレードを連結し、プロペラをシャフトに固定します。英国では ボスと呼ばれます。レイクとは、シャフトに垂直な半径に対するブレードの角度です。 スキューとは、最大厚さの線から半径までの接線方向のオフセットです。

プロペラの特性は一般的に無次元比として表される：[ 33 ]

  • ピッチ比PR = プロペラピッチ/プロペラ直径、または P/D
  • 円板面積 A 0 = πD 2 /4
  • 拡張面積比 = A E /A 0、ここで拡張面積 A E = ハブ外側のすべてのブレードの拡張面積。
  • 展開面積比 = A D /A 0、ここで展開面積 A D = ハブの外側にあるすべてのブレードの展開面積
  • 投影面積比 = A P /A 0、投影面積 A P = ハブの外側にあるすべてのブレードの投影面積
  • 平均幅比 = (ハブ外のブレード面積/ハブ外のブレード長さ)/直径
  • ブレード幅比 = ブレードの最大幅 / 直径
  • ブレード厚さの割合 = シャフト軸に対して製造されたブレードの厚さ / 直径

キャビテーション

水洞実験におけるキャビテーションプロペラ
水上バイクのプロペラに明らかなキャビテーション損傷
青銅製のプロペラとキャビテーション防止板、シリング舵（川船用）

キャビテーションとは、非常に低圧の領域において、動いているプロペラブレード付近の水中に発生する蒸気泡のことです。スクリューを通して過大な動力を伝達しようとした場合、またはプロペラが非常に高速で運転されている場合に発生する可能性があります。キャビテーションは動力を無駄にし、振動や摩耗を引き起こし、プロペラに損傷を与える可能性があります。プロペラでは様々な原因でキャビテーションが発生する可能性があります。最も一般的な2種類のプロペラキャビテーションは、負圧側面キャビテーションと翼端渦キャビテーションです。

プロペラが高回転速度または高負荷（翼面揚力係数が高い）で運転されているとき、負圧側面キャビテーションが発生します。翼の上流面（「負圧面」）の圧力が水の蒸気圧を下回り、蒸気ポケットが形成されます。このような状況では、翼の下流面（「圧力面」）と負圧面の間の圧力変化は制限され、キャビテーションの程度が増すにつれて最終的に減少します。翼面の大部分がキャビテーションに覆われると、翼の圧力面と負圧面の間の圧力差が大幅に低下し、プロペラによって生成される推力も低下します。この状態は「推力低下」と呼ばれます。このような状況でプロペラを運転すると、エネルギーが浪費され、大きな騒音が発生します。また、蒸気泡が崩壊する際に、翼面に対する局所的な衝撃波によってスクリュー表面が急速に侵食されます。

翼端渦キャビテーションは、翼端渦の中心部に形成される極端に低い圧力によって引き起こされます。翼端渦は、流体がプロペラの先端を圧力側から負圧側へと巻き付くことで発生します。このビデオでは、翼端渦キャビテーションの実例を示します。翼端渦キャビテーションは通常、負圧側表面キャビテーションよりも先に発生し、ブレードへのダメージは比較的小さいです。これは、このタイプのキャビテーションはブレード上で崩壊するのではなく、下流側で崩壊するためです。

プロペラの種類

可変ピッチプロペラ

可変ピッチプロペラ
漁船の可変ピッチプロペラ

可変ピッチプロペラには、制御可能なもの（可変ピッチプロペラ）と、自動的にフェザリングするタイプ（折りたたみ式プロペラ）があります。可変ピッチプロペラには、固定ピッチプロペラに比べて以下のような大きな利点があります。

  • 任意の速度に対して最も効果的なブレード角度を選択する機能。
  • モーターセーリングの際、風とエンジンからの駆動力を最適にするためにブレードの角度を粗くする機能。
  • 後進（後進）をより効率的に行う能力（固定プロペラは後進時に性能が非常に悪くなります）。
  • 使用していないとき（例えば航行中）にプロペラを「フェザリング」して抵抗を最小限に抑える機能。大型飛行機では、エンジンが制御不能になった場合、プロペラが高速回転して破損するのを防ぐために、プロペラをフェザリングする機能が必要です。

スキューバックプロペラ

アメリカ海軍のパーミット級、スタージョン級、ロサンゼルス級、そしてドイツの212型潜水艦など、いくつかの原子力潜水艦クラスで使用されているスクリューの一種は、スキューバックプロペラと呼ばれます。一部の航空機で使用されているシミターブレードと同様に、スキューバックプロペラのブレード先端は回転方向と反対方向に後退しています。さらに、ブレードは長手方向に沿って後方に傾斜しているため、プロペラ全体がカップ型の外観になっています。この設計は推力効率を維持しながらキャビテーションを低減し、静粛性とステルス性を高めています。[ 34 ] [ 35 ]しかし、21世紀までに、スキューバックスクリューはポンプジェット推進装置に大部分が置き換えられました。これは、ポンプジェットが、キャビテーション発生前の受動シグネチャの低さと高速化、高速時の操縦性の向上、浅水域での優れた運用能力、および高出力密度などの優れたステルス特性を備えているためです。

少数の船舶では、一部の航空機の翼に見られるようなウィングレット付きのプロペラを使用しており、翼端渦を減らして効率を向上させている。[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

モジュラープロペラ

モジュラープロペラは、ボートの性能をより細かく制御できます。ピッチや損傷したブレードのみを交換する場合、プロペラ全体を交換する必要はありません。ピッチを調整できることで、ボート乗りは様々な高度、ウォータースポーツ、クルージングにおいて、より良いパフォーマンスを得ることができます。[ 41 ]

フォイトシュナイダープロペラ

フォイトシュナイダープロペラ

フォイト・シュナイダー・プロペラ（VSP）は、サイクロローター設計をベースにフォイト・グループが製造する特殊な船舶推進システム（MPS）です。操縦性が高く、推力方向をほぼ瞬時に変更可能です。タグボートやフェリーで広く使用されています。フォイト・シュナイダー・ドライブはエルンスト・シュナイダーによって発明されました。1926年以来、ハイデンハイム・アン・デア・ブレンツとザンクト・ペルテンでフォイト社によって開発・製造されています。

シャフトレス

リム駆動スラスターは、ダクト付きプロペラに電動モーターを組み込んだものです。円筒形のダクトがステーターとして機能し、ブレードの先端がローターとして機能します。通常、高トルクを発生し、低回転数で動作するため、騒音が少なくなります。このシステムはシャフトを必要としないため、重量が軽減されます。ユニットは船体周囲の様々な場所に設置でき、独立して操作することができ、例えば操縦補助などに利用できます。シャフトがないため、後部船体の設計変更が可能です。[ 42 ]

トロイダル

120年以上前に発明されたねじりトロイド（リング状）プロペラは、ブレードを非円形のリングに置き換えたものです。従来のプロペラに比べて、特に可聴周波数帯域において大幅に静粛性が高く、空気と水の両方で効率に優れています。この設計により、プロペラによって発生する渦が形状全体に分散され、大気中でより速く消散します。[ 43 ] [ 44 ]

ダメージ保護

シャフト保護

船外機のプロペラのゴム製ブッシングの故障

船外機などの小型エンジンではプロペラが重い物体と衝突する危険があるため、プロペラには過負荷時に故障するように設計された装置が組み込まれていることがよくあります。より高価なトランスミッションとエンジンが損傷しないように、この装置またはプロペラ全体が犠牲になります。

通常、小型（10馬力または7.5kW未満）および旧型のエンジンでは、通常負荷時のエンジン動力は、ドライブシャフトとプロペラハブを貫通する細いせん断ピンによって伝達されます。このせん断ピンは、プロペラにエンジンを損傷させる可能性のある負荷がかかった際にせん断するように設計されています。せん断ピンがせん断されると、新しいせん断ピンが取り付けられるまで、エンジンはボートに推進力を提供できなくなります。[ 45 ]

より大型で近代的なエンジンでは、ゴム製のブッシングがドライブシャフトのトルクをプロペラのハブに伝達します。損傷を与えるような負荷がかかると、ハブ内のブッシングの摩擦力が弱まり、回転するプロペラがシャフト上で滑り、エンジン部品の過負荷を防ぎます。[ 46 ]このような状況が発生すると、ゴム製のブッシングが損傷する可能性があります。損傷した場合、低回転数では伝達力が低下しますが、高回転数では摩擦力の低下により動力が伝達されなくなる可能性があります。また、ゴム製のブッシングは経年劣化し、設計上の破損荷重を下回る負荷でも破損する可能性があります。

現代のプロペラの中には、ゴム製のブッシングの代わりに、ドライブスリーブと呼ばれる硬質ポリマー製のインサートが採用されているものがあります。シャフトとプロペラハブの間に挿入されたスリーブは、スプライン形状またはその他の非円形断面を有しており、摩擦ではなくエンジンのトルクをプロペラに伝達します。このポリマーはプロペラやエンジンの部品よりも弱いため、プロペラに過負荷がかかると、それらよりも先に破損します。[ 47 ]このポリマーは過負荷がかかると完全に破損しますが、簡単に交換できます。

雑草ハッチとロープカッター

ブロンズプロペラとステンレススチールロープカッター

大型船のプロペラは深い水面に沈んでいて障害物や漂流物がないのに対し、ヨットやはしけ、河川船では海藻、ロープ、ケーブル、網、プラスチックなどのゴミがプロペラに付着して汚れてしまうことがよくあります。イギリスのナローボートには必ずプロペラ上に海藻除去用のハッチが付いており、ナローボートが静止状態になったらハッチを開けてプロペラにアクセスし、ゴミを取り除くことができます。ヨットや河川船には海藻除去用のハッチが付いていることは稀で、代わりにプロペラ軸に取り付けてプロペラと一緒に回転するロープカッターが付いていることがあります。これらのカッターでゴミを取り除き、ダイバーが手動で汚れを取り除く必要がなくなります。ロープカッターにはいくつかの種類があります。[ 48 ]

  1. カミソリのように切れる、単純な鋭い刃の円盤。[ 49 ]
  2. 2枚以上の突出した刃が固定刃に当たってはさみのように切断するローター。[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]
  3. 鋭い刃と突起で構成された複雑な刃先を持つ鋸歯状のローター。[ 53 ]

プロペラのバリエーション

クリーバーは、特にボートレースで使用されるプロペラの一種です。前縁は円形に、後縁は直線状にカットされています。クリーバーは船首揚力が少なく、水上滑走艇など、船首揚力を必要としないボートに使用できます。水上滑走艇は、もともと十分な流体力学的船首揚力を備えています。船首揚力の不足を補うために、下部ユニットに水中翼を取り付けることができます。水中翼は船首揚力を低減し、ボートを穴から脱出させて滑走路上に復帰させるのに役立ちます。

参照

プロペラの特性

プロペラ現象

他の

材料と製造

外部ビデオ
ビデオアイコン木製プロペラの製作 1 2 3、NASAラングレー
  • バランシングマシン – 回転機械部品のバランスをとるために使用される測定ツール
  • 複合材料 – 2つ以上の異なる物質を組み合わせて作られた材料

注記

  1. ^多くのボートでは、プロペラシャフトは水平ではなく、船尾に向かって傾斜しています。これは船体形状によって設計者に強制されることが多いのですが、スクワット効果を抑えるという小さな利点があります。
  2. ^フランシス・B・オグデンのケースでは、シモンズが正しかった。エリクソンは舵をプロペラより前方に配置するというミスを犯し、その結果、舵が効かなくなっていた。シモンズは、エリクソンが試験中にはしけを曳航することで問題を隠そうとしたと考えた。
  3. ^ここで強調されているのは「船」である。アルキメデス以前にも、スミス自身のフランシス・スミスやエリクソンのフランシス・B・オグデン、ロバート・F・ストックトンなど、プロペラ駆動船は数多く成功。しかし、これらの船は内陸水路での運航を目的に設計されたボートであり、航海用に建造された「船」とは対照的であった。

引用

  1. ^ 「プロペラ」。ブリタニカ百科事典。2019年12月4日閲覧。
  2. ^ 「プロペラ推進」 NASA. 2015年5月5日。
  3. ^ダリー、ステファニー、オルソン、ジョン・ピーター (2003). 「センナケリブ、アルキメデス、そして水ねじ：古代世界における発明の文脈」 .テクノロジー・アンド・カルチャー. 44 (1): 1– 26. doi : 10.1353/tech.2003.0011 . S2CID 110119248 . 
  4. ^ 「スクリュープロペラの開発」『世界の船舶の驚異』2012年。
  5. ^カールトン、ジョン（2012）、船舶用プロペラと推進力、バターワース・ハイネマン、363ページ。
  6. ^ a bカールトン 2012、p. 1。
  7. ^ボーン、ジョン（1855年4月10日）「スクリュープロペラに関する論文：様々な改良提案付き」ロングマン社、ブラウン、グリーン、ロングマンズ社 – Googleブックス経由。
  8. ^ 「発明特許：明細書の要約：クラス…」特許庁。1857年4月10日 - Googleブックス経由。
  9. ^ムリヘッド、ジェームズ・パトリック『ジェームズ・ワットの生涯、書簡集、肖像画、木版画集』ロンドン：ジョン・マレー、1858年、208ページ
  10. ^スタイン、スティーブン・K、2017年、「世界史における海：探検、旅行、貿易[全2巻]」スティーブン・K・スタイン編、ABC-CLIO、第1巻、600ページ
  11. ^マンスタン、ロイ・R.; フレゼ、フレデリック・J.、『タートル：デイヴィッド・ブッシュネルの革命船』、ヤードリー、ペンシルバニア州：ウェストホルム出版。ISBN 978-1-59416105-6。OCLC 369779489、2010、pp. xiii、52、53 
  12. ^タッカー、スペンサー、『アメリカ軍事史年鑑』、ABC-CLIO、2013年、第1巻、305ページ
  13. ^マンステンpp. xiii, xiv.
  14. ^ニコルソン、ウィリアム、「自然哲学、化学、芸術ジャーナル」、第4巻、GG＆J.ロビンソン、1801年、221ページ
  15. ^マンスタン、150ページ
  16. ^カールトン 2012、1～2頁。
  17. ^ a bカールトン、2ページ
  18. ^ Paul Augustin Normand、 La Genèse de l'Hélice Propulsive [スクリュー推進器の起源]。パリ：アカデミー・ド・マリン、1962 年、31 ～ 50 ページ。
  19. ^マリオ・テリオー著『偉大な海洋発明』グースレーン出版（2001年）58～59頁
  20. ^ 「Patch's Propeller」、Scientific America、第4巻第5号、33ページ、1848年10月10日、2011年7月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年1月31日閲覧。The Archimedes Screw経由。
  21. ^スミス、エドガー・C. (1905). 『海軍と海洋工学小史』ケンブリッジ大学出版局. pp.  66– 67.
  22. ^ a bボーン、84ページ。
  23. ^ボーン、87～89ページ。
  24. ^ボーン、85ページ。
  25. ^「現在、ほとんどの船舶に使用されているスクリュープロペラは、1836年にイギリスの技師フランシス・ペティット・スミスによって特許が取得され、その後スウェーデンの技師ジョン・エリクソンによって特許が取得されました。スミスはこの設計を、1839年に進水した最初のスクリュー駆動蒸気船「アルキメデス」に採用しました。」マーシャル・キャベンディッシュ、1335ページ。
  26. ^「プロペラは1836年、イギリスのフランシス・ペティット・スミスとアメリカのジョン・エリクソンによって発明されました。 1839年、アルキメデス号と名付けられた航洋船に初めて搭載されました。」Macauley and Ardley、378ページ。
  27. ^「1839年、レニー氏はかの有名なアルキメデスのためにエンジン、機械類、プロペラを製作しました。これがスクリュー式推進システムの導入の始まりと言えるでしょう…」『メカニクス・マガジン』 220ページ。
  28. ^「スクリュー羽根で蒸気船を推進するという原理が世に広く知られるようになったのは1839年になってからであり、ほとんどの大人が覚えているように、これはロンドンのF・P・スミス氏のおかげです。彼はスクリュー推進器を初めて実用化した人物です。熱意ある資本家たちの支援を受けて、彼は『アルキメデス』号と名付けられた大型蒸気船を建造し、その成果はたちまち世間の注目を集めました。」マクファーレン、109ページ。
  29. ^プロペラ対パドル：HMSラトラー号とアレクト号の綱引き、ボウ・クリークからアナタハンまで。
  30. ^アッシュ、ロバート・L、コリン・P・ブリッチャー、ケネス・W・ハイド。「ライト兄弟：デイトン出身の二人の兄弟が飛行機の推進力に新たな工夫を加えた方法」『機械工学：飛行の100年』、2007年7月3日。
  31. ^パイロットの航空知識ハンドブック. オクラホマシティ: 米国連邦航空局. 2008年. pp.  2– 7. FAA-8083-25A.
  32. ^プロペラの仕組み - https://www.deepblueyachtsupply.com/boat-propeller-theory
  33. ^ a b Todd, FH (1967). 「VII: 抵抗と推進力」. コムストック, ジョン・P. (編). 『造船学の原理（改訂版）』. 造船技術者協会. pp.  397– 462.
  34. ^ 「サイレントプロペラ」フランス・ヘリックスJMC Web Creation & Co. 2009. 2007年9月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年7月21日閲覧。
  35. ^プロペラについて、英国：GSI Tek プロペラ
  36. ^ゴッドスケ、ビョルン。 「省エネプロペラ」 (デンマーク語) Ingeniøren、2012 年 4 月 23 日。アクセス日: 2014 年 3 月 15 日。英語翻訳
  37. ^ゴッドスケ、ビョルン。 「 Kappel-propellers pave the way for success at MAN」 (デンマーク語) Ingeniøren、2014 年 3 月 15 日。アクセス日: 2014 年 3 月 15 日。英語翻訳
  38. ^「カッペル契約により主要市場へのアクセスを確保」Man diesel turbo、2013年8月30日。
  39. ^「 Kapriccio Project Archived 2014-03-15 at the Wayback Machine」欧州連合。2014年3月15日にアクセス。
  40. ^「業界がイノベーション賞受賞者に敬意を表す」 Marine link、2002年10月3日。アクセス日：2014年3月15日。引用：「受賞者：欧州委員会が資金提供したカプリッチョ推進研究プロジェクトによる省エネ型カッペルプロペラコンセプト。吸込側先端に向かって湾曲したブレードは、エネルギー損失、燃料消費、騒音、振動を低減します。」
  41. ^ Smrcka, Karel (2005年3月18日). 「船舶用プロペラの新たなスタート」 .エンジニアリングニュース. 2017年7月21日閲覧。
  42. ^ 「リム駆動型推進器は未来か？」 www.rina.org.uk 2017年7月。 2022年5月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年1月29日閲覧。
  43. ^ Blain, Loz (2023年1月27日). 「トロイダルプロペラ：空気と水中のノイズを劇的に変えるもの」 . New Atlas . 2023年1月29日閲覧。
  44. ^ US US10,836,466B2、セバスチャン・トーマス、「TOROIDALPROPELLER」、2020年公開 
  45. ^ゲッチェル、デビッド（1994）、アウトボードボーターハンドブック、マグロウヒルプロフェッショナル、ISBN 978-0-07023053-8
  46. ^海軍省航海術マニュアル、イギリス国防省（海軍）、1995年、ISBN 978-0-11772696-3
  47. ^ US 5484264、Karls, Michael & Lindgren, Daniel、「ねじりねじりプロペラ駆動スリーブおよびアダプタ」、1994年3月8日公開、1996年1月16日発行 
  48. ^ Yachting World ロープカッターテスト、Yachting Monthly、2015年4月14日
  49. ^シンプルディスクカッター、ASAP Supplies
  50. ^スパーズ シザーアクション ロープカッター、スパーズ マリン
  51. ^ 「ストリッパー シザーアクション ロープ カッター」、ロープ ストリッパー
  52. ^ 「ゲイター シザーアクション ロープカッター」、Prop Protect
  53. ^ 「ロープカッターの画像」、Bing（検索）、Microsoft
ウィキメディア コモンズには、プロペラに関連するメディアがあります。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=プロペラ&oldid= 1335320092」より取得