Development of Motor Driven Inner Propeller in Colt Nozzle

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K14510
• Research Institution: National Institute of Technology, Toyama College
• Principal Investigator: 賞雅 寛而 富山高等専門学校, その他部局等, 校長 (20134851)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 波津久 達也 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (60334554) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 船舶工学 / 海洋工学 / 推進・運動性能 / プロペラ効率

Outline of Annual Research Achievements

本事業の目的は、新しく本事業で提唱されたインナープロペラモーターコルトノズルを実用化するために、インナープロペラの試作及びプロペラまわりの流動シミュレーションを行い、プロペラ単独効率及び推進効率の向上特性を明らかにすることであり、期間全体として下記項目を行った。
1) シングル及び二重反転インナープロペラモーターコルトノズルの流動シミュレーション。
2) シングルインナープロペラモーターの概念設計・試作。プロペラ回りの流動シミュレーションは、予備研究でも使用されていた流動シミュレーションプログラムソフト（有限体積法熱流体解析ソフト）を用い、3次元流動計算によるスラスト力等より、シングルインナープロペラモーターの概念設計（翼枚数、スラスト軸受け構造、回転子・固定子構造等）を行った。
3) 「流速の変化に対応した最適プロペラ効率を得るため、プロペラ翼角を2つの同期モーターの回転制御によって制御する方式（インナーCPPプロペラ）」に限定し、これについての動作シミュレーションを行った。
4) 3D-printerにより、プロペラ翼角を2つの同期モーターの回転制御によって制御する方式（インナーCPPプロペラ）のデモモデルを製作し、その動作が有効であることを確認した。動作結果をもとに、インナーCPPプロペラモーターの概念設計（スラスト軸受け構造、回転子・固定子構造等）を行った。
これらのシミュレーション及びデモ機実験の結果、管内インナーCPPプロペラは通常の管内ボス式プロペラよりも流体加速機構として優れていることを定量的に明らかにした。特に水平管内の気液分離流は、管内ボス式プロペラによる液相の加速は気液界面の乱れを生じるために難しいが、インナーCPPプロペラの場合、入出水角度を界面近傍の液流速に合わせられるために、界面の乱流エネルギー生成を抑制することができ、著しく効率を上げられることを示した。

Remarks

管内インナーCPPプロペラの動作機構についての特許出願のために、研究論文の発表は、期間全体を通して行っていない。
当初令和2年3月に特許出願手続きを終える予定であったが、学内外知財手続きが遅れているため7月ごろの出願になる予定である。特許出願後の研究論文3報の投稿準備を終えている。