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スクリュープロペラ(Screw propeller)とは、船など水上、又は水中を移動する乗り物の推進機の一種である。スクリュープロペラの回転翼が水をかくことによって、回転軸方向に揚力を作り、推進する力を得る。

単に「スクリュー」や「プロペラ」、水面下に隠れて見えない事から「暗車」とも呼ばれる。

◆ 構造

船のスクリュープロペラは、通常は金属で作られ、回転軸であるボス部分と2枚以上のブレード、又はプロペラ翼と呼ばれる翼面部分から構成される。

形状が楕円、あるいは扇形に近く、飛行機のプロペラに比べて翼が短く広い。ブレードは小型船では枚数が少なく、大型船では多い傾向にある。一般には船尾部に付けられ、舵の効きを良くするため舵の前に設置される。飛行機では必ずしも必須ではないが、船のスクリュープロペラは後進が要求される。

◆ 推進効率

◇ キャビテーション

スクリュープロペラの推進力を高めようと、回転数を高めたりピッチを強めたりすれば、ブレード面が作る負圧が水圧より大きくなって真空の細かな気泡が生じるキャビテーションという現象が起きて効率が悪化してブレード面を障害し、雑音源となる。

20世紀末からは、大型船でのスクリュープロペラではこういった問題の発生を避けて、大直径のスクリュープロペラを低回転で使用することで高い効率が得られている。

◇ 回転エネルギー

1つのスクリュープロペラだけを使用する場合には、駆動軸のエネルギーの約1/3は、スクリュープロペラの後ろの水が回転するのに使われてその分のエネルギーが無駄に消費される。

船舶でエンジンとスクリュープロペラを結ぶ回転軸(駆動軸)をプロペラシャフトという。途中に自在継手があって軸が斜め、あるいは少しずれていても動力を伝達できる。プロペラを駆動するわけではないが自動車における同等の部品もプロペラシャフトと呼ばれる。これは英単語propellerが広義には「推進させるもの」を意味するからである。

◆ 特殊なスクリュープロペラ

;二重反転プロペラ

:燃費を重視する船では、二重反転プロペラが使われている。ポッド推進器を固定されたスクリュープロペラの後部に備えて、二重反転プロペラとする工夫も行なわれている。

;可変ピッチプロペラ

:後進時には、通常、推進軸を逆回転させるが、タービンを使用した推進機関のようにギヤや逆回転用の装置を備える事を避けたい場合は、可変ピッチプロペラを採用し、プロペラピッチの変更で対応する事がある。

;ポッド推進

:スクリュープロペラの取り付け角を回転させる事で、舵を不用とし、後進も迅速に行なえるポッド推進がある。

;ハイスキュー・プロペラ

:水中速力30ノット超の原子力潜水艦などではブレード枚数が7枚と多く、個々の翼は細長くて面積が小さく翼の後退角が大きいスキュード・プロペラと呼ばれるプロペラが採用されている。ハイ・スキューと呼ばれるプロペラでは後退角が連続変化する複雑な曲線で構成されている。

;ポンプ・ジェット

:スクリュープロペラの周りをダクトで覆うポンプ・ジェットと呼ばれる推進方式がある。水中翼船など、より高速を得ようとする船舶ではウォータージェット推進が用いられる。

◆ 歴史

船舶における動力推進機構は、蒸気船の時代までさかのぼることができる。それ以前の船舶は、帆走および櫓、水流にまかせるなどの自然力、人力に依存していた。スクリュープロペラが普及したのは蒸気機関が船舶の動力源として用いられるようになって、しばらくしてからのことである。

蒸気船が登場したころ、推進機構はスクリュー式ではなく外輪式がさかんに用いられていた。スクリュー式推進機構の優位性が認められるようになったのは19世紀中ごろのことである。当時外輪式に代わる推進機構を公募していたイギリス海軍省は、スクリュープロペラの発明を見い出したが、当時の軍首脳らは船底に穴を開けるというイメージをマイナス要因ととらえたため、なかなか採用されなかった。最終的に外輪式との優劣を決定するための公開実験を数回行い、同じ重量、エンジン出力を持つスクリュー船と外輪船を文字通り「綱引き」させ、スクリュー船の優位性を決定づけた。以後スクリュープロペラは船舶の推進機構として不動の地位を得て現在に至っている。

近代においては設計理論の進展、加工技術の進歩により、スクリュープロペラは様々な用途の船舶に向け、要求を満たすべく最適化された形状を持つようになった。一例を挙げると、ステルス性を高めた潜水艦用ハイ・スキュープロペラ、高効率を狙った商船、客船用二重反転プロペラ、従来マイナス要素であったキャビテーション現象を逆に利用した超高速艇用スーパーキャビテーション・プロペラ(SCP)などがある。また、一般的なスクリュープロペラのイメージを覆すシュナイダープロペラやウォータージェット推進などを搭載する船舶もある。

◆ 課題

スクリュープロペラは外輪式推進や前述のシュナイダープロペラ、ウォータージェット推進などより実用的な速度域での効率が良い。しかしその複雑な形状ゆえに高度な設計、製造技術、技能を必要とする。高速、高効率を追求する現代の商用船舶向けプロペラはほとんどすべて曲面で構成され、誤差は100分の1ミリと、極めて要求が高い。機械研磨の限界が0.8ミリ程度であるため、後の工程はすべて熟練工に頼るしかない。とりわけ大型船に用いられる直径9メートル前後の大型プロペラは特注品であり、機械化が進んだとはいえ鋳型製作から仕上げまで人手を離れることはなく、汎用品、量産品などは存在しない。もう一つは推進原理に起因する、いわゆるキャビテーションによる問題がある。これは船体に不快な振動を伝えるとともに船体強度に影響するため見過ごすことができない。また推進効率を低下させるだけでなく、プロペラそのものを破壊(壊蝕=エロージョン)してしまう。他にも、鋭利な翼端部が海生生物、ダイバー、水難者を危険にさらすなどの指摘もある。

◆ 占有率

船舶用プロペラでは、岡山市のナカシマプロペラ社の製品が世界市場で3割を占め、占有率で世界一である。

◆ 注記

◆ 関連項目

・ ポンプ・圧縮機 - ベーン式ポンプや圧縮機のブレードなどプロペラと共通する要素もある

・ジェットエンジン#ターボファンエンジン - ターボファンエンジンのファンはプロペラと似た部分もある

・ 風力タービン・風車 - プロペラとは逆に風を受けて回転するものだが、水平軸のものは技術的にプロペラの影響を強く受けている

◆ 外部リンク

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