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Schraubenpropeller.
Gegenstand der Erfindung ist eine besondere Ausbildung der Flügelflächenerzeugenden von Schraubenpropellern für Wasser-und Luftfahrzeuge, um einen möglichst grossen Wirkung grad und Belastungsgrad zu erreichen ; hiedurch soll hauptsächlich die Schluckfähigkeit des
Propellers vergrössert sowie auch gleichzeitig die Nabenkavitation vermindert oder verhindert t werden.
Ein Mittel zur Vergrösserung der Schluckfähigkeitt und des Rückgewinnes von Strömungs- energie sind die bekannten düsen-oder saugrohrförmigen Ummantelungen der Flügelräder des
Turbinenbaues sowie der ummantelten Propeller. Doch ist man in der Praxis von diesen ab- gekommen, da der von der Düse erzeugte Schub gewinn von der Reibung des Mediums und vom Formwiderstand der durch das Wasser zu schleppenden Düse mehr als aufgehoben wird.
Das Wesen der Wirkungsweise düsenförmiger Ummantelungen im allgemeinen besteht in der ablösungsfreien Strahlerweiterung, wodurch eine Verzögerung der Abströmgeschwindigkeit erzeugt wird ; demzufolge bewirkt der Rückgewinn aus der kinetischen Strömungsenergie eine
Verminderung des Druckes in dem engsten Düsenquerschnitt. Durch diese Vergrösserung des
Druckgefälles wird daher die Flüssigkeitsmenge, welche in dem engsten Querschnitte verarbeitet wird, vergrössert.
Um einen solchen Düseneffekt bei einem Schraubenpropeller zu erzielen oder wenigstens teilweise nutzbar verwerten zu können, erhält derselbe, wie nachstehend beschrieben, selbst eine besondere Ausgestaltung, um der Tendenz des Propellerwasserstrahles, sich zu verengen, zu begegnen und ihm eine um ein möglichst grosses Mass sich erweiternde
Gestalt zu geben.
Man war bisher mit allen möglichen Mitteln bestrebt. Schraubenpropeller zu verbessern, z. B. durch Wahl einer günstigen Steigung, Profilausbildung, Radial-und Peripherialkrümmung, sowie Neigung der Propellerflügel entgegen oder in der Fahrtrichtung usw. Man hat die
Flügel von Wasserpropellern zwecks Verbesserung des Wirkungsgrades in sehr schmaler, trag- flächenartiger Ausführung versucht ; diese haben jedoch wieder den Nachteil, dass sie ver- hältnismässig wenig ziehen und bei höheren Belastungen zu Kavitationserscheinungen hin- neigen. Weiters wurde vorgeschlagen, durch eine starke radiale Krümmung der Flügel einen milderen Eingriff und eine Verringerung der Vibrationen naheliegender Bauteile des Schiffes zu erreichen.
Durch dieses Mittel wird aber der Angriffspunkt des Schuhes an jedem einzelnen
Flügel im peripherialen Sinne in eine solche Lage zur Flügelwurzel verlegt, dass hiedurch ein kippendes Moment entsteht, dem man aus Festigkeit-und Vibrationsgründen peinlich auszu- weichen hat. Schliesslich wurde versucht, durch eine Neigung bzw. Krümmung des Propeller- flügels entgegen oder in der Fahrtrichtung Verbesserungen zu erreichen.
Es sind überdies auch Propellerausführungen bekannt, bei welchen die Erzeugende der
Flügelfläche über die Hälfte ihrer Länge nach rückwärts geneigt ist, um eine Druckverminderung auf der Saugseite zu erzeugen, während die äussersten Flügelspitzen nach vorne abgebogen sind ; letztere Ausbildung ist hiebei nur untergeordnet und ist nicht geeignet, eine erhöhte
Schubwirkung hervorzubringen, schon auch deshalb nicht, weil der äussere Teil der Propeller- flügel zufolge ihrer sonstigen Form für die Schubvermehrung nicht oder nur in verhältnis- mässig sehr geringem Masse herangezogen wird.
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Alle diese bekannten Vorschläge verschiedenster Einzelanwendungen erscheinen zu einer allgemein brauchbaren Konstruktionsverbesserung nicht zu führen und bringen zu einseitigen
Vorteilen auch Nachteile.
Durch eigene Versuche und Überlegungen wurde nun festgestellt, dass die besondere
Ausbildung der Flügelflächenerzeugenden ein Mittel ist, jeden, auch den vollkommensten
Schraubenpropeller von gegebener Charakteristik noch zu verbessern.
Der Versuch an einem Wasserpropeller zeigte, dass eine Krümmung der Flügelflächen- erzeugenden entgegen der Fahrtrichtung nach rückwärts eine Verminderung des Schubes bringt. da die Strahlzusammenziehung hiedurch unterstützt wird, während der Flüssigkeitsdruck in der Nabengegend vergrössert und die Kavitationsgefahr dortselbst verringert wird. Bei Vor- ziehung der Erzeugenden in die Fahrtrichtung, wie bei den kegelförmig ausgebildeten Hirsch"-
Schrauben oder ähnlichen Ausführungen mit konkaver Saugseite, ergibt sich eine Vergrösserung des Schuhes, jedoch gleichzeitig eine zunehmende Empfindlichkeit für Nabenkavitation, da der
Propellerflügel in diesem Fall kein zentripetales Druckgefälle in der Nabengegend erzeugen kann.
Die besondere Formgebung der Flügelflächenerzeugenden gemäss der Erfindung besteht nun darin, dass dieselben im äusseren Drittel hauptsächlich in die Schubrichtung und im inneren Drittel entgegen der Sehubrichtung geneigt sind ; für den dazwischenliegenden Über- gangsteil, ungefähr in der Mitte des Flügels, ergibt sich daher eine angelläherte, radiale
Hauptrichtung. Durch diese Formgebung werden gleichzeitig alle angestrebten Vorteile erzielt.
Ein grosser Teil der von den äusseren Flügelpartien erfassten Flüssigkeitsmassen umgibt den inneren Flüssigkeilskern, wo eine zur Kavitation neigende Nabenströmung herrscht, mantelartig, gleichsam als wäre dieser hohlkegelförmige Wasserkörper eine feste, natürliche Saugrohrwand.
Dies ergibt gerade im wirksamsten, mittleren Teil des Propellertliigels durch die saugrohr- ähnliche Wirkung eine Vergrösserung der verarbeiteten Flüssigkeitsmenge und daher eine wesentliche Vergrösserung des Schubes.
Ferner erzeugt die nach rückwärts gekrümmte Flügelerzeugende an der Nabenwurzel eine zentripetale Druckkomponente, wodurch einer Nabenkavitation vorgebeugt wird, denn letztere kann nur durch das Vorhandensein einer entsprechend grossen Zentrifugalkraftwirkung der rotierenden Wassermassen hervorgerufen werden.
Die mittlere Hauptrichtung der Flügelerzeugenden ist demnach annähernd radial, was einerseits aus Gründen der Festigkeit der Flügel und anderseits wegen Verminderung der
Eigenvibrationen der Propellerflügel stets am günstigsten ist.
In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen Schraubenpropellers im Längs- schnitt dargestellt. Der um die Achse 1 drehbare Schaubenpropeller hat Flügel 2 von solcher
Gestalt, dass die Erzeugende 3 der Propellerdruckseite bzw. die Schwerlinie 4 der Flügel- querschnitte in die Fahrtrichtung geneigt ist, so dass die Flügelspitze 8 am weitesten nach vorne zu liegen kommt ; nach der Flügelmitte zu bei 7 geht die Erzeugende allmählich in eine zur Propellerachse senkrechte Richtung über ; von hier ab gegen die Nabenwurzel 5 zu neigt sich die Erzeugende allmählich gegen die Fahrtrichtung 6.
Bei diesem Ausführungsbei- spiel liegt die Verbindungslinie der Nabenwurzel 5 mit der Flügelspitze 8 auf einer Senk- rechten zur Propellerachse, doch kann der Neigungswinkel a auch etwas kleiner oder grösser als 900 sein. Das wesentliche Merkmal für alle Ausführungsmöglichkeiten des Erfindung- gegenstandes ist, dass der Neigungswinkel y der Tangente an die Erzeugende der Druckseite an der Flügelspitze 8 mit der Achsenrichtung nach achter jedenfalls ein stumpfer Winkel ist, während der analoge Neigungswinkel ss an der Nabenwurzel 5 nach achter stets ein spitzer Winkel ist. Die hiedurch gebildete Form der Flügelflächenerzeugenden ist naturgemäss mit der konkaven Seite nach vorne gerichtet.
Die mittlere Hauptrichtung der Erzeugenden soll annähernd senkrecht zur Propellerachse sein, doch sind kleine Abweichungen zulässig, so dass die Flügelspitze 8 axial auch etwas vor oder hinter der Nabenwurzel 5 zu liegen kommen kann. Die Ausführung mit einer nach vorne gezogenen Flügelspitze hat noch den Vorteil, dass die Biegungskomponente des Schraubenschubes durch die Fliehkraft des Flügels eine Verminderung erfährt und wegen der geringeren Materialbeanspruchung die Flügelquerschnitte daher sparsamer dimensioniert werden können.
Bei Einhaltung der obigen Bedingungen und genauer Beibehaltung aller Detailverhältnisse eines projektierten Schraubenpropellers jeder Gattung, hinsichtlich des Durchmessers, der Steigung, des Profiles, der Fläche, der Flügelzahl usw. ist man gemäss der Erfindung in der Lage, durch blosse besondere Gestaltung der Erzeugenden den Wirkungsgrad zu vergrössern bei gleichzeitiger, wesentlicher Vergrösserung des Belastungsgrades. Diese Verbesserungen erstrecken sich über den ganzen Geschwindigkeitsbereich.
Mit Rücksicht auf diese erzielten, gÜnstigen Wirkungen reicht man bei einem gegebenen Schub auch mit einer kleineren Flügelblattbreite aus, was eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades ermöglicht.