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Gegenläufiger Doppelpropeller.
Doppelschraubenpropeller mit gegenläufiger Drehrichtung wurden bisher nur für bestimmte Ausführungszwecke, wie z. B. bei Torpedos zwecks Verhinderung einer Querverdrehung des Torpedokörpers durch Reaktionswirkung angewendet ; auf eine vorteilhafte Ausnutzung dieser gegenläufigen Bewegung in rein hydraulischer Hinsicht wurde hiebei jedoch keine Rücksicht genommen.
Es gibt wohl mannigfache Ausführungen von einzelnen Schraubenpropellern, bei welchen die Steigungen sowohl in radialer Richtung zwecks Anpassung an die jeweiligen Nachstromverhältnisse, als auch in der Umfangsrichtung veränderlich sind. Bei den bekannten Anordnungen von gegenläufigen Doppelsehraubenpropellern ist jedoch die gegenseitige Beeinflussung derselben zueinander bisher zu wenig oder überhaupt nicht beachtet worden.
Die Erfindung besteht darin, dass durch entsprechende Ausbildung der benachbarten Ein-und Austrittskanten, sowie durch günstige Wahl der einander zugeordneten Steigungen der gegenläufigen Doppelpropeller jeder Art der grösstmögliche Wirkungsgrad erzielt wird. Insbesondere soll hiebei der vordere Propeller gewissermassen als Leitapparat für den hinteren Propeller dienen und eine günstige, möglichst stossfreie Beaufschlagung des letzteren bewirkt werden.
Die Anwendung solcher Doppelpropeller soll nicht nur auf den besonderen Fall eines Torpedoantriebes beschränkt bleiben, sondern erstreckt sich auch auf den Srhiffsantrieb im allgemeinen.
In den Fig. 1-3 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 ist der Längsschnitt durch denselben, Fig. 2 die Queransicht des vorderen und Fig. 3 jene des hinteren Propellers.
Die Flügel a, des vorderen und b des hinteren Propellers sind derart ausgebildet, dass die Austrittskante c des ersteren und die Eintrittskante d des letzteren über die ganze Flügellänge bis an die äusserste Spitze e bzw. f möglichst knapp aneinander vorbeisehlagen, so dass nur ein verhältnismässig kleiner Spalt g zwischen den von den rotierenden Propellerkanten beschriebenen Umhüllungsflächen gebildet wird.
Die äusseren Konturen des als zusammengehöriges Ganzes anzusehenden Doppelpropellers a-b beschreiben somit während der Drehbewegung eine in sieh geschlossene Umhüllungsfläche -f-- !', so als ob dieselbe nur einem einzelnen Propeller angehören würde.
Im dargestellten Ausführungsbeispiele sind die Projektionen der benachbarten inneren Austrittskante c und der Eintrittskante d gerade und haben überall gleiche Abstände voneinander ; es können dieselben jedoch auch beliebig gekrümmt sein und kann der Zwischenraum g innerhalb geringer Grenzen verschieden sein, derart, dass derselbe in der Nabennähe, wo Strömungsstörungen vorkommen können, sich erweitert, während im wirksamsten Teil, etwa im äusseren Zweidrittelbereich der Flügellänge, gleiche Spaltbreite herrscht. Hiebei ist zu beachten, dass die Spaltbreite auf das praktisch geringstmögliche Mass gebracht wird. Die Form der äusseren Eintrittskante h des vorderen und der Austrittskante i des hinteren Propellers kann beliebig sein.
Der Durchmesser des hinteren Propellers b ist etwas kleiner angenommen als jener des vorderen Propellers a, entsprechend der stets auftretenden Einschnürung des nach achter beschleunigten Schraubenwasserstrahles. Diese Bedingung wird dadurch erfüllt, dass die gemeinsame Tangente t-t in Fig. 1 an die Flügelspitzen beider Propeller parallel zur örtlichen Strömungsrichtung daselbst bei einer gegebenen Schiffsgeschwindigkeit angenommen wird.
Propeller a ist auf die hohle Welle j, Propeller b auf die innere Welle ! aufgekeilt ; beide Wellen werden im entgegengesetzten Drehsinne angetrieben. Die Sicherung der Propellernaben auf den konischen Wellenenden erfolgt in üblicher Weise, beispielsweise mittels Anpressmuttern o und p.
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Die Eintrittssteigungen des vorderen Propellers a sind in bekannter Weise den radial veränderlichen Nachstromverhältnissen anzupassen und in die Austrittssteigungen, die ihrerseits wieder den natürlichen Strömungsverhältnissen im Propeller angepasst sind, allmählich überzuführen.
In Fig. 4 sind die Strömungsverhältnisse für den Zylinderschnitt A-A (Fig. 2 und 3) mit dem Radius r schematisch dargestellt ; die Wassergeschwindigkeiten beim Durchgang durch beide Propeller a und b sind durch Radiusvektoren graphisch dargestellt. Die Propellersteigungen und Flügelquerschnitte werden nun derart gewählt, dass nachstehende prinzipielle Bedingungen erfüllt werden.
Die axial gerichtete, absolute Eintrittsgeschwindigkeit v'e des Wassers im vorderen Propeller a wird als bekannt, u. zw. als dem Nachstrom angepasst, angenommen : v'e = v. (t-M)), worin v die Schiffsgeschwindigkeit und w die Nachstromziffer bedeutet. u ist die Umfangsgeschwindigkeit des Wassers an der betreffenden Stelle bei Berücksichtigung der Verminderung durch Schlüpfung, die bekanntlich gegen den Umfang des Propellers hin zunimmt. Die relative Wassergeschwindigkeit w'e im Propeller a an seiner Eintrittsstelle h setzt sich als Resultierende aus der absoluten Eintrittsgeschwindigkeit v'e und der Umfangsgeschwindigkeit it zusammen.
Hiebei werden die Steigungsverhältnisse der Propellerflügel für den ganzen Bereich so gewählt, dass sich an deren Eintrittskanten h ein erfahrungsgemäss sich als günstigst erwiesener Anstellwinkel von etwa 40 ergibt, d. h. die Richtung des Wasserstrahles weist daselbst einen Neigungswinkel zur Richtung der Umfangsgeschwindigkeit von (a'e - 40) auf, wobei α'e der Eintrittssteigungswinkel, der Propellerdruckseite D'bedeutet.
Die absolute Austrittsgeschwindigkeit v'a aus demvorderen Propeller a ergibt sich bekanntlich durch folgende Rechnung : v'a = worin n die Umdrehungszahl, die Steigung der Propellerdruckseite und k eine Konstante bedeutet, die von dem Zuschärfungswinkel des Flügels an der Austrittskante c abhängt ; der Neigungswinkel 7 # 90 der Richtung der absoluten Austrittsgeschwindigkeit v'a zur Umfangsrichtung u ist bekanntlich im radialen Sinne etwas veränderlich.
Bei Erfüllung obiger Bedingungen ergibt sich die Druckseite D'des abgewickelten Zylinderschnittes als eine flache Kurve entsprechend den veränderlichen Steigungen in der Umfangsrichtung.
Theoretisch müsste nun die nur annähernd axial gerichtete absolute Austrittsgeschwindigkeit v'a des vorderen Propellers a gleich gross sein mit der absoluten Eintrittsgeschwindigkeit 1/'e im hinteren Propeller b an dessen Eintrittsstelle d. Bei Berücksichtigung eines kleinen Stossverlustes im Spalt g wird jedoch VIF e entsprechend kleiner als v'a anzunehmen sein.
Ähnlich wie vorher für den vorderen Propeller beschrieben, wird auch der Steigungswinkel a"e des hinteren Propellers an der Eintrittsstelle d überall derart gewählt, dass die relative Wassergeschwindig- keit "ss zur Druckseite D" einen günstigsten Anstellwinkel von etwa 40 hat.
Die Steigung der Druckseite ist wieder derart veränderlich, dass die ermittelte axiale Austritts-
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Wassergeschwindigkeit w'a an der Austrittskante i ergibt.
Es ist vorteilhaft, den Querschnitt des achtere Propellers an der Eintrittskante in bekannter Weise tropfenformähnlich mit abgerundeter Spitze auszubilden, um allfälligen Abweichungen von obigen Bedingungen, also bei nicht vollständig angepassten Steigungsverhältnissen, besser zu begegnen. Die mittlere Steigung H" des hinteren Propellers wird sich nach der angegebenen Konstruktion naturgemäss stets grösser als jene Ho des vorderen Propellers ergeben, entsprechend der Beschleunigung der Wassermassen beim Durchgang durch den Propeller.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gegenläufiger Doppelpropeller, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Drehbewegung desselben die Austrittskante des vorderen und die Eintrittskante des hinteren Propellers im wirksamsten Bereich der Dickfläche bis an die äusserste Flügelspitze UmhülIungsfächen von praktisch geringst möglicher Entfernung voneinander beschreiben und dass die Ein-und Austrittssteigungen beider derart gegenseitig zugeordnet sind, dass überall an den Eintrittskanten derselben der jeweilige Steigungswinkel der Druckseite um den günstigsten Anstellwinkel grösser ist als der Neigungswinkel der Richtung der relativen Wassergeschwindigkeit beim Durchgang durch den drehenden Propeller gegen die Richtung der negativep Umfangsgeschwindigkeit.