DD228506A1

DD228506A1 - PROPELLER FLOOR FOR CROSS-RAY INSTALLATION SYSTEMS WITH ADJUSTING PROPELLERS

Info

Publication number: DD228506A1
Application number: DD26930284A
Authority: DD
Inventors: Klaus Wagner
Original assignee: Rostock Dieselmotoren
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1984-11-09
Publication date: 1985-10-16

Abstract

Es wird ein neuer Propellerfluegelumriss fuer Verstellpropeller von Querstrahlruderanlagen vorgeschlagen, die als Manoevrierhilfen auf Schiffen oder anderen Schwimm- oder Tauchkoerpern eingesetzt werden, mit dem eine wesentliche Verringerung der Kavitation im Fluegelspitzenbereich erreicht wird und damit einer Geraeuschentwicklung entgegengewirkt wird. Bekannt sind Propellerfluegelprofile, die ausgehend von der Fluegelwurzel teilweise vor die Fluegeldrehachse verlagert sind. Bei diesen Ausfuehrungen wird jedoch die Verzerrung der Zylinderblattschnitte beim Verstellen der Propellerfluegel konstruktiv nicht beruecksichtigt. Dementsprechend stellt sich in der jeweiligen Fluegelendlage ein S-Schlagprofil ein, dass den Ausgangspunkt fuer die schaedliche Kavitation bildet. Durch die vollstaendige Vorverlagerung des Fluegelspitzenbereiches vor die Fluegeldrehachse bei symmetrischer Verteilung des Fluegelblattprofiles im Fluegelwurzelbereich und bei gerader Fluegelkantenausfuehrung wird dieser Mangel bei gleichbleibenden bautechnischem Aufwand beseitigt. Die Loesung ist bei allen Verstellpropellerquerstrahlruderanlagen anwendbar. Fig. 1 bis 4It proposes a new propeller flight contour for variable pitch propeller thrusters, which are used as maneuvering aids on ships or other swimming or diving bodies, with which a substantial reduction of the cavitation is achieved in the wing tip area and thus a noise development is counteracted. Are known Propellerflügelprofile, which are partially shifted from the wing root in front of the wing rotation axis. In these embodiments, however, the distortion of the cylinder blade sections when adjusting the propeller wings is structurally disregarded. Accordingly, an S-impact profile is established in the respective wing end position, which forms the starting point for the harmful cavitation. Due to the complete forward displacement of the wing tip area in front of the wing axis of rotation with symmetrical distribution of the fluegelblattprofiles in the wing root area and straight wing edge execution of this deficiency is eliminated with constant structural complexity. The solution is applicable to all variable pitch propeller thrusters. Fig. 1 to 4

Description

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Titel der Erfindung:Title of the invention:

Propellerflügel für Querstrahlruderanlagen mit VerstellpropellernPropeller blades for transverse thrusters with variable pitch propellers

Anwendungsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:

Die Erfindung betrifft eine Blattkonstruktion für Propellerflügel für Verstellpropeller von Querstrahlruderanlagen, die als Manövrierhilfen auf Schiffen sowie anderen Schwimm- oder Tauchkörpern eingesetzt werden und die eine geringere Kavitationsanfälligkeit besitzen·The invention relates to a blade construction for propeller blades for variable pitch propeller thrusters, which are used as maneuvering aids on ships and other swimming or diving bodies and which have a lower cavitation susceptibility.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the known technical solutions:

Es ist bekannt, eine Querstrahlruderanlage mit einem Verstellpropeller auszustatten, der in einem Querkanal angeordnet ist. Durch die Verstellbarkeit der Propellerflügel von einer Vorausstellung über eine nullstellung auf eine Rückwärtsstellung wird bewirkt, daß der Querschub in beiden Querkanalrichtungen abgegeben wird und daß die Größe des Querschubes von Null bis zum Maximum stufenlos eingestellt wird, ohne daß eine Änderung der Dreinrichtung und der Drehzahl des Querstrahlrudermotors erforderlich ist· Es ist weiterhin bekannt, daß bei dieser, hinsichtlich der Steuerung der Querstrahlruderanlage zweckmäßigen Lösung der Forderung nach gleicher Wirksamkeit in beiden Arbeitsrichtungen durch flache unverwundene Propellerflügel entsprochen wird· Damit werden auch für jeden Arbeitspunkt entsprechend dem Verdrehwinkel J^ der Propellerflügel auf alleiRadien r konstante Steigungswinkel wirksam· Bekanntlich führt die auf allen Radien r etwa gleiche Zuströmge-It is known to provide a Querstrahlruderanlage with a variable pitch propeller, which is arranged in a transverse channel. Due to the adjustability of the propeller blades of a provision on a zero position to a reverse position causes the transverse thrust is delivered in both transverse channel directions and that the size of the transverse thrust is infinitely adjusted from zero to the maximum, without a change in the rotary device and the speed of the It is also known that in this, with regard to the control of the Querstrahlruderanlage appropriate solution of the demand for equal effectiveness in both directions by flat unbroken propeller blades is met · Thus, for each operating point corresponding to the angle of rotation J ^ the propeller blades on alliRadien r constant angle of inclination is effective · As is well known, the inflow is approximately the same on all radii r.

schwindigkeit V^ = V ' bei Axialmaschinen bzw. Propellern auf eine Schraubenfläche, die als ein charakteristisches Merkmal von der Uabe des Propellers ausgehend zur Propellerflügelspitze hin ständig abfallende hydrodynamische Steigungswinkel β aufweist· Der am jeweiligen Propellerflügelblattschnitt wirksam werdende Anstellwinkel «*- ergibt sich gemäß Pig. 1 aus der Differenz von Steigungswinkel tf minus hydrodynamischen Steigungswinkel fe und nimmt hier zur Flügelspitze hin über das erwünschte Maß hinaus zu. Dadurch wird der Propellerflügelspitzenbereich hydrodynamisch viel zu hoch belastet, wodurch bekanntlich Saugseitenkavitation hervorgerufen wird. Kavitation führt neben der Gefahr der Erosion von Bauteilen besonders zu störender Geräuschentwicklung. Zur Behebung dieser Mangel wurde in der Patentschrift DB-GS 2 515 560 (US-PS 3,972,646) eine speziell ausgebildete Plügelform mit entgegen der Strömungsrichtung geneigter Propellerflügelspitze vorgeschlagen, dessen prognostizierte positive Wirkung jedoch bei einer experimentellen Überprüfung im Kavitationstank nicht bestätigt werden konnte. Das ist dadurch begründet, daß die an der Plügelspitze liegenden Profile bezüglich der Plügeldrehachse nahezu symmetrisch angeordnet sind, so daß sich ihre Wirkungsweise nicht von der eines Querstrahlruderflügeis mit konventionellem Umriß unterscheidet»speed V ^ = V 'in axial machines or propellers on a helical surface, which as a characteristic feature of the propeller Propeller starting from the propeller blade tip down constantly sloping hydrodynamic pitch angle β · The effective at the respective propeller blade cutting angle «« - results in accordance with Pig , 1 from the difference between pitch angle tf minus hydrodynamic pitch angle fe and here increases towards the wing tip beyond the desired level. As a result, the propeller blade tip area is loaded too much hydrodynamically, which is known to cause suction side cavitation. Cavitation leads not only to the risk of erosion of components but also to disturbing noise development. In order to remedy this deficiency, the patent specification DB-GS 2 515 560 (US Pat. No. 3,972,646) proposed a specially designed blade mold with a propeller blade tip inclined counter to the flow direction, but its predicted positive effect could not be confirmed in an experimental test in the cavitation tank. This is due to the fact that the lying at the wing tip profiles are arranged almost symmetrically with respect to the fulcrum axis, so that their mode of action does not differ from that of a Querstrahlruderflugis with conventional outline »

Es ist bekannt, daß die Strömung am Propellerflügel insbesondere auch bei Propellern in einem Kanal im wesentlichen längs der Zylinderschnitte verläuft. Diese Zylinderschnitte verzerren sich, wenn ein Propellerflügel aus seiner nullstellung heraus verdreht wird S-schlagförmig. Die Größe und Art dieser Profilverzerrung hängt von der Breite des Blattelementes und von seiner Anordnung bezüglich der Plügeldrehachse ab (s. Baksft, Ja. V., Lofenfeld, E. G., Ruseckij, A. A., Grebnye Vinti Reguliruemogo S*aga, Leningrad 1961, §2). Bekannt ist auch, daß ein positiv gewölbtes Profil einen gegebenen Auftrieb mit einer gleichmäßigeren Druckverteilung auf der kavitationsgefährdeten Saugseite erzeugt als ein ungewölbtes Profil oder ein Profil mit S-schlagförmiger Skelettlinie. Insbesondere wird durch ein positiv gewölbtesIt is known that the flow on the propeller blade extends in particular also in propellers in a channel substantially along the cylinder sections. These cylinder cuts distort when a propeller blade is twisted out of its zero position S-shaped. The size and nature of this profile distortion depends on the width of the leaf element and on its arrangement with respect to the fulcrum axis (see Baksft, Ja, V., Lofenfeld, EG, Rusecky, AA, Grebnye Vinti Reguliruemogo S * aga, Leningrad 1961, §2 ). It is also known that a positive curved profile produces a given buoyancy with a more uniform pressure distribution on the cavitation-prone suction side than a non-curved profile or a profile with an S-shaped skeleton line. In particular, by a positively domed

Profil die Unterdruckspitze an einer austretenden Profilkante unterdrückt und damit die Gefahr der von dieser Kante ausgehenden Schichtkavitation verringert.Profile suppresses the negative pressure peak at an emerging profile edge and thus reduces the risk of emanating from this edge layer cavitation.

In der GB-PS 1,556,125 wird vorgeschlagen, die eintretende Kante gerade bzw. an der Flügelspitze in Sichtung entgegen der Drehrichtung des Propellers nach vorn gezogen auszuführen, die Flügelbreite am Außenradius zu vergrößern und die austretende Kante kontinuierlich von der Flügelspitze zur -wurzel zu krümmen, um den Spitzenwirbelkavitationszopf nach innen zu drücken und ihn damit von der Wand der Ummantelung des Propellers fernzuhalten. Eine solche Ausführung ist der Ausführung gemäß der PS DB-OS 2 515 560 (US-PS 3,975,646) sehr ähnlich, wobei diese Lösung nicht geeignet ist, die Kavitation in hinreichender Größe abzubauen.In GB-PS 1,556,125 it is proposed that the incoming edge straight or at the wing tip in the direction opposite to the direction of rotation of the propeller pulled forward to increase the wing width at the outer radius and to continuously curve the exiting edge of the wing tip to -root, to push the tip vortex cavitation braid inward, keeping it away from the wall of the propeller shroud. Such a design is very similar to the design according to the PS DB-OS 2 515 560 (US-PS 3,975,646), this solution is not suitable to reduce the cavitation in a sufficient size.

In den aufgezeigten Lösungen zum Stand der Technik wird in keiner Weise erkannt, daß sich bei der Verstellung der Propellerflügel die Zylinderschnitte verzerren und daß die Schichtkavitation im Flügelspitzenbereich von der Art dieser Verzerrung beeinflußt wird.In the solutions shown in the prior art is recognized in any way that distort the cylinder sections in the adjustment of the propeller blades and that the layer cavitation in the wing tip area of the nature of this distortion is affected.

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

Ziel der Erfindung ist es, durch eine besondere Anordnung der den Flügel bildenden Blattelemente bezüglich der Flügeldrehachse eine Kavi tat ions verminderung im Flügelspitzenbereich zu bewirken ohne damit die Gütekennziffer einer Quer-Strahlruderanlage zu beeinträchtigen·The aim of the invention is achieved by a special arrangement of the wing forming blade elements with respect to the wing axis a Kavi tions reduction in the wing tip area without affecting the quality factor of a transverse thruster system ·

Darlegung des Wesens der Erfindung:Explanation of the essence of the invention:

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen solchen Propellerblattumriß für Verstellpropeller von Querstrahlruderanlagen zu entwickeln, bei dem die sich die aus der Verzerrung der Zylinderschnitte beim Verstellen des Propellerflügels ergebenden Profilveränderungen so beeinflußt werden, daß sich letztendlich in der geweiligen Endstellung der Propellerflügel eine positive Profilwölbung einstellt·The object of the invention is to develop such a Propellerblattumriß for variable pitch thruster systems, in which the resulting from the distortion of the cylinder sections during adjustment of the propeller blade profile changes are influenced so that ultimately adjusts a positive profile curvature in the geweiligen end position of the propeller blades ·

Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß die den Flügel bildenden Blatt elemente, ausgehend von einer an der Flügelwurzel symmetrischen Anordnung in Richtung zur Flügelspitze zunehmend entgegen der Drehrichtung verschoben ange-5 ordnet werden, so daß sie sich im Flügelspitzenbereich ganzlich oder im wesentlichen (80 - 100 % der Flügelbreite) vor der Flügeldrehachse befinden·According to the invention this is achieved in that the wing forming sheet elements, starting from a symmetrical to the wing root arrangement toward the wing tip increasingly against the direction of rotation are arranged so that they are in the wing tip area wholly or substantially (80 -. 100 % of the wing width) in front of the wing axis of rotation

Wird ein so gestalteter Flügel aus seiner nullstellung heraus zum Zwecke der Schuberzeugung verstellt, verzerren sich die Zylinderschnitte, wobei der für mehr oder weniger symmetrische Anordnung typische S-Schlag in Richtung zur Flügelspitze sich abschwächt und sich schließlich bei Anordnung vor der Drehachse in eine einfache positive Wölbung umwandelt·If such a designed wing from its zero position adjusted out for the purpose of thrust generation, the cylinder sections distort, with the more or less symmetrical arrangement typical S-beat towards the wing tip attenuates and finally when placed in front of the axis of rotation in a simple positive Vault converts ·

In Modellversuchen mit Querstrahlruderpropellern konventioneiler Umrißform und mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Propellerflügelform wurde nachgewiesen, daß die Ausdehnung der Schichtkavitation im Flügelendbereich und auch der parallel zur Kanalwandung auftretenden Spitzenkavitation durch die erfindungsgemäße Ausführung wesentlich verringert wird. In diesen Modellversuchen wurde auch nachgewiesen, daß die Güteziffer des Querstrahlruders, also das Verhältnis von Querschub zur erforderlichen Antriebsleistung bei der erfindungsgemäßen Ausführung nicht schlechter als bei konventionellen Ausführungen ist.In model experiments with Querstrahlruderpropellern conventional outline and with the propeller blade shape proposed according to the invention has been demonstrated that the expansion of the layer cavitation in the Flügelendbereich and also occurring parallel to the channel wall tip cavitation is significantly reduced by the inventive design. In these model experiments was also demonstrated that the figure of merit of the transverse thruster, so the ratio of transverse thrust to the required drive power in the embodiment according to the invention is not worse than in conventional designs.

In diesen Modellversuchen wurde auch festgestellt, daß bei der erfindungsgemäßen lösung die für die Rückverstellung der Flügel in die Uullage erforderlichen 7erStellmomente infolge der weiter vor der Drehachse angreifenden resultierenden hydrodynamischen Kräfte größer sind als bei Querstrahlruderflügeln mit konventionellen symmetrischen Flügelumriß bzw. mit Flügelumriß gemäß der TS DE-OS 2 515 560 (VS-2S 3,972,646). Die erfindungsgemäße Lösung ist deshalb vorzugsweise für solche Einsatzfälle zu nutzen, wo die Verminderung der Kavitation und der damit verbundenen Geräusche vorrangig gegenüber einer leichten Verstellbarkeit der Flügel ist·In these model experiments it was also found that in the inventive solution required for the return adjustment of the wings in the Uullage 7er moments due to the attacking further before the axis of rotation resulting hydrodynamic forces are greater than in Querstrahlruderflügeln with conventional symmetrical wing contour or wing contour according to the TS DE OS 2 515 560 (VS-2S 3,972,646). The solution according to the invention is therefore to be used preferably for such applications where the reduction of cavitation and the associated noise is prioritized over a slight adjustability of the blades.

^Ausf ührungsbeispiel:Example:

Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausfiihrungsbeispiel im Vergleich mit dem Stand der Technik dargestellt werden· Es zeigen:In the following, the solution according to the invention will be illustrated on an exemplary embodiment in comparison with the prior art.

Pig. 1: Ein Zustromgeschwindigkeitsdiagramm Pig. 2: Den PropellerblattschnittPig. 1: An influx speed chart Pig. 2: The propeller blade cut

a) mit S-Schlaga) with S-beat

b) mit positiver Profilwölbungb) with positive profile curvature

Pig. 3: Das PropellerumrißprofilPig. 3: The propeller contour profile

a) mit symmetrischer Anordnung zur Plügeldrehachse b) mit -vorgezogener Plügelkantea) with symmetrical arrangement to the fulcrum b) with-vorgezogener wing edge

Pig· 4: Ein Propellerblattschnitt-Druc kdiagr ammPig · 4: A Propellerblattschnitt-Druc kdiagr amm

a) bei symmetrischem Propellerflügela) with symmetrical propeller blades

b) bei vorgezogener Propeller-Plügelkanteb) with the propeller plunger edge pulled forward

Grundvoraussetzung bei der. erfindungsgemäßen Ausführung ist es, daß der erzeugte Querschub und damit die Zustromgeschwindigkeit gegenüber konventionellen Blattkonstruktionen unverändert bleibt. Die in Pig. 1 dargestellten Winkelverhältnisse bezüglich der wirksamen Anstellwinkel oL und dem hydrodynamischen Steigungswinkel β gelten dementsprechend sowohl für eine konventionelle Ausführung, d. h. für einen Plügelblattschnitt mit S-Schlag als auch für ein vorgezogenes Plügelprofil analog Pig. 2« ι , . Wie zu 'entnehmen ist, erreicht die Zustromgeschwindigkeit V ' bei der Ausführung nach Pig. 2 b die gleiche Größe wie bei der Ausführung nach Pig. 2a. Die dabei auftretende Saugseitenkavitation verringert sich jedoch gegenüber der konventionellen Ausführung infolge der anderen Pona der Propeller blattschnittverzerrung um IXber 50 %· In. Pig. 3 ist die Größe der kavitationsbelasteten Pläche, wie sie in Modellversuchen ermittelt wurde, eingetragen. Außerdem zeigt die Abb. nach Pig. 3 b die Vorverlagerung des Plügelspitzenbereiches 2 gegenüber der Plügeldrehachse 1. Die Plügelblattbreite verteilt sich im Plügelwurzelbereich symmetrisch und verlagert sich zunehmend bis zum Plügel-Basic requirement at the. according to the invention it is that the transverse thrust generated and thus the inflow speed remains unchanged compared to conventional blade constructions. The one in Pig. Corresponding angular ratios with respect to the effective angle of attack oL and the hydrodynamic pitch angle β are accordingly valid both for a conventional design, ie for a wing blade section with S-stroke as well as for a preferred Plügelprofil analog Pig. 2 ",. As can be seen ', the inflow velocity V' reaches in the execution of Pig. 2 b the same size as in the execution of Pig. 2a. However, the suction side cavitation occurring in this case is reduced by more than 50 % compared to the conventional design as a result of the other aspect of the propeller blade distortion . Pig. 3, the size of the cavitation-loaded surfaces, as determined in model experiments, registered. In addition, the Fig shows after Pig. 3 b, the forward displacement of the wing tip region 2 opposite the fulcrum axis 1. The wing blade width is distributed symmetrically in the wing root area and increasingly shifts to the fulcrum

Spitzenbereich 2 zu 80 - 100 % der gesamten Flügelblattbreite vor die Plügeldrehachse 1· Die eintretende Propellerblatt-Vorderkante 3 und die austretende Propellerblatt-Abschlußkante 4 sind dabei vorzugsweise gerade ausgeführt, wodurch eine einfache Bauart der Flügel erreicht wird. Ausgehend von den Darstellungen nach Fig. 1 bis 3 sind in Pig. 4 die Druckverhältnisse über dem Propellerblattschnitt dargestellt, wobei die bekannten Druckspitzen nach Pig. 4 a bei der erfindungsgemäßen Ausführung nicht mehr auftreten und somit eine verringerte Kavitationsgefahr erreicht wird. Wie bereits oben festgestellt, wurden diese Merkmale bei entsprechenden Modellversuchen in vollem Umfang bestätigt.Tip area 2 to 80 - 100 % of the entire blade width before the pivot axis 1 · The entering propeller blade leading edge 3 and the exiting propeller blade end edge 4 are preferably made straight, whereby a simple design of the wing is achieved. Starting from the representations according to FIGS. 1 to 3 are in Pig. 4 shows the pressure conditions over the propeller blade section, the known pressure peaks according to Pig. 4 a no longer occur in the embodiment according to the invention and thus a reduced risk of cavitation is achieved. As already stated above, these characteristics were fully confirmed in corresponding model tests.

Claims

Invention claims:

1. propeller blades for Querstrahlruderanlagen with variable pitch with reduced cavitation sensitivity, characterized in that the on the Verstellpropellemabe (7) fixed propeller blades (6) forming blade sections of the symmetrical arrangement with respect to the wing rotation axis (1) on the wing root (5) towards the wing tip area (2) are arranged increasingly in relation to the direction of rotation of the propeller in front of the wing rotation axis (1), the blade section formed in the wing tip area (2) being 80-100 % of its width in front of the wing rotation axis (1)

2. propeller blades for Querstrahlruderanlagen according to item 1, characterized in that the propeller blades (6) limiting edges (3) and (4) straight.

- For this 1 sheet drawing -