DD289500A5 - Propeller - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Propeller mit auf der Nabe in Gruppen hintereinander versetzt oder zueinander geneigt in zwei oder mehreren Ebenen angeordneten Fluegeln. Der Propeller ist fuer den Einsatz bei allen Wasserfahrzeugen geeignet, jedoch insbesondere bei Ein- und Mehrschraubenschiffen vorgesehen, um durch eine einfache, betriebssichere und kostenguenstige Konstruktion und Anordnung von Schiffspropellern den Propulsionsguetegrad zu erhoehen und die propellererregten Druckimpulse zu mindern. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Propeller zu schaffen, bei dem die Wirbelverluste gesenkt und die propellererregten Druckimpulse vermindert werden und mit dem generell ein groeszeres Nachstromvolumen erfaszt werden kann. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz die Nabe eines sogenannten Interferenzpropellers mit Fluegeln in mindestens zwei Fluegelebenen versehen ist, die gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl verdrehbar sind und, dasz die Fluegel der dem Schiffsrumpf zugewandten Fluegelebene, die sogenannten Vorfluegel, kleiner sind als die Fluegel der nachfolgenden Fluegelebenen und, dasz die Fluegel der nachfolgenden Fluegelebenen, die sogenannten Nachfluegel, groeszer als die Vorfluegel sind und dasz die Anzahl der Vorfluegel jeweils der Anzahl der Nachfluegel jeder Nachfluegelebene entspricht, so dasz zu jedem Vorfluegel ein Nachfluegel jeder Nachfluegelebene gehoert und, dasz der axiale Abstand a der Fluegelebenen voneinander und der periphere Nachfolgewinkel der zueinander gehoerenden Fluegel des aus Vor- und Nachfluegel/n bestehenden Interferenzfluegelsystems in Abhaengigkeit der Fortschrittsziffer bestimmt werden, wobei der axiale Abstand a in Fluegelebenen voneinander im Bereich von * des Durchmessers der Vorfluegelebene liegt und der mittlere periphere Nachfolgewinkel zwischen Vor- und Nachfluegel/n im Bereich zwischen 60 grd. bis 100 grd. vorgesehen wird. Fig. 5{Propeller; Doppelpropeller; gleichsinnig verdrehbarer Doppelpropeller; Fluegelwurzel; Propellerfluegel; geneigter Propellerfluegel; Propellernabe; Vorfluegel; Nachfluegel; Interferenzpropeller}

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Propeller mit auf der Nabe in Gruppen hintereinander versetzt oder zueinander geneigt in zwei oder mehreren Ebenen angeordneten Flügeln. Der Propeller ist für den Einsatz bei allen Wasserfahrzeugen geeignet, jedoch insbesondere bei Ein- und Mehn chraubenschiffen vorgesehen, um durch eine einfache, betriebssichere und kostengünstige Konstruktion und Anordnung von Schiffspropellern den Propulsionsgütegrad zu erhöhen und die propellererregten Druc'.impulsezu mindern.

Charakteristik des beknnnten Standes der Technik

Es sind verschiedene gleich- und gegenläufige Schiffspropellerkonstruktionen und -anordnungen mit unterschiedlichen Naben- und Flügeltypen bekannt, die entweder eine höhere Drehleistung aufnehmen oder die Energieverluste und die Kavitation vermindern bzw. Energie aus dem Drall, Abstrom oder abgehenden Wirbeln zurückgewinnen sollen.

So dienten die «Gleichlauf-Tandempropeller" mit zwei axial in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten gleich großen Flügelebenen (DR-PS 135489; DE-PS 1094622) oder die Propeller mit drei axial in Strörnungsrichtung hintereinander angeordneten Flügelebenen (DR-PS 237161; GB-PA 2 204 643) oder die Propeller mit *»vei zueinander geneigt angeordneten und gleich großen Flügelebenen (US-PS 4,306,839; US-PS 4,514,146) der höheren Leistungsaufnahme.

Ihre weitere Verwendung entfiel jedoch durch höhere Leistungsumsetzungen modernt Schiffspropeller oder aber die in Aussicht gestellter; Schubgewinne haben sich in der Praxis nicht bestätigt.

Der als „Gegenlauf-Tandempropeller" bzw. „Contra-Rotating-Propeller" bekannte Typ, bei dem zwei etwa gleich große, hintereinander angeordnete Propeller in gegensinniger Richtung drehen, verbessert den Propulsionsgütegrad, jedoch sind die

Mehraufwendungen für die betriebssichere Übertragung der gegenläufigen Drehmomente durch eine Hohlwelle und Getriebe sowie für die Wellenlagerungen und Abdichtungen beträchtlich (GB-PS 1324 256; DE-PS 1094622; DE-OS 2056975 u.a.).

Eine Verbesserung des Propulsionsgütegrades wird auch durch den „freidrehenden Nachpropeller", bekannt als „Grim'schcs Leitrad", durch die Anordnung eines größeren, hinter dem angetriebenen Propeller frei im Abstrom gleichsinnig drehenden Leitrades erreicht (DE-PS 1756889). Das Leitrad muß jedoch etwa die doppelte Anzahl sehr schlanker Flügel gegenüber dem Propeller erhalten, so daß die Betriebssicherheit vermindert und der Aufwand vergrößert wird.

Weiter gibt es verschiedene Vorschläge und Lösungen, um die Verluste aus den Wirbeln zu vermindern, die infolge der differenzierten Zirkulationsverteilung um die Flügelprofile besonders an den Flügelspitzen abgehen. Das soll durch Leitflügel bzw. Endscheiben wie beim sog. „TVF-Tip Vortex Free Propeller" (DE-OS 3129232; FR-PS 2337661B; DE-PS 899180 u.a.) erreicht werden. Diese in den letzten Jahren bekanntgewordene Lösung hat sich noch nicht allgemein durchsetzen können.und die Effekte werden vorwiegend bei höher belasteten Propellern wirksam.

Die bekannten Lösungen erfordern somit höhere Aufwendungen oder sind auf spezielle Einsatzfälle beschränkt oder mit unerwünschten Nebenwirkungen gekoppelt oder, es werden die Wechselwirkungen aus der Schiffsumströmung, der Propelleranströmung und dem Abstrom nicht ausschöpfend genutzt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen allgemein für Ein- und Mehrschraubenschiffe einsetzbaren, einfachen, kostengünstigen und zuverlässigen Schiffspropeller zu schaffen, der den Propulsionsgütegrad weiter verbessert und Schwingungen sowie Kavitationserscheinungen vermindert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Propeller zu schaffen, bei dem die Wirbelverluste gesenkt und die propellererregten Druckimpulse vermindert werden und mit dem generell ein größeres Nachstromvolumen erfaßt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Nabe eines sogenannten Interferenzpropellers mit Flügeln in mindestens zwei Flügelebenen versehen ist, die gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl! verdrehbar sind und daß die Flügel der dem Schiffsrumpf zugewandten Flügelebene, die sogenannten Vorflügel, kleiner eind als die Flügel der nachfolgenden Flügelebenen und, daß die Flügel der nachfolgenden Flügelebenen, die sogenannten Nachflügel, größer als die Vorflügel sind und daß die Anzahl der Vorflügel jeweils der Anzahl der Nachflügel jeder Nachflügelebene entspricht, so daß zu jedem Vorflügel ein Nachflügel jeder Nachflügelebene gehört und, daß der axiale Abstand a der Flügelebenen voneinander und der periphere Nachfolgewinkel der zueinander gehörenden Flügel des aus Vor- und Nachflügel/n bestehenden Interferenzflügelsystems in Abhängigkeit der Fortschrittsziffer bestimmt werden, wobei der axiale Abstand a der Flügelebenen voneinander im Bereich von 0,1-0,3 des Durchmessers der Vorflügelebene liegt und der mittlere periphere Nachfolgewinkel zwischen Vcr- und Nachflügel/n im Bereich zwischen 60° bis 100° vorgesehen wird.

Auf diese Art und Weise wird eine Reduzierung der Schubbelastung der vorderen Flügelebene erreicht und die Energie der von der vorderen Flügelebene abgehenden Wirbel durch die zweite und ggf. nachfolgende Nachflügelebene zumindest teilweise zurückgewonnen.

Der in den einzelnen Flügelradien jeweils günstigste periphere Nachfolgewinkel und der axiale Abstand für verschiedene Profil· und Flügelformen bzw. Belastungen liegen in den Gebieten der geringsten Axial- und Tangentialgeschwindigkeiten hinter dem jeweiligen Vorflügel.

Die äußeren Flügelradien der gegenüber den Vorflügeln größeren Nachflügel wirken dabei in dem durch die Zirkulation von den Vorflügeln erzeugten Vorstromgebiet und sind durch kleinere Steigungen geringer belastet, damit die Spitzenwirbel der Nachflügel und ihre Spitzenwirbelverluste klein bleiben.

Die Profile sowie die axiale und periphere Anordnung der Nachflügel an der Nabe und im nabennahen Bereich sind bei Ausführungsvarianten, bei denen die Flügelebenen gesondert bis zur Nabe geführt werden so angeordnet, daß sie aus den von den Vorflügeln abgehenden Nabenwirbeln Energie zurückgewinnen.

Um eine ökonomische Anpassung der Flügelsteigung und der Propellerdrehzahl an veränderte Schiffskörpereinflüsse zu ermöglichen, ist vorgesehen, die Flügel einer oder mehrerer Flügelebenen verstellbar bzw. einstellbar auszuführen. Vorteilhaft ist es, die Flügel der Vorflügelebene feststehend und die Flügel der Nachflügelebene/n verstellbar bzw. einstellbar zu gestalten.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen erläutert

Fig. 1: zeigt schematisch die Zirkulation um einen Tragflügel von endlicher Länge mit dem Zirkulationsabfall an den

Tragflügelenden sowie dem gebundenen und freien Wirbelsystem

Fig. 2: zeigt die Überlagerung der Stromlinien aus der Schiffsumströmung und der Propellerströmung mit der Strömung des

Wirbelzylinders sowie dem daraus um die Propellerebene entstehenden Vorstromgebiet. Fig. 3: veranschaulicht die gegenüber der homogenen Anströmgeschwindigkeit Vo unterschiedlichen, örtlich maximalen und minimalen sowie gemittelten Geschwindigkeiten verschiedener axialer Meßebenen vor und hinter der Propellerebene on

den Radien im Kontrahierten Strahl und außerhalb des Propellerstrahls an einem Modellpropeller durch Lasermessung. Fig. 4: zeigt die an einem anderen Modellpropeller durch Lasermessung ermittelten örtlichen maximalen und minimalen gemittelten Geschwindigkeiten im Flügelwurzelbereich und bis 1,25D. Die Zahlenwerte geben die mittlere

Geschwindigkeit an

Fig. 5: zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vierflügeligen Schiffspropellers mit jeweils zwei zugeordneten Vor- und Nachflügeln.

An einer Nabe sind in zwei Ebenen, bezogen auf die Flügelspitzen, hintereinander versetzt jeweils zwei Flügel angeordnet, die gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl drehen. Die Flügel der zuerst angeströmten Flügelebene, die sogenannten Vorflügel 1, sind kleiner ausgeführt als die Flügel der nachfolgenden Flügelebene, oder anders ausgedrückt, der Spitzendurchmesser der Flügel der nachfolgenden Flügelebene, der der sogenannten Nachflügel 2, ist bis zum 1,4fachen größer, als der der Vorflügel 1. Jedem Vorflügel 1 ist somit eine Nachflügel 2 zugeordnet. Die Steigung der Nachflügel 2, insbesondere die der äußeren Radien der Nachflügel 2, ist geringer ausgeführt als die Steigung der Vorflügel 1.

Der axiale Abstand χ der beiden Flügelebenen voneinander beträgt 0,1 bis 0,4 des Durchmessers der Ebene der Vorflügel 1. Der periphere Nachfolgewinkel der einander zugeordneten Flügel des aus Vorflügel 1 und Nachflügel 2 bestehenden Interferenzflügelsystems ist in den Flügelradien im Bereich zwischen 60° bis 140° ausgesiedelt.

Claims (4)

1. Propeller mit auf der Nabe in Gruppen hintereinander versetzt oderzueinander geneigt in zwei oder mehreren Ebenen angeordneten Flügeln, die gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel der zuerst angeströmten Flügelebene, die sogenannten Vorflügel, kleiner sind als die Flügel der nachfolgenden Flügelebene/n bzw. daß der Spitzenkreisdurchmesser der Flügel der nachfolgenden Flügelebene/n, der der sogenannten Nachflügel, größer als der der Vorflügel ist und daß die Anzahl der Vorflügel jeweils der Anzahl der Nachflügel jeder Nachflügelebene entspricht, so daß jedem Vorflügel ein Nachflügel jeder Nachflügelebene zugeordnet ist, und daß die Steigung der Nachflügel, insbesondere die der äußeren Radien der Nachflügel, geringer ist als die Steigung der Vorflügel und, daß der axiale Abstand a der Flügelebenen voneinander im Bereich von 0,1-0,3 des Durchmessers der Vorflügelebene liegt und, daß der mittlere periphere Nachfolgewinkel der einander zugeordneten Flügel des aus Vor- und Nachflügel bestehenden Interferenzflügelsystems im Bereich zwischen 60° bis 100° angesiedelt ist.

2. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel einer oder mehreren Flügelebenen verstell- bzw. einstellbar sind.

3. Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel der Vorflügelebene feststehend und die Flügel der Nachflügelebene/n vorsteli- bzw. einstellbar ausgeführt sind.

4. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flügelkreisflächen der Vor- und Nachflügel in den inneren Flügelradien überdecken.