DE10394232T5

DE10394232T5 - Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Reduzieren von Kavitation

Info

Publication number: DE10394232T5
Application number: DE10394232T
Authority: DE
Inventors: W. Schmidt Santa Clara Terrance
Original assignee: Lockheed Martin Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2006-04-06
Also published as: JP2006524599A; GB0523903D0; GB2417471A; AU2003290738A1; US20040214485A1; WO2004096638A1

Abstract

Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Verringern von Kavitation, wobei die Vorrichtung umfasst:
ein Rumpfteil mit einem Bug und einem Heck,
einen Propeller mit Nachstromanpassung, der mehrere identisch ausgeführte Blätter hat, die sich radial von einer Nabe weg erstrecken und am Heck des Rumpfteils drehbar angebracht sind, um in einem Nachstrom in Drehung versetzt werden zu können, der durch die Vorwärtsbewegung des Rumpfteils im Wasser entsteht, und
bei der für einen herkömmlichen Propeller, der in einer zur Strömungsachse des Nachstroms senkrecht ausgerichteten Ebene drehbar angebracht ist, der Anstellwinkel eines Querschnitts eines Propellerblatts unter einem bestimmten oberen Grenzwert liegen muss, um wenigstens in bestimmten kritischen radialen Bereichen Kavitation und Kavitationsgeräusch, Strömungsabriss und Auftriebsverlust zu vermeiden, wenn sich der Querschnitt durch den Nachstrom hindurch dreht,
wobei die Vorrichtung Halterungseinrichtungen umfasst, die den Propeller mit Nachstromanpassung drehbar in einer Ebene haltern, die zur Strömungsachse des Nachstroms geneigt ist und...

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Reduzieren von Kavitation.
Diese Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Reduzieren von Kavitation, und zwar für eine Propellerantriebsvorrichtung, die am Heck eines unter Wasser befindlichen, symmetrischen Rumpfteils angebracht ist, das durch einen Träger unterhalb eines Wasserfahrzeug-Überbaus unter Wasser gehalten wird, welcher Träger oben am Rumpfteil und an der Unterseite des Wasserfahrzeug-Überbaus angeschlossen ist.
Wenn sich ein Rumpfteil durch Wasser hindurchbewegt, löst sich von ihm ein Nachstrom ab. Der Nachstrom wird als viskoser Nachstrom bezeichnet.
Der Nachstrom weist ein Geschwindigkeitsprofil auf, das dergestalt ist, dass die dem Rumpfteil nächstliegende Grenzschicht des Wassers das Bestreben hat, sich vom Rumpfteil mit einer Vorwärtsgeschwindigkeit mitschleppen zu lassen, die größer ist als in den Teilen des Nachstroms, die von der Oberfläche des Rumpfteils weiter weg liegen.
Weil Wasser ein relativ dichtes Medium ist, besteht mit zunehmender Wassertiefe ein erheblicher Anstieg des Wasserdrucks.
Der Dampfdruck von Wasser liegt bei ca. 0,5 Pfund pro Quadratzoll (PSI = pounds per square inch). Sollte der Druck an einem Teil der Fläche eines Propellerblatts auf unter 0,5 PSI absinken, kann das an dieser Fläche befindliche Wasser verdampfen und Kavitation sowie ein Kavitationsgeräusch verursachen. Durch Kavitation kann je nach Ausmaß und Dauer ein Propeller brechen oder zerstört werden. In jedem Fall entsteht durch Kavitation ein Kavitationsgeräusch. Dieses Kavitationsgeräusch kann für manche Einsatzfälle unerwünscht sein.
Ein am Heck eines Rumpfteils drehbar angebrachter Propeller muss deshalb so ausgelegt sein, dass er unter verschiedenen Betriebsbedingungen an unterschiedlichen Stellen an den Blättern des Propellers sowie an unterschiedlichen Bereichen seiner durch den einlaufenden Nachstrom führenden Drehung leistungsfähig ist. Wenn während der Drehung an einem Querschnitt an einer bestimmten radialen Stelle an einem Propellerblatt ein steiler Anstellwinkel (z.B. ein Anstellwinkel in der Größenordnung von etwa 25 Grad) bezogen auf den an dieser radialen Stelle einlaufenden Nachstrom herrscht, kann ein Zustand starken Auftriebs eintreten. Durch diesen Zustand starken Auftriebs kann der Dampfdruck des Wassers an einem Teil der Blattoberfläche an diesem Querschnitt auf einen Wert unter 0,5 PSI gedrückt werden, was an dieser Fläche zu Kavitation führt. Besteht ein übermäßig steiler Anstellwinkel (über ca. 30 Grad) bezogen auf den einlaufenden Nachstrom, kann dies einen Strömungsabrisszustand verursachen. Der Zustand des Strömungsabrisses ist ein Zusammenbrechen der Strömung über die Blattoberfläche, an der Niederdruck herrscht.
Wenn der Querschnitt des Blatts an einer bestimmten radialen Stelle für die Betriebsbedingungen in diesem Teil des einlaufenden Nachstroms einen zu geringen Anstellwinkel aufweist (beispielsweise einen Anstellwinkel von unter 12 Grad), wird dieser Teil des Blatts keinen optimalen Zug entfalten.
Wenn ein Rumpfteil irgendeinen anderen an ihm befestigten Aufbau (z.B. einen Träger) aufweist, und dieser Aufbau in den stromauf des Propellers liegenden Nachstrom hineinragt, kann dieser Aufbau eine Abschwächung des Nachstroms verursachen oder dazu beitragen. Ein solcher Aufbau erzeugt somit eine weitere Komplikation, indem er – verglichen mit der Einströmgeschwindigkeit von anderen Bereichen des Nachstroms, in denen der Propeller arbeitet – eine Verringerung der Einströmgeschwindigkeit in den Propeller in diesem abgeschwächten Bereich des Nachstroms verursacht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Reduzieren von Kavitation zu entwickeln.
Eine damit zusammenhängende Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Reduzieren von Kavitation zu entwickeln, indem die Probleme aus der Welt geschafft oder abgeschwächt werden, die mit Propellerantriebsvorrichtungen aus dem Stand der Technik verbunden sind.
Bei der vorliegenden Erfindung umfasst eine Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Reduzieren von Kavitation ein Rumpfteil mit einem Bug und einem Heck und einen Propeller mit Nachstromanpassung, der drehbar am Heck des Rumpfteils angebracht ist, so dass er in einem Nachstrom in Drehung versetzt werden kann, der durch die Vorwärtsbewegung des Rumpfteils im Wasser entsteht.
Für einen herkömmlichen Propeller aus dem Stand der Technik, der drehbar in einer Ebene angebracht ist, die senkrecht zur Längsachse des Rumpfteils und senkrecht zur Strömungsachse des Nachstroms ausgerichtet ist, muss der Anstellwinkel eines Propellerblattquerschnitts wenigstens an bestimmten kritischen radialen Bereichen unter einem bestimmten oberen Grenzwert liegen, damit bei Drehung des Querschnitts durch den Nachstrom hindurch eine Kavitation, ein Kavitationsgeräusch und/oder ein Strömungsabriss vermieden wird.
Die mit Nachstromanpassung ausgestattete Propellerantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst Halterungseinrichtungen, die den Propeller mit Nachstromanpassung drehbar in einer Ebene haltern, die zur Längsachse des Rumpfteils und zur Strömungsachse des Nachstroms geneigt ist und durch die die Antriebswelle des Propellers mit Nachstromanpassung zur Seite des Rumpfteils hin in einer horizontalen Ebene schräg gestellt ist.
Die Anstellwinkel am Propeller mit Nachstromanpassung sind durch die Schrägstellung der Antriebswelle so eingestellt, dass sie für entsprechende radiale Bereiche des herkömmlichen Propellers unter den oberen Grenzwerten liegen, um so die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs steigern zu können, bevor am Propeller ein Strömungsabriss, eine Kavitation oder ein Kavitationsgeräusch einsetzt.
In einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Maß der Schrägstellung dahingehend wirksam, dass in jedem Teil des Nachstroms jegliche Kavitation verhindert ist, bis durch die Anstellwinkel eine beginnende Kavitation über die volle, durch den Nachstrom gehende Umdrehung des mit Nachstromanpassung ausgestatteten Propellers erzeugt wird.
In einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Rumpfteil ein symmetrisches Rumpfteil, und oben am Rumpfteil ist ein Träger angeschlossen, der es unter Wasser unterhalb eines Wasserfahrzeug-Überbaus hält.
Der gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ausgelegte, mit Nachstromanpassung ausgestattete Propeller dreht sich wenigstens zum Teil sowohl in dem Nachstrom, der durch die im Wasser stattfindende Vorwärtsbewegung des unter Wasser befindlichen Rumpfteils entsteht, als auch in einem abgeschwächten, oberen Bereich des Nachstroms.
Durch die eingestellten Anstellwinkel des Propellers mit Nachstromanpassung werden ein Strömungsabriss und eine Kavitation im abgeschwächten oberen Bereich des Nachstroms sowie auch in den anderen Teilen des Nachstroms verhindert, was eine erhebliche Steigerung des Vortriebswirkungsgrads erzeugt.
Die eingestellten Anstellwinkel der Querschnitte der Blätter des Propellers mit Nachstromanpassung sind in der unteren Hälfte des Nachstroms größer als die tatsächlichen Anstellwinkel des herkömmlichen Propellers, um eine erhebliche Steigerung des Vortriebswirkungsgrads des Propellers mit Nachstromanpassung hervorzubringen.
Verfahren und Vorrichtungen, welche die oben beschriebenen Merkmale beinhalten und dahingehend wirksam sind, so wie oben beschrieben zu funktionieren, bilden weitere spezifische Aufgaben der Erfindung.
Andere und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung und den Ansprüchen und sind in den begleitenden Zeichnungen dargestellt, die veranschaulichend bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und deren Prinzipien sowie auch das zeigen, was gegenwärtig als beste Art und Weise angesehen wird, um diese Prinzipien anzuwenden.
Je nach Wunsch des Fachmanns auf diesem Gebiet können andere Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, die dieselben oder gleichwertige Prinzipien verkörpern, und können auch bauliche Veränderungen vorgenommen werden, ohne von der vorliegenden Erfindung und dem Bereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsansichten
1 ist eine bildhafte Ansicht zur Darstellung des Geschwindigkeitsprofils des Nachstroms, der in einen am Heck eines symmetrischen Rumpfteils drehbar angebrachten Propeller einläuft, welches Rumpfteil durch einen oberen Träger unter Wasser gehalten wird. Der Träger trägt zu einer Abschwächung im oberen Bereich des Nachstroms bei. In 1 ist im herausgezogenen Querschnitt im rechten, unteren Teil der Figur dargestellt, wie sich das Geschwindigkeitsprofil des viskosen Nachstroms des Trägers mit dem abnehmenden Wasserdruck nahe der Oberfläche vereinigt, um einen abgeschwächten Nachstrom innerhalb des durch das unter Wasser befindliche Rumpfteil erzeugten, viskosen Nachstroms hervorzubringen.
2 ist eine abgebrochene Draufsicht entlang der Linie und in der Richtung, die in 1 durch den Pfeil 2 angegeben ist.
3 ist ein Querschnitt durch ein Blatt des in 1 gezeigten Propellers. 3 verläuft entlang der Linie, die in 1 durch den Pfeil 3 angegeben ist. 3 verläuft etwa auf halbem Weg entlang der radialen Länge des Blatts, von der Propellernabe ausgehend. 3 beinhaltet auch eine Abbildung, in der dargestellt ist, wie der Anstellwinkel des Blatts von den jeweils herrschenden Strömungsgeschwindigkeitsbedingungen beeinträchtigt wird, wenn sich dieser Blattquerschnitt durch ein radiales Band im obersten, vertikalen Teil des Nachstroms 9 hindurch dreht (wie in 1 gezeigt). In diesem Teil des Nachstroms hängt der Anstellwinkel des Blattquerschnitts in diesem radialen Band ab von dem konstruktionsbedingten Anstellwinkel des Blatts, der Geschwindigkeit des Blatts aufgrund der Drehung des Propellers (V_{aufgrund Drehung}) und der Geschwindigkeitsabschwächung (V_{Abschwächung} = 0,3). In dem Teil des Nachstroms, der nicht im Abschwächungsbereich liegt, ist der Anstellwinkel des Blattquerschnitts abhängig von dem konstruktionsbedingten Anstellwinkel des Blatts, der Geschwindigkeit des Blatts aufgrund der Drehung des Propellers (V_{aufgrund
Drehung}) und der Nachstromgeschwindigkeit (V_Nachstrom = 0,5).
4 ist eine 3 ähnliche Ansicht des Querschnitts des Propellerblatts an der in 1 durch den Pfeil 3 angegebenen, radialen Stelle, wobei 4 aber Abbildungen beinhaltet, um Druckverteilungen anzugeben, die an der Oberseite (wie in 4 zu sehen) des Blattquerschnitts bestehen. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der durch die Konstruktion vorgegebenen Druckverteilung (für diese radiale Stelle des Querschnitts am Blatt), der Druckverteilung, die sich aus der Geschwindigkeit des an dieser radialen Stelle am Blatt gerade einlaufenden Nachstroms ergibt (durch die eingekreiste Bezugszahl 1 in 3 und 4 angegeben), und der unterschiedlichen Druckverteilung, die sich aus der Bewegung durch den Abschwächungsbereich (als Folge der verminderten Geschwindigkeit des einlaufenden Nachstroms, erzeugt durch die Nachstromabschwächung) ergibt. Die Druckverteilungsabschwächung ist unter der Linie gezeigt, die durch die in 4 eingekreiste Bezugszahl 2 angegeben ist und korreliert mit der abschwächungsbezogenen Geschwindigkeitslinie, die in 3 durch die eingekreiste Bezugszahl 2 angegeben ist. 4 stellt dar, wie die Druckverteilung über einen wesentlichen Umfang der Druckverteilungsabschwächung unter eine Kavitationsgrenze fällt. Dies ist durch den schraffierten Bereich unter der Druckverteilungsabschwächungslinie 2 gezeigt, die von der Oberseite (wie in 4 zu sehen) des Blattquerschnitts vorspringt. An dieser Blattoberfläche können für diesen konstruktionsbedingten Anstellwinkel am Blatt deshalb Kavitation und ein Kavitationsgeräusch, Strömungsabriss und Auftriebsverlust entstehen. Bei Betrachtung von 3 und 4 kann es hilfreich sein, im Gedächtnis zu behalten, dass sich der Blattquerschnitt durch ein radiales Band im abgeschwächten Nachstrom mit festem radialen Abstand hindurch dreht, wobei dieser Abstand der geometrischen Position des radialen Bands entspricht, das zwischen den Bezugszahlen 0,4 und 0,6 liegt, die im unteren Teil des im unteren rechten Bereich von 1 herausgezogenen, dargestellten Querschnitts des Nachstroms gezeigt sind.
5 ist eine bildhafte Ansicht ähnlich 1 und zeigt eine Konstruktion aus dem Stand der Technik, bei der eine Leitschaufel lagefest an der Oberseite des unter Wasser befindlichen Rumpfteils genau vor dem Propeller angebracht ist, um die Richtung der Strömung (des Nachstroms und des abgeschwächten Nachstroms) umzulenken, die in diesen oberen Rotationsbereich des Propellers einläuft. Der feststehende Stator wurde dazu verwendet, die einlaufende Strömung umzulenken, um den Anstellwinkel der Propellerblätter im oberen Bereich des Nachstroms zu reduzieren.
6 ist eine abgebrochene Draufsicht entlang der Linie und in der Richtung, die in 5 durch den Pfeil 6 angegeben sind. Durch die in 6 gezeigten Strömungspfeile ist angegeben, wie der in den Propeller einlaufende Nachstrom durch den feststehenden Stator in diesem Teil des Nachstroms in der Richtung verändert wird.
7 ist eine schematische Ansicht ähnlich 1 und 5, wobei jedoch eine Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Reduzieren von Kavitation gezeigt ist, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. In 7 ist die Antriebswelle für den Propeller – von der Längsachse des unter Wasser befindlichen Rumpfteils weg weisend – zur Seite hin schräg gestellt. Bei der in 7 gezeigten Propellerantriebsvorrichtung ist der Propeller mit Nachstromanpassung drehbar in einer Ebene gehaltert, die zur Strömungsachse des Nachstroms geneigt ist, und an der Vorrichtung ist die Antriebswelle des Propellers mit Nachstromanpassung zur Seite des Rumpfteils hin schräg gestellt oder versetzt.
8 ist eine abgebrochene Draufsicht entlang der Linie und in der Richtung, die in 7 durch den Pfeil 8 angegeben sind, wobei der Winkel der Schrägstellung der Antriebswelle des Propellers bezogen auf die Längsachse des unter Wasser befindlichen Rumpfteils gezeigt ist.
9 ist eine schematische Ansicht, in der dargestellt ist, wie durch die/den in 7 und 8 dargestellte(n) Schrägstellung bzw. Versatz der Propellerantriebswelle der Anstellwinkel eines Blattquerschnitts an einer bestimmten radialen Stelle an einem Propellerblatt eingestellt wird (verglichen mit dem Anstellwinkel eines herkömmlichen, in der Achse liegenden Propellerantriebs, wie er in 1 gezeigt ist), um sowohl den Anstellwinkel zu verringern, wenn sich das Blatt durch den oberen, abgeschwächten Bereich des Nachstroms hindurch dreht, als auch den Anstellwinkel zu erhöhen, wenn sich der Blattquerschnitt durch den unteren Bereich des Nachstroms hindurch dreht. Die im unteren Teil von 9 gezeigten Anstellwinkel des Blattquerschnitts sind etwas übertrieben dargestellt, um zum Verständnis der Funktion beizutragen, die durch die wie in 7 und 8 gezeigte Schrägstellung der Antriebswelle des Propellers hervorgebracht wird.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine der bevorzugten Ausführungsformen der mit Nachstromanpassung ausgestatteten Propellerantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfin dung ist in 7, 8 und 9 der Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend mit Bezug auf diese Figuren näher beschrieben.
Man geht davon aus, dass sich die neuen Funktionsweisen und die Vorteile der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegten Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung am besten verstehen lassen, indem zuerst betrachtet wird, wie Probleme hinsichtlich Kavitation, Kavitationsgeräusch und Strömungsabriss beim Betrieb von herkömmlichen bzw. dem Stand der Technik entstammenden Propellerantriebsvorrichtungen entstehen.
Deshalb werden zuerst mit Bezug auf die 1 bis 6 der Zeichnungen die Probleme bezüglich Kavitation und Kavitationsgeräusch beschrieben, die beim Betrieb von herkömmlichen bzw. dem Stand der Technik entstammenden Propellerantriebsvorrichtungen auftreten.
Wie zuvor in dieser Anmeldung unter der Kapitelüberschrift "Hintergrund der Erfindung" angemerkt war, löst sich von einem Rumpfteil ein Nachstrom ab, wenn dieses durch Wasser hindurch bewegt wird. Der Nachstrom wird als viskoser Nachstrom bezeichnet. Der Nachstrom weist ein Geschwindigkeitsprofil auf, das dergestalt ist, dass die dem Rumpfteil nächstliegende Grenzschicht des Wassers das Bestreben hat, sich vom Rumpfteil mit einer Vorwärtsgeschwindigkeit mitschleppen zu lassen, die größer ist als in den Teilen des Nachstroms, die von der Oberfläche des Rumpfteils weiter weg liegen.
Weil Wasser außerdem ein relativ dichtes Medium ist, besteht mit zunehmender Wassertiefe ein erheblicher Anstieg des Wasserdrucks.
Wenn ein Rumpfteil auch noch irgendeinen anderen an ihm befestigten Aufbau (z.B. einen Träger) aufweist, und dieser Aufbau in den Nachstrom hineinragt, kann er eine Abschwächung des durch das Rumpfteil erzeugten Nachstroms verursachen oder dazu beitragen. Ein solcher vorspringender Aufbau kann seinen eigenen viskosen Nachstrom mit eigenem Geschwindigkeitsprofil erzeugen. Wenn sich der vom vorspringenden Aufbau stammende Nachstrom mit einem Teil des vom Rumpfteil erzeugten Nachstroms vermischt, kann sich das Geschwindigkeitsprofil in dem durch Mischung entstandenen (abgeschwächten) Teil des Rumpfteilnachstroms vom Geschwindigkeitsprofil in anderen, nicht von Mischung betroffenen Teilen des vom Rumpfteil erzeugten viskosen Nachstroms unterscheiden.
Ein am Heck des Rumpfteils drehbar angebrachter Propeller muss deshalb so ausgelegt sein, dass er unter verschiedenen Betriebsbedingungen an unterschiedlichen radialen Stellen an den Blättern des Propellers sowie an unterschiedlichen Bereichen seiner durch den einlaufenden Nachstrom führenden Drehung leistungsfähig ist.
Wenn ein Querschnitt eines Propellerblatts an einer bestimmten radialen Stelle am Propellerblatt einen übermäßig steilen Anstellwinkel (z.B. ein Anstellwinkel über ca. 30 Grad) bezogen auf den an dieser radialen Stelle einlaufenden Nachstrom oder abgeschwächten Nachstrom hat, kann an der Oberfläche des Blatts ein Strömungsabrisszustand mit sehr niedrigen Druck eintreten. In diesem Zustand geringen Drucks kann ein Druck herrschen, der unter dem Dampfdruck des Wassers an einem Teil der Blattoberfläche an diesem Querschnitt liegt, also weniger als ca. 0,5 Pfund pro Quadratzoll (PSI = pounds per square inch). Wenn der Dampfdruck auf unter 0,5 PSI abfällt, kann das Wasser in diesem Bereich verdampfen, wobei sich ein vorübergehender Hohlraum oder eine vorübergehende Kavität bildet, und an dieser Fläche entstehen dann Kavitation und ein Kavitationsgeräusch, wenn der Hohlraum oder die Kavität anschließend – bis wieder Flüssigkeit vorhanden ist – komprimiert wird; möglicherweise entsteht auch ein Auftriebsverlust oder Strömungsabriss.
Es wäre festzuhalten, dass, wenn der Querschnitt des Blatts an einer bestimmten radialen Stelle für die Betriebsbedingungen in diesem Teil des einlaufenden Nachstroms einen zu geringen Anstellwinkel aufweist (beispielsweise einen Anstellwinkel von unter 12 Grad), dieser Teil des Blatts keinen optimalen Zug entfalten wird.
1 ist eine bildhafte Darstellung, die Diagramme enthält, um die unmittelbar vorstehend dargelegten Ausführungen zu veranschaulichen und zu deren Verständnis beizutragen.
1 zeigt eine herkömmliche Propellerantriebsvorrichtung aus dem Stand der Technik, die am Heck eines symmetrischen, unter Wasser befindlichen Rumpfteils 13 angebracht ist.
Das symmetrische Rumpfteil 13 hat eine Längsachse 15.
An der Oberseite des Rumpfteils 13 ist ein Träger 17 angeschlossen, der von einem Wasserfahrzeug-Überbau (in 1 nicht gezeigt) gehaltert wird, welcher über der Wasseroberfläche liegt.
Ein Wasserfahrzeug mit symmetrischen, unter Wasser befindlichen Rumpfteilen und einem derartigen, über Wasser befindlichen Wasserfahrzeug-Überbau ist in meinem am 14. Januar 1997 erteilten US-Patent Nr. 5 592 895 dargestellt und beschrieben. Siehe beispielsweise 4 des US-Patents Nr. 5 592 895.
Durch Bezugnahme ist das US-Patent Nr. 5 592 895 in diese Anmeldung mit aufgenommen.
Wie in 1 dargestellt ist, hat die drehbar am Heck des Rumpfteils 13 angebrachte, herkömmliche Propellerantriebsvorrichtung 10 eine Propellernabe 19, die von einer Antriebswelle 22 angetrieben wird. Die Drehachse der Antriebswelle 22 fällt mit der Längsachse 15 des Rumpfteils 13 zusammen.
Von der Nabe 19 erstrecken sich vier Blätter 21 radial nach außen. Es sollte klar sein, dass beliebig viele Blätter vorgesehen werden könnten. Die Blätter 21 sind in einer Ebene oder einem ebenen Band 30 drehbar, die/das sich senkrecht zur Längsachse 15 des Rumpfteils 13 und senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 22 erstreckt. Diese Ebene bzw. dieses ebene Band, die/das durch die Drehung der Blätter 21 beschrieben wird, liegt parallel zur Grenzfläche 28 (s. 2), die sich zwischen dem vorderen Ende der Nabe 19 und dem heckseitigen Ende des Rumpfteils 13 erstreckt.
Durch den vom Rumpfteil 13 erzeugten viskosen Nachstrom wird das in die herkömmliche Propellerantriebsvorrichtung 10 einströmende Wasser dazu gebracht, den Strömungslinien zu folgen, die in 1 und 2 durch die Pfeile 33 angegeben sind.
Der Nachstrom weist ein Geschwindigkeitsprofil auf, das dergestalt ist, dass die dem Rumpfteil 13 nächstliegende Grenzschicht des Wassers das Bestreben hat, sich vom Rumpfteil mit einer Vorwärtsgeschwindigkeit mitschleppen zu lassen, die größer ist als in den Teilen des Nachstroms, die von der Oberfläche des Rumpfteils weiter weg liegen. Die geringste Geschwindigkeit des vom Rumpfteil 13 stammenden, in die Propellerantriebsvorrichtung 10 einlaufenden Nachstroms herrscht an der Nabe. In diesem Band bzw. Sektor hat das Wasser im Nachstrom das Bestreben, sich mit dem Rumpfteil 13 mit einer Geschwindigkeit vorwärts zu bewegen, die der Geschwindigkeit des Rumpfteils selbst entspricht oder ihr fast gleichkommt, so dass die Einströmgeschwindigkeit des Nachstroms in den Propeller in diesem zuinnerst liegenden Band nahe Null ist.
Das Geschwindigkeitsprofil des Nachstroms ist im unteren Teil von 1 schematisch durch die Bezugszahl 32 angegeben. Das dargestellte Geschwindigkeitsprofil ist dasjenige Geschwindigkeitsprofil, welches unmittelbar vor den Propellerblättern 21 besteht. Das Geschwindigkeitsprofil zeigt die Geschwindigkeit des einlaufenden Nachstroms, wie es sich von Band zu Band verändert, die sich von der Nabe 19 radial nach außen erstrecken und Werte aufweisen, die in einer von der Nabe 19 nach außen weisenden Richtung von 0,0 bis 1,0 reichen.
Das mit der Zahl 1,0 angegebene, äußerste Band stellt ein Wasserband dar, das sich mit der vollen Vorwärtsgeschwindigkeit des Rumpfteils 13 an den äußeren Spitzen der Blätter 21 vorbeibewegt. Ein Band, das in etwa auf halbem Weg der radialen Erstreckung des Blatts 21 liegt, läuft in die Propellerantriebsvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,5 ein, also der halben Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des Rumpfteils 13 durch das Wasser.
In entsprechender Weise erzeugt der Träger 17 ein Geschwindigkeitsprofil im Wasser hinter sich. Dieses Geschwindigkeitsprofil ist in 1 schematisch durch die Bezugszahl 34 angegeben. Der vom Träger 17 erzeugte viskose Nachstrom vereinigt sich mit dem Nachstrom des Rumpfteils 13, um die Beschaffenheit der in die Propellerantriebsvorrichtung 10 einlaufenden Strömung in dem Bereich des viskosen Nachstroms des Rumpfteils, wo sich die beiden Nachströme (der Nachstrom des Rumpfteils und der Nachstrom des Trägers) vereinigen, noch weiter zu verändern. Dieser Bereich des Nachstroms wird als abgeschwächter Nachstrom bezeichnet und ist in dem herausgezogenen Querschnitt der im unteren rechten Teil von 1 gezeigten Nachstromverteilung schematisch angegeben.
Das Geschwindigkeitsprofil des Nachstroms vom Träger 17 und das Geschwindigkeitsprofil des Nachstroms vom Rumpfteil 13 überlagern sich, um die Geschwindigkeit des in die Propellerantriebsvorrichtung 10 einströmenden Wassers im abgeschwächten Bereich des Nachstroms noch weiter zu verringern.
Wie durch den Blockpfeil 36 gezeigt ist, ist in 1 auch dargestellt, wie die zunehmende Tiefe einen Druckanstieg verursacht. Umge kehrt gilt, dass mit abnehmender Tiefe der Wasserdruck nachlässt und der Differenzbetrag zwischen dem tatsächlichen Wasserdruck und dem Druck 0,5 PSI abnimmt, an dem Wasser verdampfen und Kavitation verursachen kann.
Je geringer die Tiefe wird, in der ein Bereich des Blatts 21 arbeitet, desto eher besteht die Möglichkeit, dass durch den geringen Druck ein Zustand hervorgerufen wird, der zu einem Dampfdruck von unter 0,5 PSI führt (und Kavitation und ein Kavitationsgeräusch ergibt).
Das Problem der Kavitation, das sich aus der Abnahme des Wasserdrucks an einer Blattoberfläche unterhalb der kritischen Grenze bei 0,5 PSI mit beginnender Kavitation ergibt, ist im Einzelnen in 3 und 4 dargestellt und wird nun mit Bezug auf diese Figuren beschrieben.
3 ist ein Querschnitt durch ein Blatt des in 1 gezeigten Propellers. 3 läuft entlang der Linie, die in 1 durch den Pfeil 3 angegeben ist. Von der Propellernabe ausgehend verläuft 3 etwa auf halbem Wege der radialen Länge des Blatts. 3 beinhaltet auch eine Abbildung, in der dargestellt ist, wie der Anstellwinkel des Blatts von den jeweils herrschenden Strömungsgeschwindigkeitsbedingungen beeinträchtigt wird, wenn sich dieser Blattquerschnitt durch ein radiales Band im obersten vertikalen Teil des Nachstroms 9 (wie in 1 gezeigt) hindurch dreht. Siehe auch den Beschreibungstext zur Zeichnungsansicht von 3, wie er unter der Unterüberschrift "Kurze Beschreibung der Zeichnungsansichten" dargelegt ist.
4 ist eine 3 ähnliche Ansicht des Querschnitts des Propellerblatts an der in 1 durch Pfeil 3 angegebenen radialen Stelle, wobei 4 aber Abbildungen beinhaltet, um Druckverteilungen anzugeben, die an der Oberseite (wie in 4 zu sehen) des Blattquerschnitts bestehen. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der durch die Konstruktion vorgegebenen Druckverteilung (für diese radiale Stelle des Querschnitts am Blatt), der Druckverteilung, die sich aus der Geschwindigkeit des an dieser radialen Stelle am Blatt gerade einlaufenden Nachstroms ergibt (durch die eingekreiste Bezugszahl 1 in 3 und 4 angegeben), und der unterschiedlichen Druckverteilung, die sich aus der Bewegung durch den Abschwächungsbereich (als Folge der verminderten Geschwindigkeit des einlaufenden Nachstroms, erzeugt durch die Nachstromabschwächung) ergibt. Diese Druckverteilungsabschwächung ist unter der Linie gezeigt, die durch die in 4 eingekreiste Bezugszahl 2 angegeben ist und korreliert mit der abschwächungsbezogenen Geschwindigkeitslinie, die in 3 durch die eingekreiste Bezugszahl 2 angegeben ist. Mit steigendem Anstellwinkel des Blatts nimmt der Druck an der Oberfläche ab; wenn dann ausreichend steile Anstellwinkel bestehen, kann der Niederdruck unter die Kavitationsgrenze absinken oder am Blatt einen Strömungsabriss (Zusammenbruch der Strömung) verursachen. In 4 ist dargestellt, wie die Druckverteilung über einen erheblichen Umfang der Druckverteilungsabschwächung unter die Kavitationsgrenze absinkt. Dies ist durch den schraffierten Bereich unter der Druckverteilungsabschwächungslinie 2 gezeigt, die von der Oberseite (wie in 4 zu sehen) des Blattquerschnitts vorspringt. An dieser Blattoberfläche können für diesen konstruktionsbedingten, am Blatt herrschenden Anstellwinkel deshalb Kavitation und ein Kavitationsgeräusch oder Strömungsabriss entstehen. Der konstruktionsbedingte Anstellwinkel am Blatt bringt einen tatsächlichen Anstellwinkel hervor, der im abgeschwächten Nachstrom zu steil ist und einen Strömungsabriss sowie Kavitation und ein Kavitationsgeräusch verursacht, wenn sich der Blattquerschnitt durch die eine geringe Geschwindigkeit innehabende, einlaufende Strömung im abgeschwächten Nachstrom hindurch dreht. Bei Betrachtung von 3 und 4 kann es hilfreich sein, im Gedächtnis zu behalten, dass sich der Blattquerschnitt durch ein radiales Band im abgeschwächten Nachstrom mit festem radialen Abstand hindurch dreht, wobei dieser Abstand der geometrischen Position des radialen Bands entspricht, das zwischen den Bezugszahlen 0,4 und 0,6 liegt, die im unteren Teil des im unteren rechten Bereich von 1 herausgezogenen, dargestellten Querschnitts des Nachstroms gezeigt sind.
Ein Verfahren aus dem Stand der Technik zur Vermeidung von übermäßig steilen Anstellwinkeln im oberen, abgeschwächten Nachstrombereich der in 1 gezeigten Nachstromverteilung bestand darin, den Winkel der in die Propellerantriebsvorrichtung 10 einlaufenden Strömung in diesem oberen, abgeschwächten Nachstrombereich des Gesamtnachstroms zu verändern. Ein Verändern des Winkels der einlaufenden Strömung verändert den Anstellwinkel des Propellerblatts. Dieser Stand der Technik ist in 5 und 6 gezeigt.
5 ist eine bildhafte Ansicht wie 1 und zeigt eine Konstruktion aus dem Stand der Technik, in der eine Leitschaufel 40 lagefest an der Oberseite des unter Wasser befindlichen Rumpfteils 13 genau vor der Propellerantriebsvorrichtung 10 angebracht ist, um die Richtung der Strömung (des Nachstroms und des abgeschwächten Nachstroms) umzulenken, die in diesen oberen Rotationsbereich der Propellerblätter 21 einläuft. Der feststehende Stator 40 wurde dazu verwendet, die einlaufende Strömung umzulenken, um den Anstellwinkel der Propellerblätter 21 im oberen Bereich des Nachstroms zu reduzieren.
6 ist eine abgebrochene Draufsicht entlang der Linie und in der Richtung, die in 5 durch den Pfeil 6 angegeben sind. Durch die in 6 gezeigten Strömungspfeile 42 ist angegeben, wie der in den Propeller einlaufende Nachstrom durch den feststehenden Stator 40 in diesem Teil des Nachstroms in der Richtung verändert wird.
Eine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführte Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Reduzieren von Kavitation ist in 7, 8 und 9 dargestellt und ist in 7 und 8 allgemein durch Bezugszahl 11 angegeben.
Es wäre festzuhalten, dass, während die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Propellerantriebsvorrichtung 11 mit Nachstromanpassung so beschrieben und in 7 und 8 so dargestellt ist, dass sie an einem symmetrischen, unter Wasser befindlichen Rumpfteil verwendet wird, die mit Nachstromanpassung ausgestattete Propellerantriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung sich auch bei einer beliebigen Nachstromverteilung als nützlich erweist, die von irgendeiner Rumpfteilstruktur herrührt.
Die vorliegende Erfindung hat besonderen Nutzwert in jeder Nachstromverteilung, in der sich auch ein abgeschwächter Nachstrom findet.
Die Anordnungen in 7, 8 und 9, die den Anordnungen in 1 bis 6 entsprechen, sind mit denselben Bezugszahlen angegeben.
In 7 und 8 ist die mit Nachstromanpassung ausgestattete Propellerantriebsvorrichtung 11 der vorliegenden Erfindung am heckseitigen Ende eines symmetrischen Rumpfteils 13 angebracht gezeigt, welches Rumpfteil eine Längsachse 15 hat.
Das symmetrische Rumpfteil 13 wird unter der Wasseroberfläche durch einen Träger 17 unter Wasser gehalten, der an der Oberseite des Rumpfteils 13 befestigt ist und der auch (an seinem oberen Ende) an ei nem Wasserfahrzeug-Überbau (in 7 und 8 nicht gezeigt) befestigt ist, der über der Wasseroberfläche liegt.
Die mit Nachstromanpassung ausgestattete Propellerantriebsvorrichtung 11 der vorliegenden Erfindung umfasst eine drehbare Propellernabe 19 und mehrere Propellerblätter 21, die sich von der Nabe 19 nach außen erstrecken.
In 7 und 8 ist der Propeller mit vier Blättern 21 gezeigt, wobei er aber auch mehr oder weniger Blätter aufweisen kann.
Die Nabe 19 und die Blätter 21 werden von einer eine Achse 25 aufweisende Antriebswelle 23 in Drehung versetzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung fällt die Achse 25 nicht mit der Längsachse 15 des Rumpfteils 13 zusammen und liegt auch nicht parallel zu dieser, sondern ist stattdessen unter einem Winkel 27 schräg gestellt, wie am besten in 7 und 8 zu sehen ist. Dieser Versatz bzw. diese Schrägstellung 27 der Antriebswelle 23 und die drehbare Anbringung der Nabe am Heck des Rumpfteils 13 entlang der geneigten Fläche 29 am Ende des Rumpfteils (s. 8) lässt die Propellerblätter 21 in einer Ebene (oder einem ebenen Band) 31 (s. 7) drehen, die/das zur Achse der in den Propeller gelangenden Strömung geneigt ist.
Die in den Propeller gelangende Wasserströmung ist in 7 und 8 durch die Strömungslinien 33 angegeben.
Die Neigung der Drehebene 31 der Propellerblätter 21 ist durch die Schrägstellung 27 der Antriebswelle 23 bestimmt und entspricht im Wesentlichen der Neigung der in 8 gezeigten Fläche 29.
Durch die Schrägstellung der Antriebswelle 23 und die Drehung der Propellerblätter 21 in einer Ebene, die zur Achse der in den Propeller gelangenden Wasserströmung geneigt ist, werden die Anstellwinkel der Querschnitte des Propellerblatts 21 an unterschiedlichen radialen Stellen des Propellerblatts 21 so eingestellt, dass die Anstellwinkel unter einer Kavitationsgrenze (in 9 durch die Kavitationsgrenzlinie gezeigt) gehalten werden. Die eingestellten Anstellwinkel hemmen oder reduzieren die Kavitation unter allen Betriebsbedingungen der Propellerantriebsvorrichtung 11 mit Nachstromanpassung.
9 ist eine schematische Ansicht, in der dargestellt ist, wie durch die/den in 7 und 8 dargestellte(n) Schrägstellung bzw. Versatz der Propellerantriebswelle der Anstellwinkel eines Blattquerschnitts an einer bestimmten radialen Stelle an einem Propellerblatt eingestellt wird (verglichen mit dem Anstellwinkel eines herkömmlichen, in der Achse liegenden Propellerantriebs, wie er in 1 gezeigt ist), um sowohl den Anstellwinkel zu verringern, wenn sich das Blatt durch den oberen, abgeschwächten Bereich des Nachstroms hindurch dreht, als auch den Anstellwinkel zu erhöhen, wenn sich der Blattquerschnitt durch den unteren Bereich des Nachstroms hindurch dreht. Die Einstellung des Anstellwinkels am Blatt wird durch das Maß der Schrägstellung der Propellerachse gesteuert. Beispielsweise nimmt durch eine Schrägstellung von 4° der Anstellwinkel an der Oberseite der Blattdrehung um 4° ab und unten am Drehbereich um 4° zu. Die Veränderung des Einstellwinkels zwischen Oberseite (–4°) und Unterseite (+4°) ist sinusförmig. Siehe die Neigungen des Blattquerschnitts, die unten in 9 gezeigt sind. Die dargestellten Blattquerschnitte sind die Querschnitte eines Blatts an einer radialen Stelle, die etwa einer halben Blattlänge von der Nabe aus gemessen entspricht. Dieser Blattquerschnitt dreht sich durch das Δ-Radialband des Querschnitts des einlaufenden Nachstroms hindurch, der im Diagram im oberen rechten Teil von 9 gezeigt ist. In diesem Band beträgt die Geschwindigkeit der einlaufenden Strömung im unteren (nicht abgeschwächten Teil) des Nachstroms ca. 0,5 bzw. die Hälfte der Geschwindigkeit des Rumpfteils 13. Im abgeschwächten Nachstrom geht die Geschwindigkeit der einlaufenden Strömung auf 0,3 zurück, sinkt kurz auf 0,1 ab und steigt dann auf 0,3 und 0,5 an, wenn sich der Blattquerschnitt durch den Abschwächungsbereich hindurch dreht. Die im unteren Teil von 9 gezeigten Anstellwinkel des Blattquerschnitts sind etwas übertrieben dargestellt, um zum Verständnis der Funktion beizutragen, die durch die wie in 7 und 8 gezeigte Schrägstellung der Antriebswelle des Propellers hervorgebracht wird.
Durch den eingestellten Anstellwinkel wird die Veränderung des Anstellwinkels des gesamten Blatts reduziert, wenn es eine volle Umdrehung durch den Nachstrom hindurch ausführt. Der maximale Anstellwinkel, der im Abschwächungsbereich (oben am Drehbereich) des Nachstroms herrscht, wird durch den Wert des Schrägstellungswinkels reduziert. Durch den Wert der Schrägstellungswinkels wird das Einsetzen der Kavitation verzögert und der Anstellwinkel unten am Drehbereich vergrößert.
Die eingestellten Anstellwinkel der Blattquerschnitte des Propellers mit Nachstromanpassung sind im unteren Bereich des Nachstroms um ein ausreichendes Maß größer als die tatsächlichen Anstellwinkel des herkömmlichen Propellers, so dass sich eine erhebliche Steigerung des Vortriebswirkungsgrads des mit Nachstromanpassung ausgestatteten Propellers ergibt. Die eingestellten Anstellwinkel der Blattquerschnitte des Propellers mit Nachstromanpassung sind im oberen Bereich des Nachstroms klein genug, um Kavitation oder einen Strömungsabriss und das sich daraus ergebende akustische Geräusch und den damit verbundenen Blattauftriebsverlust zu vermeiden, was zu einer Gesamtsteigerung des Vortriebswirkungsgrads führt.
Durch das Maß der Schrägstellung der Antriebswelle werden die Anstellwinkel des mit Nachstromanpassung ausgestatteten Propellers so eingestellt, dass sie zur Abnahme der Einströmgeschwindigkeit, die in der in den 7, 8 und 9 gezeigten Ausführungsform der Erfindung durch den Träger im abgeschwächten Teil des Nachstroms verursacht wird, im Wesentlichen um 90° phasenverschoben sind.
Während ich die bevorzugten Ausführungsformen meiner Erfindung dargestellt und beschrieben habe, sollte klar sein, dass daran Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, und von daher sollte sie nicht auf die dargelegten, genauen Einzelheiten begrenzt werden; vielmehr sollen alle derartigen Veränderungen und Abänderungen in den Bereich der nun folgenden Ansprüche fallen.
Zusammenfassung
Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Reduzieren von Kavitation
Eine Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung hemmt oder verringert die Kavitation oder den Strömungsabriss an einer Propellerantriebsvorrichtung, die drehbar am Heck eines Rumpfteils so angebracht ist, dass sie in einem Nachstrom in Drehung versetzt werden kann, der durch die Vorwärtsbewegung des Rumpfteils im Wasser entsteht. Durch die Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung ist die Antriebswelle des Propellers zur Seite des Rumpfteils hin in einer horizontalen Ebene schräg gestellt, um die Anstellwinkel des Propellers so einzustellen, dass sie unter dem Niveau gehalten werden, ab dem eine Kavitation oder ein Kavitationsgeräusch entstehen könnte.

Claims

Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Verringern von Kavitation, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Rumpfteil mit einem Bug und einem Heck, einen Propeller mit Nachstromanpassung, der mehrere identisch ausgeführte Blätter hat, die sich radial von einer Nabe weg erstrecken und am Heck des Rumpfteils drehbar angebracht sind, um in einem Nachstrom in Drehung versetzt werden zu können, der durch die Vorwärtsbewegung des Rumpfteils im Wasser entsteht, und bei der für einen herkömmlichen Propeller, der in einer zur Strömungsachse des Nachstroms senkrecht ausgerichteten Ebene drehbar angebracht ist, der Anstellwinkel eines Querschnitts eines Propellerblatts unter einem bestimmten oberen Grenzwert liegen muss, um wenigstens in bestimmten kritischen radialen Bereichen Kavitation und Kavitationsgeräusch, Strömungsabriss und Auftriebsverlust zu vermeiden, wenn sich der Querschnitt durch den Nachstrom hindurch dreht, wobei die Vorrichtung Halterungseinrichtungen umfasst, die den Propeller mit Nachstromanpassung drehbar in einer Ebene haltern, die zur Strömungsachse des Nachstroms geneigt ist und durch die die Antriebswelle des Propellers mit Nachstromanpassung zur Seite des Rumpfteils hin in einer horizontalen Ebene schräg gestellt ist, und bei der die Anstellwinkel der Blattquerschnitte am Propeller mit Nachstromanpassung durch die Schrägstellung der Antriebswelle so eingestellt sind, dass sie für entsprechende radiale Bereiche des herkömmlichen Propellers unter den oberen Grenzwerten liegen, damit keine Kavitation, kein Kavitationsgeräusch und auch kein Strömungsabriss oder Auftriebsverlust entstehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Maß der Schrägstellung dahingehend wirksam ist, dass in jedem Teil des Nachstroms jegliche Kavitation verhindert ist, bis durch die Anstellwinkel an anderen Bereichen des Propellers mit Nachstromanpassung bei seiner durch den Nachstrom führenden Drehung die Kavitation einsetzt.
Propellerantriebsvorrichtung mit Nachstromanpassung zum Hemmen oder Verringern von Kavitation, wobei die Vorrichtung umfasst: ein symmetrisches Rumpfteil mit einem Bug und einem Heck, einen Träger, der oben am Rumpfteil angeschlossen ist und es unterhalb eines Wasserfahrzeug-Überbaus unter Wasser hält, einen Propeller mit Nachstromanpassung, der mehrere identisch ausgeführte Blätter hat, die sich radial von einer Nabe weg erstrecken und am Heck des Rumpfteils drehbar angebracht sind, um wenigstens zum Teil sowohl in einem Nachstrom in Drehung versetzt werden zu können, der durch die Vorwärtsbewegung des unter Wasser befindlichen Rumpfteils im Wasser entsteht, als auch in einem abgeschwächten, oberen Bereich des Nachstroms, und bei der für einen herkömmlichen Propeller, der in einer zur Strömungsachse des Nachstroms senkrecht ausgerichteten Ebene drehbar angebracht ist, der Anstellwinkel eines Querschnitts eines Propellerblatts unter einem bestimmten oberen Grenzwert liegen muss, um wenigstens in bestimmten kritischen radialen Bereichen Kavitation und Kavitationsgeräusch, Strömungsabriss und Auftriebsverlust zu vermeiden, wenn sich der Querschnitt durch den abgeschwächten Bereich des Nachstroms hindurch dreht, wobei die Vorrichtung Halterungseinrichtungen umfasst, die den Propeller mit Nachstromanpassung drehbar in einer Ebene haltern, die zur Strömungsachse des Nachstroms geneigt ist und durch die die Antriebswelle des Propellers mit Nachstromanpassung zur Seite des Rumpfteils hin in einer horizontalen Ebene schräg gestellt ist, und bei der die Anstellwinkel der Blattquerschnitte am Propeller mit Nachstromanpassung durch die Schrägstellung der Antriebswelle so eingestellt sind, dass sie für entsprechende radiale Bereiche des herkömmlichen Propellers unter den oberen Grenzwerten liegen, damit weder Kavitation noch ein Kavitationsgeräusch entsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Querschnitte eines Blatts des Propellers mit Nachstromanpassung an den verschiedenen radialen Bereichen des Blatts so ausgelegt sind, dass sie einen eingestellten Anstellwinkel haben, durch den Kavitation an jedem Querschnitt gehemmt ist, bis die Kavitation am ganzen Blatt einsetzt, wenn es eine volle Umdrehung durch den Nachstrom hindurch ausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die eingestellten Anstellwinkel der Querschnitte der Blätter des Propellers mit Nachstromanpassung in der unteren Hälfte des Nachstroms um ein ausreichendes Maß größer sind als die tatsächlichen Anstellwinkel des herkömmlichen Propellers, um eine erhebliche Steigerung des Vortriebswirkungsgrads des Propellers mit Nachstromanpassung hervorzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der durch den Träger die Einströmgeschwindigkeit in den Propeller mit Nachstromanpassung im abgeschwächten, oberen Bereich des Nachstroms verringert wird, und bei der durch das Maß der Schrägstellung der Antriebswelle die Anstellwinkel so eingestellt sind, dass sie zu der durch den Träger verursachten Verringerung der Einströmgeschwindigkeit um 90° phasenverschoben sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die eingestellten Anstellwinkel der Querschnitte der Blätter des Propellers mit Nachstromanpassung im abgeschwächten Bereich des Nachstroms so weit verringert sind, dass, wenn er sich durch den abgeschwächten Bereich des Nachstroms hindurch dreht, ein Einsetzen von Kavitation oder ein Strömungsabriss verhindert ist.