DE1816306C3

DE1816306C3 - Propulsion for water vehicles, in particular torpedo propulsion

Info

Publication number: DE1816306C3
Application number: DE19681816306
Authority: DE
Inventors: Heinrich 8031 Groebenzell Hofmann; Dietrich E. 8012 Ottobrunn Singelmann
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1968-12-21
Filing date: 1968-12-21
Publication date: 1978-07-06
Also published as: GB1293914A; DE1816306A1; DE1816306B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere Torpedoantrieb, im wesentlichen bestehend aus einer Kraftmaschine, insbesondere einer Gasturbine, einem dieser nachgeschalteten Untersetzungsgetriebe mit nachfolgendem Wellenantrieb mit einer Hohlwelle zum Antrieb einer vorderen Schiffsschraube und mit einer diese Hohlwelle durchdringenden Zentralwelle zum Antrieb einer hinteren Schiffsschraube.The invention relates to a drive for watercraft, in particular a torpedo drive, in the essentially consisting of an engine, in particular a gas turbine, one of these downstream Reduction gear with subsequent shaft drive with a hollow shaft for driving a front propeller and with a central shaft penetrating this hollow shaft for driving a aft propeller.

Nach der deutschen Patentschrift 6 99 287 ist ein Torpedoantrieb bekannt, bei dem eine Gasturbine über ein Stufengetriebe zwei koaxial zueinander angeordnete, gegenläufige Wellen an treibt, die in ihrer Schraubencharakteristik gleichwertige Schiffsschrauben tragen, die über den ganzen Betriebsbereich (Geschwindigkeitsbereich) gleichzeitig in Aktion sind bzw. laufen. Dabei wird die innenliegende Welle durch einen außen verzahnten Stirnradantrieb und die außenliegende Welle über ein Stirnrad und ein Hohlrad durch eine gemeinsame Welle angetrieben.According to the German patent 6 99 287 a torpedo drive is known in which a gas turbine over a multi-step transmission drives two coaxially arranged, opposing shafts, which in their screw characteristics carry equivalent propellers, which over the entire operating range (speed range) are in action or running at the same time. The inside shaft is replaced by an outside toothed spur gear drive and the external shaft via a spur gear and a ring gear through a common shaft driven.

Ähnliche Konzeptionen von Schiffsantrieben mit je einer Hohlwelle und einer Zentralwelle zeigen die britische Patentschrift 10 96 158 und die US-Patentschrift 34 47 611. Bei letzterer drehen die beiden Schiffsschrauben gegenläufig und ihre Drehzahlen verhalten sich umgekehrt wie die von ihnen jeweils aufgenommenen Drehmomente.Similar concepts of ship propulsion systems, each with a hollow shaft and a central shaft, show the British patent 10 96 158 and US patent 34 47 611. In the latter, the two rotate The propellers run in opposite directions and their speeds are reversed to those of them recorded torques.

Aus bekannten Gründen sind Schiffsschrauben so ausgelegt bzw. gestaltet, daß sie bei noch guten Beschleunigungseigenschaften einen möglichst großen Geschv.'indigkeitsbereich mit gutem Wirkungsgrad beherrschen. Bei Wasserfahrzeugen, die Spezialaufgaben zu bewältigen haben, wie Schlepper, sind die Schiffsschrauben entsprechend ausgelegt; im genannten Fall für große Wasserdurchsätze und niedrige Geschwindigkeiten. Wasserfahrzeuge für hohe Geschwindigkeiten rüstet man unter Inkaufnahme von Beschleunigungseinbußen mit Hochgeschwindigkeitsschrauben aus. Um ein möglichst breites Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsspektrum zu beherrschen, sind außerdem Schiffsschrauben mit in ihrer Steigung verstellbaren »Propellern« bekannt. Die benötigten Einrichtungen hierzu sind jedoch in konstruktiver und regeltechnischer Hinsicht kompliziert und teuer.For known reasons, ship propellers are designed or designed so that they are still good Acceleration properties as large a speed range as possible with good efficiency dominate. In the case of watercraft that have to cope with special tasks, such as tugs, they are Ship propellers designed accordingly; in the case mentioned for large water throughputs and low speeds. Watercrafts for high speeds are equipped with the acceptance of losses in acceleration with high-speed screws. To achieve the widest possible acceleration and To master the speed spectrum, ship propellers with adjustable pitch are also required "Propellers" known. The facilities required for this, however, are more constructive and control-related Complicated and expensive.

Einen schaltbaren Antrieb einerseits für niedrige Fahrgeschwindigkeiten bei Wasserverdrängungsfahrt mit dem Bootsrumpf im Wasser und andererseits für hohe Fahrgeschwindigkeiten bei Tragflügelbetrieb mit dem Bootsrumpf über dem Wasser zeigt die US-Patentschrift 30 81 728 für Tragflügelboote.A switchable drive on the one hand for low driving speeds when driving in water displacement with the boat hull in the water and on the other hand for high speeds with hydrofoil operation US Pat. No. 3,081,728 for hydrofoil boats shows the boat hull over the water.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb für Wasserfahrzeuge des Verdrängungsprinzips mit großen Geschwindigkeitsbereichen zu schaffen, der in seinem konstruktiven Aufbau einfach und dabei bezüglich Beschleunigung und in allen Geschwindigkeitsbereichen wirkungsgradmäßig besser ist. Außerdem sollen durch besondere Maßnahmen die Strömungsverluste spürbar verkleinert werden.It is the object of the invention to provide a drive for watercraft of the displacement principle with large To create speed ranges that are simple in its structural design and with respect to it Acceleration and in all speed ranges is better in terms of efficiency. In addition, through special measures the flow losses are noticeably reduced.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die hintere Schiffsschraube für den Betrieb im unteren bis einschließlich mittleren Geschwindigkeitsbereich ausgelegt ist und mit niedriger Drehzahl umläuft und daß die vordere Schiffsschraube für den hohen Geschwindigkeitsbereich ausgelegt ist und mit hohen Drehzahlen umläuft, wobei jeweils nur eine Schiffsschraube in Betrieb ist.This object is achieved according to the invention in that the rear propeller for operation is designed in the lower up to and including medium speed range and with low speed and that the front propeller is designed for the high speed range and with rotates at high speeds, with only one propeller in operation at a time.

Durch die Erfindung ist der grundsätzliche Vorteil gegeben, daß für den unteren und oberen Geschwindigkeitsbereich je eine in ihrem Aufbau einfache und robuste Schiffsschraube mit weitgehend optimaler Auslegungscharakteristik zur Verfügung steht.The invention has the fundamental advantage that for the lower and upper speed range a ship's propeller, which is simple in its construction and robust, with a largely optimal one Design characteristic is available.

Durch die an sich bekannte Anordnung beider Schiffsschrauben koaxial hintereinander, wobei die vordere Schiffsschraube auf einer Hohlwelle und die hintere Schiffsschraube auf einer die Hohlwelle durchsetzenden Zentralwelle angeordnet ist und erfindungsgemäß die Schiffsschraube für hohe Fahrgeschwindigkeiten vor der Schiffsschraube für niedrige Fahrgeschwindigkeiten läuft, wird die Voraussetzung für weitere vorteilhafte Maßnahmen geschaffen, insofern, als in Ausgestaltung der Erfindung beim Betrieb der hinteren Schiffsschraube die vorn liegende Schiffsschraube für hohe Fahrgeschwindigkeiten gleichzeitig als Leitbeschaufelung für die hintere Schiffsschraube dienen kann. Ferner isi diese Anordnung dafür geeignet, den Strömungsverlust, den bei einem Wasserfahrzeug, insbesondere Torpedo die Schiffsschraube für niedrige Geschwindigkeiten bei Erreichen einer hohen Geschwindigkeit bzw. der Marschgeschwindigkeit undDue to the known arrangement of the two propellers coaxially one behind the other, the front propeller on a hollow shaft and the rear propeller on a hollow shaft penetrating central shaft is arranged and according to the invention the propeller for high speeds running in front of the propeller for low speeds becomes a requirement created for further advantageous measures, insofar as in an embodiment of the invention during operation the rear propeller, the forward propeller for high travel speeds at the same time can serve as guide vanes for the aft propeller. Furthermore, this arrangement is suitable for the loss of flow that occurs in a watercraft, especially a torpedo, the propeller for low Speeds when reaching a high speed or the marching speed and

Übernahme des Antriebs durch die Hochgeschwindigkeitsschraube verursachen würde, durch erfindungsgemäßes Abwerfen, insbesondere Absprengen, der Schiffsschraube für niedrige Geschwindigkeiten ganz zu beseitigen.Takeover of the drive by the high-speed screw would cause by the invention Throwing off, especially blasting off, the propeller for low speeds is completely closed remove.

Ausgestaltend hierzu wird vorgeschlagen, zwischen der Nabe der Schiffsschraube für hohe Geschwindigkeiten und der Nabe der Schiffsschraube für niedrige Geschwindigkeiten eine insbesondere ringförmige Sprengladung vorzusehen.In a design for this, it is proposed between the hub of the propeller for high speeds and the hub of the propeller for low speeds is particularly annular Provide explosive charge.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsheispiel der Erfindung dargestellt Es zeigenIn the drawing, an exemplary embodiment of the invention is shown

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Schiffsantrieb undF i g. 1 shows a longitudinal section through a ship propulsion system and

F i g. 2 ein Wirkungsgraddiagramm, über der Fahrgeschwindigkeit betrachtet.F i g. 2 shows an efficiency diagram, viewed over the driving speed.

Nach F i g. 1 besteht der Antrieb im wesentlichen aus einem Gasturbinentriebwerk 1, einer untersetzten Getriebestufe 2, einem Differentialgetriebe 3, einer als Zentralwelle 4 ausgebildeten ersten Weite mit einer Schiffsschraube 5 für hohe Anfangsbeschleunigungen und niedrige Fahrgeschwindigkeiten und aus einer als Hohlwelle 6 ausgebildeten zweiten Welle mit einer Schiffsschraube 7 für hohe Geschwindigkeiten. Zwischen der Nabe der Schitfsschraube 7 und der Nabe der Schiffsschraube 5 ist eine Sprengladung 8 eingebaut, die dann gezündet wird. ■. enn die Schraube 7 für den hohen Geschwindigkeitsbereich den Vortrieb übernimmt. Die Schiffsschraube 7 ist gleichzeitig so gestaltet, dab sie bei niedrigen Geschwindigkeiten für die Schiffsschraube 5 als Leitbeschaufelung dient.According to FIG. 1, the drive consists essentially of a gas turbine engine 1, a reduced one Gear stage 2, a differential gear 3, a central shaft 4 designed as a first width with a Ship propeller 5 for high initial accelerations and low travel speeds and from an as Hollow shaft 6 formed second shaft with a propeller 7 for high speeds. Between the hub of the screw 7 and the hub of the propeller 5, an explosive charge 8 is installed, the then ignited. ■. hen the screw 7 takes over the propulsion for the high speed range. the At the same time, the propeller 7 is designed in such a way that, at low speeds, the propeller 5 serves as guide vanes.

Der Antrieb der Schiffsschraube 5 mit verhältnismäßig niedriger Drehzahl erfolgt über die untersetzte Getriebestufe 2, dessen getriebenes Zahnrad la mit einem Hohlrad 9 kämmt, das dem äußere;] (umlaufenden) Differentialgehäuse JO zugeordnet ist An dessen Steg 10a ist mindestens ein Planetenrad 11 drehbar gelagert, das einerseits mit einem Sonnenrad 12 und andererseits mit einem Hohlrad 13 des inneren (umlaufenden) Differentialgehäuses 14 in Eingriff steht, das durch eine Bremse 15 mit dem Maschinengehäuse 16 kuppelbar ist. Im Falle des Antriebs der Schiffsschraube 5 ist jedoch die Bremse 15 gelöst und das umlaufende Planetenrad 11 treibt über das Hohlrad 13 und das innere Differentialgehäuse 14 die Welle 4 sowie die Schiffsschraube 5 an. Dabei sind durch eine zweite Bremse 17 die Hohlwelle 6 und das Sonnenrad 12 gegenüber dem Maschinengehäuse 16 festgehalten.The propeller 5 is driven at a relatively low speed via the reduced gear stage 2, whose driven gear la meshes with a ring gear 9 which is assigned to the outer (rotating) differential housing JO. At least one planet gear 11 is rotatably mounted on its web 10a, which engages on the one hand with a sun gear 12 and on the other hand with a ring gear 13 of the inner (rotating) differential housing 14, which can be coupled to the machine housing 16 by a brake 15. In the case of the propulsion of the propeller 5, however, the brake 15 is released and the rotating planet gear 11 drives the shaft 4 and the propeller 5 via the ring gear 13 and the inner differential housing 14. The hollow shaft 6 and the sun gear 12 are held in place with respect to the machine housing 16 by a second brake 17.

Während des Antriebs der Schraube 7 wird die Zer.iralwelle 4 bzw. das innere Differentialgehäuse 14 mittels der Bremse 15 gegenüber dem Maschinengehäuse 16 festgehalten, während die Bremse 17 gelöst ist. In diesem Fall werden durch das äußere umlaufende Differentialgehäuse 10 und über das Planetenrad 11 das Sonnenrad 12 und damit die Hohlwelle 6 sowie die Schiffsschraube 7 mit höherer Drehzahl angetrieben.During the drive of the screw 7, the Zer.iralwelle 4 or the inner differential housing 14 held by the brake 15 relative to the machine housing 16 while the brake 17 is released. In In this case, through the outer rotating differential housing 10 and via the planetary gear 11, the Sun gear 12 and thus the hollow shaft 6 and the propeller 7 are driven at a higher speed.

Im Diagramm nach Fig. 2 ist auf der Abszisse die Schiffsgeschwindigkeit ν bzw. Geschwindigkeit des Torpedos und auf der Ordinate der Schilfsschraubenwirkungsgrad aufgetragen. Mit a ist die Wirkungsgradkurve der Schiffsschraube 5 und mit b die Wirkungsgradkurve der Schiffsschraube 7 bezeichnet. Im niedrigen Geschwindigkeitsbereich c ist die Schiffsschraube 5, während im Hochgeschwindigkeitsbereich d die Schiffsschraube 7 in Aktion ist. Mit e ist der Umschaltpunkt bezeichnet.In the diagram according to FIG. 2, the ship speed ν or the speed of the torpedo is plotted on the abscissa and the reed screw efficiency is plotted on the ordinate. The efficiency curve of the propeller 5 is denoted by a and the efficiency curve of the propeller 7 by b. The propeller 5 is in the low speed range c, while the propeller 7 is in action in the high speed range d. The switchover point is denoted by e.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Drive for watercraft, in particular torpedo drive, essentially consisting of an engine, in particular a gas turbine, a reduction gear connected downstream of this with a subsequent shaft drive with a hollow shaft for driving a front propeller and with a central shaft penetrating this hollow shaft for driving a rear propeller, characterized that the rear propeller (5) is designed for operation in the lower up to and including medium speed range (c) and rotates at low speed and that the front propeller (7) is designed for the high speed range (d) and runs at higher speeds, only one propeller is in operation at a time.

2. Drive according to claim 2, characterized in that during operation of the rear propeller the front propeller (7) at the same time as the guide vanes for the rear propeller (5) serves.

3. Drive according to claim 1 and 2, characterized in that the propeller blades of the rear propeller (5) are designed for low speeds so that they are in a position with during operation of the front propeller (7) for the high speed range (d) M are brought as little flow resistance as possible.

4. Drive according to claim 1 and 2, characterized in that the rear propeller (5) for low speeds after taking over the propulsion by the propeller (7) for high Eliminated speeds, especially blasted off will.

5. Drive according to claim 4, characterized in that between the hub of the propeller (7) for high speeds and the hub of the propeller (5) for low speeds an in particular ring-shaped explosive charge (8) is provided.

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