DE2626304A1 - FULLY CAVITATING SHIP PROPELLER BLADE - Google Patents
FULLY CAVITATING SHIP PROPELLER BLADEInfo
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Description
DIPL.-ING. KLAUS BEHN DIPL.-PHYS ROBERT MÜNZHUBERDIPL.-ING. KLAUS BEHN DIPL.-PHYS ROBERT MÜNZHUBER
WIDENMAYERSTRASSE 6 D 8000 MÜNCHEN 22 TEL. (089) 22 25 30 - 29 51 92WIDENMAYERSTRASSE 6 D 8000 MUNICH 22 TEL. (089) 22 25 30 - 29 51 92
A 129/130 76 Be/De 11· Juni 1976 A 129/130 76 Be / De 11 June 1976
Firma AKTIEBOLAGET KARLSTADS MEKANISKA WERKSTAD, 20, Verkstadsgatan, S-652 21 Karlstad, SchwedenAKTIEBOLAGET KARLSTADS MEKANISKA WERKSTAD, 20, Verkstadsgatan, S-652 21 Karlstad, Sweden
Vollkavitierendes SchiffspropellerblattFully cavitating ship propeller blade
Die Erfindung betrifft ein vollkavitierendes Schiffspropellerblatt, das teilweise aus einem Primärteil mit einem Ncminal-Querschnittsprofil besteht, das im wesentlichen keilförmig ist und sich in der beabsichtigten Bewegungsrichtung des Blattes erstreckt und das begrenzt ist durch eine Saugseite und eine Druckseite, die zu einer Vorderkante zusammenlaufen, sowie eine stumpfe Hinterkante, die im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung verläuft, und das teilweise aus einem Anhang besteht, der mit der stumpfen Hinterkante des Primärteiles verbunden ist, wobei das Ko.^inal-Querschnittsprofil des Anhanges begrenzt ist durch eine erste Seite, die eine ununterbrochene Verlängerung der Saugseite des Primärteiles bildet, durch eine zweite Seite, welche mit der ersten Seite zu einer Hinterkante zusammenläuft, und durch eine dritte Seite, welche die stumpfe Hinterkante des N-aninal-Querschnittsprofils des ersten Teiles berührt .The invention relates to a fully cavitating ship propeller blade, that partly consists of a primary part with an Ncminal cross-sectional profile which is substantially wedge-shaped and extends in the intended direction of movement of the sheet and delimits that is characterized by a suction side and a pressure side, which converge to form a leading edge, as well as a blunt trailing edge, which in the runs essentially transversely to the direction of movement, and which partly consists of an appendix that connects to the blunt trailing edge of the Primary part is connected, the Ko. ^ Inal cross-sectional profile of the attachment is limited by a first side, which forms an uninterrupted extension of the suction side of the primary part a second side which converges with the first side to a trailing edge, and by a third side which is the blunt Touches the trailing edge of the N-aninal cross-sectional profile of the first part .
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Me-CK P n« & Co M_nCt-e~ Nr 25464 1 Bankhaus H Aufhäuser München. Nr 261300 Post*check München 20904-800 Me-CK P n «& Co M_n C te ~ Nr 25464 1 Bankhaus H Aufhäuser Munich. No. 261300 Post * check Munich 20904-800
Schiffspropellerblätter der üblichen Art haben in ihrer Bewegungsrichtung stromlinienförmige Querschnittsprofile, die durch Bogenlinien begrenzt sind, die in Richtung auf die Vorderkante und auch auf die Hinterkante zusammenlaufen, wodurch die Hinterkante dünn und sehr scharf wird. Diese Art eines Propellerblattes ist dazu bestimmt, nichtkavitierend oder nur teilweise kavitierend zu arbeiten, wodurch die Saugseite und auch die Druckseite sich in unmittelbarer Berührung mit dem umgebenden Wasser befindet.Ship propeller blades of the usual type have in their direction of movement streamlined cross-sectional profiles that are bounded by arcuate lines that point towards the leading edge as well converge on the trailing edge, making the trailing edge thin and very sharp. This type of propeller blade is about it intended to work non-cavitating or only partially cavitating, whereby the suction side and also the pressure side are in direct contact Contact with the surrounding water.
Für schnelle Schiffe mit hochbelasteten Propellern, d.h. bei Bedingungen, unter denen eine sehr starke Kavitation an den Propellerblättern nicht vermieden werden kann, werden vollkavitierende Propellerblätter verwendet. Unter den genannten Arbeitsbedingungen ist die Saugseite eines solchen Propellerblattes in einer einzigen zusammenhängenden Dampfblase eingeschlossen, die sich von der Vorderkante der Saugseite zur Hinterkante der Druckseite erstreckt. Der einzige nasse Teil des Propellerblattes ist dabei seine Druckseite. For fast ships with heavily loaded propellers, i.e. under conditions under which a very strong cavitation on the propeller blades cannot be avoided, become fully cavitating Propeller blades used. Under the working conditions mentioned, the suction side of such a propeller blade is in a single one coherent vapor bubble included, which extends from the leading edge of the suction side to the trailing edge of the pressure side. The only wet part of the propeller blade is its pressure side.
Propellerblätter, die so ausgebildet sind, daß sie einen hohen Wirkungsgrad bei Vollkavitation aufweisen, haben eine Druckverteilung, die von derjenigen üblicher Propellerblätter abweicht, und sie haben - wie oben erwähnt - , auch ein abweichendes Querschnittsprofil. Die meisten bekannten vollkavitierenden Propellerblätter haben keilförmige Querschnittsprofile mit einer dünnen,scharfen Vorderkante und einer verhältnismäßig dicken, stumpfen Hinterkante.Propeller blades designed to be highly efficient have in full cavitation, have a pressure distribution that differs from that of conventional propeller blades, and they have - as mentioned above - a different cross-sectional profile. Most known fully cavitating propeller blades have wedge-shaped cross-sectional profiles with a thin, sharp one Leading edge and a relatively thick, blunt trailing edge.
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Der wesentlichste Vorteil eines vollkavitierenden Propellerblattes besteht darin, daß die Gefahr einer Beschädigung durch Kavitation bei solchen Arbeitsbedingungen, für die das Blatt bestimmt ist, beträchtlich reduziert werden, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die gesamte Saugseite dann in einer zusammenhängenden Dampfblase eingeschlossen ist und daß keine Implosion auf der Blattoberfläche auftritt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei niedrigen Kavitationszahlen, d.h. bei hohen Geschwindigkeiten, der Wirkungsgrad höher ist als bei einem Propellerblatt mit üblichem Querschnittsprofil. The main advantage of a fully cavitating propeller blade is that the risk of damage from cavitation in those working conditions for which the blade is intended, can be reduced considerably, due to the fact that the entire suction side is then in a coherent vapor bubble is included and that no implosion on the leaf surface occurs. Another advantage is that at low cavitation numbers, i.e. at high speeds, the efficiency is higher than that of a propeller blade with a conventional cross-sectional profile.
Die Nachteile eines bekannten vollkavitierenden Propellerblattes, wie es oben beschrieben ist, im Vergleich zu einem entsprechenden Propellerblatt üblicher Ausbildung, bestehen darin, daß unter Arbeitsbedingungen, bei denen nur eine sehr geringe oder keine Kavitation auftritt, das vollkavitierende Propellerblatt im allgemeinen einen geringeren Wirkungsgrad hat aufgrund von Trennungsverlusten an der stumpfen Hinterkante und daß sich eine Kavitation aufgrund der ungleichmäßigen Druckverteilung früher entwickelt.The disadvantages of a known fully cavitating propeller blade, As described above, in comparison to a corresponding propeller blade of conventional design, consist in the fact that under working conditions, in which only very little or no cavitation occurs, the fully cavitating propeller blade in general has a lower efficiency due to separation losses at the blunt trailing edge and cavitation due to the uneven pressure distribution developed earlier.
Bei Propellern mit festen Blättern bewirkt ein Querschnittsprofil mit einer stumpfen Hinterkante eine schlechte Leistung beim Rückwärtsdrehen, da diese stumpfe Hinterkante beim Rückwärtsdrehen als Vorderkante wirkt. Um die Rückwärtsdreheigenschaften solcher Propeller zu verbessern, ist vorgeschlagen worden (DT-PS 1 113 386), daß das rückwärtige Ende des Propellerblattes mit einem Anhang versehen wird, dessen Querschnittsprofil durch drei Seiten begrenztFor propellers with fixed blades, a cross-sectional profile with a blunt trailing edge will cause poor reverse rotation performance, because this blunt trailing edge acts as a leading edge when turning backwards. To the reverse rotation properties of such To improve propellers, it has been proposed (DT-PS 1 113 386) that the rear end of the propeller blade with an attachment is provided whose cross-sectional profile is limited by three sides
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ist, von denen eine eine kontinuierliche Erstreckung der Saugseite des Blattes darstellt, während die andere eine um etwa 30° winklige lineare Erstreckung der Druckseite des Blattes bildet, wodurch die beiden Anhangseiten zu einer scharfen Hinterkante zusammenlaufen. Die dritte Anhangseite fällt mit der ganzen stumpfen Hinterkante des NQninal-QuerSchnittprofils der Blatthinterseite zusammen, die sich vor dem Anhang befindet. Bei niedrigen Geschwindigkeiten, wenn also nur sehr geringe oder keine Kavitation auftritt, ergibt ein solches Propellerblatt jedoch einen weniger guten Wirkungsgrad bei Vorwärtsfahrt, da die starkwinklige Druckseite des Anhanges eine Trennzone erzeugt, die fast so breit ist wie diejenige, die sich hinter einer stumpfen Hinterkante entwickelt, und es ergibt die ausgedehnte Saugseite einen zusätzlichen Widerstand aufgrund der Reibung.is one of which is a continuous extension of the suction side of the leaf, while the other is angled by about 30 ° linear extension of the print side of the sheet forms, whereby the two appendix pages converge to a sharp trailing edge. The third appendix page coincides with the entire blunt trailing edge of the NQninal cross-sectional profile of the rear side of the sheet together, which is located in front of the attachment. At low speeds, i.e. when very little or no cavitation occurs, However, such a propeller blade results in a less good efficiency when driving forward, since the strong-angled pressure side of the Appendix creates a separation zone which is almost as wide as that which develops behind a blunt trailing edge, and it results the extended suction side an additional resistance due to the friction.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu verringern. Die unterscheidenden Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnung.The aim of the present invention is to overcome the disadvantages mentioned above to reduce. The distinguishing features of the invention emerge from the patent claims and from the following description the attached drawing.
Durch Verbindung eines Anhanges mit der Blatthinterseite in solcher Weise, daß eine Trennkerbei auf der Druckseite des Blattes erhalten wird, die zumindest angenähert rechte Winkel in Richtung auf die zunächst liegenden Teile der Oberflächen der Blatthinterseite und des Anhanges bildet, und durch konvexe Ausbildung der Druckseite des Anhanges wird erreicht, daß bei leichter oder keiner Kavitation Wasser, das entlang der Druckseite der Blatthinterseite fließt,By connecting an appendix with the back of the sheet in such Way that a separating notch is obtained on the printing side of the sheet which is at least approximately right angles in the direction of the initially lying parts of the surfaces of the back of the sheet and of the appendix forms, and by convex formation of the pressure side of the appendix ensures that, with slight or no cavitation, water flowing along the pressure side of the back of the leaf,
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auch entlang der Druckseite des Anhanges kurz hinter der Trennkerbe fließt. Der Trennbereich wird dadurch hauptsächlich hierauf begrenzt entsprechend der Höhe der Trennkerbe.also along the pressure side of the attachment just behind the dividing notch flows. The separation area is thereby mainly limited to this according to the height of the separation notch.
Fig. 1 zeigt ein Querschnittsprofil eines bekannten vollkavitierenden Propellerblattes unter einer Arbeitsbedingung, in der leichte oder keine Kavitation auftritt,Fig. 1 shows a cross-sectional profile of a known fully cavitating Propeller blade under a working condition in which slight or no cavitation occurs,
Fig. 2 zeigt das Ausmaß von Kavitation an dem in Fig. 1 gezeigten Querschnittsprofil in einer Arbeitsbedingung, bei welcher VoIlkavitation auftritt,FIG. 2 shows the extent of cavitation on the cross-sectional profile shown in FIG. 1 in a working condition in which full cavitation occurs,
Fig. 3 zeigt ein Querschnittsprofil eines vollkavitierenden Propellerblattes gemäß der Erfindung unter einer Arbeitsbedingung, in welcher leichte oder keine Kavitation auftritt, und3 shows a cross-sectional profile of a fully cavitating propeller blade according to the invention under a working condition in which slight or no cavitation occurs, and
Fig. 4 zeigt das Ausmaß der Kavitation bei dem in Fig. 3 gezeigten Querschnittsprofil bei einer Arbeitsbedingung, bei welcher Vollkavitation auftritt.FIG. 4 shows the extent of cavitation in that shown in FIG. 3 Cross-sectional profile for a working condition in which full cavitation occurs.
Fig. 1 zeigt ein Querschnittsprofil 1 eines bekannten vollkavitierenden Propellerblattes. Der Pfeil unter der Fig. zeigt die Bewegungsrichtung des Propellerblattes. Das Querschnittsprofil 1 ist begrenzt durch eine Saugseite 3, eine Druckseite 5 und eine stumpfe Hinterkante 7, die sich quer zu den genannten Seiten erstreckt. Die Saugseite 3 und die Druckseite 5 laufen zu einer scharfen Vorderkante 9 zusammen.Fig. 1 shows a cross-sectional profile 1 of a known fully cavitating Propeller blade. The arrow below the figure shows the direction of movement of the propeller blade. The cross-sectional profile 1 is limited by a suction side 3, a pressure side 5 and a blunt rear edge 7 which extends transversely to said sides. the Suction side 3 and pressure side 5 run to a sharp leading edge 9 together.
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An der Hinterkante 7 sind Störungen 11, die sich in der Strömung um das Querschnittsprofil 1 bei einer nicht kavitierenden oder teilweise kavitierenden Arbeitsweise entwickeln, durch gestrichelte Linien dargestellt.At the trailing edge 7 are disturbances 11, which are in the flow to develop the cross-sectional profile 1 in a non-cavitating or partially cavitating mode of operation, indicated by dashed lines Lines shown.
Fig. 2 zeigt das Ausmaß einer Dampfblase 13 am Querschnxttsprofil 1, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, bei einer Arbeitsbedingung, bei welcher Vollkavitation auftritt. Der Pfeil unter der Fig. zeigt die Bewegungsrichtung des Propellerblattes. Die Dampfblase 13 schließt die gesamte Saugseite 3 und die stumpfe Hinterkante 7 ein und implodiert in einer sicheren Entfernung hinter der stumpfen Hinterkante 7.FIG. 2 shows the extent of a vapor bubble 13 on the cross-sectional profile 1, as shown in FIG. 1, under a working condition at which full cavitation occurs. The arrow below the figure shows the direction of movement of the propeller blade. The vapor bubble 13 includes the entire suction side 3 and the blunt trailing edge 7 and implodes at a safe distance behind the blunt Trailing edge 7.
Fig. 3 zeigt ein vollkavitierendes Propellerblatt 21 gemäß der Erfindung mit einem Anhang 23. Der Pfeil unter der Fig. zeigt die Bewegungsrichtung des Propellerblattes 21. Das Gesamtquerschnittsprofil des Propellerblattes 21 umfaßt zwei Profilteile, die in der Fig. durch eine unterbrochene vertikale Linie 24 getrennt sind, nämlich teilweise das NOminal-Querschnittsprofil des Anhanges 23, teilweise das NOminal-Querschnittsprofil eines Primärteiles 25 entsprechend demjenigen, wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Das Gesamtquerschnittsprofil des Propellerblattes 21 ist begrenzt durch Saugseiten 27,28, die sich in einer ungebrochenen Bogenlinie von einer scharfen Vorderkante 29 zu einer scharfen Hinterkante 31 erstrecken, und durch Druckseiten 33,34 mit einer Trennkerbe 35 zwischen ihnen. Die Trennkerbe 35 bildet einen im wesentlichen geraden Winkel mit der Bewegungsrichtung des Propeller-Fig. 3 shows a fully cavitating propeller blade 21 according to the invention with an attachment 23. The arrow below the figure shows the direction of movement of the propeller blade 21. The overall cross-sectional profile The propeller blade 21 comprises two profile parts which are separated by a broken vertical line 24 in the figure are, namely partly the NOminal cross-sectional profile of appendix 23, partly the NOminal cross-sectional profile of a primary part 25 corresponds to that shown in FIGS. The overall cross-sectional profile of the propeller blade 21 is limited by suction sides 27, 28, which extend in an unbroken arcuate line from a sharp front edge 29 to a sharp one Extending rear edge 31, and through printing sides 33,34 with a separating notch 35 between them. The separating notch 35 forms an im substantial straight angle with the direction of movement of the propeller
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blattes 21 und ist ausgerichtet mit der gestrichelten Teilungslinie 24 zwischen dem Nominal-Querschnittsprofil des Primärteiles 25 und dem Nominal-Querschnittsprofil des Anhanges 23. Die Saugseite 28 und die Druckseite 34, welche den Anhang 23 begrenzen, sind im wesentlichen konvex und laufen in der scharfen Hinterkante 31 zusammen. Auf dem gesamten Querschnittsprofil des Propellerblattes 21 ist die Dicke des Primärteiles 25 unmittelbar vor der Trennkerbei 35 mit einem t bezeichnet, während die Höhe der Trennkerbe mit einem h und die Länge des Anhanges 23 in Bewegungsrichtung des Propellerblattes 21 mit la bezeichnet ist. An der Trennkerbe 35 sind verhältnismäßig geringe Störungen 37 durch gestrichelte Linien dargestellt. Diese Störungen entwickeln sich bei einer rieht kavitierenden oder nur teilweise kavitierenden Arbeitsweise.sheet 21 and is aligned with the dashed division line 24 between the nominal cross-sectional profile of the primary part 25 and the nominal cross-sectional profile of Appendix 23. The suction side 28 and the print side 34, which delimit the appendix 23, are essentially convex and run in the sharp rear edge 31 together. On the entire cross-sectional profile of the propeller blade 21, the thickness of the primary part 25 is immediately in front of the Separating notch at 35 with a t, while the height of the separating notch with an h and the length of the attachment 23 in the direction of movement of the propeller blade 21 is designated by la. At the separating notch 35, relatively minor disturbances 37 are indicated by dashed lines Lines shown. These disorders develop in a person cavitating or only partially cavitating way of working.
Fig. 4 zeigt das Ausmaß einer Dampfblase 39 am Querschnittsprofil des Propellerblattes 21, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, bei einer Arbeitsweise, bei welcher Vollkavitation auftritt. Der Pfeil unter der Fig. zeigt die Bewegungsrichtung des Propellerblattes 21. Die Dampfblase 29 schließt die Saugseiten 27,28, die Druckseite 34 des Anhanges 23 und die Trennkerbe 35 ein und implodiert in einem Abstand hinter der Hinterkante 31 des Anhanges 23. Nur die Druckseite 33 zwischen der Vorderkante 29 und der Trennkerbe 35 befindet sich in unmittelbarer Berührung mit dem Wasser.4 shows the extent of a vapor bubble 39 on the cross-sectional profile of the propeller blade 21, as shown in Fig. 3, in an operation in which full cavitation occurs. The arrow below The figure shows the direction of movement of the propeller blade 21. The steam bubble 29 closes the suction sides 27, 28, the pressure side 34 of the appendix 23 and the separating notch 35 and implodes at a distance behind the rear edge 31 of the appendix 23. Only the print side 33 between the leading edge 29 and the separating notch 35 is in direct contact with the water.
Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß Schiffspropellerblätter mit den erfindungsgemäßen Querschnxttsprofxlen eine beträchtlich bessere Leistung aufweisen als vollkavitierende Propellerblätter mit früher bekannten Querschnxttsprofxlen bezüglich des Wirkungsgrades bei nicht kavitierenden oder nur leicht kavitierenden Ar-Tests carried out have shown that ship propeller blades with the cross-section profiles according to the invention have a considerably better performance than fully cavitating propeller blades with previously known cross-sectional profiles with regard to the degree of efficiency in non-cavitating or only slightly cavitating ar-
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beitsweisen und bei Rückwärtsdrehung, weil der Anhang 23 und diebeits and when rotating backwards, because the appendix 23 and the
aufweisen Trennkerbe 35 beträchtlich geringere Trennverluste als eine breite, querverlaufende stumpfe Hinterkante 7. Bei vollkavitierenden Arbeitsbedingungen hat der Anhang 23 keinen Einfluß auf den Wirkungsgrad, da bei richtiger Dimensionierung des Anhanges sich dieser vollständig innerhalb der Dampfblase 3 9 befindet. Untersuchungen in einem Kavitationskanal haben gezeigt, daß der Anhang 23 eine Länge la-gemessen in Bewegungsrichtung des Propellerblattes 21 - haben sollte, die zumindest 1,5 χ die Dicke t des Propellerblattes 21 - gemessen unmittelbar vor der Trennkerbe 35 - ist, und daß die Höhe h der Trennkerbe 35 verändert werden kann zwischen 1% und 25% der gleichen Blattdicke t. Modelluntersuchungen mit einem Propeller, bei dem die Höhe h der Trennkerbe 10% der Blattdicke t betrug, haben gezeigt, daß die Saugverluste bei geringer oder keiner Kavitation nur 10% derjenigen Verluste betragen haben, die bei einem entsprechenden Propeller ohne Anhang auftreten, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades von 2 bis 3% bedeutet.have a separating notch 35 considerably lower separating losses than a wide, transverse blunt trailing edge 7. In fully cavitating working conditions Appendix 23 has no influence on the degree of efficiency, since with correct dimensioning of the appendix this is completely within the vapor bubble 3 9. Investigations in a cavitation channel have shown that the attachment 23 has a length 1 a - measured in the direction of movement of the propeller blade 21 - should have at least 1.5 χ the thickness t of the propeller blade 21 - measured immediately in front of the separating notch 35 - and that the height h of the separating notch 35 can be varied between 1% and 25% of the same sheet thickness t. Model studies with a propeller in which the height h of the separating notch was 10% of the blade thickness t, have shown that the suction losses are lower or no cavitation were only 10% of those losses that occur with a corresponding propeller without an attachment, which means an improvement in efficiency of 2 to 3%.
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