DE3036964A1

DE3036964A1 - Propeller inlet flow directing vanes for multi-screw ship - has vanes between shafts, vertically inside propeller dia., and angled up and rearwards

Info

Publication number: DE3036964A1
Application number: DE19803036964
Authority: DE
Inventors: Jens Ing.(grad.) 2331 Bistensee Osterholz; Helmut Prof. Dr. 5100 Aachen Schneekluth
Original assignee: WERFT NOBISKRUG GmbH
Current assignee: SCHNEEKLUTH, HERBERT, PROF. DR.-ING., 5100 AACHEN,
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1982-06-16

Abstract

The flow-directing vanes for a multiple-screw ship evens out the flow of water entering the propellers. They have a predetermined location, orientation and size. Their location is laterally limited by the shafts, vertically they lie inside the propeller diameter and lengthwise they extend from the propeller forward for up to 1 and a half diameters. They may be entirely within the space defined above or project into this. The incidence-angle is at least 2 deg., upwards and rearwards. Minimum area is half the propeller disc area. Across the width, the profile may vary or be interrupted.

Description

Strömungsleitflächen für MehrschraubenschiffeFlow control surfaces for multi-screw ships

Das mit dem Propeller umlaufende Druckfeld setzt sich zusammen aus einem Anteil, der auf die Verdrängungswirkung des Profils zurückgeführt werden kann, also von der Profildicke abhangt, und aus einem Anteil, der von der Profilauftriebswirkung,also von der Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite abhängt. Der Auftrieb ist in erster Linie vom Profilanstellwinkel gegen die Profilanströmung abhängig. Bei kleinen Anstellwinkeln ist der Auftrieb etwa proportional dem Anstellwinkel.The pressure field rotating with the propeller is composed of a proportion that can be attributed to the displacement effect of the profile, thus depends on the profile thickness, and from a portion that depends on the profile lift effect, i.e. depends on the pressure difference between suction and pressure side. The buoyancy is in primarily dependent on the profile angle of incidence against the profile flow. With small ones At the angle of attack, the lift is roughly proportional to the angle of attack.

Der von der Profilauftriebswirkung herrührende Anteil des Druckfeldes ist im oberen Sektor besonders stark ausgeprägt, da dort die Propelleranströmgeschwindigkeit erheblich geringer als im unteren Propellerbereich ist. Wie aus dem Vergleich von Abbildung 1 und 2 hervorgeht, ist bei einer Schraube im ungleichförmigen axialen Anströmgeschwindigkeitsfeld der Profilanstellwinkel gegen die Strömung im Bereich kleiner axialer Anströmgeschwindigkeit groß und umgekehrt, d. h., daß im oberen Sektor, wo die axiale Anströmgeschwindigkeit klein ist, der Profilauftrieb und die daraus resultierenden Druckimpulse am größten sind.The part of the pressure field resulting from the profile lift effect is particularly pronounced in the upper sector, because this is where the propeller flow velocity is considerably lower than in the lower propeller area. As from the comparison of As can be seen in Figures 1 and 2, the axial direction of a screw is irregular Inflow velocity field of the profile angle of attack against the flow in the area small axial flow velocity large and vice versa, d. i.e. that in the upper Sector where the axial flow velocity is small, the profile lift and the the resulting pressure pulses are greatest.

Im oberen Sektor wirken sich bei Mehrschraubern außer der Grenzschicht die schräg angeströmten Wellen sowie die Wellenböcke und Wel lenhosen stärker mindernd auf die axiale Anströmgeschwindigkeit aus als im unteren Sektor. Werden die Propellerwellen von Doppelschraubern parallel angeordnet und konvergiert die Strömung im Wellenbereich nach hinten gehend, dann bilden sich im Bereich zwischen den beiden Wellen Geblete starker Turbulenz und geringer Axial-Geschwindlgkelt. Bei nach hinten divergierenden Wellen ist die Turbulenz und die Geschwindigkeitseinbuße noch stärker ausgeprägt. Ungleichmäßige Zuströmung zum Propeller hat den Nachteil schlechteren Wirkungsgrades als bei gleichförmiger Anströmung und kann weiterhin Anlaß zu Schwingungen und zur Kavitation sein.In the upper sector, multi-wrenches have an effect apart from the boundary layer the obliquely flowing waves as well as the wave brackets and wave pants more strongly reducing on the axial flow velocity than in the lower sector. Will the propeller shafts arranged in parallel by twin screwdrivers and the flow converges in the wave range going backwards, Geblete form in the area between the two waves strong turbulence and low axial speed. When diverging backwards Waves, the turbulence and the loss of speed is even more pronounced. Uneven flow to the propeller has the disadvantage of poorer efficiency than with a uniform flow and can continue to give rise to vibrations and to Be cavitation.

Unglelchförmlger Nachtstrom kann lm System Propeller - Welle - Motor Schwingungen auslösen, wobei Dreh-, Biege- und Schubschwingungen auftreten können. Die Stärke der durch den oder die Propeller ausgelösten Schiffskörper-Vibratlonen hängt u. a. von folgenden Faktoren ab: 1. Steifigkeit des Schiffskörpers im Propellerbereich 2. Möglichkeit der Interferenz zwischen Schiffskörperschwingungen und Propeller-Flügel-Impulsen 3. Stärke der einzelnen Druckimpulse, die wiederum von folgenden Faktoren abhängen: a) Abstand der Flügelspitzen von der Außenhaut b) Anzahl der Flügel c) aufzubringender Gesamtschub d) Schubverteilung über das Blatt e) Verdrängungswirkung des Flügels, Profildicke Zur Reduktion von propellererregten Hinterschiffsvibrationen sind folgende Maßnahmen üblich: 1. steife Ausführung der propellernahen Schiffsteile 2. Vermeidung von Interferenzen zwischen Propellerimpulsen und Schiffsschwingungen 3. Reduktion der Druckimpulse des Propellers durch großen Abstand der Flügelspitzen von der Schiffsaußenhaut durch Verteilung des Schubs auf eine große Anzahl von Flügeln durch Entlastung der Flügelspitzen durch Ausführung des Propellers aus möglichst hochwertigem Material, um die Profildicke und damit die Verdrängungswirkung der Flügel klein halten zu können 4. torsionselastische Ausführung des Propellers derart, daß sich die Anstellung der äußeren Profile der Belastung anpaßt, z. B. in Form des sogenannt-en Skew-Propellers Bei der Schubverteilung über das Propellerblatt sucht man die Flügelspitzen zu entlasten durch außen verringerte Steigung und durch außen kleinere Profillänge (Pik-As-Form). Beide Maßnahmen könnten zu Wirkungsgradseinbußen führen.Uneven-shaped night power can be used in the propeller - shaft - motor system Trigger vibrations, whereby torsional, bending and shear vibrations can occur. The strength of the hull vibratlons caused by the propeller or propellers depends among other things. on the following factors: 1. Rigidity of the hull in the propeller area 2. Possibility of interference between hull vibrations and propeller blade impulses 3. Strength of the individual pressure impulses, which in turn depend on the following factors: a) Distance of the wing tips from the outer skin b) Number of wings c) to be applied Total thrust d) thrust distribution over the blade e) displacement effect of the wing, Profile thickness The following are used to reduce propeller-induced aft ship vibrations Common measures: 1. Rigid design of the parts of the ship near the propeller 2. Avoidance of interference between propeller impulses and ship vibrations 3. Reduction the pressure impulses of the propeller due to the large distance between the wing tips and the ship's outer skin by distributing the thrust to a large number of wings by relieving the Wing tips by making the propeller from the highest possible quality material, to keep the profile thickness and thus the displacement effect of the wings small 4. Torsionally elastic design of the propeller in such a way that the employment the outer profile adapts to the load, e.g. B. in the form of the so-called skew propeller When distributing thrust via the propeller blade, one tries to relieve the wing tips due to a reduced slope on the outside and a smaller profile length on the outside (ace of spades). Both measures could lead to a loss of efficiency.

Die Schubverteilung hängt auch von der Verteilung der Propelleranströmgeschwindigkeit ab. Kleine axiale Asntrömgeschwindigkeit führt zu hohem örtlichem Schub. Umgekehrt kann sehr hohe Anströmgeschwindigkeit zu kleinem, sogar zu negativem Schub - also zur Bremsung - führen.The thrust distribution also depends on the distribution of the propeller approach velocity away. Small axial flow velocity leads to high local thrust. Vice versa can very high flow velocity to small, even negative thrust - that is to braking - lead.

Nachfolgend wird in den Abbildungen 1 und 2 verdeutlicht, daß ein Propellerblattelement bei hoher axialer Anströmgeschwindigkeit einen kleinen Anstellwinkel und damit kleinere Auftriebskräfte erzeugt und kleinere Druckimpulse auf die Umgebung ausübt als bei kleiner axialer Anströmgeschwindigkeit.It is illustrated below in Figures 1 and 2 that a Propeller blade element has a small angle of attack at high axial flow velocity and thus produces smaller buoyancy forces and smaller pressure impulses on the environment exerts than at a lower axial flow velocity.

Abbildung 1 zeigt ein Geschwindigkeitsschaubild für ein Propellerblattprofil in hoher axialer Anströmgeschwindigkeit. Abbildung 2 zeigt dasselbe Profil bei gleicher Drehzahl in einem Gebiet kleiner axialer Anströmgeschwindigkeit.Figure 1 shows a speed diagram for a propeller blade profile in high axial flow velocity. Figure 2 shows the same profile with the same Speed in an area of low axial flow velocity.

In den Abbildungen 1 und 2 bedeuten: VA Propelleranströmgeschwindigkeit gleich Schiffsgeschwindigkeit minus Nachstromgeschwindigkeit UA axiale Komponente der Zusatzgeschwindigkeit durch die Zirkulation UT tangentiale Komponente der Zusatzgeschwindigkeit W1 von der Zirkulation ungestörte Anströmgeschwindigkeit wr Umfangsgeschwindigkeit des Zylinderschnittprofils n Drehzahl P Steigung des Profils "wahre Stelgungswinkel", Anströmwinkel, wenn durch das angeströmte Profil die Strömung nicht beeinflußt wird ß. induzierter Anströmwinkel bei Berücksichtigung der Zirkulation Profilanstellwinkel, bezogen auf die wirksame Anströmrichtung Erfindungsgemäß kann man nun die Zuströmung zum Propeller dadurch vergleichmäßigen, daß man zwischen den beiden Wellen in der Nähe der Propeller Leitflächen anordnet, die einen A tellwinkel nach hinten oben haben. Damit wird die Anströmgeschwindigkeit im oberen Propellerbereich beschleunigt und im unteren Bereich verlangsamt.In Figures 1 and 2: VA propeller flow velocity equal to ship speed minus wake speed UA axial component the additional speed due to the UT circulation tangential component of the additional speed W1 flow speed undisturbed by the circulation wr circumferential speed of the cylinder section profile n speed P slope of the profile "true position angle", Angle of attack, if the flow is not influenced by the flow profile ß. induced angle of attack taking into account the circulation profile angle of attack, based on the effective direction of flow According to the invention you can now equalize the flow to the propeller by moving between the two shafts close to the propeller are arranged with baffles, which have a pitch angle have to the rear up. This means that the approach velocity is in the upper propeller area accelerated and slowed down in the lower area.

Ferner werden die groben Turbulenzen reduziert.Furthermore, the rough turbulence is reduced.

Mit der Beschleunigung der Strömung im oberen Bereich ist dort eine Propellerflügelspitzenentlastung verbunden, womit eine Reduktion der Erregung von Außenhautschwingungen gegeben ist.With the acceleration of the flow in the upper area there is one Propeller blade tip relief connected, thus reducing the excitation of Outer skin vibrations is given.

Mit diesen Leitflächen sind folgende Wirkungen verbunden: 1. Die Druckimpulse auf die Außenhaut werden so stark reduziert, daß einige Maßnahmen, die sonst zur Reduktion von Vibrationen üblich sind - aber den Leistungsbedarf erhöhen - entweder entfallen können oder nur in vermindertem Maße angewandt zu werden brauchen. So kann der Abstand der Flügelspitzen von der Außenhaut kleiner yehalten werden. Damit wird auch der Widerstand der Anhänge kleiner. Die Maßnahmen zur Flügelspitzenentlastung - wie Steigungsreduktion und Profilverkürzung im äußeren Bereich - können reduziert werden oder entfallen.The following effects are associated with these guide surfaces: 1. The pressure pulses on the outer skin are so greatly reduced that some measures that would otherwise be used for Reduction of vibrations are common - but increase the power requirement - either can be omitted or only need to be used to a lesser extent. So the distance between the wing tips and the outer skin can be kept smaller. In order to the resistance of the attachments also becomes smaller. The measures for wing tip relief - such as slope reduction and profile shortening in the outer area - can be reduced will be or will be omitted.

2. Der Leistungsbedarf wird unabhängig von den unter 1. genannten Fakten gesenkt. Gegenüber der konventionellen Anordnung von Doppel schrauben bedeutet die Anordnung einer Leitfläche besonders dann eine Verbesserung des Wirkungsgrades, wenn die Wellen parallel angeordnet sind oder wenn sie nach hinten divergieren. Der Vorteil macht sich weniger bemerkbar, wenn die Wellen nach hinten konvergieren.2. The power requirement is independent of those mentioned under 1. Facts lowered. Compared to the conventional arrangement of double screws means the arrangement of a guide surface especially an improvement of the efficiency, when the waves are parallel or when they diverge backwards. The benefit is less noticeable when the waves converge backwards.

3. Die Propeller neigen weniger zur Kavitation infolge der gleichförmigen Anströmung.3. The propellers are less prone to cavitation due to the uniform Inflow.

Zur Ausführung der Leltflächen sind noch folgende Details zu nennen: 1. Wle Versuche zeigen, ist die Reduktion des Leistungsbedarfs bei über oben nach außen schlagenden Propellern am stärksten ausgeprägt, wenn dabei auch die nach hinten oben angestellte Leitfläche nicht reduzierend auf die Drall-EnergievrlÜste wirkt.The following details are to be mentioned for the execution of the drainage areas: 1. As experiments show, the reduction in the power requirement is above above after Outwardly striking propellers are most pronounced, albeit those to the rear The guide surface positioned above does not have a reducing effect on the swirl energy loss.

2. Leitflächenüberstände über den Zwischenraum zwischen den Wellen hinausgehend haben meist geringere Wirkung.2. Guide surface protrusions over the space between the shafts going beyond this usually have less of an effect.

3. Im Seegang ist bei der beschriebenen Anwendung einer Leitfläche ein Freischlagen des Propeller weniger zu befürchten.3. In the rough sea there is a guide surface in the application described there is less risk of the propeller striking free.

4. Die Leitfläche kann auch statische Funktionen übernehmen.4. The guide surface can also take on static functions.

5. Die Leitfläche trägt zur Stampfschwingungsdämpfung bei.5. The guide surface contributes to the damping of pitch vibrations.

6. Die Leitfläche kann zum Rumpf hin abgestützt werden.6. The guide surface can be supported towards the fuselage.

7. Das Profil der Leitfläche richtet sich u. a. nach statischen Gesichtspunkten und im Eintrittsbereich nach der Kavitationssicherheit.7. The profile of the guiding surface depends, inter alia, on. from a static point of view and in the entry area after the cavitation safety.

Abbildung 3 zeigt das Heck eines Doppelschraubenschiffes mit einer Leitfläche zwischen den Wellenhosen von der Seite gesehen.Figure 3 shows the stern of a twin screw ship with a Guide surface between the wave pants seen from the side.

Abbildung 4 zeigt dasselbe Schiffsheck von unten gesehen.Figure 4 shows the same stern seen from below.

In den Abbildungen 3 und 4 bedeuten: 1 - Schiffskontur 5 - Propeller 2 - Gillungslinie 6 - Wellenhosen, ausgeführt als Grim'sche Wellen 3 - Kiel 7 - Ruder 7 - Strömungsleitfläche gem. Anspruch 1 4 - Ruder 8 - das ausgekreuzte Parallelepiped ist der Raum, in dem die Leitfläche nach Anspruch 1 angeordnet wird oder in den die Leitfläche hineinragt LeerseiteIn figures 3 and 4: 1 - ship contour 5 - propeller 2 - Gill line 6 - wave pants, designed as Grim waves 3 - keel 7 - Rudder 7 - flow guide surface according to claim 1 4 - Rudder 8 - the crossed out parallelepiped is the space in which the guide surface is arranged according to claim 1 or in the the guide surface protrudes Blank page

Claims

Claims 1. Flow guide surfaces on multi-screwdrivers for the purpose the equalization of the propeller influx, characterized by the location of the attachment, the profile direction and the size of the flow guide surfaces.

The location of the attachment of the flow guide surface is on the side limited by the propeller shaft. In terms of height, the flow guide surface is within of the propeller diameter, lengthwise from the propeller up to one and a half Propeller diameter forward. The guide surface can be entirely in the space described be positioned or only protrude into it. The inclination of the profile skeletons inie is at least 2 degrees back and up. The size of the guide surface is at least half a propeller disk area.

2. Guide surface according to claim 1, characterized in that this Seen across the width, the profile changes or is interrupted.

3. Guide surface according to claim 1 and 2, characterized in that the width of this is continued outside of the waves.

4. guide surface according to claim 1 to 3, characterized in that Flaps are arranged at the end of the profile in order to adjust the effective angle of attack to the operating state adapt.

5. Leltflächenach claim 1 to 4, characterized in that several guide surfaces are arranged in the space limited under 1. or. in these Protrude into space.