DE3716326A1

DE3716326A1 - Propeller

Info

Publication number: DE3716326A1
Application number: DE19873716326
Authority: DE
Inventors: Claus Dr Ing Oehler
Original assignee: Schempp Hirth & Co KG GmbH
Current assignee: Schempp Hirth & Co KG GmbH
Priority date: 1987-05-15
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1988-12-01
Also published as: DE3716326C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Propeller insbesondere für Schuberzeuger, Volumenstromerzeuger oder Windenergiekon verter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Unter dem Begriff des Propellers sollen im folgenden vor allem mit Luft beaufschlagte, schnell drehende Propeller verstanden werden, wie sie beispielsweise als Luftschrauben oder Prop-Fans für den Fahrantrieb von Luft- und Schienenfahrzeugen, als Rotoren in Drehflügel flugzeugen, als Volumenstromerzeuger in Ventilatoren, Gebläsen und Verdichtern oder als Windräder bzw. Wind mühlenflügel in Windenergiekonvertern verwendet werden.

Die bekannten Propeller weisen mehrere gegenüber dem Luftstrom angestellte Flügelblätter auf, die in gleichen Winkelabständen voneinander an der Nabe angeordnet und gleich lang sind. Beim Drehen erzeugen sie ein typisches Propellergeräusch, das mit zunehmender Drehzahl immer lauter wird. Die Geräuschentwicklung kann so stark werden, daß sie als Lärmbelästigung empfunden wird. Die bisher einzige Möglichkeit für eine Reduzierung des Lärmpegels bestand darin, den Propeller langsamer laufen zu lassen. Mit abnehmender Drehzahl wird allerdings auch der vom Propeller erzeugte Schub oder Volumenstrom in uner wünschter Weise herabgesetzt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, die bekannten Propeller der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie bei gleicher Leistungsfähigkeit und Umdrehungszahl eine geringere Geräuschentwicklung aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Erkenntnis aus, daß zumindest ein Teil der Propellergeräusche durch die sich an den Spitzen der Flügelblätter ablösenden End bzw. Randwirbel erzeugt werden, wobei die Endwirbel und die in diese eindringenden Blattspitzen der in Dreh richtung folgenden Flügelblätter sich in ihrer Geräusch entwicklung überlagern und verstärken. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Blatt spitzen mindestens zweier Flügelblätter des rotierenden Propellers unterschiedliche Kreisbahnen durchlaufen. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Maßnahme eine erheb liche Reduzierung des Lärmpegels erzielt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen mindestens zwei, vorzugsweise alle Flügelblätter des Luftpropellers eine unterschiedliche Länge auf. Die Ab weichung zwischen den einzelnen Blattlängen kann dabei mindestens 2%, vorzugsweise 2 bis 10%, bezogen auf die größte Blattlänge betragen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die von den Blattspitzen durchlaufenden Kreisbahnen in zueinander parallelen, axial gegeneinander versetzten Ebenen angeordnet, wobei hier die Flügelblätter selbst die gleiche Blattlänge aufweisen können.

Die erfindungsgemäße Lösung führt in aller Regel zunächst zu einer Unwucht des Systems, die ausgeglichen werden muß. Die Vorkehrungen, die zu einer Auswuchtung führen, können beispielsweise darin bestehen, daß der Winkelab stand zweier benachbarter Flügelblätter von den Winkelab ständen anderer benachbarter Flügelblätter abweicht. Die Winkelabstände der verschiedenen benachbarten Flügel blätter können dabei mindestens um 1%, vorzugsweise um 2 bis 10% bezogen auf den größten Winkelabstand von einander abweichen.

Die Auswuchtung kann auch durch die Wahl unterschiedlich schwerer Flügelblätter oder durch einen Massenausgleich an der Nabe erzeugt werden.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Geräuschminderung können an Propellern sowohl mit festem als auch mit beweg lichem Blattfuß durchgeführt werden. Insbesondere ist es vor allem bei Luftschrauben für Hilfsmotoren von Segel flugzeugen von Vorteil, wenn die Flügelblätter an ihrem Fuß um eine zur Drehachse der Nabe senkrechte Achse be grenzt verschwenkbar an der Nabe angelenkt sind und wenn die Flügelblätter unter Zusammenklappen des Propellers im wesentlichen in achsparallele Ausrichtung zur Nabe umklappbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Vierblattpropeller mit unterschiedlich langen, unsymmetrisch ange ordneten Flügelblättern;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Vierblattpropellers, dessen Blattspitzen in verschiedenen Kreisebenen laufen.

Der in Fig. 1 gezeigte Propeller besteht im wesentlichen aus einer mit einer Antriebs- oder Abtriebswelle 11 ver bundenen Nabe 10 und vier im wesentlichen radial von der Nabe abstehenden Flügelblättern 12′, 12′′, 12′′′, 12 ^IV. Die Flügelblätter sind unterschiedlich lang, so daß ihre Blattspitzen 14′, 14′′, 14′′′, 14 ^IV Kreisbahnen 16′, 16′′, 16′′′, 16 ^IV mit verschiedenen Durchmessern durch laufen. Die Blattlängen sind dabei zweckmäßig so gewählt, daß die sich bei der Propellerdrehung von jeder Blatt spitze lösenden Endwirbel in ihrem Kern gerade nicht mehr von der Spitze der nachfolgenden Flügelblätter und deren Endwirbelkernen durchstoßen werden. Im Hinblick auf die angestrebte Lärmminderung hat sich bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Luftschraube für Leichtflugzeuge ein Längenverhältnis der Flügelblätter 12′, 12′′, 12′′′, 12 ^IV von 1:0,97:0,92:0,95 als be sonders vorteilhaft erwiesen. Zur Kompensation der durch die unterschiedlichen Blattlängen induzierten Unwucht wurden zusätzlich die Winkelabstände zwischen den benach barten Fügelblättern in der dargestellten Weise variiert, wobei die Abweichungen gegenüber den bei Vierblattpro pellern üblichen rechten Winkeln bis zu 5° betragen. Diese Auswuchtungsmaßnahme trägt ebenfalls zur Minderung der Geräuschentwicklung bei.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Vier blattpropellers besteht im wesentlichen aus einer mit einer An- oder Abtriebswelle 21 verbundenen Nabe 20 und einem Kranz aus vier von der Nabe abstehenden Flügel blättern 22′, 22′′, 22′′′, 22 ^IV. Die gleichlangen Flügel blätter sind dabei so an der Nabe befestigt, daß ihre Blattspitzen 24′, 24′′, 24′′′, 24 ^IV zueinander parallele, einen axialen Abstand voneinander aufweisende Kreisebenen 26′, 26′′, 26′′′, 26 ^IV durchlaufen. Die Abstände zwischen den einander benachbarten Kreisebenen sind wiederum zweck mäßig so gewählt, daß die sich bei der Propellerdrehung von jeder Blattspitze lösenden Endwirbel in ihrem Kern nicht mit den Spitzen der nachfolgenden Flügelblätter und deren Endwirbeln kollidieren. Die aus der geo metrischen Unsymmetrie in der Ausrichtung der Flügel blätter resultierende Unwucht kann beispielsweise durch entsprechende Anpassung der Anstellwinkel der Flügel blätter gegenüber dem ankommenden Luftstrom 28 kompensiert werden.

Claims

1. Propeller, insbesondere für mit Luft beaufschlagte Schuberzeuger, Volumenstromerzeuger oder Windenergie konverter, mit mindestens zwei im wesentlichen radial von einer Nabe abstehenden, einen Winkelabstand von einander aufweisenden Flügelblättern, deren Blatt spitzen bei drehender Nabe eine Kreisbahn durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattspitzen (14; 24) mindestens zweier Flügelblätter (12, 22) des rotierenden Propellers unterschiedliche Kreisbahnen (16, 26) durch laufen.

2. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Flügelblätter (12) eine unter schiedliche Länge aufweisen.

3. Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Flügelblätter (12) unterschiedliche Längen aufweisen.

4. Propeller nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abweichung zwischen den einzelnen Blattlängen mindestens 2%, vorzugsweise 2 bis 10%, bezogen auf die größte Blattlänge beträgt.

5. Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Blattspitzen (24) durchlaufenen Kreisbahnen in zueinander parallelen, axial gegeneinander versetzten Ebenen (26) angeordnet sind.

6. Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelabstand zweier benach barter Flügelblätter (12) von den Winkelabständen anderer benachbarter Flügelblätter (12) abweicht.

7. Propeller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelabstände zwischen allen benachbarten Flügelblättern (12) unterschiedlich sind.

8. Propeller nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Winkelabstände der verschiedenen benachbarten Flügelblätter (12) mindestens um 1%, vorzugsweise um 2 bis 10%, bezogen auf den größten Winkelabstand voneinander abweichen.

9. Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelblätter (12, 22) an ihrem Fuß um eine zur Drehachse der Nabe (10, 20) senkrechte Achse begrenzt verschwenkbar an der Nabe angelenkt sind.

10. Propeller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelblätter (12, 22) unter Zusammenklappen des Propellers im wesentlichen in achsparallele Aus richtung zur Nabe (10, 20) umklappbar sind.

11. Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekenn zeichnet durch Auswuchtmittel zur Kompensation einer durch die geometrische Unsymmetrie der Flügelblätter induzierten Unwucht.