DE4025339A1 - Leitflaechensystem - Google Patents
LeitflaechensystemInfo
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- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
- B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
- B63H5/16—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in recesses; with stationary water-guiding elements; Means to prevent fouling of the propeller, e.g. guards, cages or screens
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Leitflächensystem am
Heck von Einschraubenschiffen, bestehend aus Strömungs
elementen, wobei eine Ringdüse schiffsfest im Horizon
talabstand bis zu einem Propellerdurchmesser vor dem
Propeller angeordnet ist, die gegebenenfalls aus Halb
schalen gebildet ist und die mit der Schiffsaußenhaut
bzw. mit der Mittschiffsebene jeweils einen geschlos
senen Ring bilden.
Anordnungen mit Ringdüsen sind bekannt. Eine spezielle
Ausbildung ist nach der DE-PS 32 16 578 bekannt
geworden, um eine Erhöhung des Propulsionsgütegrades
und eine Vergleichmäßigung der Propelleranström
geschwindigkeit zu gewährleisten.
Der Wasserzufluß für die dem Schiffspropeller vorge
schalteten Ringdüsen richtet sich weitgehend nach der
Schiffsform. Die Strömung verläuft meist zur Mitt
schiffsebene hin konvergierend und leicht nach hinten
auflaufend. Die Achsrichtung der Ringdüsen wird etwa
nach dieser Richtung orientiert. In vielen Fällen wird
diese Strömung von einer anderen Strömung überlagert,
die nur an der Außenhaut im Grenzschichtbereieh
auftritt. Diese Strömung ist im schiffsfesten Koordi
natensystem schräg nach unten gerichtet.
Der Strömungswinkel gegen die Horizontale kann dabei
60° und mehr sein. Diese Fallströmung ist meist nur in
einer dünnen Wasserschicht in Außenhautnähe, etwa im
Grenzschichtbereich im hinteren Schiffsviertel zu
finden. Im größeren Abstand von der Außenhaut verläuft
die Strömung mehr horizontal. Der Fallströmungseffekt
hängt von der Druckverteilung und von den an der Kimm
sich ablösenden Wirbeln ab.
Bei einer Anordnung von dem Propeller vorgeschalteten
Ringdüsen, wie nach der DE-PS 32 16 578, treffen die
vorgenannten Fallströmungen oft in einem solchen Winkel
auf den dem Schiffskörper zugewandten Teil der Ring
düse, daß es im Grenzschichtbereich zu Strömungsab
lösungen kommt. Wenn diese Strömungsablösungen auch nur
in einem schmalen Streifen längs der Schiffsaußenhaut
entstehen, so haben sie doch die Tendenz, sich seitlich
in die Nachbarbereiche der Ringdüse fortzusetzen.
Ein Abreißen dieser Strömung bedeutet einen Energie
verlust, der den Wirkungsgrad des Propulisionssystems
verschlechtert. Zur Vermeidung dieses Effektes ist es
denkbar, in diesem Bereich das Düsenprofil und seine
Richtung der dort vorherrschenden Anströmungsrichtung
anzupassen. Hierfür wäre aber der Aufwand zum Bau von
verwundenen Ringdüsen relativ groß und auch für erfor
derliche Modellversuche ist eine derartige Anordnung
sehr umständlich.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße
Strömungsleitfläche in Kombination mit Strömungsum
lenkvorrichtungen zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß da
durch, daß als weiteres Strömungselement vor der Ring
düse im Abstand bis zu einem Propellerdurchmesser an
der Schiffsaußenhaut wenigstens eine gekrümmte Leit
schaufel mit einer Eintrittstangente für einen Eintritt
einer lokalen Grenzschichtströmung als Fallströmung und
mit einer Austrittstangente, die im wesentlichen or
thogonal zur Eintrittsebene der Ringdüse gerichtet ist.
Selbstverständlich sind bereits nach der
DE-OS 33 24 753 sogenannte Grothues-Spoiler als
Strömungsumlenkeinrichtungen bekannt.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird im wesent
lichen eine horizontale Anströmung der Ringdüse im
außenhautnahen Bereich erreicht und die Strömung hat
kaum noch eine fallende Komponente. Damit wird ein
Abreißen der Strömung im Grenzschichtbereich an der
Profilaußenseite der Ringdüse verhindert. Außerdem
erzeugt die Leitschaufel einen zusätzlichen Vortrieb.
Ein Vorteil dieser Anordnung besteht auch darin, daß
sowohl der Einbau für Neubauten als auch die Nach
rüstung keine Schwierigkeiten macht.
Eine spezielle Ausbildung besteht in der Kombination
aus einer Ringdüse mit wenigstens einer zugeordneten
Leitschaufel gebildet ist, wobei der Schwerpunkt einer
von der Ringdüse umschlossenen Querschnittsfläche
oberhalb der Propellerachse liegt.
Eine günstige Ausbildung wird dadurch geschaffen, daß
jede Leitschaufel als Dreieckselement in Form eines
Ausschnittes der Mantelfläche eines Zylinderkörpers mit
kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt ausgebildet
ist. Durch diese Ausbildung werden die Profilanstell
winkel vom Schiffskörper nach außen gehend in
wünschenswerter Weise flacher.
Es ist vorgesehen, daß eine Spitze des Dreiecksele
mentes als Leitschaufel nach vorne gerichtet ist,
während eine Kathete des Dreieckselementes an der
Schiffsaußenhaut angeordnet ist. Hierbei ist das
Dreieckselement als Leitschaufel durch ein etwa
rechtwinkliges Dreieck gebildet, von dem die längere
Kathete an der Schiffsaußenhaut anliegt und eine Spitze
mit einem kleineren Winkel nach vorn gerichtet ist. Es
findet somit die stärkste Strömungsumlenkung an der
Außenhaut statt, die sich nach außen verringert.
Es ist vorgesehen, daß einem unteren Bereich der Ring
düse Leitschaufeln vorgeschaltet sind. Leitschaufeln
sind besonders wirksam, wenn sie vor den Düsenprofilen
angeordnet werden. Die stärkste Wirkung haben dabei die
vor dem unteren Düseneinlauf angeordneten Leit
schaufeln.
Eine günstige Ausbildung besteht darin, daß mehrere
Leitschaufeln etwa parallel angeordnet sind.
Um eine Versteifung für die Leitschaufeln zur Vermei
dung von Eigenschwingungen zu schaffen und dabei
gleichzeitig den hydrodynamischen Vorteil durch eine
Ausbildung einer Endscheibe oder einem Winglet zu
verstärken, wird vorgeschlagen, daß Leitschaufeln auf
der von der Schiffsaußenhaut abgewandten Seite mitein
ander und/oder mit der Schiffsaußenhaut durch ein
profiliertes Stützelement verbunden sind.
Um bei der Leitschaufel auch bei Schräganströmung die
Strömung nicht abreißen zu lassen, ist vorgesehen, daß
die Leitschaufeln als Profilkörper ausgebildet sind und
eine abgerundete Eintrittskante aufweisen.
Ferner ist es vorteilhaft, daß die Leitschaufeln als
Eisabweiser mit einer äußeren Spitze des Dreiecks in
die Düseninnenwandung der Ringdüse einlaufen. Hierdurch
erfolgt eine zusätzliche Abstützung.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Er
findung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtdarstellung einer Ringdüse mit
Leitschaufeln in Seitenansicht,
Fig. 2 eine Leitschaufel des Profilkörpers mit einem
eingezeichneten Strömungsverlauf,
Fig. 3 einen Strömungsverlauf bei einer Ringsdüse
ohne Leitschaufeln mit einer Strömungsverwir
belung, gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 4 eine Anordnung gemäß Fig. 3 mit zwei zugeord
neten Leitschaufeln,
Fig. 5 eine Ringdüse mit einer Leitschaufel als Eis
abweiser,
Fig. 6 eine Anordnung gemäß Fig. 5 in einer um 90°
gedrehten Darstellung von oben gesehen,
Bei der dargestellten Anordnung ist eine Ringdüse 8
angeordnet, der vorgeschaltete, gekrümmte Leitschaufeln
9 zugeordnet sind. Zur Verdeutlichung der Zuordnung am
Schiff ist eine Grundlinie 1 und eine seitliche
Schiffskontur 2 sowie eine Konstruktionswasserlinie 7
bezeichnet. Zusätzlich sind Ruder 5 mit Ruderachse 6
und ein Propeller 3 mit Propellerachse 4 sowie eine
Mittelschiffsebene 22, eine Spantkontur 23 und ein
Propellerflügelspitzenkreis 24 dargestellt.
Durch diese vorgeschalteten Leitschaufeln 9 ist es
möglich, ein Abreißen der Strömung und Strömungsablö
sungen zu vermeiden und dabei auch ein Abreißen der
Strömung an den Profilunterseiten der Ringdüse 8 zu
verhindern.
Der entsprechende Stromfadenverlauf 15 mit den ange
ordneten Leitschaufeln 9 ist in Fig. 4 dargestellt.
In Fig. 3 ist, gemäß dem Stand der Technik eine Ring
düse 8 ohne zugeordnete Leitschaufeln 9 dargestellt.
Hierbei tritt im Stromfadenverlauf 15 u. a. eine Ver
wirbelungszone 16 unterhalb des unteren Düseneinlaufs
der Ringdüse 8 in die Schiffsaußenhaut auf.
Gemäß Fig. 5 und 6 ist eine Leitschaufel 9 gleichzeitig
als Eisabweiser angeordnet. Hierbei ist eine Wasser
linie 18 der Schiffsform als Horizontalabschnitt durch
den Schiffskörper in Höhe des oberen Zustromdüsenein
laufs in die Schiffsaußenhaut und eine Wasserlinie 19
der Schiffsform in Höhe der Zustromdüsenachse sowie
eine Wasserlinie 20 der Schiffsform in Höhe des unteren
Zustromdüseneinlaufs in die Schiffsaußenhaut darge
stellt.
Claims (10)
1. Leitflächensystem am Heck von Einschraubenschiffen,
bestehend aus Strömungselementen, wobei eine
Ringdüse schiffsfest im Horizontalabstand bis zu
einem Propellerdurchmesser vor dem Propeller ange
ordnet ist, die gegebenenfalls aus Halbschalen
gebildet ist und die mit der Schiffsaußenhaut bzw.
mit der Mittschiffsebene jeweils einen geschlos
senen Ring bilden, dadurch gekennzeichnet, daß als
weiteres Strömungselement vor der Ringdüse (8) im
Abstand bis zu einem Propellerdurchmesser an der
Schiffsaußenhaut wenigstens eine gekrümmte Leit
schaufel (9) mit einer Eintrittstangente für einen
Eintritt einer lokalen Grenzschichtströmung als
Fallströmung und mit einer Austrittstangente, die
im wesentlichen orthogonal zur Eintrittsebene der
Ringdüse (8) gerichtet ist.
2. Leitflächensystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kombination aus einer Ringdüse
(8) mit wenigstens einer zugeordneten Leitschaufel
(9) gebildet ist, wobei der Schwerpunkt einer von
der Ringdüse (8) umschlossenen Querschnittsfläche
oberhalb der Propellerachse (4) liegt.
3. Leitflächensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Leitschaufel (9) als
Dreieckselement in Form eines Ausschnittes der
Mantelfläche eines Zylinderkörpers mit kreisförmi
gen oder elliptischen Querschnitt ausgebildet ist.
4. Leitflächensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Spitze des Drei
eckselementes als Leitschaufel (9) nach vorne
gerichtet, während eine Kathete des Dreiecks
elementes an der Schiffsaußenhaut angeordnet ist.
5. Leitflächensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Dreieckselement als
Leitschaufel (9) durch ein etwa rechtwinkliges
Dreieck gebildet ist, von dem die längere Kathete
an der Schiffsaußenhaut anliegt und eine Spitze mit
einem kleineren Winkel nach vorn gerichtet ist.
6. Leitflächensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß einem unteren Bereich
der Ringdüse (8) Leitschaufeln (9) vorgeschaltet
sind.
7. Leitflächensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leitschaufeln
(9) etwa parallel angeordnet sind.
8. Leitflächensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß Leitschaufeln (9) auf
der von der Schiffsaußenhaut abgewandten Seite
miteinander und/oder mit der Schiffsaußenhaut durch
ein profiliertes Stützelement (21) verbunden sind.
9. Leitflächensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (9)
als Profilkörper ausgebildet sind und eine abge
rundete Eintrittskante aufweisen.
10. Leitflächensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (9)
als Eisabweiser mit einer äußeren Spitze des
Dreiecks in die Düseninnenwandung der Ringdüse (8)
einlaufen.
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