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Schraubenpropeller mit Kavitation an der Sogseite. Die vorliegende
Erfindung bezweckt, - an der Sogseite eines Schraubenpropellers eine Kavitation
hervorzurufen, die infolge des in ihrem Raum herrschenden Unterdruckes über einen
Teil der Flügel die Sogwirkung verstärkt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Sogseite
der Flügel mit einer Stufe versehen wird, ähnlich dem Boden mancher Gleitboote.
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Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, möglichst nahe der voraneilenden
Kante der Flügel eines Schraubenpropellers eine Stufe
oder Rippe
vorzusehen, die sich der. Krümmung derselben anschließt und durch Hohlraumbildung
die Reibung herabsetzen sollte.
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Dabei zeigen sich folgende Nachteile: Um einen Propellerflügel zu
befähigen, die auf ihn wirkenden starken Kräfte wirksam aufzunehmen, muß der Propellerflügel
eine verhältnismäßig große Dicke aufweisen. Dadurch entsteht ein verhältnismäßig
großer Eintrittswinkel an der voreilenden Kante des Propellerflügels. Der Propellerflügel
zerteilt das zu bearbeitende Medium, z. B. das Wasser, mittels eines verhältnismäßig
stumpfen Keiles.
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Um Kavitation zu erzeugen, ist aber aride-; rerseits immer eine zien-flich
große Relativbewegung des Flügels zum Wasser nötig. Der verhältnismäßig stumpfe
eintretende Keil bewirkt daher ein weites Ausweichen der Massen des Mediums, z.
B. der Wassermassen, an der Stelle, wo die Stufe oder Rippe angebracht ist. Die
Folge davon ist, daß der Hohlraum hinter der Stufe sich schwer an der nacheilenden
Kante des Propellerflügels schließt und in vielen Fällen von einem großen Wasserwirbel
erfüllt ist, der schädlichen Druck gegen die Flügelrückseite erzeugt und Kraft zur
Aufrechterhaltung gebraucht. Jedenfalls aber ist ein relativ dicker Körper (Flügelprojektion
-Hohlraumprojektion) durch das Wasser zu treiben.
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Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung vermieden,
indem die Stufe an der Sogseite des Propellerflügels an einer solchen Stelle angebracht
ist, daß der Hohlraum die Tiefe der Stufe nicht wesentlich- überschreitet, sich
an der nacheilenden Kante des Propellerflügels wieder gut anschließt und infolgedessen
nur ein verhältnismäßig schmaler Körper durch das Wasser zu bewegen ist, wobei gleichzeitig
doch die Kavitation an der Sogseite genügend ist, um durch einen hier erzeugten
Unterdruck den Wirkungsgrad des Schraubenpropellers zu vergrößern.
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Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise sowie
schematisch veranschaulicht, und es stellt dax: Abb. i einen Zylinderschnitt durch
einen Propellerflügel mit Stufe von bekannter Bauart, Abb.2 einen ebensolchen Zylinderschnitt
durch den Flügel eines Schraubenpropellers nach der Erfindung (Schnitt nach der
Linie II-II der Abb.3). Abb. 3 eine Vorderansicht des Flügels eines ' Schraubenpropellers
nach der Erfindung in kleinerem Maßstabe und die Abb. 4 und 5 Vorderansichten, ähnlich
der Abb.3, aber bei etwas anderen Ausführungsformen.
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In Abb. i stellt a einen Propellerflügel im Zylinderschnitt, b die
voreilende Kante dieses Flügels und c eine in der Nähe der voreilenden Kante b angeordnete
Stufe auf der Sogseite dar. d gibt die relative Bewegungsrichtung des Propellerflügels
a zu dem ihn umgebenden Medium, z. B. dem Wasser, an. Die Stromlinien e sollen veranschaulichen,
wie bei dieser bekannten Bauart eines Schraubenpropellers ein verhältnismäßig tiefes
Wirbelgebiet auf der Vorderseite der Propellerfläche entsteht (Sogseite), so daß
ein Körper von der Dicke f durch da:s Wasser zu treiben ist.
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Im Gegensatz dazu ist aus Abb.2 zu ersehen, .daß die Stufe bei dem
Schraubenpro-. peller gemäß der Erfindung gegen die Flügelmitte zurückverlegt ist.
In Abb.2 bedeutet i einen Propellerflügel im Zylinderschnitt, 2 die voreilende Kante,
3 tdie nach der Flügelmitte zurückverlegte Stufe. Die Linie q. gibt die relative
Bewegungsrichtung des Propellerflügels zu dem ihn umgebenden Medium, z. B. dem Wasser,
an. Der Pfeil 5 deutet die Fahrtrichtung des Schiffes und 6 die Nabe des Propellers
an. Aus Abb. 2 ist ohne weiteres zu ersehen, daß bei dieser Anordnung der Stufe
sieh kein tiefes Wirbelgebiet an der Vorderfläche des Propellerflügels ausbilden
kann, daß vielmehr die Stromlinien die Tiefe der Stufe 3 gar nicht oder nur unwesentlich
überschreiten und sich an der nacheilenden Kante 7 wieder gut anschließen, wie durch
eine Stromlinie 8 angedeutet. Diese Wirkung tritt ein, wenn die Stufe ungefähr sich
dort befindet, wo eine Tangente 9 an die Krümmungslinie des Flügelschnittes auf
der Sogseite mit der relativen Bewegungsrichtung 4 angenähert oder .ganz parallel
verläuft.
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Aus der Abb.2 ist dabei zu ersehen, da.ß in diesem Fall nur .ein verhältnismäßig
schmaler Körper von der Dicke io durch das Wasser getrieben zu werden braucht. Zum
besseren Verständnis sei kurz nachstehend noch auf die relative Bewegungsrichtung
eines Schraubenflügels zu dem sie umgebenden Medium und der Einstellung der Druckfläche
des Propellerflügels zu dieser relativen Bewegungsrichtung näher eingegangen, wodurch
der Zusammenhang zwischen der Lage der Stufe auf der Sogseite und der relativen
Bewegungsrichtung ersichtlich wird. Der Einstellungswinkel der Druckfläche zu der
relativen Bewegungsrichtung (Winkel der Steigungslinie i i mit der Linie 4) soll
im folgenden a genannt werden.
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Der größte Wirkungsgrad wird für einen normalen Schraubenpropeller
bekanntlich bei etwa 15 Prozent scheinbarem Slip oder einem AnsteRwinkel a der Flügelquerschnitte
von ungefähr q.°, genau wie für die Tragflächen der Flugzeuge, erreicht. Bei hoher
Belastung
wird der Winkel zwar etwas größer gewählt werden müssen,
aber bei z. B. 2 5 Prozent, also schon ziemlich hohem, scheinbarem Slip,
erreicht er erst 8°. Da nun gleichzeitig, wie vorhin angedeutet, der Erfindung der
Gedanke zugrunde liegt, einen Körper möglichst kleinen Querschnittes durch das Wasser
zu treiben, so folgt, daß die Stufe dort sich befinden muß, wo die Tangente an die
Krümmungslinie des Flügelschnittes der Sogseite mit der relativen Bewegungsrichtung
angenähert oder ganz parallel verläuft, oder für Propeller konstanter Steigung mit
anderen Worten: diese Tangente wird mit der Steigungslinie der Druckseite einen
Winkel von angenähert q.° für günstig arbeitende Propeller und für höher belastete
Propeller einen größeren Winkel (bis zu 8°) einschließen müssen.
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Es ist nun eine Vorbedingung für die IJberlegenheit des Stufenpropellers
gegenüber einem normalen, daß die Relativgeschwindigkeit der Flügel zum Wasser eine
so große ist, daß Hohlraumbildung hinter der Stufe entsteht; denn solange der Raum
hinter der Stufe mit einem Wasserwirbel ausgefüllt ist, muß der Wirkungsgrad schlechter
sein. Deshalb wird die Stufe nur so weit nach der Nabe zu, angebracht, als die nach
der Nabe zu geringer werdende Relativgeschwindigkeit noch ausreicht, die Kavitation
auszubilden.
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Die Umlaufrichtung des gezeichneten Propellerflügels ist jeweils durch
Pfeile 12 angedeutet. Aus Abb.3 ist zu ersehen, daß die Stufe 3 z. B. nicht gänzlich
bis zur Nabe verläuft, weil an der Stelle 13 die Umlaufsgeschwindigkeit des Propellers
nicht groß genug sein würde, um eine richtige Kavitation zu erzielen.
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Etwas Ähnliches ist aus der Abb. q. zu ersehen, wo eine Stufe 3a nur
über einen Teil der Länge des Propellerflügels vorgesehen ist, so daß zwischen der
Stufe und der Nabe 6 eine größere Strecke 14 verbleibt, auf welcher keine Stufe
vorgesehen ist. Gleichzeitig ist hier die Stufe unter einem gewissen Winkel zur
Mittellinie 15 des bei diesem Ausführungsbeispiel symmetrisch ausgebildeten Flügels
geneigt. Wenn iin allgemeinen schon aus Gründen der leichten Herstellbarkeit die
Stufe eine gerade sein wird, so kann doch zuweilen der Fall eintreten, z. B. wenn
die Flügeldicke eine Beschränkung der Höhe der Stufe mehr nach dem Umfang der Propeller
zu erfordert oder wenn aus Gründen geringerer Relativgeschwindigkeit die Hohlraumbildung
mehr nach der Nabe zu an Länge des Querschnittes einbüßt, oder vor allem, wenn,
wie in Abb. 5 gezeichnet, die Erzeugende eine Gekrümmte ist, da.ß man einen gekrümmten
Verlauf der Stufe für wünschenswert erachtet, wie durch die Stufe 3b angedeutet.
Nie aber wird die Stufe wie die Rippe dicht an der eintretenden Kante entlang verlaufen.
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Der Grund der Stufe geht zweckmäßig bei besonderen Ausführungsformen
nicht unter einem scharfen Winkel, sondern in beliebiger Weise abgerundet in die
tiefer liegende Fläche des, Propellerflügels über.