-
Schraubenpropeller. Bei der Konstruktion des Schraubenpropellers wird
im allgemeinen die Gestalt der Druckseite als bestimmend für die Konstruktion der
Steigung St angesehen und die Saugseite vernachlässigt. Im Gegensatz zu dieser üblichen
Anschauungsweise wird* in den deutschen Patenten 277 689 und 28r 456 die mittlere
Kurve zwischen Saug- und Druckseite als die wirksame Steigung H und die Winkelhalbierende
zwischen Saug- und Druckfläche an der Ein- und Austrittskante als wirksame Ein-
und Austrittssteigung He
und Ha (Abb. i) betrachtet. Diese Anschauung ergibt
erstens den Vorteil, daß man in die Berechnung der Propeller die Größen
He
und Ha einführen kann und so Formeln gewinnt, die dem tatsächlichen Strömungsbilde
besser entsprechen als die willkürliche Steigung St der Druckseite, die als
sehr willkürlich gewählte Größe die Formeln mit unsicheren und schwankenden Koeffizienten
belastet, besonders bei verschiedenen Dickenverhältnissen der Flügel. Der zweite
Vorteil ist die systematische Entwicklung von Schnittformen, die sich -dem tatsächlichen
Strömungsbilde besser anpassen und so bessere Schraubenwirkungsgrade ergeben als
aus der Druckseitensteigung entwickelte Schnitte. Von wesentlicher Bedeutung- sind
nämlich für die Erreichung eines günstigen Wirkungsgrades i. stoßfreier Eintritt
und 2. gleichmäßige Beschleunigung des Wassers im Propeller. Die obengenannten Patente
kennzeichnen in erster Annäherung Schraubenpropeller, die diesen Grundsätzen entsprechen
sollen. Das Patent 277 689 vernachlässigt jedoch die komplizierte Wasserbewegung
vor der Schraube, und das Patent 2,81 456 gibt eine feste Konstruktionsregel nur
für einen Zylinderschnitt.
-
Die Erfahrungen mit nach diesen Patenten ausgeführten Schrauben und
ähnlichen Konstruktionen sowie theoretische Überlegung haben nun auf ein Propellersystem
geführt, das von diesen bekannten Typen wesentlich abweicht, einen besseren Wirkungsgrad
ergibt und die Berechnung des wirksamen Steigungszuwachses (Ha-He) für den ganzen
Bereich der Schraubenfläche auf einer brauchbaren theoretischen Grundlage ermöglicht.
Der Erfinder geht zu diesem Zwecke von dem Grundsatz aus, daß die Größe (Ha-He)
ein Maß für die-j achsiale Beschleunigung des Wassers innerhalb des Propellers ist,
und daß diese Beschleunigung wieder dem daraus resultierenden Achsialdruck proportional
ist. Ferner ist der Achsialdruck der beschleunigten Masse proportional. Zerlegt
man diese Masse in lauter konzentrische Zylinder von gleichem Abstand um die Schraubenwelle,
so ist auf jedem Radius r die Masse dem Umfang dieses Zylinders und damit auch dem
Radius r und ferner der Durch$ußgeschwindigkeit v proportional. Der Achsialdruck
oder nützliche Schub P, soweit er aus der Beschleunigung
innerhalb
der Schraube resultiert, ist also auf jedem Zylinder vom Radius r P - (Ha-
He) - r - v - const.
-
Um eine gleichmäßige Druckverteilung in radialer Richtung und damit
einen günstigen Wirkungsgrad zu erreichen, muB man den spezifischen Achsialdruck
p, der sich aus dem Druck P ergibt, überall gleichmachen. Die Fläche, auf der der
Achsialdruck P lastet, ist für jeden Zylinderschnitt gleich der projizierten Flügelbreite
bp, multipliziert mit dem Differential des Radius dy (Abb. 2), also
P. const. oder
Die Durchflußgeschwindigkeit v ist Hm - n, wenn Hm die mittlere wirksame
Steigung
He + Ha und n die Tourenzahl ist. Ist Hm
radial konstant,
so ist also auch v - const.,
also bp oder Ha He, Gleichung, die also in neuer Weise die Bewenn y der Zentriwinkel
ist. Diese ziehung des Steigungswuchses Ha - He zum Zentriwinkel y in radialer
Richtung bestimmt, ist die Grundlage der Erfindung. Wie auseinandergesetzt, bedingt
diese Gleichung eine radial gleichmäßige Druckverteilung, soweit die Beschleunigung
innerhalb der Schraube in Frage kommt. Die Wasserbewegung vor und hinter der Schraube
wird jedoch durch diese Grundgleichung nicht berührt. Führt man ferner die Schraube
nach Paso aus, daB die wirksame Steitent gung H nach einer Parabel vom Eintritt
zum Austritt, also auch in der Umfangsrichtung r proportional dem Zentriwinkel y,
wächst, so erhält man an jeder Stelle der ganzen Schraubenfläche, d. h. in peripherialer
und radialer Richtung, einen Zuwachs der wirksamen Steigung, der dem Zentriwinkel
proportional ist.
-
Bei den bekannten Schrauben nach dem Patent z77 689 und ergibt
sich He
H (z - s), für alle Zylinderschnitte He
wenn s der tatsächliche
Slip ist. Die mittlere wirksame Steigung Hm wurde konstant oder radial variabel
nach anderen Gesichtspunkten gewählt, und Ha und Ha - He ergaben sich zwangläufig
als Zufallswerte aus der Gleichung
Von diesen Konstruktionen unterscheidet sich die neue Erfindung dadurch, daß sie
die Größe (Ha -He) von den Flügelbreiten auf jedem einzelnen Zylinderschnitt,
also von der Blattform, abhängig macht. Charakteristisch ist z. B., daß bei den
üblichen elliptischen Blattformen H - He am Umfang = o wird, während bei
Blättern mit mathematischer Sektorenform und endlicher Blattbreite an der Spitze
auch Ha - He einen endlichen Wert an der Spitze erhält. Für die Wahrung der
Kontinuität der Strömung in der Schraube und außerhalb des Schraubenkreises ist
dieser Gesichtspunkt von Bedeutung.
-
Ist erfindungsgemäß die Größe (Ha - He) bestimmt, so wird man
noch im Zusammenhang damit die absoluten Größen Ha und He
und
Hm bestimmen müssen, die beim parabolischen Steigungszuwachs nach Patent
durch die Gleichung
verbunden sind.
-
Die Form der Eintrittskante ist zweckmäßig so zu wählen, daß die Steigung
der idealen Propellerfläche auf jedem Punkte ein und desselben Leitstrahles dieselbe
wird. Man erhält auf diese Weise als ideale Propellerfläche eine mathematische Schraubenfläche
mit parabolischer Leitlinie, während ohne diese Maßnahme eine peripheriale Verschiebung
der Steigungen auf den verschiedenen Zylinderschnitten untereinander eintreten würde.
` Die Größe He kann man auf jedem einzelnen Schnitt unter Berücksichtigung
von Sag, Nachstrom und Stromlinienverlauf so bestimmen, daß günstige Eintrittsverhältnisse
erzielt werden. Das Patent löst diese Aufgabe nur in erster Annäherung ohne Berücksichtigung
der Wasserbewegung vor der Schraube, also insbesondere von. Sog und Nachstrom. Eine
genauere Bestimmung von He ist jedoch von der Eigenbewegung des Wassers vor
der Schraube abhängig und eine schwierige Aufgabe, die nicht Inhalt dieses Patents
sein soll und umfassende praktische und theoretische Spezialkenntnisse erfordert.
-
Wenn He aber auf jedem Radius bestmöglich bestimmt ist und
die projizierte Fläche aufgezeichnet ist, so kann man Ha
und
nach dem Grundgedanken der Erfindung ohne weiteres ermitteln. Man kann aber auch
zuerst Hm für jeden einzelnen Radius festlegen, dann ist (Ha -He)
bestimmt und die Verteilung und Gestalt der Fläche ergibt sich als letzte unbekannte
Größe aus der Gleichung
Diese letzte Methode ermöglicht es, die mittlere wirksame Steigung Hm und
damit auch die Druckseitensteigung St radial konstant auszuführen. Hieraus ergibt
sich der große Vorteil der einfachen Herstellung der Schrauben mit Schablonen. Bei
gewissen Nachstromverhältnissen wird
man dagegen vom Umfang nach
der Nabe zu wachsende oder fallende Steigung St wählen. Man ist aber immer in der
Lage, ein einfaches Steigungsnetz zu wählen, das mit Schablonen ausführbar ist,
da die -genauere Bestimmung von He und Ha unter Wahl geeigneter projizierter
Breiten bp auf den verschiedenen Radien r immer möglich ist. Um das Schablonieren
zu erleichtern, wird man ferner die Druckfläche ganz oder zum größten Teil als mathematische
Fläche, und zwar entweder als reine Schraubenfläche mit gerader Leitlinie oder eine
solche mit parabolisch gekrümmter Leitlinie, ausführen.