DE8319779U1 - Schiffsrumpf - Google Patents

Description

Anordnung zürn Beeinflussen der Pröpelleranströmung

Die Erfindung betrifft einen Schiffsrumpf insbesondere für völlige Einsöhfäubenschiffe mit vor dem Propeller am Schiffs^ rumpf befestigten Leitschäüfeln.

Wirkungsgrad, Kavitation und Schwingungserregung eines Schiffspropellers hängen entscheidend von seiner Anströmung ab. Deswegen hat die Propelleranströmung stets großes Interesse gefunden. Viele Untersuchungen beschäftigen sich damit. Ziel dieser Untersuchungen ist es entweder, eine Vergleichmäßigung der Propelleranströmung zu erreichen öder die im Propellerstrahl enthaltene Dralienergie auszunutzen. Während bei der Ausnützung von Drallenergie hauptsächlich Leistungsrückgewinne und Leistungsersparnisse erwartet werden, soll eine Vergleichmäßigung der Propelleranströmung mit verringerten peripherialen Schwankungen der Eintrittsgeschwindigkeiten an den Propellerflügeln eine Erhöhung des Propellerwirkungsgrades, einen Abbau von Kavitationserscheinungen, einen Abbau von Druckschwanküngen an der Außenhaut des Schiffes im Propellerbereich und einen Abbau der hydrodynamischen Erregenden zu Schub- und Drehmomentschwankungen des Propellers bewirken .

Bekannt sind verschiedene Vorrichtungen oder Anordnungen für diese Zwecke, z.B. Leitkränze oder Leitschaufeln vor und hinter dem Propeller, Tunnelabdeckuhgen über dem Propeller, verwundene Steven sowie symmetrische und unsymmetrische Heckwülste unterschiedlicher Form. Der Aufbau und die Wirkungen von insbesondere Leitschaufeln werden von Takekuma in: Trans. Royal Inst. Nav. Arch. 1979 ~"Vibration problems and solution from fitting a fin" beschrieben.

Die herkömmlichen Vorrichtungen und Anordnungen sind aber immer n-odh nicht befriedigend* Insbesondere beobachtet man nach wie vor Strömunijsablösungen und Wirbelbildungen vor dem Propeller sowie damit verbundene Widerstandserhöhungen des Schiffes und ein& unbefriedigende peripheriale Verteilung des Nachstroms in der Propellerebene*

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß Strömungsabiösungen und Wirbelbi1 düngen vor dem Propeller vermieden werden und eine bessere peripheriale Verteilung des Nachstroms in der Propellerebene erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Anordnung, die gekennzeichnet ist durch gekrümmte Leitschaufeln mit einer Eintrittstangente, die für einen strößfreien Eintritt der jeweiligen lokalen Grenzschichtströmung ausgelegt ist, und mit einer Austrittstangente, die im wesentlichen orthogonal zur Propellerebene gerichtet ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man bisher nicht berücksichtigt hat, daß insbesondere bei völligen Einschraubenschiffen die Grenzschichtströmung an der Außenhaut des Schiffes vor dem Propeller im allgemeinen stark abwärts gerichtet ist, so daß in dieser je nach Schiffsgröße bis zu 2 m breiten Strömungsschicht nur die erheblich kleinere, horizontale Komponente der dort im allgemeinen noch sehr energiereichen Grenzschichtströmung in den Propeller eintritt. Werden nun diese vertikalen Komponenten der energiereichen

30- - Grenzschichtströmurig iin horizontalesilUchtung so umgelenkt, -\ daß sie im wesentlichen orthogonal auf die Propellerebene auftreffen, dann wird dadurch nicht nur die peripheriale Verteilung des Nachstromfel des in der Propellerebene-vergleichmäßigt, sondern es läßt sich darüber hinaus auch die in der gesamten Grenzschichtströmung enthaltene Energie ausnutzen.

Die zur Festlegung der Krümmung der Leitschaufeln notwendige Kefintriis der Grenzschichtströmung am Achterschiff erhält man insbesondere aus Schi ffsmodei!versuchen, die praktisch für jeden SchiffsneUbau durchgeführt werden, Dabei können sowohl die zu erwartenden Leistungsersparnisse durch Verbesserung •des den Propellerwirkungsgrad enthaltenden Gesamtgütegrades der Propulsion, die'Vergleichmäßigung des nominellen und effektiven Nachstromfeldes durch Erhöhung der horizontalen Anströmgeschwindigkeit insbesondere im oberen Propellerbereich

ΙΟ¹ Und auch die erzielten Verbesserungen des Kavitations- und Schwingungsverhaltens des Propellers ermittelt werden. Es versteht sich, daß die erf i ndungsgem.äße Anordnung auch nachträglich an vorhandenen Schiffen angebracht werden kann.

Im Ergebnis erreicht man durch weitgehend verlustloses Umlenken der in der Grenzschicht vor dem Propeller abwärts gerichteten Strömung eine wesentliche Verbesserung des Propulsions-Verhaltens von Schiffen, weil die Grenzschicht mit nahezu gesamter Geschwindigkeitshöhe in den Propellerkreis eintritt und so zu einem stärkeren Abbau peripherialer Anströmungsschwankungen uTid dementsprechend zur Verbesserung des Wirkungsgrades Sowie des Kavitations- und Schwingungsverhaltens führt. ¹Jm das zu erreichen genügt es, wenn die Breite der Leitschaufeln gleich oder kleiner als die lokale Grenzschichtdikke ist.

Im übrigen können die Leitschaufeln ein im wesentlichen vertikales Gitter bilden, wobei der Gitterabstand so gewählt werden sollte, daß die gesamte Grenzschichtströmung umge-

'30 ^ lenkt wird und in der PropelTereberie?keine nennenswerten, durch d-ie Wirkungen des Gitters hervorgerufenen peri pheri al en Anströmschwankungen auftreten. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn die Leitschaufeln bzw. das Gitter in einem Abstand von bis zu zwei Propel 1erdurchmessern vor dem Propeller angeordnet sind.

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In der Regel sollten die Leitschäufel η ah der Backbordseite Und an der Steuerbordsei te gleiche Gi tterabstä'ride aufweisen bzw. sollten die Gitter symmetrisch ausgebildet sein. Das schließt aber nicht aus, daß im Einzelfall die Leitschaufelh an der Backbordseite und an der Steuerbordseite ungleiche Gittefabstande aufweisen, wenn das aus hydrodynamischen Gründen zweckmäßig und erforderlich sein sollte.

Grundsätzlich könnten die Leitschaufeln in jeder geeigneten Weise profilförmig gekrümmt sein. Eine besonders einfache i\usführungsförm isb aber dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln Profi1zylindefausschnitte sind Und daß die Eintrittskanten mit zunehmendem Abstand -vom Schiffsrumpf nach Maßgabe der lokalen Komponenten der Grenzschichtströmung zurückgeschnitten sind. In diesem Fall können nämlich die Leitschaufeln einfach profilierte Bleche sein, die an entsprechenden Stellen an die Außenhaut des Schiffes angeschweißt werden. Besonders einfach werden die Verhältnisse dann, wenn die Leitschaufeln Kreiszylinderausschnitte sind und in Schiffslängsrichtung eine konstante Krümmung aufweisen. Dann kann man nämlich die Leitschaufeln aus einfach gewalzten Blechen herstellen. Das Zurückschneiden der Eintritts-^ kanten berücksichtigt, daß die vertikalen Komponenten der Grenzschichtströmung mit zunehmendem Abstand von dem ScMffsrumpf kleiner werden.

Es versteht sich, daß die Leitschaufeln über ihre Länge auch eine Profildickenverteilung aufweisen können, weil dadurch der Anströmungsbereich für stoßfreien Eintritt der Grenischich-tströmüng iVergrößertswi rd . ,

Die Austrittskanten der Leitschaufeln sollten grade sein und insbesondere im Bereich der Anschlußstelle der Leitschaufel an den Schiffsrumpf orthogonal zur Oberfläche des Schiffsrumpfes gerichtet sein, - also im wesentlichen-paral1 el zur Propel 1 erebene.

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Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch und in perspektivischer Darstellung das Heck eines, völligen Einschraubenschiffes,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Teil des Gegenstandes nach Figur 1,

Fig. 3 eine andere Ausführung des Gegenstandes nach Figur 1,

Fig. ^f in vergrößerter Darstellung einen Teil des Gegenstandes nach Figur 3.

Das dargestel1 te Heck 1_$ dessen Völligkeit durch eingezeichnete Wasserlinien 2 und Spantlinien 3 angedeutet wurde, geht in einen Heckwulst 4 über, an dessen Ende ein Propeller 5 sitzt. In einem Abstand von 1 bis 2 Propellerdurchmessern vor der Propellerebene sind Backbord und Steuerbord auf der Außenhaut des Sc+iiffes Leitschaufeln 6 befestigt. Die Leitschaufeln 6 bestehen aus gekrümmten Blechen, die an die Außenhaut geschweißt sind. Jeweils mehrere Leitschaufeln 6, bei den dargestellten Ausführungsformen insgesamt vier Leitschau fein 6, sind jeweils vertikal übereinander angeordnet, daß sie ein Gitter bilden.

Mit gestrichelten Linien 7 ist der Verlauf der Grenzschichtströmung in unmittelbarer Nähe des Schiffsrumpfes angedeutet. 3Ö Aus den Figuren 2 und 4 entnimmt man, daß die vertikalen Komponenten der Grenzschichtströmung mit zunehmendem Abstand vom Schiffsrumpf kleiner werden.

Die Leitschaufel:!!' 6 ^,l/nd,*sotgek^ümmt, daß ihre Eintrittstangente für einen stoßfreien Eintritt der jeweiligen lokalen

Grenzschichtströmung ausgelegt ist. Ihre Austrittstangente ist Ill »Ο · 1 ■ »·■■? «III Il IfII Iff III

im wesentlichen orthogonal zur Propellerebene gerichtet, so daß die von den Leitschaufeln 6 umgelenkte Grenzschichtströmung den gestrichelten Linien 7 folgt und im wesentlichen orthogonal in die Propellerebene eintritt.

Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführung bestehen die Leitschaufeln 6 -aus Kreiszylinderausschnitten, d.h. sie besitzen in Schiff si ä-ngsrichtung eine konstante Krümmung. Da die vertikalen Komponenten der Grenzschicntströ mung mit zunehmendem Abstand vom Schiffsrumpf kleiner werden, sind die Eintrittskanten der Leitschaufeln 6 so zurückgeschnitten, daß auch in den weiter entfernt vom Schiffsrumpf liegenden Bereichen eine stoßfreie Anströmung durch die Grenzschichtströmung gewährleistet ist. Die Austrittskanten 9 der Leit- schaufeln 6 sind grade, sie erstrecken sich im wesentlichen orthogonal zur Oberfläche des Schiffsrumpfes und damit im wesentlichen parallel zur Propellerebene.

Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführung bestehen die Leitschaufeln 6 aus mehrdimensional gekrümmten bzw. verwundenen Blechen mit'Eintrittskänten 8, deren Eintrittstangente sich mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des Schiffsrumpfes nach Maßgabe der Größe der vertikalen Komponenten der Grenzschichtströmung ändert. 25

In allen Fällen wird durch die beschriebene Anordnung eine wesentliche Vergleichmäßigung der peripher!alen Anströmgeschwindigkeiten der Propellerflügel erreicht, wodurch im Ergebnis der Propellerwirkungsgrad verbessert wird, Kavitationserscheinungen abgebaut werden, die Druckschwankungen an der Außenhaut des Schiffes im Propellerbereich reduziert werden

und die hydrodynamischen Erregenden der Schub- und Drehmomentenschwankungen am Propeller verringert werden,

Es versteht sich, daß die'bescHriebene*Anordjitjng^aUch»in Verbindung mit anderen Vorrichtungen öder Anordnungen zur Beeinflussung der Propelleranströmuhg verwendet werden kann, z.B. in Kombination mit Propellerummantelungen oder sonstigen Leiteinrichtungen. ■ . ,

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Claims (7)

1. Schutzrechtansprüche

   .(^^Schiffsrumpf,^»insbesondere für völlige Einschraubenschiffe mit vor dem Propeller am Schiffsrumpf befestigten Leitschaufeln, gekennzeichnet durch gekrümmte Leitschaufeln (6) mit einer Eintrittstangente, die für einen stoßfreien Eintritt der jeweiligen lokalen Grenzschichtströmung (7) ausgelegt ist, und mit einer Austrittstangente, die im wesentlichen orthogonal zur Propellerebene gerichtet ist.
2. 2. Schiffsrumpf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite der Leitschaufeln (6) gleich oder kleiner als die lokale Grenzschichtdicke ist.
3. 3. Schiff srurspf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß die Leitschaufeln (6) ein

   im wesentlichen vertikales Gitter bilden.
4. 4. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitschaufeln (6) bzw. das Gitter in einem Abstand von bis zu zwei Propellerdurchmessern vor dem Propeller (5) angeordnet sind.
5. 5. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitschaufeln (6) an der Backbordseite und an der Steuerbordseite gleiche Gitterabstände aufweisen.
6. 6. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitschaufeln (6)

   30; *f· ian ider Backbordseite und >an der Steuerbordseite ungleiche Gitterabstände aufweisen.

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7. 7. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch

   I gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (6)

   '; Profilzylinder aus schnitte sind und daß ihre Eintrittskan™

   ϊ ten (8) mit zunehmendem Abstand vom Schiffsrumpf nach

   I 5 Maßgabe der lokalen Komponenten der Grenzschichtströmung

   I (7) zurückgeschnitten sind.

   1 8. Schiffsrumpf nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

   I zeichnet, daß die Leitschaufeln (6) Kreiszylinder-

   i 10 ausschnitte sind und in Schiffslängsrichtung eine konstan-

   i te Krümmung aufweisen.

   I 9. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 -8, dadurch

   I gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (6)

   j 15 über ihre Länge eine Profildickenverteilung aufweisen.

   1 10. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch

   j gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (6)

   I grade Austrittskanten (9) aufweisen.

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   I 11. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch

   I gekennzeichnet, daß die Austrittskanten (9)

   s im Bereich ihrer Anschlußstelle an den Schiffsrump£ ortho-

   i gonal zur Oberfläche des Schiffsrumpfes gerichtet sind.

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