EP0265645A1

EP0265645A1 - Strömungsleitfläche

Info

Publication number: EP0265645A1
Application number: EP87113375A
Authority: EP
Inventors: Herbert Prof. Dr.-Ing. Schneekluth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1987-09-12
Publication date: 1988-05-04
Anticipated expiration: 2007-09-12
Also published as: DK519787D0; FI91512B; DK519787A; GR3002144T3; DK166141C; DK166141B; EP0265645B1; DE3633689C1; FI91512C; ES2022244B3; FI874156A0; DE3768757D1; JPS6390496A; US4804312A; FI874156A

Abstract

Die Anordung betrifft eine Strömungsleitfläche (9) für Schiffsschrauben, mindestens für Doppelschrauben, deren Propeller über Wellenböcke (5) gehaltert sind. Hierbei ist vorgesehen, mindestens im Sektor zwischen den Armen der Wellenböcke eine profilierte bogenförmige Leitfläche anzuordnen. Diese Leitfläche besitzt eine nach hinten zur Propellerwelle (8) konvergierende Skelettlinie, und die Austrittskante besitzt einen Abstand zur Propellerwelle im Bereich von 70 bis 130 % v om Propellerradius. An diesem bogenförmigen Teil der Leitfläche schließt sich dabei an dem Schiffskörper zugewandten Seite ein etwa waagerechter radialer Teil an.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsleitfläche für Schiffsschrauben, die durch Wellenböcke gehaltert sind und eine profilierte sowie bogenförmige Ausbildung aufweist, wobei der Bogen quer zur Strömungsrichtung vor dem Propeller mindestens im Sektor zwischen den Wellenbockarmen angeordnet ist.
Bei Schiffen mit Doppelschrauben werden die Propellerwellen über eine solche Strecke frei durch das Wasser geführt, daß die Propellerwellen am Ende unterstützt werden müssen. Dieses geschieht meist durch zweiarmige Wellenböcke. Die schräg zur Strömung geführten Propellerwellen und die Wellenböcke bremsen die Strömungsgeschwindigkeit und verstärken somit den Mitstrom, der durch die Grenzschicht des Schiffskörpers und durch die Strömungsablösung zu Stande kommt. Die Ungleichförmigkeit des Wasserzustroms zum Propeller bedeutet eine Verschlechterung des Propellerwirkungsgrades. Das Gebiet niedriger Anströmgeschwindigkeit ist zugleich ein Gebiet höherer örtlicher Propellerbelastung. Das bedeutet, daß von dort stärkere Druckimpulse auf die nahen Außenhautbereiche ausgeübt werden. Gerade dieser Bereich hoher Druckemission liegt normalerweise der Außenhaut am nächsten. Auch ist dieser Bereich der hohen Schubbelastung wegen und durch die relativ geringe Wassersäule darüber besonders kavitationsgefährdet.
Zur Vergleichmäßigung der Propelleranströmgeschwindigkeit sind folgende konstruktive Maßnahmen bekannt:
- einarmige Wellenböcke, die aber noch größere Querschnitte der Arme erfordern als zweiarme Wellenböcke;
- Grimsche Wellen, bei denen die Propellerwelle in einem elastischen Rohr geführt wird, an dessen propellerseitigem Ende ein Traglager eingebaut ist;
- Benutzung der Wellenbockarme als Leitflächen mit der Wirkung, den Bereich zwischen den Armen als Düse zu gestalten. Weiterhin kann mit den Wellenbockarmen ein Gegendrall erzeugt werden;
- Abschirmung des Schiffskörpers von der Propellerwirkung durch ein in Strömungsrichtung zwischen Propeller und Schiffsaußenhaut angeordnetes Blech. Damit wird nicht die Ungleichmäßigkeit des Propellerzustroms beseitigt, aber die Druckimpulse können abgefangen werden;
- weiterhin ist eine zwischen den Wellenbocknüssen oder in Höhe der oberen Propellerflügel angeordnete horizontale Leitfläche bekannt. Diese nutzt - soweit sie im Propellerzustrom liegt - den Vordrall zum Vortrieb, wodurch einige Prozent Leistungsersparnis bewirkt werden können. Diese Leitfläche beschleunigt aber nicht den Zustrom zum oberen Propellerflügel. Eher tritt eine Verzögerungswirkung ein, die bewirkt, daß die oberen Propellerflügelstärker belastet werden und stärkere Druckimpulse aussenden, wodurch stärkere Schwingungen ausgelöst werden können. In der DE-Z. "Hansa", 1970, Nr. 18, Seite 1519-1524, ist eine horizontale Leitfläche für eine Doppelschrauben-Anordnung beschrieben worden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Anordnung zu schaffen, die eine Vergleichmäßigung der Propellerzuströmung mit einer Verbesserung des Propellerwirkungsgrades ermöglicht und eine Bildung stärkerer Druckimpulse auf die Außenhaut vermeidet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der bogenförmige Teil der Leitfläche eine nach hinten zur Propellerwelle geneigte Skelettlinie aufweist, deren Abstand von der Propellerwelle an der Profilaustrittskante zwischen 70 und 130% des Propellerradius beträgt, wobei die Saugseite des Düsenprofils im bogenförmigen Düsenteil zur Propellerwelle gerichtet ist un daß an der nach mittschiffs gerichteten Seite die Leitfläche an einen etwa horizontal und radial zur Propellerwelle verlaufenden zusätzlichen Leitflächenteil anschließt.
Hierdurch wird erreicht, daß die Zustromgeschwindigkeit in dem Bereich, den die Leitfläche einschließt, erhöht wird. Diese örtliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit fi ndet in einem Bereich stärkeren Nachstroms statt. Damit ist eine Vergleichmäßigung der Propellerzuströmung und eine Verbesserung des Propellerwirkungsgrades verbunden. Gleichzeitig wird erreicht im Bereich zwischen Wellen und Rumpf den vom Propeller induzierten Vordrall zu nutzen, so daß auch dieser Teil der Leitfläche eine resultierende Auftriebskraft hat, die eine Vortriebskomponente besitzt. Es hat sich gezeigt, daß eine Leistungseinsparung durch den zusätzlichen radialen Leitflächenteil mit oben nach außen schlagendem Propeller größer ist als bei nach innen schlagenden Propellern.
Bei diesen Leitflächen besteht der Vorteil, daß die oberen Propellerflügelspitzen infolge höherer Anströmungsgeschwindigkeiten entlastet werden. Damit ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten von Einsparungen, nämlich:

a) Die Abstände der Propellerflügelspitzen von der Außenhaut und auch die Wellenböcke können kleiner gehalten werden. Damit wird der Widerstand der Wellenböcke und der schrägliegenden Wellen kleiner.
b) Durch die Strömungsleitfläche werden die Wellenbockarme statisch entlastet und können in ihren Abmessungen weiter verkleinert werden.
c) Bei der Propellerformgebung braucht weniger Rücksicht auf Vibrationen genommen zu werden, die Flügelspitzenentlastung kann ganz oder weitgehend entfallen und ermöglicht, daß die Steigung an den Flügelspitzen nicht reduziert und die Profillänge in den Außenbereichen nicht gekürzt zu werden braucht. Auch eine Skew-Back-Form ist unnötig oder braucht zumindest nicht so ausgeprägt, wie heute üblich, zu sein.

Zur Verbesserung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß ein über die Wellenbockarme hinausgehender Sektor durch die Leitfläche eingenommen wird
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß das Profil der Leitfläche mindestens in einem Teilbereich einen derart gekrümmten Verlauf aufweist, daß das Profilhinterende der Strahlkontraktion folgt.
Zur Propellerflügelspitzenentlastung und Vibrationsreduktion ist vorgesehen, daß Luftaustrittsöffnungen in der Leitfläche zur Luftzuführung in den Propellerzustrom angeordnet sind.
Selbstverständlich ist der Effekt eingeblasener Luft an sich bekannt. Hierbei wird aber die Luft durch ein gesondertes Rohrsystem geleitet oder über ein durch den Propeller verlegtes Leitungssystem. Ein Rohrsystem verursacht zusätzlichen Widerstand und die Lufteinleitung durch den Propeller ist aufwendig und kostspielig. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Lufteinleitung gemäß der Erfindung auf den oberen Propellersektor zu begrenzen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Zweischraubenschiffen schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt einer Anordung querschiffs nach vorn gerichtet gemäß Linie B-B der Fig. 2,
Fig. 2 einen Schnitt einer Anordnung längsschiffs parallel zur Mittschiffsebene nach Linie A-A der Fig 1,
Fig. 3 und 4 eine Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 mit einer Profilform der Leitfläche für höher belastete Propeller,
Fig. 5 Darstellung des Mitstromfeldes mit einer Leitfläche,
Fig. 6 Darstellung des Mitstromfeldes ohne Leitfläche.
Fig. 7 einen Teilschnitt durch eine Leitfläche mit Luftaustrittsöffnungen.

Bei den dargestellten Anordnungen ist jeweils eine Mitschiffsebene 1, eine Spantkontur 2 und eine Gillungslinie 3 einer Seitenkontur im Propellerbereich eines Schiffskörpers bezeichnet. Hierbei ist der Propeller 6 über seine Propellerwelle 8 über Arme 4 zur Bildung eines Wellenbockes gehalten und mit einer Wellenbocknuß 5 versehen. Oberhalb der Propellerwelle 8 ist im Sektor zwischen den Armen 4 und darüber seitlich hinausgehend eine profilierte bogenförmige Leitfläche 9 angeordnet. Diese Leitfläche 9 ist mit einer nach hinten fallenden Skelettlinie angeordnet, daß die Zustromgeschwindigkeit in diesem Bereich erhöht wird. Der vordere Staupu nkt der Leitfläche 9 besitzt somit eine größere Entfernung von der Propellerwelle 8 als das Profilende. Diese örtliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit findet in einem Bereich stärkeren Nachstroms statt und bedeutet eine Vergleichmäßigung der Propellerzuströmung sowie zugleich eine Verbesserung des Propellerwirkungsgrades.
In sämtlichen Darstellungen ist gezeigt, daß zwischen den Wellenböcken der Schiffskörper heruntergezogen ist. Hierbei ist der Nachstrom im Propellerbereich besonders unterschiedlich verteilt. Aber auch bei flachen Heckformen ohne Teile des Schiffskörpers zwischen den Propellern steigt der Nachstrom von der Propellermitte zur Mittschiffsebene stark an.
Aus den Darstellungen des Mitstromfeldes gemäß Fig. 5 und 6 ist zu entnehmen, daß das Mitstromfeld im Schraffurbereich 10 mäßig ausgeprägt und zwischen den Armen 4 im Bereich 11 stärker ausgeprägt ist. Durch die Leitfläche 9 wird das Mitstromfeld beeinflußt und der Propellerzustrombereich weist eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung auf.
Es wird somit erreicht, daß die durch die Leitfläche 9 geführte Strömung beschleunigt und die Propelleranströmung vergleichmäßigt wird, da die Leitfläche 9 vor dem Propeller 6 im stärkeren Nachstrom angeordnet ist. Damit werden auch die vom Propeller erregten Vibrationen stark reduziert. Ferner wird die Strömung zwischen Leitfläche 9 und Außenhaut des Schiffskörpers verzögert. Die Verlangsamung der Strömung bedeutet hier eine Verringerung des Reibungswiderstandes.
Gemäß Fig. 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Leitfläche 9 zur Luftzuführung benutzt wird. Hierbei wird der Innenraum 13 durch eine Innenwandung 14 und eine Außenwandung 15 begrenzt und durch Druckluft versorgt. Die Druckluft tritt über entsprechende Austrittsöffnungen 16 der Leitfläche in den Propellerzustrom aus, und es tritt hierdurch eine Propellerspitzenentlastung und Vibrationsreduktion auf.

Claims

1. Strömungsleitfläche für Schiffsschrauben, insbesondere für Doppelschrauben, die durch Wellenböcke gehaltert sind und eine profilierte sowie bogenförmige Ausbildung aufweist, wobei der Bogen quer zur Strömungsrichtung vor dem Propeller mindestens im Sektor zwischen den Wellenbockarmen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bogenförmige Teil der Leitfläche (9) eine nach hinten zur Propellerwelle (8) geneigte Skelettlinie aufweist, deren Abstand von der Propellerwelle (8) an der Profilaustrittskante zwischen 70 und 130 % des Propellerradius beträgt, wobei die Saugseite des Düsenprofiles im bogenförmigen Düsenteil zur Propellerwelle (8) gerichtet ist und daß an der nach mittschiffs gerichteten Seite die Leitfläche (9) an einen etwa horizontal und radial zur Propellerwelle (8) verlaufenden zusätzlichen Leitflächenteil (12) anschließt.

2. Strömungsleitfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein über die Wellenbockarme (4) hinausgehender Sektor durch die Leitfläche (9) eingenommen wird.

3. Strömungsleitfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Leitfläche (9) mindestens in einem Teilbereich einen derart gekrümmten Verlauf aufweist, daß das Profilhinterende der Strahlkontraktion folgt.

4. Strömungsleitfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Luftaustrittsöffnungen in der Leitfläche (9) zur Luftzuführung in den Propellerzustrom angeordnet sind.