NO172177B

NO172177B - ENERGY EFFICIENT PROGRESS SYSTEM WITH MIRROR COVER AND PROPELLER AND PROCEDURE TO AA IMPROVE EFFICIENCY AND / OR REDUCE PROPELL-INDUCED HULL Vibration

Info

Publication number: NO172177B
Application number: NO903839A
Authority: NO
Inventors: Donald Harry Van Liew; Gary Earl Larimer
Original assignee: Us Commerce
Priority date: 1988-03-03
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1993-03-08
Also published as: NO172177C; NO903839D0; NO903839L

Description

Oppfinnelsen angår et energieffektivt fremdriftssystem med for-virvlingsskovl og propell, for et fartøy som går gjennom et fluid medium og er utstyrt med en drevet drivaksel og en propell anordnet på drivakselen for å drive fartøyet gjennom det fluide medium, samt en fremgangsmåte til å forbedre effektiviteten og/eller redusere propellinduserte skrogvibrasjoner i et fremdriftssystem for et fartøy som går gjennom et fluid medium, hvor fartøyet er et sjøfartøy med en propell montert på en i forhold til fartsretningen skråstilt aksel The invention relates to an energy-efficient propulsion system with vortex vane and propeller, for a vessel passing through a fluid medium and equipped with a driven drive shaft and a propeller arranged on the drive shaft to propel the vessel through the fluid medium, as well as a method for improving efficiency and/or reduce propeller-induced hull vibrations in a propulsion system for a vessel moving through a fluid medium, where the vessel is a marine vessel with a propeller mounted on a shaft inclined relative to the direction of travel

Den foreliggende oppfinnelse kan benyttes av eller på vegne av De Forente Staters regjering uten erleggelse av noen avgifter for den eller dette. The present invention may be used by or on behalf of the United States Government without the payment of any fees for it.

I kjent teknikk er det innsett at forbedringer i effektivitet kunne fås ved korrekt dirigering av vannstrømmen inn i en propell. Tidligere systemer hadde skovl-(stator-)propellkom-binasjoner hvor skovlbladene var plassert enten foran propellen (forvirvling) eller aktenfor propellen (ettervirvling). Disse systemene har et eller flere av de følgende trekk til felles. 1. Skovlbladene er montert aksisymmetrisk og utført for det tilfelle hvor strømmen er perpendikulær på propellskiven. 2. Skovlbladene er utført for å arbeide i skipets viskøse grenselag og i denne henseende virker skovlbladene bare It has been recognized in the prior art that improvements in efficiency could be obtained by correctly directing the flow of water into a propeller. Earlier systems had vane (stator) propeller combinations where the vane blades were placed either in front of the propeller (swirl) or aft of the propeller (afterswirl). These systems have one or more of the following features in common. 1. The vane blades are mounted axisymmetric and designed for the case where the flow is perpendicular to the propeller disc. 2. The vane blades are designed to work in the ship's viscous boundary layer and in this respect the vane blades only work

som en strømningsdirigerende innretning. as a flow directing device.

3. En spesiallaget propell (ikke en modifisert kommersielt tilgjengelig propell som uten videre kan anskaffes (benyttes med hver av de ovennevnte skovlblad. 3. A custom-made propeller (not a modified commercially available propeller that can be readily obtained) is used with each of the above vane blades.

I den forbindelse kan det generelt vises til NO-PS nr. 11812 og GB-PS nr. 2 177 385. In this connection, reference can generally be made to NO-PS no. 11812 and GB-PS no. 2 177 385.

Nylig er det imidlertid blitt innsett at i visse tilfelle bør ikke den strømningsdirigerende anordning være symmetrisk, da strømningen inn i propellen ikke er symmetrisk. Se f.eks. japansk patentsøknad nr. 56-162006 (finnes i US klasse 440, underklasse 66) som viser et skip med en propell og som har et sett av strømningsdirigerende skovlblad på bare en side av hekken og hvis formål er å frembringe en kjølstrøm som går i motsatt retning av propellens rotasjonsretning. Skipets propellaksel er horisontal og strømningsforstyrrelsen som skovlbladene er ment å overvinne, forårsakes av grenselaget nær skroget. Recently, however, it has been realized that in certain cases the flow directing device should not be symmetrical, as the flow into the propeller is not symmetrical. See e.g. Japanese Patent Application No. 56-162006 (found in US Class 440, subclass 66) which shows a ship with a propeller and having a set of flow-directing vanes on only one side of the stern and the purpose of which is to produce a keel flowing in the opposite direction direction of the propeller's direction of rotation. The ship's propeller shaft is horizontal and the flow disturbance that the vane blades are intended to overcome is caused by the boundary layer near the hull.

Japansk patentsøknad nr. 58-77998 (finnes også i US klasse 440, underklasse 66) viser et skip med doble propeller montert på strevere, en på hver side av hekken. Ved denne anvendelse er streverne, som er asymmetrisk anordnet omkring propellskiven, konturert for å skaffe vannstrøm til propellen med en roterende komponent motsatt av rotasjonen til skruepropellen. I denne anvendelse er imidlertid propellakslene også horisontale med strømningsforstyrrelsen forårsaket av formen til fartøyets hekk. Japanese Patent Application No. 58-77998 (also found in US Class 440, subclass 66) shows a ship with twin propellers mounted on thrusters, one on each side of the stern. In this application, the thrusters, which are asymmetrically arranged around the propeller disc, are contoured to provide water flow to the propeller with a rotating component opposite to the rotation of the screw propeller. However, in this application the propeller shafts are also horizontal with the flow disturbance caused by the shape of the vessel's stern.

Hva kjent teknikk ikke har innsett, er at strømningen inn i en propell som er montert på en skrå aksel er skjev og forårsaker en variasjon for hver omdreining i propellbladseksjonens angrepsvinkel. Den kjente teknikk har heller ikke innsett at propellen på en utenbordsmotor også står på skrå i forhold til vannstrømmen når båten er i fart. What the prior art has not realized is that the flow into a propeller mounted on an inclined shaft is skewed and causes a variation with each revolution in the angle of attack of the propeller blade section. The known technique has also not realized that the propeller on an outboard motor is also at an angle in relation to the water flow when the boat is in motion.

Følgelig er det en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en anordning for å øke effektiviteten til en propell montert på en aksel som er skråstilt i forhold til fartsretningen eller innstrømningsretningen. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a device for increasing the efficiency of a propeller mounted on a shaft which is inclined relative to the direction of travel or the direction of inflow.

Det er en ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en slik øket effektivitet for et fartøy med enten en enkelt propell eller flere propeller. It is a further purpose of the present invention to provide such increased efficiency for a vessel with either a single propeller or several propellers.

Det er en ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en slik øket effektivitet uansett utformingen av fartøyets bunn. It is a further purpose of the present invention to provide such increased efficiency regardless of the design of the vessel's bottom.

Det er en ytterligere hensikt ved den foreliggende oppfinnelse å skaffe en slik øket effektivitet uten tilføyelse av bevege-lige deler til fremdriftssystemet. It is a further purpose of the present invention to provide such increased efficiency without the addition of moving parts to the propulsion system.

Det er en ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en slik øket effektivitet i en utenbordsmotor. It is a further purpose of the present invention to provide such increased efficiency in an outboard motor.

Det er en ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en anordning for å øke propellbelastningen samtidig som kavitasjonsproblemer minimeres. It is a further object of the present invention to provide a device for increasing the propeller load while minimizing cavitation problems.

Det er en ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en slik øket effektivitet i en flypropell. It is a further purpose of the present invention to provide such increased efficiency in an aircraft propeller.

Det er en ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe et propellvern for et fartøy og som ikke fører til et nettotap i fremdriftseffektiviteten for fartøyet. It is a further object of the present invention to provide a propeller guard for a vessel which does not lead to a net loss in propulsion efficiency for the vessel.

De ovennevnte og andre hensikter oppnås i henhold til den foreliggende oppfinnelse med et fremdriftssystem kjennetegnet ved de trekk som fremgår av karakteristikken til det selvsten-dige krav 1 og en fremgangsmåte kjennetegnet ved de trekk som fremgår av karakteristikken til krav 15. Ytterligere trekk og fordeler fremgår av de uselvstendige krav-. Fig. 1 viser reduksjonene i propellens turtall for enhver hastighet etter at skovlblad-propellsystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse er installert. Fig. 2 viser hvordan en forandring i motorens turtall forårsaker reduksjoner i brenselforbruksratene på et dieselmotor-brenseldiagram. Fig. 3 viser kreftene som virker perpendikulært på propellen. Fig. 4 viser et oppriss av en 41 fots båt som ble benyttet i utviklingen av den foreliggende oppfinnelse og gjengir propellen på den skrå aksel. Fig. 5 viser innstrømningshastighetene sett av propellskiven. Fig. 6 viser variasjon i bladseksjonens angrepsvinkel mens propellen foretar en fullstendig omdreining. Fig. 7 viser kreftene forbundet med asymmetriske skovlblad på en skrå aksel. Fig. 8 viser hvordan skovlblad-propellsystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse reduserer eller eliminerer variasjoner i bladforsprangsvinkelen R. Fig. 9 viser et oppriss av et skovlblad som utført for den 41 fots båt. The above-mentioned and other purposes are achieved according to the present invention with a propulsion system characterized by the features that appear in the characteristic of independent claim 1 and a method characterized by the features that appear in the characteristic of claim 15. Further features and advantages appear of the non-independent claims-. Fig. 1 shows the reductions in the propeller speed for any speed after the vane blade propeller system according to the present invention is installed. Fig. 2 shows how a change in engine speed causes reductions in fuel consumption rates on a diesel engine fuel diagram. Fig. 3 shows the forces acting perpendicularly to the propeller. Fig. 4 shows an elevation of a 41 foot boat which was used in the development of the present invention and shows the propeller on the inclined shaft. Fig. 5 shows the inflow velocities seen from the propeller disc. Fig. 6 shows variation in the angle of attack of the blade section while the propeller makes a complete revolution. Fig. 7 shows the forces associated with asymmetric vane blades on an inclined shaft. Fig. 8 shows how the paddle blade propeller system according to the present invention reduces or eliminates variations in the blade lead angle R. Fig. 9 shows an elevation of a paddle blade as made for the 41 foot boat.

Fig. 10 viser skovlbladenes maksimale konveksitet. Fig. 10 shows the maximum convexity of the blade blades.

Fig. 11 viser skovlbladene sett fra enden. Fig. 11 shows the vane blades seen from the end.

Fig. 12 viser båten sett fra utsiden sett mot hekken. Fig. 12 shows the boat seen from the outside looking at the stern.

Fig. 13 viser anvendelsen av prinsippene for den foreliggende oppfinnelse på en flypropell. Fig. 13 shows the application of the principles of the present invention to an aircraft propeller.

Fig. 14 viser koordinatene for trimroret eller -klaffen. Fig. 14 shows the coordinates for the trim rudder or flap.

Kort sagt omfatter den foreliggende oppfinnelse et sett av asymmetriske forvirvlingsskovlblad og en tilpasset propell, idet skovlbladene er plassert asymmetrisk rundt propellskiven. De fleste av skovlbladene er anbragt på siden av skiven hvor propellen befinner seg i den oppadgående del av sin rotasjon. Øket fremdriftseffektivitet skyldes det følgende: 1) reduserte aksiale og rotasjonelle kinetiske energitap i fremdriftsanordningens propellstrøm; 2) reduserte viskøse friksjonstap på propellbladene; 3) en mer optimal belastning på propellen; 4) en reduksjon i motorturtallet som tillater et dieselfartøy å operere i et mer effektivt område av sitt brenseldiagram for en gitt fartøyshastighet; 5) reduksjon eller eliminering av fartøyets motstand forbundet med krefter som skyldes at den har en propell montert på en skrå aksel. Briefly, the present invention comprises a set of asymmetric swirling vanes and an adapted propeller, the vanes being placed asymmetrically around the propeller disc. Most of the vane blades are placed on the side of the disc where the propeller is in the upward part of its rotation. Increased propulsion efficiency is due to the following: 1) reduced axial and rotational kinetic energy losses in the propulsion device's propeller flow; 2) reduced viscous friction losses on the propeller blades; 3) a more optimal load on the propeller; 4) a reduction in engine speed that allows a diesel vessel to operate in a more efficient region of its fuel chart for a given vessel speed; 5) reduction or elimination of the vessel's resistance associated with forces due to it having a propeller mounted on an inclined shaft.

De asymmetriske forvirvlingsblader og det tilpassede propellsy-stem i henhold til den foreliggende oppfinnelse skaffer det følgende, enten enkeltvis eller i kombinasjon: 1) øket fremdriftseffektivitet; 2) reduksjon i skrog- eller maskinerivibrasjoner frembragt av fremdriftsanordningen; 3) forbedret retningsstabilitet for fartøy med én propell; 4) motvirkning av dreiemomentet i fartøy med én propell; 5) reduksjoner i propellkavitasjon og kavitasjonsskade; 6) reduksjon i propelldiameteren uten tap av opprinnelig effektivitet; 7) beskyttelse mot skade på grunn av propellen på personer i vannet uten et nettotap i fremdriftseffektivitet som skyldes motstand av den beskyttende innretning. The asymmetric swirl blades and adapted propeller system of the present invention provide the following, either individually or in combination: 1) increased propulsion efficiency; 2) reduction in hull or machinery vibrations produced by the propulsion device; 3) improved directional stability for vessels with one propeller; 4) counteracting the torque in vessels with one propeller; 5) reductions in propeller cavitation and cavitation damage; 6) reduction in propeller diameter without loss of original efficiency; 7) protection against damage due to the propeller to persons in the water without a net loss in propulsion efficiency due to resistance of the protective device.

Selv om skovlbladene og de modifiserte propeller i henhold til den foreliggende oppfinnelse ble utført som en enhet, ble det uventet funnet at hver kunne arbeide uavhengig av hverandre. Det vil si at skovlbladene kunne arbeide med en umodifisert, kjent og kommersielt tilgjengelig, planstilt (med plan forside) propell med optimal konstant stigning for å skaffe øket effektivitet over hele fartøyets hastighetsområde. Videre kan en slik propell når den modifiseres i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, effektivt frembringe effektivitetsøkninger når den arbeider uten skovlbladene i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Although the vane blades and modified propellers of the present invention were made as a unit, it was unexpectedly found that each could operate independently of the other. That is, the vane blades could work with an unmodified, known and commercially available, planar (with flat face) propeller with optimal constant pitch to obtain increased efficiency over the entire vessel's speed range. Furthermore, such a propeller when modified in accordance with the present invention can effectively produce efficiency gains when operating without the vane blades in accordance with the present invention.

Fig. 4 viser båten 10 for hvilken de asymmetriske skrogblader og den tilpassede propell ble utviklet. Båten 10 er en standard kystvaktpatruljebåt med totallengde 41 fot og tvillingpropel-ler. Som det kan ses, har propellen 12 montert på en skrå aksel 14 som gir en vinkel på ca. 14° med hensyn til båtbunnen (eller "låringslinjene"). På grunn av vinkelen til akselen 14 med hensyn til bunnen av båten 10, danner propellen 12 en tilsvar-ende vinkel på 14° med vanninnstrømningen, da vannstrømmen er omtrent parallell med bunnen av båten. Fig. 4 shows the boat 10 for which the asymmetric hull blades and the adapted propeller were developed. Boat 10 is a standard coast guard patrol boat with a total length of 41 feet and twin propellers. As can be seen, the propeller 12 is mounted on an inclined shaft 14 which gives an angle of approx. 14° with respect to the boat bottom (or "thigh lines"). Due to the angle of the shaft 14 with respect to the bottom of the boat 10, the propeller 12 forms a corresponding angle of 14° with the water inflow, as the water flow is approximately parallel to the bottom of the boat.

Fig. 5 viser et oppriss av størrelsen og retningen av vann-strømningskomponentene på vektorform "sett" av en propell som ikke har skovlbladene i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Hastighetsvektor VI representerer den virkelige vannstrøm parallell med bunnen av båten. Hastighetsvektor V2 representerer komponenten av vannstrømmen parallell med propellakselen 14. Da et gitt vannmolekyl som starter ved punkt 18, må nå punkt 2 0 samtidig enten den følger bane VI eller V2, betyr dette at det må være en hastighetskomponent såsom representeret av hastighetsvektoren V3, for vannet som strømmer parallelt med akselen 14. Fig. 5a viser hvordan propellen 12 "ser" hastighetsvektoren V3, dvs. at vann som nærmer seg propellen 12, synes å ha en jevn oppadrettet hastighet lik størrelsen av hastighetsvektoren V3. Det skal bemerkes at vann som nærmer seg propellen 12, er uforstyrret av fartøyets hekk eller andre fremspring på undersiden av fartøyet. I dette eksempel er propellen antatt å ha en rotasjon mot urviseren og derfor er denne hastighet motsatt av propellens rotasjon for den første halvpart av propellens rotasjon (fra 0° til 180° på fig. 5a), mens dén er i retning av propellens rotasjon for den annen halvpart av propellens rotasjon. En propell frembringer mindre trykkraft på den side hvor den beveger seg i samme retning som vannstrømmen inn i den (dvs. den annen halvpart av propellens rotasjon på fig. 5a) enn på den side hvor den beveger seg i motsatt retning av vannstrømmen inn i den (dvs. den første halvpart av propellens rotasjon på fig. 5a). Dette skyldes at hastighetsvektoren V3 på fig. 5 får bladseksjonens angrepsvinkel til å forandre seg periodisk etter som bladet gjør én omdreining, som vist på fig. 6. På denne figur er en enkelt bladseksjon vist ved 0, 90, 180 og 270<o>,s posisjoner på propellskiven. Hastighetsvektoren V2 er den samme som på fig. Fig. 5 shows an elevational view of the magnitude and direction of the water flow components in vector form "kit" of a propeller which does not have the vane blades according to the present invention. Velocity vector VI represents the real water flow parallel to the bottom of the boat. Velocity vector V2 represents the component of the water flow parallel to the propeller shaft 14. Since a given water molecule starting at point 18 must reach point 2 0 at the same time whether it follows path VI or V2, this means that there must be a velocity component as represented by the velocity vector V3, for the water flowing parallel to the shaft 14. Fig. 5a shows how the propeller 12 "sees" the velocity vector V3, i.e. that water approaching the propeller 12 appears to have a uniform upward velocity equal to the magnitude of the velocity vector V3. It should be noted that water approaching the propeller 12 is undisturbed by the vessel's stern or other projections on the underside of the vessel. In this example, the propeller is assumed to have a counter-clockwise rotation and therefore this speed is opposite to the propeller's rotation for the first half of the propeller's rotation (from 0° to 180° in Fig. 5a), while it is in the direction of the propeller's rotation for the other half of the propeller's rotation. A propeller produces less thrust on the side where it moves in the same direction as the water flow into it (ie the other half of the propeller's rotation in Fig. 5a) than on the side where it moves in the opposite direction to the water flow into it (ie the first half of the propeller's rotation in fig. 5a). This is because the velocity vector V3 in fig. 5 causes the angle of attack of the blade section to change periodically after the blade makes one revolution, as shown in fig. 6. In this figure, a single blade section is shown at 0, 90, 180 and 270<o>,s positions on the propeller disc. The velocity vector V2 is the same as in fig.

5. Tangensialhastigheten Vt for en bladseksjon med radius r og som beveger seg med n omdreininger pr. sek. er Vt = 2nrn. Som det kan ses, blir hastigheten V3 henholdsvis addert til og subtrahert fra Vt ved 90 resp. 270°. Dette får bladforsprangs- 5. The tangential speed Vt for a blade section with radius r and which moves with n revolutions per second. Sec. is Vt = 2nrn. As can be seen, the velocity V3 is respectively added to and subtracted from Vt at 90 resp. 270°. This gets leaf lead-

vinkelen 6 til å forandre seg, hvilket resulterer i variasjoner i seksjonens angrepsvinkel som i sin tur forårsaker forandringer i belastningen på propellbladet. Følgelig er belastningen på propellbladet størst ved 90° og minst ved 270°. For andre plasseringer av propellskiven er B gitt av følgende formel: the angle 6 to change, resulting in variations in the section's angle of attack which in turn causes changes in the load on the propeller blade. Consequently, the load on the propeller blade is greatest at 90° and least at 270°. For other locations of the propeller disc, B is given by the following formula:

hvor Q = vinkelposisjonen på propellskiven (se fig. 4) where Q = the angular position of the propeller disc (see fig. 4)

r = vektorposisjonen for bladseksjonen r = the vector position of the blade section

cp = vinkelposis jonen mellom båtens bunn og akselen cp = angular position between the bottom of the boat and the axle

(se fig. 5). (see fig. 5).

Variasjonen i bladseksjonens angrepsvinkel for enhver propell-radius, følgelig belastningen, er tilnærmet forskjellen mellom forsprangsvinkelen R gitt i ligning (1) og stigningsvinkelen for bladet ved denne radius. Variasjonen i angrepsvinkelen for hver omdreining gir opphav til ustø aksialkrefter langs propellakselen og stø som vel ustø krefter som er perpendikulære til den skrå aksel (se fig. 3). Når denne perpen-dikulærkraft oppløses i sine horisontale og vertikale komponenter, kan det ses at den horisontale komponent i realiteten er en motstandskraft Dp som virker på fartøyet. Som vist nedenfor, minimerer eller eliminerer de asymmetriske for-virvlingsskovlblader i henhold til den foreliggende oppfinnelse denne motstand. The variation in the angle of attack of the blade section for any propeller radius, hence the load, is approximately the difference between the lead angle R given in equation (1) and the pitch angle of the blade at this radius. The variation in the angle of attack for each revolution gives rise to unstable axial forces along the propeller shaft and steady as well as unstable forces perpendicular to the inclined shaft (see fig. 3). When this perpendicular force is resolved into its horizontal and vertical components, it can be seen that the horizontal component is in reality a resistance force Dp acting on the vessel. As shown below, the asymmetrical vortex vanes of the present invention minimize or eliminate this drag.

Motstanden til bladene oppløst parallelt til fartøysbevegelsen Dv er sammensatt av tre komponenter: 1) viskøs motstand; 2) indusert motstand og 3) motstand som skyldes helningen av strømningen relativt til fartøyets bevegelse fremover (se fig. 7A). Den viskøse motstand er sammensatt av friksjons- og virveldannelsestap. Indusert motstand skyldes virvelsystemet bak skovlbladene. Endelig resulterer skovlbladenes asymmetri i en kraft som virker med en skjev vinkel på akselen og en rett vinkel på innstrømningen og har en kraftkomponent rettet akterut. Når alle tre motstandskomponenter oppløses parallelt til retningen av fartøys bevegelsen, fås en nettomotstand Dv. The resistance of the blades resolved parallel to the vessel motion Dv is composed of three components: 1) viscous resistance; 2) induced drag and 3) drag due to the tilt of the flow relative to the vessel's forward motion (see Fig. 7A). The viscous drag is composed of frictional and vorticity losses. Induced drag is due to the vortex system behind the vane blades. Finally, the asymmetry of the vane blades results in a force that acts at an oblique angle to the shaft and a right angle to the inflow and has a force component directed aft. When all three resistance components are resolved parallel to the direction of the vessel's movement, a net resistance Dv is obtained.

Rotasjonshastighetsfeltet V(0)v^rvel ved propellskiven, forårsaket av skovlene, er vist på fig. 8. Rotasjons- eller virvelhastighetene frembragt av skovlbladene har redusert eller eliminert de sykliske variasjoner i forsprangsvinkelen R og har derfor minimert eller eliminert den perpendikulære akselkraft og dens motstandskomponent Dp. Reduksjonen i perpendikulærkraf-ten frembragt av propellen blir motvirket helt eller delvis av økningen i komponenten for skovlbladkraften som er perpendikulær på propellakselen. The rotational velocity field V(0)v^rvel at the propeller disc, caused by the blades, is shown in fig. 8. The rotational or swirling velocities produced by the vane blades have reduced or eliminated the cyclic variations in the lead angle R and have therefore minimized or eliminated the perpendicular shaft force and its drag component Dp. The reduction in the perpendicular force produced by the propeller is counteracted in whole or in part by the increase in the component for the blade force which is perpendicular to the propeller shaft.

Reduksjonen eller eliminasjonen av variasjoner i forsprangsvinkelen også reduserer sannsynligheten for flatekavitasjon. I tillegg er skovlbladene tilbøyelige til å redusere belastningen på det sterkest belastede parti av propellskiven, slik det vil bli omtalt senere. Dette reduserer også graden av eller sannsynligheten for kavitasjon på bladenes bakside. The reduction or elimination of variations in the lead angle also reduces the likelihood of surface cavitation. In addition, the vane blades tend to reduce the load on the most heavily loaded part of the propeller disc, as will be discussed later. This also reduces the degree or likelihood of cavitation on the backside of the blades.

For en gitt fartøyshastighet finner det sted en reduksjon i propellens turtall sammenlignet med det samme fartøy uten skovlblad-propellkombinasjonen (fig. 1). Da friksjonsenergi-tapene på propellbladene (forårsaket av vannets viskositet) er proporsjonale med kvadratet av propellens turtall, vil det fås en signifikant økning i propelleffektiviteten. I tillegg vil en reduksjon i turtallet for en gitt fartøyshastighet for den typiske dieselmotor resultere i en reduksjon av brensel-forbruksraten for motoren. Fig. 2 viser dette fenomen som forekom med testfartøyet. Besparelsen i brensel fra denne effekt utgjorde omtrent 2 % av de totale brenselbesparelser. Dette kommer i tillegg til besparelsene som frembringes av en reduksjon i akseleffekten som er nødvendig for en gitt hastighet. For a given vessel speed, there is a reduction in the speed of the propeller compared to the same vessel without the blade-propeller combination (Fig. 1). As the frictional energy losses on the propeller blades (caused by the viscosity of the water) are proportional to the square of the propeller speed, there will be a significant increase in propeller efficiency. In addition, a reduction in rpm for a given vessel speed for the typical diesel engine will result in a reduction in the fuel consumption rate for the engine. Fig. 2 shows this phenomenon that occurred with the test vessel. The savings in fuel from this effect amounted to approximately 2% of the total fuel savings. This is in addition to the savings produced by a reduction in the axle power required for a given speed.

For fartøyet med en propell med skrå aksler, men uten skovlblader virker en kraft som har stø og ustø komponenter (se fig. 3A og 3B) perpendikulært på akselen. Den horisontale komponenten for den stø kraft medvirker til å dreie fartøyet. Denne dreining må motvirkes ved bruk av ror og et tap av energi finner sted på grunn av økningen i motstanden forårsaket av rorutslaget. Når korrekt tilpassede skovlblader tilføyes, blir sidekraften fra propellen motvirket av sidekraften fra skovlbladene, som vist på fig. 7B. Sidekraften fra skovlbladene motvirker også delvis eller helt dreiemomentet til propellen i et fartøy med én propell. For the vessel with a propeller with inclined shafts, but without blades, a force having steady and unsteady components (see Figs. 3A and 3B) acts perpendicular to the shaft. The horizontal component of the thrust force helps to turn the vessel. This turning must be counteracted by the use of rudder and a loss of energy takes place due to the increase in resistance caused by the rudder stroke. When correctly fitted vane blades are added, the lateral force from the propeller is counteracted by the lateral force from the vane blades, as shown in fig. 7B. The side force from the vane blades also partially or completely counteracts the torque of the propeller in a single-propeller vessel.

På grunn av helningen av propellakselen, er én side av propellskiven (uten at skovlblader forekommer), siden hvor propellen befinner seg i sin oppadgående del av rotasjonen, lett belastet, mens den andre side er tungt belastet. Som en enkelt fremdriftsenhet kan den asymmetriske forvirvlingsskovlblad-propellkombinasjon utføres for en mer jevn belastning av propellskiven. Dette fører til en ytterligere reduksjon i de aksiale, kinetiske energitap i fremdriftsanordningens propell-strøm. Ved å redusere belastningen på den sterkt belastede side av propellskiven, kan kavitasjon på bladenes bakside reduseres eller elimineres. Videre kan det på den lett belastede side av propellskiven forekomme flatekavitasjon. Ved å belaste denne side av skiven med skovlbladene, vil bladflatekavitasjonen elimineres. Due to the inclination of the propeller shaft, one side of the propeller disc (without blades occurring), the side where the propeller is in its upward rotation, is lightly loaded, while the other side is heavily loaded. As a single propulsion unit, the asymmetric swirl vane-propeller combination can be performed for a more uniform loading of the propeller disc. This leads to a further reduction in the axial, kinetic energy losses in the propulsion device's propeller flow. By reducing the load on the heavily loaded side of the propeller disc, cavitation on the back side of the blades can be reduced or eliminated. Furthermore, surface cavitation can occur on the lightly loaded side of the propeller disc. By loading this side of the disc with the vane blades, the blade surface cavitation will be eliminated.

På grunn av ujevn belastning på kjente propellskiver uten skovlblader, forekommer vibrasjoner som skyldes ustø krefter som er perpendikulære på akselen (bare skrå aksler) og parallelle til akselen. Disse vibrasjoner overføres gjennom akselen til reduksjonsvekselen eller maskinen og blir også overført gjennom aksellageret direkte til skroget. Ved å benytte et korrekt utført asymmetrisk forvirvlingsskovlblad og tilpasset propell, kan de ustø krefter forårsaket av propellen minimeres eller elimineres. Dette resulterer i reduserte skrogoverførte vibrasjoner, mer stillegående fartøy, øket levetid for propellaksellagre og redusert vedlikehold reduk-sjonsveksler og maskiner. Due to uneven loading on known propeller discs without vane blades, vibrations occur due to unsteady forces perpendicular to the shaft (inclined shafts only) and parallel to the shaft. These vibrations are transmitted through the shaft to the reduction gear or machine and are also transmitted through the shaft bearing directly to the hull. By using a correctly executed asymmetric swirl blade and adapted propeller, the unsteady forces caused by the propeller can be minimized or eliminated. This results in reduced hull-transmitted vibrations, quieter vessels, increased lifespan of propeller shaft bearings and reduced maintenance of gear reducers and machines.

Forvirvlingsskovlblad virker også som et vern for propellen. Ethvert tap i effektivitet forårsaket av skovlbladene motvirkes av den økte effektivitet ved en korrekt utført f reindriftsenhet. Vernet kan forhindre vrakgods fra å treffe propellen når den er i drift eller forhindre skade på mennesker under bording eller bading i nærheten av en propell i rotasjon. Turbulence vanes also act as protection for the propeller. Any loss in efficiency caused by the vane blades is counterbalanced by the increased efficiency of a properly executed f reen drive unit. The guard can prevent wreckage from hitting the propeller when it is in operation or prevent injury to people during boarding or bathing near a rotating propeller.

En propell på en skrå aksel frembringer en kraft som er perpendikulær til akselen. En komponent av denne kraften virker som en motstand på fartøyet i retning av fartøyets gang som vist på fig. 3A. Bruken av det asymmetriske forvirvlingsskovlblad og tilpasset propell reduserer eller eliminerer denne motstand forårsaket av propellen. A propeller on an inclined shaft produces a force perpendicular to the shaft. A component of this force acts as a resistance on the vessel in the direction of the vessel's course as shown in fig. 3A. The use of the asymmetric swirl blade and adapted propeller reduces or eliminates this drag caused by the propeller.

Når den er korrekt utført kan kombinasjonen av det asymmetriske forvirvlingsskovlblad og tilpassede propell ha en propell med mindre diameter sammenlignet med den optimale, kjente propell-diameter uten skovlblader. Dette tillater større klaring mellom skrog og propell og reduserer fartøyet dyptgående. When properly executed, the combination of the asymmetric swirl blade and custom propeller can result in a smaller diameter propeller compared to the optimal, known propeller diameter without blades. This allows greater clearance between hull and propeller and reduces the vessel's draft.

Fig. 9 er et riss sett ned fra toppen av propellagertappen. Trimroret vist festet til tappen, virker på samme måte som en flap på en flyvinge. Dette roret eller flappen genererer en sirkulasjon omkring lagertappen og frembringer en horisontal kraft på tappen. Derfor frembringer tappen og trimroret tangensialhastigheter eller virvling motsatt rotasjonen av propellen og er betraktet som en iboende del av fremdriftsanordningens utførelse. Fig. 9 viser at hvert skovlblad har haifinneomriss, dette for med det formål å avstøte vrakgods fra skovlblad og propeller, da vrakgods er et vanlig problem i farvannene hvor disse båtene opererer. Kordelengden til skovlbladene ved r/R (R er bladets spissradius, r er den lokale radius) = 0,25 er 10,3 tommer og smalner lineært av til 2,13 tommer ved r/R = 0,96. Bladkoordinatene, herunder øvre (sugeside-) og nedre (trykkside) bladtykkelseskoordinater, stigningsfordeling og kordelengder ved fire ubenevnte radier er gitt i tabell I for skovlbladene 1 og 2, (se fig. 5a) og i tabell II for skovlbladene 3 og 4. Disse koordinatene er for bladene til babordpropellen, bladene for styrbord propell er speilbilder av disse skovlbladene under antagelse av at propellene er kontraroterende. Fig. 14 gir koordinatene for tapptrimroret eller flappen. Fig. 9 is a view looking down from the top of the propeller bearing pin. The trim rudder shown attached to the pin works in the same way as a flap on an airplane wing. This rudder or flap generates a circulation around the bearing pin and produces a horizontal force on the pin. Therefore, the pin and trim rudder produce tangential velocities or eddies opposite to the rotation of the propeller and are considered an inherent part of the propulsion device design. Fig. 9 shows that each blade has a shark fin outline, this for the purpose of repelling debris from the blade and propeller, as debris is a common problem in the waters where these boats operate. The chord length of the vane blades at r/R (R is the blade tip radius, r is the local radius) = 0.25 is 10.3 inches and tapers linearly to 2.13 inches at r/R = 0.96. The blade coordinates, including upper (suction side) and lower (pressure side) blade thickness coordinates, pitch distribution and chord lengths at four unnamed radii are given in table I for blade blades 1 and 2, (see fig. 5a) and in table II for blade blades 3 and 4. These the coordinates are for the port propeller blades, the starboard propeller blades are mirror images of these vane blades assuming the propellers are counter-rotating. Fig. 14 gives the coordinates for the pin trim rudder or flap.

Tykkelses- eller konveksitetsfordelingen for skovlbladene er tilnærmet det samme som for en NACA 65-bæreflate (omtalt og definert i rapport nr. 86H93245-NTIS "Drag Tests of NACA 65 Practical Constructed Airfoil", juli 1946, USA) middellinje og spennvis fordeling av maksimal tykkelse eller konveksitet er vist på fig. 10. Bemerk at skovlbladene 1 og 2 har en liten reduksjon i stigning nær spissene, mens skovlbladene 3 og 4 ikke har det. Denne reduksjon i stigning avlaster skovlblad-spissene på disse to sterkt belastede skovlblad. Nese-halelin-jen for rottversnittene til bladene 1 og 2 er gitt en vinkel på 2° relativt til akselens senterlinje og den for skovlbladene 3 og 4 satt til 5° relativt til akselens senterlinje. Snittangrepsvinkelen for et bladsnitt relativt til innstrømningen ved enhver radius er tilnærmet bestemt av den følgende formel: The thickness or convexity distribution of the airfoils is approximately the same as that of a NACA 65 airfoil (discussed and defined in Report No. 86H93245-NTIS "Drag Tests of NACA 65 Practical Constructed Airfoil", July 1946, USA) centerline and spanwise distribution of maximum thickness or convexity is shown in fig. 10. Note that blades 1 and 2 have a slight reduction in pitch near the tips, while blades 3 and 4 do not. This reduction in pitch relieves the blade tips of these two heavily loaded blades. The nose-tail line for the root cross-sections of the blades 1 and 2 is given an angle of 2° relative to the centerline of the shaft and that of the vane blades 3 and 4 is set to 5° relative to the centerline of the shaft. The section angle of attack for a blade section relative to the inflow at any radius is approximately determined by the following formula:

hvor: where:

a = snittangrepsvinkelen a = the average angle of attack

e = vinkelen for bladrotseksjonen med hensyn på akselens e = the angle of the leaf root section with respect to that of the axis

senterlinje center line

cp = akselvinkelen med hensyn på fartøyets bunn eller låringslinjene cp = the shaft angle with respect to the bottom of the vessel or the mooring lines

0 = vinkelposisjonen for skovlbladet med hensyn på lagertappen, 0° er ved tappen og 90° er klokken 9-stillingen sett aktenfra propellen og forover. 0 = the angular position of the vane blade with regard to the bearing pin, 0° is at the pin and 90° is the 9 o'clock position seen aft from the propeller and forward.

Når snittkonveksitet inkluderes med snittangrepsvinkelen gitt av ligning (2) for å bestemme belastning, kan det ses at hvert skovlblad belastes forskjellig. Skovlbladene 1 og 2 har den største belastning, med en noe redusert grad på skovlblad 3. De letteste belastningene fås på tapptrimroret og på bladet 4. Dette resulterer i meget store, lokale tangensialhastigheter som induseres ved og nedstrøms for propellen av skovlbladene. Dette asymmetriske tangensiale hastighetsfelt er det som er ansvarlig for de angitte forbedringer i fremdriftseffektiviteten. Rotasjonsfeltet eller tangensialhastigheten som induseres av propellen i propellstrømmen, blir delvis kansel-lert av motrotasjonen av fluidet indusert av skovlene. Dette frembringer en del av de angitte energibesparelser. En naturlig forekommende, delvis kansellering av virvelhastigheten indusert av propellen i dens propellstrøm skyldes superposisjoneringen av vektor V3 (fig. 5) på den side av propellstrømmen som ikke er dekket av skovlbladene. When the section convexity is included with the section angle of attack given by Equation (2) to determine loading, it can be seen that each blade is loaded differently. Blades 1 and 2 have the greatest load, with a somewhat reduced degree on blade 3. The lightest loads are obtained on the pin trim rudder and on blade 4. This results in very large, local tangential velocities induced at and downstream of the propeller by the blade blades. This asymmetric tangential velocity field is responsible for the indicated improvements in propulsion efficiency. The rotational field or tangential velocity induced by the propeller in the propeller flow is partially canceled by the counter-rotation of the fluid induced by the blades. This produces part of the specified energy savings. A naturally occurring partial cancellation of the eddy velocity induced by the propeller in its propeller stream is due to the superposition of vector V3 (Fig. 5) on the side of the propeller stream not covered by the blade blades.

Avstanden fra skovlbladnavet til skovlbladspissen er 10 tommer, hvilket er ca. 77 % av propellradien (propellradien er 13 tommer). Som angitt tidligere, er skovlbladene montert på aksellagerhuset straks foran propellen. The distance from the blade hub to the blade tip is 10 inches, which is approx. 77% of propeller radius (propeller radius is 13 inches). As stated earlier, the vane blades are mounted on the shaft bearing housing immediately in front of the propeller.

Fig. 11 som er sett langs senterlinjen for propellakselen, viser skovlbladene avbøyd mot utviseren med hensyn på en radiallinje som skjærer midtpunktet av bladroten. Denne avbøyning var nødvendig på grunn av fremgangsmåten for bladkonstruksjonen. I fremtidige konstruksjoner kan denne avbøyning være nødvendig eller ikke, avhengig av konstruksjons-metoden. Fig. 12 viser bladene sett fra undersiden av forsøks-fartøyet mot hekken og viser skovlblad-propellkombinasjonen som sett av den innkommende vannstrøm. Skovlbladene 16 befinner seg hovedsakelig på den del av propellskiven hvor bladene befinner seg i den oppadgående del av sin rotasjon, da dette er den del av skiven hvor bladene er lett belastet på grunn av helningen av propellakselen. Fig. 11, which is viewed along the center line of the propeller shaft, shows the vane blades deflected towards the pointer with regard to a radial line that intersects the midpoint of the blade root. This deflection was necessary due to the procedure for the blade construction. In future constructions, this deflection may or may not be necessary, depending on the construction method. Fig. 12 shows the blades seen from the underside of the test vessel towards the stern and shows the vane blade-propeller combination as seen from the incoming water flow. The vane blades 16 are located mainly on the part of the propeller disc where the blades are in the upward part of their rotation, as this is the part of the disc where the blades are lightly loaded due to the inclination of the propeller shaft.

Propellen som opprinnelig ble benyttet på forsøksfartøyet, var en kommersielt tilgjengelig, planstilt propell med optimal konstant stigning, fremstilt av Columbian Bronze Corp. En identisk propell, bortsett fra med lavere opprinnelig stigning, ble senere mekanisk gitt ny stigning for å tilpasses forstyr-relseshastighetsfeltet generert av skovlene. Karakteristikkene for denne propell med endret stigning er vist i tabellene IV og V. Evnen til å benytte en modifisert, kommersielt tilgjengelig propell sammen med bladskovlene er viktig, da det i høy grad reduserer installasjonskostnadene for asymmetriske forvirvlingsskovlblad og tilpasset propellsett. Fysiske beskrankninger forhindrer en eksakt tilpasning av propellen til skovlbladene når det foretas en mekanisk forandring av stigningen, men hvor imidlertid maksimal ytelse eller effektivitet er hovedhensik-ten, kan en spesialkonstruert og -fremstilt propell benyttes. Initialkostnaden vil imidlertid øke kraftig. The propeller originally used on the test vessel was a commercially available planar propeller with optimum constant pitch, manufactured by Columbian Bronze Corp. An identical propeller, except with a lower initial pitch, was later mechanically given new pitch to adapt to the disturbance velocity field generated by the blades. The characteristics of this modified pitch propeller are shown in Tables IV and V. The ability to use a modified, commercially available propeller with the blades is important as it greatly reduces the installation costs of asymmetric swirl blades and custom propeller kits. Physical limitations prevent an exact adaptation of the propeller to the blade blades when a mechanical change of pitch is made, but where however maximum performance or efficiency is the main objective, a specially designed and manufactured propeller can be used. However, the initial cost will increase sharply.

To fremgangsmåter for å konstruere skovbladene og propellsystemet foreligger for øyeblikket. Den første fremgangsmåten benytter en modifisert impulsteori og den annen seg av løftelinje- og løfteflateteori. Den siste er den foretrukkede fremgangsmåte, da lokale hastigheter og trykk kan predikeres. Ved bruk av denne metode blir perturbasjonshastighetene fra skovlbladene beregnet ved og nedstrøms for propellskiven. I sin tur blir perturbasjonshastighetene som skyldes propellen beregnet fra plasseringen av skovlbladet. Denne prosessen gjentas inntil konvergens finner sted. Den endelig beregnede perturbasjonshastighet sammen med konstruksjonskravene bestemmer skovlblad- og propellgeometrien. Two methods of constructing the vanes and the propeller system are currently available. The first method uses a modified impulse theory and the second uses lifting line and lifting surface theory. The latter is the preferred method, as local velocities and pressures can be predicted. When using this method, the perturbation velocities from the blade blades are calculated at and downstream of the propeller disc. In turn, the perturbation velocities due to the propeller are calculated from the position of the blade. This process is repeated until convergence takes place. The final calculated perturbation velocity together with the design requirements determine the blade and propeller geometry.

Som ved alle fremgangsmåter benyttet ved konstruksjonen av fremdriftsanordninger, er det nødvendig med modell- eller fullskalaforsøk. Generelt vil små forandringer i fremdriftsanordningens geometri være nødvendig etter den første forsøks-serie. Derfor er skovlblad- og propellsystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse utført så nær den optimale geometri som den nåværende teknikkens stand tillater, fulgt av modell eller fullskalaforsøk og muligvis små geometriforandrin-ger. As with all methods used in the construction of propulsion devices, model or full-scale testing is necessary. In general, small changes in the geometry of the propulsion device will be necessary after the first test series. Therefore, the blade and propeller system according to the present invention is made as close to the optimum geometry as the current state of the art allows, followed by model or full-scale tests and possibly small geometry changes.

Det ble også oppdaget at skovlbladene og den modifiserte propell fungerte godt uavhengig av hverandre. Når de asymmetriske forvirvlingsskovlblad var plassert foran den vanlige eller opprinnelige propell ("Tetradyne"-propell med 26" diameter, 28" optimal konstant stigning) på forsøksfartøyet, ble det registrert reduksjoner i akseleffekter på inntil 6 %. Mer signifikant ble reduksjoner i brenselforbruket på inntil 15 % registrert ved hastigheter på 10 knop, men etter som hastigheten ble øket til 23 knop, forsvant imidlertid brensel-besparelsene. Andre fordeler lik dem som ble oppnådd med bruk av skovlblader og de tilpasset propell ble også oppnådd, men i betydelig mindre grad. Den store reduksjon i brenselforbruket ved lave hastigheter ved bruk av den originale propell og et tilføyd sett av asymmetriske skovlblad, kunne ha stor betydning på fartøyer som opererer med lave hastigheter i lengre tidsrom, slik som arbeidsbåter og trålere. It was also discovered that the vane blades and the modified propeller worked well independently of each other. When the asymmetric swirl vanes were positioned ahead of the conventional or original propeller ("Tetradyne" propeller with 26" diameter, 28" optimum constant pitch) on the test vessel, reductions in shaft effects of up to 6% were recorded. More significantly, reductions in fuel consumption of up to 15% were recorded at speeds of 10 knots, but after the speed was increased to 23 knots, however, the fuel savings disappeared. Other advantages similar to those obtained with the use of vane blades and the adapted propeller were also obtained, but to a considerably lesser extent. The large reduction in fuel consumption at low speeds using the original propeller and an added set of asymmetric vane blades could be of great importance on vessels that operate at low speeds for extended periods of time, such as workboats and trawlers.

Den modifiserte vanlige propell benyttet med skovlbladene, virket også meget godt uten skovlbladene på den skrå aksel. Bruken av denne propellen alene førte til signifikante reduksjoner i akseleffekter og brenselforbruk over fartøyets hastighetsområde. Det er antatt at belastningsoppbygningen på bladspissene med meget høy stigning og avlastningen av rotseksjonene er ansvarlig for ytelsesøkningene. Den nåværende tekniske stand for propellkonstruksjonen hvor det antas at det ikke eksisterer noen viskøs kjølstrøm, angir at det for denne anvendelse skal benyttes en propell med konstant stigning for maksimal effektivitet. Etter gjennomgang av forsøksdata for denne propellen alene, er det antatt at to fenomener forekom: 1) Ustø krefter relatert til variasjonen i hver omdreining i bladsnittangrepsvinkelen, som er størst ved de innvendige radier av propellen, reduseres når stigningen og derfor belastningen for de indre radier minskes og forårsaker derved en reduksjon i energitapene forbundet med disse ustø krefter. 2) Ved de ytre propellradier blir variasjonen i bladsnittangrepsvinkelen med hver omdreining minimal, derfor gjør belastningsoppbyggingen på bladspissene at trykkraft kan leveres på en jevnere måte over ringen som sveipes ut av det ytre parti av spissene og dette minimerer i sin tur aksiale og rotasjonelle kinetiske energitap i propellens propellstrøm. The modified regular propeller used with the vane blades also worked very well without the vane blades on the inclined shaft. The use of this propeller alone led to significant reductions in shaft effects and fuel consumption over the vessel's speed range. It is believed that the load build-up on the very high pitch blade tips and the relief of the root sections are responsible for the performance increases. The current state of the art of propeller design, where it is assumed that no viscous keel current exists, indicates that for this application a constant pitch propeller should be used for maximum efficiency. After reviewing the experimental data for this propeller alone, it is believed that two phenomena occurred: 1) Unsteady forces related to the variation in each revolution in the blade section angle of attack, which is greatest at the inner radii of the propeller, is reduced as the pitch and therefore the load on the inner radii is reduced and thereby causes a reduction in the energy losses associated with these unstable forces. 2) At the outer propeller radii, the variation in the blade angle of attack with each revolution is minimal, therefore the load build-up on the blade tips means that thrust can be delivered more evenly across the ring swept out by the outer part of the tips and this in turn minimizes axial and rotational kinetic energy losses in the propeller's propeller flow.

Ytelsen til den modifiserte propell på en skrå aksel kan ikke predikeres med nåværende analytiske eller empiriske verktøy. Imidlertid er det antatt at hvis man velger en planstilt propell med konstant stigning for optimal ytelse, basert på analyse for ikke-skrå aksel, kan ytelsen til denne propell økes med bruk av følgende retningslinjer: 1) Å velge en bladrotstig-ning som er 10 % mindre enn den til propellen med optimal konstant stigning. 2) Å velge en bladspissstigning The performance of the modified propeller on an inclined shaft cannot be predicted with current analytical or empirical tools. However, it is believed that if one chooses a planar propeller with constant pitch for optimum performance, based on non-tilt shaft analysis, the performance of this propeller can be increased using the following guidelines: 1) Selecting a blade root pitch that is 10 % less than that of the propeller with optimal constant pitch. 2) Choosing a blade tip pitch

(r/R = 0,95)som er 10 % større enn den for propellen med konstant stigning. 3) Å velge en bladsnittstigning ved r/R = 0,7 og lik stigningen til propellen med optimal konstant stigning. (r/R = 0.95) which is 10% greater than that of the constant pitch propeller. 3) Choosing a blade pitch at r/R = 0.7 and equal to the pitch of the propeller with optimal constant pitch.

Når en kurve tilpasses disse tre punktene på en graf av r/R med hensyn på stigning, fås en ikke-lineær stigningsfordeling. Den resulterende modifiserte propell vil være identisk med propellen med optimal konstant stigning i alle geometriske When a curve is fitted to these three points on a graph of r/R with respect to slope, a non-linear slope distribution is obtained. The resulting modified propeller will be identical to the optimal constant pitch propeller in all geometries

detaljer bortsett fra den ikke-lineære stigningsfordeling. details except for the non-linear slope distribution.

1 tilfellet med forsøksfartøyet ble en 26 tommers diameter "Tetradyne"-propell med 28 tommers konstant stigning fra Columbia Bronze Corp. funnet å være optimal med bruk av standard empiriske tabeller. En annen "Tetradyne"-propell med 2 6 tommers diameter og med 25 tommers konstant stigning ble innkjøpt. Denne annen propell ble mekanisk forsynt med ny stigning på 28 tommer ved r/R = 0,7 og på 31 tommer ved r/R = 0,95. Dette er den propellen som ble tilpasset de asymmetriske forvirvlingsskovlblad og som også virket usedvanlig godt når det ikke var skovlblad foran den. 1 case of the test vessel was a 26 inch diameter "Tetradyne" propeller with 28 inch constant pitch from Columbia Bronze Corp. found to be optimal with the use of standard empirical tables. Another "Tetradyne" propeller of 2 6 inch diameter and 25 inch constant pitch was procured. This second propeller was mechanically provided with new pitch of 28 inches at r/R = 0.7 and of 31 inches at r/R = 0.95. This is the propeller that was adapted to the asymmetric swirl vanes and also worked exceptionally well when there were no vanes in front of it.

Da luft og vann begge er fluider og den foreliggende oppfinnelse er en anvendelse av fluidmekanikk, er det innlysende at prinsippene for den foreliggende oppfinnelse kan benyttes på en flypropell for å forbedre dens arbeidseffektivitet når propellen ikke er helt vertikal. F.eks. kunne en propell av skyvetypen sansynligvis oppnå driftsmessig fordel ved bruk av prinsippene for den foreliggende oppfinnelse. Som vist på fig. 13, kunne skovlblad 40 i henhold til den foreliggende oppfinnelse monteres på utsiden av motordekslet 42 på siden hvor propellen 44 befinner seg i sin stigende del av rotasjonen og derved gi propellen 44 en positiv angrepsvinkel på denne side av skiven. Som med en båt, vil størrelsen av vinkelorienterin-gen av skovlbladene for en flypropell være bestemt av strømnin-gen ved propellen. Since air and water are both fluids and the present invention is an application of fluid mechanics, it is obvious that the principles of the present invention can be applied to an aircraft propeller to improve its working efficiency when the propeller is not completely vertical. E.g. a thruster type propeller could probably achieve operational advantage using the principles of the present invention. As shown in fig. 13, vane blade 40 according to the present invention could be mounted on the outside of the motor cover 42 on the side where the propeller 44 is in its ascending part of the rotation and thereby give the propeller 44 a positive angle of attack on this side of the disc. As with a boat, the magnitude of the angular orientation of the blade blades for an aircraft propeller will be determined by the flow at the propeller.

Claims

1. Energy-efficient propulsion system with pre-swirl vane and propeller, for a vessel passing through a fluid medium and equipped with a driven drive shaft (14) and a propeller (12;44) arranged on the drive shaft to propel the vessel through the fluid medium, characterized in that vane devices (1,2,3,4;16;40) are arranged to direct the flow of the fluid medium asymmetrically into the propeller.

2. Propulsion system according to claim 1, where the vessel is a sea vessel, characterized in that the propeller (12) comprises blades with less pitch at their roots and greater pitch at the tips.

3. Propulsion system according to claim 2, characterized in that the blade devices (1,2,3,4;16) for directing the water flow are arranged asymmetrically around the modified propeller (12).

4. Propulsion system according to claim 3, characterized in that the vane devices (1,2,3,4;16) for directing the water flow are mainly located on the side of the propeller disc where the propeller (12) is in the upward part of its rotation .

5. Propulsion system according to claim 4, characterized in that the vane devices (1,2,3,4;16) for directing the water flow consist of vane blades (1,2,3,4;16) upstream of the propeller (12).

6. Propulsion system according to claim 5, characterized in that the vane blades (1,2,3,4;16) are mounted on the propeller shaft housing.

7. Propulsion system according to claim 6, characterized in that the vane blades (1,2,3,4;16) are arranged to direct the water flow downwards and into the propeller (12).

8. Propulsion system according to claim 7, characterized in that the blades of the propeller (12) have a pitch of approx. 90% at the root referred to a propeller with constant pitch, of 100% at approx. 70% radius referred to a propeller with constant pitch and of approx. 110% at the tip referred to a constant pitch propeller.

9. Propulsion system according to claim 8, characterized in that the vane blades (1,2,3,4;16) have approximate contours as a NACA 65 airfoil.

10. Propulsion system according to claim 1, where the vessel is an aircraft, characterized in that the blade devices (40) are mounted in front of the propeller (44) to direct the air flow into the propeller.

11. Propulsion system according to claim 10, characterized in that the flow-directing vane devices (40) are only located at a part of the propeller disc.

12. Propulsion system according to claim 11, characterized in that the flow-directing vane devices (40) are mainly located on the side of the propeller disc where the propeller is in the upward part of its rotation.

13. Propulsion system according to claim 12, characterized in that the flow-directing vane devices consist of vane blades (40) mounted on the outside of the engine cover (42).

14. Propulsion system according to claim 13, characterized in that the flow-directing vane blades (40) are arranged to direct the air flow downwards into the propeller.

15. Method for improving the efficiency and/or reducing propeller-induced hull vibrations in a propulsion system for a vessel passing through a fluid medium, where the vessel is a sea vessel with a propeller (12) mounted on a shaft (14) inclined relative to the direction of travel, characterized by directing the water flow into the propeller (12) to counteract the effects of the shaft (14) slope.

16. Method according to claim 15, characterized by directing the water flow asymmetrically around the propeller disk (14).

17. Method according to claim 16, characterized by primarily directing the water flow on the part of the propeller disc where the propeller blades (12) are in the upward part of their rotation.

18. Method according to claim 17, characterized by directing the water flow downwards into the propeller (12).

19. Method according to claim 18, characterized by using devices (1,2,3,4;16) to direct the water flow, the devices consisting of vane blades (1,2,3,4;16) mounted upstream of the propeller (12).

20. Method according to claim 15, characterized in that it comprises changing the pitch of the blades on the propeller (12) to approx. 90% at the root referred to a propeller with constant pitch, to 100% at approx. 70% radius referred to a propeller with constant pitch and to approx. 110% at the tip referred to a constant pitch propeller.

21. Method according to claim 15, where the cavitation in the propeller (12) is to be reduced when the propeller moves through water, characterized by directing the water that flows into the propeller (12) in such a way that the propeller with regard to the water gets a positive angle of attack over its entire disc.

22. Method according to claim 21, characterized by directing the water flow using the vane blades (1, 2, 3, 4; 16) mounted upstream of the propeller (12).

23. Method according to claim 22, characterized by primarily arranging the vane blades (1,2,3,4;16) on the part of the propeller disc where the propeller blades are in the upward part of their rotation.

24. Method according to claim 23, characterized by directing the water flow downwards into the propeller (12).