SE455491B - For ett av propeller drivet fartyg avsedd stromningsledyta - Google Patents

Description

455 491 tvärsnittsyta som överstiger något den yta en propeiierbiadsspetscirkei biïdar. Även om föreliggande uppfinning skiïjer sig väsentligt från den här visade, så utgör föreiiggande uppfinning principieiit en vidareutveck- iing av den här visade dysans funktion.

Tiii teknikens tidigare ståndpunkt hör också den enligt andra grundprin- ciper verkande ringdysformiga strömningsledytan, som är visad och beskri- ven i den tyska patentskriften 755 002, där strömningsïedytan är orien- terad omkring propeiierns övre parti och därmed är strömningsiedytan, vid sin nedre dei, utbiidad med en urtagning för att ge piats för pro- peiïerbiaden.

Vid denna anordning är det känt att iåta tyngdpunkten för en strömnings- iedytan omsiuten tvärsnittsyta orienterats inom propeilerområdet och över propeiierns rotationscentrum.

Vidare är det från den brittiska tidskriften "Motor Ship" från aprii 1972, sidorna 36 och 37, känt att orientera ett omkring propeiieraxein ungefär stjärnformigt anordnat iedytsystem. Vidare är det känt att kom- binera detta ledsystem med en ringdysa.

Detta systems osymmetri hänför-sig ti11 radieiia eïier ungefär radieiia iedytor, varvid dysan är anordnad centraisymmetrisk i förhâïiande tiii axeln.

Vidare är det känt att anordna s.k. KORT-dysor med en ringformig mantei som omger propeiiern och har bäryttvärsnitt. Dessa KORT-dysor aistrar en framdrivning som understöder propellerverkan. Framdrivningen kommer emeiiertid tiii stånd endast vid större propeiierbeiastningar, annars överväger dysans egenmotstånd. Dyiika KORT-dysor medför på samma gäng en mera iikformig anströmning ifråga om riktning och hastighetsförde1ning{ 455 491 Om KORT-dysformiga rör anordnas koncentriskt framför propellern, ernår man därigenom en del av de för omantlade propellrar uppnâeliga fördelar- na. Känt är det att framför propellern koncentriskt anordna KORT-dysor med en ytterdiameter som är ungefär lika stor som propellerdiametern.

REDOGURELSE FUR FURELIGGANDE UPPFINNING TEKNISKA UVERVÄGANDEN Vid fartygsskruvpropellrar, som oftast är anordnade i form av en enda propeller vid akterpartiet för fartyget, är det känt att vattenanström- ningen mot propellern, i motsvarighet till fartygs- eller skrovformen, går uppåt och att propellerströmningen således får en uppåt riktad kom- posant. Till följd av den akteröver så konvergerande skrovformen konver- gerar där även vattenströmningen mot fartygets mittenplan. Vidare alst- rar propellern virvlar icke endast i den aktra utströmningen utan även inom området framför propellern. Detta betyder, för en, bakifrån sedd, högerroterande eller medursroterande propeller, att i det övre området förstärks på babordssidan anströmningens uppâtgående komposant ytterli- gare. På styrbordssidan verkar den uppåt riktade anströmningskomposanten mot propellerns verkan.

På babordssidan åstadkommer därvid den med propellerrotationen medlö- pande strömningskomposanten en avlastning av propellern. På styrbords- sidan åstadkommer den motlöpande strömningskomposanten en ytterligare belastning av propellern. Propellerns tryckmittpunkt kommer därvid att ligga, vid en bakifrån sett högerroterande propeller, vid den högra propellersidan.

Propelleranströmningen blir även ifråga om hastigheten mycket olikformig genom det mot propellern strömmande gränsskiktet och genom avlösnings- effekter. Denna effekt blir, särskilt vid fylliga akterskepp, mycket utpräglad inom den övre propellerhälften. Propelleranströmningsmedelhas- tigheten är vid handelsfartyg med en propeller ungefär 20% till 40% - mindre än fartygshastigheten. Denna efterström inverkar gynnsamt på effektbehovet. Däremot inverkar den olikformiga efterströmmen ogynnsamt 455 491 - 4 på propellerverkningsgraden. Vid vanliga handelsfartyg kan anströmnings- hastigheten växla över propellerytan från 95% ned till 30% av fartygs- hastigheten. Även större skillnader kan påträffas vid fylliga tankfar- tyg.

För att göra propelleranströmningshastigheten mera likformig kan akter- skeppet gestaltas på motsvarande sätt. Exempelvis tjänar de så kallade aktervulsterna eller akterbulberna i första hand härför. Ävensâ är till- närmelsevis horisontellt framför propellern anordnade strömningsledytor kända. Dessa ledytor åstadkommer en mer axiell vattenanströmning mot propellern och kan även tjäna till att göra anströmningshastigheten mera likfonnig. Om man i denna snett uppåt gående vattenströmningen inför en bäryta, med en lutning mellan strömningsriktningen och horisontalrikt- ningen, så alstrar denna bäryta ett upptryck med en framåtriktad kraft- komposant, d.v.s. den orsakar en ytterligare framdrivning. Strömningen bakom bärytan erhåller genom bärytan en impuls nedåt och går därefter mera horisontellt. Dessa ledytor förändrar således strömningsriktningen på önskat sätt och dessutom blir propelleranströmningshastigheten mera likformig. En dylik bäryta kan förbättra framdrivningskvalitetsgraden, d.v.s. därigenom kan den för en förutbestämd hastighet nödvändiga driv- effekten minskas eller kan vid samma driveffekt hastigheten ökas. Därvid skall följande effekter särskiljas: 1. Alstrande av en framdrivningskraft direkt på bärytan.

Ledytans ytterligare viskositetsmotstând är ringa och kan delvis återvinnas i propellern. 2. Höjningen av propellerverkningsgraden till följd av en mera axiell anströmningsriktning. 3. Höjning av propellerverkningsgraden till följd av en mera likformig anströmningshastighet över propeller- ytan. 4. Den mera likformiga vattenströmningen minskar alstran- det av vibrationer. Man kan utnyttja denna verkan för en minskning av vibrationerna vid aktern eller för en ökning av propellerdiametern i förening med en minsk- ningen av avståndet mellan den övre 455 491 propellerbladspetsen och aktervalvet. Vid en ökning av diametern kan allt efter varvtalet ernås en ytterliga- re förbättring av propellerverkningsgraden.

Dessa fakta är i stor omfattning kända. Man har försökt att förverkliga denna tankegång genom att anordna ledytor framför propellern och på båda sidor om stäven. Eftersom dylika ledytor kräver ett ytterligare uppbygg- nadsuppbâd har de hittills sällan förverkligats, även om uppbådet är mindre än det som skulle vara nödvändigt för investeringar och drift ifråga om den inbesparade driveffekten.

Den nämnda verkan är emellertid mycket olik på de båda sidorna även om hänsyn tages till att ledytornas inställningsvinkel var för sig optime- ras för de båda sidorna. På styrbordssidan kommer, vid en högerroterande propeller, tvâ verkningar att gå tillsammans och tillför propellern en tillströmning som är i stort sett horisontell, nämligen fartygskroppens undanträngningsströmning, med en uppâtriktad strömningskomposant, och propellerns förvirvling, med en nedåtriktad komposant. Dessa vertikal- komposanter, som på styrbordssidan är riktade mot varandra, verkar på babordssidan i samma riktning, d.v.s. de förstärker där varandra. De är därför ofta lämpligt att inskränka anordnandet av ledytor till en enda sida. Denna sida blir då normalt den sida som har det i framåtriktningen uppåtgående propellerbladet, d.v.s. vid en högerroterande propeller babordssidan. Ledytan kan därvid bestå av en symmetrisk profil eller av en osymmetrisk profil, vid vilken propellerbladbakskanten ligger uppåt.

Vid kraftig sjögång kan ledytan, under vissa omständigheter, tidvis gå upp ur och åter dyka ned i vattnet. Neddykningen beledsagas då av slag, som utsätter konstruktionen för höga statiska påkänningar. För att und- vika dylika vattenslagverkningar kan bärytan anordnas något djupare än vad hydrodynamiskt är optimalt. " ' w 455 491 TEKNISKT PROBLEM Under beaktande av teknikens tidigare ståndpunkt och med hänsynstagande till ett eller flera av de angivna tekniska övervägandena torde Get framstå såsom ett tekniskt problem att kunna skapa en ringdysformig strömningsledyta för propellerdrivna fartyg med i möjligaste mån små dimensioner, litet byggnadsuppbåd och med litet friktionsmotstånd.

Det måst också få anses vara ett tekniskt problem att kunna åstadkonma en förbättring av en framför propellern anordnad KORT-dysartad bärytring och på ett enkelt sätt möjliggöra en höjning av framdrivningsgodhets- graden, liksom att göra propelleranströmningshastigheten mera likformig.

LUSNINGEN Föreliggande uppfinning erbjuder nu en lösning på ett eller flera av ovan angivna tekniska problem genom att den dysformiga strömningsled- ytan, orienterad på det sätt som anges i det efterföljande patentkravets ingress, tilldelas de specifika egenheter och den speciella orientering som är angivna i efterföljande patentkravs kännetecknande delar.

Härigenom âstadkommes, medelst en enkel anordning, de eftersträvade strömningsverkningarna. Härvid är även slagverkningarna ("Slamming-Effekte") mindre att frukta och de uppträdande vattenslagverkningarna blir mindre koncentrerade genom den vertikala utsträckningen.

En gynnsam dimensionering ernås enligt uppfinningen därigenom att tyngd- punkten för den av ringdysan omslutna tvärsnittsytan ligger åtminstone 10% av propellerdiametern ovanför propelleraxeln och att tvärsnittsytan väljes mindre än halva ytan av en propellerbladspetscirkel.

För att ernâ en ytterligare förbättring av framdrivningsgodhetsgraden föreslås att ringdysans axel skall anordnas något uppâtgående akteröyer.

Härigenom ernås en ytterligare framdrivningsverkan, såsom för bärytarta- de ledytor. Axelns optimala inställningsvinkel är oftast mindre än strömlinjevinkeln mot horisontalen utan dysring. 455 491 Eftersom den optimala inställningsvinkeln för ringdysan är olika vid de båda fartygssidorna, föreslås att ringdysan bildas av skålhälfter med en mellankopplad skiljeyta och att i varje särskilt fall fartygssidorna tillordnas en skålhäft med olika axelriktningar. Skålhälftaxlarnas sido- vinklar kan alstra en motvirvling till propellerströmningen och dessutom användes för erhållande av ett styrmoment för att därigenom kompensera skilda styrverkningar av propellern. I detta fall kan rodret läggas mittskepps för rak gång.

För det fallet att horisontalavståndet mellan propellerstäven och pro- pellern är litet, föreslås att skàlhälfterna tillsammans med fartygs- bordläggningen i varje särskilt fall bildar en sluten ring.

En alternativ utföringsform av uppfinningen erhålles genom att det en- dast ensidigt, vid en fartygssida, anordnas en som en sluten ring ut- bildad ledyta.

FURDELAR FURKNIPPADE MED FURELIGGANDE UPPFINNING I motsats till de egentliga KORT-dysorna, som omsluter propellern, kan man vid framförliggande dysor välja deras diameter mera fritt och läges- placera dysstråltvärsnittsytan samt gestalta den så stor att propeller- anströmningens likformighet blir så starkt utpräglad som möjligt.

Efterströmmen är särskilt stark i det övre propelleranströmningsområdet och i närheten av midskeppsplanet. Dysverkan koncentreras på detta om- råde. I detta omrâde är även strömningsavlösningen vid fartygsbordlägg- ningen, till följd av stor eller alltför stor anströmningsvinkel mot fartygslängdaxeln, den kraftigaste. Här kan dysan åstadkomma en bättre anliggning av strömningen mot fartygsskrovet. Ävenså är här oftast strömningsvinkeln mot horisontalen särskilt stor, d.v.s. här är det lättast_att genom en ledyta ernâ en framdrivningskomposant vid avböj; ningen av strömmen i en mer horisontell riktning. -- 455 491 Om man inskränker storleken och anordnandet av fördysan till detta om- råde, kommer den inte bara att uppvisa ett avsevärt mindre egenmotstând än vanliga fördysor, med en innerdiameter ungefär lika med propellerdia- metern, utan även att vara enklare att framställa vid uppbyggnaden.

En för framdrivningen gynnsam verkan av strömningsledytan enligt upp- finningen är att det alstras en förvirvling inom den övre propellersek- torn. Denna verkan kan kombineras med en “sårad akter" inom den nedre sektorn. Enligt uppfinningen föreslås därför att vattenlinjeförloppet för akterskeppsformen ligger under propelleraxeln utanför midskeppspla- net. Eftersom vattenlinjerna i det nedre omrâdet går in i midskeppspla- net med spetsigare vinkel än upptill, förefinns nedtill mindre fara för strömningsavlösning än i det övre omrâdet. Detta betyder att under axeln kan aktervridningen inskränkas till ett litet område utefter längden.

För dubbelpropellerfartyg föreslås att ledytorna samtidigt utbildas som axelbockar. Dylika axelbockar projekteras lämpligen med bakåt konverge- rande axlar vid via uppifrån och utåt gående propellrar.

Vid kraftig konvergens av axelbockaxlarna kan dessa öka manövreringsför- mågan på så sätt att vid vändning på stället den bakåtgående propellern påverkar axelbockarna så att det alstras en tvärkomposant som förstärker vändningen.

Vid dubbelpropelleranordningar är effektbesparingen i så måtto ännu större än för enkelpropelleranordningar eftersom den egentliga axelboc- kens ytterligare motstånd och störande inflytande bortfaller.

Ledytornas fördelar ökas ytterligare vid sjögång eftersom även bakom en ledyta tillströmningen till propellern undergâr mindre kraftiga varia- tioner än som skulle varit fallet utan denna ledyta. Ledytan åstadkommer även en_minskning av stampsvängningarna men denna är ganska liten. Vjda- re åstadkommer ledytan ett bidrag till kursstabiliteten. _' u 455 491 Ledytor av detta slag lämpar sig icke endast för att inplaneras vid nybyggnad utan kan även lätt monteras in på färdiga fartyg och kan an- vändas för felkorrigering, exempelvis i följande fall: a) När vid provturer hastighetsvillkoren icke uppfyllas. b) När med tiden propellern blir alltför tröggående. c) När kursstabiliteten visar sig behöva förbättras. d) När akterskeppet visar tendens till vibration.

KORT FIGURBESKRIVNING Ett antal utföringsexempel på ringdysformiga strömningsledytor, uppvis- ande de med föreliggande uppfinning signifikativa egenskaperna, skall nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning där: figur 1 visar en sidovy av en del av en fartygsakter, figur 2 visar en horisontalsektionsvy enligt figur 1 på un- gefär halva höjden av den av två skålhälfter bestående ringdysan, och figur 3 visar en tvärsektionsvy vid en dubbelpropelleranord- ning med ledytor framför propellrarna, sett bakifrån.

BESKRIVNING OVER FURESLÅGNA UTFURINGSFORMER Den visade fartygsakterdelen 4 är försedd med en propeller 5, som drivs genom en axel förd genom ett stävrör 9 och bildar vid rotationen en propellerbladspetscirkel 10. Efter eller nedströms propellern 5 har anordnats ett roder 6 och framför eller uppströms har kopplats en ring- dysa, som består av två skålhälfter 1, 2, som kan särskiljas genom en skiljeyta 3. " w Tyngdpunkten hos den därigenom omslutna tvärsnittsytan ligger därvid - ovanför propelleraxeln 7. Skålhälfternas 1, 2 tyngdpunktsaxlar 8 kan därvid intaga skilda axelriktningar. 455 491 - 10 Vid utförandet enligt figur 3, med en dubbeïpropeïïeranordníng, är ïed- ytorna 1 utbfldade som axeïbockar. Härvid har för bättre Fórstäeïse iHustrerats spantkonturen 11 i tvärsníttspïanet och huvudspantkonturen 12 liksom konstruktionsvattemínjen 13 och midskepptspïanet 14. -m

Claims (8)

ll 455 491 PATENTKRAV

1. För ett av propeller, via en vridbar propelleraxel, drivet fartyg avsedd strömningsledyta, där nämnda strömningsledyta är utbildad ringdys- formig, fast förenad med fartygsskrovet och i sin helhet placerad på ett horisontalavstând i riktning föröver från propellern, k ä n n e - t e c k n a d därav, att ringdysan (1,2) är därvid så orienterad, att en tyngdpunkt för en ringdysans (1,2) omslutning tilldelad tvärsnittsyta blir belägen ovanför propelleraxeln (7).

2. Strömningsledyta enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att tyngdpunkten för den ringdysans (1,2) omslutning tilldelad tvärsnitts- ytan är orienterad ovanför propelleraxeln (7) med ett avstånd som motsva- rar åtminstone 10% av propellerdiameter och att nämnda tvärsnittsyta är vald mindre än halva den yta en propellerbladspetscirkel (10) bildar.

3. Strömningsledyta enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att en ringdysan (1,2) tillhörig genom tyngdpunkten sig sträckande, axel (8) är, i en riktning akteröver, riktad något uppåtgå- ende.

4. Strömningsledyta enligt något av patentkraven 1 till 3, k ä n n e ~ t e c k n a d därav, att ringdysan är bildad som två skâlhälfter (1,2) med en mellankopplad skiljeyta (3) och att varje skålhälft (1 resp. 2) är med olika axelriktningar tillordnad respektive fartygssida.

5. Strömningsledyta enligt något av patentkraven 1 till 3, k ä n n e - t e c k n a d därav, att skâlhälfterna (1,2) tillsammans med fartygs- bordläggningen i varje särskilt fall bildar en sluten ring.

6. Strömningsledyta enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att vid en fartygssida är ensidigt anordnat en som en slu- ten ring'htbildad ledyta. _ -

7. Strömningsledyta enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att skiljeytans (3) ände är orienterad utanför midskeppsplanet (14). 455 491 ,\'L

8. Strömningsledyta enïigt patentkravet 1 ti11 3, k ä n n e t e c k - n a d därav, att ïedytorna (1, fig. 3) är samtidigt utbiïdade som axel- backar