DD289500A5

DD289500A5 - PROPELLER

Info

Publication number: DD289500A5
Application number: DD89330203A
Authority: DD
Inventors: Alfred Dudszus; Dirk Buechler
Original assignee: ��@��@ �� k��; ��`��`��k��
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-05-02
Also published as: EP0405137B1; EP0405137A1; NO902169D0; NO902169L; DE59007481D1; JPH03266795A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Propeller mit auf der Nabe in Gruppen hintereinander versetzt oder zueinander geneigt in zwei oder mehreren Ebenen angeordneten Fluegeln. Der Propeller ist fuer den Einsatz bei allen Wasserfahrzeugen geeignet, jedoch insbesondere bei Ein- und Mehrschraubenschiffen vorgesehen, um durch eine einfache, betriebssichere und kostenguenstige Konstruktion und Anordnung von Schiffspropellern den Propulsionsguetegrad zu erhoehen und die propellererregten Druckimpulse zu mindern. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Propeller zu schaffen, bei dem die Wirbelverluste gesenkt und die propellererregten Druckimpulse vermindert werden und mit dem generell ein groeszeres Nachstromvolumen erfaszt werden kann. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz die Nabe eines sogenannten Interferenzpropellers mit Fluegeln in mindestens zwei Fluegelebenen versehen ist, die gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl verdrehbar sind und, dasz die Fluegel der dem Schiffsrumpf zugewandten Fluegelebene, die sogenannten Vorfluegel, kleiner sind als die Fluegel der nachfolgenden Fluegelebenen und, dasz die Fluegel der nachfolgenden Fluegelebenen, die sogenannten Nachfluegel, groeszer als die Vorfluegel sind und dasz die Anzahl der Vorfluegel jeweils der Anzahl der Nachfluegel jeder Nachfluegelebene entspricht, so dasz zu jedem Vorfluegel ein Nachfluegel jeder Nachfluegelebene gehoert und, dasz der axiale Abstand a der Fluegelebenen voneinander und der periphere Nachfolgewinkel der zueinander gehoerenden Fluegel des aus Vor- und Nachfluegel/n bestehenden Interferenzfluegelsystems in Abhaengigkeit der Fortschrittsziffer bestimmt werden, wobei der axiale Abstand a in Fluegelebenen voneinander im Bereich von * des Durchmessers der Vorfluegelebene liegt und der mittlere periphere Nachfolgewinkel zwischen Vor- und Nachfluegel/n im Bereich zwischen 60 grd. bis 100 grd. vorgesehen wird. Fig. 5{Propeller; Doppelpropeller; gleichsinnig verdrehbarer Doppelpropeller; Fluegelwurzel; Propellerfluegel; geneigter Propellerfluegel; Propellernabe; Vorfluegel; Nachfluegel; Interferenzpropeller}The invention relates to a propeller with on the hub in groups successively offset or inclined to each other in two or more planes arranged wings. The propeller is suitable for use in all vessels, but especially for single and multiple screw ships, to increase the Propulsionsguetegrad by a simple, reliable and cost-effective construction and arrangement of ship propellers and to reduce the propeller-energized pressure pulses. The object of the invention is therefore to provide a propeller, in which the vortex losses are lowered and the propeller-excited pressure pulses are reduced and can be erfaszt with the generally a larger Nachstromvolumen. According to the invention, the object is achieved in that the hub of a so-called interference propeller is provided with wings in at least two flight levels that are rotatable in the same direction and at the same speed and that the wings of the plane of flight facing the ship's hull, the so-called leading flights, are smaller than the wings the successive flight planes and that the flights of successive flight planes, the so-called flights, are greater than the flights; and that the number of flights is equal to the number of flights of each flight, so that each flight is followed by one after each flight; Axial distance a of the flight levels from each other and the peripheral successive angle of the pertaining wings of the pre- and Nachfluegel / n existing interference fluence system are determined as a function of the progress number, wherein the axial distance a in flight levels of each other in Berei ch of * the diameter of the Vorfluegelebene and the average peripheral successor angle between pre- and flukes / n in the range between 60 grd. up to 100 grd. is provided. Fig. 5 {propeller; Twin propellers; in the same direction rotatable double propeller; Fluegelwurzel; Propellerfluegel; inclined propeller wing; propeller hub; vane; Nachfluegel; Interference Propeller}

Description

Hierzu 5 Seiten ZeichnungenFor this 5 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Propeller mit auf der Nabe in Gruppen hintereinander versetzt oder zueinander geneigt in zwei oder mehreren Ebenen angeordneten Flügeln. Der Propeller ist für den Einsatz bei allen Wasserfahrzeugen geeignet, jedoch insbesondere bei Ein- und Mehn chraubenschiffen vorgesehen, um durch eine einfache, betriebssichere und kostengünstige Konstruktion und Anordnung von Schiffspropellern den Propulsionsgütegrad zu erhöhen und die propellererregten Druc'.impulsezu mindern.The invention relates to a propeller with on the hub in groups successively offset or inclined to each other in two or more planes arranged wings. The propeller is suitable for use in all vessels, but especially for single and Mehn schraubenschiffen provided to increase the Propulsionsgütegrad and reduce the propeller excited Druc'.impulsezu by a simple, reliable and cost-effective design and arrangement of ship propellers.

Charakteristik des beknnnten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es sind verschiedene gleich- und gegenläufige Schiffspropellerkonstruktionen und -anordnungen mit unterschiedlichen Naben- und Flügeltypen bekannt, die entweder eine höhere Drehleistung aufnehmen oder die Energieverluste und die Kavitation vermindern bzw. Energie aus dem Drall, Abstrom oder abgehenden Wirbeln zurückgewinnen sollen.There are several equal and opposite ship propeller designs and arrangements with different hub and wing types are known, either to record a higher rotational power or reduce the energy losses and cavitation or recover energy from the swirl, downflow or outgoing vortices.

So dienten die «Gleichlauf-Tandempropeller" mit zwei axial in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten gleich großen Flügelebenen (DR-PS 135489; DE-PS 1094622) oder die Propeller mit drei axial in Strörnungsrichtung hintereinander angeordneten Flügelebenen (DR-PS 237161; GB-PA 2 204 643) oder die Propeller mit *»vei zueinander geneigt angeordneten und gleich großen Flügelebenen (US-PS 4,306,839; US-PS 4,514,146) der höheren Leistungsaufnahme.Thus, the "synchronous tandem propeller" served with two axially in the flow direction successively arranged equally large wing levels (DE-PS 1094622) or the propeller with three axially in Strörnungsrichtung successively arranged wing levels (DR-PS 237161; GB-PA 204 643) or the propellers with * 'vei inclined and equally large wing levels (US Patent 4,306,839, US Patent 4,514,146) the higher power consumption.

Ihre weitere Verwendung entfiel jedoch durch höhere Leistungsumsetzungen modernt Schiffspropeller oder aber die in Aussicht gestellter; Schubgewinne haben sich in der Praxis nicht bestätigt.However, their further use was accounted for by higher power conversions, modern ship propellers, or the prospective ones; Gains in profits have not been confirmed in practice.

Der als „Gegenlauf-Tandempropeller" bzw. „Contra-Rotating-Propeller" bekannte Typ, bei dem zwei etwa gleich große, hintereinander angeordnete Propeller in gegensinniger Richtung drehen, verbessert den Propulsionsgütegrad, jedoch sind dieThe known as "counter-rotating tandem propeller" or "Contra-rotating propeller" type in which two about the same size, one behind the other arranged propeller rotate in the opposite direction, improves the Propulsionsgütegrad, but the

Mehraufwendungen für die betriebssichere Übertragung der gegenläufigen Drehmomente durch eine Hohlwelle und Getriebe sowie für die Wellenlagerungen und Abdichtungen beträchtlich (GB-PS 1324 256; DE-PS 1094622; DE-OS 2056975 u.a.).Additional expenses for the reliable transmission of the opposing torques by a hollow shaft and gearbox and for the shaft bearings and seals considerably (GB-PS 1324 256, DE-PS 1094622, DE-OS 2056975 et al.).

Eine Verbesserung des Propulsionsgütegrades wird auch durch den „freidrehenden Nachpropeller", bekannt als „Grim'schcs Leitrad", durch die Anordnung eines größeren, hinter dem angetriebenen Propeller frei im Abstrom gleichsinnig drehenden Leitrades erreicht (DE-PS 1756889). Das Leitrad muß jedoch etwa die doppelte Anzahl sehr schlanker Flügel gegenüber dem Propeller erhalten, so daß die Betriebssicherheit vermindert und der Aufwand vergrößert wird.An improvement of the Propulsionsgütegrades is also by the "free-rotating Nachpropeller", known as "Grim'schcs stator", achieved by the arrangement of a larger, behind the driven propeller free in the outflow in the same direction rotating stator (DE-PS 1756889). However, the stator must be about twice the number of very slim wing compared to the propeller, so that the reliability is reduced and the cost is increased.

Weiter gibt es verschiedene Vorschläge und Lösungen, um die Verluste aus den Wirbeln zu vermindern, die infolge der differenzierten Zirkulationsverteilung um die Flügelprofile besonders an den Flügelspitzen abgehen. Das soll durch Leitflügel bzw. Endscheiben wie beim sog. „TVF-Tip Vortex Free Propeller" (DE-OS 3129232; FR-PS 2337661B; DE-PS 899180 u.a.) erreicht werden. Diese in den letzten Jahren bekanntgewordene Lösung hat sich noch nicht allgemein durchsetzen können.und die Effekte werden vorwiegend bei höher belasteten Propellern wirksam.Furthermore, there are various proposals and solutions to reduce the losses from the vortices, which depart due to the differentiated circulation distribution around the wing profiles especially at the wing tips. This is to be achieved by guide vanes or end disks as in the so-called "TVF-Tip Vortex Free Propeller" (DE-OS 3129232, FR-PS 2337661B, DE-PS 899180, etc.) This solution, which has become known in recent years, has not yet in general, and the effects are mainly effective in higher-loaded propellers.

Die bekannten Lösungen erfordern somit höhere Aufwendungen oder sind auf spezielle Einsatzfälle beschränkt oder mit unerwünschten Nebenwirkungen gekoppelt oder, es werden die Wechselwirkungen aus der Schiffsumströmung, der Propelleranströmung und dem Abstrom nicht ausschöpfend genutzt.The known solutions thus require higher expenses or are limited to special applications or coupled with undesirable side effects or, it is the interactions of the Schiffsumströmung, the Propelleranströmung and the effluent not exhaustive.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen allgemein für Ein- und Mehrschraubenschiffe einsetzbaren, einfachen, kostengünstigen und zuverlässigen Schiffspropeller zu schaffen, der den Propulsionsgütegrad weiter verbessert und Schwingungen sowie Kavitationserscheinungen vermindert.The object of the invention is to provide a generally applicable for single and Mehrschraubenschiffe, simple, inexpensive and reliable ship propeller, which further improves the Propulsionsgütegrad and reduces vibrations and cavitation phenomena.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Propeller zu schaffen, bei dem die Wirbelverluste gesenkt und die propellererregten Druckimpulse vermindert werden und mit dem generell ein größeres Nachstromvolumen erfaßt werden kann.The object of the invention is therefore to provide a propeller, in which the vortex losses are lowered and the propeller-excited pressure pulses are reduced and with the generally a larger Nachstromvolumen can be detected.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Nabe eines sogenannten Interferenzpropellers mit Flügeln in mindestens zwei Flügelebenen versehen ist, die gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl! verdrehbar sind und daß die Flügel der dem Schiffsrumpf zugewandten Flügelebene, die sogenannten Vorflügel, kleiner eind als die Flügel der nachfolgenden Flügelebenen und, daß die Flügel der nachfolgenden Flügelebenen, die sogenannten Nachflügel, größer als die Vorflügel sind und daß die Anzahl der Vorflügel jeweils der Anzahl der Nachflügel jeder Nachflügelebene entspricht, so daß zu jedem Vorflügel ein Nachflügel jeder Nachflügelebene gehört und, daß der axiale Abstand a der Flügelebenen voneinander und der periphere Nachfolgewinkel der zueinander gehörenden Flügel des aus Vor- und Nachflügel/n bestehenden Interferenzflügelsystems in Abhängigkeit der Fortschrittsziffer bestimmt werden, wobei der axiale Abstand a der Flügelebenen voneinander im Bereich von 0,1-0,3 des Durchmessers der Vorflügelebene liegt und der mittlere periphere Nachfolgewinkel zwischen Vcr- und Nachflügel/n im Bereich zwischen 60° bis 100° vorgesehen wird.According to the invention the object is achieved in that the hub of a so-called interference propeller is provided with wings in at least two wing levels, the same direction and at the same speed! are rotatable and that the wings of the ship's hull facing wing level, the so-called slats, smaller than the wings of the subsequent wing levels and that the wings of the subsequent wing planes, the so-called Nachflügel, are larger than the slats and that the number of slats each of the Number of trailing wings corresponds to each trailing wing level, so that belongs to each slat one trailing wing each trailing wing level, and that determines the axial distance a of the wing planes from each other and the peripheral follow angle of the corresponding wings of the leading and trailing wing / n existing interference wing system as a function of the progress number are, wherein the axial distance a of the wing planes from each other in the range of 0.1-0.3 of the diameter of the slat plane and the average peripheral trailing angle between Vcr and trailing wing / n in the range between 60 ° to 100 ° is provided.

Auf diese Art und Weise wird eine Reduzierung der Schubbelastung der vorderen Flügelebene erreicht und die Energie der von der vorderen Flügelebene abgehenden Wirbel durch die zweite und ggf. nachfolgende Nachflügelebene zumindest teilweise zurückgewonnen.In this way, a reduction of the thrust load of the front wing level is achieved and recovered the energy of the outgoing from the front wing plane vortex through the second and possibly subsequent trailing wing level at least partially.

Der in den einzelnen Flügelradien jeweils günstigste periphere Nachfolgewinkel und der axiale Abstand für verschiedene Profil· und Flügelformen bzw. Belastungen liegen in den Gebieten der geringsten Axial- und Tangentialgeschwindigkeiten hinter dem jeweiligen Vorflügel.The respectively in the individual vane radii most favorable peripheral follow angle and the axial distance for different profile and wing shapes or loads are in the areas of lowest axial and tangential velocities behind the respective slats.

Die äußeren Flügelradien der gegenüber den Vorflügeln größeren Nachflügel wirken dabei in dem durch die Zirkulation von den Vorflügeln erzeugten Vorstromgebiet und sind durch kleinere Steigungen geringer belastet, damit die Spitzenwirbel der Nachflügel und ihre Spitzenwirbelverluste klein bleiben.The outer vane radii of the trailing wings, which are larger in relation to the slats, act in the pre-flow area generated by the circulation of the slats and are less loaded by smaller slopes so that the peak vortices of the trailing wings and their peak vortices remain small.

Die Profile sowie die axiale und periphere Anordnung der Nachflügel an der Nabe und im nabennahen Bereich sind bei Ausführungsvarianten, bei denen die Flügelebenen gesondert bis zur Nabe geführt werden so angeordnet, daß sie aus den von den Vorflügeln abgehenden Nabenwirbeln Energie zurückgewinnen.The profiles and the axial and peripheral arrangement of the trailing wings at the hub and near the hub are arranged in embodiments in which the wing planes are guided separately to the hub so that they recover energy from the outgoing from the slats hub vortex.

Um eine ökonomische Anpassung der Flügelsteigung und der Propellerdrehzahl an veränderte Schiffskörpereinflüsse zu ermöglichen, ist vorgesehen, die Flügel einer oder mehrerer Flügelebenen verstellbar bzw. einstellbar auszuführen. Vorteilhaft ist es, die Flügel der Vorflügelebene feststehend und die Flügel der Nachflügelebene/n verstellbar bzw. einstellbar zu gestalten.In order to enable an economic adjustment of the wing pitch and the propeller speed to changed hull influences, it is provided to perform the wings of one or more wing levels adjustable or adjustable. It is advantageous to make the wings of the slat plane fixed and the wings of the trailing wing level / n adjustable or adjustable.

embodiment

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen erläutertThe invention will be explained with reference to drawings

Fig. 1: zeigt schematisch die Zirkulation um einen Tragflügel von endlicher Länge mit dem Zirkulationsabfall an denFig. 1: shows schematically the circulation around a wing of finite length with the circulation waste at the

Tragflügelenden sowie dem gebundenen und freien WirbelsystemWing ends as well as the bound and free vortex system

Fig. 2: zeigt die Überlagerung der Stromlinien aus der Schiffsumströmung und der Propellerströmung mit der Strömung des Fig. 2: shows the superposition of the streamlines from the ship's flow and the propeller flow with the flow of the

Wirbelzylinders sowie dem daraus um die Propellerebene entstehenden Vorstromgebiet. Fig. 3: veranschaulicht die gegenüber der homogenen Anströmgeschwindigkeit Vo unterschiedlichen, örtlich maximalen und minimalen sowie gemittelten Geschwindigkeiten verschiedener axialer Meßebenen vor und hinter der Propellerebene onWhirling cylinder and the resulting from the propeller plane Vorstromgebiet. FIG. 3 illustrates the different, local maximum and minimum and average speeds of different axial measurement planes in front of and behind the propeller plane on compared to the homogeneous approach velocity Vo

den Radien im Kontrahierten Strahl und außerhalb des Propellerstrahls an einem Modellpropeller durch Lasermessung. Fig. 4: zeigt die an einem anderen Modellpropeller durch Lasermessung ermittelten örtlichen maximalen und minimalen gemittelten Geschwindigkeiten im Flügelwurzelbereich und bis 1,25D. Die Zahlenwerte geben die mittlerethe radii in the contracted beam and outside the propeller beam on a model propeller by laser measurement. Fig. 4: shows the local maximum and minimum averaged velocities in the wing root area and up to 1.25D determined by laser measurement on another model propeller. The numerical values give the mean

Geschwindigkeit anSpeed on

Fig. 5: zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vierflügeligen Schiffspropellers mit jeweils zwei zugeordneten Vor- und Nachflügeln. Fig. 5: shows an embodiment of a four-bladed ship propeller, each with two associated front and rear wings.

An einer Nabe sind in zwei Ebenen, bezogen auf die Flügelspitzen, hintereinander versetzt jeweils zwei Flügel angeordnet, die gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl drehen. Die Flügel der zuerst angeströmten Flügelebene, die sogenannten Vorflügel 1, sind kleiner ausgeführt als die Flügel der nachfolgenden Flügelebene, oder anders ausgedrückt, der Spitzendurchmesser der Flügel der nachfolgenden Flügelebene, der der sogenannten Nachflügel 2, ist bis zum 1,4fachen größer, als der der Vorflügel 1. Jedem Vorflügel 1 ist somit eine Nachflügel 2 zugeordnet. Die Steigung der Nachflügel 2, insbesondere die der äußeren Radien der Nachflügel 2, ist geringer ausgeführt als die Steigung der Vorflügel 1.On a hub, two wings are arranged in two planes, relative to the wing tips, one behind the other, each arranged in the same direction and rotate at the same speed. The wings of the first impinged wing plane, the so-called slats 1, are made smaller than the wings of the subsequent wing plane, or in other words, the tip diameter of the wings of the subsequent wing plane, the so-called trailing wing 2, is up to 1.4 times greater than that the slat 1. Each slat 1 is thus associated with a trailing wing 2. The slope of the trailing wings 2, in particular that of the outer radii of the trailing wings 2, is made smaller than the pitch of the slats 1.

Der axiale Abstand χ der beiden Flügelebenen voneinander beträgt 0,1 bis 0,4 des Durchmessers der Ebene der Vorflügel 1. Der periphere Nachfolgewinkel der einander zugeordneten Flügel des aus Vorflügel 1 und Nachflügel 2 bestehenden Interferenzflügelsystems ist in den Flügelradien im Bereich zwischen 60° bis 140° ausgesiedelt.The axial distance χ of the two wing planes from each other is 0.1 to 0.4 of the diameter of the plane of the slat 1. The peripheral successive angle of the associated wings of the existing slats 1 and 2 trailing wing Interferenzflügelelsystems is in the vane radii in the range between 60 ° to 140 ° removed.

Claims

1. Propeller with on the hub in groups offset one behind the other or inclined to each other in two or more planes arranged wings which are rotatable in the same direction and at the same speed, characterized in that the wings of the first inflated wing plane, the so-called slats, are smaller than the wings or that the tip circle diameter of the wings of the subsequent wing level / n, the so-called Nachlügel, greater than that of the slats and that the number of slats corresponds to the number of trailing wings each Nachflügelebene, so that each slat a trailing wing is assigned to each trailing wing level, and that the slope of the trailing wings, in particular the outer radii of the trailing wings, is less than the pitch of the slats and that the axial distance a of the wing planes from each other in the range of 0.1-0.3 of the diameter Lying level lies and that the middle per iphere follow angle of the associated wings of the pre- and trailing wing Interference wing system is located in the range between 60 ° to 100 °.

2. Propeller according to claim 1, characterized in that the wings of one or more wing planes are adjustable or adjustable.

3. Propeller according to claim 2, characterized in that the wings of the slat plane fixed and the wings of the Nachflügelebene / n vorsteli- or are made adjustable.

4. Propeller according to claim 1, characterized in that overlap the wing circle surfaces of the front and rear wings in the inner vane radii.