EP0265645A1 - Water-guiding surfaces - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a flow guide surface for propellers, which are supported by shaft blocks and have a profiled and arched configuration, the arch being arranged transversely to the direction of flow in front of the propeller, at least in the sector between the shaft bracket arms.
- the propeller shafts are freely guided through the water over such a distance that the propeller shafts must be supported at the end. This is usually done by two-armed wave blocks.
- the propeller shafts, which run at an angle to the flow, and the shaft brackets slow down the flow speed and thus increase the co-current, which comes about through the boundary layer of the hull and through the flow separation.
- the non-uniformity of the water flow to the propeller means a deterioration in the propeller efficiency.
- the area with low inflow velocity is also an area with higher local propeller loads. This means that stronger pressure impulses are exerted on the nearby outer skin areas from there. This area of high pressure emission is usually the closest to the outer skin. This area is also particularly at risk of cavitation due to the high shear stress and the relatively low water column above it.
- the object of the invention is to provide a generic arrangement which enables the propeller inflow to be evened out with an improvement in the propeller efficiency and prevents the formation of stronger pressure pulses on the outer skin.
- the arcuate part of the guide surface has a skeleton line inclined to the rear of the propeller shaft, the distance from the propeller shaft at the profile trailing edge being between 70 and 130% of the propeller radius, the suction side of the nozzle profile in the arcuate nozzle part to the propeller shaft is directed un that on the amidships side the guide surface connects to an approximately horizontal and radial to the propeller shaft additional guide surface part.
- the inflow speed is increased in the area which the guiding surface encloses. This local increase in flow velocity takes place in a region of greater wake. This is associated with an equalization of the propeller inflow and an improvement in the propeller efficiency.
- the profile of the guide surface has a curve that is curved at least in a partial area such that the rear of the profile follows the beam contraction.
- air outlet openings in the guide surface for air supply to the propeller inflow are arranged.
- a midship plane 1, a frame contour 2 and a gill line 3 of a side contour in the propeller area of a hull are designated.
- the propeller 6 is held via its propeller shaft 8 via arms 4 to form a shaft bracket and provided with a shaft bracket nut 5.
- a profiled curved guide surface 9 is arranged above the propeller shaft 8 in the sector between the arms 4 and laterally beyond. This guide surface 9 is arranged with a skeleton line falling towards the rear so that the inflow speed is increased in this area.
- the front stowage nkt of the guide surface 9 thus has a greater distance from the propeller shaft 8 than the profile end. This local increase in flow velocity takes place in a region with a stronger wake and means an equalization of the propeller inflow and at the same time an improvement in the propeller efficiency.
- the co-current field in hatching area 10 is moderately pronounced and between arm 4 in region 11 is more pronounced.
- the co-current field is influenced by the guide surface 9 and the propeller inflow area has a more uniform one Speed distribution on.
- the guide surface 9 is used for air supply.
- the interior 13 is delimited by an inner wall 14 and an outer wall 15 and supplied by compressed air.
- the compressed air exits into the propeller inflow via corresponding outlet openings 16 of the guide surface, and this results in a relief of the propeller tips and a reduction in vibration.
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Abstract
Die Anordung betrifft eine Strömungsleitfläche (9) für Schiffsschrauben, mindestens für Doppelschrauben, deren Propeller über Wellenböcke (5) gehaltert sind. Hierbei ist vorgesehen, mindestens im Sektor zwischen den Armen der Wellenböcke eine profilierte bogenförmige Leitfläche anzuordnen. Diese Leitfläche besitzt eine nach hinten zur Propellerwelle (8) konvergierende Skelettlinie, und die Austrittskante besitzt einen Abstand zur Propellerwelle im Bereich von 70 bis 130 % v om Propellerradius. An diesem bogenförmigen Teil der Leitfläche schließt sich dabei an dem Schiffskörper zugewandten Seite ein etwa waagerechter radialer Teil an.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsleitfläche für Schiffsschrauben, die durch Wellenböcke gehaltert sind und eine profilierte sowie bogenförmige Ausbildung aufweist, wobei der Bogen quer zur Strömungsrichtung vor dem Propeller mindestens im Sektor zwischen den Wellenbockarmen angeordnet ist.The invention relates to a flow guide surface for propellers, which are supported by shaft blocks and have a profiled and arched configuration, the arch being arranged transversely to the direction of flow in front of the propeller, at least in the sector between the shaft bracket arms.
Bei Schiffen mit Doppelschrauben werden die Propellerwellen über eine solche Strecke frei durch das Wasser geführt, daß die Propellerwellen am Ende unterstützt werden müssen. Dieses geschieht meist durch zweiarmige Wellenböcke. Die schräg zur Strömung geführten Propellerwellen und die Wellenböcke bremsen die Strömungsgeschwindigkeit und verstärken somit den Mitstrom, der durch die Grenzschicht des Schiffskörpers und durch die Strömungsablösung zu Stande kommt. Die Ungleichförmigkeit des Wasserzustroms zum Propeller bedeutet eine Verschlechterung des Propellerwirkungsgrades. Das Gebiet niedriger Anströmgeschwindigkeit ist zugleich ein Gebiet höherer örtlicher Propellerbelastung. Das bedeutet, daß von dort stärkere Druckimpulse auf die nahen Außenhautbereiche ausgeübt werden. Gerade dieser Bereich hoher Druckemission liegt normalerweise der Außenhaut am nächsten. Auch ist dieser Bereich der hohen Schubbelastung wegen und durch die relativ geringe Wassersäule darüber besonders kavitationsgefährdet.In ships with double screws, the propeller shafts are freely guided through the water over such a distance that the propeller shafts must be supported at the end. This is usually done by two-armed wave blocks. The propeller shafts, which run at an angle to the flow, and the shaft brackets slow down the flow speed and thus increase the co-current, which comes about through the boundary layer of the hull and through the flow separation. The non-uniformity of the water flow to the propeller means a deterioration in the propeller efficiency. The area with low inflow velocity is also an area with higher local propeller loads. This means that stronger pressure impulses are exerted on the nearby outer skin areas from there. This area of high pressure emission is usually the closest to the outer skin. This area is also particularly at risk of cavitation due to the high shear stress and the relatively low water column above it.
Zur Vergleichmäßigung der Propelleranströmgeschwindigkeit sind folgende konstruktive Maßnahmen bekannt:
- einarmige Wellenböcke, die aber noch größere Querschnitte der Arme erfordern als zweiarme Wellenböcke;
- Grimsche Wellen, bei denen die Propellerwelle in einem elastischen Rohr geführt wird, an dessen propellerseitigem Ende ein Traglager eingebaut ist;
- Benutzung der Wellenbockarme als Leitflächen mit der Wirkung, den Bereich zwischen den Armen als Düse zu gestalten. Weiterhin kann mit den Wellenbockarmen ein Gegendrall erzeugt werden;
- Abschirmung des Schiffskörpers von der Propellerwirkung durch ein in Strömungsrichtung zwischen Propeller und Schiffsaußenhaut angeordnetes Blech. Damit wird nicht die Ungleichmäßigkeit des Propellerzustroms beseitigt, aber die Druckimpulse können abgefangen werden;
- weiterhin ist eine zwischen den Wellenbocknüssen oder in Höhe der oberen Propellerflügel angeordnete horizontale Leitfläche bekannt. Diese nutzt - soweit sie im Propellerzustrom liegt - den Vordrall zum Vortrieb, wodurch einige Prozent Leistungsersparnis bewirkt werden können. Diese Leitfläche beschleunigt aber nicht den Zustrom zum oberen Propellerflügel. Eher tritt eine Verzögerungswirkung ein, die bewirkt, daß die oberen Propellerflügelstärker belastet werden und stärkere Druckimpulse aussenden, wodurch stärkere Schwingungen ausgelöst werden können. In der DE-Z. "Hansa", 1970, Nr. 18, Seite 1519-1524, ist eine horizontale Leitfläche für eine Doppelschrauben-Anordnung beschrieben worden.The following constructive measures are known for the equalization of the propeller inflow velocity:
- One-armed shaft brackets, but which require even larger cross-sections of the arms than two-armed shaft brackets;
- Grimsche waves, in which the propeller shaft is guided in an elastic tube, at the propeller end of which a support bearing is installed;
- Use of the shaft bracket arms as guide surfaces with the effect of designing the area between the arms as a nozzle. Furthermore, a counter-swirl can be generated with the shaft bracket arms;
- Shielding the hull from the propeller effect by a plate arranged in the flow direction between the propeller and the ship's outer skin. This does not eliminate the unevenness of the propeller inflow, but the pressure pulses can be intercepted;
- Furthermore, a horizontal guide surface arranged between the shaft bracket nuts or at the level of the upper propeller blades is known. As far as it is in the propeller inflow, this uses the pre-twist for propulsion, which can result in a few percent performance saving. However, this guide surface does not accelerate the inflow to the upper propeller wing. Rather, there is a delay effect, which causes the upper propeller blades to be subjected to greater stress and emit stronger pressure pulses, which can trigger stronger vibrations. In the DE-Z. "Hansa", 1970, No. 18, page 1519-1524, a horizontal guide surface for a double screw arrangement has been described.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Anordnung zu schaffen, die eine Vergleichmäßigung der Propellerzuströmung mit einer Verbesserung des Propellerwirkungsgrades ermöglicht und eine Bildung stärkerer Druckimpulse auf die Außenhaut vermeidet.The object of the invention is to provide a generic arrangement which enables the propeller inflow to be evened out with an improvement in the propeller efficiency and prevents the formation of stronger pressure pulses on the outer skin.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der bogenförmige Teil der Leitfläche eine nach hinten zur Propellerwelle geneigte Skelettlinie aufweist, deren Abstand von der Propellerwelle an der Profilaustrittskante zwischen 70 und 130% des Propellerradius beträgt, wobei die Saugseite des Düsenprofils im bogenförmigen Düsenteil zur Propellerwelle gerichtet ist un daß an der nach mittschiffs gerichteten Seite die Leitfläche an einen etwa horizontal und radial zur Propellerwelle verlaufenden zusätzlichen Leitflächenteil anschließt.This object is achieved according to the invention in that the arcuate part of the guide surface has a skeleton line inclined to the rear of the propeller shaft, the distance from the propeller shaft at the profile trailing edge being between 70 and 130% of the propeller radius, the suction side of the nozzle profile in the arcuate nozzle part to the propeller shaft is directed un that on the amidships side the guide surface connects to an approximately horizontal and radial to the propeller shaft additional guide surface part.
Hierdurch wird erreicht, daß die Zustromgeschwindigkeit in dem Bereich, den die Leitfläche einschließt, erhöht wird. Diese örtliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit fi ndet in einem Bereich stärkeren Nachstroms statt. Damit ist eine Vergleichmäßigung der Propellerzuströmung und eine Verbesserung des Propellerwirkungsgrades verbunden. Gleichzeitig wird erreicht im Bereich zwischen Wellen und Rumpf den vom Propeller induzierten Vordrall zu nutzen, so daß auch dieser Teil der Leitfläche eine resultierende Auftriebskraft hat, die eine Vortriebskomponente besitzt. Es hat sich gezeigt, daß eine Leistungseinsparung durch den zusätzlichen radialen Leitflächenteil mit oben nach außen schlagendem Propeller größer ist als bei nach innen schlagenden Propellern.It is hereby achieved that the inflow speed is increased in the area which the guiding surface encloses. This local increase in flow velocity takes place in a region of greater wake. This is associated with an equalization of the propeller inflow and an improvement in the propeller efficiency. At the same time, it is achieved to use the pre-twist induced by the propeller in the area between the shafts and the fuselage, so that this part of the guide surface also has a resulting buoyancy which has a propulsion component. It has been shown that a power saving by the additional radial guide surface part with the propeller striking outwards is greater than in the case of propellers striking inwards.
Bei diesen Leitflächen besteht der Vorteil, daß die oberen Propellerflügelspitzen infolge höherer Anströmungsgeschwindigkeiten entlastet werden. Damit ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten von Einsparungen, nämlich:
- a) Die Abstände der Propellerflügelspitzen von der Außenhaut und auch die Wellenböcke können kleiner gehalten werden. Damit wird der Widerstand der Wellenböcke und der schrägliegenden Wellen kleiner.
- b) Durch die Strömungsleitfläche werden die Wellenbockarme statisch entlastet und können in ihren Abmessungen weiter verkleinert werden.
- c) Bei der Propellerformgebung braucht weniger Rücksicht auf Vibrationen genommen zu werden, die Flügelspitzenentlastung kann ganz oder weitgehend entfallen und ermöglicht, daß die Steigung an den Flügelspitzen nicht reduziert und die Profillänge in den Außenbereichen nicht gekürzt zu werden braucht. Auch eine Skew-Back-Form ist unnötig oder braucht zumindest nicht so ausgeprägt, wie heute üblich, zu sein.
- a) The distances of the propeller wing tips from the outer skin and also the shaft blocks can be kept smaller. This reduces the resistance of the wave blocks and the inclined waves.
- b) The shaft support arms are statically relieved by the flow guide surface and their dimensions can be further reduced.
- c) When propeller shaping less consideration needs to be paid to vibrations, the wing tip relief can be omitted entirely or largely and enables the pitch at the wing tips not to be reduced and the profile length in the outer areas need not be shortened. A skew-back form is also unnecessary or at least need not be as pronounced as is common today.
Zur Verbesserung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß ein über die Wellenbockarme hinausgehender Sektor durch die Leitfläche eingenommen wirdTo improve the arrangement according to the invention it is provided that a sector extending beyond the shaft bracket arms is occupied by the guide surface
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß das Profil der Leitfläche mindestens in einem Teilbereich einen derart gekrümmten Verlauf aufweist, daß das Profilhinterende der Strahlkontraktion folgt.Furthermore, it is proposed that the profile of the guide surface has a curve that is curved at least in a partial area such that the rear of the profile follows the beam contraction.
Zur Propellerflügelspitzenentlastung und Vibrationsreduktion ist vorgesehen, daß Luftaustrittsöffnungen in der Leitfläche zur Luftzuführung in den Propellerzustrom angeordnet sind.To relieve the propeller wing tips and reduce vibrations, it is provided that air outlet openings in the guide surface for air supply to the propeller inflow are arranged.
Selbstverständlich ist der Effekt eingeblasener Luft an sich bekannt. Hierbei wird aber die Luft durch ein gesondertes Rohrsystem geleitet oder über ein durch den Propeller verlegtes Leitungssystem. Ein Rohrsystem verursacht zusätzlichen Widerstand und die Lufteinleitung durch den Propeller ist aufwendig und kostspielig. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Lufteinleitung gemäß der Erfindung auf den oberen Propellersektor zu begrenzen.Of course, the effect of blown air is known per se. Here, however, the air is directed through a separate pipe system or through a pipe system routed through the propeller. A pipe system creates additional resistance and the air introduction through the propeller is complex and costly. Furthermore, there is the possibility of limiting the air intake according to the invention to the upper propeller sector.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Zweischraubenschiffen schematisch dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Schnitt einer Anordung querschiffs nach vorn gerichtet gemäß Linie B-B der Fig. 2,
- Fig. 2 einen Schnitt einer Anordnung längsschiffs parallel zur Mittschiffsebene nach Linie A-A der Fig 1,
- Fig. 3 und 4 eine Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 mit einer Profilform der Leitfläche für höher belastete Propeller,
- Fig. 5 Darstellung des Mitstromfeldes mit einer Leitfläche,
- Fig. 6 Darstellung des Mitstromfeldes ohne Leitfläche.
- Fig. 7 einen Teilschnitt durch eine Leitfläche mit Luftaustrittsöffnungen.
- 1 shows a section of an arrangement transversely directed forward along line BB of FIG. 2,
- 2 shows a section of an arrangement along the aisle parallel to the midships plane along line AA of FIG. 1,
- 3 and 4 an embodiment according to FIGS. 1 and 2 with a profile shape of the guide surface for heavily loaded propellers,
- 5 representation of the co-current field with a guide surface,
- Fig. 6 representation of the co-current field without guide surface.
- Fig. 7 shows a partial section through a guide surface with air outlet openings.
Bei den dargestellten Anordnungen ist jeweils eine Mitschiffsebene 1, eine Spantkontur 2 und eine Gillungslinie 3 einer Seitenkontur im Propellerbereich eines Schiffskörpers bezeichnet. Hierbei ist der Propeller 6 über seine Propellerwelle 8 über Arme 4 zur Bildung eines Wellenbockes gehalten und mit einer Wellenbocknuß 5 versehen. Oberhalb der Propellerwelle 8 ist im Sektor zwischen den Armen 4 und darüber seitlich hinausgehend eine profilierte bogenförmige Leitfläche 9 angeordnet. Diese Leitfläche 9 ist mit einer nach hinten fallenden Skelettlinie angeordnet, daß die Zustromgeschwindigkeit in diesem Bereich erhöht wird. Der vordere Staupu nkt der Leitfläche 9 besitzt somit eine größere Entfernung von der Propellerwelle 8 als das Profilende. Diese örtliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit findet in einem Bereich stärkeren Nachstroms statt und bedeutet eine Vergleichmäßigung der Propellerzuströmung sowie zugleich eine Verbesserung des Propellerwirkungsgrades.In the arrangements shown, a midship plane 1, a frame contour 2 and a
In sämtlichen Darstellungen ist gezeigt, daß zwischen den Wellenböcken der Schiffskörper heruntergezogen ist. Hierbei ist der Nachstrom im Propellerbereich besonders unterschiedlich verteilt. Aber auch bei flachen Heckformen ohne Teile des Schiffskörpers zwischen den Propellern steigt der Nachstrom von der Propellermitte zur Mittschiffsebene stark an.In all the representations it is shown that the hull is pulled down between the shaft supports. The wake in the propeller area is distributed particularly differently. But even with flat stern shapes without parts of the hull between the propellers, the wake increases sharply from the center of the propeller to the midships level.
Aus den Darstellungen des Mitstromfeldes gemäß Fig. 5 und 6 ist zu entnehmen, daß das Mitstromfeld im Schraffurbereich 10 mäßig ausgeprägt und zwischen den Armen 4 im Bereich 11 stärker ausgeprägt ist. Durch die Leitfläche 9 wird das Mitstromfeld beeinflußt und der Propellerzustrombereich weist eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung auf.It can be seen from the representations of the co-current field according to FIGS. 5 and 6 that the co-current field in hatching
Es wird somit erreicht, daß die durch die Leitfläche 9 geführte Strömung beschleunigt und die Propelleranströmung vergleichmäßigt wird, da die Leitfläche 9 vor dem Propeller 6 im stärkeren Nachstrom angeordnet ist. Damit werden auch die vom Propeller erregten Vibrationen stark reduziert. Ferner wird die Strömung zwischen Leitfläche 9 und Außenhaut des Schiffskörpers verzögert. Die Verlangsamung der Strömung bedeutet hier eine Verringerung des Reibungswiderstandes.It is thus achieved that the flow guided through the
Gemäß Fig. 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Leitfläche 9 zur Luftzuführung benutzt wird. Hierbei wird der Innenraum 13 durch eine Innenwandung 14 und eine Außenwandung 15 begrenzt und durch Druckluft versorgt. Die Druckluft tritt über entsprechende Austrittsöffnungen 16 der Leitfläche in den Propellerzustrom aus, und es tritt hierdurch eine Propellerspitzenentlastung und Vibrationsreduktion auf. 7 shows an embodiment in which the
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