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Hauptantriebspropeller mit Staukörper Es ist bekannt, zur Verbesserung
der Propulsion von Schiffspropellern rotationssymmetrische Staukörper hinter dem
Propeller anzuordnen (deutsche Patentschrift 503 962).
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Die Wirksamkeit solcher Einrichtung ist im wesentlichen davon abhängig,
. daß die Strömung am Ende dieses rotationssymmetrischen Staukörpers nicht abreißt
und die am Kopf des Staukörpers zu erwartenden Erfolge im Abstrom nicht wieder zunichte
gemacht werden. Macht man solche Staukörper mit Rücksicht auf die Ablösungsgefahr
lang, so ist für solche Staukörper meist kein Platz im normalen Ruder vorhanden,
oder die hinausragenden Staukörperenden gefährden bei harten Ruderlagen.
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Zur Überwindung dieser Nachteile wird am Ende dieses meist birnenförmig
gestalteten Staukörpers ein Hilfspropeller angeordnet, der mit dem davorliegenden
Hauptantriebspropeller in Tandemanordnung etwa axial fluchtet. Derartige Anordnungen
sind bisher nur als aktives Steuerorgan bekannt, wobei dieser Hilfspropeller nur
für Manöver ohne Zuhilfenahme des Hauptpropellers in Tätigkeit gesetzt wurde, bei
Hauptfahrt aber leer mitlief.
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Versuche haben nunmehr gezeigt, daß - abgesehen von diesem bekannten
Verwendungszweck - solche in Tandembetrieb nachgeschalteten Hilfspropeller (Aktivruder)
die Propulsion des Hauptantriebspropellers über die bekannten Effekte durch rotationssymmetrische
Staukörper hinaus erheblich verbessern, vorausgesetzt, daß dieser Hilfspropeller
im Mitstrom des Staukörpers arbeitet und der Durchmesser des Hilfspropellers nicht
größer
als der größte Durchmesser des Staukörpers ist.
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In einer beispielsweisen Ausführungsform ist die Erfindung in den
Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt Bild I schematisch einen Hauptpropeller
mit verlängerter Nabe (im Schnitt), einen Schnitt durch das Ruder mit einer Draufsicht
auf den am. Ruder befestigten Staukörper, den Hilfspropeller und eine diesen umgebende
Düse (im Schnitt) ; die gestrichelte Linie zeigt eine vergleichsweise Ausführung
einer normalen Nabe, Bild 2 ein Leistungsdiagramm.
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Der Hilfspropeller 2 ist etwa in Achsflucht des Hauptpropellers I
am Ende des Ruderkörpers 3 fest mit ihm schwenkbar angebracht und der Ruderkörper-
vor dem Propeller etwa birnenförmig verdickt, so daß der Propeller im Mitstromfeld
dieser birnenförmigen Verdickung 4 arbeitet. Weiter muß der Durchmesser des Hilfspropellers
im Rahmen des größten Durchmessers der birnenförmigen Verdickung 4 bleiben oder
kleiner als dieser sein.
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Bei größeren Fahrtgeschwindigkeiten bleibt infolge des Mitstroms die
Anströmgeschwindigkeit zum Hilfspropeller hinter der Geschwindigkeit im Abstrom
des Hauptpropellers zurück, so daß der Hilfspropeller auch bei verhältnismäßig kleiner
Steigung Leistung an das Wasser abgibt. Bei Manöverfahrt bzw. Arbeiten aus dem Stand
bleibt dieser beschriebene Mitstromeinfluß, insbesondere bei abgestelltem Hauptpropeller,
ohne Bedeutung, so daß die Steigung hier relativ groß sein kann. Die für Hauptfahrt
und Manöverfahrt sich ergebenden Steigungen gleichen sich also gegenseitig an, so
daß die Notwendigkeit von Verstellflügeln oder von einer Drehzahlverstellung entfällt.
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Läßt man an Stelle der üblichen Drehzahlregelung für die Antriebsmaschine
des Hilfspropellers diese Drehzahl sich lastabhängig einstelle,, so kommt man weiterhin
mit dieser Maßnahme dem Ziele entgegen, ohne Verwendung von schwierigen und komplizierten
Drehzahlverstellungen und Verstellflügeln eine Leistungsaufnahme für Manöverfahrt
wie für Hauptfahrt zu erhalten. Mit steigender Fahrtgeschwindigkeit steigt dann
die Drehzahl entsprechend der Leistungscharakteristik der Antriebsmaschine, z. B.
eines Diesels. Es genügt somit, ohne Verwendung von weiteren Regelorganen, den Hilfspropeller
durch einen einmaligen Schaltvorgang (elektrisch oder mechanisch) zu- oder abzuschalten
oder bei Manöverfahrt gegebenenfalls rückwärts zu schalten.
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Wie in einem Leistungsdiagramm (Bild2) später näher erläutert wird,
gehen - entsprechend den Versuchen - die Wirkungsgrade des Hauptpropellers bei Zuschaltung
des Hilfspropellers bei Hauptfahrt zum Hauptpropeller sprungartig in die Höhe. Es
wird also erfindungsgemäß erreicht, daß der Betrieb bei Hauptfahrt durch den Hilfspropeller
verbessert wird.
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Mit diesem in Tandemanordnung auch für Hauptfahrt wirkenden Hilfspropeller
kann der Hauptpropeller dickere Naben 5 erhalten, ohne verlustreiche Nabenströmungen
befürchten zu müssen.
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Diese Nabe wird dann zweckmäßig fluchtend in den nachfolgenden Körper
übergehend gestaltet, der nunmehr nicht mehr als Staukörper, sondern als verlängerte
feststehende Nabe 6 wirkt. Die Dicke der Nabe wird also zweckmäßig mindestens etwa
der größten Dicke des Stalkörpers entsprechend gewählt. Der glatte Abstrom ohne
Ablösungserscheinungen an dieser feststehenden Nabe 6 wird durch den Sog des Hilfspropellers
a erzielt.
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In den Fällen, in denen insbesondere bei schnellen Schiffen die ausgleichende
Wirkung des Staukörpers oder verlängerten Nabenkörpers auf die notwendige Steigung
des Hilfspropellers bei Haupt- und Manöverfahrt noch nicht ausreicht, kann mit Vorteil
ein Düsenring 7 um den Hilfspropeller gelegt werden. Dieser ist in bekannter Weise
schon bei Manöverfahrt von Nutzen, weil er die Leistungsaufnahme, bezogen auf den
Propellerdurchmesser, erhöht und infolge Verhinderung der Strahlkontraktion den
Wirkungsgrad erheblich verbessert.
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Der Düsenring erhält hier aber außerdem seinen besonde@n Sinn dadurch,
daß er ähnlich wie der Staukörper 4 die notwendige Steigung der Hilfspropellerflügel
bei Haupt- und Manöverfahrt besonders in den äußeren Flügelpartien des Hilfspropellers
angleicht.
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Durch diese Düse wird analog zu einem ringförmigen Stabwirbel die
Zuflußgeschwindigkeit besonders zu den äußeren Flügelpartien erhöht, woraus sich
dort größere Flügelsteigungen ergeben, die dann radial zur Achse abnehmen. Diese
Betrachtung gilt vor allem unter der Voraussetzung kräftiger Anstellwinkel zum Düsenprofil,
d. h. bei stark radialem Zufluß zur Düse. Dieses liegt beim Manövrieren aus dem
Stand vor.
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Die Wirkung schwächt mit wachsender Schiffsgeschwindigkeit ab, da
dann die Zuströmung von vorn keine nennenswerten Anstellwinkel zum Düsenprofil liefert.
Die beschriebene Induktionswirkung der Düse auf die Zuströmung fällt fort, während
die bei Manöverfahrt ermöglichte höhere Propellersteigung der äußeren Flügelpartien
bei Hauptfahrt eine größere Leistungsaufnahme ermöglicht. Staukörper und Düsenring
unterstützen sich deswegen in dieser Wirkung.
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Man kann auch bei Düsenanordnung den äußeren Düsendurchmesser etwas
aus dem Mitstromfeld des Staukörpers herausragen lassen, besonders wenn größere
Leistung des Hilfspropellers bei Manöverfahrt verlangt wird.
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Zweckmäßig ist, mit Rücksicht auf die Angleichung der Steigung bei
Hauptfahrt und Manöverfahrt bei Verwendung einer Düse, den äußeren Düsenmantel nahezu
zylindrisch, besonders nach vorn hin, auszubilden.
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Die Flügelsteigung des Hilfspropellers von innen nach außen hin nimmt
erfindungsgemäß zu, mit Ausnahme der näheren Umgebung des
inneren
Düsenmantels, wo die Steigung abfallen kann.
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Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Hilfspropellers
Dp annähernd gleich dem Durchmesser des Birnenkörpers Db, während der Durchmesser
der Düse um den Hilfspropeller schon etwas größer ist als der Birnendurchmesser
Db. Die Induktionswirkung auf die Anströmung va ist links neben dem Propeller schematisch
dargestellt. Von einem größten Wert außen nimmt diese Geschwindigkeit zur Achse
hin ab.
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In Bild 2 ist, wie schon angegeben, die Wirkung der erfinderischen
Maßnahme auf die Leistung des Hauptpropellers kurvenmäßig im Diagramm dargestellt.
Es sei angenommen, daß im Diagramm der Leistung N über die Schiffsgeschwindigkeit
v im Punkt A der Hilfspropeller bei Hauptfahrt zugeschaltet wird, ohne daß die Leistung
des Hauptpropellers erhöht wird. Hierdurch steigt die Schiffsgeschwindigkeit vA
auf vB an. Der entsprechende Betriebspunkt ist B und die zusätzliche Hilfspropellerleistung
NHI. Die Gesamtantriebsleistung im Punkt B ist somit NA + NH I = NB Wollte man die
Schiffsgeschwindigkeit VB nur durch Vergrößerung der Hauptpropellerleistung erwirken,
so würde der zugehörige Betriebspunkt C sein, der Gewinn gegenüner dem vorher beschriebenen
Zustand mit Zuschaltung des Hilfspropellers wäre d N.
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Der in Bild I gezeigte birnenförmige Körper nimmt zweckmäßig den Antriebsmechanismus
des Hilfspropellers bzw. das Antriebsgetriebe in seinem Innern auf.