22 sEpig
ARCHIEF
SCHIFF I
kUFO
WISSENSCHAFTL1CHTECS
Herausgegeben vom Institut für Schiffbau,
Rostock
und von der Technischen
Fakultät der Universität Rostock
i . Aufgabenstellung
lluclerdüsen.P10PC110r sind (leni Propeller mit Ruder
hno Düse bei hoher Scijubbohistung in vielerlei
Hin-sicht überlegen. Insbesondere sci dio rnito Vortrieb -tindSteu1CrWirk!Jiì boj hoher Propeller o astung go-nannt. dic dazu führte, daß bisher vorwiegend Schlepper und Binnenschiffe mit Düsenpropellern bzw. Ruder-düsen ausgerüstet \vuur(lefl. In letzter Zeit werden in zunehmendem Maßo aber auch Fischeroifahrzcuge mit
Ruiderdüsen projektiert, für
(lie neben einer hohen
Propulsionsgütc und guter Steucrfäh igke itbe im
Schlep-pen hohe eigene Fahrgeschwindigkcit verlangt wird. Für die Anwendung von Düsenpropellerfl bzw. Ruder-düsen an solchen Fahrzeugen, clic also unter wechseln-cien Bctriebsbedingungefl fahren müssen, spricht neben den bereits genannten Vorzügen bei hoher Schubbe-lastung die bessere AnpassungsfhigkOit des Düsenpro-pollens an wechselnde Belastungen hei Diesolantrieb. Weiterhin ermöglichen Däsenpropeller höhere Dreh-zahlen als düsenloso Propeller, wodurch ein direkter Antrieb oft noch in (len Fiilln geeignet sein wird, in denen bei Verwendung eines Propellers ohne Düse be-reits der Antrieb des Propellers über ein Untersetzungs-getriebe erforderlich wird, um einen günstigen Propeller-wirkungsgrad zu erreichen. Bei cien in Freifahrt vor-herrschenden geringen Schubbelastungsgra(icfl macht sich allerdings der Diiseneigcnwiderstafld der bisher in der Mehrzahl benutzten Düsenforrnen oft störend
be-merkbar.
Im Hin hi iek auf den erweiterten Aruwendungsbcreich
der Düsenpropeller, insbesondere (1er in schwenkbaren Düsen arbeitenden Propeller, macht sieh z. Z. bei der
Auswahl geeigneter Düsenformen und der
Dimensionie-rung der Düsen mit guten Propulsions- und
Steucreigen-schaften ein Mangel an Borechnungsuntenlagen
bemork-bar. Zur Behebung dieses Mangels wurde daher die Durchführung von systematischen Untersuchungen an
Düsenpropellern und Ruderdüsen zur Schaffung
geeig-neter Unterlagen in Angriff genommen. Inder vorliegen-(len Arbeit wird über cien ersten Abschnitt dieser Unter-suchungen berichtet, in dem mehrere Düsen möglichst
einfacher Bauart frcifahrend untersucht
wurden-2 Meßeinrichtung
Die zur Durchführung der Freifahrversuche benutzte Mcßoinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Ge-räteträger, einem Freifahrkastefl mit Innenantriebs
SehiffbauforschUflg 55/6/66
FreifahrverSUche mit Ruderdüsen
Institut für Schiffbau, Rostock Diroktor: Dipl.-Ing- S. Kruppa37. Mitteilung der SchiffbauVersuChSafl8t&1t Leiter: Dr.-Ing. o. h. W. Hen8chke
Von Dr.-Ing. F. Gutsche und Dipl.-Ing.G. Schroeder, Berlin
Sc
UN.G
MITTEILUNGEN
lab. v
ScheepsbouwkUn
Technisch.e
Hogeschool
Deift
gerät oinschliel3lich Antriebsmotor und einer 3-Kompo-nenten-Mef3einrichtung, zu der ein
3-Komponenten-Geber unit Dchnungsmeßstreifefl und ein
Dehnungsmeß.-gerät gehören.
Der grundsätzliche Aufbau ist aus Bild 1,ersichtlich. In Bild 2 ist clic Meßeinrichtung in ausgetauchtem
Zustand und in Bild 3 während der Durchführuuig eines
Versuches sichtbar.
Für den Antrieb des Modellpropellers wurde ein Pro-pellerdynarnometer verwendet, mit dem der schub, das Propeilerdrehmoment und dio Propeller-drehzahl in üblicher Weise bestimmt werden konnten.
Das PropellerdynamOmeter war in einem 1,26 m langen
und O, 12 m breiten Freifahrkasten eingebaut.
Außer den hei Freifahrversuchen mit düsenlosen,
Pro-pellorn gewöhnlich gemessenen Größen (Drehzahl n,
Geschwindigkeit y, Propellerschub Tp und Propeller-drehmoment Q), wurden bei den Versuchen mit Düsen-propollern zusiitzlich der Düsenschub T0
und mit
Ruudcrdüsen außerdem dio Querkraft FR und das Dreh-moment Qn am Ruderschaft gemessen.Zur Bestimmung der an der Düse wirkenden Kräfte war die Düse mit ihrem Schaft ari einem für diese
Ver-suche besonders gebauten Geber mitDehnungsmeßstre
i-fon befestigt, der so konstruiert war, daß die Meßwerte
von der Höhenlage der
Düsenkraft nicht. beeinflußtwurden und daß der maximale Meßwog bei den größten vorkommenden Belastungen untci 0.3 mm blicb. Der
Düsenschub TD, die Düsonqucrkraft Fit und das
Schaft-moment Qa wurden mit Benutzung eines
4-Kanal-DehnungsmeßgeräteS und
PräzisionsDrehspuiZeiger-geräten bestimmt. Die bei den Eichungen von
denZe igergeräten abgelesenen Meßwerte streu ten ini allge-meinen bis zu ±1,5% urn eine linear mit der Belastung
ansteigend angenommene Mittelwcrtkurve;lediglich boj
Belastungen mit weniger als 0,6 bis 0,8 kp bzw. 3 bis 4 ein- kp, bei denen die Zeigerausschlägc kleiner als 30% bis 40% des Vollausschiages waren, wurde die Streuung wegen der hierbei vorhandenen geringen Ab. lesegenauigkeit größer.
Das Propellerdynamometer. der Gober und der zum PropcllcrdynamOrneer gehörige E -Motor waren auf
einem gemeinsamen Träger montiert. der am unteren
Geräteträger des SchleppwagenS befestigt werden
konnte.
Bild i. Versuchsanordnung
¿ .
¿interer Geräleträger des Schi eppwagens
JJ I + 4- 4-
---
4-Schnitt A-A/
-i,'r-
P-'-i
-4-'4-Bild 2. Meßeinrichtung im ausgetauchten Zustand
_;y;4 -
--
7SA
S
-çw-1-,;:--.--?
---- -'---
--JF/eifahrkasteQ mitInnenantriebsgeiYit
-
- i______Bild 3. ießeinrichtung wdlircnd der Durchführung eines Versuches
Das Lagerrohr für clic Propellcrwelle wr durch eine 120 mm tiefe und 16 mm dicke Strebe und zwei Spann-drähte um Träger hin abgesteift. Eine am Träger be-festigte Verkleidung für cien J)üsenschaft (Schafthose), (loren unterer Teil in der Höhe vorstellbar ist, sollte die Umströmiing des Düsenschaftes und damit ihren Ein-fluß auf dic Meßergebnisse beseitigen. Der Spalt zwi-sehen der Unterkante der Schaft-hose und dem Außen-mantel der Düse hatte bei allen Versuchen an seiner
eng-sten Stelle die Weite 2 mm.
186
Steife_5_-BT
Bdd 4. Symbole für Düscn:ibnicasungcii
Das Düsen-Grundmodell, die Düse Nr. 0, entspricht etwa der Form, die bei Ruderdüsen in der von
Schusch-k-i-n- [1] beschriebenen Bauart für Seeschiffe angewendet
wird. Die Profilo der untersuchten Varianten sind dem Profil des Grundmodells in Bild 6 gegenübergestellt. Außerdem wurde die Düse Nr. S 2a untersucht-, die sich von der Düse Nr. 2a nur duich den in Bild 5
därgestell-ten Spalt entsprechend DWP 27 645 unterscheidet,
dessen Weite bei den vorliegenden Versuchen auf s = 2 mm und s = 4 mm eingestellt wurde.
Schiffbauforschung 55/666
010
73-5
Schnitt 8-B
Sc/ia Ithose
Dio Anzeigen für die Düscnkräfte und das Schaft. moment wurden jeweils vor Beginn einer Versuchsserie durch Kraft- und Momentenbelastung in der Schaft--achse etwa in der Höhe der PropellerSchaft--achse geeicht und die gewonnenen Eichworte nach Abschluß der Versuchs-serie kontrolliert.
3. Düsenpropeller
Dio Abmessungen der untersuchten Modelldüsen sind in dimonsionsloser Forni in Tafel i angegeben. Die Be-deutung der hierin verwendeten Symbole ist aus Bild 4 ersichtlich. Allo Düsen haben den gleich großen Innen-durchmesser D1 = 204 mm.
:-t
Antriebsmotor
- - -
Drei /(ompcnen/en-Geber
-Lrr
/hr!1
ra/rl i. ,l)CLLI1 .1er I Il üa&'n (die Litnscu sind in Teilen des Inne durelunessers Di und dic Flichcn In Teilen des lichten juerschnitttS Ai 1)12 8i('iZtlfl) D,stanzscheibe Nosent e/I Hwipt feil
hOd G. Gegenüberstellung der Denprofl1c
nOd 7.Stabilisator Nr, O
SchifÍhaUÎ(,r«uflg z
Bilci.5
Anordnung des Sjaltes an der Düse Nr. S a
ii lid X
StabilisatorNr. t
Die am 1)üsen ment el un den Übergarigsstel len zwi-salem eiflem zylindrischen und ¿JflCIfl kOflrnehefl 'l'ail entstehenden Kanton sind abgerundet.
Die Düsen ohne Spalt wurden mit einem Ahrundungs radius an diesen Stollen von etwa 15 his 20 mm unter.
sucht, die Düse Nr. 2 und Nr.
(1 zusiitzlich mit demAbrundungsradiUs r 40 mm an der T.Thcrgangsstclle
vor dem Propeller. Die Kanten der Spaltdüse sind mit
r 40 mm abgerundet.
Für die Düse Nr. O sind 3 Stabilisatoren unterschied-licher Bauart vorhanden. Das Grundmodell, der Stabili-sator Nr. 0, hat bei einer Profiltiefo von etwa 40% des Düseninnondurchmessers (57 % der DüHenlänge) das Dickonverhältnis - 0,12. Der Stahilisator Xr. O
C
konnto hai ciar gewählt en Versuchsanordflufl mit (1er in Bild 7 dargestellten Form
jedoch nicht in Fahrt.
richtung ,,voraus" bei dom Ruderwinkel ò = O unter-sucht werden, da dann die Propellerwelle in der Ehené des Stabilisators liegen müßte. Für diesen Versuch wurde deshalb ein zweites Exemplar des Stabilisators Nr. O aus zwei Teilstücken und einem Rohr mit der lichten Weite16 mm und der Wanddicke 2 mm so
zusammen-geschweißt, daß das Rohr und die 12 mmdicke
Propeller-welle hei S O eine gemeinsame Achse haben. Um die
Möglichkeit der Verringerung desRuderschaftrnOlflentes in Rückwärt.siahrt zu prüfen, wurde außerdem die in
Bild & dargestellte Variante, der Stabilisator Nr.. 1
(Doppeistabilisator), untersucht, dessen gesamte seit-liche Schattcnflächo bei 50% kleinerer Profiltiefe und
bei dein größeren Diek-enverhält'niS -- = 0,21 etwa gleich
groß wie die des Stabilisators Nr. O ist. Eine weitere Variante, der Stabilisator Nr. 2 (Kreuzstabilisatot), ist in Bild O dargestellt'. Die kreuzförmig angeordneten Flüchen dioses Stabilisators haben den gleichen Quer. schnitt wie die des Stabilisators Nr. 1.
ld 9. Stabillsitor Nr. 2 I S7 -DLìe na À0 An c Ce 'n e e0 e 0 d, 'a 0 2 2a 3 4 1.15 1.16 1.15 1.15 1.24 1.05 1.32 1,O 1.0$ 1,08 1.08 1.08 1.08 1,08 1.32 1.32 1.32 1,32 1.54 1.1 1,73 1.17 1,17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 0,0 0.5 0,5 0,7 0,7 0.0 0.28 0.38 0.18 0.18 0,28 0.28 0,38 028 0,38 0.18 0.18 0,28 0,28 0,3S 0.140 0.140 0.140 0,140 0,140 0,140 0,140 0,280 0,280 0,280 0 0,280 0,280 0,280 10.0° 7.9° . 17,0° 17.60 20,1° 0 ° 18,4° 0,30 4.110 10,0° 10.00 6.3° 11,3° 5,2° 6.00 3.6° 9.10 6,1° 13,1° 0 0 0,8° 0,O 0.03 0,05 006 0,06 0,05 0,084 0.112 0.02 (LO 0.02 0,02 0,02 0.0125
p
188
Dio Oberfläche der aus Aluminiumguß hergestellten Düsen wurde zunächst fcingoschlichtot. Danach wurden zahlreiche an dem iiußercn Mantel der Düsen sichtbare kleine Lunkorstollon mit Spachtelmnsso ausgefüllt und nnsOhlie(30n(1 die Ob('rfljje.ho tier Düsen auf der
Dreh-bnnk mit feinkornigem Schloifpapior gogliittot. Dio
Stabi-lisatorcn wurden aus Aluminium mit polierter Oberfläche hergestollt.
Dio bei clon Freifehrversuchon bcnutzto 200 mm große Modellschraubo (P 1025; P/D = 1,0) unterscheidet sich von dom Schraubent.yp Wageningcn B 3.35 nur dadurch, daß die Erzeugendo senkrecht zur Schraubonachse steht und nicht wie bei der Originalforin geneigt ist. Die Ergeb-nisse der Frcifahrversuche mit dieser Schraubo sind für alle vorkonunenden Betriebszustände in [2] enthalten. 4. Versuchsdurchführung
Die Versuche wurden in der 9 m breiten und 4,5 m
tiefen Schiepprinne der SVA bei einer Tauchtiefe bis Mitte Propollerwello t = 1,0 D durchgeführt. Dio Dreh-zahlen n = 18 U/s der Propeller bei der Drehriehtung voraus" und n = 20 U/s bei der Drehrichtung ,,zurück",
0,7-D.2z-n-c0,7
dio etwa Roynoldszahlen R11
=
-3,5 bis 4,0- 105 entsprechen, wurden bei großen Ruder-winkeln unti kleinen Fortschrittsziffern in denjenigen Fällen etwas verringert, in denen das mit der vollen
Drehzahl bei Vollatisschiag des Momentenzeigers
vor-handono Drehmoment von otwa 45 cin kp
üborschrit-ten wurde. Dieser Grenze entspricht für Fahrt ,,voraus" etwa der Drchmoinentbeiwert KQ
= 0,042 und für
Fahrt ,,zurück" etwa der Beiwort KQ = 0,034.Die Messungen im Stand wurden außerdem bei einigen zusätzlichen Drehzahlen vorgenommen.
Für die Umströinung einer Düse kann man sowohl eine Kennzahl mit Benutzung der Fortschrittsgeschwin-digkoit der Düse V als auch mit der Durchflußgeschwin.
digkeit des Wassers durch die Düse VD n - P bilden.
Die mit der Düsenlänge C und etwa der maximalen
Fortschrittsgeschwindigkeit der Düse (V 3,25 U/s für
Fahrt ,,voraus") gebildete Kennzahl B nimmt die in
nachstehender Tafel angogebonen Zahlenwertean:
Düse Nr. O - i 2 3 4 5
10-5 R 3,9 5,0 2,8 3,9 3.9 5,0
V .c
Dio Kennzahl R711 B 1) liegt etwa um 10% über
den angegebenen Zahlenwerten. 5 Versuchsergebnisse
5.1. Darstellungsform
Für die Kennzeichnung des aus Düse, Stabilisator und
Propelle bestehenden Antriebs- und Steuersystems
wur-den Zahlcnkornbinatjonen benutzt, doren Ziffern tier Reihenfolge nach bedeuten: Düse, Stabilisatorunti Pro-peller, z. B. für die Düse Nr. O mit dem Stabilisator
Nr. 1
untI dem Propeller P 1025 die Bezeichnung
D? 0/1-1025 und für die gleiche Düse ohne Stabilisator die Bezeichnung DP 0-1025. Der Umfang der für dio
Arbeitsrichtung ,,voraus" und zurück"z. T. bei mohre rea Ruderwinkein durchgeführten Versuche ist aus Tafel 2 bis 4 ersichtlich. Dio bei den Versuchen mit
Düsenpropollorn und Ruderdüsen erhaltenen Meßwerte
Tafel 2. Widcratands- und Querkraftverauche jolt der Düse Nr. O ohne Propeller Stabilisator-iÇr. Versuch-Nr. ohaic Stabilis. O. 2 ohne Stabille. 65 A 047 65 À 050 65 A 040 65 A Old 65 P 084 Bemerkung ohne Frcifahrkasten ohne Frcifalirkastcn Ohne Freifaìirkastcn ohne Freilahrkastcn
mit Freifahrkastcm u. Bliodnabe
Tafel 3. Frciíaiirvcrsuchic mit Düoenpropehler (Düse Nr. 0) und Stabilisator
Tafel I. } reifahrversuehc mil Düsenpropdflcr Ohne Stahilisator
wurden zur Mittelwertbildung in Form von
dimensions-V
losen Boiwerton über der Fortschrjttszjffer J
nD
(die Beiwerte für J = O z. T. zusätzlich über der Dreh-zahl n) in Freifahrdiagrammeri dargestellt.Schifibauforethung 5 5/6/66
Düse Arhcits- Versuch-Nr. Kejinzeichen
Nr. richtung d. Düscnpropehlerg
O voraus 0° 65 1' 010 DP O-1025
g vorausvoraus 0000 65 P 04565 P 082/83 (ItO.tito.
O voraus 00 65 1' 165 ti to. g o voraus 5° voraus 100 voraus 15 65 P 017 05 P 018 651' 019 tito. tito. CIto. O voraus 200 65 P 021) tito. g o o voraus 250 voraus 300 voraus vor.L IlS 200 65 i' 021 65 10 022 65 P 023 05 P 024 (It,). lto. celo. dio. g o zurück 00 zurück 100 zurück 200 65 P 034 65 P 035 65 P 036 cIte. tito. tito. o zurück 300 65 P 037 dto. Voraus 0° 65 1' 155/156 DP 1-1025 zurück 00 65 P 143 dto. voraus 00 65 P 0761077 DF 2-1025 voraus 00 65 P 157 dto. voraus 00 65 P 166 do,. zurück 00 65 P 144 tito. voraus 00 65 P 158 u. 078 DP 2ajO25
voraus 100 OSP 159 dto.
voraus 20° 65 P 160 dio.
voraus 20° 65 P 161 dto.
voraus 25° 65 1' 164 (Ito.
voraus 300 65 1' 162 tito.
Vor;I us 35° 65 P 163 tito.
zurück o° 65 P 140 tito.
S 2a voraus 00 65 P 151/152 DF S 2e-1025 (s = 2 mm) S 2a voraus 200 65 P 146 tito. S 2L s nL vorausvoraus 3Q020° 65 P 147 65 1' 148 (Ito. tito,
S2a voraus 350 65 1' 149 (ItO.
S 2a S 2a voraus 400 voraus 00 65 P 150 65 1' 167 1 to.
f
DP S 2e-1025 (a 4 aim)S 2a .Or luS 200 65 1' 161) tito.
S 2a voraus 200 65? 168 sto,. S 2n -Voraus 30° 65 1' 170 tito. S 2e voraus 35° 65 1' 171 dto. S 2a voraLls 40° 65 P 172 dto. 3 Voraus 00 65 P 071) DI' 3-1025 3 ZUrück 00 65 1' 141 dto. 4 vors LIS 00 65 P 074/075 DP 4-1025 3 zurück 0° 65 P 145 tito. 5 voraus 00 65 P 153/154 DP S-1025 5 zurück 00 65 P 142 (ItO. Stab. Nr.
Arbclh-richtung Versuch-Nr. des Dflsenpropcllcrs.Kennzichen
O voraus 0 ° 05 P 027 DI' 0/0-1025
O zurück i7,° 65 1' 042 1 to.
O zurück 25 ° 05 P 043 dio. O zurück 30 ° 65 P 044 tito. s i voraus 0 ° 05 P 028 DP 0,1-1025 i zurück 0 ° 65 P 038 tito. 1 zurück 10 ° 65 P 039 ti to. i zurück 20 ° 05 1' 040 dto.
1 zurück 25 ° 651' Oli titO.
2 voraus 0 0 65 P 020 DI' 0/2] 025
2 zurück O ° OSP 014 tito.
2 zurück 10 ° 65? 031 (11(1.
2 zurück 20 ° 65 J' 032 dio.
Die hierbei benutzten Beiwerte sind wie folgt definiert:
T1. Beiwort für don Propellorschub
-n2-D4 T1.
T n2 D4
F n2. D4
Q Beiwort. für das Drohmomont Q
- n2 D5 am Propeller
Qn Beiwert für das Drehmoment Q
n2 D5 am Schaft.
Dio Ergobnisso der Versuche mit don Düsen ohne
Propeller wurden zur Mittolwortbildung für 0° in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und für ô 00
in Abhängigkeit von ô mit Benutzung folgender dimen-sionsloser Beiwertç dargestellt:
CD = Beiwert des Widerstandes
Fa
C =
Boiwert der Quorkraft-- V2.D2
a Qn Druckpunktabstand
- =
. der resultierendene (DD- sin ô + F cos ô). Cd
Düsenkraft. vom Schaft Der Zahienwort a erhält bei einer Druckpunktlage in Strömungsrichtung gesehen vor dom Schaft ein positives bzw hinter dem Schaft ein negatives Vorzeichen.
Die benutzten Symbole und Boiwerto entsprechen weitgehend den Empfchlungcñ der ITTC, dementspre-chend wurde auch für die Dichte e der Zahienwert ent-sprechend der bisher üblichen Definition Diehto = spez.
Schworkraft/Eidbeschlcunigung benutzt.
Die in die Diagrammo eingetragenen Kurven stellen den Vorlauf der aus den Meßwerten nach Augenschein geschätzten Mittelwerte dar. Hierbei wurden soweit als möglich Moßpunkte bei anderen Winkeistellungen, die in dem jeweiligen Diagramm nicht. enthalten sind, berücksichtigt. Außerdem wurde in die Freifahrdia-gramme für ô = O die Summe aus don Mittelwerten für den Propeller- und don Düsenschubbeiwert, d. i. der
Gesamtschubbeiwert KT = KTP + KTD als Kurve
KT
J
eingetragen und der Wirkungsgrad
ij =
-
---sowie die Düsensogziffer = TD , die mit
Be-KTP
nutzung der aus den Mittelwertkurven abgelesenen Zahlengrößen errechnet wurden, in Abhängigkeit von der Schubbelastungsziffer -ji dargestellt.
In einigen Fällen sind größere Streuungen der
Mcß-punkte vermutlich auf einen instabilen Strömungs.
zustand zurückzuführen. Falls in diesen Fdllcn Mittel-wertkurveri angegeben sind, so sind sie mit einer gò-wissen Unsicherheit behaftet. Es ist daher nicht ausge-schlossen, daß bei der weiteren Bearbeitung der For. sehungsthemas bzw. nach Durchführung von Ergän-zungsversuchen eine Berichtigung der für solche ,,unsi-choren" Bereiche angegebenen Mittelwertkurven erfor-derlich wird.
5.2. Widerstands- und Qverkraftnessun gen nzit der Düse Nr. O ohne Propeller
Die Versuche wurden ohne Frcifahrkaston durchge-führt, lediglich bei einem Kontrollversuch (Vers. Nr.. (iS P 084).war der Freifahrkasten mit einer Blindnabe
Beiwort für don Düsenschub TD
Biwert für die Querkraft F
a. d. Düse 0.70 ¿2D a75 0,10 FahrI.r/ch1wg .,zwZth" ohne Si.thi/isalor o Versud-Nr.55,.747 Vernrh-Nr55PO04 0 ,if SiobìZi,rotor Nr.0 ô Versuth-Nn 65A 050 O mil Slabilisalor Nr.1 O Versuch-Nr55AD9 0 (71/1 Stabili.a/r Air. Z Versuch-Nr. 65A 048
Bild IO. Widerstondsbe1eerte der Düse Nr. O bei ô = O'
anstelle des Propellers eingebaut Ein Einfluß. des Frei-fahrkastens mit der Blindnahe auf die Messungen ist
nicht erkennbar. .
in Bild 10 sind die Widerstandsbeiwerte ohne und mit Stabilisator für den Ruderwinkel ô = O für beide Fahrt-richtungen dargestellt. Aus dieser Darstellung ist dèut-lieh der starke Abfall der Widerstandsbeiwerte mit zu-nehmender Geschwindigkeit bis zu der maximalen Ver-suchsgesehwindigkeit V = 3,5 rn/s zu erkennen. Die große Streuung der Meßpunkte im unteren G.eschwindig-koitsberoich sowio der größere Unterschied zwischen den Widerstandsheiworten der Düse ohne und mit Stabilisa-toren in dem Gebiet der Reynoldszahlen R0 < 2 - 105 gegenüber dem Gebiet der Zahlen R0 > 2 - 1O ist im wesentlichen auf die starken Ablösungserscheinungen der Strömung innerhalb der Düse zurückzuführen, doren widerstandserhöhender Einfluß im unterkritisehen
Kenn-zahiboreich (R < 2 -
105) besonders deutlich ..eim Kreuzstabilisator erkennbar ist. Im Bereich der maximalerreichten Roynoldszahlen R71 4,5. 105 sind dio Bei-vorte des Düsenwjderstandes mit Stabilisatoren bis zu
20 % größer, wobei der \Viderstandszuvachs des
Doppel-stabilisators (Nr. 1) am grölltonund des einfachen Stâbi-lisators (Nr: O) wie zu erwarten am geringsten ist.
Um dic t.Ybersicht über die Ergebnisse mit den ver-schiedenen Düsen-Stabilisator-Varianten zu erleichtern, wurden in Bild 11 Kurven eingetragen, doren Lage nicht nennenswert von der Lage der einzelnen Meßwerte abweicht. Für dio ohne Propeller untersuchte Düse O wird nach Bild 11 der maximale Querkraft.beiwert mit dein Stabilisator Nr. O um 26%, mit Stabilisat.or Nr. 1
um 31 % und mit Stabilisator . 2 um 40% größer als
ohne Stabilisat.or. Auffallend ist der hohe Querkraftbei-wert mit dom Stabilisator Nr. 2 (Kreuzstabilisator), der auf eine besonders kräftige Wirkung der Leitflächen und damit auf die Verhütung von Ablösungserscheinun-gen schließen läßt. Schiffbauforsthung 5 5/6/66 i S9 o Fohririchlung voraus" = KTD
KQ
-KQn =ohne S?abi/isator
mit Stabftisato#-Nr. O
-
mit Stb/tisaior Nr. i -. - mit ,S'tabiIisa4 or Nr.2.
y j y iO2°
io'o.
zo')3M JI. WLderstands- und Querkraftbelwerte der Düse Nr. O (einschL
Druckpnnktiagcn)
5.3. Freifahrver6uche ,,voraus" bei ô = O 5.3.1. Düse Nr. O ohne Stabilisator
Die Ergebnisse mehrerer Versuche, die zum Nachweis der Reproduzierbarkeit der Messungen mit DP O-1025 durchgeführt wurden, sind in Bild 12/1 dargestellt. Der Vcrsuch Nr. 65 P 016 wirde zu Beginn und der Ver-such Nr. 65 P 045 am Ende des ersten VorVer-suchszeit- Vorsuchszeit-raumes durchgeführt und nach einer gemeinsamen
Eich-kurve augewertot, während die Versuche Nr. 65 P
082/083 und 65 P 165 nach Versuchspausen von je 6 bis 8 Wochen durchgeführt und selbstverständlich mit Benutzung der Ergebnisse der jewcilig wiederholten Eichungen ausgewertet wurden. Die Ergebnisse der zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführten Messungen weisen mit Ausnahme einiger Meßpunkto des Versuches Nr. 65 P 045 eine befriedigende lJboreinstimmung auf. Für die beim Versuch 65 P 045 aufgetretenen Abwei-chungen konnte cine Erklärung zunfichst nicht gefun-den wergefun-den. Bei cien Versuchen für die Fahrtrichtung ..zurück".trat jedoch teilweise eine ithnliche sprunghafte Streuung auf (s. Abschnitt 5.5.1.), (lie zu der Annahme fuhrte, daß die Strömung des austretenden Strahles bei ler Düse Nr. O meistenteils abgelöst \var, demgegen. her aber im Versuch 65 P 045 bei kleinen Fortschritts. graden im konischen Teil clos Düsenaiislaufs anlag rind infolge dos (ladlireh vorbcsserten Druekanstiogs eine Erhöhung (les Düsenschubes bewirkte. Diese Annahme 'vird dadurch gestützt. daß die Meßwerte bei den Ver-suchen mit den Düsen Nr. 2, Nr. 2a und Nr. 3 in Rück. wiirl sfythrt gleiclifull.s stretiten (s. Abschnitt 5.5.1.). Dio ungünstigeiì Meßwerte können (lauer vermutlich durch
Verkleinern des Winkels im Austrittsteil des Düsen.
profiles (s. Bild 4) vermieden werden.
Der Verlauf darin Bild 12/1 eingetragenen 1Iittc1wert-kurven wurde im Bereich kleiner Fortschrittsziffcrn unter gebührender Beachtung der in Bild 12/2 darge-stellten äußerst sicher erscheinenden Meßwerte für J = O angenommön. Im übrigen Bereich bereitete es keine
Schwierigkeiten, eine Mittelwertkurve der zahlreich vòr-handenen Meßwerte anzugehen, die besonders hei großen Fort.schrittsziffern eine gewisse Streuung aufweisen. l)io in l3ild 12/3 in Abhiingiglcoit von der Schuhbelastiings.
ziffer .KT/J2 ., däLIgeMIullten l' irvuri für dun \Virkiangsgrzul und (I e Sogziffer uni sprechen 'len un Froifahrdiagramin (Bild 12/1) angigebenen Mittelwert. kurven; die Original-Meßwerte sind in iloser Auftragung ebenfalls enthalten. Diii teilweise von dein im Freifahr. diagramm angenomnionon K urvonvorlay if abweichende Lago der Meßpunkto für die Sogziffór t kommt in dieser Darstellung klar zum Ausdruck.
5.3.2. Düse Nr. O mit Stabilisator
Dio Ergebnisse der Versuche mit dom einfachen Stahi. lisator Nr. O (DI' 0/0-1025), dem DoppeLstahilisator Nr. i (DP 0/1-1025) und dom Kreuzstahilisator Nr. 2
(UP 0/2-1025) sind in Bild 13 gemeinsam mit den
Mittclwort.kurvon für Düso Nr. O ohne Stahilisator dar-gestellt.
In der Gogonüberstelliing der Meßergebnisse für dio
i )iisi Nr. C) oh ne i cl mil S Lui) iii saler O I r (I i'r Sali ib. 1Mli(stungszifT(lr K.j/.J2 in 'iild 14 kenrinnl, diii günstige
Beeinflussung dos Wirkungsgrades und der I)ii.sensog-ziffer durch dio drei untersuchten Stahilisatoren zum Ausdruck. Der nach Versuch Nr. 65 P 016 ohne Düse vorhandene Wirkungsgrad wird durch cIen Stabil isator Nr. O um 2 bis 3% und durch die Stabilisatoren Nr. i
und Nr. 2 bei mittleren BeIastungsgralen in etwas
stärkerem Maße (etwa 4 bis 6%) vergrößert. Gegenüber den Ergebnissen nach Versuch Nr. 65 P 045 (s. Ab-schnitt 5.3.1.) ist eine Verbesserung des Wirkungsgíades (um etwa 2 bis 3%) jedoch nur mit dem Stabilisat.or Nr. 2 (Kreuzstabilisator) vorhanden.
5.3.3. Düse Nr. 1 bis Nr. 5 ohne St.abilisator
Dio Meßergebnisse sind in Bild 15 und Bild 16 dar.. gestellt. Für dio in Bild 15/1 sichtbare Streuung der mit UP 2-1025 im Standversuch gemessenen Propeller. kräfte, die im Mittel kleiner als bei geringer Fortschritts-geschwindigkeit sind, wurde zunächst keine plausible Erklärung gefunden; sie trat bei einem Ergiinzungsver-such (Nr. 65 P 166), bei dem dio gleiche Kante stärker abgerundet war, nicht.auf. Es ist demnach zu vermuten,
ciaO sich die Strömung bei den ersten Versuchen vor dem
Propeller an der Kante zwischen dem zylindrischen und dem konischen Teil der Düsoninnenwand zumindest teilweise ablöste und daher KTP und KQ kleiner wurden, während sie bei dem Ergänzungsversuch mit stärker abgerundeter Kante anlag. Der Mittelwert. für diesen Belastungszustand wurde deshalb unter Beachttmg der Meßwerte für kleine Fortschrit.tsziffern (s. Bild 15) so angenommen, daß er den wenig streuenden Moßrt-en des zuletzt durchgeführten Versuehos.Nr. (15 P 166 ont-spricht. Bei dor Düse Nr. 0, die außer der fuso Nr. 2 als einzige mit einem vergrößerten AbrundTingsradius vor clan-i Propellor untersucht wurde, trat durch den ver-größerten Radius keine Anderung der Meßwerte ein (s. Versuch Nr. 65 P 165 in Bild 12/1). Das unterschied-liche Vi'rluilton der beiden Düseii ist vermutlich mit der unterschiedlichen Größe des Winkels inri Düscncinlaynf zu erklären, der hei der Düse Nr. O etwa 110 rind bei der Düse Nr. 2 etwa 18° groß ist.. .E)ie Propellerkräfte in der Düso Nr. 3 sind im Stand ebenfalls kleiner al bei
geringer Fortsehrittsgeschwindigkeit (s. Bild 1(1). SO tlaß
bei dieser Düse mit r 200 im Stand vermutlich
eben-falls Ablösung vorhanden war. Bei den Messungen uit
Bild 12. Ergebnisse der Versuche mit dem DüeniropcI1er DP O-1025
i Beiwerte in Abhängigkeit von
2 Beiwerte (tir J = O
3 Wirkungsgrnd unni Scigziffer
4 I-0,4 D o Versuch-Nr. 65 P075 L/ersuch-Nr. 65PO45 + Versuch -Nr. 55P082/053 Versuch- Nr. 65 P165 4! 25 u>s r
12-Bild 12.2 4 = 4 '1'TD Bild 12.3 42 44 45480 ZO 40 40 4010 211K2_
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o +S\\
6 l'ersuch Nr. L"ersuthNr.65PO45 65 P016'I-..
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A'7\
K7\
. + Versach Nr. x VersuchNr. . 85 P082/083 63 P155\
rO? i I o ers. Vers.Nr. + Va,.Nr. ,er. o. re,, 65 P845 55P052/0&3 Vers.Nr.65P155 I 1,0 .o..77
-. ,-uIIÍ___
41lût
i r r I Schiftbaulorschung 5 5/6/66 191 0,4 0,6 0,2 -7-A Bild ¡2.! 44 z0,
41
L4
Bild 13. Beiwerte der DfienpropeIicr 1W 0/0 - 105, DP 0/1 - i023 ttitd
1)1v 0/ - IO5
dn übrigen Düsen, deren Winkel im Einlauf kleiner ist (einschl. der Düse Nr. 2a, deren Innenteil gegenüber der Düse Nr. 2 unverändert ist), trat eine ähnliche Erschei-nung nicht auf. Dio Ablösung begann demnach, außer an der Düse Nr. 2a, bei don kleinen vorhandenen Ab-rundungsradien, die 15 bis 20 mm groß waren, etwa boi
dem Winkel e = 18° und konnte an der Düse Nr. 2
durch Vergrößern des Abrundungsrad ins auf etwa 40mm beseitigt werden.
Die für (lie 7 untersuchten Düscnpropeller ermittelten Wirkungsgradc und Düsensogziffern sind einander in Bild 17 und Bild 18 gegenübergestellt. Auffallend ist die relativ guto Wirksamkeit der längeren Modclldüse Nr. 5 bei mittleren Belastungsgraden. Dic nachteilige Wirkung
(I(S groLlen ()fffllflgSV(Vrhiil tnisÑes bei kle UICfl BCltlSlIWgCfl
kommt gut zum Ausdruck. Die Düse Nr 2a mit dem in
192
0.
/1/J2
Bild 14. \Vlrkuiigrntl und Sogy.iflir der Düsiitpropeiit'r J)1' t)/0i05.
DP 0/i05 und Di' 0/-10
SchilTbaueorsciurig S 5/6/66
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-. - - - DPO -
f5 Vers, Nr. 65? O5V o DPO/0 - 1025 Vers. /Vi 65 P827
\
o o DPIÌ/í -1825 VersJir 65P028"
s ° DPo/2 -1025 VersiVr 65 P028\-
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Li/-'( -IUZ5 -1825., -1023P
-- - VV - -DP% - -- ûPo/, ---DPO/2-1025 -V.iLj
. .-l__'HL
V-
VersNr.55P0154
N.
I N-. [V-. -- - 'V-40 50 ' ZU 40 5.08,010 ZU44 0,1
a:
¿4ii___,c1L_ D_P&_ 1D/(
o - o o 02 Versuth-/Yr55 P073/fl?? o' 1/ersach-//r.55P 157 Versuth-Nr6SP 156 ---0. K1 KID 1(1 iS U/s 20 Sthiftbauforsthung 5 5/6/66J
0,6Eüd 1.5. Beiwerte der Düsenproel1er DP 1--1025, Dl' 2-1025 und DP
2a-1 025
1 in Abh5ngigkeit on J (oben)
' DP 2-1025 bei J O (Links)
seiner ganzen Ldnge Cd = 0.5 D1 konisehen Außenteil wurde außerdem in Form der Düse Xr. S 2a mit Spalt untersucht, der It. Pat.cntbcschreibung den schiidlichen Dilsenwiderstand be i leichter Propellerbelastung ver-ringern soll. Die Ergebnisse sind in BUd 10 dargestellt.. Durch den Spalt wird dio Düsensogziffer boj großer Schubbelastung (kleine Fort.schritt.sgrade) gegenüber der Düse Nr. 2a verschlechtert.. Im Bereich geringer Belastungsgracle, die etwa der Belastung von Propellern ohne Schlcppanh ang fahrender Seesch iffo entsprechen, veriduft die Kurve für den Düsenschubbeiwort nicht stetig. Insbesondere aus der Darstellung des
Wirkungs-.' a -i'd CO
47 ¿? ¿7.28 OPO -1025 Vers. Nr. 65? 045
''..'
0,9Dj 0,28 DPi -1025 Vere. Nr. o,P ,/so0,5 D1 0,28
o 02- /025
1/ers.Nì- 65P076/077-.
0,5 0 O
---o
DP2,z- 102i. Vers. Nr.0
4f
grades j und der Düsensogziffcr t. in Bild 20 ist. ersieht-lich, i1aß die Sogwirkung dcr Düse durch cien Spalt in einem begrenzten Bereich verbessert wurde. Dic Ver-suche mit den beiden unterschied! ichen Spaltweiten 2 mm und 4 mm zeigten praktisch das gleiche Ergebnis. .5.,J. Freifalrversnclw ,.toreus" 11111 gelegten Düsen ohne
Stal'il?sc,for ( 0) 5.4.1. Düse Nr.0
Die \Tersiche wurden bei BB.-Budcr!age der Düse his zu deiw grüßten Etiderwinke! S = 33° bei jeweils
)
194um 5° vcrdndertcm Winkel und bei StB. -Lage mit dem
Rudarwinkel è = 2O
durchgeführt. Die Ergebnissewurden in dhnlicher WTeise wie für è = 00als
dimensions-lose Beiwerte aufgetragen und danach Mittclwertkurvcn gebildet.. Für das Schaftmornent QE korniteil hierbei infolge der offenbar durch labile Strömungszustür.de hervorgerufenen Streuung der Meßwerte in einem
Uber-gangsbereich nur 2 getrente Kurvenäste als
Mittel-wcrtkurven für den Momentenbeiwert KQR angegeben werden. Insbesondere hei kleinen Fortschrittsziffern und großen Ruderwinkein streuen auch die Zahlenwerte der übrigen Meßgrößen (vermut! ich ebenfalls infolge
Ab-Schiffbaufor.schung 5 5/6;G6 -s 10/(
-h
DPO -1025 DPJ - 7025 Vs.Nr. 55Pa5 Vers.N.65P079 Vers. Nr. 65 P074/075 Vers. Nr. 55 P153/154 DP4 - 1025-o----.'.
DP5 - 1025 O 0,2 0,4¿7,4 43 0,2 47 0P4 - 1025 I ¡rsch5,.65PD45 ¡'Po - :ozi \.- _rpj - jo
__j
\ - OPS - 1023 85 -z Ve,sVr55P0,5_ -1.-'e''
_jr
Sthilïbauforschung 5 5/I/6fl 02 44 0,5 0.8 0 ZO 48 ¿D 40 ¡0 20 40 jfl fifi 02.Bild ¡7. Wirk-unggrnde und Sogzigmrn der Dûsenpropeller DF O-1025, DI' 3-1025. DF 4-1025 und DP 5-1025 0P2- ID
r
rnrfl
--- DPZa - 10h ¿ersuzh/r.53Pû3 -DPO- 1025 DPI - 1823.7
Bild 19. Beiv.ertc des D3enpropeIIcm DF S 2a-1025
Bild 18. \Virkungsgrade und SogzifFcrn der Düsenpropeller DF O-1025,
DF 1-1025, Dl' 2-1025 und DF 2e-1025
--'::j
\
-Nr: ;
;:m)
\\
I\\
\
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\\
8,4 42J-l9E
az a4 0148(0
Bild 20, Wlrkungs6rndc unti Sogzl1flrn de8 D sonpropeIter lU' S 2a-1025
lösungsorschoinungcn der Dücn.Innenströmung) mit. unter st-ark. Die Größe der bei (5 = 25° vorhandenen Streuung ist, aus Bild 21 und Bild 22 orsichtlich. Die Mittelwert-kurven für allo untersuchten Düsonstel lungen sind einander in Bild 23 bis Bild 25 gegenübergestellt.
-088 o \o o --- OPO - 1025 Ver3.-M65P8Zi - DP2a - 1825 VersN,65P 754 ai a, D2
J.
0,4 46/
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r./
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Bild 21. BeIwerte der RuderdOsen DF 0-1025 und DP 2n-1025 bei (5 - 25° (links mitte)
Bili! 22. Schaftn,otnent.heiwcrt der Ruderdüsen DF 0-1025 und DP 2a-1 025 bei (5 25' (links unten)
Bild 23. lesamtsc1tub- und Drehmomeritbeiwert der Ruderdüse DF 0]O2
(oben) .
Bild 24. Schub. und Querkraftbeiwerte der Rudcrdüse DP 0-1025
(unten) Schifibauforsehung 5 5/6/66
/
----.--.,.--,
-S S-I -S---. "-5(5. "-'4 5'. I - t T DP2a -1025 DPS2a -/025-.- DP2-i025..'
--1025 DPza-ioz'. 0 Versuch Versuth-Nr.55P154 -Nr. 55P 021-
'-'-DPO 1_J___ I -0,2t'
'
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L7
¼
K1 o , I 42 44 Zß 40 fl48 20 40 68/yj:
ai o -al-42J
¿14 as 44Ho
42 41-104
-005
Bild 24. Schaftinoineutbeiwerte der ituderdflic Dl' 0-1025
115 114 no: 111 û fi-0' az
J-
04 115 08Bild G. (icsauiticliub- und Drchinomcntbeiwert der ltuderd0.ic DP 2a] O5
5.4.2. Düse Nr 2a.
Die Versuche wurden bei der jeweils um 100, 20°, 25°, 30° und 35° nach BB. sowie um 20° nach StB. gelegten Düse in gleichor Weise wie mit der Düse Nr. 0 durchge-führt und ausgewertet. Dio Ergobnis.so für S = 25° sind in Bild 21 und Bild 22 don gleichen Werten für dio Düse Nr. O gegenübergestellt. Die gemessenen Kräfte streiten bei kleinon Fortschrittsziffern weniger als bei der Düso Nr. 0, der Schub und das Moment des Propellers sind im Standvcrsuch jedoch wie für dio Düse Nr. O kleiner als bei kleinen Fortschrittsziffern im Bereich um etwa J = 0,1. Es ist demnach zu vermuten, daß dio Ablösung in der kürzeren Düse Nr. 2a stabiler als in der längeren Düse Nr. O war. Dio Mittelwertkurven für allo unter. suchten Däsenstellungen sind einander in Bild 26 bis Bild 28 gegenübergestellt. Wie aus der Lago der MeO-punkte in Bild 22 ersichtlich ist, sind die Mittelwert-kurven für don Schaftmomentbeiwert jedoch äußerst unsicher. Schiffbauforschurig 5 5/6/60 112 o -41 -42
Bild 27. Schub- und Querkraftbeiwertc der Rudcrdü,fe1DI' 2ai025
ó- 20'.Ws35°
5)
04 06 00
¡Ii!,] rs. SeIiaftutoinciabeiwcre der 11 IIdcrIlü.se DI.' alO2r,
197
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I I I o 112 a' 11.5 nar.
5.4.3. Düse Nr. S 2aDie Düso wurde mit (len Spaltweiten s = 2 mm und
s 4 mm jeweils bei den Riider(inkeLn O = 20°, 30°,
:35° und 40° nach BB. und 200 nach StB. untersucht. Im Standversuch streuen die Meßwerte für die Propeller-beiwerte stark, sic liegen jedoch höher als für die Düsc
Nr. 2a (s = O), während der Einfluß des Spaltes im
übrigen Bereich der Fortschrittsziffern nicht klar er-kennbar ist. Bei der größeren Spaltweito s = 4 mm und größeren Rudorwinkein liegen die entsprechenden Meß-werte im Bereich größorcr Fortsehrittsziffern jedoch tiefer als für dio Düse ohne Spalt. Die Mcßvçrte für cien Düsenschub strouten im Standvorsuch ebnfells stark, liegen jedoch tiefer als für clic Düse ohne Spalt-. Im Bereich der übrigen Fortschrittsgracic ist ein Einfluß nicht immer klar orkonubar. jedoch sind die Mcßwrto für die Spaitweite s = 4 mm und für größöre Ruder-winkel größer als für die Düse ohne Spalt. Ein wesentli.. cher Einfluß auf die Düsenquerkraft ist nicht vorhanden.
-42
4
a
J.'ild 30. SchnItt ottientiteiwert. der Ruderdüse Dl' S 2n-1025 bei ô 35'
..
44.
'7-Bild 32. Beiwerte tier DünprupeIhcr DL' 1-1025. DI' 2-1025 und DI' 2a-1025 für die Arbcitsrtchtung ,,zurüek"
/
----DPD
-1025 o DPI -1025 Vers-hr. 6-5P /43 10K0 DP -1025 1frr.s-A'z SiP 144 DPZa -1û25 Vers-hr. 55P140 DPi-1025Vtrs.-1/r. 5PIII s24 - 1025 Yzr5.-/lr.Pii
o 2P5-1fl25s.-/l½65142Bild 33. Beiwerte der Diineiiprojtelher Dl' 3-1025, DL' 4-1025 und Dl' 5-1025 für die Arbeitnrieht.ung ,,zurück"
___Ver.-Ifr.55P153(S'0) I a + Ver-s.-Nr.55P145(S-lmm) a4 Ver3.-NrÖ3PJ7O(S.4mflZ) 70K0 - 111K0 05 - 0P4 - 1025 DPO - 1025 0P3 .- 1825 - 1025
--____ii
- -
_11L..IIII
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-! 417'
I_J,, >fÍ
. I I I' I I I . II -402 -0.34 -005 o---.*0-.
o o 4\.
o' ¿2 3' .51 22 o 0.2 0.4 04.7-Ilild 211. Beiwerte der Ruderdüc DI' S 2n-1025 bei ô 35'
W-DPia -1024 (S-ornez) V'r-Nr55P15J -. DPS2a- ;z(S-lrnrn) Ver-m.55,°T49 OPSÎa- ¡ozi(S..rn7) i/ers-1/rS.iPI7'
02 114 45 05 0 2,0 4,0 110 ¿0 111
fl',-/J2
20 40 50
¡lila' 31. Wirkungsgrudo und Sogeilferti der Düsenpropehler DI' 3-1025.
Dl' 4-1025 und Dl' 5-1025 für die ArbitorichLung ,.zurilek"
Schillbauforschung 35/6/65
o 112
J-
44lilla' 3.1. Biwertc den Düscitpropcllcrn DL' 0-1025 für dic Arbeitsrichtung
,,zILrÜchc
i 9S
5.5.:3. Versuche mit gelegter J)úse Nr. (J (O 4r 0) i)io Versuche ohne Staijilisator s'urden bei ler jeweils
(lin O = 10°, 200 und 30° gelegten
IImm(Ier(Iüse(llmrehge-führt. \'öhrend (liC für dio Prop(lIerbcisverte mind (len
i)iisenscl i i i lilje i wert erm ittelten .leßuerte einigermaßen
sicher erscheinen. sin«l die Beiwerte für ilie 1)üsenqimer. kraft mfl(l (Ills Schaftmozncnt wegen der großen Streuung
(1er Meßpimnkte in einem weiten Bereich al recht
mirisi-cher anzusehen. Die Versuche mit Stahilisator wurden bei jeweils 3 Rudcrwinkeln durchgeführt. Ebenso wie bei den Ergebnissen der chtsprechcndcn Versuche ohne Stabilisator streuen (lie gemessenen Düsonkriifte und Momente teilweise so stark, (laß (len hierfür ermittelten M ittelwertkmmrvcn eine ont sprechend geringe Oenammigkeit beizuniessen ist. Der Einfluß der Stahilisatoren auf dici Querlcraftcrzeugung blieb hei dieser Anströmrich lung erwartungsgemäß fast unmerklich; der gesamte Quer. impuls des durch dio Düse erzeugten Strahies war in dem untersuchten Bereich schon durch dio Richtung der Düse Nr. O ohne Stahilisator bestimmt, während der Einbau (1er St.abi lisatorcn gewissermaßen nur cine Ent-lust hug iles Düsonmnantels iel list bewirkte, ohne jedoch
mlio Störkn des g('mnessenhin Jesmimnt impulses zu iimnlern.
i n Bild :17 si nil die K rattbm iwerte sowie der Dreh mii ornen
t-i wi wert des I 'rop l h 'is für die I) üs oh rie S tab ¡ i isal or
mind mit, St iLbilisator Nr. t) für O = 30 dargestellt. I)ie Beiwerte für cIas Schaftmnomncnt sind in Bild 38 his Bild 41 dargestellt. Demnach ist das für dio
Dinmensio-nierung der Rudermaschine entscheidende
Schaft-moment der Düse in Rückwärtsfahrt miti Doppeista-bilisator bei gleicher Fortschrittsziffer etwa 20% und mit Kreuzstabilisator 30% kleiner als mit demeinfachen Stabilisator Nr. 0. O
//
V
F'
_ DPD - 1025. 5-3OVers-Nr 6'5P037-
DPo/û - 102, ô3Oers.-W, 55PO44Bild 37. Bciwertc der Ruderdüsen Dl' O-1023 und DI' 0/0-1023 bei
ò 30'für dic Arboiti'richtung ,,zurück"
45
-
DP2 -DP2-1025 1025 -.----.-__:
: _.L_ -I/1,4
/,
H____
DPO -1025 -7025 -/025 --r- DPO/1 OPO/2 .-t
Schur1au1orschung 5 5/6/66 190 44 asasw ZO 4ß 40V/O ¿DAr/Jz_
Bild 36. Virkuiiggradc und Souziltirn der J)üsenpropelltr DI' OIO.
Dl' O/IlO2 und D?O/2lO25für die Arbeitsriclitung ,,zurück Eine Vergrößerung les (negativen) Sehaftmoinentes
in-folge der Spalt.wirkung ist bei größeren Ruderwinkein deutlich erkennbar und lüßt auf eino verbesserte Um-strömung (les vorderen Däsent.eiles, vor allem bei der größeren Spalt.weite, schließen. Dio Meßergebnisse für 35° sind in BibI 29 und Bild 30 den für (lie Düso Nr. 2a (ohne Spalt) angegebenen Mi ttelwertkurven gegenübergestellt.
5.. Freijali rrersue/ic - ,:uruck'
5.5.1. Versuch ohne Stabilisator bei
=
Die Versuche wurden mit allen Düsen (ohne Spalt.) (lurchgefiihrt.. Die Ergebnisse sind in Bild 31 bis Bild 33 in ähnlicher \Veise wie für (lie Fahrtrieht.ung ,,voraits" dargestellt. Die Meßwerte (les Düsensehubes streuen hei den Düsen Nr. 2, 2a und 3 ähnlich wie bei eier 1)üse Nr. O in Vonitisfahrt vermutlich gleichfalls infolge Ablösung des austretenden Strahies hei mehreren Meß-fahrten (s. Abschnit.t 5.3.1.). Die in Bild 32 gestrichelt eingetragenen Kurven für Krn der Düsen Nr. 2 und Nr. 2u würden demnach der abgelösten Strömung ont. Die für (lie Düsen ermittelten Wirkungsgrade und Sogziffern sind einander in Bild 34 und Bild 35 gegen-übergestellt.
5.5.2. Versuche mit Stabilisator bei O = 00
Es wurde nur (lie ])üse Nr. O mit clon Stabilisatoren Nr. I und Nr. 2 in Riickwiirtsiulirt untersucht;. In Bild 30 sind der ficsamt.wirkungsgrad &ind ilie Diisensogzilfor t den gleichen Güteziffern für (lie Düse Nr. O ohne
Stabi-lisator gegeniibergostollt. Hierin kommt. eine
Verschleeh-teriing des \Virkungsgrades une! der Sogziffer durch (lie in Ströniungsrichtung vor dein Propeller liegenden Sta-hilisatoz-en zum Ausdruck. Diese Tendenz zeigt sich besonders 4eutlich hei clam Doppeistabilisator Nr. 1, der bei großen Belastungsgraden mit einer Zuströmung an-genöhert der einer räumlichen Sexkenströmung ungün. stigor angeströmt wird als der Kreuzstabilisator Nr. 2.
fl2 44 545lO 22 4D öß80/Û 20 4
KT/J2--Bild 35. \Virkiinggradc und Sogzilfern der D(ienprope11cr Dl' 1I OS. D? 1O5und DI' 2a-1025 lürdicArbcitsrichtung ,,zurück"
45
r4
200 -482 84
J-.-Jo. G O(VeP835flJ7)
-805¡jhI S. S fLnioieiifl,ejwerte der Rudcrdûe Di' O-1025
-882 -aûa
cÙ
ds ---DPO -1025 J DPo.' - 1825 O G O (Vers.-Nr.55PO42-944)Bild ?L'. Scliaíanoiikdfltbejwerte der RuijerilCiseD1 0/0-1021.
6. Für den praktischen Entwurf wichtige Erkenntnisse
Der %Vert von Düsen wird u. a. sowohl durch ihren
Wirkiingsracl als auch durch ihre Herstellungskosten bestimmt. \V/thrcnd die HerstclJunskosten (1er SVA. Düsen in der einfachen Schuschkin.Bajmrt offensicht-lich geringer sind als für Düsen mit NACA-Profllcn. ist, ein evtl. vorhandener Unterschied in derGröße des mit,
cl icscn beiden Düse,nformen erreichbaren Wi rkiingsgra.
des nicht so offensichtlich. Für einen Vergleich der Wir-kungsgrade sollen u ißer den von iegenden Versuchs-ergebnissen mit der SVA-Diisc Nr. O die von der \Vagc-ninger Versuchsanstalt (XSP) in 13] veröffentlichtei
Ergebnisse von Fre ifahrversuchen mit derNACAProfil -düse Nr. 7 benutzt werden. Hierbei muß jedoch berück--sichtigt werden, daß die in [4] angegebenen
Wirkiings-grade der von der Wageninger Versuchsanstalt (NSP) bei den Düsenversuchen benutzten Modellprop&lor für gleiche Schubbelastungsgrade der Propeller ohne Düse großer als clic entsprechenden \Virlciin;sgraçlc cies von
der SVA benutzten Propellers P 1025 sind. Um den
Ein-fluß dieses \Virkungsgracluntersehjeçles bei dem beab-sicht igten Vergleich auszuschalten, wurde der Wirkungs. greci 'les aus der SVA.Düse Xr. O und einem Propeller B 3.50 mit dem Steigungsverhaltnis PfD = 1.0 beste-henden Diiscnpropellers DP 0-B 3.50 (mit Benutzung
der ini Abschnitt 7 angegebenen Cii. (S) ) unter
Verwen-dung der in [4] für cien Propeller B 3.50 angegebenen Wirkiingsgrado und ciar aus cien vorliegenden Versuchs. ergebnissen nach Versuch Nr. 65 P 045 rmittelten
Düsen--404
'e
V
Ï-ii
(1-22
Bild 40. Sc1laft4ilomefltbejwerte der ltudcrcjüse DP 0/1-1025
ù
20'u2Z5.\
DPO -1025 - DP8,'2 - 11125 C G O (V/Vi'55PO3/ûjj)
Bild 41. Schaftniouieiitbcjwei- der Rucicrdüse Di' 0/2-1025
sogziffern t sowie der virtuellen"
Geschwindigkeiteny' errechnet, clic sich nach dem Freifalircliagramm cies Propellers P 1025 ohne Düse für den gleichen Schub-beiwort ergeben, der im Modellversuch für (len Propeller in der Düse ermittelt wurde (s. Tafelfl 5) Die
tbercjn-Tiifel 5. Berediiiw.g der Wirlungsrade für DL' O-B 3.50und DI' 0-13 4.40
(l'ID 1.0) Schiffbauorschung .5 5,/6/66 CT Kr1, J' 1 - 1'roel-0.2 0.099 0,875 0,130 0,811 1.015 B 4.401) 3.50 0,7460., 32 0.614 0.60:! 0.30 0,117 0,830 0.170 OsOS 1.056 113.50H 4.40 0.740 0.629 0 34 0.624 0.40 0.134 0.785 0.217 0.704 B 3.50 0.726 0.626 B 4.40 0.723 0.023 0,60 0,161 0,710 0.320 0,776 1.130 113.501, 4.40 0.65 0.600 .0.6:16 0.610 1,0 0.187 0,630 0,458 0,75 L102 B 3.1.0B 4.40 0.6350.650 0.556 0.569 2,0 0.212 0.571 0.650 0,640 1,285 R 3.50 0,583 0.479 13 4.40 0.600 0.464 5.0 0.223 0.544 0.752 0.461 1 117 113.50 0.05 0,365 114.40 0,578 0.378 10,0 0,220 0,532 0,708 0,348 1.513 11 0 0.550 0.291) 11 4.40 0,j71 0.30! 30,0 0,227 0,528 0,814 0,210 1,634 L 3.0 0,45 0.188 B 4.40 0,567 0.195
stiminuilg der \Viikiingsgriu Io des oliiìe Dic freifahren. (Iwl Propellers P 1025 mit den virtuellen \Virkungs. graden des gloicliep in der 1)üsc arbeitenden Propellers ¡st, geniii ß einer durchgeführten Nachprüfung vorhan-dcii; es kann demnach angenommen werden, daß dio gleiche Jbcrcjnst.i mn mung boj Verwendung (les l'ropcl-1ers B 3.50 ifl (lcr J)üso Nr. 0 gesichert ist. Der für den angenommenen Düsonpropeller DP 0B 3.50 errechnete größte Wirkungsgrad , = 0,625 tritt bei der
Schubbe-hT
Iastungsziffer
-- =
0.3 auf, wiihrend der zum Ver-gleich herangezogeno in Freifuhrt untersuchte Düsen. propeller (Wageninger Düse Nr. 7 mit dem Propeller B. 3.50) nach [3J clon maximalen Wirkungsgrad=
0.604 bei etwa der doppelt so großen Schubbelastungs.
hr
ziffer = 0,6 orreicht. DPO - 83.511 L15 r-_-83.50io Düse Nr.2 0.2 a4 as as 10 ZD 4.0 0 50111K2_
Slid (2. Wirkungmgride der Wagcmmiimger Dùsc Nr. 7 und der SVA-Düse Nr. O
mI dein Wageninger Propeller B 3JS0 (P/D 1.0)
Wio aus der Gegcnühorstcllung der beiden Wirkungs. gra(lO in Abliingigkeit von der Schmmbbelastungsziffer
,
in Bild 42 ersichtlich ist, sind dio Wirkurigsgrado .. (1er beiden Propeller bei der Bclastungsziffor
_!
_.(lie CiflOiri Mittelwert der bei socgchcnden Handels. schiffen vorhandenen Belastung entspricht, etwa gleich groß. Bei größerer Schubbolastung ist der Wirkungs. grad der SVA-Düse kleiner, z. B. bei dem Höchstwert der bei seegehenden Handelsschiffen normalen Belastung = 1,2 etwa 2% und. bei (1er Belastung
= io,
clic bei hochbelastoten Schlepppropcllern auftreten kann, etwa 4%. Boj kleineren Belastungen als= 0,6 ist
cloe angenommene Düsenpropeller DP 0B 3.50 dein zum Vergleich herangezogenen Wageningor Düsenpro. poller voit überlegen und orwoitort damit, den Bereich eincr Anwendmmngsmöglichkeit auf Fahrzeuge im Frei. fnhrzustand, bei denen clic Anwenclung eines 1Vagonin-ger Dusenpropollers bisher unzweckmäßig erschien (vgl.
,,Einfluß clos Düsonwiderstandes auf den Anwendungs-bereich" in Absatz S).
Ein in gleicher Weise dnrchgeïiihrtor
Wirkungsgrad-vergleich für clic gleichen Düsen mit dem Propeller B 4.40
zeigte ein ähnliches Ergebnis. Die bei Verwendung cIes Propelrers B 3.50 bei größeren Bolastungsziffcrn vor-handene Unterlegenheit der SVA-Düso in Schuchkin-Bauart ist bei Verwendung de Propellers 13 4.40 jedoch unbedeutend. Dieser auf den ersten Blick nicht ganz verständliche Unterschied woist jedoch auf omen mög. licherweise vorhandenen Einfluß dcr Flügolzahl auf dio Düsonsogziffcr hin, der bei der vorgenommenen Umrech-flung nicht erfaßt wurde..
Der Schiibbelastmmngsgrad ojnos Propellers wird für jedes Schiff durch den zur lYberwinchmmng clos Wider-standes und (les Trossenzuges erforderlichen Schub und der Größe des für clon Propeller nutzbaren Wasser-qucrschnfttes bestimmt. Bei Schraubenpropollern mit
frei wählbarer l)rehzuhl ist er also inshesomidere von der jill Arbeitsbereich. des Propellers vorhandenen 1 ichten
Höhe SLJ)hiiflgig, dic die maximale Größe (les möglichen Propellerdmmrchmesscrs festlegt. Die SVÀ-Diise Nr. (1 ist
wegen ihres gegenüber der Wageninger Düse Nr. 7 etwa
3% geringeren Ammßendurchmessers (Dnax . 1,225 D)
in den vorstehend genannten Vergleichen insofern be-nachteiligt, da die Belastungsziffer der DüsQnproicller hierin wie üblich mit dem Durchmesser D des Propellers gebildet, wurde. Berücksichtigt man diesen Unterschied ini Platzbedarf der Düsenpropehler dadurch,, daß man dio Bolastungsziffer für dio Gegenüberstellung mit dem jeweil ¡g vorhandenon Aiißendurchmesser Dmaz anstelle des Propcllerdurchmessers bildet, so ist dic Unterlçgcn. hoit der von der SVX untersuchten Düse Nr O bei Ver-wendung des Propollors B 3.50 sehr gering; bei Vcrwcn.
clung des Propellers B 4.40,wird sic der Wagöninger Düse.
sogar überlegen. Dio Wirkungsgrade der beiden Düsen-propeller DP 0B 3.50 und der Wagoningor Düse Nr. 7 mit dom Propeller. B 3.50 sowie des gleichen I'ropellers olino Düse sind in Bild 43 in Abhängigkeit vón der ñ'iit doni jeweiligen Außendurchrnesser Dinax dë Düse bzw. dem Durchmesser clos Propellers ohne Düse gebildeten
Schubbe1astungsziffer. dargste11t. Bild 43 gibt eino
anschaulichò Darstellung der Eignung der
(unter-suchten)
Düsenprópeller in Abhängigkeit. von der
Schubbelastungsziffer. as - 0.4 0.4 alanO O 40 5o10
'1;'
T ' p.V2.D .'
' -Bild 43. Wirknngsgrade von nicht uiimmntclten Propellern und vonflüen-propcllcn mit dem SteigungverhältnLs P/D = 1,0
Gegenüber den hier dargestellten Wirkungsgraden von Düsenpropellern für das Steigungsverhält-nis P/D '= ' 1,0 erscheint eine geringe Verbesserung dadurch inög--lich, daß mit Berücksichtigung der in cien Bildern 44 und 45 dargestellten Beziehung zwisöhen Wirkungsgrhd. Stoigungsverhältnis und. Schubbelastungsziffer für dio
Kr .
Worte- < 0,4 ein. Steigung- 'erhâltnis P/D '> 1,0
gewählt wird. ' '-In Bild '46 sind die Fortschritt.ziffern.J mind die Stei. gungsvcrhältnisse P/D in Abhän:igkeit von der Schub-. belastungsziffer -- clargestel1t die sich inr-dcn opti-malen virtuellen" Wirkungsgr' d 'ij' der, in der Düse. Nr. O bei der ,,virtuollen" Fort-chrittsgeschvindigkeit'. y' arbeitenden Propeller B 3.50 end B 440 bei Anwen-dung der Gl. (S) (s. Abschnitt 7 in gleichcr'Wciso'wie bei dom bereits erwähnten Wirku gsgradvergleich durch Umrechnung ergeben. Obgleich. ach Bild 13 in [5] eine Anderung der Düsensogiffer bi And6rrùig. des, Stei. gungsverhältnisses zu erwarten ist und 'clic J7üsensog-ziffer tdorngemäß einen Bericht gunsfaktoi für abwei-chendes Stoigungsverhiilt.nis er. hen müßtc,,'-kahn die
Darstellung en Bild 46 vorlaufig s Anhalt fur Lnt ui is
zwecke dienen. ' .-.. .. ' 83.SObe/op!/rneter S1eqwig 83.50/n k'agen.Dllse-M7
I
DP0-83.5L1
' '-'iiI
II
- -Sthlffbauformathung 5 5/6/SG 20145 47 2/ 0,5 48 0,2 48 0,4 0,6 0,8 1,0 0,4 46 48 0 Z,0 4,8 ó0 48 70
Bild 16. ortschrlttsziffern und Stelgungsverhilltnlsse von 8VA-DQßeu. propellern mit gOnstigem Wirkungsgrad (In Anlehnung an (5] nach Versuchen mit DF 0-1025 ermIttelt)
Hierbei sei unter Berücksichtigung des in den Bildern 44 und 45 dargestellten flachen Verlaufes der Wirkungs. gradkurven von Propellern darauf hingewiesen, daß das Steigungsverhültnis im Bereich der Belastungsgrade
0,4 2,0 um mindestens A P/D
= ±
0,1geändert werden kann, ohne die Çröße des ,,virtuellen" Wirkungsgrades wesentlich zu beeinflussen. Da die Sog-ziffer t der Wageninger Düse Nr. 7 mit dem Propeller
B 4.55 nach Bild 13 in 5] bei Änderung des SteigungH.
verhiiltnisses von P/D =. 1,0 auf P/D =. 1,1 etwa 2%
höher und bei ahnehmender Steigung geringer wird, ist eine ühnliche Tendenz bei den von der SVA untersuchten Düsen zu erwarten, so daß der Wirkungsgrad der Düsen-propellerbei den größeren Steigungen vermutlich etwas
besser it als bei den kleineren Steigungen, die nach
Bild 46 unter Berücksichtigung der gegebenen Hinweise ermittelt werden können.
7. Wechselbeziehungen zwischen Propeller und Düse auf Grund experimenteller Beobachtungen
Der in einer Düse arbeitende Propeller erzeugt in sei-ner Arbe itsebone einen Drueksprung. dessen Reaktions-kraft der Propellorsehub T ist. Da der hinter dem Pro-poller vorhandene Strahl des Düsenpropellers bei den heute üblichen Bauarten der Düsen nur unbedeutonde Druckiirtderungen bis zur Düsenaustrittseberte aufweist. und damit der statische Druck des Wassers schon in der Düse unmittelbar hinter der Propelicrebene etwa den statischen Druck cies ungestörten Wassers annimmt, muß sich in der auf den Propeller zuströmencien Flüssig-keit eine Druekabsenkung einstellen, deren Größe etwa dem Drucksprung in der Propellerebeno entspricht. Beide Energiebetrdge, die Drucksteigerung in tier Pro.
poi lerebone sowie dic Druckabsenkung vor dem Propeller,
entsprechen zusammen dem Axialimpuls, iler dein Dii-senpropellerstrahl erteilt wird.
Als nutzbare äußere Krdfte entstehen aus diesen
beiden Anteilen der Strahidruckänderung der bereits erwiihnto Propellerschub T sowie die am Düsenmantel insbesondere am vorderen Einlaufteil auftretende ideelle Sogkraf t T1, deren Größe jedoch durch den gleichzeitig vorhandenen Düsenwiderstand DD auf die ausnutzbare
effektive Sogkraft der Düse T
=
Tm - Dß reduziert
wird. Analog der üblichen auf den Propollersehub T bezogenen Definition der Sogkraft cies im Propellerein. -flußbereich befindlichen Schiffskörpers wird auch im Falle des Düsenpropellers diese Definition beibehalten, wobei je nach der Betrachtungsweise ein Unterschied zu machen ist, ob man den Eigenwiderstand des
Düsen-mantels zum Schiffskörpor oder zum Propulsionsorgan rechnet.
Ausgehend von der grundlegenden Definition der
Sogzif-Ter
T - R
t
T (I)worin T den Schub des Propellers,
R die Summe aus Schiffswiderstand und Trossen-zug bedeuten, erhält man unter Berücksichtigung, daß
im vorliegenden Fall T durch Tp und R durch cien
effektiven Düsenpropellergesamtschub Te
=
Tp+
TDI - D zu ersetzen sind, die Dctinitionsgleichung für dio effektive Sogziffor
oder mit DD
tj
so daß mit DD undu
1A
P/O Wagen.83.50p
y2. 72 Wa'en. B 4.40I Iluir:k
I - I I I Wagen. B 3.50 T I 202 SchilThauforsthung 5 5/6/66 0,4-T - I I 44 -T .1 I T T I T 0,5 48 0 2 14'P/D-Bild 46. Wlrkùngsgrade der Wngeninger l'ropdller B 4.40
0,5 48 0 2 7,4
Bild 44. Wirkungsgrade der Wageninger Propeller B 3.50
Tp
=
(Q/2)V2' CTP A0 tD tDj+
CD (4) t=
T Te Tp TDj+
Tp TpO die induzierte Sogziffer T06
(/2) V2CD-AO
0,7 146 45 46 0,4 0.2 o 0,8 0/ 44 4213çi uiunit t('II)ilrr lfln'rt rnguiltg dtr für (Ii ¿nLìlyso
.I'rou i gilrü tielil iehi ozitTei auf
II i\1'r11ii lin isst' I tS Seli i fll r j )('1$ III t. fest eing(I)tLI ItOfl
.Düsen[.)1opL'Ik'r mußt o der %Vi(kr?Ian(I des
Düseninan-tels tl
integrierender Btstai1tei I des Schiffskbrper-\Viderstandcs betrachtet verclen, so wie es bei (lencistOfl ]3auart,en i-nit in (IOn, Schiffsrumpf oingebaut.cn.
.
und nut. ihrer Gtsta!t dein Sclìiffsriiinpf so wolf, wie möglich angepaßten nicht, beweglichen feston Düsen auch der Full ist.
Für diesen Full liefert. dio \Vic1crstandsicssing am
?hIO(h'It ObliO mlfl(lfluit. arbeitcndn Propeller einen Unter.
schuied di'r sich aus (1er j(Iocj11(n Soglraft an der
Düse Ti11 1111(1 (ku-n üblichen Sog (leS 1)üsenpropdflers
ai Schut'fskörp'r zusaiimnensetzt. Bei mein \Tcrgleich
derartiger Ergebnisse mit einem (Ijisenfreicn Propeller-antrieb kann hierbei indessen leicht (1er Eindruck einer
übersteigerten Überlegenheit, (les Dhlsenpropel
lerantrie-bes gegenüber dem düsentreien Propellcrant.rieb dadurch entstehen, daß der nur beim Düsenpropellcr auftretende Eigenwiderstand der Düse zum Widerstand des Schiffs-körpers mit. Anhängen gerechnet wird.
Tim dieser Möglichkeit. vorzubeugen, erscheint es daher sinnvoller, auch in diesem Fall den Dilseneigen-widerstand als Bestandteil des I'ropulsionsorganes un-mittelbar bei diesem zu beriicksichtigen, wie es ohnehin bei allen Diisenpropeller-Freifahrversuchen und den als
. Vortriebs. und Stoucrorgan wirksamen Ruderdüson
ge-handhabt. wird.
tim den Wirkungsgrad des Ubsenpropellers
K
J
(5)
mit dem \Virkmmngsgrad m' des gleichen Propellers ohne
Düse in Beziehung zu setzen, wird die rechte Seite der vorstehenden U leichming mit derjenigen Fortschritts-ziffer J' erweitert.. bei (lui del' düsenireie Propeller in Froifulirt mit
lcr virtuulln" Ucschwindigkeit y' bei
der gleichen Drehzahl den gleichen Schub T erzeugt wie in der Düse (vgl. [5]). Ersetzt man außerdem den Schubbeiwert KV durch cias, gleich große Produkt KV,'.
(1 t1)), so wird
KTL'
J'
.Jq = -r--
'(lt).
((3)Da (1er Quotient K'ri'/K( für gleiche Sehiibbeiwurt.e cies Propellers, in der Düse oder treitahrend allein er-íahrungsgemii13 (vgl. 15]) gleich groß bleibt,, stellt das Produkt. der beiden ersten Quot.ienten auf der rechten 'Seite der UI. (ü)don aus Freifahrvcrsuchenbekannton Wirkungsgrad j' des ohne Düse untersuchten Propellers
V, l)ei der Fortchrittsziffer J'
n-D
dar.')' - -"Tl'
J'
= -i- i-;..
, (7)Somit läßt, sich die Ul.(6) unter Berücksichtigung, (laß
-J. V
= auch schreiben
V
ij = if' (1 ti)).' - - (8)
Mit den bereits genannten Bezeichnungen für den
ideellen (jesamtsc}ì tib TI; don effektivem, Gesa rnt.schuh T, (len Propollorschmib rj., und don Düsenwicierstand Di) ergeben sich aus der Gleichung 'i' = T ± DI) zwischen der effektiven und dei ideellen Sogziffer sowie dem
ì)iisc,nwicler.st.ii.nilshciwert CJ) iwo i weitere Beziehungen;
je nachdem, ob clic vorstehende Gloichung durch T odor durch T dividiert wird..
') Der einfacheren Schreibweiac wegen wird der 'Index A l,i den Symbolen
der Fortschritesgeachwindigk-citon A und VA' fortgelassen. .. .
Schiffbauforschung 5 516,66
lt»l-=l:t[) ±---
CTP . C» itj) =
. it» 1 t1)1
-C» . . C'sp . CIn dein zuerst erwähnten Fall der fest eingebauten Düse und beim Vergleich cies im Versuch gemessenen Düsenpropollerwirkungsgradcs mit clon Zahlenwerten
thoorotiseher Ermittlungen geht man zwecks
thcr-cinstimmung der mittleren Durch lhißge.schwindigk-eit
durch dio Düse vom ideellen Schubholastungsgrad
T1 : .
Cj =
., aus Der Gesamtdüscnschub wird in(Q/2)V--Ao
diesem Fall mit. dom ideellen Cosamtschub .:
T1 = Tp(it»1).
,. . . .-
T=TI.DD
T=T,'(ltDj)
t1)J
Die vorstehende Gleichung läßt sich mitBenutzung der dimensionslosen Beiwerte I'r; iTp imci
C»
(0/2)V2 - A0auch schreibeñ
(l)
= KTp(lt»j) i.
-'-'Ti'
Ersetzt man in Gi. (5) den Schubbeiwert KT durch dic rechte Seite der Gi. (13), so erhält man für dio Be-stimmung des Düsenpropellerwirkungsgrades ' mit Benutzung der aus Freifahrversuehen bekannten Wir-.
kungsgrado i)' des gleiëhen Propellers nach Cl. (7) hci Annahme der Konstanz (les Quotienten KTP/Kq =
KT'/KQ'. für Kp KT' aus dem Vérhältnis beider
Wirkungsgrade- . ' '
-"1"-T V
i)' KTP V'
eine zweite Bestiinmu.ngsgleichung für. den Düsenpro pellerwirkungsgrad, in der' die effektive Sog'iffer tD durch die induzierte Sogziffer t»1 ersetzt ist:'.
m
='vj (1 t»1) '-
1 -c--.-
, (lo)'VI, C1),
L. '-'Ti
'Von der Identität der Gin. (S) und (13) kann man sich unschwer dadurch überzeugen, daß man in der.Klammor der G1.(8) die Sogziffer t» durch die rechte Seite.
der-GI (4) ersetzt .
f
. ' '-'D,
(',16)
Ersetzt mn in der vorstehendetiG1eichun'-CTp durch
-Crí'
dann erhält man
it'»1
1 t»
(1 tDi)
[.1 ,:-[:
C(17)
womit dio Identität erwiesen ist. '
Wird der Klammeransdruck (1 ti)) 'in CL (8) jeweils
durch einen der beiden in CL (11) auf der i-echten Seite stehenden Ausdruck 'orsetzt, dann erge,bc.xr sich noch zwei weitcrö Schreibweisen ür dent Düsenprope11orvir.
kungsgracì ,'.
Kr
Ji1 T1 T T T T1 T0 T1= 1 +
i T.0.6 0,8 8 1,2 ?4
P/D-Bild 41. Wlrkungsgrade der Wageninger Propeller B 3.50
48 0,7 '745 as 04 0.2 0.
u i.t1t Ililil 1:1 ¿'j Äii.I.,iiij.' st,
u.
verliijit issus von l'/J) . J 0 au f l'fi) -- 1,1 eLwa '2%
höher und bei luhnelirnender Steigung geringer wird; ist eine ähnliche Tendenz hei den von der SVA untersuchten Düsen zu erwarten, so daß der Wirkungsgrad der Düsen. propeller bei den größeren Steigungen vermutlich etwas besser ist, als hei den kleineren Steigungen, die nach Bild 46 unter Berücksichtigung der gegebenen Hinweise ermittelt werden können.
7. Wechselbeziehungen zwischen Propeller und Düse auf Grund experimenteller Beobachtungen
Der in einer Düse arbeitende Propeller erzeugt in sei-ner Arbcit.sebene einen Drucksprung. dessen Rcaktion.s-kraft der Propellerschub Tr ist. Da der hinter dem Pro. peller vorhandene Strahl des Düsenpropellers bei den heute üblichen Bauarten der Düsen nur unbedeutende
- Drucklinderungen bis zur Düsenaustrittsebene aufweist,
KT und damit. der statische Druck des Wassers schon in der
Düse unmittelbar hinter der Propellerehene etwa don
02 statischen Druck (les ungestörten Wassers annimmt,
48 muß sich in der auf den Propeller zuströmendcn
Flüssig-keit cinc Druckabsenkung einstellen, deren Größe etwa
44 dein Drucksprung in der Propcllerehenc entspricht.
Beide Energiobetriige, die Drucksteigerung in der Pro.
45 pollerohone sowie die Druckabsenkiung vor dem Propeller,
88 entsprochen zusammen (1cm Axialimpuls, der dem
Dü-sonpropcllorstrahl erteilt wird.
1,0
44
-I I I I I
0,6 48 10 1,2 4
P/0-LIlIE Li. Wlrkiingsgratic der Wagenliiger l'rtpeller Ii 4.40
0,2
Als nutzbare äußere Kräfte entstehen aus diesen
beiden Anteilen der St.rahlclriickändcruig der bereits erwähnte Propellersehub T sowie die am Düseninantel insbesondere am vorderen Einlaufteil auftretende ideelle Sogkraft TDI, deren Größe jedoch durch den gleichzeitig vorhandenen Düsenwiderstand DD auf die ausnutzbare
effektive Sogkraft der Düse T0
=
Toi - D0 reduziert
wird. Analog der üblichen auf den Propellersehub T bezogenen Definition der Sogkraft des im Propellerein. fiußbereich befindlichen Schiffskörpers wird áuch im Falle cies Düsenpropellers diese Definitión beibehalten. wobei io nach (1er Betritcht.ungswoiso ein Unterschied zu xuiuehen ist, ob nuui den Eigonwiderst.aiid des l)üseii. nuitels zwn Schiffskörper oiler zum Proptulsionsorgan rechnot..
Ausgehend von der grundlegenden Definition der
Sogziffcr
TR
T ' (1)
worin T den Schub des Propellers,
R die Summe aus Sehiffswiderstand und Trosson-zug bedeuten, erhält man untor Berücksichtigung, daß im vorliegenden Fall T durch Tp. und R durch den
effektiven Düscnpropellergesamtschub T0
= P' +
T01 - D0 zu ersetzen sind, die Definitìonsgleichung für dio effektive Sogziffer
to -
TpTe
TpT01
+
D0Tp Tp
oder mit D0.
=
O die induzierte Sogziffer toi= --,
ir
so daß mit D0 = (o/2) V C» A0
und T (f2)V2. CTP A0 C» tD
=
t0j+ -.
'-'TP, II/ P/D WagenB4.40 --Wagen.83.5b = g Wa 'en. 84.48lFíì
202 Scbiffbauíorschung5 /6/66 0,4 45 48 0 2,0 4,0 6,05,010 Kr/J2Bild 4G. ]?ortchritt,ziffern mid Steigungsverh5ltnissc von SVA-Düseii-propellern mit günstieni Wirkungigrad (in Anlehnung an (5]
ii:Ich Veríiuchen nIlt D? 0-105 ermittelt)
Hierbei sci unter Berücksichtigung des in don Bildern 44 und 45 dargestellten flachen Verlaufes der Wirkungs. grudkurvcn von Propellern darauf hingewiesen, daß cias Steigungverhältnis im Bereich der Belastungsgrado
0,4 2,0 um mindestens ¿ P/D
= ±
0,1geändert werden kann, ohne dio Größe des ,,virtuellen" Wirkungsgrades wesentlich zu beeinflussen Da die Sog. ziffer t der Wageninger Düse Nr. 7 mit dem Propeller
7/
04
0,5
oder
C1) V
q = q'
(i
- ti)l
-
5;;. (19) Die S ireibweise (1er UI. (15) wurdo in einer früheren Arbeit [5] für den Vergleich theoretischer Werte mit den gemessenen Wnirkungsgradcn bei gleichen Strä-mungsverhiiltnissen innerhalb der Düse benutzt.Für praktische Zwecke erweist sich jedoch diese Vor-gleichsl)asis als unzweekmiißig, cia es hierbei darauf an-kommt, beim Vergleich des Wirkingsgrados versehiedo-ncr Propulsionsorgane untereinander vor allein (lie auf die Strahlfliiche bezogene Belastung mit Berücksichti-ping der inneren Verluste (Düseneigenwiderstand) gloich groß zu halten.
Die vorstehenden Gleichungen eignen sich für Ermitt-lungen des Wirkungsgrades von Düsonprcpellern, für dio sowohl die Sogziffer trii als auch der Widerstands-beiwert Cn der Düse in Abhängigkeit von dein Bela-stiingsgrad CT bzw. Cri als auch der \Virkungsgrad q'
des in der Düso arbeitenden Propellers in Freifalirt
bekannt sein müssen. Dic hierbei vorausgosctzto
Gloich-hoit der Quotienton Kn = -
für den in der Düso
arbeitenden und Kq' bei gleichem Schubbeiwert KTP freifahrenden Propeller scheint nach neueren Versuchen [7] für Kaplanproiellor mit. großem Fliichonvorhältnis (AD/Ao 0,75) nicht zuzut-reffen, sondern ist für diese durch ciño Nähorungsbeziehung zu ersetzen, die nach
den in [7] angegebenen Werten für dio dort
unter-suchten Propeller lautet K7)D = 0,945 Kq'. 8. Resultate der Strahlthêorie,
Für Untersuchungen allgemeiner Art werden vorzugs-weise die auf der Grundlago der eindimensionalen Strom-röhrent.heoric für einen clrallfreien Strahl abgeleiteten
nachstehenden Beziehungen benutzt, clic eino mittlere Geschwindigkeit und einen glciehbleibonden Druck über den ganzen Stromröhronquerschnitt voraussetzen.
Bozeichnon in der folgenden Betrachtung Ao (len Flächeninhalt der Propellerkreisfläche und Aa don effek-tiven der Düsenaustrittsfläche nach GI. (34), V clic Fortschritt.sgoschwinciigkeit ciar Düse und UA die in-duzierto axiale Austritt.sgeschwindigkcit des Düsen-strahles in der Aiistrittsehcne Aa, in der sieh bei der
nngenoiiimenen Vcrnuchliissigung ciar Strahidreh ong
in-folge (1er Strahlrandbedingung der statische Druck des außerhalb clos Straliles in Rubo beíìndlichen Wassers einstellt, dann ergibt sich ails dein Impulssatz ein Go-samtsehub des Düsenpropellers
T1 = A (V + U) UA .
(20)Verringert man den Gesamtschub T1 um don Strö-mungswidcrstand DD der Düse, dann erhält man den
nutzbaren Schub T = T1 - DD, der als äußere Kraft
auf das Schiff und die Schlepptrosse abgegeben wird.
Bezeichnen Cj den
Schub&iastungs-()v2.A0
T±D
grad des Dusenpropellers und z = - den LahlenwertA0 des Fliiehenverhiiltnisses der wirksamen Düsonaustritts-und Propellerkreisflächcn (der Inhalt der wirksamen Düsenaustrittsfläehe ist nicht identisch mit dem cnt.-sprechenden Inhalt der geometrischen Austrittsfläche), dann erhält man für die mittlere induzierte Austritts. die nachstehende geschwindigkeit UA mit C'TI =
Bestimmungsgle ichung V
= - (i + ]1 + 2
204
Die Nutzleistung clos Düsen propellers P = T- y läßt sich mit Benutzung ciar effektiven Sogziffer to auch schreiben
P1
T1 (lta) V.
(22)Dio von dom Düsenpropoller an clon Propellerstrahl abgegebene Gesamtleistung P2 beträgt
P2 = Aa (V + UA) Ap (23) odor mit Ap
=
Tp P2 = (V + UA) Tp.. (24)Somit wird dor Strahlwirkungsgrad des Düsenpropol.
lors P1 V A0
= - = (1to)-
(2e) P2V+UA Aa
lt1)
1i + Uk/V x
Nimmt man zwecks Vereinfachung der theoretischen Darstellung an, daß die gesamte Strahiwassermenge die Propellcrkreisfliiehe durchströmt, also im Bereich des Propellers der Flächeninhalt seiner Kreisfläche für cien Geschwindigkeits. und Druckverlauf der Düseninnen-Strömung maßgebend ist, dann erhält man mit Benutzung der Bornoallischen Gleichung für den vor und hinter der Propellerbene befindlichen Strahl die n7chstehenden
Beziehungen
hinter der Propellerebene UA\2
Api=fv2(1
±-) (1_z2)
(27)vor dor Propellerebeno
= --
[(i
+
)2
-(28)
damit wird der Drucksprung in dér Propellerebene
Ap = Api +
ÜO{UA('UA)
(29)Berücksichtigt man dio Beziehung zwischen dorn Drimcksprung Ap und dem Sehuhbelastungsgrad Cp =
so wird mit der Sogziffer tD = i - -- der
(/2) V2
Cp
effektive Strahlwirkwigsgrad des Düsenpropeilers f 4 C
z(1 + Yi + 2 C'TI) (- i +
+--Vi + 2 C'j)
(30) Wird in der vorstehenden Gleichung z = 1,0 gesetzt,
also
C'Ti = OTi = (CT ±Co), dann wird
4 . C
-= 3+Y1.+2(CT+CD) CT+C0.
Setzt man außerdem C0 = 0, dann vereinfacht sich mit Cr = CT die Gleichung zu
(2G) Schiffbaulorschung 5 5/6/66 (32) (21)