Auf welchen Anschauungen basieren die Berechnungsmodelle?
• Impulsbetrachtung → Strahltheorie • Tragflügelbetrachtung → Traglinien- und Tragflügeltheorie
Was ist die entscheidene Größe für den Wirkungsgrad und wieso?
Der Durchmesser des Propellers, mit steigendem Durchmesser steigt der Wirkungsgrad, da es besser ist eine große Wassermenge schwach zu be- schleunigen als eine kleine Wassermenge stark zu beschleunigen. Dies ent- spricht der Impulsänderung, die dem Propellerschub entspricht.
Welche Randbedingungen gibt es, die den Propellerdurchmesser beeinflussen?
• Abstand zur Außenhaut (min. 0, 3 · D, bei gutem Nachstrom evtl. auch 0, 27−0, 28·D) wegen Einleitung von Druckschwankungen und Geräuschen in Außenhaut • Lage von Mitte Welle, so dass der Propeller nicht über Basis hin- ausragt. Am besten 50mm Freischlag zur Basis • Tiefgang, wegen Lufteinbruch (Auftrieb der Flügel bricht stark zu- sammen, wenn Luft eingezogen wird) • Maschinencharakeristik, da Drehzahl zum Propeller passen muss. Evtl. kleinerer Propeller mit höherer Steigung bei Drehzahl effekti- ver.
Wodurch wird der Nabendurchmesser beeinflusst?
• möglichst klein für den Wirkungsgrad • aus Festigkeitsgründen bei FPP min. 18−20%D, insbesondere Flügel- biegemoment • bei CPP zusätzlich zu Festigkeitsgründen auch die Verstellvorrich- tungen und die Flügelteller in Nabe, deshalb hier 30 − 34%D (beim Vierflügler, mehr Flügel größere Nabe), Flügelverstellweg und Spin- delmoment der Flügel
Wodurch lässt sich ein kavitierender Nabenwirbel vermeiden?
• Gestaltung der Ablaufhaube an der Nabe • Propulsionsbirne am Ruder → Vermeidet nur Kavitation des Nabenwirbels, nicht jedoch den Naben- wirbel selbst, da der Helmholtz’sche Wirbelerhaltungssatz gilt.
Was spricht für viele bzw. wenige Flügel?
wenige Flügel viele Flügel • Wirkungsgrad (weniger • Vibrationsverminderung Beeinflussung der Flügel untereinander) • Kostengründe, insbesondere • Geringere Belastung pro Flügel beim CPP und damit auch der Wellenleitung → Anzahl der Flügel kein Teiler der Zylinderanzahl, um Erregung zu vermeiden (Nicht 4 Flügel bei 8 Zylindern)
Aus welchen Gründen wird ein geringes Flächenverhältnis angestrebt und was begrenzt dies?
• Wirkungsgradgründe, da bei schlanken Profilen die Gleitzahl beson- ders gut ist • Kostengründe, da weniger Material verwendet wird • Beim CPP würden bei zu großem Flächenverhältnis die Flügel mit- einander kollidieren → Mindestflächenverhältnis folgt aus zu groß werdender Flügelbelastung, welche zu Kavitation führt → Bei hochbelasteten Propellern wirkt sich ein vergrößertes Flächen- verhältnis wirkungsgradverbessernd aus, da bei gleichem Schub die lokalen Extremunterdrücke besser auf dem Flügel verteilt sind.
Wo wird die Propellersteigung auf dem Propellerradius angegeben und warum?
Bei 0, 7r, da die Steigung bei heutigen Propellern über den Radius nicht konstant ist und bei 0, 7r die Flügelbelastung etwa maximal wird.
Welchen Zweck erfüllt die Profilwölbung und was ist bei der Wahl zu beachten?
Auftrieb des Tragflügelprofils. Wird zusammen mit der Steigung des Profilschnitts gewählt. Anstellwin- kel für zu lokal höheren Unterdrucken im Bereich der Profilvorderkante, während Wölbung die Auftriebserzeugung über das Profil verschmiert. Profile mit geringerem Anstellwinkel, aber stärkerer Wölbung sind unemp- findlicher gegen Kavitation im Profilnasenbereich, neigen aber zu Druck- seitenkavitation in Teillastzuständen.
Welche Funktion erfüllt die Rücklage (Skew)?
Verminderung der Momenten-und Schubschwankungen sowie Vermeidung von Kavitation. Theoretische Begründung: ohne Rücklage schlägt gesamter Flügel in Ge- biete des konzentrierten Nachstroms ein. Mit erst nach und nach. Nachteil: Unter Umständen Verstärkung der höheren Harmonischen der Druckschwankungen, da Kavitation instabiler wird. Bei CPP Spindelmo- mente beachten.
Wonach wird die Profildicke festgelegt?
• hydrodynamisch: Möglichst dünn, wegen induziertem Widerstand und geringer Verdrängungswirkung • Kavitation: dickere Profile unempfindlicher gegen Nasenradius-Kavitatio (leading edge) bei größeren Anstellwinkeln. → Kombination dünner Profile mit aufgezogener Flügelwölbung, um extreme Unterdrücke an Profilnase zu minimieren. • Festigkeit: dickere Profile günstiger, dies vor allem im Flügelwurzel- bereich (Flügelbiegemoment), allerdings dadurch Gefahr der Wur- zelkavitation höher.
Wofür dient die Flügeldurchschlagkurve beim CPP?
Vermeidung von Kollision mit Bauteilen durch Aufzeichnung aller Ex- trempunkte bei Minimal- und Maximalsteigung.
Wie kann der Anstellwinkel des Profilschnitts bestimmt werden?
P δ(r) = arctan 2πr
Wann spricht man von Pfahlzug und wann von Nullschub?
Bedingung Pfahlzug: va = 0, dadurch wird der Schub maximal Bedingung Nullschub: Anströmgeschwindigkeit wird soweit erhöht, dass β = δ, bei einem nicht gewölbten Profil werden Schub und Anstellwinkel dann null.
Wo befindet sich der Staupunkt und von welchen Parametern hängt dies ab ?
Bei einem ungewölbten an der Vorderkante, bei gewölbten Profilen wan- dert er bei positiven Anstellwinkeln zur Druckseite. Die Umströmung an dem Punkt ist 0 und A0 geht gegen 0. Parameter die A0 und B0 beein- flussen: Anstellwinkel, Wölbung, Dickenlinie , Nasenradius
Was passiert wenn der Anstellwinkel vergrößert wird?
Druckpeak wird höher, Druckgradienten steigen, Staupunkt wandert. Ab- lösung durch zu hohe Druckgradienten
Was passiert wenn das Profil dicker wird?
Schub bleibt gleich Druckpeak wird gesenkt und Staupunkt wandert wei- ter nach vorne. größerer Stallwinkel, mehr Widerstand?
Zeichnen Sie den Auftriebsbeiwert ca über den effektiven Anstellwinkel
ideale Steigung: 2π; real: 0.84 . . . 0.92 · 2π
Wovon hängt der Stallwinkel ab ?
Viskoses Problem: Von der Reynoldszahl beziehungweise vom Verhalten der Grenzschicht, da laminare Strömung schneller abreißt als turbulente und vom Druck- gradienten: Es muss ein großer positiver Druckgradient vorliegen damit sich die Strömung ablöst hängt auch von Dicke des Profils ab; Dicke Profile haben größere Stallwinkel
Was passiert wenn man die Profildicke reduziert?
Druckverteilung ändert sich, aber Auftreib bleibt gleich, es kann früher zu Ablösung kommen weniger Widerstand bei kleinen Anstellwinkeln?
Wie kriegt man Windmilling beim FPP und was ist Windmilling?
Motor Ausschalten Windmilling ist wenn der Propeller von der Strömung angetrieben wird sehr großer Fortschrittsgrad??
Was passiert bei Ablösung bezüglich des Auftriebsbeiwerts?
Bricht zusammen
Lässt sich Ablösung mit Profiltheorie erklären?
Nein, weil viskose Effekte nicht berücksichtigt werden
Was kommt im realen Schiffsbetrieb zu den induzierten Geschwindigkeiten noch dazu? Und was kann da machen?
Axialer und tangentialer Nachstrom Steigung runter um Kavitationsrisiko zu minimieren.
Was kann bei großer Wölbung passieren?
Druckseitenkavitation in Teillast
Wieso sollte Druckseitenkavitation immer vermieden werden?
Weil fast immer erosiv, da fluktierende Kavitation Durch Druckseitenkavition kommt es zu aufplatzenden Spitzenwirbeln → breitbandige Geräuscheinbringung → meistens Ablieferung nicht möglich der Kahn bleibt an der Kette? nur drei Worte: Aus die Maus
Zeichen Sie den Nachstrom von einem 1 und 2 Schrauber
Skizze: Nachstromfelder (isotachen) im Propellerkreis – 1-Schrauber-Containerschiff (asymmetrisch, starke Verzögerung oben/außen), U-Boot (rotationssymmetrischer, gleichmäßiger Nachstrom) und 2-Schrauben-Schiff (deutlich gleichmäßigerer, symmetrischerer Nachstrom als 1-Schrauber). [siehe Originalgrafik in PDF]
Was resultiert aus einem größeren Nasenradius
Ein großer Nasenradius vermindert die Kavitationsanfälligkeit des Profils und reduziert bei grossen Anstellwinkeln den Profilwiderstand Umströmungsgeschwindigkeit der Vorderkante nimmt ab
Warum wird die Hinterkante nicht umströmt?
Kuttasche Abflussbedingung: Es darf kein Drucksprung an der Hinterkan- te enstehen. Staupunkt der Strömung liegt genau in der Hinterkante
Wie baut man ein Ruder?
Am besten spitz enden lassen
Welche Auswirkung hat der Skew auf die Schub- und Momentenschwankungen?
Skizze: Schub-/Momentenschwankung über dem Flügelwinkel Phi (0-360°) – deutliches Maximum bei ca. 180° (Flügel im Nachstromfeld oben), Minimum bei kleinen/großen Phi-Werten. [siehe Originalgrafik in PDF]
Wann löst die Strömung ab?
Direkt hinter dem Druckminimum, durch hohen Druckgradienten
Wann wird der Wirkungsgrad bei der Strahltheorie =1?
wenn Cth gegen null geht also der Schub 0 ist.
Was begrenzt das Kennfeld eines MSL 4T?
ATL/ Luftzufuhr
Zeichen Sie das Motorkennfeld mit SM, EM und Propellerkennlinie
Die Design Propeller Linie sollte un- terhalb des Design Punktes liegen.
Wovon hängt der Schubbelastungsgrad maßgeblich ab? Und was lässt sich daraus ableiten?
T cT H = ρ/2va2 A0 Wirkungsgrad des idealen Propellers: 2 ηIA = √ 1+ 1 + CT H Auch in idealer Strömung arbeitet ein Propeller immer mit Verlusten auf- grund der Propellerinduzierten Geschwindigkeiten, abhängig vom Schub- belastungsgrad. Bei ηIA = 1 wäre der Schub 0
Wie ist die Steigung definiert und wieso darf sie nicht beliebig groß sein?
P = 2π · r · tan(δ) Man würde das maximale Drehmoment der Maschine übersteigen
Was ist ein leicht bzw. schwergängiger Propeller?
leichtgängig: Nenndrehzahl = Auslegungsdrehzahl, Erhöhung der Leis- tung über Füllung schwergängig: Nenndrehzahl < Auslegungsdrehzahl, Erhöhung der Leis- tung über Drehzahl, bei leichteren Belastungen führt dieses Prinzip zu höheren Geschwindigkeiten
Kann 100% MCR auf der Probefahrt vorgefahren werden?
Nur mit einem Verstellpropeller, da der Widerstand zu gering ist.
Wie wirkt eine Propulsionsbirne?
Erzeugt Vorstau und wirkt damit der Dampfdruckunterschreitung entge- gen und damit der Kavitation durch Nabenwirbel. Kavitation durch Nabenwirbel vermeidbar, aber Nabenwirbel selbst auf- grund von Helmholtz nicht.
Warum nimmt man im Bereich der Nabe und an der Flügelspitze die Steigung zurück?
Nach Helmholtz’schen Wirbelerhaltungssatz ist die Zirkulation des freien abgehenden Wirbels so groß wie die Änderung der Zirkulation des ge- bundenen Wirbels. Wird die Zirkulation schon vor den Enden abgebaut, verringert man Spitzen- und Nabenwirbel.
Welche generelle Gefahr besteht bei der Steigungsrücknahme bzgl. Kavitation und Schwingungen/Geräuschen?
Die u. U. vorher stabile Kavitation kann instabil werden und im ungüns- tigsten Fall sogar erosiv werden (durch flukturierende Belastung Schwingungs- und Geräuscheintrag)
Warum werden bei Verstellpropellern die Flügel so ausgelegt, dass das mittlere Spindelmoment nicht Null ist ?
Vorzeichenwechsel des Spindelmoments unbedingt vermeiden (wechselnde Belastung für die Lebensdauer noch schädlicher als schwellende.)
Was passiert bei Drehzahldrückung?
Wenn die Füllung (Drehmoment) bei 100% ist und durch Zusatzwider- stände der Betriebspunkt (J wird kleiner) aus dem erlaubten Bereich (KQ wird größer) wandert muss die Drehzahl verringert werden, dadurch sinkt die Turbolader-Drehzahl und die Füllung muss zurückgenommen werden, um das Auslassventil vor thermischer Überlast zu schützen.
Wieso kann bei einem 4T Motor nur so wenig Drehmoment im Teillastbetrieb abverlangt werden?
Durch schlechten Wirkungsgrad der Turbolader im Teillastbetrieb steht zu wenig Staudruck und Luft für eine höhere Füllung zur Verfügung. Im Skript steht, dass das Kennfeld deutlich spitzer ist und dadurch die Leistung stärker abnimmt. Vielleicht liegt das ja am Turbolader
Was sind die Annahmen für Strahltheorie?
Der Propeller hat unendlich viele Flügel. Hat keine Längsausdehnung (unendlich dünne Scheibe, die Drucksprung verursacht) Unbegrenzter Zustrom der Flüssigkeit zum Propeller
Was passiert mit der Kavitation wenn an der Flügelspitze die Steigung zurückgenommen wird?
Vorher hat die stabile Kavitation größtenteils Druckschwankungen 1. Ord- nung verursacht. Durch die nun instabilere Kavitation werden auch Druck- schwankungen höherer Ordnung verursacht
Zuletzt geändertvor 14 Tagen