Propellerwirkungsgrad ??

[Shark]

Hallo zusammen,

ich glaube, dass meine Frage in dieser Rubrik am besten aufgehoben ist. Und zwar bin ich am überlegen was für Wirkungsgrade unsere Modellpropeller erreichen bzw. bei optimaler Auslegung erreichen könnten.

Ich spreche dabei nicht von dem Schlupfwirkungsgrad, der sich ja relativ simpel berechnen lässt wenn man die Bootsgeschwindigkeit, die dann anliegende Drehzahl und die Propellerkennwerte (Durchmesser und Steigungsverhältnis) kennt, sondern dem Wirkungsgrad zwischen Wellenleistung und erzeugter Schubleistung.

Ich weiß das dieser bei Propellern für große Schiffe so zwischen 70 - 75% liegt. Gehe aber davon aus das der Wirkungsgrad unserer kleinen Propeller eher bei 60 - 65% liegt. Vielleicht weiß ja jemand mehr.

Gruß,
Patrick

[Robert]

Da gibts unendlich Literatur.

Schau mal hier:
a.)
http://www.google.co.uk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=1&ved=0CCIQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.ichd2010.org.cn%2FICHD-EC%2FICHD%2Feighth%2Fpapers%2FICHD2008_4A-05_81.pdf&ei=2A2UUI2eKMqJ0AWT44GADQ&usg=AFQjCNHJjYm4_F52wiBJsN03zFACIwm-eQ&sig2=vU8qJt1od9ZaN9xyU3P4wA
b.)
http://www.google.co.uk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=2&ved=0CCcQFjAB&url=http%3A%2F%2Fcavity.ce.utexas.edu%2Fkinnas%2Ft heses%2Freport-yl.pdf&ei=2A2UUI2eKMqJ0AWT44GADQ&usg=AFQjCNGN2-RjrourQHRa7IBl1OBGNdG70g&sig2=kbauatZBftmdLK6ZLfzrYQ
c.)
http://www.springerlink.com/content/bmtmcky9815k74tm/

Woher hast du die 70% Wirkungsgrad bei Schiffen ? Aus dem Studium erinner ich mich an maximal 60% bei sehr grossen Dampfern !!! Hier eine Bestaetigung zu meinen Gedanken. http://de.academic.ru/dic.nsf/technik/19540/Schiffsmaschine

Die Wirkungsgrade kann man erhohen, allerdings nur auf bestimmter Weise. Unsere Schiffspropeller haben ein unheimlich schlechtes Flaechenverhaeltniss(Fluegel sehr tief und nur wenig Spannweite). Daher erzeugt man sehr grosse Induzierte Widerstaende an der Fluegelkante durch den starken moeglichen Druckausgleich. Die einfachste Moeglichkeit den Wirkungsgrad zu steigern liegt am vergrossern des Durchmessers bei gleichzeitig verringerter Sehnenlaenge(Prinzip Fesselpropeller). Alternativ kann man versuchen, den Induzierten Widerstand durch irgend welche Winglets an der aussenkante zu reduzieren. Wird bei grossen Schiffspropellern auch schon gemacht, ist allerdings fuer uns sehr aufwendig da ohne Stroemunsgberechnung das nur nach hinten los geht.
Alternativ kann man an der Fluegelvorderkante etwas machen, Prinzip Bartwahl Flossen http://www.google.co.uk/imgres?um=1&hl=en&rls=com.microsoft:en-gb:IE-SearchBox&biw=1680&bih=848&tbm=isch&tbnid=52lx1iXpdU7HGM:&imgrefurl=http://www.pitopia.de/scripts/pictures/detail.php%3Fpid%3D226474%26view%3D1&docid=d76wgzqxe7OHPM&imgurl=http://www.pitopia.de/pictures/standard/d/doescher/74/doescher_226474.jpg&w=340&h=226&ei=EBGUUI-8AcKk0AW5rYH4Cw&zoom=1&iact=hc&vpx=624&vpy=334&dur=125&hovh=180&hovw=272&tx=193&ty=130&sig=113765622040535842068&page=1&tbnh=155&tbnw=207&start=0&ndsp=28&ved=1t:429,r:9,s:0,i:96
Dabei erhoeht man die Turbulenz gezielt durch Buckel an der Fluegelvorderkante, die wie Delta Fluegel eines Kampfjets von der Wirkungsweise fungieren. Ich wollte die Idee bald mal an unseren hyperkavitierenden Propellern ausprobieren und vorne eine Zackenprofil einfraesen. Aus der Logik sollte man dann ein besseres Anfahren bekommen, mit weniger Stall bei geringen Geschwindigkeiten. Wie das auf hohere Geschwindigkeiten sich auswirkt.....ich kann mir vorstellen das die Reibung reduziert wird am Propeller selbst, da man wie gesagt viele kleine delta fluegel somit vorne hat, die die stromungsgechwindigkeit entlang der gewinkelten chord length reduzieren und somit der druckgradient geglaettet wird in diese spannweitenrichtung. Der ander Geschwindigkeitsteil in spannweitenrichtung erzeugt kaum wiederstand, da keine Formaenderung dorthin vorhanden.

Allerdings sind die oben genannten Ideen meist auf Naca Profile die vollgetaucht eingesetzt werden untersucht. Wie die Forschung bei Hyperkavidierenden steht...da mueste man sich gezielt einlesen, dazu oben die links. An sich bleiben die meisten hydrodynamische Effekte gleich zwischen voll und halbgetaucht. Allerdings muss man bei der Formgebung sehr aufpassen, um einen Stroemungsbariss nach moeglichst langer Lauflaenge erst zu erreichen, damit man erstmal ein druck auf eine Flaeche aufbauen kann. Daher die Keilprofile bei uns.

Der Anstellwinkel der Blaetter und die Kruemmung spielen eine sehr wichtige Rolle. An sich braeuchten wir Verstellpropeller, um fuer den Beschleunigungsprozess immer ohne zu grossem Stall arbeiten zu koennen. Das ist eine weitere Moeglichkeit...woran ich selber grad drann bin(wenns mal die Zeit und genug Muse zulassen wuerde).

Viele Gruesse und viel Spass beim lesen
Robert


Viele Gruesse
Robert

[Shark]

Hallo Robert,

Danke für die Links und deine Antwort. Habe Schiffbau studiert und weiß daher einigermaßen über Tragflügeltheorie und wie man den Wirkungsgrad von Tragflügeln verbessern kann Bescheid.
Die 70 - 75% maximalen Wirkungsgrad habe ich aus Propellerfreifahrtsdiagrammen die mir bis jetzt so über den Weg gelaufen sind. Hier mal ein Beispiel (http://www.sva-potsdam.de/assets/files/smp11/SVA%20report%203752.pdf) für einen Modellpropeller wie er in den Versuchsanstallten untersucht wird. Für die Großausführung wird dieser nach mal ca. 2-3% besser, da der Reibungseinfluss bei den Modellversuchen ja überschätzt wird. Näturlich kommt man im realen Schiffsbetrieb nicht dort hin, da man den Betriebspunkt ja vor das Maximum legt und man auch selten ein Schiff im Designpunkt betreibt. Damit passen deine 60% im Allgemeinen sehr gut.

Werde mich wohl in der nächsten Zeit mal ein wenig mit unseren kleinen Oberflächenpropellern auseinandersetzten, da ich denke, dass da noch Potential drinsteckt.

Gruß,
Patrick

[Robert]

Hi Patrick,

danke für deinen Link. Oh ja, das kommt mir bekannt vor :). Allerdings war das ganze in Kiel damals. Hör immer noch die Hammerschläge aufs Metall, wenn man am Ufer 2km weg von der Werften stand. Hat schon was, diese Sparte.

Die Propeller kann man sicher noch verbessern. Wir fahren ja eigentlich nur mit Octura und prop-shop aus dem letzten Jahrhundert rum. Problem wird am Ende aber immer das Herstellen als Einzelperson, d.h. Giessen dieser Dinger. Hast du die Möglichkeiten selbst einen Propeller herzustellen ?

Viele Grüsse
Robert

[Ch.Lucas]

Hi,
Schau mal hier, http://www.lemos.uni-rostock.de/fileadmin/MSF_Lemos/Prop_new.pdf ,in der PDF auf seite 229 die Tabelle 14.3 ein Vergleich der Wirkungsgrade bei verschiedenen Antrieben zur Geschwindigkeit.Ob ein Modellpropeller auch die Wirkungsgrade erreicht glaube ich wohl nicht,da auch die Modellpropeller der Versuchsanstallten größer sind wie die kleinen Modellbootpropeller.Extrem wichtig ist vor allem der Blattanstellwinkel und da kommt man wie der Robert schon schreibt an Verstellpropellern nicht herum.
Bei Torqeedo macht man deshalb den Elastisch verstellenden Prop ,der hier aber vor allem zum Stand- Beschleunigungsschubverstärken die Steigung reduziert.
Ich Wünsche mir das schon eine Weile für die Speedluftschrauben da dafür keine Mechanik nötig ist.
Schau auch mal nach ob Du was zum Halbtauchenden Antrieb des Planet Solarbootes etwas finden kannst. Das Weltumrundungsboot hatte auch Halbtauchende Verstellpropeller die auch noch das Steuern ohne Ruder ermöglicht haben. Zudem waren da nur recht kleine Leistungen am werkeln und trotzdem muss der Antrieb wohl einen hohen Wirkungsgrad erreichen können ,sonst wärs wohl nix.
Noch was zu Halbtauchenden Props und deren Vorteile , http://www.well.com/~pk/SPAprofboat.html .

[Shark]

Hi,

danke Christian für deine Antwort.

@ Robert
Nein, habe keine Möglichkeit Propeller zu fertigen und ist auch erstmal nicht meine Absicht. Was mich zuerst einmal interessiert ist Propeller ersteinmal vernünftig vermessen zu können um diese dann gezielt umarbeiten zu können.

Gruß,
Patrick

[Sika]

Was mich zuerst einmal interessiert ist Propeller ersteinmal vernünftig vermessen zu können...

Das einzige mir bekannte Tool mit dem das (halbwegs) vernünftig funktioniert ist der Propeller-Profi von Gundert: http://www.gundert.de/ka47.htm (4. Teilseite).

Dieses Gerät entspricht vom Prinzip den Geräten, die auch für "echte" Props verwendet werden und bei denen der Prop in Zylinderkoordinaten vermessen wird (Radius, Winkel und Höhe). Man stellt den Schieber auf einen Fixpunkt an der Blatthinterkante ein (bei einem Radius R), verdreht dann den Prop um a Grad und misst nun die Höhendifferenz h [in mm] bis der Schieber wieder auf das Blatt trifft. Die Absolutsteigung S [in mm] des Props ist dann S = a/360° * h.

Misst man an einem gegebenen Radius R von Blatthinterkante zur -vorderkante, dann ist dies die mittlere Steigung bei diesem Radius. Als "DIE" Steigung eines Propellers wird überlicherweise die mittlere Steigung bei 70% Radius bezeichnet.

Allerdings sollte man an diesem Gerät den mechanischen Schieber gegen einen (dig.) Tiefenmesser tauschen, da sich der mitgelieferte mechanische Schieber nicht gerade auslängt - damit ist dann Winkel und Radius nicht mehr konstant. Auch muss man bei der gelieferten Mechanik der Schieberaufhängung peinlich darauf auchten, dass der Schieber exakt senkrecht steht. Am Besten daher die ganze Schieberaufhängung gegen ein stabiles Portal tauschen.

Jörg

[Ch.Lucas]

Hi,
ich habe das mit so einem Bachman aus der Zahntechnik gemacht .Dabei fahre ich den Taster immer einen Voreingestellten Wert herunter und messe mit einem 360° Präzisionspotentiometer den Verdrehwinkel des Propellers.Damit kann man sehr gut einzelne Sektionen eines Propellers nachmessen ,wie zb. den Blattwinkel der Blattvorderkannte . Mit so einem Bachman hat man früher Konuskronen gefräst(hat vielleicht noch ein Zahntechniker herumliegen ,bei Labors mal nachfragen) .Alternativ kann man das auch mit einer kleinen Ständerbohrmaschine durchführen ,auch da kann man kleine Messuhren befestigen um den Vorschub exakt zu begrenzen und reproduzierbar wiederholen zu können.
Propeller habe ich simpell mit so einer Wachschabervorrichtung gemacht wie auf den anderen Bildern .Auf die Steigungskeile werden dann die Vorgeschnittenen Propellerblätter aus Wachs aufgelegt und mit der Nabe verklebt .Der Wachspropeller kann dann direkt eingebettet und das Wachs ausgebrannt werden zum Gießen .