Propeller Cupping
(01/2018 – 06/2020)

Um Profile mit Cup gezielt im Propellerentwurf für schnelle, mittelgroße Schiffe einsetzen zu können, müssen Propellerentwurfsverfahren so weiterentwickelt werden, dass insbesondere die Strömung hinter dem Cup (Profil mit endlicher Dicke) erfasst und berücksichtigt wird. Im Vorhaben sollen Propeller mit Cup kritisch analysiert werden, um Möglichkeiten zur Verbesserung des Kavitationsverhaltens und zur Verminderung des kavitationsbedingten Schubabfalls zu finden.

Folgende Ziele werden im Rahmen des des FuE-Vorhabens angestrebt:

• Entwicklung und Integration eines Modells zur Berücksichtigung von Profilen mit Cup in potenzialtheoretischen Berechnungsverfahren zur Auslegung von Propellern.
• Analyse der Wirkungsweise und Effektivität von Propellern mit unterschiedlichen Cupvarianten hinsichtlich der Kennwerte ohne und mit Kavitation durch die Analyse von Experimenten und Berechnungen.
• Integration der Erkenntnisse in den Propellerentwurf für schnelle, mittelgroße Schiffe (Propellerdurchmesser ca. 1 bis 2 m).
• Entwicklung eines Profils mit Cup für den Grundentwurf von Propellern mit Cup.
• Ermittlung des Einflusses des Cups sowie Variationen davon auf die Kennwerte ohne und mit Kavitation und Ableitung von Entwurfsgrundlagen.
• Erarbeitung von Unterlagen zum Betriebsverhalten von Propellern mit Cup (Einfluss der Kavitation auf die Kennwerte, Beschleunigungsverhalten, Vertikalkräfte bei Schräganströmung, Stopp- und Rückwärtsfahrteigenschaften).

 

Im Rahmen der Entwicklung des Modells zur Berücksichtigung des Cups in potenzialtheoretischen Berechnungsverfahren und zur Untersuchung der Wirkungsweise des Cups sollen Messungen mit Tragflügeln (2D) sowohl mit Profilen mit Cup als auch ohne Cup durchgeführt werden. Ausgewählte Messpunkte werden mit einem viskosen Verfahren nachgerechnet. Die Ausbildung der Ablöse- und Kavitationszone hinter dem Profil mit Cup mit stumpfer Hinterkante wird in Freifahrtversuchen überprüft.

Die Kennwerte der Propeller mit Cup werden mit einem potenzialtheoretischen Propellerverfahren berechnet. Der Vergleich von berechneten und gemessenen Kennwerten gibt Aufschluss über die Güte der Modellbildung, die Anwendungsgrenzen und die Notwendigkeit der Präzisierung des Modells. Ausgehend von den Ergebnissen wird eine Variation der Profilform im Bereich des Cups vorgenommen. Auf dieser Basis werden Entwurfshinweise für den Cup abgeleitet.

Ausgewählte Betriebspunkte der Propelleruntersuchungen werden mit den entwickelten Berechnungsverfahren nachgerechnet. Die Ergebnisse der Berechnungen werden an Hand der Modellmessungen validiert. Die Eignung von Propellern mit Cup für moderne schnelle Schiffe soll auf der Grundlage der Berechnungen und Versuche analysiert und zusammengefasst werden.