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Ausgewählte Ausgabe: 05-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Brieftaubenflügel, Vorbild für Schiffspropeller?

Der Durchmesser eines Schiffspropellers ist durch den Tiefgang eines Schiffes begrenzt. Die Kontur moderner Schiffspropeller (Skew-Propeller) ähnelt dem Flügel einer Taube, die im Gleitflug zum Landen ansetzt. Tauben zählen zu den Schlagfliegern, die auch Ruderflieger genannt werden. Bei einem Schlagflieger treten während des Flügelaufschlages vergleichbare Strömungsverhältnisse wie bei einem Schiffspropeller auf. Strömungstechnisch sind beim Flügel der Schlagflieger während des Flügelaufschlages zwei Bereiche zu unterscheiden, einer, der vorwiegend dem Auftrieb dient, und ein zweiter, der insbesondere den Schub erzeugt. Werden diese Erfahrungen auf Schiffspropeller übertragen, führen sie zu einer völlig neuen Propellerflügelkonstruktion, mit der die Wirbelbildung und Kavitation erheblich reduziert werden kann.


1 Problemstellung

Der maximale Durchmesser der Schiffspropeller ist durch den Tiefgang der Schiffe vorgegeben. Die strömungstechnisch günstigen, schmalen, langen Propellerflügel der Luftfahrt kommen aus Platzgründen bei Schiffen nicht in Betracht. Zur Erzeugung von hydrodynamischem Auftrieb und Schub werden in der Schifffahrt kurze, breite Propellerflügel eingesetzt. Während der Rotation eines Propellers entsteht an seinen Flügelvorderseiten Unterdruck (Sog) und an seinen Flügelrückseiten Überdruck (Schub). Diese unterschiedlichen Druckgebiete stoßen an den Flügelenden zusammen und bilden Randwirbel, die insbesondere an den Flügelspitzen zu Kavitation führen. Ferner bewirken die Wirbel starke Energieverluste. Die Aufgabe besteht darin, bei einem Maximum an Sog und Schub diese Wirbelbildung abzubauen und Kavitation zu vermeiden.

2 Entwicklung bis zum heutigen Stand

Zur Lösung technischer Probleme werden vielfach Vorbilder der Natur herangezogen. Die Disziplin aus dem Zusammenschluss von Biologie und Technik bezeichnet man mit Bionik.
Mit ihrem Traum vom Fliegen versuchten die Pioniere der Luftfahrt den Vogelflug nachzuahmen. Vögel erzeugen zur Überwindung des Luftwiderstandes und der Schwerkraft während des Fliegens mit den Flügeln gleichzeitig Vortrieb und Auftrieb. Es gelang in der Frühzeit der Fliegerei nicht, beide Komponenten in einer Funktion zu vereinen und man entwickelte und untersuchte fortan Auftrieb und Vortrieb getrennt. Vorbild für die Entwicklung der Tragflächen und Rumpfformen zur Erzeugung des notwendigen Auftriebs waren in der Luftfahrt die großen Meeres- und Landsegler. Sie können lange Zeit ohne einen Flügelschlag über weite Strecken durch die Luft gleiten.
Der Vortrieb der Flugobjekte erfolgte schon bald mit rotierenden Maschinen. Entsprechende Vorbilder gibt es in der Natur nicht. Hierzu dienten anfangs radial auf einer angetriebenen Welle angeordnete „Paddel“ in Schrägstellung. Zur Verbesserung der Eigenschaften der daraus entstandenen Propeller wurden Erkenntnisse aus der Konstruktion der Tragflächen herangezogen.
Für den Vortrieb der Wasserfahrzeuge liefern Meeresbewohner keine geeigneten Vorbilder. Die Entwicklung des Schiffspropellers hat ihren Ursprung in der Erfindung des Forstbeamten Josef Ressel, der 1827 einen von ihm ent- wickelten Schiffsantrieb zum Patent anmeldete. Die Form dieses Schiffsantriebes ähnelt einer zweigängigen Wendelschnecke, wie sie unter anderem zur Förderung von Schüttgütern verwendet wird. Sie schraubt sich durch das Wasser, fördert einen Wasserstrahl gegen die Fahrtrichtung des Schiffes und bewirkt so einen Schub. Daher rührt auch der Name Schiffsschraube. Ihre Weiterentwicklung zum Propeller hat die Segel und Schaufelräder als Antrieb kommerziell genutzter Schiffe weitgehend verdrängt.

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Autoren

Prof. Dr.-Ing. Gerhard Wächter

Ziegeleiring 1
26817 Rhauderfehn
Tel.: 0 49 52/15 16
E-Mail: dr.g.waechter@t-online.de

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