Wake Adapted Ducted Propellers
Author M.W.C. Oosterveld
Title Wake Adapted Ducted Propellers
Conference/Journal PhD-thesis Delft University of Technology
Year 1970

Abstract
For the application behind ships two different types of ducted propellers are considered; the ducted propeller where the nozzle accelerates the flow at the propeller and the ducted propeller where the nozzle decelerates the flow at the propeller. The first type of ducted propeller is now extensively used in cases where the ship screw is heavily loaded or where the screw is restricted in diameter. The accelerating nozzle offers a means of increasing the efficiency of heavily loaded propellers. The second type of ducted propeller is used to increase the static pressure at the impeller. This nozzle may be used if retardation of propeller cavitation is desired.

For the design of a ducted propeller it is attractive to have a theoretical calculation method available supported by experiments. Tests on ducted propellers are scarce and most of the tests are restricted to isolated applications. The work described here deals with systematic experiments on ducted propellers and may contribute to fill up the lack of experimental data.

The potentialities of ducted propellers both with nozzles of the accelerating and the decelerating flow type are discussed based on simplified theories.
The open-water test results of systematic series of flow accelerating and flow decelerating nozzles are given. These data are of importance for the design of optimum ducted propeller systems as well from the viewpoint of efficiency as from the viewpoint of cavitation.
In addition, the results of open-water tests with ringpropellers and ringpropellers in nozzles are given.

Finally, the design and the application of non-axisymmetrical nozzles which are adapted to the wake behind the ship, are discussed. In the case of single-screw ships (tankers and bulkcarriers) the nozzle is designed in such a way that the flow at the propeller plane becomes more uniform. Such a nozzle offers, next to a reduction in DHP, a means of minimizing propeller induced vibration and cavitation problems.
In the case of twin-screw ships (fast naval ships; frigates, destroyers), the propellers operate in a varying inflow, due to the shaft inclination. The non-axisymmetrical nozzle is designed here, from the viewpoint of retardation of screw cavitation, in such a way that the actual effective incidence changes of the blade sections of the impeller will be as low as possible during a revolution.

Samenvatting (NL)
Voor toepassing bij schepen komen twee typen schroef-straalbuissystemen in aanmerking; het type waarbij de straalbuis de stroming ter plaatse van de schroef versnelt en het type waarbij de stroomsnelheid ter plaatse van de schroef vertraagd wordt.
Schroef-straalbuissystemen van het eerste type worden veelvuldig gebruikt in gevallen waarbij de schroef zwaar belast enlof beperkt in diameter is. De versnellende straalbuis verhoogt het rendement van zwaar belaste schroeven.
Schroef-straalbuissystemen van het tweede type worden gebruikt wanneer het gewenst is de druk ter plaatse van de schroef te verhogen. Door de verhoging van de druk kan schroefcavitatie verminderd of voorkomen worden.

Het biedt voordelen, gezien het grote aantal variabelen, om het ontwerp van een schroef-straalbuissysteem te baseren op een combinatie van theorie en experiment. Weinig resultaten van proefnemingen met schroef-straalbuissystemen zijn beschikbaar en bovendien betreffen deze proefnemingen vaak slechts een incidentele toepassing. De resultaten van de proefnemingen met schroef-straalbuissystemen gegeven in
dit proefschrift dragen bij om het gebrek aan experimentele gegevens aan te vullen.

De eigenschappen van schroef-straalbuissystemen, zowel met versnellende als vertragende straalbuizen, worden, gebaseerd op eenvoudige theorieen, afgeleid.
De resultaten van proefnemingen met systematische series versnellende en vertragende straalbuizen worden gegeven. Deze gegevens zijn van belang voor het ontwerpen van optimale schroef-straalbuizen uit oogpun t van rendement of cavitat ie. Daarnaast worden de resultaten van vrijvarende proeven met ringpropellers en met ringpropellers in straalbuizen gegeven.

Tenslotte wordt het ontwerp en de toepassing van asymmetrische straalbuizen die aangepast zijn aan de volgstroom achter schepen besproken. Voor volle enkelschroefschepen (tankers, bulkcarriers) wordt de straalbuis zodanig ontworpen dat het snelheidsveld ter plaatsev an de schroef gelijkmatiger wordt. Een dergelijke straalbuis biedt, naast een vermogensbesparing, ook de mogelijkheid om het gevaar voor trillingshinder (opgewekt door de schroef) en voor erosie van de schroefbladen door cavitatie te verminderen.

Bij dubbelschroefschepen (en in het bijzonder snelle Marine-schepen, zoals jagers en fregatten) werken de schroeven in een niet gelijkmatige aanstroming door de schuine asliggingen. De asymmetrische straalbuizen worden hier zodanig ontworpen dat de invalshoekvariaties van een blad gedurende een omwenteling zo klein mogelijk zijn. Het gevaar voor het optreden van schroefcavitatie kan hierdoor verminderd worden.

Download File
PDF format, file size 16.0 MB.

Disclaimer | print