Śruby okrętowe U-Bootów
Moderatorzy: Jatzoo, Brodołak, ObltzS, SnakeDoc
Posty: 7
• Strona 1 z 1
Śruby okrętowe U-Bootów
Witam !
Chciałbym przedstawić kilka informacji związanych ze śrubami okrętowymi U-Bootów, wyjaśniających pokrótce także podstawowe zagadnienia związane z kształtem ich geometrii oraz zjawiskiem kawitacji a także dane techniczne śrub [chociaż niepełne] podstawowych typów U-Bootów.
Na U-Bootach podstawowym pędnikiem były śruby okrętowe, które wprawione w ruch obrotowy przez urządzenia napędowe [silniki diesla lub silniki elektryczne] wprawiały okręt w ruch. Prędkości uzyskiwane przez poszczególne typy U-Bootów zarówno w położeniu nawodnym jak i podwodnym były różne i zalezały od wielu czynników. Podobnie było ze sprawnością napędową śruby - w skrócie można tylko powiedzieć, że najbardziej niekorzystnym zjawiskiem była kawitacja śruby, która jako zagadnienie techniczny również i dzisiaj stanowi wcale nie mały problem dla projektantów i konstruktorów tego typu pędników.
Aby spróbować to wyjaśnić trzeba kilka słów wyjaśnień dotyczących geometrii i działania śruby. Śruba z uwagi na swój kształt i budowę wykonuje ruch obrotowy ze stałą prędkością kątową w oraz każdy punkt usytuowany na płacie śrubie porusza się równolegle do osi śruby z prędkością v, kreśląc tzw. linię śrubową, w oparciu o którą można wyznaczyć jeden z istotnych parametrów śruby - skok śruby H.
Płat śruby zwrócony w kierunku ruchu okrętu [statku] to strona ssąca, natomiast przeciwna do niej to strona cisnąca. Krawędź płata śruby skierowana w kierunku jej obrotu to tzw. krawędź natarcia, a przeciwna do niej to krawędź spływu. Najbardziej oddalony od osi śruby punkt na jej płacie określany jest wierzchołkiem płatu - ten punkt wyznacza skok śruby. Płat śruby ma na swoich profilach [przekrojach] kształt zbliżony do profilów skrzydeł samolotów - jest to niezbędne, by w czasie pracy śruby została wytworzona siła hydrodynamiczna P [różnica drogi opływu wody na płacie i wytworzonych tym ciśnień], która rozkłada się na składową osiową T i obwodową K, tworząc napór śruby gwarantujący ruch okrętu i siłę skierowaną przeciwnie do do kierunku obrotu śruby. W oparciu o te składowe wyznacza się bezwymiarowe współczynniki przedstawiane na wykresach określanych charakterystykami hydrodynamicznymi.
Poza tym należy uwzględnić fakt, iż śruba porusza się w warstwie wody, której kierunek jest zgodny z kierunkiem ruchu okrętu [statku] i która już posiada pewną prędkość [opór ciśnienia wody w części dziobowej i rufowej, warunkujący rodzaj opływu wody wokół kadłuba, który może być uporządkowany - laminarny lub burzliwy - turbulentny, a to z kolei wpływa pośrednio na zjawisko kawitacji]. Jeżeli warstwa ta ma prędkość c, i jest zgodna z kierunkiem ruchu okrętu płynącego z prędkością v, to śruba okrętowa ma prędkość względem otaczającej jej wody równą :
V = v - c
Z kolei stosunek c/v [tzw. współczynnik strumienia nadążającego] ma ważne znaczenie przy określaniu sprawności napędowej śruby.
Dodatkowymi parametrami ważnymi przy przy projektowaniu śruby są : skok śruby H, średnica śruby D, stosunek H/D, ilość płatów z oraz pola : kręgu śruby, powierzchni rzutu normalnego, rozwiniętego i wyprostowanego płata śruby.
W trakcie projektowania śruby wyznacza się trzy etapy :
- określanie napędu z odpowiednią mocą i liczbą obrotów [uzyskane zadanej prędkości i uciągu], ten etap wstępnie wyznacza geometryczne wymiary śruby,
- prawidłowy dobór wymiarów śruby jako funkcji maksymalnego naporu i najwyższej sprawności,
- wyznaczenie charakterystyk napędowych okrętu [statku], tj. wykresów naporu śruby, momentu obrotowego i mocy na śrubie dla zadanych obrotów w funkcji prędkości.
Powyższe pokazuje, jak wiele czynników wzajemnie od siebie zależnych, ma wpływ na prawidłową i optymalną pracę śruby. Ciekawi mnie również fakt, czy znaczenie mogło mieć także usytuowanie osi wału [a tym samym płaszczyzny śruby] w stosunku do płaszczyzny podstawowej okrętu [PP] - oś linii wału w U-Bootach była równoległa do PP, jak to sie miało w angielskich o.p., czy była odchylona od poziomu i o ile stopni ?
Do wyznaczenia współczynnika strumienia nadążającego i charakterystyk hydrodynamicznych istotnych w trakcie projektowania śruby przeprowadza się badania modelowe , przy czym ważne jest zachowanie wiernego podobieństwa geometrycznego modelu i śruby a także podobieństwa przepływu wody na modelu i śrubie [określane jako podobieństwo kinematyczne].
Badania te przeprowadza się jako badania modeli śrub swobodnych lub jako modeli okrętu [statku] z własnym napędem. Badania samych śrub przeprowadza się w tunelach kawitacyjnych lub hydrodynamicznych [stanowiskach przepływowych], gdzie nie występuje swobodna powierzchnia wody [śruba jest całkowicie zanurzona w przepływającej wodzie] i jest możliwość regulowania w nich ciśnienia atmosferycznego. Mają one odwzorować rzeczywiste warunki pracy śruby.
W przypadku śrub okrętowych istotnym zagadnieniem podczas jej pracy jest problem kawitacji śruby okrętowej - terminem tym określa się zjawisko wrzenia cieczy występujące na powierzchni ciała stałego w stałej temperaturze, wywołane obniżeniem ciśnienia. W odniesieniu do śruby napędowej zjawisko to tworzy się, gdy na płacie po stronie cisnącej wytwarza zwiększone ciśnienie wody, a po stronie ssącej płata ciśnienie wody zostaje zmniejszone i staje się równe ciśnieniu krytycznemu wydzielania się gazów z wody, które przyjmuje się jako równe ciśnieniu pary wodnej nasyconej. Od tego momentu pomiędzy powierzchnią płata od strony ssącej a wodą wytwarza się obszar wypełniony parą wodną - mieszaniną kropelek wody i pęcherzyków gazu. Kawitacja jest wysoce niekorzystnym i szkodliwym zjawiskiem, zmieniając opływ wody wokół płatów śruby, zmniejszając wydatnie siłę naporu a tym samym i sprawność [zmiana rozkładu ciśnienia na profilu płata] i jest przyczyną mechanicznej erozji [wżery korozyjne doprowadzające do urwania np. płata śruby].
Zjawisko to zostało po raz pierwszy odkryte niemal jednocześnie przez Barnaby'ego na niszczycielu HMS "Daring" w 1894 r. oraz przez Ch. Parsonsa na wybudowanym przez siebie pierwszym okręcie z napędem turbinowym "Turbinia". Jednostka ta była wyposażona w dwupłatową śrubę o średnicy fi 760 mm i pomimo dużej mocy turbiny i dużej prędkości obrotowej uzyskała niewielką prędkość z uwagi na wystąpienie zjawiska kawitacji. Cztery lata później Ch. Parsons próbując rozwikłać ten problem przeprowadził pierwsze badania modelowe śruby z uwzględnieniem kawitacji - po wyprowadzeniu wzoru Parsons doszedł do wniosku, że spełnienie warunków wzoru może nastąpić pod warunkiem obniżenia ciśnienia statycznego, a to było niemożliwe do uzyskania w tradycyjnych basenach modelowych. Rozwiązaniem tego problemu było zbudowanie przez Parsonsa hermetycznie zamkniętego kanału obiegowego o średnicy przekroju fi 150 mm, umieszczenie tam modelu śruby i obniżeniu ciśnienia wewnątrz kanału przez zastosowanie pompy próżniowej. Dalsze próby zostały przeprowadzone ze zwiększeniem ciśnienia pary wodnej nasyconej przez podgrzewanie wody w kanale - pozwoliło to na uzyskanie obniżenia liczby kawitacji. W wyniku tych badań Parsons zwiększył liczbę śrub napędowych i zmniejszył ich średnicę osiągając jak na tamte czasy rekordową prędkość "Turbinii" równą 34 węzłom !!! Zachęcony tymi wynikami Parsons wybudował drugi większy tunel kawitacyjny w 1910 r.
Do wybuchu II w.ś. powstał trzeci, ale znacznie ulepszony tunel kawitacyjny o średnicy przestrzeni pomiarowej [badawczej] fi 500 mm i prędkości przepływu równej 13 m/s, który wybudowano w 1930 r. w Niemczech w zakładzie badań modelowych HSVA w Hamburgu [Hamburgische Schiffbau-Versuchs-Anstalt]. Niemcy wzorowali swój tunel nie na prototypie Parsonsa, lecz poszli zupełnie inna drogą myślową - tunel ten wzorowany był na konstrukcji tuneli aerodynamicznych. Ponieważ tuneli aerodynamicznych w owym czasie było znacznie więcej niż tuneli wodnych, przyjęcie takiego założenia pozwoliło na wykorzystanie już ogromnego doświadczenia nabytego w projektowaniu tych urządzeń.
Jako ciekawostkę warto podać fakt, iż w trakcie montowania w zakładzie badań modelowych Admiralicji Brytyjskiej w Haslar dużego tunelu kawitacyjnego, którym był właśnie ów tunel wywieziony ze zniszczonego działaniami wojennymi zakładu badań modelowych HSVA w Hamburgu, badano przy okazji montażu nowe elementy tego tunelu, uruchamiając go ostatecznie jako tunel aerodynamiczny [chodziło o sprawdzenie, czy niektóre elementy z uwagi na zmianę przeznaczenia mogą mieć lżejszą konstrukcję].
Wspomniałem o tym dlatego, ponieważ np. na brytyjskich o.p. typu "U" występowało zjawisko tzw. "śpiewania" śruby okrętowej podczas jej pracy w określonych rejestrach prędkości obrotowej, które na U-Bootach nigdy nie miało miejsca. To prawdopodobnie jest częścią odpowiedzi, dlaczego w odniesieniu do niemieckich okrętów podwodnych [i nie tylko zresztą podwodnych] zjawisko "śpiewania śruby" nie występowało. Nie wspomina o tym także literatura wspomnieniowa, odnosząca się do U-Bootwaffe [głównie wyd. FINNA - "Seria z kotwiczką"] oraz opracowania i wydania innych wydawnictw : MAGNUM, AJ-Press i inn. Prawdopodobnie problem ten nigdy nie miał miejsca, z uwagi na nowatorskie podejście do problemu i przewagę w stosowanej metodologii tak badań jak i samych obliczeń - przynajmniej w tej dziedzinie niemieccy konstruktorzy okrętowi musieli być o duży krok do przodu w stosunku do innych krajów.
Dzisiaj trudno jest chyba o pozyskanie pełnych danych dotyczących głównych parametrów śrub okrętowych stosowanych do napędu na niemieckich jak i angielskich okrętach podwodnych, charakterystyk hydrodynamicznych, wartości współczynnika strumienia nadążającego i innych, które pozwoliłyby na przeprowadzenie porównań i występujących rozbieżności. Ale to zadanie dla specjalistów w tej dziedzinie.
Przy okazji wyszperałem nieco danych o śrubach montowanych na różnych typach U-Bootów, ich prędkościach obrotowych i materiałach stosowanych do ich budowy.
Typ IA posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1650 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typy IIA, IIB, IIC i IID posiadały dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 850 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ III [projekt z 1933 r.] przewidywano dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1650 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ VIIA posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1230 mm.
Liczba obrotów SG [silniki główne spalinowe napędu nawodnego] : 470÷485 obr/min.
Liczba obrotów SE [silniki elektryczne napędu podwodnego] : 322 obr/min.
Typy VIIB, VIIC, VIIC-41, VIIC-42, VIID oraz VIIF posiadały dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1620 mm. Śruby te wykonywano w postaci jednolitego odlewu - wykonane były one z żeliwa stalowego [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42], które jest materiałem tanim charakteryzującym się małą wytrzymałością i stosunkowo małą odpornością na korozję [zjawisko kawitacji śruby]. Prawdopodobnie o wyborze takiego materiału zadecydował jego niski koszt [co musiało być istotne w warunkach gospodarki wojennej] oraz ilość, jaką trzeba było wykonać dla najliczniej budowanego typu U-Boota - każda "siódemka" posiadała 2 śruby napędowe [693 U-Booty x 2 = 1.386 szt.].
VIIB :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIIC :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIIC-41 :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIIC-42 :
Liczba obrotów SG : 530 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIID :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIIF :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
Typ IXA posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1920 [1720] mm. Materiał : stop mosiądzu o symbolu SoGMs.
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 205÷275 obr/min.
Typy IXB, IXC, IXC-40 posiadały dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1720 [1920] mm. Materiał : stop mosiądzu o symbolu SoGMs. Odo roku 1942 stosowano żeliwo stalowe [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42].
IXC :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 205÷275 obr/min.
IXC-40 :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 205÷275 obr/min.
Typ IXD-1 posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1900 mm [1850 mm po przebudowie na okręty transportowe i zmianie systemu napędowego] mm. Materiał : żeliwo stalowe [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42].
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 205÷275 obr/min.
Typy IXD-2 oraz IXD-42 posiadały dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1850 mm. Materiał : żeliwo stalowe [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42].
Typ XB posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1900 mm. Materiał : żeliwo stalowe [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42].
Typ XIV posiadał dwie trójpłatowe śruby. Brak danych o średnicy śrub oraz zastosowanym do ich wykonania materiale.
Typ "V 80" [jednostka eksperymentalna, nie otrzymała nr typu] - brak danych o ilości śrub, ilości łopat na śrubie, średnicy i zastosowanym materiale.
Typ "V 300" [typ XVIIA] - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1750 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ "Wa 201" [typ XVIIA] - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 2000 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ "WK 202" [typ XVIIA] - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 2000 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XVIIB - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1750 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XVIIG - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1900 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XVIIK - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1800 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XVIII - dwie śruby trójpłatowe o średnicy fi 1900 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XX - brak danych o ilości śrub, ilości łopat na śrubie, średnicy i materiale.
Typ XXI - dwie śruby trójpłatowe o średnicy fi 2150 mm. Brak danych o materiale śruby.
Liczba obrotów SG : 520 obr/min.
Liczba obrotów SE : 330 obr/min.
Typ XXIII - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1780 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XI [projekt] : dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 2180 mm.
Typ XXII [projekt] : dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1900 mm.
Typ XXIV [projekt Walter U-Boot] : dwie trójpłatowe śruby o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVIA [projekt Walter U-Boot] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVIB [projekt Walter U-Boot] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVI E1 [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVI E2 [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVI W [Walter U-Boot] - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 2150 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XXVIII [projekt Walter U-Boot] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1780 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typy : XXIXA, XXIXB, XXIXB2, XXIXC, XXIXD [projekty] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typy : XXIXF, XXIXGK, XXIXH [projekty] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1900 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXIXH [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1950 mm[?] i materiale nieokreślonym.
Typy : XXXA, XXXB [projekty] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 2150 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXXI [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 2150 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXXIII [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1750 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXXIV [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1750 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXXV [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1750 mm [?] i materiale nieokreślonym.
UWAGA : podana przy niektórych typach liczba obrotów nie odnosi się do l. obrotów urządzenia napędowego [diesel - SG i silnik elektryczny - SE] tylko do liczby obrotów śruby okrętowej uzyskanych za pomocą tych napędów.
Chciałbym przedstawić kilka informacji związanych ze śrubami okrętowymi U-Bootów, wyjaśniających pokrótce także podstawowe zagadnienia związane z kształtem ich geometrii oraz zjawiskiem kawitacji a także dane techniczne śrub [chociaż niepełne] podstawowych typów U-Bootów.
Na U-Bootach podstawowym pędnikiem były śruby okrętowe, które wprawione w ruch obrotowy przez urządzenia napędowe [silniki diesla lub silniki elektryczne] wprawiały okręt w ruch. Prędkości uzyskiwane przez poszczególne typy U-Bootów zarówno w położeniu nawodnym jak i podwodnym były różne i zalezały od wielu czynników. Podobnie było ze sprawnością napędową śruby - w skrócie można tylko powiedzieć, że najbardziej niekorzystnym zjawiskiem była kawitacja śruby, która jako zagadnienie techniczny również i dzisiaj stanowi wcale nie mały problem dla projektantów i konstruktorów tego typu pędników.
Aby spróbować to wyjaśnić trzeba kilka słów wyjaśnień dotyczących geometrii i działania śruby. Śruba z uwagi na swój kształt i budowę wykonuje ruch obrotowy ze stałą prędkością kątową w oraz każdy punkt usytuowany na płacie śrubie porusza się równolegle do osi śruby z prędkością v, kreśląc tzw. linię śrubową, w oparciu o którą można wyznaczyć jeden z istotnych parametrów śruby - skok śruby H.
Płat śruby zwrócony w kierunku ruchu okrętu [statku] to strona ssąca, natomiast przeciwna do niej to strona cisnąca. Krawędź płata śruby skierowana w kierunku jej obrotu to tzw. krawędź natarcia, a przeciwna do niej to krawędź spływu. Najbardziej oddalony od osi śruby punkt na jej płacie określany jest wierzchołkiem płatu - ten punkt wyznacza skok śruby. Płat śruby ma na swoich profilach [przekrojach] kształt zbliżony do profilów skrzydeł samolotów - jest to niezbędne, by w czasie pracy śruby została wytworzona siła hydrodynamiczna P [różnica drogi opływu wody na płacie i wytworzonych tym ciśnień], która rozkłada się na składową osiową T i obwodową K, tworząc napór śruby gwarantujący ruch okrętu i siłę skierowaną przeciwnie do do kierunku obrotu śruby. W oparciu o te składowe wyznacza się bezwymiarowe współczynniki przedstawiane na wykresach określanych charakterystykami hydrodynamicznymi.
Poza tym należy uwzględnić fakt, iż śruba porusza się w warstwie wody, której kierunek jest zgodny z kierunkiem ruchu okrętu [statku] i która już posiada pewną prędkość [opór ciśnienia wody w części dziobowej i rufowej, warunkujący rodzaj opływu wody wokół kadłuba, który może być uporządkowany - laminarny lub burzliwy - turbulentny, a to z kolei wpływa pośrednio na zjawisko kawitacji]. Jeżeli warstwa ta ma prędkość c, i jest zgodna z kierunkiem ruchu okrętu płynącego z prędkością v, to śruba okrętowa ma prędkość względem otaczającej jej wody równą :
V = v - c
Z kolei stosunek c/v [tzw. współczynnik strumienia nadążającego] ma ważne znaczenie przy określaniu sprawności napędowej śruby.
Dodatkowymi parametrami ważnymi przy przy projektowaniu śruby są : skok śruby H, średnica śruby D, stosunek H/D, ilość płatów z oraz pola : kręgu śruby, powierzchni rzutu normalnego, rozwiniętego i wyprostowanego płata śruby.
W trakcie projektowania śruby wyznacza się trzy etapy :
- określanie napędu z odpowiednią mocą i liczbą obrotów [uzyskane zadanej prędkości i uciągu], ten etap wstępnie wyznacza geometryczne wymiary śruby,
- prawidłowy dobór wymiarów śruby jako funkcji maksymalnego naporu i najwyższej sprawności,
- wyznaczenie charakterystyk napędowych okrętu [statku], tj. wykresów naporu śruby, momentu obrotowego i mocy na śrubie dla zadanych obrotów w funkcji prędkości.
Powyższe pokazuje, jak wiele czynników wzajemnie od siebie zależnych, ma wpływ na prawidłową i optymalną pracę śruby. Ciekawi mnie również fakt, czy znaczenie mogło mieć także usytuowanie osi wału [a tym samym płaszczyzny śruby] w stosunku do płaszczyzny podstawowej okrętu [PP] - oś linii wału w U-Bootach była równoległa do PP, jak to sie miało w angielskich o.p., czy była odchylona od poziomu i o ile stopni ?
Do wyznaczenia współczynnika strumienia nadążającego i charakterystyk hydrodynamicznych istotnych w trakcie projektowania śruby przeprowadza się badania modelowe , przy czym ważne jest zachowanie wiernego podobieństwa geometrycznego modelu i śruby a także podobieństwa przepływu wody na modelu i śrubie [określane jako podobieństwo kinematyczne].
Badania te przeprowadza się jako badania modeli śrub swobodnych lub jako modeli okrętu [statku] z własnym napędem. Badania samych śrub przeprowadza się w tunelach kawitacyjnych lub hydrodynamicznych [stanowiskach przepływowych], gdzie nie występuje swobodna powierzchnia wody [śruba jest całkowicie zanurzona w przepływającej wodzie] i jest możliwość regulowania w nich ciśnienia atmosferycznego. Mają one odwzorować rzeczywiste warunki pracy śruby.
W przypadku śrub okrętowych istotnym zagadnieniem podczas jej pracy jest problem kawitacji śruby okrętowej - terminem tym określa się zjawisko wrzenia cieczy występujące na powierzchni ciała stałego w stałej temperaturze, wywołane obniżeniem ciśnienia. W odniesieniu do śruby napędowej zjawisko to tworzy się, gdy na płacie po stronie cisnącej wytwarza zwiększone ciśnienie wody, a po stronie ssącej płata ciśnienie wody zostaje zmniejszone i staje się równe ciśnieniu krytycznemu wydzielania się gazów z wody, które przyjmuje się jako równe ciśnieniu pary wodnej nasyconej. Od tego momentu pomiędzy powierzchnią płata od strony ssącej a wodą wytwarza się obszar wypełniony parą wodną - mieszaniną kropelek wody i pęcherzyków gazu. Kawitacja jest wysoce niekorzystnym i szkodliwym zjawiskiem, zmieniając opływ wody wokół płatów śruby, zmniejszając wydatnie siłę naporu a tym samym i sprawność [zmiana rozkładu ciśnienia na profilu płata] i jest przyczyną mechanicznej erozji [wżery korozyjne doprowadzające do urwania np. płata śruby].
Zjawisko to zostało po raz pierwszy odkryte niemal jednocześnie przez Barnaby'ego na niszczycielu HMS "Daring" w 1894 r. oraz przez Ch. Parsonsa na wybudowanym przez siebie pierwszym okręcie z napędem turbinowym "Turbinia". Jednostka ta była wyposażona w dwupłatową śrubę o średnicy fi 760 mm i pomimo dużej mocy turbiny i dużej prędkości obrotowej uzyskała niewielką prędkość z uwagi na wystąpienie zjawiska kawitacji. Cztery lata później Ch. Parsons próbując rozwikłać ten problem przeprowadził pierwsze badania modelowe śruby z uwzględnieniem kawitacji - po wyprowadzeniu wzoru Parsons doszedł do wniosku, że spełnienie warunków wzoru może nastąpić pod warunkiem obniżenia ciśnienia statycznego, a to było niemożliwe do uzyskania w tradycyjnych basenach modelowych. Rozwiązaniem tego problemu było zbudowanie przez Parsonsa hermetycznie zamkniętego kanału obiegowego o średnicy przekroju fi 150 mm, umieszczenie tam modelu śruby i obniżeniu ciśnienia wewnątrz kanału przez zastosowanie pompy próżniowej. Dalsze próby zostały przeprowadzone ze zwiększeniem ciśnienia pary wodnej nasyconej przez podgrzewanie wody w kanale - pozwoliło to na uzyskanie obniżenia liczby kawitacji. W wyniku tych badań Parsons zwiększył liczbę śrub napędowych i zmniejszył ich średnicę osiągając jak na tamte czasy rekordową prędkość "Turbinii" równą 34 węzłom !!! Zachęcony tymi wynikami Parsons wybudował drugi większy tunel kawitacyjny w 1910 r.
Do wybuchu II w.ś. powstał trzeci, ale znacznie ulepszony tunel kawitacyjny o średnicy przestrzeni pomiarowej [badawczej] fi 500 mm i prędkości przepływu równej 13 m/s, który wybudowano w 1930 r. w Niemczech w zakładzie badań modelowych HSVA w Hamburgu [Hamburgische Schiffbau-Versuchs-Anstalt]. Niemcy wzorowali swój tunel nie na prototypie Parsonsa, lecz poszli zupełnie inna drogą myślową - tunel ten wzorowany był na konstrukcji tuneli aerodynamicznych. Ponieważ tuneli aerodynamicznych w owym czasie było znacznie więcej niż tuneli wodnych, przyjęcie takiego założenia pozwoliło na wykorzystanie już ogromnego doświadczenia nabytego w projektowaniu tych urządzeń.
Jako ciekawostkę warto podać fakt, iż w trakcie montowania w zakładzie badań modelowych Admiralicji Brytyjskiej w Haslar dużego tunelu kawitacyjnego, którym był właśnie ów tunel wywieziony ze zniszczonego działaniami wojennymi zakładu badań modelowych HSVA w Hamburgu, badano przy okazji montażu nowe elementy tego tunelu, uruchamiając go ostatecznie jako tunel aerodynamiczny [chodziło o sprawdzenie, czy niektóre elementy z uwagi na zmianę przeznaczenia mogą mieć lżejszą konstrukcję].
Wspomniałem o tym dlatego, ponieważ np. na brytyjskich o.p. typu "U" występowało zjawisko tzw. "śpiewania" śruby okrętowej podczas jej pracy w określonych rejestrach prędkości obrotowej, które na U-Bootach nigdy nie miało miejsca. To prawdopodobnie jest częścią odpowiedzi, dlaczego w odniesieniu do niemieckich okrętów podwodnych [i nie tylko zresztą podwodnych] zjawisko "śpiewania śruby" nie występowało. Nie wspomina o tym także literatura wspomnieniowa, odnosząca się do U-Bootwaffe [głównie wyd. FINNA - "Seria z kotwiczką"] oraz opracowania i wydania innych wydawnictw : MAGNUM, AJ-Press i inn. Prawdopodobnie problem ten nigdy nie miał miejsca, z uwagi na nowatorskie podejście do problemu i przewagę w stosowanej metodologii tak badań jak i samych obliczeń - przynajmniej w tej dziedzinie niemieccy konstruktorzy okrętowi musieli być o duży krok do przodu w stosunku do innych krajów.
Dzisiaj trudno jest chyba o pozyskanie pełnych danych dotyczących głównych parametrów śrub okrętowych stosowanych do napędu na niemieckich jak i angielskich okrętach podwodnych, charakterystyk hydrodynamicznych, wartości współczynnika strumienia nadążającego i innych, które pozwoliłyby na przeprowadzenie porównań i występujących rozbieżności. Ale to zadanie dla specjalistów w tej dziedzinie.
Przy okazji wyszperałem nieco danych o śrubach montowanych na różnych typach U-Bootów, ich prędkościach obrotowych i materiałach stosowanych do ich budowy.
Typ IA posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1650 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typy IIA, IIB, IIC i IID posiadały dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 850 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ III [projekt z 1933 r.] przewidywano dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1650 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ VIIA posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1230 mm.
Liczba obrotów SG [silniki główne spalinowe napędu nawodnego] : 470÷485 obr/min.
Liczba obrotów SE [silniki elektryczne napędu podwodnego] : 322 obr/min.
Typy VIIB, VIIC, VIIC-41, VIIC-42, VIID oraz VIIF posiadały dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1620 mm. Śruby te wykonywano w postaci jednolitego odlewu - wykonane były one z żeliwa stalowego [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42], które jest materiałem tanim charakteryzującym się małą wytrzymałością i stosunkowo małą odpornością na korozję [zjawisko kawitacji śruby]. Prawdopodobnie o wyborze takiego materiału zadecydował jego niski koszt [co musiało być istotne w warunkach gospodarki wojennej] oraz ilość, jaką trzeba było wykonać dla najliczniej budowanego typu U-Boota - każda "siódemka" posiadała 2 śruby napędowe [693 U-Booty x 2 = 1.386 szt.].
VIIB :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIIC :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIIC-41 :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIIC-42 :
Liczba obrotów SG : 530 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIID :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
VIIF :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 295 obr/min.
Typ IXA posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1920 [1720] mm. Materiał : stop mosiądzu o symbolu SoGMs.
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 205÷275 obr/min.
Typy IXB, IXC, IXC-40 posiadały dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1720 [1920] mm. Materiał : stop mosiądzu o symbolu SoGMs. Odo roku 1942 stosowano żeliwo stalowe [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42].
IXC :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 205÷275 obr/min.
IXC-40 :
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 205÷275 obr/min.
Typ IXD-1 posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1900 mm [1850 mm po przebudowie na okręty transportowe i zmianie systemu napędowego] mm. Materiał : żeliwo stalowe [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42].
Liczba obrotów SG : 470÷490 obr/min.
Liczba obrotów SE : 205÷275 obr/min.
Typy IXD-2 oraz IXD-42 posiadały dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1850 mm. Materiał : żeliwo stalowe [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42].
Typ XB posiadał dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1900 mm. Materiał : żeliwo stalowe [symbol Stg 45.81 BK - norma KM 9106/01-42].
Typ XIV posiadał dwie trójpłatowe śruby. Brak danych o średnicy śrub oraz zastosowanym do ich wykonania materiale.
Typ "V 80" [jednostka eksperymentalna, nie otrzymała nr typu] - brak danych o ilości śrub, ilości łopat na śrubie, średnicy i zastosowanym materiale.
Typ "V 300" [typ XVIIA] - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1750 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ "Wa 201" [typ XVIIA] - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 2000 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ "WK 202" [typ XVIIA] - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 2000 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XVIIB - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1750 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XVIIG - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1900 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XVIIK - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1800 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XVIII - dwie śruby trójpłatowe o średnicy fi 1900 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XX - brak danych o ilości śrub, ilości łopat na śrubie, średnicy i materiale.
Typ XXI - dwie śruby trójpłatowe o średnicy fi 2150 mm. Brak danych o materiale śruby.
Liczba obrotów SG : 520 obr/min.
Liczba obrotów SE : 330 obr/min.
Typ XXIII - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 1780 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XI [projekt] : dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 2180 mm.
Typ XXII [projekt] : dwie trójpłatowe śruby o średnicy fi 1900 mm.
Typ XXIV [projekt Walter U-Boot] : dwie trójpłatowe śruby o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVIA [projekt Walter U-Boot] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVIB [projekt Walter U-Boot] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVI E1 [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVI E2 [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typ XXVI W [Walter U-Boot] - jedna śruba trójpłatowa o średnicy fi 2150 mm. Brak danych o materiale śruby.
Typ XXVIII [projekt Walter U-Boot] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1780 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typy : XXIXA, XXIXB, XXIXB2, XXIXC, XXIXD [projekty] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy i materiale nieokreślonym.
Typy : XXIXF, XXIXGK, XXIXH [projekty] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1900 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXIXH [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1950 mm[?] i materiale nieokreślonym.
Typy : XXXA, XXXB [projekty] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 2150 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXXI [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 2150 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXXIII [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1750 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXXIV [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1750 mm [?] i materiale nieokreślonym.
Typ XXXV [projekt] : jedna trójpłatowa śruba o średnicy fi 1750 mm [?] i materiale nieokreślonym.
UWAGA : podana przy niektórych typach liczba obrotów nie odnosi się do l. obrotów urządzenia napędowego [diesel - SG i silnik elektryczny - SE] tylko do liczby obrotów śruby okrętowej uzyskanych za pomocą tych napędów.
- ObltzS
- Admiral
- Tonaż: 1.727.000 BRT
- Dołączył(a): 05.07.05, 19:31
- Lokalizacja: Polska południowa
Witam !
Dzięki Tobrukowi mogę wstawić oryginalny niemiecki rysunek techniczny śruby okrętowej. Jeśłi dobrze odczytałem średnicę śruby, to ma ona wartość równą średnicy śruby typu XXI [2150 mm].
Tobruk - bardzo dziękujemy za podesłany plan , tym bardziej że jest to skan dokumentacji z tamtych czasów, zatem swoim klimatem jak najbardziej pasuje do tematu śrub [rysunki współczesnych śrub tak dobrze by nie korespondowały - to byłaby namiastka, ersatz]. Dzięki Tobruk !!!!
Dzięki Tobrukowi mogę wstawić oryginalny niemiecki rysunek techniczny śruby okrętowej. Jeśłi dobrze odczytałem średnicę śruby, to ma ona wartość równą średnicy śruby typu XXI [2150 mm].
Tobruk - bardzo dziękujemy za podesłany plan , tym bardziej że jest to skan dokumentacji z tamtych czasów, zatem swoim klimatem jak najbardziej pasuje do tematu śrub [rysunki współczesnych śrub tak dobrze by nie korespondowały - to byłaby namiastka, ersatz]. Dzięki Tobruk !!!!
Nie masz wystarczających uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego postu.
- ObltzS
- Admiral
- Tonaż: 1.727.000 BRT
- Dołączył(a): 05.07.05, 19:31
- Lokalizacja: Polska południowa
Re: Śruby okrętowe U-Bootów
Rysunek śruby okrętowej pochodzący z opracowania "Vom Original Zum Modell - U-Boot Typ VII":
Nie masz wystarczających uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego postu.
- SnakeDoc
- Fregattenkapitän
- Tonaż: 545.000 BRT
- Dołączył(a): 07.08.07, 20:55
Re: Śruby okrętowe U-Bootów
Witam !
Kontynuując temat śrub okrętowych stosowanych jako pędniki o.p., znalazłem ciekawą informację na ich temat w jednym z numerów "Okrętów Wojennych" [1].
Dotyczy ona co prawda współczesnych śrub, ale uważam, że jest warta przytoczenia. Ponieważ być może nie wszyscy mają ten numer, zatem poniżej wybrany fragment tej wiadomości :
Jak widać na zdjęciu śruba ta posiada siedem płatów o charakterystycznym kształcie, odmiennym od tego, jakie stosowano na o.p. blisko 70 lat temu.
1."Okręty Wojenne" Nr 6/2009 (98) listopad-grudzień, str. 2
2.HDW ? skrót nazwy stoczni Howaldtswerke Werft w Kilonii, wchodzącej w skład koncernu ThyssenKrupp Marine Systems.
Kontynuując temat śrub okrętowych stosowanych jako pędniki o.p., znalazłem ciekawą informację na ich temat w jednym z numerów "Okrętów Wojennych" [1].
Dotyczy ona co prawda współczesnych śrub, ale uważam, że jest warta przytoczenia. Ponieważ być może nie wszyscy mają ten numer, zatem poniżej wybrany fragment tej wiadomości :
" [...] W sierpniu 2009 r. na pochylniach HDW [2], a w zasadzie na taśmie produkcyjnej znajdowały się w budowie aż trzy okręty podwodne. Dwa z nich to jednostki przeznaczone ne eksport typu 214, a trzeci, typu 212A jest piątym okrętem podwodnym przeznaczonym dla Deutsche Marine. [...]Nowym rozwiązaniem HDW są śruby okrętowe z uzdatnionego węglem tworzywa sztucznego (CFK). Według zamieszczonej w "Marine Forum" (nr 9/2009) śruby były już poddawane od dłuższego czasu próbom na jednym z niemieckich okrętów podwodnych typu 206A. Śruby CFK charakteryzują się znacznie lepszymi właściwościami tłumienia szumów na większych głębokościach niż te wykonane z brązu. Składające się z metalu a pióra z CFK śruby napędowe wykonał ThyssenKrupp Marine Systems."
Jak widać na zdjęciu śruba ta posiada siedem płatów o charakterystycznym kształcie, odmiennym od tego, jakie stosowano na o.p. blisko 70 lat temu.
1."Okręty Wojenne" Nr 6/2009 (98) listopad-grudzień, str. 2
2.HDW ? skrót nazwy stoczni Howaldtswerke Werft w Kilonii, wchodzącej w skład koncernu ThyssenKrupp Marine Systems.
Nie masz wystarczających uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego postu.
- ObltzS
- Admiral
- Tonaż: 1.727.000 BRT
- Dołączył(a): 05.07.05, 19:31
- Lokalizacja: Polska południowa
Re: Śruby okrętowe U-Bootów
Potrzebuję pomocy w wyjaśnieniu następującej kwestii: na planach stoczniowych śruby okrętowej dla typu VII, jako materiał podano Stg. 45.81 BK, a dla XXI Stg. 45.81 8K.
Czy to literówka? Co oznacza skrót BK?
Nie znam niemieckiego, więc korzystam z literatury angielskojęzycznej, a w niej wszędzie dla XXI kod materiału podany jako 8K.
PS. Plany pochodzą z 'Vom original zum Modell' (dołączone powyżej przez Tobruka i SnakeDoca, niestety kod materiału raczej nie czytelny - mogę zeskanować jeżeli będzie taka potrzeba).
Czy to literówka? Co oznacza skrót BK?
Nie znam niemieckiego, więc korzystam z literatury angielskojęzycznej, a w niej wszędzie dla XXI kod materiału podany jako 8K.
PS. Plany pochodzą z 'Vom original zum Modell' (dołączone powyżej przez Tobruka i SnakeDoca, niestety kod materiału raczej nie czytelny - mogę zeskanować jeżeli będzie taka potrzeba).
- Jatzoo
- Grossadmiral
- Tonaż: 2.353.000 BRT
- Dołączył(a): 22.08.02, 15:03
Re: Śruby okrętowe U-Bootów
Cześć
Ciekawa sprawa... Rzeczywiście na planach jest rozbieżność. Stg to skrót od Stahlguss - staliwo, odlew stalowy. Oznaczenia liczbowo - literowe oznacza rodzaj stali.
Dla większego zaciemnienia problemu dodam, że w opisie "U Bootskunde für U Boote Bauart VII C, M.Dv. 371, 181" (http://uboatarchive.net/Manual.htm) podano, że śruby są odlewane z Sonderguß Messing B - specjalny stop mosiądzu B.
Z kolei w "Maschinen und E-Kunde für UBoote Bauart VIIC, M.Dv. 382,456" przy następujących danych odnośnie śruby - masa, materiał, wytrzymałość, rozszerzalność - jest napisane:
"Werte sind auf den einzelnen Booten verschieden und müssen vom Kommando bei der Bauwerft erfragt werden." - dane różnią się pomiędzy poszczególnymi okrętami i trzeba o nie pytać w kierownictwie stoczni
Jatzoo napisał(a):na planach stoczniowych śruby okrętowej dla typu VII, jako materiał podano Stg. 45.81 BK, a dla XXI Stg. 45.81 8K.
Czy to literówka? Co oznacza skrót BK?
Nie znam niemieckiego, więc korzystam z literatury angielskojęzycznej, a w niej wszędzie dla XXI kod materiału podany jako 8K.
Ciekawa sprawa... Rzeczywiście na planach jest rozbieżność. Stg to skrót od Stahlguss - staliwo, odlew stalowy. Oznaczenia liczbowo - literowe oznacza rodzaj stali.
Dla większego zaciemnienia problemu dodam, że w opisie "U Bootskunde für U Boote Bauart VII C, M.Dv. 371, 181" (http://uboatarchive.net/Manual.htm) podano, że śruby są odlewane z Sonderguß Messing B - specjalny stop mosiądzu B.
Z kolei w "Maschinen und E-Kunde für UBoote Bauart VIIC, M.Dv. 382,456" przy następujących danych odnośnie śruby - masa, materiał, wytrzymałość, rozszerzalność - jest napisane:
"Werte sind auf den einzelnen Booten verschieden und müssen vom Kommando bei der Bauwerft erfragt werden." - dane różnią się pomiędzy poszczególnymi okrętami i trzeba o nie pytać w kierownictwie stoczni
- SnakeDoc
- Fregattenkapitän
- Tonaż: 545.000 BRT
- Dołączył(a): 07.08.07, 20:55
Posty: 7
• Strona 1 z 1
Powrót do Konstrukcja kadłuba i wyposażenie
Kto przegląda forum
Użytkownicy przeglądający ten dział: Brak zidentyfikowanych użytkowników i 1 gość