Propeller-Wirkungsgrad

[nordy]

Hallo,

wenn's um bessere Bootperformance geht, befassen wir uns meistens nur mit Motor und Boot, der Prop bleibt fast immer aussen vor.
Dabei ist er von erheblicher Bedeutung, denn im günstigsten Fall gehen immer noch 20-25 % der Antriebsleistung bei leichten Gleitern durch ihn verloren.

Von welchen Faktoren hängt der Propwirkungsgrad ab ?

1.) Am stärksten vom sogenannten Belastungsgrad
2.) Vom Steigungs/Durchmesserverhältnis H/D des Prop
2.) Von der Flügelzahl
4.) Vom Flächenverhältnis des Prop

Den höchsten Wirkungsgrad unter den 2-4-Flüglern hat der 2-Flügler, er erreicht bis zu 80 %, gefolgt von dem 3-Flügler mit 50% Flächenverhältnis, der nur 75 % erreicht.

Mit letzterem haben wie es ja meistens zu tun.

Die 75 % erreichen wir nur bei entsprecher Auslegung von 1.) und 2.).

Generell kann man sagen, der Belastungsgrad sollte so klein wie möglich sein und H/D sollte zwischen 1,3 bis 1,5 liegen.

Was ist nun der Belastungsgrad ?

Die Formel für ihn lautet:

B = n [min-1] / i x (P [PS] /( v [kn] x (1 - N)) ^5)^0,5

n ist die Motordrehzahl
i die Getriebeübersetzung
P die Motorleistung
v die Geschwindigkeit des Bootes
N ist der sogenannte Nachstrom, bei unseren Booten etwa 0,04

B ist also umso kleiner, je niedriger der Prop dreht und je kleiner das Verhältnis P/ v ^5 ist, das heisst, je weniger Leistung ich zur Erzielung einer bestimmten Geschwindigkeit einsetzen muss.

Kann man glaube ich ganz gut verstehen.

Hier ein Rechenbeispiel:

Bei meinem Zodiac mit dem getunten 30PS-Johnson ist:

P = 40PS
i = 2,23
V = 27 sm/h
n = 5500 min-1 (Motor dreht mit dem 15 ' Prop bis n nenn)
H = 15 ''
D = 10 ''

B = 5500/2,23 x (40 / (0,97 x 27)^5)^0,5

B = 4,44

H/D = 15/10 = 1,5

Das sind optimale Werte für meinen 3-Flügler mit geschätzten 50 oder 60 % Flächenverhältnis.
Der Wirkungsgrad dürfte bei 75 % liegen.

Eine weitere Reduzierung des Belastungsgrades über eine grössere Steigung, würde keinen besseren Wirkungsgrad bringen, nur käme es zu einem Leistungsverlust beim Motor, der nur noch bis bei 4900 mi-1 drehte.

Anders sähe es z.B. aus, wenn der Prop ein 13 '' gewesen wär.

Der Belastungsgrad wäre dann :

B = 6300 / 2,23 x (36 / (0,97x25,4)^5) ^0,5 = 6,0
H/B = 13/10 = 1,3

Der Wirkungsgrad läge nur bei etwa 72 %.

Der 15 "- Prop würde den Wirkungsgrad auf die schon erwähnten 75 % anheben.


Übrigens die Formel für den Belastungsgrad zeigt auch, wie hoch die Verluste beim Anfahren sind.

Beispiel:

n = 4000 min-1
v = 10 sm/h
P = 30 kW

B = 4000/2,23 x (30/ 0,97x10)^5)^0,5 = 33,5

Der Wirkungsgrad dürfte nur bei knapp 50% liegen.

Wir alle wissen ja, wie stark der Prop beim Vollgasbeschleunigen aus geringen Geschwindigkeiten schlüpft.

So, nun rechnet man schön.


Gruss Nordy