Wie viel Pauer für die Turbinia?

[Dampf Karl]

Ahoi zu samen.

Mein vorhaben ist die Turbinia im Maßstab 1:20 mit Echtdampf zu bauen.
Das entspricht 1524mm Länge, 137mm Breite, und 45.5mm Tiefgang 5.5kg Wasserverdrängung.
Das Original hat 960PS effektiv an den Wellen, 9 Propeller D 457mm. Die Höchstgeschwindigkeit betrug 34,5kn.
Meine frage ist wie viel Watt Wellenleistung (Turbinenleistung) benötige ich um Maßstabgereu < fahren kann? 

Danke im Voraus für Eure Hilfe Karl. 

 
   

[Urs Heßling]

moin,

müßte das nicht eine Reduzierung in der 3. Potenz sein, also 960/20³ = 960/8000 = 0,12 PS ?

Gruß, Urs

[Strandurlauber]

Moin,

Urs hat ja für die maßgebliche Verkleinerung der Antriebsanlage einen Wert genannt.

Ein weiterer Aspekt, ist die (Maximal-)Geschwingigkeit, die bei 1:20 1,72 Kn = 3,2 km/h oder etwa 0,9 m/s betragen müsste.
Ich befürchte, dass sich dafür aufgrund der unterschiedlichen Längen zwischen Original und Modell Abweichungen bei einigen Kennzahlen und der benötigten Leistung ergeben.

Bin gespannt was unsere "Konstruckteure" dazu sagen können  bzw. was sich in der Praxis ergibt ... 

VG Strandurlauber

[Dampf Karl]

Ahoi zusammen.

0.12Ps sind wenn ich richtig gerechnet habe ca 88Watt.
3.2km/h klingen nicht viel. Dagegen 0.9m/s schon recht schnell.

Jetzt ist klar 3.2km/h sind ausreichend. Mehr als 88Watt denke ich werde nicht benötigt vielleicht sogar weniger.

Vielleicht hat jemand Erfahrungen mit der Tubinia?

Danke für eure Hilfe Karl

[Strandurlauber]

Ahoi zusammen.

0.12Ps sind wenn ich richtig gerechnet habe ca 88Watt.
3.2km/h klingen nicht viel. Dagegen 0.9m/s schon recht schnell.

Jetzt ist klar 3.2km/h sind ausreichend. Mehr als 88Watt denke ich werde nicht benötigt vielleicht sogar weniger.

Vielleicht hat jemand Erfahrungen mit der Tubinia?

Danke für eure Hilfe Karl

Hallo Dampf Karl,

hoffe du hast Glück und liegst richtig, sehe aber da u.a. das Problem, das sich Reibungs- und Wellenwiderstand bei Größenänderung unterschiedlich verhalten, und mir als Laie keine belastbare Prognose möglich ist.
Beispiel - angenäherter Antriebsbedarf für 31 kn bei:
41.200 t Schlachtkreuzer spez. Leistungskoeffizient ca. 2,6 kW/t
13.600 t Kreuzer bereits ca. 3,9 kW/t
  1.480 t Zerstörer schon 13,4 kW/t
...

Für den Wellenwiderstand gilt mit zunehmenden Abmessungen (L, B, T) um Faktor n steigt der Wellenwiderstand auf n³, und die Schiffsgeschwindigkeit v1 wird v x Quadratwurzel von n sein.
Beispiel – Schiff A 20 kn soll in den Abmessungen verdoppelt werden:
neues Schiff hat bei n = 2 einen Wellenwiderstand der 2³ = 8-mal größer ist, aber bei selben spezifischen Leistungskoeffizient, d.h. Leistung /t ergibt sich bei der Geschwindigkeit V1 = 20 x Quadratwurzel von 2 = 28,2 kn.
Das wirkt sich für dein Model positiv aus, denn im Maßstab 1:20 (& den o.g. 0,12 PS) wird der Wellenwiederstand 0,05³ = 0,000125 bzw. 1/8000 und für die Geschwindigkeit bedeutet es V1 = 34,5 kn x Quadratwurzel von 1/20 = 7,71 kn, also theoretisch deutlich mehr als die angestrebten 1,7 kn.
Aber, dabei ist der Reibungswiderstand nicht berücksichtigt. Bei Verdoppelung der Dimensionen wird das Unterwasservolumen / die Verdrängung  um 2³ = 8, aber die benetzte Oberfläche die die Reibung verursacht nur um 2² = 4 vergrößert. Demzufolge wir die Reibungsfläche je Tonne Verdrängung um die Hälfte geringer und der Reibungswiderstand entsprechend kleiner.
Im Umkehrschluss wird bei deinem Modell, selber Formgebung wie das Original und M 1:20 die Verdrängung auf 1/8000, aber die Oberfläche nur auf 1/400 verkleinert somit 20 x mehr ins Gewicht fallen als beim Original, und da hörts bei mir auf, kommt Reynolds ins Spiel und sind die Fachleute gefragt, welche Auswirkung das auf die Antriebsleistung hat.

Weitere Punkt sind die Propeller, du wird für dein Model sicher eine Konfiguration wie beim Original anstreben. Auch dabei kann es Überraschungen geben, was ich kurz am Beispiel des englischen Zweischraubenkreuzers IRIS von 1878 zeigen will.
Bei einer Verdrängung von ca. 3750 t und 5145 kW Leistung wurden statt 17,5 nur 16,5 kn erreicht.
Die eingesetzte Kommission untersuchte Antrieb und Propeller allerdings ohne Aufschluss. was das Problem war. Es wurde beschlossen die Anzahl der Propellerflügel von vier auf zwei zu verringern. Ergebnis bei einer Maschinenleistung von 3860 kW wurden mit den Vierflügelpropellern 15,1 kn und mit den Zweiflügelpropellern bei 3210 kW 15,6 kn erreicht. Daraufhin wurden neue Vierflügelpropeller mit kleinerer Flügelfläche  in Auftrag gegeben und mit ihnen die projektierte Geschwindigkeit überschritten – es wurden 18,6 kn erreicht und Iris galt damals als schnellster Kreuzer seiner Zeit.
Ich gehe daher besonders bei den frühen, turbinengetrieben Schiffen und entsprechend hoher Wellendrehzahl davon aus, dass Kavitation und andere Ursachen zahlreiche Versuche und Änderungen erforderlich machten.

Ich möchte dich damit nicht entmutigen es einfach zu versuchen, vielleicht hilft es ja die Antriebsanlage so zu gestalten, dass sie in einem größeren Bereich regelbar ist, oder dir hier Spezialisten verlässliche Angaben vorab machen können.
Ich drücke dir die Daumen und würde mich freuen wenn du uns dann mal die Ergebnisse deiner Arbeit zeigst.


VG Strandurlauber

[Dampf Karl]

Ahoi

Danke für Deine Mühe!
Die Turbinia brauchte 9 verschiedene Propeller bis sie passten. Die Propeller werde ich mit 3D-Drucke machen bis die richtige Form gefunden ist. Dann erst werde ich es mit Messing versuchen.

Da ich erst bei der Planung bin ist jeder Hinweis auf Schwierigkeiten hilfreich.
Ursprünglich hatte ich drei Turbinen mit HD,MD und ND geplant. Da Wirkungsgrad bei den möglichen Durchmessern sehr schlecht ist und das Gewicht wahrscheinlich verhältnismäßig hoch ist kam ich auf den Entschluss, eine Turbine mit einer Druckstufe mit je zwei Geschwindigkeitsstuften, wie Tubo-Georg in seinen Beiträgen zu Turbinen erwähnet, zu nehmen. Diese dann mit Getriebe mit den drei Wellen verbinden.

Ich plane mit Fusion 360 für Hobbyanwender (das ist gratis). Da kann man Gewicht und Schwerpunkt abfragen.
Bei Verwirklichung gibt es sicher was zum Sehen. Das dauert aber sicher noch länger.

Gruß Karl