Приводная система гребного винта надводного судна и способ обеспечения движения и управления по курсу. Судовые энергетические установки и движители

Определение числа лопастей, дискового отношения и выбор расчетной диаграммы

Выбранное количество лопастей пропеллера.

Окончательное количество лопастей для конструкции гребного винта должно быть определено с учетом собственных колебаний корпуса, гребного вала и двигательной установки. Эти расчеты занимают много времени. На основе полученных результатов можно разработать ряд рекомендаций по выбору количества лопастей.

Для одновинтовых и двухвинтовых судов количество лопастей гребного винта выбирается в зависимости от нагрузки на гребной винт. Для этого сначала определите коэффициент нагрузки гребного винта на заглушку, рассчитав его по следующей формуле:

Где R — величина сопротивления сосуда, Н;

Сколько валов у пропеллера у каждого человека

Число лопастей = 4 (= 5) следует принять, если p имеет значение 22,5.

Если принять p = 2, 2, 5 — что представляет собой условия, при которых работают гребные винты большого корабля, то число лопастей должно быть 6×8.

Выбор соотношения дисков.

Выбор такого соотношения дисков гребного винта, которое обеспечит переработку энергии без недопустимо высокой кавитации лопастей.

На графиках изображена зависимость рациональной скорости четырехлопастного пропеллера от его диаметра. Значения дискового отношения пропеллера отмечены на линиях постоянной мощности.

Включая его верхний предел

Найдите по диаграмме значение идеального дискового отношения, соответствующее определенной скорости потока гребного винта.

Не уйдете ли вы, если сможете вернуть его?

В качестве альтернативы линейной интерполяции значение рассчитывается по двум графикам, которые ближе всего друг к другу, перед линейным преобразованием.

Для расчета дискового отношения для пропеллеров с более чем четырьмя лопастями можно использовать следующую формулу:

Где находится выбранное по подсекции число лопастей гребного винта? Отношение лопастей диска пропеллера z=4; оно равно 4.

При выборе дискового отношения следует помнить, что его уменьшение (в определенных пределах) повышает эффективность винта на 1-3%. Следовательно, при 6 окончательное значение должно быть рассчитано по имеющимся диаграммам;

Рис. Диаграмма 2, показывающая, как рассчитать рациональный дисковый коэффициент гребного винта, когда его обтекаемая скорость составляет 5 узлов

1- Область изменения диаметра пропеллера (‘1) 0 (где при обработке определенной мощности возникает кавитация на лопастях);

Зона квантового развития.

Рис. 3 Диаграмма для расчета рационального дискового отношения гребного винта, когда его обтекаемая скорость составляет 10 узлов

Рис. 4 Диаграмма для расчета рационального дискового отношения гребного винта, когда его обтекаемая скорость составляет 15 узлов

Область изменения диаметра гребного винта (x1). 0) (При возникновении кавитации на лопастях утилизируется заданная мощность;

Рис. Диаграмма для расчета рационального дискового отношения гребного винта, когда его обтекаемая скорость составляет 20 узлов

1- Изменение диаметра гребного винта, при котором возникает кавитация на лопастях при приложении определенной мощности;

Расчетные диаграммы для определения оптимальных компонентов гребного винта.

На основе данных испытаний систематической серии гребных винтов в экспериментальном бассейне и в кавитационной трубе производятся расчеты ходовых качеств судна.

Серия В (серия Трооста), разработанная в голландском опытовом бассейне в период с 1940 по 1960 годы, наиболее широко используется как в отечественной, так и в международной практике. Гребные винты этих серий имеют следующие основные преимущества: высокоточные данные о гидродинамических характеристиках; надежные данные о свойствах и характеристиках воды; эффективная обработка потребляемой мощности.

Пропеллеры серий М и Т, в конструкции которых учтены требования к пропеллерам по эффективности и виброактивности, проходили испытания в Советском Союзе в 1970-х и 1980-х годах. Гребные винты серий М и Т имеют умеренно саблевидный контур, который снижает вибрацию судна и повышает эффективность.

Выбранная диаграмма выбирается в соответствии с заданными значениями и.

Каждая серия пропеллеров имеет два графика. График «Машина» показывает, как длина волны зависит от скорости вращения пропеллеров.

Кривые также могут быть «скроены», но с различными изображениями, с различными значениями H/D.

На этих же диаграммах изображены оптимальные значения вспомогательных коэффициентов:

Диаметр упора; (4)

Диаметр — мощность; (4)

Частота вращения — остановка; (4).

Энергия — обороты

Названия схем и основные детали, касающиеся серий гребных винтов, которые предлагаются для расчетов.

N пп
Серия
Число лопастей
Дисковое отношение Ѳ
Разработчик
  1. В4-55
В4-70

0,55
0,70
Голландский опытный бассейн
  3. М4-65
М4-75
М4-85

0,65
0,75
0,85
СССР, ЦНИИ им. акад. Крылова
  6. В5-60
В5-75
В5-90
В6-50
В6-80

0,6
0,75
0,90
0,5
0,8
Голландский опытный бассейн
  ЦНИИ им. акад. Крылова
  11. Т6-68
Т7-70
Т8-72

0,68
0,70
0,72

Элементы гребного винта определяются при определенной скорости вращения с помощью коэффициентов KDT и KD, которые не зависят от скорости вращения гребного винта (Kd). При известных n ном, Ne оборотах лучшие элементы гребного винта выбираются с помощью коэффициентов KNT и NN.

Учет механических потерь в трубопроводе

Введя КПД вала и kdpv передачи от двигателя к гребному валу, учитываются механические потери в валопроводе.

.

Во-вторых, эффективность валопровода

Если машинное отделение находится в центре корпуса, результат равен нулю. 98;

Машинное отделение расположено в корме. 99;

3) КПД зубчатого редуктора равен нулю. 98;

Гидравлическая или электромагнитная муфта имеет КПД, равный нулю.

Выбран режим проектирования гребных винтов.

Во время эксплуатации судна и гребного винта его характеристики существенно изменяются. разрушение лакокрасочного покрытия, коррозия и обрастание подводной поверхности корпуса или лопастей гребного винта. Поэтому правильный выбор среднего шага гребного винта, который обеспечивает предварительное гидродинамическое облегчение и позволяет эффективно использовать пропульсивную мощность во время работы, имеет решающее значение при проектировании гребного винта.

Гидродинамическая предварительная разгрузка назначается в практике проектирования гребных винтов исходя из условий предполагаемой эксплуатации судна и вида двигательной установки.

Для судов с дизельной силовой установкой, использующих гребной винт фиксированного шага, рекомендуется следующий метод выбора режимов проектирования. При проектировании гребного винта следует учитывать условия ходовых испытаний судна с чистым корпусом при проектной осадке, а также условия океанского плавания. В данном случае для расчета используется соотношение: Not nom/K3 используется для расчета Ne.

Выбор коэффициента запаса скорости K может быть основан на следующих переменных:

— Коэффициент полноты обычно используется для определения проектного типа судна, и предполагается, что суда с s = 0,74 обычно являются тихоходными (s 15’16 узлов);

Согласно действующим стандартам, срок службы судна составляет 12 месяцев; интервал докования судна — 24 месяца для обычных, универсальных и наливных транспортных судов или ряда специализированных судов.

— основной тип двигателя.

Значения коэффициента K приведены в таблице 2 для различных типов дизельных двигателей и в таблице 3 для различных производителей.

На рабочие параметры судов с паровыми, газотурбинными и электрическими силовыми установками лишь незначительно влияют изменения во внешней среде (такие как обрастание корпуса или гребного винта, ветер или неровности). Кроме того, гидродинамическое утяжеление гребного винта, вызванное воздействием неблагоприятных условий окружающей среды или отсутствием выбора расчетной скорости двигателя внутреннего сгорания судна, не оказывает существенного влияния на выбор режима работы гребного винта. [1] На судах с ПТУ, ГТУ и ЭИ рекомендуется использовать расчетный режим гребных винтов: Ne расчетный = Ne ном.

Какие значения K считаются наилучшими?

Какие значения коэффициента K предлагаются для известных двигателей

Поможем в написании учебной работы
Поиск по сайту:Главная
О нас
Популярное
ТОП
Новые страницы
Случайная страница
Изречения для студентов
Пожаловаться на материал
Обратная связь
FAQ

Маркировка винтов

При нанесении разметки используются только дюймовые размеры.

Ага: конкретный случай.

.

Первое число обозначает диаметр лопасти, а второе — шаг винта.

Многие производители также отмечают, например, количество лопастей пропеллера и направление вращения:

.

Если винт идентифицируется только по каталожному номеру, например, 3231-100-15 или другому наименованию из списка, покупка будет отмечена расшифровкой.

Количество лопастей гребного винта

Пропеллеры могут различаться в зависимости от того, сколько у них лопастей:

• Двухплоскостная;
• Трехплоскостная;
• Четырехплоскостная.

На более слабых двигателях чаще используются двухлопастные винты.

В лодочных моторах используются трех- и четырехлопастные гребные винты.

Трехлопастной гребной винт обеспечивает вашей лодке самую высокую скорость. Он безупречно работает на любой скорости, сохраняя высокую эффективность и минимальную вибрацию.

Плавный ход, более быстрый старт и более низкая температура — все это преимущества четырехлопастного пропеллера.

Двухлопастной гребной винт имеет лучшие характеристики, когда речь идет о скорости. Четырехлопастной пропеллер становится более эффективным по мере увеличения скорости.

Однако четырехлопастной пропеллер обладает лучшими характеристиками ускорения и глиссирования. Для отдыха на воде используется воздушный насос.

Наиболее типичные и популярные гребные винты подвесных моторов имеют три лопасти. По сравнению с трехлопастным гребным винтом, четырехлопастный быстрее разгоняется, создает большую тягу и работает более плавно.

Диаметр винта

Радиус окружности, окруженной внешними краями лопастей, является внешним диаметром гребного винта. Для тяжело нагруженных и груженых лодок используются большие диаметры. Лодки с меньшим диаметром легче и движутся быстрее.

Тяга уменьшается с увеличением диаметра гребного винта. При увеличении диаметра винта скорость снижается, но тяговые характеристики двигателя могут быть улучшены.

Шаг винта

Расстояние, которое проходит гребной винт за один оборот в воде, называется шагом гребного винта. Расстояние будет тем короче, чем выше шаг. Шаг гребного винта выражается в дюймах. Шаг в один дюйм эквивалентен 150 +/- 50 оборотам в минуту.

Теоретически, гребной винт с шагом 14 дюймов будет перемещать лодку на 14 миллиметров на каждый полный оборот. На практике это не так. «Проскальзывание» — это термин для обозначения такого отклонения.

Винт имеет шаг 9 14 x 11. Диаметр винта обозначается цифрой «9 1 4». Спецификации всегда начинаются с этого значения.

Шаг винта, который обозначается следующим числом, выражается в дюймах. Гребной винт преодолевает это расстояние за один полный оборот. Считается, что гребной вал вращается тем быстрее, чем больше шаг винта. Однако считается, что гребной вал тем тяжелее, чем меньше шаг винта.

Тяга и ускорение лучше у винта с малым шагом. Винт с большим шагом имеет больший потенциал для высоких скоростей, но меньшее ускорение.

Двигатель может вращаться до максимального числа оборотов, указанного производителем двигателя, с соответствующим пропеллером.

На ступице или лопастях производители обозначают диаметр и шаг гребного винта. Эти технические характеристики не имеют единых стандартов. На упаковке все данные о пропеллере дублируются.

Проскальзывание винта

Процентная разница между расчетным шагом и фактическим шагом называется коэффициентом скольжения гребного винта. В действительности, сколько воды проникло за один оборот лопастей гребного винта.

Низкие обороты вызывают наибольшее проскальзывание, поскольку больше воды просачивается из ступицы пропеллера на кромку лопасти. Для уменьшения проскальзывания увеличьте диаметр гребного винта и/или соотношение дисков.

Вода устремляется в нужном направлении, а не разгоняется в стороны при ускоренном шаге винта. Поэтому винт с большим шагом более эффективен.

На скольжение влияет множество переменных, включая скорость вращения гребного винта, плотность и вязкость воды, форму корпуса лодки, передаточное число (которое определяет число оборотов) и т.д. Величина скольжения будет одинаковой для двигателей, вращающих гребной винт с одинаковой скоростью.

Шлицевая посадка винта на вал

Пропеллеры обычно устанавливаются на гребной вал с помощью шлицевой посадки.

Разные пропеллеры могут иметь разный диаметр ступицы.

Для крепления пропеллера к гребному валу используются гайка и шплинт. В настоящее время двигатели выпускают отработанные газы через ступицу гребного винта. Считается, что такой подход более эффективен. Он действует как дефлектор, создавая область разряжения, которая может увеличить мощность лодочного мотора.

Винт надежно защищен резиновым демпфером втулки, так что даже при ударе о землю он не будет поврежден. Технически возможно перепрессовать втулку с одного винта на другой, если посадочный диаметр одинаковый. Но чтобы собрать все вместе, необходимо использовать оригинальные винты.

Для того чтобы можно было устанавливать один и тот же пропеллер на различные двигатели, производители пропеллеров иногда делают втулку съемной.

Шпоночная посадка винта на вал

На небольших лодочных моторах гребной винт устанавливается на шпонку с помощью вильчатой посадки. Втулка гребного винта имеет специальные пазы, которые выполняют эту функцию. Шпонка срезается и защищает зубчатые колеса, если гребной винт наталкивается на препятствие.

В некоторых моторах под антикавитационной пластиной может находиться отдельное выхлопное отверстие. В отличие от выхлопа через пропеллер, это менее эффективно.

Материал изготовления гребного винта

Какие типы гребных винтов предлагаются

• Алюминий (AL);
• Сталь (SS);
• Пластик.

Как можно чаще используйте винты из алюминиевого сплава, поскольку они более надежны и дешевле.

Моторы мощностью 1-2 лошадиные силы оснащены пластиковыми пропеллерами.

На катерах и скоростных лодках используются стальные гребные винты. Их рекомендуется использовать на глубоководных участках, где нет препятствий в виде слипов или порогов.

Стальные пропеллеры отличаются способностью изготавливать лопасти максимально тонкой толщины. Пропеллеры из алюминия и стали имеют лопасти в три раза толще при сравнении.

Среди наиболее широко используемых типов инструментов — алюминиевые гребные винты. Лопасти пропеллера можно выпрямить прямо на берегу, если они погнуты.

Прочие характеристики гребного винта

Небольшой изгиб или выступ на задней части лопасти гребного винта называется краевым изгибом. Он позволяет гребному винту прилипать к воде и двигаться небольшими кругами.

Проскальзывание пропеллера уменьшается за счет кривизны. Наиболее важным аспектом конструкции гребного винта является малый радиус кривизны, для которого необходимо соблюдение точных размеров и отсутствие перегрузок во время работы.

Угол увода лопастей

Угол, под которым губа поворачивается по отношению к основанию, известен как угол вылета весла. Угол вылета дает возможность изменять подъем и ход лодки, а также обеспечивает отличную морскую устойчивость.

Угол втягивания выражается в градусах. Для высокоскоростных приложений, особенно с высокой установкой двигателя, лучше всего подходит большой угол. поднимает нос лодки и уменьшает смачиваемость.

При чрезмерном вращении лопастей лодка менее устойчива на воде. Двигатель испытывает меньшую нагрузку при малом угле наклона. помогает удерживать нос лодки опущенным. более типичны и адаптируемы, чем другие.

Как подобрать гребной винт

Выбрать идеальный шаг винта можно с помощью тахометра. Если двигатель вращается со скоростью 6 000 об/мин, правильно подобранный двигатель должен вращаться со скоростью от 5 800 до 6 500 об/мин.

Уменьшите шаг винта, если скорость двигателя меньше 6000 об/мин.

Лодка загружена, если двигатель вращается с большей скоростью.

При изменении шага винта на 1 дюйм в большую или меньшую сторону обороты двигателя изменяются примерно в два раза.

Соответствие гребного винта двигателю и корпусу судна позволяет провести некоторую градацию.

Большой пропеллер. Двигатель не может достичь максимальной скорости, что затрудняет планирование. Шаг должен быть уменьшен.

Гребного винта на скорость. Только в верхнем положении гидравлического подъема (также известном как «трим») при низкой нагрузке можно достичь максимальных оборотов и скорости.

Винт, который подходит всем. Двигатель создает наибольшее количество оборотов при самой легкой нагрузке, а при полной нагрузке можно продолжать полет.

Реквизит нагружен. Начинайте работать с максимальной нагрузкой. Максимальные обороты достигаются после периода входящей нагрузки и достигаются уже при средней нагрузке.

Используется слишком легкий гребной винт. Мотор вращается слишком много раз (так называемый «over-twist»), лодка быстро замедляется, и срабатывает ограничитель. Вам нужен большой винт, если есть винт с большим шагом.

Наличие дополнительного гребного винта крайне важно. В идеале пропеллер должен быть скоростного и грузового типов.

Інші статті рубрики

• 10.08.2022Вибір спорядження для плавання з дихальною трубкою Як правильно вибрати спорядження для плавання з дихальною трубкою, потрібні аксесуари для дайвінга та скелінгу, їх види та опис. На що звернути увагу, вибираючи підводну маску, дихальну трубку, гідрокостюму та ласт.
• 20.07.2022Види водних атракціонів і видів спорту, екіпування для нихВодяні атракціони та види спорту, їхні види та особливості. Що вибрати для відпочинку і відпочинку на воді для дорослих і дітей. Щоб захистити воду, потрібно екіпіювання.

Аэрация — проникновение атмосферного воздуха в воронки во время работы винта — может часто происходить на небольших судах в результате близости ГВ к поверхности воды.

Аэрация вызывает резкое снижение тяги гребного винта, что резко снижает скорость судна. Такие явления, как непреднамеренная разборка гребного винта, резкое увеличение сопротивления судна при ударах волн и повреждение рулевого механизма — все они способствуют аэрации. Многие владельцы лодок могут быть знакомы с понятием «лодки и катера».

Углубляя ось пропеллера, можно избежать аэрации. Последнее действие является наиболее успешным. В данном случае ВЧ является переменным шагом, т.е. разные секции лопастей будут иметь разный шаг поверхностей винта; поэтому для характеристики такого винта необходимо построить зависимость шага от радиуса.

Когда подвесные моторы работают почти в осевом направлении и имеют шаг 1 /D = 2-4, ВН составляет (рис. 6) При шаге 15-20% сечения при r=0,65-0,7R лопасти ведут себя плавно относительно оси. При больших шагах (H/D = 1,4) они также уменьшают или сокращают шаг в концевых сечениях лопастей. В тех же сечениях шаг иногда может быть увеличен на 15-20 %. Второй подход работает лучше.

Аэрация также влияет на суперкавитационные гребные винты. При шаге лопастей 1,6-2,0 достаточно уменьшить ход винта на 25-20%, чтобы избежать этого явления.

Наиболее эффективными гребными винтами являются двухлопастные модели, которые к тому же проще в изготовлении. Двухлопастной пропеллер подвержен вибрации при работе в нестационарном потоке, например, за обтекателем редуктора ПМ или при косом проходе над валом пропеллера. В таких условиях применяются трехлопастные гребные винты.

Условие прочности определяет толщину лезвий.

Отношение площади диска гребного винта к сумме площадей лопастей известно как «отношение диска 0»:

Диаметр лопастей винтов с малым дисковым отношением больше, чем у широких лопастей. Однако продольные участки узких лопастей для обеспечения необходимой прочности приходится делать толще, что приводит к значительным гидродинамическим потерям на профильное сопротивление. В реальной эксплуатации гребные винты с дисковым отношением менее 0,3 не используются, так как КПД падает и ГП останавливается на второй стадии кавитации. Из-за влияния наклона гребного вала кавитация более вероятна на скоростях выше 40 км/ч, особенно на судах с наклонными гребными валами. Для предотвращения кавитации соотношение дисков может быть увеличено до 0,8-2,2:1.

На диаграмме (рис. HW подвесных моторов и удильников представлены меньшими значениями =2, а все остальные типы лодок с наклонными гребными валами представлены большими значениями. Суперкавитирующие гребные винты с уникальным профилем поперечного сечения лопастей используются на скоростях более 60 км/ч.

Идеальное значение 2 для таких пропеллеров составляет от 0,3 до 0,5. По сравнению с двигателями со стандартным диаметром, КПД почти идентичен КПД винта с большей площадью лопастей. В суперкавитирующих ВН это значение не превышает 0. 7-0,8. Поскольку КПД уменьшается с увеличением ширины лопастей.

Дисковое отношение ГВ иногда приходится повышать для учета других факторов. Например, существует возможность установки ГВ под днищем лодок или в стандартной подводной части подвесного мотора. В этой ситуации необходимо увеличить передаточное число диска или шаг винта. Второе предпочтительнее, поскольку увеличение отношения шага снижает коэффициент скольжения и КПД гребного винта.

Форма лопасти

В некоторых обстоятельствах для расчета ширины лезвия можно использовать пологую кривую (рис. 2), по следующей формуле:

Иногда изменение ширины лопастей не влияет на способность винта двигаться вперед (рис. ).

Положение средней линии сечения по отношению к осевой линии определяет форму сабли, которая, в свою очередь, определяет форму клинка в плане. Смещение средней линии лопасти относительно ее оси называется саблевидной формой. Умеренная саблевидная форма лопастей не оказывает существенного влияния на гидродинамические характеристики гидродинамического двигателя, что приводит к уменьшению вибрации из-за более плавного входа в воду.

Профиль радиальных секций и их толщина вдоль являются дополнительными факторами, определяющими геометрию лопастей. Обычно указывается относительная толщина лопасти. Каков максимальный профиль профиля по отношению к ширине секции?

Максимальная толщина лезвия обычно уменьшается от 1,5 до 2 мм на конце.

Для спортивных судов HW это значение можно уменьшить до 4, а толщина кромки может быть уменьшена на 30%.

Очень важно гарантировать местную прочность лезвия в местах входа концевых участков. Толщина кромки не должна опускаться ниже 1,5 мм, даже при использовании материалов с высокой прочностью. По данным «Коммерсанта», кромки можно затачивать в пространстве шириной не более 5-8 см. По сравнению с идеальным профилем для гидравлической системы и двигателя внутреннего сгорания, такое изменение профиля лезвия несколько снижает КПД (как минимум — на 3-4%).

Профилировка сечений

Для винтокрылых машин, изготовленных из материалов с пониженными прочностными и прочностными характеристиками, а также для гребных винтов относительно тихоходных судов (табл.).

Чтобы избежать кавитации, лопасти ВН быстроходных судов (движущихся со скоростью более 45 км/ч) должны быть как можно тоньше. Выпукло-вогнутые профили (также известные как «колодцы») более эффективны при их использовании. Латунь, бронза или сталь всегда являются лучшими материалами для обеспечения прочности таких винтов.

Клиновидные пропеллеры с максимальной толщиной, смещенной к передней кромке, используются для создания лопастей суперкавитирующих пропеллеров (табл. ).

Отклонение, которое поднимает или отклоняет лопасть к корме от гипотетической плоскости гребного винта, известно как наклон образующей лопасти. Кончик лопасти полностью погруженных ГВ не наклонен. Она перпендикулярна оси гребного винта, но наклонена в сторону лопастей, которым предшествуют кронштейны гребного вала или недостаточно обтекаемые части дейдвудных труб. элементы, срывающие и неравномерно распределяющие набегающий поток. Часть лопастей, вызывающих турбулентность, отклоняется наклоном. Для того чтобы НВ имели равный угол опоры и эффективность, наклон пласта не должен превышать 15%.

Диаметр ступицы гребного винта

Обычно выбирается конструктивно, с учетом того, насколько хорошо он крепится к гребному валу. Чтобы обеспечить гладкое сопряжение поверхности ступицы с кольцевым кронштейном или обтекателем редуктора, необходимо максимально уменьшить диаметр ступицы ВГ. Не рекомендуется увеличивать диаметр ступицы d/D на 0,2, так как при таких больших размерах гребного винта КПД заметно снижается.

Что нужно знать о гребном винте

Как работает гребной винт? Гребной винт преобразует вращение вала
двигателя в упор — силу, толкающую судно вперед. При вращении винта на
поверхностях его лопастей, обращенных вперед — в сторону движения судна
(засасывающих), создается разрежение, а на обращенных назад (нагнетающих)—
повышенное давление воды. В результате разности давлений на лопастях возникает
сила Y (ее называют подъемной) Разложив силу на составляющие — одну,
направленную в сторону движения судна, а вторую перпендикулярно к нему, получим
силу Р, создающую упор гребного винта, и силу Т, образующую крутящий момент,
который преодолевается двигателем.

Упор в большой степени зависит от угла атаки a
профиля лопасти. Оптимальное значение для быстроходных катерных винтов 4—8°. Если a больше оптимальной величины, то мощность двигателя непроизводительно
затрачивается на преодоление большого крутящего момента, если же угол атаки мал,
подъемная сила и, следовательно, упор Р будут невелики, мощность двигателя
окажется недоиспользованной.

На схеме, иллюстрирующей характер взаимодействия лопасти и воды, a можно представить как угол между направлением вектора
скорости набегающего на лопасть потока W и нагнетающей поверхностью. Вектор
скорости потока W образован геометрическим сложением векторов скорости
поступательного перемещения Va винта вместе с судном и скорости вращения Vr, т. скорости перемещения лопасти в плоскости, перпендикулярной оси винта.

Винтовая поверхность лопасти. На рисунке показаны силы и скорости,
действующие в каком-то одном определенном поперечном сечении лопасти,
расположенном на каком-то определенном радиусе r гребного винта. Окружная
скорость вращения V, зависит от радиуса, на котором сечение расположено (Vr =
2× p × r× n, где n — частота вращения
винта, об/с), скорость же поступательного движения винта Va остается постоянной
для любого сечения лопасти. Таким образом, чем больше r, т. чем ближе
расположен рассматриваемый участок к концу лопасти, тем больше окружная скорость
Vr, а следовательно, и суммарная скорость W.

Так как сторона Va в треугольнике рассматриваемых скоростей остается
постоянной, то по мере удаления сечения лопасти от центра необходимо
разворачивать лопасти под большим углом к оси винта, чтобы a сохранял
оптимальную величину, т. оставался одинаковым для всех сечений. Таким
образом, получается винтовая поверхность с постоянным шагом Н. Напомним, что
шагом винта называется перемещение любой точки лопасти вдоль оси за один полный
оборот винта.

Представить сложную винтовую поверхность лопасти помогает рисунок. Лопасть
при работе винта как бы скользит по направляющим угольникам, имеющим на каждом
радиусе разную длину основания, но одинаковую высоту — шаг H, и поднимается за
один оборот на величину Н. Произведение же шага на частоту вращения (Нn)
представляет собой теоретическую скорость перемещения винта вдоль оси.

Скорость судна, скорость винта и скольжение. При движении корпус судна
увлекает за собой воду, создавая попутный поток, поэтому действительная скорость
встречи винта с водой Va всегда несколько меньше, чем фактическая скорость судна
V. У быстроходных глиссирующих мотолодок разница невелика — всего 2 — 5%, так
как их корпус скользит по воде и почти не “тянет” ее за собой. У катеров, идущих
со средней скоростью хода эта разница составляет 5—8 %, а у тихоходных
водоизмещающих глубокосидящих катеров достигает 15—20 %. Сравним теперь
теоретическую скорость винта Нn со скоростью его фактического перемещения Va
относительно потока воды.

Разность Hn — Va, называемая скольжением, и обуславливает работу по пасти
винта под углом атаки a к потоку воды, имеющему
скорость W. Отношение скольжения к теоретической скорости винта в процентах
называется относительным скольжением: s = (Hn-Va)/Hn.

Максимальной величины (100 %) скольжение достигает при работе винта на судне,
пришвартованном к берегу. Наименьшее скольжение (8—15 %) имеют винты легких
гоночных мотолодок на полном ходу; у винтов глиссирующих прогулочных мотолодок и
катеров скольжение достигает 15—25%, у тяжелых водоизмещающих катеров 20—40 %, а
у парусных яхт, имеющих вспомогательный двигатель, 50 — 70%.

Легкий или тяжелый гребной винт. Диаметр и шаг винта являются
важнейшими параметрами, от которых зависит степень использования мощности
двигателя, а следовательно, и возможность достижения наибольшей скорости хода
судна.

Каждый двигатель имеет свою так называемую внешнюю характеристику —
зависимость снимаемой с вала мощности от частоты вращения коленчатого вала при
полностью открытом дросселе карбюратора. Такая характеристика для подвесного
мотора “Вихрь”, например, показана на рисунке (кривая 1). Максимум мощности в
21,5 л, с. двигатель развивает при 5000 об/мин.

Мощность, которая поглощается на данной лодке гребным винтом в зависимости от
частоты вращения мотора, показана на этом же рисунке не одной, а тремя кривыми —
винтовыми характеристиками 2, 3 и 4, каждая из которых соответствует
определенному гребному винту, т. винту определенного шага и диаметра.

При увеличении и шага, и диаметра винта выше оптимальных значений лопасти
захватывают и отбрасывают назад слишком большое количество воды: упор при этом
возрастает, но одновременно увеличивается и потребный крутящий момент на гребном
валу. Винтовая характеристика 2 такого винта пересекается с внешней
характеристикой двигателя 1 в точке А. Это означает, что двигатель уже достиг
предельного — максимального значения крутящего момента и не в состоянии
проворачивать гребной винт с большой частотой вращения, т. не развивает
номинальную частоту вращения и соответствующую ей номинальную мощность. В данном
случае положение точки А показывает, что двигатель отдает всего 12 л. мощности вместо 22 л. Такой гребной винт называется гидродинамически
тяжелым.

Наоборот, если шаг или диаметр винта малы (кривая 4), и упор и потребный
крутящий момент будут меньше, поэтому двигатель не только легко разовьет, но и
превысит значение номинальной частоты вращения коленвала. Режим его работы будет
характеризоваться точкой С. И в этом случае мощность двигателя будет
использоваться не полностью, а работа на слишком высоких оборотах сопряжена с
опасно большим износом деталей. При этом надо подчеркнуть, что поскольку упор
винта невелик, судно не достигнет максимально возможной скорости. Такой винт
называется гидродинамически легким.

Гребной винт, позволяющий для конкретного сочетания судна и двигателя
полностью использовать мощность последнего, называется согласованным. Для
рассматриваемого примера такой согласованный винт имеет характеристику 3,
которая пересекается с внешней характеристикой двигателя в точке В,
соответствующей его максимальной мощности.

Рисунок иллюстрирует важность правильного подбора винта на примере мотолодки
«Крым» с подвесным мотором “Вихрь”, При использовании штатного винта мотора с
шагом 300 мм мотолодка с 2 чел. на борту развивает скорость 37 км/ч. С полной
нагрузкой 4 чел, скорость лодки снижается до 22 км/ч. При замене винта другим с
шагом 264 мм скорость с полной нагрузкой повышается до 32 км/ч. Наилучшие же
результаты достигаются с гребным винтом, имеющим шаговое отношение H/D = 1,0
(шаг и диаметр равны 240 мм): максимальная скорость повышается до 40—42 км/ч,
скорость с полной нагрузкой — до 38 км/ч. Несложно сделать вывод и о
существенной экономии горючего, которую можно получить с винтом уменьшенного
шага Если со штатным винтом при нагрузке 400 кг расходуется 400 г горючего на
каждый пройденный километр пути, то при установке винта с шагом 240 мм расход
горючего составит 237 г/км.

Следует заметить, что согласованных винтов для конкретного сочетания
судна и мотора существует бесконечное множество. В самом деле, винт с несколько
большим диаметром, но несколько меньшим шагом нагрузит двигатель так же, как и
винт с меньшим диаметром и большим шагом. Существует правило: при замене
согласованного с корпусом и двигателем гребного винта другим, с близкими
величинами D и H (расхождение допустимо не более 10%), требуется, чтобы сумма
этих величин для старого и нового винтов была равна.

Однако из этого множества согласованных винтов только один винт, с
конкретными значениями D и H, будет обладать наибольшим КПД. Такой винт
называется оптимальным. Целью расчёта гребного винта как раз и является
нахождение оптимальных величин диаметра и шага.

Коэффициент полезного действия. Эффективность работы гребного
винта оценивается величиной его КПД, т. отношения полезно используемой
мощности к затрачиваемой мощности двигателя.

Не вдаваясь в подробности, отметим, что главным образом КПД некавитирующего
винта зависит от относительного скольжения винта, которое в свою очередь
определяется соотношением мощности, скорости, диаметра и частоты вращения.

Максимальная величина КПД гребного винта может достигать 70 ~ 80 %, однако на
практике довольно трудно выбрать оптимальные величины основных параметров, от
которых зависит КПД: диаметра и частоты вращения. Поэтому на малых судах КПД
реальных винтов может оказаться много ниже, составлять всего 45 %.

Максимальной эффективности гребной винт достигает при относительном
скольжении 10 — 30 %. При увеличении скольжения КПД быстро падает: при работе
винта в швартовном режиме он становится равным нулю. Подобным же образом КПД
уменьшается до нуля, когда вследствие больших оборотов при малом шаге упор винта
равен нулю.

Однако следует еще учесть взаимовлияние корпуса и винта. При работе гребной
винт захватывает и отбрасывает в корму значительные массы воды, вслед ствие чего
скорость потока, обтекающего кормовую часть корпуса повышается, а давление
падает. Этому сопутствует явление засасывания, т. появление до полнительной
силы сопротивления воды движению судна по сравнению с тем, которое оно
испытывает при буксировке. Следовательно, винт должен развивать упор,
превышающий сопротивление корпуса на некоторую величину Рe = R/(1-t) кг. Здесь t
— коэффициент засасывания, величина которого зависит от скорости движения судна
и обводов корпуса в районе расположения винта. На глиссирующих катерах и
мотолодках, на которых винт расположен под сравнительно плоским днищем и не
имеет перед собой ахтерштевня, при скоростях свыше 30 км/ч t = 0,02—0,03. На
тихоходных (10—25 км/ч) лодках и катерах, на которых гребной винт установлен за
ахтерштевнем, t = 0,06—0,15.

В свою очередь и корпус судна, образуя попутный поток, уменьшает скорость
потока воды, натекающей на гребной винт. Это учитывает коэффициент попутного
потока w: Va = V (1—w) м/с. Значения w нетрудно определить по данным,
приведенным выше.

Общий пропульсивный КПД комплекса судно—двигатель—гребной винт вычисляется по
формуле:

Профиль подводного крыла — Энциклопедия по машиностроению XXL

Ранние этапы гидродинамики, на которых была построена теория движения жидкостей с большими скоростями. Об этом пишет «Российская газета». Работы Сычева по устойчивости крыловых профилей на поверхности жидкости при движении тел под водой (в том числе над водной поверхностью) и работы Чаплыгина — теория неустановившихся движений крыловых профилей при полете самолета или подводного аппарата МС-130М1 — можно отметить уже в работах Н. Жуковского по струйным течениям и волновому сопротивлению.

Один из разделов механики воды, который изучен и выполнен в наибольшей степени, — плоское безвихревое движение идеальной несжимаемой жидкости. Для данного курса пришлось полностью опустить такие важнейшие темы из этого раздела, как нестационарное движение профиля крыла. Например, спуск крыла по поверхности воды под действием давления внутри воздушного потока вокруг оси самолета, колебательные процессы над жидкостью с различной скоростью — от 0 до 10 м/с; волновые движения и импульсивные течения в тяжелой жидкости (подводный профиль); волновые движения под свободной поверхностью или разрывные движения на поверхности тяжелого тела.

В настоящее время активно разрабатываются методы создания поверхностных гравиметров телом, движущимся постепенно, с учетом нелинейности граничных условий на свободной поверхности и контуре.

Верхние пределы X для сегментных и авиационных тонких профилей, при которых крыло еще можно использовать, обычно составляют около 0,6?

Профили с острыми краями являются основными формами, используемыми для аппаратов с подводными крыльями, гребных винтов и устройств преобразования энергии. Тонкие профили были исследованы при /(0,0) в рамках изучения тонкого слоя с этим свойством. В общем случае при наличии развитой кавитации коэффициент подъемной силы уменьшается, а сопротивление увеличивается. Коэффициенты в и уменьшаются до предельных значений, соответствующих значению /С=0, по мере уменьшения параметра К. Пещеры расширяются по мере уменьшения K. Теоретически это должно продолжаться вечно при /(00). Мы смогли построить линеаризованные решения по методу Тулина для обычных профилей с малыми, но произвольными радиусами.

Гидродинамика подводных крыльев имеет существенные характеристики, согласно экспериментальным исследованиям. Например, было установлено, что вершина подводного крыла должна быть острой.