Работа гребного винта на разных режимах — Студопедия

118 Статьи

ТАБЛИЦА МАНЕВРЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Маневренные элементы судна первоначально определяют при за-
водских, и натурных испытаниях для двух водоизмещении — судна

#000000″>с полным грузом и порожнего. На основе выполненных испытаний
и дополнительных расчетов составляют информацию о маневренных элементах судна
(Резолюция ИМО № А. 601(15)
«Требования к отображению маневренной информации на судах»
). Информация состоит из двух частей:
таблицы маневренных элементов, вывешиваемой на ходовом мос-
тике; дополнительной информации, учитывающую специфику данно-
го судна и динамику влияния различных факторов на маневренные
качества судна при различных обстоятельствах плавания.

Для определения маневренных элементов могут использоваться
любые натурные и натурно-расчетные методы, обеспечивающие точ-
ность конечных результатов в пределах ±10% измеряемой величи-
ны. Натурные испытания проводят при благоприятных погодных: условиях: ветре до 4 баллов, волнении до 3 баллов, достаточной глу-
бине и без заметного течения.

Таблица маневренных элементов включает в себя инерционные
характеристики судна, элементы поворотливости, изменение осадки
судна, элементы ходкости, элементы маневра для спасения челове-
ка, упавшего за борт,

Инерционные характеристики представляют в виде линейных
графиков, построенных в постоянном масштабе расстояний и имею-
щих шкалу значений времени и скорости. Тормозной путь с перед-
них ходов на «Стоп» ограничивают моментом потери управляемо-
сти судна или конечной скоростью, равной 20% исходной. На графи-
ках показывают стрелкой наиболее вероятную сторону отклонения
судна от начального пути в процессе снижения скорости.

Информация о поворотливости приводится в виде графика и та-
блицы. График циркуляции отражает положение судна через 30°
на траекторию вправо и влево с положением руля «на борт» и «на
полборта». Аналогичная информация представляется в табличной форме, но через каждые 10° изменения начального курса в диапазо-
не 0—90°, на каждые 30° — в диапазоне 90—180°, на каждые 90° — в
диапазоне 180—360°. В нижней части таблицы помещают данные о
наибольшем диаметре циркуляции.

Элементы ходкости отражают в виде графической зависимости
скорости судна от частоты вращения гребного винта и дополняют
таблицей, где на каждое значение постоянной скорости указана час-
тота вращения гребного винта.

Увеличение осадки судна учитывается при крене и проседании, когда судно движется на ограниченной глубине с определенной ско-
ростью.

Элементы маневра для спасения человека, упавшего за борт,

font>выполняют приемом координат на правый или левый борт. В инфор-
мации указывают следующие данные для выполнения правильного маневра: угол отворота от начального курса; оперативное время
перекладки руля на противоположный борт, выхода на контркурс и
в точку начала маневра; действия судоводителя на каждом этапе
эволюции.

Все расстояния в информации о маневренных элементах приво-
дят в кабельтовах, время— в минутах, скорость — в узлах.

Дополнительная информация может включать в себя материа-
лы, учитывающие специфические особенности конкретных типов
судов, сведения о влиянии различных факторов на маневренные данные судна и др.

Таблица маневренных элементов представляет собой обязательный для каждого судна оперативный минимум данных, который может быть дополнен по усмотрению капитана судна или службой мореплавания.

Таблица должна включать:

(ППХ — стоп; ПМПХ — стоп; СПХ — стоп; МПХ — стоп; ППХ — ПЗХ; ПМПХ — ПЗХ; СПХ — ПЗХ; МПХ — ПЗХ; разгон из положения «стоп» до полного переднего хода).

Инерционные характеристики представляются в виде графиков, построенных в постоянном масштабе расстояний и имеющих шкалу значений времени и скорости.

Тормозные пути с передних ходов на «стоп» должны быть ограничены моментом потери управляемости судна или конечной скоростью, равной 20 % скорости полного хода, в зависимости от того, какая величина скорости больше.

Над графиками инерционных и тормозных путей указаны возможное направление (стрелкой) и величина (в кбт) бокового уклонения судна от линии первоначального пути и изменения курса в конце манёвра (в град. Перечисленные характеристики представляются для двух водоизмещений судна — в грузу и балласте.

В виде графика и таблицы при циркуляции ППХ на правый и левый борт в грузу и в балласте с положением руля «на борт» (35 град. ) и «на полборта» (15 — 20 град.

Информация должна содержать промежутки времени на каждые 10 град, в диапазоне изменения начального курса 0 — 90 град (на графике достаточно через 30 град), на каждые 30 град в диапазоне 90 — 180 град, на каждые 90 град в диапазоне 180 — 360 град; наибольший диаметр циркуляции; выдвиг судна по линии первоначального курса и смещение по нормали к нему; начальную, промежуточную (90 град) и конечную скорости; угол дрейфа судна на циркуляции.

Элементы ходкости. (В грузу и балласте).

Зависимость скорости судна от оборотов винта (положение ВРШ) в виде графика и таблицы через постоянный интервал в оборотах. На графиках условным знаком (цветом) выделена зона критических оборотов.

Изменение осадки судна под влиянием крена и проседания.

Left: 0. 75cm; margin-bottom: 0cm» class=»western» align=»justify»> Элементы манёвра для спасения человека упавшего за борт. (Для правого и левого бортов); угол поворота от начального курса; оперативное время перекладки руля на противоположный борт; выхода на контр курс и прихода в точку начала манёвра; соответствующие действия
(сбрасывание круга, подача команды рулевому, объявление тревоги, наблюдение за упавшим и кругом).

2 ОТХОД СУДНА ЗА ГРАНИЦУ

п/п

Наименование документа

Справка ВМП (для портнадзора в рыбном порту для рыболовных судов)

Судовые роли (заверенные капитаном порта)

Генеральная декларация

Грузовая декларация

Port clearance

Справка на валюту

Декларация судового снабжения

Копия страхового полиса экипажа

Crew’s effects declaration

Приходная генеральная декларация с отметкой таможни

Грузовая декларация с отметкой таможни «выпуск разрешен»

ОТХОД СУДНА В КАБОТАЖ

ПРИХОД ИЗ-ЗА ГРАНИЦЫ

Судовая роль

Заявление на приход

Генеральная декларация

Грузовая декларация

Справка на валюту

Декларация судовых запасов

Cargo manifest

Crew’s effects declaration

Информация о грузе для портнадзора

ПРИХОД ИЗ КАБОТАЖА

Выдаваемые Капитаном порта

Свидетельство о праве плавания под Государственным флагом России

Свидетельство о праве собственности на судно (бессрочное)

Свидетельство о минимальном составе экипажа

Свидетельство об обеспечении гражданской ответственности за ущерб от загрязнения нефтью

Судовые документы, выдаваемые органом технического надзора:

Разрешение на право пользования судовой радиостанцией

Свидетельство о безопасности грузового судна по радиотелеграфии

Свидетельство о грузовой марке (наименьшей высоте надводного борта)

Региональное свидетельство о грузовой

Судовые документы, требуемые международными конвенциями.

Свидетельство о безопасности пассажирского судна

Свидетельство о безопасности грузового судна по конструкции

Свидетельство о безопасности грузового судна по оборудованию и снабжению

Свидетельство о безопасности, грузового судна по радиотелеграфии

Свидетельство о безопасности грузового судна по радиотелефонии

Свидетельство об изъятии

Он начинается с окончания перекладки руля и заканчивается примерно после изменения курса судна на 90-120°. Установившийся, в продолжение которого координатные параметры судна
остаются неизменными. Кривая при этом приобретает форму правильной окружности, диаметр которой называется диаметром установившейся циркуляции Dц (рис. 41). Он является мерой поворотливости
судна и выражается в длинах корпуса
судна.

Циркуляция судна характеризуется:
тактическим диаметром

DT — расстоянием по прямой между
линией первоначального курса и диаметральной плоскостью судна при повороте на 180°, D = 1,1 Dц; выдвигом

11 — расстоянием между положением
центра тяжести судна в момент начала
перекладки руля и диаметральной плоскостью судна при изменении курса на
90°, l1 = 0,6 / 1,20ц; прямым смещением
l2 — расстоянием, на которое смещается центр тяжести судна от
линии первоначального курса при повороте на 90°, l2 = 0,25 + 0,5 Dц, и
обратным смещением
l³ —
расстоянием, на которое смещается центр тяжести судна от линии
первоначального курса при циркуляции в сторону, противоположную повороту, l³ ~ до 0,1 Dц.

Судно на циркуляции всегда приобретает дрейф, при этом диаметральная плоскость его располагается не по касательной к окружности
(его носовая часть всегда находится внутри циркуляции).

Угол между диаметральной плоскостью судна и касательной к циркуляции называется углом дрейфаф. Вследствие этого судно
на циркуляции занимает полосу, значительно большую, чем ширина
судна. Угол дрейфа и обратное смещение всегда надо учитывать при
производстве маневров на ограниченных акваториях.

На циркуляции уменьшается скорость судна до 35% при неизменном числе оборотов движителей и появляется крен. У водоизмещающих
судов крен возникает на тот борт, который находится с внешней стороны циркуляции, и может достигать значительной величины. Циркуляция судна характеризуется еще и своим периодом.

Этот период — промежуток времени, в течение которого судно описывает полную циркуляцию, т. от момента фактического начала поворота до момента прихода судна на первоначальный курс.

Во время плавания редко приходится производить полную циркуляцию, но ее элементы необходимо учитывать, когда предстоит менять
курс (делать поворот судна).

При графическом счислении учитывают величину тактического
диаметра циркуляции Dт или ее радиус

Определение элементов циркуляции

Элементы циркуляции обычно определяют в период ходовых сдаточных испытаний на трех основных скоростях (полной, средней и малой) переднего хода и при перекладке руля на 15° и «на борт» (на предельный угол) в обе стороны для судов с одним и тремя винтами и в
одну — для судов с двумя и четырьмя винтами.

Существует несколько способов определения элементов циркуляции. Наиболее распространенными из них являются: способ подвижного базиса; по двум горизонтальным углам; по створу и
горизонтальным углам.

118-2800056

Способ подвижного базиса
заключается в следующем. В районе испытаний устанавливается буй. На судне на известном расстоянии друг от друга (назовем его базисом) находятся два наблюдателя с
секстанами (один в носовой
части, а другой на корме). Судно идет на некотором
расстоянии от буя на заданной скорости, и по команде
руководителя испытаний, обычно через 20-25 сек с момента перекладки руля, наблюдатели одновременно измеряют углы между
диаметральной плоскостью и буем, в этот же момент замечается курс
по компасу. Затем на планшете строят графики изменения величин углов (курсовых и курса судна) по времени.

На рис. 42 показано построение положения судна при циркуляции
в первый момент наблюдения. Точка О — место положения буя, линия N0 — меридиан. В соответствии с курсом судна КК в момент первого наблюдения проводим линию I через точку О и на этой линии в
точке О строим курсовые углы КУa1 И КУв1, измеренные наблюдателями. Затем откладываем отрезок ОС, в масштабе равный базису.

Потом из точки С проводим линию CP , параллельную ОД. Далее из
точки пересечения линий CF с ОЕ проводим линию II, параллельную линии курса, до пересечения с ОД. Положение отрезка АВ и
будет соответствовать положению диаметральной плоскости судна на
циркуляции в первый момент наблюдений. Если произвести такие построения в каждый момент наблюдений — от начала маневра до поворота на обратный курс, то можно вычертить циркуляцию, произвести
определение величины ее диаметра, ширины полосы, занимаемой судном на циркуляции, угла дрейфа и т. Угол крена определяется по
кренометру.

По двум горизонтальным углам
элементы циркуляции можно определять в районе, где имеются хорошо видимые с
судна три ориентира. При этом их расположение должно быть таким,
чтобы измеряемые с судна на циркуляции углы между средним и крайними ориентирами изменялись в пределах не менее 30° и не более 150°.

Судно должно идти на заданной скорости. С момента перекладки
руля через каждые 20-25 сек два наблюдателя по команде одновременно измеряют секстанами горизонтальные углы (рис. 43, а) между предметами АВ (а) и ВС(b). Затем на карте большого масштаба или на плане наносят все обсервованные точки от начала выхода на циркуляцию
до поворота судна на обратный курс (Р1, Р2 и т. ) и через них проводят плавную кривую, которая и будет циркуляцией. Далее определяют диаметр циркуляции и другие ее элементы.

119-8841335

По створу и горизонтальным углам
можно
определить лишь величину тактического диаметра циркуляции DT. Для этого необходимо иметь створ (рис. 43, б) и еще ориентир, расположенный перпендикулярно линии створа на известном расстоянии
l. Судно должно подойти к линии створа на установившейся скорости курсом, перепендикулярным ей. В момент пересечения створа перекладывают руль на установленный угол, включают секундомер и
измеряют угол а1 между линией створа и ориентиром Е. С приходом
судна обратным курсом на линию-створа останавливают секундомер,
измеряют угол а2 между линией створа и ориентиром Е.

Расчет величины тактического диаметра получают из выражения

Точность рассчитанной величины DT будет зависеть от точности
измеренных углов и расстояния l.

Время, отсчитанное по секундомеру, даст продолжительность
полупериода циркуляции
, т. время, затраченное судном при повороте на 180°.

Таблица циркуляции

Предположим, что на судне, идущем курсом АК1 (рис. 44), в точке В переложили руль на правый борт и оно, описав дугу S, в точке С
легло на новый курс СК2 Дугу S примем за дугу окружности, центр
которой расположен в точке О. Соединив точки В, Е и С с центром циркуляции О, получим две пары симметрично расположенных прямоугольных треугольников EBF = ECF
и ВОЕ = СОЕ, из которых получим

121-6663475

122-1132808

124-1570685

Когда радиус циркуляции Rц и угол поворота а известны, то по
формулам (31) и (32) можно рассчитать длину d промежуточного курса
(ИК cp) и расстояние d1 до точки пересечения нового курса с первоначальным.

Кроме этих величин, на практике встречается необходимость знать
длину пути (дуги) поворота S и время поворота. Для расчета S пользуются формулой

127-7784021

Для расчета времени поворота Т на заданный угол пользуются формулой

Для ускорения графических построений на карте, связанных с расчетами длины пути поворота S, времени поворота Г, угла поворота на

Промежуточный курс α/2 длины d промежуточного курса и расстояния
d1 при углах поворота до 150° заранее составляют таблицы циркуляции. Они составляются для разных углов перекладки руля, скоростей
хода и загрузки судна (в грузу и порожнем).

Образец такой таблицы для угла перекладки руля на 15° при скорости 10 узлов, D T = 3 кбт, Т 180 = 4 мин представлен табл. Для
углов поворота более 150° такие таблицы не составляют, так как величина d1 становится слишком большой (d1 = RЦ t g a/2, a tgl80°=~). промежуточный курс длины d промежуточного курса и расстояния

Таблица 4

129-7532061

Табл. 30 (МТ-63) дает возможность по величинам Rц и T 180 выбрать для различных углов поюрота на новый курс а элементы циркуляции: S, d, d 1 T.

Приемы учета циркуляции

Моменты поворота судна для изменения курса обычно заранее рассчитывают и повороты выполняют: на траверзе какого-либо маяка или
знака; на пересечении секущего створа; по приходе на линию заранее
выбранного пеленга какого-либо ориентира; по показанию лагом заранее рассчитанного отсчета или по заранее рассчитанному моменту
времени по часам.

Во всех случаях для намеченного момента поворота обязательно
рассчитываются ожидаемые показания лага и время по часам. Если
окажется, что фактическое показание лага или время по часам разойдутся с заранее рассчитанными, то необходимо сразу же отыскать
ошибку в расчетах.

Определив момент поворота, подают команду рулевому, замечают отсчет лага и время по часам. Затем на карте масштаба 1:500 000
и крупнее выполняют необходимые графические построения для нанесения циркуляции. При плавании вдали от берегов элементы циркуляции учитывают только при частых изменениях курса и при поворотах на угол более 30°.

Для расчета угла поворота а пользуются следующими формулами:
при повороте вправо

а при повороте влево

Элементы циркуляции можно учитывать, пользуясь табличным или
графическим приемами.

Табличный прием. Пусть судно следует курсом ИК1 и в точке А
(рис. 45, а) делают поворот. Из этой точки под углом a/2 к ИК1 проводят линию промежуточного курса, на которой откладывают величину
d, выбранную из табл. 30 (МТ-63). Точка В укажет конец поворота. Из этой точки проводят новый курс ИК2.

132-1627852

В том случае, когда точка поворота А (рис. 45, б) на новый курс
неизвестна, поступают следующим образом. От точки О (точки пересечения курсов) откладывают расстояние dl9 выбранное из табл. 30
(МТ-63) в обратную сторону по ИК1 и по ИК2. Полученные точки А
и В покажут соответственно начало и конец поворота. Если угол а > 150°, то предварительно вычисляют промежуточный истинный курс по формуле

После этого из произвольной точки F на линии ИК1 (рис. 45, в) проводят линию ИКср и от той же точки на этой линии откладывают отрезок FG = d. Затем прокладывают линию нового курса на таком расстоянии от линии первоначального курса, чтобы между ними выше точки F можно было вместить отрезок, равный по величине d. Из точки G
проводят параллельную ИКг, которая в пересечении с линией ИК2
даст точку В — точку конца поворота на новый курс, а засечка из
точки В циркулем с раствором, равным d, даст на линии ИК1 точку на-
чала поворота А. В этих случаях кривые циркуляции (дуги) обычно
не проводят, за исключением случаев плавания в узкостях, шхерах
я т.

Графический прием. Предположим, что судно следует ИК1 (рис. 46, а), а от точки начала поворота А ложится на новый курс. Из этой
точки восстанавливаем перпендикуляр к линии ИК1 в сторону поворота
и на перпендикуляре отложим расстояние RЦ, равное радиусу циркуляции в масштабе карты. Из полученной точки О как из центра радиусом OA описываем дугу АВ». К этой дуге проводим касательную,
соответствующую линии ИК2, точка касания В будет являться точкой конца поворота.

134-2595422

В случаях, когда точки начала и конца поворота неизвестны, поступают следующим образом. Прокладывают линию ИК2 посредине
фарватера или по линии створа (рис. 46, б), на который должно лечь
судно после поворота. Затем в произвольных точках на линиях ИК1
и ИК2 (точки А1 и В2) восстанавливают перпендикуляры, на которых
откладывают расстояния, равные радиусу циркуляции RЦ. От полученных точек О1 и О2 проводят линии, параллельные линиям курсов. Из точки пересечения этих линий (точки О) как из центра радиусом,
равным О1А1 (02B1), описывают дугу; точки касания А и В с линиями
истинных курсов укажут начало и конец поворота.

Под
поворотливостью
судна
подразумевается
его
способность
изменять
направление
движения
под
воздействием
руля
(средств
управления)
и
двигаться
по
траектории
данной
кривизны.

Движение
судна
с
переложенным
рулём
по
криволинейной
траектории
называют
циркуляцией.

Циркуляция судна разделяется на три периода: маневренный

, равный времени перекладки руля; эволюционный

— с момента окончания перекладки руля до момента когда линейная и угловая скорость судна приобретают установившиеся значения; установившийся

— от окончания эволюционного периода и до тех пор, пока руль остаётся в переложенном положении.

image002-2979600

Чёткую границу между эволюционным периодом и установившейся циркуляцией обозначить невозможно, так как изменение элементов движения затухает постепенно. Условно можно считать, что после поворота на 160 — 180 О движение приобретает характер, близкий к установившемуся. Таким образом, практическое маневрирование судна происходит всегда при неустановившемся режиме.

Элементы циркуляции при маневрировании удобнее выражать в безразмерном виде — в длинах корпуса:

циркуляция судно руль маневрирование

L

1

= L 1 /L; L

2

= L 2 /L; L

3

= L 3 /L; D

T

= D T /L; D

уст

= D уст /L,

в
таком
виде
легче
сравнивать
между
собой
поворотливость
различных
судов. Чем
меньше
безразмерная
величина,
тем
лучше
поворотливость.

Элементы циркуляции обычного транспортного судна для данного угла перекладки руля практически не зависят от начальной скорости при установившемся режиме работы двигателя. Однако, если при перекладке руля увеличить обороты винта, то судно совершит поворот более крутой. Чем при неизменяемом режиме главного двигателя.

Определение элементов циркуляции из натуральных наблюдений

При выполнении циркуляции можно определить её элементы, если произвести последовательные определения места судна по каким-либо ориентирам через небольшие интервалы времени (15 — 30 с. В момент каждой обсервации записывают измеряемые навигационные параметры и курс судна. Нанеся обсервованные точки на планшет и соединив, их плавной кривой, получают траекторию судна. С которой в принятом масштабе снимают элементы циркуляции.

Определения места судна можно получить по пеленгу и дистанциям свободноплавающего ориентира, например плотика. При таком способе автоматически исключается влияние неизвестного течения, а также не требуется специального полигона.

Под поворотливостью судна подразумевается его способность изменять направление движения под воздействием руля (средств управления) и двигаться по траектории данной кривизны. Движение судна с переложенным рулем по криволинейной траектории наз. циркуляцией. (Разные точки корпуса судна во время циркуляции движутся по разным траекториям, поэтому, если специально не оговаривается, под траекторией судна -подразумевается траектория его ЦТ

При таком движении нос судна (рис. 1) направлен внутрь циркуляции, а угол а 0 между касательной к траектории ЦТ и диаметральной плоскостью (ДП) наз. угломдрейфа на циркуляции.

Центр кривизны данного участка траектории наз. центром циркуляции (ЦЦ), а расстояние от ЦЦ до ЦТ (точка О) —
радиусом циркуляции.

На рис. 1 видно, что различные точки по длине судна движутся по траекториям с разными радиусами кривизны при общем ЦЦ и имеют разные углы дрейфа. Для точки, рас­положенной в кормовой оконечности, радиус циркуляции и угол дрейфа — максимальны. На ДП
судна имеется особая точка-полюс поворота
(ПП), которой угол дрейфа равен нулю, Положение ПП, определяемое перпендикуляром, опущенным из ЦЦ на ДП, сме­щено от ЦТ по ДП в нос приблизительно на 0,4 длины судна; величина такого смещения на различных судах изменяется в небольших пределах. Для точек на ДП, расположенных по разные стороны от ПП, углы дрейфа имеют противоположные знаки. Угловая скорость судна в процессе циркуляции сначала быстро возрастает, достигает максимума, а затем, по мере смещения точки приложения силы Y o в сторону кормы, несколько снижается. Когда моменты сил Р у иY o уравновесят друг друга, угловая скорость приобретает установившееся значение.

Циркуляция судна разделяется на тря периода: маневренный, равный времени перекладки руля; эволюционный — с момента окончания перекладки руля до момента, когда линей­ная и угловая скорости судна приобретают установившиеся значения; установившийся — от окончания эволюционного периода и до тех пор, пока руль остается в переложенном положении. Элементами, характеризующими типичную циркуляцию, являются (рис. 2):

Выдвиг l 1 — расстояние, на которое перемещается ЦТ судна в направлении первона­чального курса с момента перекладки руля до изменения курса на 90°;

Прямое смещение l 2 — расстояние от линии первоначального курса до ЦТ судна в момент, когда его курс изменился на 90°;

Обратное смещение l 3 — расстояние, на которое под влиянием боковой силы руля ЦТ судна смещается от линии первоначального курса в сторону, обратную направлению поворота;

Тактический диаметр циркуляции D T — кратчайшее расстояние между ДП судна в начале поворота а ее положением в момент изменения курса на 180°;

Диаметр установившейся циркуляции D уст — расстояние между положениями ДП судна для двух последовательных курсов, отличающихся на 180°, при установившемся дви­жении.

Четкую границу между эволюционным периодом и установившейся циркуляцией обозна­чить невозможно, так как изменение элементов движения затухает постепенно. Условно можно считать, что после поворота на 160-180° движение приобретает характер, близкий кустановившемуся. Таким образом, практическое маневрирование судна происходит всегда при неустановившемся режиме.

в таком виде легче сравнивать между собой поворотливость различных судов. Чем меньше безразмерная величина, тем лучше поворотливость.

Элементы циркуляции обычного транспортного судна для данного угла перекладки руля практически не зависят от начальной скорости при установившемся режиме работы двигателя. Однако, если при перекладке руля увеличить обороты винта, то судно совершит поворот более крутой,
чем при неизменяемом режиме главного двигателя (ГД).

Прилагается два рисунка.

Кинематические характеристики гребного винта.

Работа гребного
винта в жидкости определяется двумя
одно­временными и независимыми
движениями: поступательным вдоль оси
со скоростью
и вращением
вокруг этой же оси с угловой скоростью

,
где
— частота вращения. Если бы винт вращался
в твердой среде, как болт в гайке, то за
один оборот он прошел бы в осевом
направлении путь, равный условному
геометрическому шагу винта. В жидкости винт пройдет за один оборот
расстояние, меньшее шага,
это расстояние называетсяабсолютной;
или линейной
поступью винта. Линейная поступь связана со скоростью
и периодом
(временем, за которое винт совершает
один оборот) соотношением.

Относительная
поступь — отношение линейной поступи к
диаметру винта, это — основная
безразмерная кинематическая характеристика
гребного винта, определяющая
режим его работы в жидкости:.

Жидкость приобретает
вызванные, или индуктивные, скорости,
которые приводят к ускорению потока за
гребным винтом, закручиванию струи, а
также уменьшению ее поперечного сечения. Составляющие скорости — осевая
,окружная
,
радиальная.

Разность
называетсяскольжением
винта. Оно
определяет, насколько отстает винт при
своем перемещении в жидкости от
перемещения винта в твердой среде. Скольжение, выраженное в долях от шага,
называют относительным
скольжением

Гидродинамические характеристики гребного винта.

Согласно лопастной
теории силы и моменты, действующие на
винт, получаются суммированием
элементарных сил и моментов, возникающих
на элементах его лопастей, отсекаемыми
соосными цилиндрами с зазором. Гидродинамические характеристики
элемента крыла определяютсябезразмерными
коэффициентами подъемной силы

и силы
сопротивления
,

где
-площадь
элемента крыла,
— скорость его обтекания,— подъемная сила и сила профильного
сопротивления.

Безразмерные
коэффициенты
— функции угла атаки. Направление потока,
при котором-направление
нулевой подъемной силы (ННПС). Угол между вектором скорости набегающего
потока и ННПС называют гидродинамическим
углом атаки.

Упор элемента
лопасти создается в результате действия
его подъемной силы, а профильное
сопротивление уменьшает упор и увеличивает
окружную составляющую силу, а следовательно,
и потребный момент на валу гребного
винта.

Упор винта
и моментопределяются интегрированием в пределах
длины лопасти по радиусу и умножением
на число лопастей.

Коэффициенты упора
и момента ,.

Мощность, необходимая
для вращения винта.

Коэффициент
полезного действия (КПД)
винта (отношение полезной мощности к
затраченной).

Безразмерные
гидродинамические характеристики
в функции относительной поступи,
называются кривыми действия винта, по
ним определяют упор и момент винта при
различных режимах его работы.

Гидродинамическое взаимодействие винта и корпуса судна.

Гидродинамические
поля, создаваемые движителем и корпусом
судна, взаимно влияют друг на друга. Движитель изменяет поле скоростей и
давлений на корпусе, поэтому сопротивление
судна при работающем движителе не равно
сопротивлению буксируемого судна.

Приближенно винт
считается изолированным, но работающим
в потоке, создаваемом корпусом буксируемого
судна, а набегающий на корпус поток
считается измененным действием движителя

При движении
корпуса судна в жидкости за его кормой
возникает течение жидкости, направленное
в сторону движения судна — попутный
поток. Его составляющие:

потенциальный
попутный поток определяется полем
скоростей корпуса за пределами
пограничного слоя (сохраняется и в
невязкой жидкости). ; cкорость
определяется формулой
,
где

— скоростьпопутного
потока вытеснения;

— скорость волнового попутного потока.

Вязкостный
попутный поток: погранслой на поверхности
судна приводит к перераспределению
скоростей; скорость.

Попутный поток
определяют в диске движителя. Попутный
поток, определенный в отсутствие
движителя, называется номинальным.

Коэффициент
попутного потока.

Для морских
транспортных судов определяющей является
вязкостная составляющая.

Коэффициент
попутного потока считается положительным,
если попутный поток в среднем направлен
в сторону движения судна. Попутный поток
вытеснения и вязкостный попутный поток
всегда положительны. Волновой же попутный
поток может быть как положительным, так
и отрицательным. Если гребной винт
расположен под вершиной волны, образующейся
при движении судна, то волновой попутный
поток будет положительным, а если винт
расположен под подошвой волны, то
отрицательным.

Движитель,
работающий за корпусом судна, изменяет
его номинальный попутный поток. Попутный
поток за судном, возникающий при
работающем движителе, называют эффективным
попутным потоком.

Скорость эффективного
потока равна разности скорости протекания
жидкости через движитель при его работе
за корпусом и при отсутствии корпуса. Для
судов небольшой полноты и при малых
нагрузках движителя осредненные по
диску значения номинального и эффективного
попутного потока близки. У полнообводных
судов в условиях срыва погранслоя при
больших коэффициентах нагрузки винт
сильно влияет на попутный поток, особенно
на вязкостную составляющую.

При выборе элементов
винта в качестве расчетной скорости
принимают скорость судна,
уменьшенную на величину расчетной
скорости попутного потока

img-oolruk-2462928

где
— коэффициент расчетного попутного
потока, определяется экспериментально.

Под коэффициентом
расчетного попутного потока понимают
коэффициент попутного потока, определенный
из условия эквивалентности работы
движителя за корпусом и в свободной
воде, т. при условии равенства упоров
и равенства потребляемой мощности.

Движитель,
работающий вблизи корпуса судна,
увеличивает скорость обтекания его
кормовой оконечности, вызывая понижение
давления на поверхности этой части
корпуса. Это приводит к увеличению его
сопротивления. Эта дополнительная сила
называется силой засасывания. Таким образом, движитель должен развить
упор, который превышает полезную тягу,
необходимую для буксирования судна, на
величину силы засасывания:,
где- полезная тяга комплекса движитель —
судно, она численно равна буксировочному
сопротивлению судна,
приходящемуся на один движитель.

Отношение силы
засасывания к упору движителя называется
коэффициентом засасывания ,
где— коэффициент полезной тяги,— коэффициент упора.

Сила засасывания
вызывается не только перераспределением
давлений на поверхности корпуса судна
в корме, но и перераспределением скоростей
в его пограничном слое. В результате
изменяется вязкостная составляющая
сопротивления воды движению судна, и
появляется силы засасывания вязкостной
природы. Кроме того, волнообразование,
возникающее при движении судна с
работающим гребным винтом, вызывает
появление силы засасывания волновой
природы. Поэтому, так как волновая и
вязкостная составляющие малы, получается.

Эффективность
преобразования подводимой к движителю
мощности в полезную тягу характеризуется
пропульсивным коэффициентом ,

где
— упор винта при его работе за корпусом
судна. — момент сопротивления вращению
движителя при его работе за корпусом.

КПД винта,
работающего за корпусом судна ,

где
и- значения коэффициентов упора и момента
винта при его работе за корпусом. Считается, чтопри равных значениях относительной
поступи,
а,
где-
коэффициент влияния неравномерности
поля скоростей на величину момента. Полученные выражения позволяют для
проектирования винтов, работающих за
корпусом, и для определения их эффективности
использовать результаты испытаний
моделей винтов в свободной воде, а
влияние корпуса учитывать с помощью
коэффициентов взаимодействия.

Что надо знать о гребном винте?

Как работает гребной винт? Гребной винт (рисунок 1) 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.

Рисунок 1. Схема сил и скоростей на лопасти винта (правого вращения)

Упор в большой степени зависит от угла атаки α профиля лопасти. Оптимальное значение α, для быстроходных
катерных винтов 4-8°. Если α 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, α 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 1 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 vr зависит от радиуса, на котором сечение
расположено (vr — 2πrn, где n — частота вращения винта, об/с). Скорость же поступательного движения
винта va остается постоянной для любого сечения лопасти. Таким образом, чей 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 α сохранял
оптимальную неличину, 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 2. Лопасть при работе винта как бы скользит по
направляющим угольникам, имеющим на каждом радиусе разную длину основания, по одинаковую высоту — шаг Н, и поднимается
за один оборот на величину Н. Произведение же шага на частоту вращения (H*n) представляет собой теоретическую
скорость перемещения винта вдоль оси.

Рисунок 2. Винтовая поверхность лопасти (а) и шаговые угольники (б)

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 водоизменшющих глубокосидящих катеров
достигает 15-20%. Сравним теперь теоретическую скорость винта H*n со скоростью его фактического
перемещения va относительно потока воды (рисунок 3). Пусть это будет «Казанка», идущая под
мотором «Вихрь» со скоростью 42 км/ч = (11,7 м/с). Скорость натекания воды да винт окажется на 5% меньше:

H*n-va=(1-0. 05)*11. 7=11. 1м/с

Гребной винт на «Вихре» имеет шаг Н=0. 3 м и частоту вращения n=2800/60=46. 7 об/с. Теоретическая скорость винта:

H*n=0. 3*46. 7=14 м/с.

Таким образом, мы получаем разность

H*n-va=14-11. 1=2. 9м/с.

Эта величина, называемая скольжением, и обуславливает работу лопасти винта под углом
атаки α к потоку воды, имеющему скорость W. Отношение скольжения к теоретической скорости винта в процентах
называется относительным скольжением. В нашем примере оно равно

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%.

Рисунок 3. Соотношение скорости лодки и осевой скорости винта.

Коэффициент полезного действия. Эффективность работы гребного винта оценивается величиной его КПД,
т. отношения полезно используемой мощности к затрачиваемой мощности двигателя. Полезная мощность или ежесекундное
количество работы, используемой непосредственно для движения судна вперед, равно произведению сопротивления
воды R движению судна на его скорость V (Nп=RV кгсм/с).

Мощность, затрачиваемую на вращение гребного винта, можно выразить в виде зависимости Nз от крутящего
момента М и частоты вращения n

Nз=2π*n*M кгсм/с.

Следовательно, КПД можно вычислить следующим образом:

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.

Таким образом, полезная мощность с учетом взаимовлияния корпуса и винта равна

а общий пропульсивный КПД комплекса судно-двигатель-гребной винт вычисляется по формуле:

Здесь ηp — КПД винта; ηk — коэффициент влияния корпуса;
ηM — КПД валопровода и реверс-редукторной передачи.

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.

Коэффициент влияния корпуса нередко оказывается больше единицы (1. 1-1. 15), а потери в валопроводе оцениваются
величиной ηM=0. 9÷0.

Диаметр и шаг винта. Элементы гребного винта для конкретного судна можно рассчитать,
лишь располагая кривой сопротивления воды движению данного судна, внешней характеристикой двигателя и расчетными
диаграммами, полученными по результатам модельных испытаний гребных винтов, имеющих определенные параметры и форму
лопастей. Для предварительного определения диаметра винта можно воспользоваться формулой

где N — мощность, подводимая к винту, с учетом потерь в редукторе и валопроводе, л. ;
n — частота вращения гребного вала, об/с; va — скорость встречи винта с водой,
определенная с учетом коэффициента попутного потока w.

Диаметр гребных винтов, полученный как по приближенной формуле, так и с помощью точных расчетов,
обычно увеличивают примерно на 5% с тем, чтобы получить заведомо тяжелый винт и добиться его согласованности
с двигателем при последующих испытаниях судна. Для «облегчения» винта его постепенно подрезают по диаметру
до получения номинальных оборотов двигателя при расчетной скорости.

Шаг винта можно ориентировочно определить, зная величину относительного скольжения s для данного типа судна
и ожидаемую скорость лодки:

Оптимальная величина скольжения для винтов, имеющих шаговое отношение H/D<1. 2 составляет s=0. 14÷0. 16;
для винтов имеющих H/D>1. 2, s=0. 12÷0. При выборе шагового отношения H/D можно руководствоваться следующими
рекомендациями. Для легких быстроходных лодок требуются винты с большим шагом или шаговым отношением H/D, для тяжелых
и тихоходных — с меньшим. При обычно применяемых двигателях с номинальной частотой вращения 1500-5000 об/мин оптимальное
шаговое отношение H/D составляет: для гоночных мотолодок и глиссеров — 0. 9÷1. 5; легких прогулочных
катеров — 0. 8÷1. 2; водоизмещающих катеров — 0. 6÷3-1. 0 и очень тяжелых тихоходных
катеров — 0,55÷0. Следует иметь в виду, что эта значения справедливы, если гребной вал делает
примерно 1000 об/мин из расчета на каждые 15 км/ч скорости лодки; при иной частоте вращения вала необходимо
применять редуктор.

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 4 (кривая 1). Максимум мощности в 21. 5 л. двигатель развивает
при 5000 об/мин.

Рисунок 4. Внешняя и винтовая характеристики мотора «Вихрь».

Мощность, которая поглощается на данной лодке гребным винтом в зависимости от частоты вращения мотора,
показана на рисунке 4 не одной, а тремя кривыми — винтовыми характеристиками 2, З 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 A. 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
двнгатель 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.

Для каждого конкретного сочетания судна и двигателя существует оптимальный гребной винт. Для рассматриваемого примера такой оптимальный винт имеет характеристику 3, которая пересекается с внешней
характеристикой двигателя в точке В, соответствующей его максимальной мощности.

Рисунок 5 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. Оптимальные 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.

Рисунок 5. Зависимость скорости мотолодки «Крым» от нагрузки и шага гребного винта
мотора «Вихрь» мощностью 14. 8 кВт (20 л

На следующем рисунке представлен теоретический чертеж для изготовления «грузовых» гребных винтов для моторов
семейства «Вихрь» с шагом 240 и 264 мм. Эти винты имеют саблевидные лопасти со значительным наклоном к оси винта. Профиль поперечного сечения лопасти — переменный. У концов лопастей использован сегментный профиль,
к ступице он постепенно переходит в авиационный, Для повышения КПД шаг винтов принят переменным по
радиусу (данные для построения шаговых угольников приведены на рисунке 6 и в таблице 1.

pic06-1472681

Рисунок 6. Построение шаговых угольников (а) и кривые изменения кромчатого шага лопасти (б).

У подвесных моторов изменение шага гребного винта — практически единственная возможность согласовать работу
винта с двигателем, так как размеры корпуса редуктора ограничивают максимальный диаметр винта, который может
быть установлен на моторе. В некоторой степени винт можно «облегчить», если его подрезать по диаметру, однако
оптимальным вариантом является применение сменных винтов с различным шаговым отношением.

Численные рекомендации для наиболее популярных моторов мощностью 14-18 кВт (20-25 л. ) могут быть следующие. Штатные винты, имеющие H=280÷300 мм, дают оптимальные результаты на сравнительно плоскодонных лодках с массой
корпуса до 150 кг и нагрузкой 1-2 чел. На еще более легкой лодке массой до 100 кг можно получить прирост скорости
за счет увеличения H на 8-12%.

На более тяжелых глиссирующих корпусах, на лодках, имеющих большую килеватость днища и при большой
нагрузке (4-5 чел. ), шаг винта может быть уменьшен на 10-15 % (до 240-220 мм), но использовать такой винт при поездке
без пассажиров с малой нагрузкой не рекомендуется: двигатель будет «перекручивать обороты» и быстро выйдет из строя.

При установке подвесного мотора на тихоходной водоизмещающей шлюпке рекомендуется применять трех- и четырех
лопастные винты с соотношением H/D не менее 0. 7; при этом ширину лопасти и профиль ее поперечного сечения
сохраняют такими же, как и на штатном винте мотора.

При замене согласованного с корпусом и двигателем гребного винта другим, с близкими величинами D и H (расхождение
должно быть не более 10%), требуется, чтобы сумма этих величин для старого и нового винтов была равна.

Кавитация и особенности геометрии гребных винтов малых судов. Высокие скорости движения
мотолодок и катеров и частота вращения винтов становятся причиной кавитации — вскипания воды и образований
в области разрежения на засасывающей стороне лопасти. В начальной стадии кавитации эти пузырьки невелики и на работе
винта практически не сказываются. Однако когда эти пузырьки лопаются, создаются огромные местные давления,
отчего поверхность лопасти выкрашивается. При длительной работе кавитирующего винта такие эрозионные разрушения
могут быть настолько значительными, что эффективность винта снизится.

При дальнейшем повышении скорости наступает вторая стадия кавитации. Сплошная полость — каверна, захватывает всю
лопасть и даже может замыкаться за ее пределами. Развиваемый винтом упор падает из-за резкого увеличения лобового
сопротивления и искажения формы лопастей.

Кавитацию винта можно обнаружить по тому, что скорость лодки перестает расти,
несмотря на дальнейшее повышение частоты вращения. Гребной винт при этом издает специфический шум, иа корпус
передается вибрация, лодка движется скачками.

Степень разрежения на лопасти, а следовательно, и момент наступления кавитации зависят прежде всего от скорости
потока, набегающего на лопасть. Напомним, что эта скорость является геометрической суммой окружной
скорости vr=π*D*n к поступательной va. Замечено, что на катерных гребных винтах кавитация
вступает во вторую стадию, когда окружная скорость на конце лопасти достигает значения 3500 м/мин. Это означает, например, что гребной винт диаметром 300 мм будет иметь при этом частоту вращения

а винт диаметром 0. 4 м — около 2800 об/мин.

Момент наступления кавитации зависит не только от частоты вращения, но и от ряда других параметров. Так, чем меньше площадь лопастей, больше толщина их профиля и ближе к ватерлинии расположен винт,
тем при меньшей частоте вращения, т. раньше наступает кавитация. Появлению кавитации способствует также большой угол
наклона гребного вала, дефекты лопастей — изгиб, некачественная поверхность.

В качестве характеристики винта принимается рабочая, или спрямленная, площадь лопастей. При ее вычислении
принимается ширина лопасти, замеренная на нагнетающей поверхности по длине дуги окружности на данном радиусе,
проведенном из центра винта. В характеристике винта указывается обычно не сама спрямленная площадь лопастей А,
а ее отношение к площади Ad сплошного диска такого же, как винт, диаметра, т. A/Ad. На винтах заводского
изготовления величина дискового отношения выбита на ступице.

Для винтов, работающих в докавитационном режиме, дисковое отношение принимают в пределах 0. 3-0. У сильно нагруженных винтов на быстроходных катерах с мощными высокосборотнымн двигателями A/Ad увеличивается
до 0. 6-1. Большое дисковое отношение необходимо и при изготовлении винтов из материалов с низкой прочностью,
например, из силумина или стеклопластика. В этом случае предпочтительнее сделать лопасти шире,
чем увеличить их толщину.

Гребные винты катеров имеют обычно большую частоту вращения, поэтому вследствие больших центробежных скоростей
происходит перетекание воды по лопастям в радиальном направлении, что отрицательно сказывается на КПД винта. Для уменьшения этого эффекта лопастям придают значительный наклон в корму — от 10 до 15°.

В большинстве случаев лопастям винтов придается небольшая саблевидность — линия середин сечений лопасти выполняется
криволинейной с выпуклостью, направленной по ходу вращения винта. Такие винты благодаря более плавному входу лопастей
в воду отличаются меньшей вибрацией лопастей, в меньшей степени подвержены кавитации и имеют повышенную прочность
входящих кромок.

Наибольшее распространение среди винтов малых судов получил сегментный плоско-выпуклый профиль. Лопасти винтов быстроходных мотолодок и катеров, рассчитанных на скорость свыше 40 км/ч, приходится выполнять
возможно более тонкими с тем, чтобы предотвратить кавитацию. Для повышения эффективности в этих случаях целесообразен
выпукло-вогнутый профиль («луночка»). Стрелка вогнутости профиля принимается равной около 2% хорды сечения,
а относительная толщина сегментного профиля (отношение толщины t к хорде b на расчетном радиусе винта,
равном 0. 6R) принимается обычно в пределах t/b=0. 04÷0. Ординаты профилей лопастей некавитирующих винтов
приведены в таблице 2.

ПРИМЕЧАНИЕ: x/b — относительный абсциссы отвходящей кромки ГВ, % хорды сечения лопасти;
Yн — относительная ордината нагнетающей поверхности лопасти, % макс. стрелки вогнутости ƒ;
Yз — относительная ордината засасывающей поверхности лопасти, % макс. расчётной толщины профиля t

Для суперкавитнрующих винтов гоночных судов применяют клиновидный профиль с тупой выходящей кромкой.

Двухлопастной гребной винт обладает более высоким КПД, чем трехлопастной, однако при большом дисковом отношении
весьма трудно обеспечить необходимую прочность лопасти такого винта. Поэтому наибольшее распространение на малых
судах получили трехлопастные винты. Винты с двумя лопастями применяют на гоночных судах, где винт оказывается слабо
нагруженным, и на парусно-моторных яхтах, где двигатель играет вспомогательную роль. В последнем случае имеет
значение возможность устанавливать винт в вертикальном положении в гидродинамическом следе ахтерштевня для уменьшения
его сопротивления при плавании под парусами.

Четырех- и пятилопастные винты применяют очень редко, в основном на крупных моторных яхтах для уменьшения шума и
вибрации корпуса.

Гребной винт лучше всего работает, когда его ось расположена горизонтально. У винта, установленного с наклоном и в
связи с этим обтекаемого «косым» потоком, коэффициент полезного действия всегда будет ниже; это падение КПД сказывается
при угле наклона гребного вала к горизонту больше 10°.

Гребной винт-мультипитч

Задачу согласования элементов гребного винта с сопротивлением мотолодки при изменении ее нагрузки помогает решить
винт изменяемого шага типа «мультипитч».

На рисунке представлена схема устройства такого винта, выпускаемого Черноморским судостроительным заводом. Ступица винта изготовлена из нержавеющей стали и коррозионно-стойкого алюминиевого сплава;
лопасти изготавливают литьем под давлением из полиамидных смол. Все три лопасти взаимозаменяемы и имеют на комле жестко
закрепленные пальцы 2, которые проходят в отверстия в торце носовой части ступицы 6 и входят в пазы поводка 4. При повороте лопасти вокруг ее оси происходит синхронный разворот всех лопастей в сторону увеличения или уменьшения
шага винта. На поводке нанесена шкала, причем среднее деление ее соответствует конструктивному шагу, равному 240 мм. Пределы изменения шага составляют 200-320 мм, дисковое отношение винта — 0.

pic08-5977039

Закрепление лопастей в выбранном положении осуществляется гайкой 3. Втулка 5 имеет внутренний диаметр,
равный диаметру гребного вала мотора «Вихрь». От осевого перемещения по втулке винт фиксируется гайкой 3 и
стопорным винтом 8.

Винт имеет диаметр 240 мм и массу не более 0. 71 кг (винт новой конструкции — целиком из полиамидных
смол — весит 0. 45 кг). Для изменения шага достаточно 3-5 мин, причем снимать винт с мотора не требуется,
так же как и специально подходить к берегу. Конструкция защищена авторским свидетельством №454146.

Совмещая в себе как бы несколько сменных гребных винтов разного шага, мультипитч не лишен недостатков. Например, КПД винта при всех значениях шага, кроме конструктивного, оказывается меньше КПД винтов фиксированного шага,
рассчитанных специально на эти промежуточные режимы. Это объясняется тем, что для изменения геометрического шага
винта (уменьшения или увеличения его) в мультипитче, как и в винте регулируемого шага, вся лопасть поворачивается на
какой-то угол. Так как этот угол постоянен для всей лопасти, значение геометрического шага на различных радиусах лопасти
изменяется не на одинаковую величину и распределение шага по радиусу лопасти искажается. Например, при повороте лопасти
в сторону уменьшения шага на постоянный угол шаг сечений у конца лопасти уменьшается в значительно большей степени,
чем у комля. При достаточно большом повороте лопасти концевые сечения даже могут получить отрицательный угол
атаки — создавать упор заднего хода при неизменном направлении вращения гребного вала. Кроме того, при развороте лопасти
профиль поперечного сечения ее уже не ложится на спрямленную винтовую линию, а приобретает S-образную форму, что также
приводит к искажению кромочного шага.

Тем не менее, возможность плавного изменения шага в зависимости от нагрузки лодки позволяет получить наиболее
оптимальный и экономичный режим работы подвесного мотора. При установке шага важно иметь возможность проконтролировать
частоту вращения коленчатого вала двигателя во избежание его перегрузки при чрезмерном уменьшении шага.

Что такое поступь винта?

Поступь воздушного винта — действительное расстояние, на которое движущийся поступательно винт продвигается в среде за один свой полный оборот (зависит от оборотов винта и скорости движения)

Что такое упор гребного винта?

Гребной винт (рисунок 1) 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

Что такое шаг гребного винта?

Это то расстояние, которое винт пройдет за один полный свой оборот. Чем больше шаг винта , тем более скоростным считается гребной винт. Но чем меньше шаг винта , тем более грузовым считается винт. Винты с большим шагом называются скоростными, а винты с меньшим шагом – грузовыми

Как работает шаг винта?

При изменении скорости полета при постоянном шаге винта происходит изменение угла атаки лопасти, при увеличении скорости полета угол атаки увеличивается — винт затяжеляется, при уменьшении скорости полета угол атаки уменьшается — винт облегчается. РПО автоматически переводит лопасти винта на соответствующие углы

Оцените статью
RusPilot.com