Выжимаем скорость. Подбор и доработка гребного винта

Четырёхлопастной винт. (Просматривает

• Начавший тему

  viktoritch

• Дата начала

  13.07.2008

Применение четырех или пяти лопастных винтов в сравнении с трехлопастными обычно приводит к: ускоренному выходу на глиссирование
Выходу лодки на глиссирование при меньше скорости
Увеличение скорости лодки на средних оборотах двигателя
Лучшему ускорению
Снижению вибрации двигателя
Улучшению управляемости при неспокойной воде
Снижению вентиляции винта при крутых поворотах
Улучшению управляемости при малых скоростях
Снижению максимальной скорости

Применение четырех или пяти лопастных винтов в сравнении с трехлопастными обычно приводит к: Снижению максимальной скорости

Ты не забывай, что комплект у меня не стандартный. Что бы вывести лодку на глисс, приходится по ней прыгать. Да и запасной винт не помешает. Этот уж четвёртый сезон ходит. Тем более, что деньги не большие, трёшка всего.

Игорь, а какой у тебя комплект? Мой комплект К-330 + Я-15 не вызывает совершенно никаких сомнений в оптимальности существующего стандартного винта, хоть и двигатель не легкий. Правда мне еще помогает изменить развесовку носовой ящик для бака с укрепленным на нем якорем. На фото якоря еще нет, крепление для него сделал позднее.

Не много не по теме: а из ящика по дну лодки идет бензопровод к мотору ? я правильно понимаю ?

КонструкцияПравить

Любой современный гребной винт — лопастной и состоит из ступицы и лопастей, установленных на ступице радиально, на одинаковом расстоянии друг от друга, повёрнутых на одинаковый угол относительно плоскости вращения и представляющих собой крылья среднего или малого удлинения.

Гребной винт насаживается на гребной вал, приводимый во вращение судовым двигателем. При вращении гребного винта каждая лопасть захватывает массу воды и отбрасывает её назад, сообщая ей заданный момент импульса, — сила реакции этой отбрасываемой воды передаёт импульс лопастям винта, лопасти, в свою очередь, — гребному валу посредством ступицы, и гребной вал, далее, — корпусу судна посредством главного упорного подшипника.

Диаметр винта — диаметр окружности, описываемой концами лопастей при вращении винта — современных винтов колеблется от десятков сантиметров до 5 метров (такие крупные винты характерны для крупных океанских судов).

Скорость вращения гребного винта выгодно выбирать в пределах 200—300 об. /мин или ниже — на крупных судах. Кроме того, при низкой скорости вращения существенно ниже механический износ нагруженных деталей двигателя, что весьма существенно при их больших габаритах и высокой стоимости.

Гребной винт лучше всего работает, когда его ось вращения 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 большем чем 10°.

Ось гребного винта на глиссерах расположена сравнительно близко к поверхности воды, поэтому нередки случаи засасывания воздуха к лопастям винта (поверхностная аэрация) или оголения всего винта при ходе на волне. В этих случаях упор винта резко падает, а частота вращения двигателя может превысить допустимый максимум. Для уменьшения влияния аэрации шаг винта делается переменным по радиусу — начиная от сечения лопасти на r = (0,63—0,7)R по направлению к ступице шаг уменьшается на 15—20 %.

Для передачи большой мощности часто применяют двух- и трёхвальные установки, а некоторые большие корабли (например, авианосцы, линкоры) оснащаются четырьмя симметрично расположенными гребными винтами.

Гребные винты морских ледоколов арктического класса всегда имеют повышенную прочность, так как их вторая функция — дробление льда при движении ледокола задним ходом.

Разновидности винтовПравить

Гребные винты различаются по:

• шагу — расстоянию, которое проходит винт за один оборот без учёта скольжения;
• диаметру — окружности, описываемой наиболее удалёнными от центра концами лопастей;
• дисковому отношению — отношению суммарной площади лопастей к площади круга с радиусом равным радиусу винта;
• количеству лопастей — от 2 до 7 (изредка больше, но наиболее часто 3—4 лопасти);
• конструкционному материалу — углеродистая или легированная (например, нержавеющая) сталь, алюминиевые сплавы, пластики, бронзы, титановые сплавы;
• конструкции ступицы (резиновый демпфер, сменная втулка, сменные лопасти);
• прохождению выхлопа — выхлоп через ступицу или под антикавитационной плитой;
• диаметру ступицы;
• количеству шлицов втулки.

В зависимости от наличия или отсутствия механизма управления углом атаки лопастей винта винты разделяют на винты «с регулируемым шагом» и винты «с фиксированным шагом» соответственно. Винты с фиксированным шагом применяются на любительских, маломерных судах, а также морских судах, которые редко меняют режим движения во время плавания, и на судах, требующих повышенной прочности гребного винта (в частности на ледоколах). Винты с регулируемым шагом применяются на судах, часто меняющих режим движения: буксирах, траулерах, многих речных судах.

В зависимости от направления вращения гребные винты бывают правого и левого вращения. Если смотреть с кормы, то винт, вращающийся по часовой стрелке называется «винтом правого вращения», а вращающийся против часовой, соответственно, «винтом левого вращения». В простейшем случае используется одиночный винт правого вращения, установленный вдоль горизонтальной оси симметрии судна. На больших судах для улучшения манёвренности и надёжности применяются два, три или даже четыре винта взаимно противоположного вращения.

Суперкавитирующие винты со специальным покрытием и особой формой лопастей предназначены для постоянной работы в условиях кавитации. Применяются на быстроходных судах.

Расчет винтаПравить

Из-за проскальзывания винта в жидкой среде реальные данные будут отличаться от идеально расчетных. Это пытаются учитывать, например уменьшением диаметра на некий коэффициент. В то же время математические зависимости диаметра(D) и шага (H) винта от мощности (N) и частоты оборотов (n) винта в жидкости с плотностью (ρ) дают представление о имеющихся зависимостях. Если пренебречь текучестью среды, то винт можно представить как бесконечный клин, вдавливаемый между судном и средой, ещё более наглядно — между причалом и кормой. Гребной винт преобразует силы так же как наклонная плоскость.

За один оборот идеальный винт перемещает объём воды массой: π*ρ*D2*H/4

Скорость струи в метрах в секунду: v=H*n

Тяга или упор винта в ньютонах: F=v*dm/dt=π*ρ*D2*H2*n2/4

Затрачиваемая мощность в ваттах: N=π*ρ*D2*H3*n3/8

Диаметр винта в метрах: D= ((8*H)/(π*ρ*H3*n3))

Шаг винта в метрах: H=1/n* ((8*N)/(π*ρ*D2))

Обороты в секунду: n=1/H* ((8*N)/(π*ρ**D2))

Изготовление гребных винтовПравить

Типовой способ формовки гребных винтов по однолопастной модели на стенде. На фото гребной винт диаметром 2 метра.

Самые большие гребные винты достигают высоты трёхэтажного здания, а их изготовление требует уникальных навыков. Во времена, когда был создан винтовой пароход «Great Britain», на изготовление форм гребного винта уходило до 10 дней.

Отливка гребного винта диаметром 3. 2 метра (масса винта около 9 тонн), изготовленная из бронзы и вынутая из литейной формы.

Преимущества и недостаткиПравить

Работает как движитель только при неизменной или возрастающей скорости вращения, в остальных случаях — как активный тормоз.

В сравнении с гребным колесом у гребного винта выше КПД и гребной винт очень компактен и лёгок. Но повреждённое гребное колесо может быть легко отремонтировано, гребные винты же чаще всего неремонтопригодны, и повреждённый гребной винт заменяют новым. Также гребной винт наиболее уязвим в сравнении со всеми другими судовыми движителями и наиболее опасен для морской фауны и упавших за борт людей. Вместе с тем, гребные колёса обеспечивают бо́льшую тягу с места (что удобно для буксиров, а также позволяло им иметь меньшую осадку). Однако при волнении они очень быстро оголяются (колесо одного борта вхолостую вертится в воздухе, тогда как колесо противоположного полностью погружается под воду, до предела нагружая ведущую тяговую машину), что делает их практически непригодными для мореходных кораблей (вплоть до 1840-х годов их использовали, по большому счёту, лишь ввиду отсутствия альтернативы, а также вспомогательной роли парового двигателя на парусно-паровых кораблях тех лет).

Особенно преимущества винтового движителя перед колёсным несомненны для военных кораблей — снималась проблема расположения артиллерии: батарея вновь могла занимать всё пространство борта. Также исчезала и очень уязвимая цель для неприятельского огня, — гребной винт находится под водой.

Отдельным классом рассматривается гребной винт водометного движителя. Главное отличие тут в том, что водомет имеет сужающееся сопло, которое увеличивает скорость струи до скоростей, которые свободный гребной винт без кавитации создать не может. Сам же винт в водомёте работает в стационарных условиях, близком к идеальном, на которые не влияет поток воды снаружи.

ИсторияПравить

Водоподъёмный винт, изобретение которого приписывается Архимеду, вполне подходил и для обратной работы — отталкивания самого винта от водяной массы. Идея применения гребного винта как движителя была высказана ещё в 1752 году Даниилом Бернулли и, позднее, Джеймсом Уаттом. Тем не менее, всеобщее признание гребной винт снискал не сразу. Хотя сам принцип действия гребного винта никогда не был секретом, но только в 1836 году английский изобретатель Френсис Смит (англ. Francis Pettit Smith) сделал решающий шаг, оставив от длинной спирали Архимедова винта только один виток. Бытует история о том, что «модернизация» произошла в результате случайного события: на паровом катере Смита у деревянного винта при ударе о подводный риф отломилась часть, оставив единственный виток, после чего катер заметно прибавил в скорости хода. Смит установил гребной винт на небольшой пароход водоизмещением 6 тонн. Удачные опыты Смита привели к образованию компании, на средства которой был построен винтовой пароход «Архимед». При водоизмещении всего в 240 т «Архимед» был оснащён двумя ходовыми паровыми машинами мощностью по 45 л. каждая и единственным винтом диаметром чуть более 2 метров (первоначальный винт Смита представлял собой часть винтовой поверхности прямоугольного образования, соответствующую одному целому шагу).

Гребной винт на одной из первых подлодок

Одновременно со Смитом и независимо от него разрабатывал применение гребного винта как движителя известный изобретатель и кораблестроитель швед Джон Эрикссон. В том же 1836 году он предложил другую форму гребного винта, представлявшую собой гребное колесо с лопастями, поставленными под углом. Он построил винтовой пароход «Стоктон» (мощности ходовых паровых машин — 70 л. с) и в 1839 году сделал на нём переход в Америку, где его идея была встречена настолько заинтересованно, что уже в 1842 году был заложен первый винтовой фрегат США «Принстон» (водоизмещение 954 т, мощность машин 400 л. , дававших ему ход до 14 узлов) с винтом конструкции Эриксона. На испытаниях корабль развил ранее невиданную 14-узловую скорость. А при попытке «стравить» его с колёсным «Грейт Вестерн» винтовой фрегат потащил своего соперника, несмотря на меньшее водоизмещение и меньшую мощность двигателей. Также «Принстон» отметился в истории кораблестроения тем, что нёс самые крупнокалиберные орудия для своего времени — на поворотных платформах на нём впервые установили 12-дюймовые орудия.

В середине XIX века началась массовая переделка парусников в винтовые корабли. В отличие от колёсных пароходов, переделка в которые требовала очень объёмных и продолжительных работ, модернизация парусников в винтовые пароходы оказалась значительно более простой. Деревянный корпус разрезали примерно пополам и делали деревянную же вставку с машинным отделением, мощность которого для крупных фрегатов составляла 400—800 л. При этом весовая нагрузка только улучшалась, — тяжёлые котлы и машины располагались в основном под ватерлинией и исчезала необходимость в приёме балласта, количество которого на парусниках иногда достигало сотен тонн. Винт размещали в специальном колодце в корме и снабжали его подъёмным механизмом, поскольку при ходе под парусами он только мешал движению, создавая дополнительное сопротивление. Аналогично поступали и с дымовой трубой, — чтобы она не мешала оперировать парусами, её делали телескопической (по типу подзорной трубы). Проблем с вооружением практически не возникало, — оно оставалось на своём месте.

Гриффитс после долгих опытных изысканий над гребными винтами предложил винт, с прогрессивным шагом, относительно большего диаметра муфтою и лопастями, имеющими наибольшую ширину посередине; конец лопасти отогнут вперед приблизительно на 1/25 d, так что образующая её рабочей поверхности есть не прямая линия, как у обыкновенного винта, а кривая. Работа такого винта оказалась весьма плавною и почти не сопровождается ударами и сотрясениями кормы.

• В последнем случае имеет значение возможность устанавливать винт в вертикальном положении в гидродинамическом следе ахтерштевня для уменьшения его сопротивления при плавании под парусами.
• Выбор гребного винта Архивная копия от 3 ноября 2014 на Wayback Machine // vlboat.ru.
• Движители кораблей и судов Архивная копия от 20 сентября 2012 на Wayback Machine // korabley.net, 6.04.2010.
• К.П. Лебедев и Н.Н. Соколов. Технология производства гребных винтов / отв. редактор А.Е. Вол, редактор Г.А. Миняева, тех. редактор А.М. Усова, корректор Е.В. Линник. — Л.: СУДПРОМГИЗ, 1951. — С. 119—150. — 372 с.
• Консорциум во главе с Damen изготовил первый гребной винт с помощью 3D-печати, Судостроение.инфо (12 сентября 2017). Архивировано 14 декабря 2021 года. Дата обращения 14 декабря 2021.
• Корабелка продемонстрировала 3D-печатный гребной винт, 3D Today (19 сентября 2019). Архивировано 14 декабря 2021 года. Дата обращения 14 декабря 2021.
• Д/ф Гигантские гребные винты Архивная копия от 2 апреля 2015 на Wayback Machine («Как это делается?», Discovery Channel).
• Материал для изготовления винта Архивная копия от 3 ноября 2014 на Wayback Machine // vlboat.ru.
• ПРОПУЛЬСИВНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГРЕБЛИ. Архивная копия от 5 сентября 2015 на Wayback Machine

Виды винтов для моторов Меркурий

• грузовые подходят только для двигателей малой и средней мощности, перевозки грузов и большого количества пассажиров, могут использоваться для прогулок на водных лыжах;
• скоростные применяются для моторов большой мощности, помогают развивать высокую скорость, снижают время выхода на глиссер.

Материалы изготовления гребных винтов

Для изготовления винтов используются различные материалы и запатентованные сплавы, что позволяет улучшить гидродинамические свойства. Мы предлагаем изделия следующих типов:

• гребные винты на основе алюминия или сплава Mercalloy, отличаются уменьшенной толщиной лопасти, подходят для грузовых и маломощных моторов, повседневного использования (не подходят для высоких скоростей, так как увеличение оборотов может стать причиной «перекрута» и выхода двигателя из строя);
• стальные винты, в том числе из сплава Х7, обладают высокими показателями прочности, используются для мощных двигателей и движения на высокой скорости;
• пластиковые модели отличаются невысокой ценой, отлично справляются с повседневными задачами, рекомендуются только для маломощных моторов.

В нашем каталоге можно выбрать и купить гребные винты для лодочных моторов Mercury по доступным ценам. Продукция отличается высоким качеством, на товары распространяется гарантия. Для заказа винтов заполняйте заявку на сайте или звоните по телефону 8(800)222-69-49.

Как устроен и работает циклоротор

Циклоидный ротор или пропеллер Фойта-Шнайдера — это «воздухоплавательная версия» гребного колеса старых пароходов с расположенными по кругу лопастями. Но если у гребного колеса лопасти жёстко зафиксированы, то лопасти циклоротора немного поворачиваются вокруг своей оси, причём на каждом обороте ротора.

Положение лопастей циклоротора при вертикальном взлёте Изображение Wikimedia

Для вертикального взлёта циклоротор задирает передний край каждой лопасти, когда она проходит верхнюю точку оборота, и опускает этот край в нижней точке. Таким образом, лопасть циклоротора дважды за оборот разрезает воздух под углом и отталкивается от него — так же, как режет воздух лопасть обычного вертолётного винта. Обе точки расположены на вертикальной линии, так что циклоротор отталкивается от воздуха в вертикальном направлении, создавая подъёмную силу.

После взлёта циклоротор начинает задирать и опускать край каждой лопасти с некоторым запозданием, смещая точки с вертикальной линии на диагональную. Это меняет направление тяги — теперь циклоротор отталкивается от воздуха не вертикально вверх, а по диагонали. Если пароход медленно гребёт своими колёсами по воде горизонтально вперёд, то циклокоптер гребёт роторами по воздуху вперёд и вверх, причём очень быстро, поскольку плотность воздуха в 770 раз меньше, чем плотность воды.

Вращение циклоротора при полёте вперёд, синей стрелкой показано направление тяги Изображение Wikimedia

Концепция простая, но реализовать её оказалось крайне сложно. Прототипы летательных аппаратов на некотором подобии циклороторов начали безуспешно испытывать ещё в начале прошлого века. В 1924 году шведский инженер Страндгрен запатентовал первый полноценный циклокоптер с вертикальным взлётом и посадкой. После девяти лет подробных расчётов и экспериментов инженер построил финальный прототип, который ездил по земле, но не взлетал.

В последующие десятилетия изобретатели в США и Европе патентовали и строили разные варианты циклокоптеров, ни один из которых не поднялся в воздух. Только в 2007 году инженеры Сеульского национального университета убедились, что концепция всё же работает — их циклокоптер с четырьмя роторами вертикально взлетал, устойчиво держался в воздухе и благополучно садился.

В 2011 году достижение корейских инженеров повторили сотрудники Мэрилендского университета. Появились и другие рабочие прототипы, но все они были небольших размеров. Российский «Циклокар» считается первым в истории большим летающим циклокоптером, пригодным для создания полноценного воздушного транспорта.

Чем циклороторы хороши для аэромобилей

Главное преимущество циклокоптеров — их схожесть с вертолётами. Они взлетают и садятся вертикально, а для горизонтального полёта им не нужны крылья. Более того, «Циклокар» на испытаниях успешно садился на площадки с наклоном до 30° и причаливал к вертикальным поверхностям. Всё это важно для воздушных такси и прочих аэромобилей, которые будут курсировать в плотно застроенных городах. Обычные летающие автомобили с крыльями и горизонтальным взлётом слабо годятся для такого сценария.

Смена направления тяги циклоротора при изменении наклона лопастей Изображение Wikimedia

Циклоротор переходит от вертикального взлёта к горизонтальному полёту регулировкой наклона лопастей — но таким же образом он может направить тягу в любую сторону, причём независимо от соседних циклороторов. Это обеспечивает циклокоптеру сверхманёвременность, которая недостижима для вертолётов — он способен буквально крутиться на месте в любом направлении.

Регулировка наклона лопастей циклоротора меняет не только направление тяги, но и её силу — если наклонить лопасть на больший угол, то она будет сильнее отталкиваться от воздуха. Все эти изменения тяги у циклокоптеров происходят почти мгновенно и не требуют повышать или понижать обороты двигателя, в отличие от других винтовых летательных аппаратов.

Прототип «Циклокара» в 2020 году Фото Фонда перспективных исследований

Отсутствие задержек и надобности менять обороты дают возможность использовать на циклокоптерах традиционные двигатели на ископаемом топливе, которые не нуждаются в массивных аккумуляторах. Например, бензиновый роторно-поршневой двигатель планируют ставить на «Циклокар», чтобы он мог пролететь до 500 километров — у платформы CycloTech на электромоторах дальность полёта составляет всего 85 километров.

Наконец, циклороторы относительно компактны и малошумны. Диаметр роторов у платформы CycloTech составляет 1,2 метра, у «Циклокара» — полтора метра, при вместимости от четырёх до шести человек. Самый маленький в мире вертолёт — японский GEN H-4 использует соосные винты диаметром четыре метра и может поднять только одного человека. Циклоротор же за один оборот отталкивается от воздуха в двух точках, что делает его энергоэффективным решением.

Проблемы и недостатки циклороторов

Главная проблема циклоротора — его сложность. Он должен менять наклон каждой своей лопасти при каждом обороте с помощью неких приводов. Вся эта конструкция совершает 1600-3100 оборотов в минуту — то есть, циклоротор вращается в 5-10 раз быстрее вертолётного винта. Здесь не обойтись без очень прочных и лёгких материалов, также желательно использовать минимум деталей и соединений. Хотя «Циклокар» и платформа CycloTech смогли взлететь и удержаться в воздухе, но неизвестно, выдержат ли они полную нагрузку и как долго смогут проработать в режиме эксплуатации.

Циклокоптеры имеют больше проблем с безопасностью: если у вертолётов и традиционных аэротакси винты находятся высоко над головой человека, то циклороторы расположены по бокам и легко доступны. Разработчики «Циклокара» планируют оградить их сеткой, однако вряд ли она защитит от падения мелких предметов в работающий ротор. Также расположенные по бокам циклороторы могут затруднить посадку и высадку людей.

Рендер финального облика «Циклокара» с защитными сетками Изображение Фонда перспективных исследований

Недостатком может обернуться и одно из преимуществ циклороторов — они позволяют использовать экологически грязные двигатели на ископаемом топливе вместо электромоторов. Бензиновые циклокоптеры наверняка будут летать в несколько раз дальше электрических, что может затормозить переход транспорта на силовые установки с нулевыми выбросами.

Маркировка винтов

Маркировку наносят на ступицу или лопасти в дюймовых размерах.

На примере Yamaha:

11 1/4 х 15 – G

Первое число обозначает диаметр лопастей, второе – шаг винта.

Некоторые производители добавляют в маркировку количество лопастей и направление вращения винта, например:

13х19 3RH, или 3х10-3/8х11 R, где цифра «3» — количество лопастей, RH или R – правое вращение.

Если на винт нанесен только номер по каталогу, например, 3231-100-15, то расшифровка пишется на упаковке.

Количество лопастей гребного винта

По количеству лопастей гребные винты бывают:

• Двухлопастные;
• Трехлопастные;
• Четырехлопастные.

Двухлопастные винты чаще устанавливаются на маломощных моторах.

Трех- и четырехлопастной винт более распространен на лодочных моторах.

Трехлопастной винт обеспечит наибольшую скорость судну. Он одинаково хорошо работает на любых скоростях, сохраняя высокий КПД и низкий уровень вибрации.

Четырехлопастной винт обеспечивает более быстрый старт, низкий уровень вибрации при использовании с мощным двигателем и плавный ход.

Отличие между трехлопастным и двухлопастным винтом в том, что трехлопастной винт имеет преимущества в скоростных качествах. Чем больше скорость, тем менее эффективным становится четырехлопастной винт.

В то же время четырехлопастной винт имеет лучшие характеристики при разгоне и выходе на режим глиссирования. Он применяется для водных развлечений.

Трехлопастные винты для подвесных моторов наиболее распространенные и популярные, так как имеют наивысшую скорость и слаженную работу. Четырехлопастные имеют более быстрое ускорение, лучшую тягу, плавную работу, но меньшую максимальную скорость, по сравнению с 3-х лопастным, также на 4-лопастном винте можно достичь экономии топлива в крейсерском режиме.

Диаметр винта

Внешний диаметр винта – это диаметр окружности, описываемой внешними кромками лопастей. Больший диаметр применим для груженых и тяжелых лодок. Малый – для легких и скоростных.

Чем больше диаметр винта, тем больше становится упор. С помощью большего диаметра винта можно увеличить тяговые свойства двигателя лодки, но проиграть в скорости.

Шаг винта

Шаг винта – это расстояние, которое пройдет винт за один оборот в воде. Чем больше шаг, тем это расстояние будет больше. Шаг гребного лодочного винта измеряется в дюймах. Каждый дюйм шага равен приблизительно 150 +/- 50 об/мин.

Теоретически винт с 14-дюймовым шагом за один полный оборот будет двигать лодку на 14 дюймов. В действительности так не получается. Это отклонение называется «проскальзывание».

Расшифровка обозначений шага и диаметра на примере лодочного мотора Yamaha 15 л. Шаг винта составляет 9 ¼ x 11. Цифра «9 ¼» — это диаметр винта. В технических характеристиках это значение всегда пишется первым.

Следующая за ней цифра «11» является шагом винта и измеряется в дюймах. Это 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.

Винт с низким шагом имеет лучшее ускорение и тягу. Винт с высоким шагом — меньшее ускорение, но больший потенциал для достижения высоких скоростей.

Правильный подобранный винт позволить двигателю достичь максимальных оборотов, заданных производителем мотора.

Диаметр и шаг винта производители указывают на ступице или на лопасти. Единых стандартов нанесения этой технической информации нет. Все данные по винту дублируются на упаковке.

Проскальзывание винта

Коэффициент проскальзывания гребного винта — это процентная разница между реальным и расчетным шагом винта. Грубо говоря — это сколько воды убежало с лопастей, пока винт делал один оборот, то есть величина, обратно пропорциональная КПД винта.

Больше всего скользит на малых оборотах — больше воды успевает убежать от ступицы винта к краю лопасти. Поэтому для уменьшения проскальзывания увеличивают диаметр винта и/или дисковое отношение.

Соответственно, чем быстрее крутится винт, тем больше воды он толкает в нужную сторону (назад), а не разбрасывает ее по сторонам. Поэтому же у винта с большим шагом выше КПД.

Проскальзывание зависит от множества величин: от самого винта, плотности и вязкости жидкости, формы корпуса, загрузки лодки, передаточного отношения (которое отвечает за обороты винта) и др. переменные. Моторы разной мощности, выдающие одинаковые обороты на винте, покажут одинаковое значение проскальзывания.

Шлицевая посадка винта на вал

В большинстве случаев используется шлицевая посадка винта на гребной вал. Разные производители оснащают винты различным количеством шлиц.

Гребные винты также могут отличаться диаметром ступицы.

На гребном валу винт фиксируется гайкой и контрится шплинтом. Современные двигатели оснащены выхлопом через ступицу винта. Этот способ считается более эффективным. Такой винт оснащен дефлектором для создания области разряжения, чтобы понизить давление на выхлопе, а, следовательно, увеличить мощность лодочного двигателя в целом.

Чтобы при ударе винта о грунт редуктор был надежно защищен, используется резиновая втулка демпфер. Если совпадает диаметр посадки, то технически можно перепрессовать втулку с одного винта на другой. Но для слаженной работы рекомендуется использовать оригинальные винты.

Иногда производители винтов делают втулку съемной, чтобы была возможность один и тот же винт устанавливать на разные моторы.

Шпоночная посадка винта на вал

На лодочных моторах небольшой мощности используется посадка винта на шпонку. Для этого на втулке винта имеются специальные пазы. Если винт ударился о препятствие, то шпонка срезается и тем самым защищает шестерни и вал редуктора.

В таких моторах для выхлопа предусмотрено отдельное отверстие под антикавитационной плитой. Это не так эффективно, чем выхлоп через винт, но тоже неплохо работает.

Материал изготовления гребного винта

По материалу гребные винты бывают:

• алюминиевые (AL);
• стальные (SS);
• пластиковые.

В основном используют винты из алюминиевого сплава, так как они берегут редуктор и стоят дешевле, чем остальные.

Пластиковые винты применяются на компактных моторах, мощностью 2-3 лошадиных сил.

Стальные винты применяются на скоростных лодках и катерах. Рекомендованы для эксплуатации на глубоких водоемах, где нет топляков и препятствий в виде порогов, поскольку при налете винта из стали на препятствие есть вероятность выхода из строя редуктора.

Основное преимущество стальных винтов состоит в том, что его лопасти можно сделать максимально тонкими. Если сравнить толщину лопасти стального и алюминиевого винта для однотипных моторов, то можно увидеть, что стальные лопасти гребного винта будут втрое тоньше алюминиевого.

Алюминиевые винты считаются одними из самых популярных. Если лопасти такого винта погнулись, то их можно выпрямить прямо на берегу.

Прочие характеристики гребного винта

Загиб кромки – это небольшой изгиб или выступ на задней кромке лопасти гребного винта. Он позволяет гребному винту цепляться за воду, обеспечивая управление при волнении и в крутых поворотах.

Также загиб снижает вентиляцию и проскальзывания винта. Малый радиус кривизны — важнейшей элемент конструкции гребного винта, для которого должны быть соблюдены точные размеры иначе может вызвать чрезмерный рулевой крутящий момент, люфт и сложность в поддержки оборотов.

Угол увода лопастей

Угол увода лопасти – это угол поворота кромки лопасти относительно основания. Угол увода позволяет изменять ход и подъем судна, а также обеспечивать отличную устойчивость при волнении и при высокой установке мотора.

Угол увода выражается в градусах. Высокий угол лучше подходит для скоростного применения, особенно при высокой установке двигателя, где есть риск проскальзывания и кавитации. Помогает поднять нос судна и уменьшить смачиваемую поверхность.

Для легких и быстрых катеров слишком большой увод лопасти может способствовать их меньшей стабильности на воде, в этом случае лучше выбрать гребной винт с меньшим уводом лопасти. Низкий угол вызывает меньшую нагрузку на двигатель. Помогает удержать нос лодки в низу. Является более распространенном и универсальным.

Как подобрать гребной винт

Подобрать оптимальный шаг винта поможет тахометр. Если мотор выдает 6000 оборотов в минуту, то при правильно подобранном винте на максимальных оборотах он должен выдавать 5800-6000 оборотов.

Если мотор крутит менее 6000 оборотов, требуется понизить шаг винта.

Если лодочный двигатель выдает больше нужных оборотов, нужно его нагружать, повышая шаг винта.

При понижении или повышении шага гребного винта на 1 дюйм, обороты мотора изменяются в среднем на 200 оборотов в минуту.

По соответствию винта мотору и корпусу, можно провести определённую градацию.

Тяжёлый винт. Двигатель не развивает полных оборотов, выход на глиссирование затруднен. Необходимо уменьшать шаг.

Скоростной винт. Максимальные обороты и скорость достигаются только с малой загрузкой и верхнем положении гидроподъёма («трима»).

Универсальный винт. С минимальной загрузкой мотор развивает максимальные обороты, с полной загрузкой позволяет выйти на глиссирование.

Грузовой винт. Позволяет легко выходить на глиссирование с полной загрузкой путём некоторой потери скорости, максимальные обороты достигаются уже со средней нагрузкой.

Слишком лёгкий винт. Лодка сильно недобирает в скорости, мотор превышает максимально допустимые обороты (так называемый «перекрут»), срабатывает ограничитель оборотов. В этом случае нужен винт с большим шагом.

Рекомендуется иметь в запасе дополнительный винт. В идеале оптимально иметь гребной винт грузового и скоростного типа.

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.

КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИЖИТЕЛЕЙ КОРАБЛЕЙ И СУДОВ

Различают движители активные: обеспечивающие движение судна за счет непосредственного воздействия силы, создаваемой источником энергии — ветром. Делятся на: паруса и буксируемые кайты. Реактивные, создающие движущее усилие путем отбрасывания масс воды в сторону, противоположную перемещению корабля. Последние подразделяются на лопастные (колесные, винтовые, азимутальные, крыльчатые, маршевые, плавниковые) и водопроточные (водометные, насосного типа, гидрореактивные).

АКТИВНЫЕ ДВИЖИТЕЛИ

На протяжении тысячелетий морякам был известен еще один тип движителя — парус. Это также древний и популярный вид движителя, который использует силу ветра. В основном паруса бывают двух типов: прямые — трапециевидной формы, расположенные симметрично относительно мачты, и косые — треугольной или трапециевидной формы, которые крепятся с одной стороны мачты.

Прямым называют вооружение, у которого прямые паруса главные (барк, баркентина).

Барк с прямым парусным вооружением

Суда с косым вооружением называют те, у которых основными являются косые паруса (шхуна, иола, кеч).

Шхуна с косыми парусами

Яхты чаще всего оснащаются треугольными парусами, которые получили название «бермудские» паруса.

Яхты с бермудскими парусами

Также существуют смешанное парусное оснащение, при котором используются паруса всех выше перечисленных типов.

Бригантина со смешанным парусным вооружением

Буксируемый кайт

Еще одним активным движителем является буксируемый кайт. По сути это тот же парус, только имеет прямоугольную форму параплана площадью от 160 кв. м до 360 кв. Система управляется электронно, то поднимая, до опуская кайт на высоту от 100 м до 500 м, где ветер намного сильнее и стабильнее, чем над поверхностью воды. Благодаря таким движителям судоходная компания «Beluga Projects» экономит 1/3 своих расходов эжегодно на топливе для коммерческих судов.

Грузовое судно с буксируемым кайтом

Вынужденные в поисках ветра постоянно посещать участки океана с развитыми штормовыми условиями, парусные корабли часто попадали в жестокие штормы и бури. Со временем техническое несовершенство больших кораблей сыграло свою роль, и дальнейшее увеличение размеров торговых судов уже не могло быть поддержано парусниками — они достигли своего максимума. На смену пришли другие технически более совершенные корабли, отвечающие запросам своего времени.

РЕАКТИВНЫЕ ДВИЖИТЕЛИ

На первых пароходах в качестве основного движителя кораблестроители начали использовать гребное колесо. Но это, пожалуй, самый неудачный из всех движителей. Из-за многочисленных недостатков гребного колеса, которыми были частые поломки, и низкая эффективность по причине «выскакивания» из воды при бортовой качке, гребные колеса плохо выполняли свои функции и заняли последнее место среди других типов движителей.

Речное судно Queen in Mississippi с гребным колесом

Винтовой движитель

Типичный гребной винт состоит из ступицы с расположенными на ней лопастями. В основе его работы лежит гидродинамическая сила, создаваемая разностью давлений на сторонах лопастей. Любое концентрическое сечение лопастей представляет собой элемент несущего крыла самолета. Поэтому при вращении винта на каждом элементе возникают такие же силы, как и на крыле. Поток, обтекающий выпуклую сторону лопасти (засасывающая сторона), слегка поджимается, и вследствие этого движение его ускоряется. Поток, обтекающий вогнутую сторону лопасти (нагнетающая сторона), встречая на своем пути препятствие, несколько замедляет скорость. В соответствии с законом Бернулли, на засасывающей стороне лопасти давление потока падает и возникает зона разрежения. В то же время на нагнетающей стороне лопасти, напротив, возникает зона увеличенного давления. В результате разности давлений на стороны лопасти образуется гидродинамическая сила. Вследствие длительных исследований было установлено, что основная часть гидродинамической силы около 70 процентов создается за счет разрежения на засасывающей стороне лопастей винта и только 30 процентов за счет давления на нагнетающей стороне лопастей. Проекция гидродинамической силы на ось гребного винта представляет собой упор винта. Эта сила воспринимается лопастями, которые через ступицу и гребной вал передают ее кораблю или судну.

Поскольку лопасти имеют винтообразную поверхность, при вращении винта вода не только отбрасывается назад, но и закручивается в сторону вращения лопастей. Между тем задача движителя — только отбрасывать воду, не вращая ее, создавая реактивный импульс — силу тяги. На закручивание потока и на преодоление сопротивления вращения винта в воде затрачивается значительная часть мощности, подводимой ему от двигателя. Поэтому коэффициент полезного действия гребного винта, равный отношению мощности, затраченной на создание тяги винта (полезная мощность), ко всей мощности, затраченной на вращение винта, всегда будет меньше единицы.

Гребной винт всегда согласован с двигателем, в противном случае будет происходить бесцельная потеря мощности. Кроме того, встречаются нереверсивные двигатели, которые не способны изменять сторону вращения вала. В таких случаях существует гребной винт регулируемого шага. В его ступице располагается механизм, поворачивающий лопасти на заданный угол и удерживает их в таком положении. Поворот лопастей позволяет изменять тяговое усилие при постоянной частоте вращения гребного вала и наоборот, сохранять постоянное тяговое усилие при разных частотах вращения вала, а также вообще изменить направление упора (реверс) при неизменном направлении вращения гребного вала.

Для передачи большой мощности часто применяют двух- и трехвальные установки, а некоторые большие корабли оснащены четырьмя симметрично расположенными гребными винтами. Гребные винты различают:

• винты с неподвижными лопастями
• винты регулируемого шага
• винты в направляющей насадке
• винты противоположного вращения.

Гребной винт с неподвижными лопастями

Гребные винты регулируемого шага

Гребной винт в направляющей насадке

Соосные гребные винты противоположного вращения

Азимутальный движитель (винто-рулевая колонка)

Для повышения маневренности судов в последнее время активно устанавливаются азимутальные движители, получившие название «азипод». Винто-рулевая колонка включает в себя небольшой гребной винт с собственным электрическим мотором. Вращаясь вокруг своей оси, винт создает упор и увеличивает тем самым вращающий момент, действующий на руль.

Внутреннее устройство азимутального движителя

Дороговизна конструкции ограничивает область применения движителей типа «азипод», но они оправдывают затраченные средства. Используются на ледоколах, современных круизных лайнерах, нефтедобывающих буровых платформах и других типах судов.

Типы винто-рулевых движителей (азиподов)

Крыльчатый движитель

Крыльчатые движители нашли применение, прежде всего в подруливающих устройствах. Они объединяют в себе функции движителя и руля и представляют собой ротор, установленный на одном уровне с днищем судна, и вращающийся вокруг вертикальной оси, по окружности которого на равных угловых расстояниях располагаются от 3 до 8 перпендикулярных к его поверхности лопастей, выполненных в виде крыльев. Вращаясь вместе с ротором, лопасти периодически поворачиваются вокруг своей собственной оси. Поворот лопастей производится так, что при каждом положении на ней создается сила, имеющая наибольшую проекцию в направлении движения судна. Это, достигается, когда условные перпендикулярные к хордам лопастей пересекаются в одной точке, являющейся центром управления. Перемещение центра управления вдоль оси, перпендикулярной к направлению движения корабля, изменяет величину и знак упора. Таким образом, крыльчатые движители обладают теми же свойствами, что и винт регулируемого шага. При произвольном перемещении центра управления в плоскости, параллельной плоскости ватерлинии, можно изменять направление вектора упора в пределах от 0 до 360 градусов. Для поворота лопастей и перемещения центра управления служит механический привод, расположенный в корпусе движителей и управляемый гидравлической системой. Применяются на судах, к маневренности которых предъявляются повышенные требования (буксиры, рыболовные суда, тральщики и др.

Маршевый (воздушный) движитель

В отличие от типичных кораблей, суда на воздушной подушке, не имеют непосредственного физического контакта с поверхностью по которой движутся. Данные аппараты благодаря нагнетанию воздуха в гибкий фартук под корпусом, поднимаются на высоту до 0,5 м. Движение (маневрирование) обеспечивают маршевые (воздушные) движители. Эти транспортные средства используются на мелководье, на заболоченой местности, в арктических водах. Они не останавливаются возле берега, а заходят на побережье, преодолевая небольшие преграды. Их главным преимуществом является высокая скорость до 60 узлов (100 км/час).

Маршевый винт судна на воздушной подушке

Таким же образом известные всему миру американские аэролодки, оборудованные мощными бензиновыми моторами, в комплексе с воздушными винтами, создают движущую силу, которая помогает им быстро передвигаться по болотам Флориды.

Воздушный винт аэролодки

Плавниковый движитель

Для сохранения устойчивости корабля или судна судостроители оснащают свои «творения» небольшими килевидными стабилизаторами, выступающими с обеих сторон корпуса судна. По образу и подобию они похожи на плавники огромных китов, за что и получили соответствующую классификацию. Каждый из них имеет обтекаемую форму, благодаря которой рассекает волны, не замедляя ход корабля.

Принцип действия очень прост — установленные под углом плавниковые движители производят тот же эффект, что и крылья самолета — либо погружают корпус судна глубже, либо поднимают его выше. Когда волны пытаются накренить корабль то в одну, то в другую сторону, килевидные стабилизаторы наклоняют корпус в противоположное направление крену. Это придает судну устойчивость даже при больших волнах.

Плавниковый движитель (стабилизатор)

ВОДОПРОТОЧНЫЕ ДВИЖИТЕЛИ

Водометный движитель (водомёт) представляет собой рабочее колесо водяного насоса, помещенное в водопроточном канале, через который выбрасывается вода с увеличенной скоростью по оси движителя. К основным преимуществам подобных движителей относятся: хорошая защищённость от механических повреждений и возможность избежать кавитации, защищенность от плавающих на поверхности акватории предметов, меньший гидродинамический шум по сравнению с винтовыми движителями, что очень важно для подводных лодок. Водометные движители располагаются внутри или снаружи корпуса судна. Эффективность водомётного движителя зависит от формы водоводов, места расположения и конструкции водозаборников. Водомётные движители применяются, как правило, на новых судах, работающих на мелководье, или служат в качестве подруливающего устройства для улучшения поворотливости судов.

Водометный движитель фирмы KaMeWa

Движитель насосного типа

На некоторых классах субмарин применяется оптимальный тип движителя pump jet, что значит движитель насосного типа. Существуют их разновидности:

• движитель насосного типа с предварительной закруткой — статор (основание насадки) расположен перед ротором
• движитель насосного типа с последующей раскруткой, когда ротор расположен перед статором.

Устройство движителя насосного типа Pump jet

Качества обоих типов движителей одинаковы, но движитель насосного типа с предварительной закруткой имеет лучшие кавитационные характеристики, хотя конструктивно более сложен.

Движитель pump jet на субмарине ВМС США класса Вирджиния

Гидрореактивный движитель

В гидрореактивном движителе для ускорения потока воды используется энергия сжатого воздуха или продуктов сгорания, подаваемых в водовод через сопло. Характерная особенность таких устройств — отсутствие валопровода и механического рабочего органа. Применяются в гражданском судостроении. Различают:

• тепловые — прямоточные (пароводяная смесь образуется в камере, куда подается пар, создающий движущую силу)
• пульсирующие (поршневого типа с пульсирующей газоводяной камерой сгорания)
• эжекционные, использующие энергию холодного сжатого газа, ускоряющего поток водовоздушной смеси.

Гидрореактивный движитель фирмы Alamarin

Гидрореактивный движитель на катерах Shotover Jet для мелководья

Какой винт лучше 3 или 4 лопастной?

4 -х лопастной винт уменьшает время выхода на глиссирование, может экономить топливо при движении на крейсерском ходе. Но максимально достигаемая скорость судна с 4 -х лопастным винтом меньше по сравнению с 3 -х лопастным винтом того же диаметра и шага

Какой винт лучше двух или трех лопастной?

КПД лучших гребных винтов не превышает 75-80%. Из практики известно, что из обычных погруженных ГВ наиболее эффективны 2 -лопастые винты , их КПД на 6-12% выше, чем 3 — лопастных , и на 9-15% — чем 4- лопастных

Что такое угол установки лопасти воздушного винта?

Угол установки лопасти винта — угол наклона сечения лопасти к плоскости вращения винта. Так как многие винты имеют крутку лопастей , угол установки замеряется по условному сечению (обычно на 2/3 длины лопасти ). Ребро лопасти , рассекающее воздух, называется передней кромкой, а заднее — задней кромкой

Что означает шаг лопасти вентилятора?

Измеряется в единицах расстояния за один оборот. Чем больше шаг винта, тем больший объём газа или жидкости захватывают лопасти , однако, вследствие увеличения противодействия, тем больше нагрузка на двигатель и меньше скорость вращения винта (обороты)