2. Расчет ГВ

В случае, если пред ≥ ор, то окончательное значение диаметра гребного винта подлежит уточнению на последующих стадиях расчета. Если

ор > пред, то в дальнейшем диаметр гребного винта следует принять

равным Dпред и считать заданным, а значения nop , Ne oр или

(в зависимости от типа задачи) нужно уточнить по номограмме (рис.1) при

D = Dпред.

3.Определение коэффициентов взаимодействия гребного винта с корпусом судна.

Трудности гидродинамического и математического характера исключают в настоящее время возможность точного определения коэффициентов взаимодействия гребного винта с корпусом аналитическим путем.

В реальном проектировании эти коэффициенты, зависящие от размеров, формы обводов корпуса, условий расположения гребного винта за корпусом, режима движения судна и т.п., определяются экспериментально по данным модельных испытаний в опытном бассейне.

Для приближенной оценки коэффициентов взаимодействия в настоящее время имеет ряд эмпирических формул, полученных в результате систематизации данных модельных испытаний при использовании статических методов.

3.1.Коэффициент попутного потока.

Для определения коэффициента расчетным путем одновинтовых транспортных судов может быть рекомендована формула Холтропа, которая обеспечивает достаточно хорошее совпадение с экспериментальными данными:

где Ω - смоченная поверхность корпуса судна, принимается из расчета сопротивления;

D - диаметр гребного винта; если Dop ≤ Dпред, то D = Dop

если Dop > Dпред, то D = Dпред

CѴ - вязкостная составляющая коэффициента полного сопротивления корпуса, приближенно Cv = 1,04 (ζ f + ζ n), значение (ζ f + ζ n) находят из расчета сопротивления при скоростизад или , подразд. 2.1;

- коэффициент продольной полноты корпуса.

= .

Для контроля целесообразно также использовать формулу Э.Э.Папмеля

где m = 1 для одновинтовых судов;

m = 2 для двухвинтовых судов;

- водоизмещение судна; если не задано, то его значение

можно найти по формуле:

= ;

∆ - поправка на влияние числа Фруда; если

= 0,514 зад > 0,2,

∆ = 0,1 − 0,2 ; При ≤ 0,2 ∆ = 0

Для определения коэффициента попутного потока двухвинтовых судов могут быть рекомендованы формулы Шенхерра:

При наличии выкружек гребных валов и вращении винтов наружу -

= 2 1 − + 0,2 cos ! − 0,02; (3.3)

где " - угол наклона выкружек к горизонту; если " не известно,

то рекомендуется принять " = 20 ÷ 40 o для контроля, как и для одновинтовых судов, целесообразно использовать формулу Э.Э. Папмеля.

3.2.Коэффициент засасывания

Для определения коэффициента засасывания t одновинтовых судов рекомендуется использовать формулу Холтропа:

Для контроля полученных по формуле (3.5) значений целесообразно использовать следующие соотношения: t = (0,5 ÷ 0,7 )ωt - при обтекаемом руле и профилированном рудерпосте; t = (0,7 ÷ 0,9)ωt - при обтекаемом руле и рудерпосте с прямоугольным сечением.

3.3.Коэффициент неравномерности потока в диске винта.

Для современных транспортных судов значение коэффициентов влияния неравномерности потока в диске винта изменяются обычно в следующих пределах.

3. Влияние неравномерности потока на кпд гребного винта определяется

соотношением: = (3.10)

3.4.Коэффициент влияния корпуса

Коэффициент влияния корпуса может быть найден по формуле:

4.Определение числа лопастей, дискового отношения и выбор расчетной диаграммы.

4.1.Выбор числа лопастей гребного винта.

Вреальном проектировании гребных винтов окончательному определению числа лопастей должны предшествовать расчеты собственных колебаний корпуса, валопровода и силовой установки на основном режиме эксплуатации судна. Эти расчеты весьма сложны и трудоемки. Анализ и обобщение результатов этих расчетов позволили выработать ряд рекомендаций, которыми следует пользоваться при выборе числа лопастей.

Число лопастей гребного винта одновинтовых и двухвинтовых судов выбирают исходя из нагрузки гребного винта. Для этого необходимо предварительно подсчитать коэффициент нагрузки гребного винта по упору, по формуле:

Если σp ≥ 2÷2,5, что соответствует условиям работы гребных винтов крупнотоннажных судов, то следует принимать число лопастей = 6÷8,

причем окончательный выбор необходимо произвести после определения оптимального дискового отношения.

4.2. Выбор дискового отношения.

Для выбора дискового отношения гребного винта, при котором будeт обеспечена переработка мощности без недопустимой кавитации лопастей, на рис. 2-5 приведены диаграммы для различных фиксированных скоростей

. Диаграммы показывают связь между диаметром четырехлопастного гребного винта и рациональной частотой его вращения для ряда заданных мощностей. На линиях постоянной мощности обозначены значения

запаса против возникновения кавитации [3].

Значение оптимального дискового отношения находят по диаграмме,

где – число лопастей винта, выбранное по подразд. 3.1.;

z=4- значение дискового отношения, снятое с диаграммы для винта с = 4.

При выборе расчетного дискового отношения необходимо иметь в виду, что его уменьшение (в определенных пределах) повышает кпд винта на 1÷3 % , поэтому при ≥ 6 окончательное значение следует принимать с учетом имеющихся расчетных диаграмм.

Рис.2 Диаграмма для определения рационального дискового отношения гребного винта при скорости его обтекания =5 уз.

1- Область изменения диаметра гребного винта ( Ѳ < 1.0), при котором заданная мощность перерабатывается с возникновением кавитации на лопастях;

2- Зона начала развитой кавитации.

Рис.3 Диаграмма для определения рационального дискового отношения гребного винта при скорости его обтекания =10 уз.

1- Область изменения диаметра гребного винта ( Ѳ < 1.0), при котором заданная мощность перерабатывается с возникновением кавитации на лопастях;

2- Зона начала развитой кавитации.

Рис.4 Диаграмма для определения рационального дискового отношения гребного винта при скорости его обтекания =15 уз.

1- Область изменения диаметра гребного винта (Ѳ<1.0 ), при котором заданная мощность перерабатывается с возникновением кавитации на лопастях;

2- Зона начала развитой кавитации.

Рис.5 Диаграмма для определения рационального дискового отношения гребного винта при скорости его обтекания =20 уз.

1- Область изменения диаметра гребного винта (Ѳ < 1.0), при котором заданная мощность перерабатывается с возникновением кавитации на лопастях;

2- Зона начала развитой кавитации.

4.3. Расчетные диаграммы для определения оптимальных элементов гребного винта.

Расчёты ходкости судов и выбор основных элементов гребного винта в настоящее время производится на основе данных испытаний систематических серий моделей гребных винтов в опытных бассейнах и кавитационных трубах.

Широкое распространение в мировой и отечественной практике проектирования гребных винтов получили серии, разработанные и испытанные в 1940 – 1960 гг. В голландском опытном бассейне – серии B (серии Трооста). Основными достоинствами этих серий гребных винтов являются широкая вариация геометрических элементов, надёжности полученных данных по гидродинамическим характеристикам обеспечение эффективной, с достаточно высоким КПД, переработки подводимой мощности.

В Советском Союзе в 70 – 80 годы были выполнены испытания гребных винтов серии М и Т, при проектировании которых были учтены выдвигаемые на современном этапе развития судостроения требования к движителям по эффективности и виброактивности. Гребные винты серий М и Т имеют умеренно саблевидный контур, что способствует снижению вибрации судна и высокий КПД, устойчивы к возникновению кавитации.

Основные характеристики серий В, М, Т , рекомендуемые для выполнения расчётов, приведены в табл. 1. Сами диаграммы в форме, предложенной Э.Э.Паgмелем, представлены в атласе диаграмм, который является приложением к данным методическим указаниям [1].