45. Геометрия винта.

Лопасти гребного винта представляют собой профилированные крылья, со­вершающие одновременно вращательное и поступательное вдоль оси вращения движения. В связи с этим поверхности лопастей образованы по винтовым поверх­ностям. Если какая-нибудь часть АВ радиуса ОВ вращается вокруг оси ОО₁ и одновременно перемещается вдоль оси, то любая точка С этого радиуса описывает винтовую линию, а отрезок АВ - винтовую поверхность (рис.9.6). Путь, проходимый точкой С вдоль оси за один оборот, называется шагом винтовой линии, а отрезком АВ - шагом винтовой поверхности. Если разрезать по образующей поверхность цилиндра с винтовой линией и развернуть на плоскость, то винтовая линия изобразится гипотенузой треугольника с катетами 2 и Н (шаг винтовой линии). Наклон гипотенузы определяется шаговым углом:

Гребной винт характеризуется не шагом, а отношением шага к диаметру винта Н/D, называемым шаговым отношением.Винтовую поверхность нельзя развернуть на плоскость без искажения, поэтому площадь лопасти приближенно определяют как площадь спрямленного контура лопасти , который получается, если на контуре проекции лопасти провести сечения лопасти цилиндрами, с основными с винтом, и от оси лопасти отложить длины винтовых линий, полученных в сечениях.

Обозначим через А площадь спрямленного контура, г - число лопастей винта. Отношение площади всех лопастей к площади диска винта называется дисковым отношением:

Гребные винты транспортных судов имеют дисковые отношения в диапазоне 0,35... 0,80.Основными частями гребного винта являются ступица и примыкающие к ней лопасти. Диаметром винта называется диаметр окружности, проходящей через концы лопастей. Часть лопасти, примыкающая к стуцице, называется корнем лопасти, а наиболее удаленная от оси - концом лопасти. Винты делятся на правого и левого вращения. Если, глядя в корму удаляющегося судна, мы увидим вращение винта по часовой стрелке, то это винт правого вращения, а если вращение против часовой стрелки, то это винт левого вращения. Боковую кромку лопасти, обращенную в сторону вращения винта, называют входящей, а противоположную ей - выходящей кромкой. Поверхность лопасти, на которую при переднем ходе действует реакция отбрасываемой воды, называют нагнетающей поверхностью. на ней возникает повышенное давление; противоположная поверхность лопасти (обращенная к корпусу) - засасывающая поверх­ность. на ней образуется разрежение. Линия пересечения обеих поверхностей образует контур лопасти. Сечение лопасти цилиндром, соосным с гребным винтом, даст се профиль. Для гребных винтов применяются сегментные и авиационные профили сечения лопастей.

46.Средства повышения эффективности гребного винта и руля.

При постройке судна в первую очередь строят винт, а потом к нему подбирают главный двигатель. Винты делятся на «тяжелые» и «легкие». Тяжелые винты не соответствуют главному двигателю, например имея шаг больше, чем нужно. Легкие наоборот имеют шаг меньше, чем нужно. Повысить эффективность тяжелого винта куда проще, чем легкого. Самый распространенный и просто способ это обрезка лопастей винта, после чего его необходимо отбалансировать.

Один из сравнительно новых способов повышения эффективности винта -установка за ним свободно вращающегося турбопропеллера («колеса профессора Грима»), предложенного в Германии. СВТ представляет собой винт с узкими лопастями, свободно вращающийся на валу за основным винтом с небольшой частотой, составляющей 35-45 % от частоты вращения гребного вала. Диаметр СВТ несколько больше, чем у основного винта, причем внутренняя часть СВТ работает как турбина, т.е. раскручивается потоком от винта, а наружная, выходящая за габариты основного винта, - как движитель. Упор движительной части больше, чем сопротивление турбинной части, в результате СВТ создает дополнительный упор, повышая КПД установки. При постоянной мощности упор комплекса на 10-13 % больше, чем одиночного винта, КПД повышается до 10 %.

При больших отношениях В/Т часто бывает выгодной установка двух, редко -большего числа винтов, в результате чего удается увеличить КПД благодаря увеличению площади гидравлического сечения. Особенно остро эта проблема стоит у мелкосидящих судов внутреннего плавания. Для таких судов предложены туннельные (тоннельные) обводы кормовой оконечности: винты располагаются в специально спрофилированных туннелях, так что их диаметр может превышать осадку судна кормой Т, достигая 1,25 Т. На переднем ходу туннель заполняется водой; благодаря увеличению площади гидравлического сечения (до 3 раз) требуемая мощность снижается, несмотря на увеличение сопротивления судна.

На некоторых судах, плавающих по мелководному незасоренному фарватеру, применяют полупогруженные винты, ось которых располагается выше уровня воды. По сравнению с полностью погруженным винтом такого же диаметра их КПД заметно меньше из-за прорыва воздуха к лопастям и волноообразования, но увеличение площади гидравлического сечения по сравнению с полностью погруженным винтом (винтами) нередко дает положительный эффект. К достоинствам полупогруженных винтов можно отнести простоту дейдвудного устройства, к недостаткам - большие массу и габариты.

Еще один способ - идея направляющей насадки, впервые была высказана отечественным ученым Бриксом. Насадка работает следующим образом. Гребной винт формирует струю, которая постепенно сужается, особенно в диске винта. В результате на профиль насадки поток набегает под некоторым углом атаки со скоростью с, создавая гидродинамическую силу F, одна составляющая которой S направлена к оси винта и сжимает насадку (аналогично гидростатическому давлению), другая Тн - по направлению движения, создавая дополнительный упор. Ввиду того что на профиле насадки создается циркуляция скорости, увеличивается скорость протекания воды через диск винта, что способствует увеличению его КПД. Дополнительная скорость, созданная насадкой, тем больше, чем меньше скорость хода судна. В результате улучшается использование мощности главного двигателя на различных режимах благодаря тому, что скорость потока в диске винта меняется медленнее, чем скорость хода судна.

На некоторых судах применяются предвинтовые насадки, которые также создают дополнительный упор и позволяют получить экономию мощности 5-7 %. Они менее эффективны, чем обычные, но не подвергаются повышенной эрозии.

Для повышения эффективности руля используют следующие методы:

• делают задвижку, которая на 18% уменьшает усилия в баллере руля

• наваривают бульб на перо руля, который выравнивает поток набегающей воды («Груша Коста»)

• делают Т образный срез(см.рисунок)

• повышают коэффициент качества пера руля К=Р_у/Р_х(Жигловский), где Р_у- подъемная сила, Р_х – лобовое сопротивление.