Гребной винт как элемент пропульсивного комплекса

Все судовые движители , в том числе гребные винты, по принципу действия являются реактивными. Реакция отбрасываемой среды, приложенная к рабочим элементам движителя, создает силу, проекция которой на направление движения называется упором движителя.

Гребной винт состоит из 3-7 лопастей, радиально установленных на одинаковом угловом расстоянии друг от друга на теле вращения, называемом ступицей. Лопасти – закрученные крылья малого удлинения. Обтекание элемента лопасти определяется скоростью , которая равна сумме поступательной скорости движения суднаи вращательной скоростивокруг оси винта.

Элемент винта можно рассматривать как крыло, движущееся в потоке со скоростью под углом атаки. На элементе возникнут подъемная сила и сопротивление. Проекция равнодействующей этих сил на направление движения - упоррассматриваемого элемента; проекция на плоскость вращения, направленная против скорости, создает момент относительно оси вращения, преодолеваемый двигателем.

Схема действия гребного винта

Направление упора, создаваемого гребным винтом, однозначно определяется направлением его вращения.

Основные геометрические элементы гребных винтов.

Лопасти гребного винта представляют собой установленные на ступице 1 закрученные крылья 4 малой относительной толщины.

Они образованы в результате пересечения двух криволинейных поверхностей, одна из которых представляет собой нагнетающую сторону лопасти 6, а другая — засасывающую 5. Нагнетающей называется сторона лопасти, обращенная в корму судна, на ней на переднем ходу формируется повышенное давление. Сторона лопасти, на которой возникает пониженное давление, называется засасывающей, эта поверхность обращена в нос судна. Линия пересечения засасывающей и нагнетающей поверхностей называется контуром лопасти 3. Наиболее удаленная от оси винта точка контура лопасти называетсяконцом лопасти. Для каждой лопасти условно вводится перпендикулярная к оси линия, которая называется осевой линией лопасти (ОЛЛ). Расстояние от точки до осипредставляет собойрадиус винта , его удвоенное значение равно диаметру винта .

Область притыкания лопасти к ступице называется корнем лопасти 2, расстояние от корня лопасти до ее конца, измеренное по радиусу, есть длина лопасти , где— радиус ступицы. Наибольший размер лопасти, измеренный в осевом направлении , -подъем лопасти, или ее осевой размер.

Цилиндрическая система координат и основные элементы правоходового гребного винта

Важная характеристика винта, определяющая его геометрию - направление вращения. Если смотреть вдоль оси , то у винта правого вращения правая кромка вертикально расположенной лопасти в ее верхнем положении более удалена от наблюдателя, чем левая, для рассматриваемого цилиндрического сечения. Кромка лопасти, более удаленная от наблюдателя и как бы встречающая поток воды при движении судна передним ходом первой, называетсявходящей 11, а противоположная — выходящей 8.

Развернутое на плоскость сечение лопасти характеризует профиль сечения.

Хорда профиля 12 – отрезок прямой, соединяющая наиболее удаленные точки профиля. Каждая хорда - цилиндрическая винтовая линия. Ширина профиля сечения измеренная по хорде, называетсяшириной лопасти на данном радиусе. Наибольший размер , измеренный по перпендикуляру к хорде, определяет наибольшую толщину профиля сечения лопасти на рассматриваемом радиусе. Форма профиля сечения лопасти характеризуется также его относительной толщиной , значение которой зависит от радиуса сечения.

Лопасть образуют винтовые поверхности. Винтовая поверхность описывается плоской кривой, которая вращается вокруг оси и одновременно движется вдоль этой оси поступательно.

Шаг винтовой линии – измеренное вдоль оси расстояние, которое проходит точка за один оборот вокруг оси (обозначается ). В общем случае винтовая поверхность может иметь переменный шаг как в осевом направлении, так и по радиусу.

Поверхность, проходящая через кромки лопасти и состоящая из хорд всех цилиндрических сечений этой лопасти, называется номинальной поверхностью. Шаг этой поверхности называется кромочным шагом. Если кромочный шаг всех сечений лопастей винта одинаков, то винт называется винтом постоянного шага. Если номинальная поверхность имеет радиально-переменный шаг, то винт называется винтом переменного шага. Шаговый угол , при постоянном шаге шаговый угол возрастает от периферии к ступице. Обычно в качестве характерного или конструктивного шага принимается шаг сечения, расположенного на относительном радиусе . Отношение конструктивного шага винта к его диаметру называютконструктивным шаговым отношением .

Площадь номинальной поверхности характеризует площадь лопасти гребного винта. Однако эта поверхность не может быть без искажения совмещена с плоскостью, поэтому в качестве меры площади лопасти принимают величину площади спрямленной поверхности лопасти. Причем контур, ограничивающий эту площадь, называют контуром спрямленной поверхности лопасти. Ширина спрямленной поверхности на каждом радиусе равна хорде профилей образующих лопасть. Площадь этой поверхности для лопасти гребного винта со ступицей радиуса равна ,где — ширина лопасти на радиусе .Полная площадь лопастей гребного винта, имеющего Z лопастей, в этом случае равна . Отношение этой площади к площади диска гребного винта называетсядисковым отношением, величина его для судовых гребных винтов .