Главная страница Контакты Карта сайта Поиск по сайту:
Barque.ru
Следить за появлением новых статей:
Читать @barque_ru
 
  • Судостроение
  • Моторы
  • Проекты
  • Спорт
  • Консультации
  • Кругозор
  • Истории
  • Главная / Судостроение / Моторные суда / 1968 год / Особенности расчета катерных гребных винтов
    Краткое оглавление
    Коэффициенты взаимодействия винта и корпуса Потери мощности на трение в валопроводе и редукторе Выбор числа лопастей и дискового отношения винта Расчет гребного винта при помощи диаграммы Э. Э. Папмепя Проверка винта на кавитацию


    Подкатегории раздела
    Парусные суда Моторные суда Технологии Экранопланы


    Поделитесь информацией
    Твитнуть


    Похожие статьи
    Расчет основных элементов катерных гребных винтов
    Методы расчета гребных винтов спортивных судов
    Отливка гребных винтов в любительских условиях
    Подбор элементов гребных винтов
    Форма многократного использования для отливки гребных винтов
    Особенности и конструктивные решения винтов «мульти-питч»
    Ремонт гребных валов и винтов на катере
    Способ изготовления гребных винтов из сварной трубы
    Приспособление для балансировки гребных винтов
    Современные приводы гребных винтов с подсосом воздуха
    Испытания сменных гребных винтов для импортных подвесных моторов
    Особенности расчетов прочности малых судов
    Пять вопросов ученому о гребных винтах
    Дополнительная литература о гребных винтах



    Особенности расчета катерных гребных винтов

    Год: 1968. Номер журнала «Катера и Яхты»: 16 (Все статьи)
              0



    Проектирование гребных винтов для быстроходных катеров имеет ряд специфических особенностей. Далеко не всегда конструктор располагает надежной кривой буксировочного сопротивления, так как испытания моделей катеров в опытовом бассейне проводятся довольно редко. Еще сложнее учесть влияние на сопротивление катера и условия работы двигателя и винта волнения (начиная с высоты волны 0,5—0,7 м) и ветра. Во многих случаях гребные валы располагаются наклонно, что приводит к косому обтеканию винтов, которое вызывает более раннее наступление кавитации и падение упора винта. Катерные двигатели имеют жесткую характеристику, не допускающую практически никакой перегрузки.


    Информация об изображенииДиаграмма
    Диаграмма
     
    При использовании для расчета катерных гребных винтов широко распространенных экспериментальных диаграмм (Трооста, Тейлора и т. п.) учесть указанные особенности не удается. Эти экспериментальные диаграммы построены на основании испытаний моделей малооборотных («тихоходных») гребных винтов в довольно узком диапазоне удельных нагрузок и зачастую совершенно неприемлемы для расчета кавитирующих «быстроходных» винтов с относительно малой поступью. Поэтому в практике расчета катерных винтов чаще применяют диаграммы Э. Э. Папмеля, которые построены не на базе обработки результатов модельных испытаний, а получены расчетным путем применительно к полноразмерным винтам. Эти диаграммы обеспечивают широкое изменение элементов винтов и позволяют проектировать как некавитирующие, так и кавитирующие гребные винты.

    Коэффициенты взаимодействия винта и корпуса


    Значение коэффициента попутного потока для водоизмещающих катеров может быть достаточно точно определено по формуле Э. Э. Папмеля:


    где δ — коэффициент общей полноты катера;
    х = 1 — для винтов, расположенных в ДП, и х = 2 — для бортовых винтов;
    Δ — водоизмещение, м3;
    D — ожидаемый диаметр гребного винта, м;
    Fr —- число Фруда.

    Коэффициенты влияния неравномерности попутного потока на упор, момент и к. п. д. при наличии достаточных зазоров между винтом, корпусом и кронштейном вала могут быть приняты равными i1=i2=i=l.

    Коэффициент засасывания на швартовых в зависимости от обводов корпуса и расположения гребного винта принимается равным:


    На рабочем режиме коэффициент засасывания:


    У глиссирующих катеров и катеров на подводных крыльях попутный поток и сила засасывания практически отсутствуют, так как винты обтекаются почти невозмущенным потоком воды, однако в этом случае необходимо учесть влияние косого обтекания винта. При отсутствии кавитации можно принять, что наклон гребного винта к потоку приводит к уменьшению расчетной скорости обтекания до величины υ cos θ и снижению полезного упора P до величины P cos θ, где θ — угол наклона вала гребного винта. По аналогии с водоизмещающими катерами, количественный учет уменьшения скорости обтекания и упора винта целесообразно производить при помощи условных коэффициентов попутного потока ω и засасывания ι:


    Численные значения этих коэффициентов могут быть определены по формуле, рекомендованной М. Н. Веселовским:


    в которой угол скоса потока в радианах равен:


    Под углом скоса потока при определении ω обычно понимается угол между осью вала и днищем или кормовым крылом катера, а при определении t — угол между осью вала и поверхностью воды с учетом ходового дифферента.

    При более точных расчетах следует учитывать возникающую при косом обтекании поперечную силу, расположенную в плоскости диска винта и направленную вверх. Одна составляющая этой силы вызывает разгрузку катера, благодаря чему сопротивление катера уменьшается. Другая составляющая направлена в сторону, противоположную движению, и приводит к увеличению сопротивления.

    Потери мощности на трение в валопроводе и редукторе


    Потери мощности на трение валопровода в опорных и упорном подшипнике, сальнике дейдвуда и редукторе обычно учитываются суммарным механическим к. п. д. ηм:


    где ηв = 0,96÷0,98 — к. п. д. валопровода;
    ηред = 0,96÷0,98 — к. п. д. редуктора, вводимый, если мощность двигателя указана без учета редуктора.

    Выбор числа лопастей и дискового отношения винта


    Число лопастей некавитирующих гребных винтов выбирается в зависимости от величины коэффициентов rn или rd, вычисленных для ожидаемом максимальной скорости и характеризующих нагрузку винта. При слабонагруженных винтах, когда:


    число лопастей принимается равным z = 3. Если величины этих коэффициентов меньше указанных (при большой нагрузке), применяются четырехлопастные винты.

    Кавитирующие гребные винты с целью отдаления начала кавитации и ослабления ее влияния обычно проектируются трехлопастными.

    В последнее время имеются случаи применения на быстроходных катерах пяти- и даже шестилопастных кавитирующих винтов. Это приводит к некоторому снижению максимальной скорости хода, зато уменьшает нежелательные вибрации кормовой оконечности.

    Величина дискового отношения некавитирующих гребных винтов должна выбираться таким образом, чтобы на наиболее длительных эксплуатационных режимах исключались возникновение кавитации и появление эрозии гребных винтов.

    Предварительно можно принимать:


    где Р — упор винта на режиме полного хода, кг;
    D — ожидаемый диаметр винта, м.

    В дальнейшем величина А/Аd уточняется поверочным расчетом на кавитацию. В тех случаях, когда не удается избежать наступления кавитации даже при увеличении А/Аd до 1—1,2, следует переходить на проектирование кавитирующих винтов.

    Для кавитирующих гребных винтов обычно принимается А/Аd=0,9÷1,2.

    Расчет гребного винта при помощи диаграммы Э. Э. Папмепя


    В большинстве случаев конструктору при расчете гребного винта приходится исходить из заданных значений мощности двигателя и числа оборотов; часто бывает ограничен и диаметр гребного винта. В этих условиях расчетом определяются наибольшая достижимая скорость катера, шаговое отношение и к. п. д. винта.

    Схема расчета некавитирующего гребного винта для этого случая приведена в табл. 1. Следует заметить, что при скорости до 40 км/час и числе оборотов гребного вала 1500—2000 об/мин гребные винты обычно не кавитируют, поэтому приводимой схемой можно пользоваться практически для любых катеров с конвертированными автомобильными двигателями мощностью до 100 л. с.


    Расчет можно вести в виде последовательных приближений, задаваясь скоростью хода катера υs (первая строка расчетной таблицы). Если в начале расчета коэффициент засасывания на рабочем режиме неизвестен, то для первого приближения его необходимо определить пробным расчетом. Для всех же последующих приближений значение коэффициента t берется из столбца предыдущего приближения (строка 13).

    В результате расчета на диаграмме Э. Папмеля находится точка действия винта, определяемая значением относительно поступи λp на оси абсцисс Диаграммы) и коэффициентом упора:


    где ρ — массовая плотность воды.

    Приводим наиболее употребительную диаграмму для расчета некавитирующих трехлопастных винтов с A/Ad = 0,55. Более широко такого рода диаграммы представлены в атласе Э. Э. Папмеля, входящем в его книгу «Практический расчет гребного винта», а также в приложении к книге М. М. Жученко и В. М. Иванова «Расчеты гребных винтов».

    Если число лопастей zрасч и дисковое отношение θрасч проектируемого винта не совпадают с их диаграммными значениями (zдиагр. θдиагр.). то для возможности использования имеющихся Диаграмм в расчет вводятся переходные коэффициенты:


    Расчет считается законченным пои совпадении значений располагаемой мощности двигателя и потребной мощности, полученной в строке 16, а также при совпадении значений коэффициента засасывания l, принятого в строке 5 и полученного в строке 13.

    Для того чтобы избежать перегрузки двигателя во время эксплуатации катера вследствие обрастания корпуса, действия волнения и т. п., расчет винта следует выполнять при условии использования 90—95% всей располагаемой мощности при максимальном числе оборотов двигателя.

    В диаграммах Э. Папмеля принято в качестве определяющего параметра не конструктивное шаговое отношение H/D, а шаговое отношение нулевого упора H/D, являющееся важнейшей гидродинамической характеристикой. К конструктивному шаговому отношению можно перейти при помощи формулы:


    где δ0 — относительная кривизна средней линии профиля сечения лопасти на радиусе R0.

    Для иллюстрации изложенных методов приведем пример определения скорости хода и элементов гребного винта (см. таблицу) небольшого одновинтового глиссирующего катера водоизмещением 1,48 т.

    Угол наклона оси гребного вала к поверхности воды 9°30'; угол между осью вала и днищем 4°; ходовой дифферент 4°. Данные углы определяют следующие условные коэффициенты взаимодействия винта и корпуса:


    Глубина погружения оси гребного винта hs ≈ 0,5 м.
    Максимально допустимый диаметр гребного винта D = 0,4 м.

    Устанавливается главный двигатель «М51-УМ» с длительной эксплуатационной мощностью Ne=62 л. с. при числе оборотов nдв=2600 об/мин. Для обеспечения необходимого запаса числа оборотов расчет элементов гребного винта ведется на уменьшенную мощность Np=0,95 Ne=59 л. с.

    Коэффициент редукции числа оборотов ip=1:1,55; таким образом, число оборотов винта n=27,95 об/сек. К. п. д. валопровода ηв=0,97.

    Поскольку коэффициент «числа оборотов — упора» kn превышает 1 и винт является малонагруженным, число лопастей принимаем равным z=3.

    Диаметр винта принимается равным максимально допустимому D=0,4 м; это примерно на 10 мм больше оптимального значения и в дальнейшем позволит производить доводку гребного винта на испытаниях путем обрезки диаметра без снижения к. п. д. Дисковое отношение соответственно должно быть несколько более определенного по формуле:


    поэтому принимаем его равным A/Ad=0,6.

    Поскольку коэффициент засасывания на рабочем режиме нам известен (t=0,03), строки 12 и 13 не заполняются.

    Информация об изображенииГрафик
    График
     
    Значения сопротивления R для интересующего нас диапазона расчетных скоростей υs снимаем с имеющихся в нашем распоряжении кривых, построенных по результатам испытаний, и проставляем в строке 3. Значения расчетного к. п. д. винта и шагового отношения нулевого упора снимаются с диаграммы К1 — λp для трехлопастных винтов с дисковым отношением A/Ad— 0,55. Переходные коэффициенты ввиду несовпадения расчетного и диаграмного дискового отношения будут составлять: kθ=0,97; ηθ=0,995.

    По результатам расчета построен график зависимостей мощности двигателя и шагового отношения нулевого упора винта от скорости хода, позволяющий определить, что при мощности Nр=59 л. с. наибольшая достижимая скорость хода составит около 18,4 узла. Шаговое отношение нулевого упора при этом будет равно 1,15. Для проверки правильности произведенного расчета в столбце 4 таблицы выполнен контрольный расчет, результаты которого уточняют все элементы и характеристики проектируемого винта.

    Принимая относительную кривизну средней линии профиля δ0=0,03, находим конструктивное шаговое отношение:


    Проверка винта на кавитацию


    После определения наибольшей скорости хода и основных элементов гребного винта необходимо проверить его на отсутствие кавитации. Проверка производится путем сравнения критического числа оборотов винта, при котором возникает кавитация на эквивалентном элементарном профиле, расположенном на радиусе г0 центра тяжести спрямленной поверхности лопасти и имеющем толщину е и ширину bср, с действительным числом оборотов на максимальной скорости хода.

    При нормальных образованиях лопасти:


    Обычно необходимые сведения об относительной толщине лопасти δ', приведенном радиусе г0 и других элементах винта приводятся на поле расчетной диаграммы. В первом приближении можно принять:


    Определение критического числа оборотов для выбранных элементов винта производится в следующем порядке.

    1. Находится относительная поступь винта для расчетной скорости:


    2. Вычисляется или снимается с диаграммы коэффициент упора:


    3. Определяется коэффициент подъемной силы эквивалентного профиля:


    4. Находятся функции угла поступи винта β:


    5. Вычисляются параметр 1 — φ∞ и критическое число кавитации χк:


    В данном случае принимается δ'=0,05.


    6. Рассчитывается действительное число кавитации:


    где pa = 10330 кг/м2 — атмосферное давление;
    γ = 1020 кг/м3 — объемный вес морской воды;
    pd = 130 кг/м2 — давление насыщенных паров воды при температуре 12° С.

    7. Определяются критическое число оборотов винта и запас на кавитацию:


    Таким образом, запас числа оборотов против наступления кавитации составляет 41%.

    Учитывая, что в данном случае винт работает в скошенном потоке, полученный запас числа оборотов можно считать нормальным. Обычно же для полной гарантии в отсутствии кавитации (как ее первой стадии, сопровождающейся эрозией винта, так и второй, вызывающей падение упора и к. п. д. винта) необходимо, чтобы запас числа оборотов составлял не менее 20—30%. Если это условие не удовлетворяется, необходимо уменьшить относительную толщину эквивалентного профиля δ' или увеличить ширину сечений лопасти b и повторить весь расчет. Если же этими мерами кавитацию предотвратить не удается, следует выполнять расчет с учетом кавитации. Расчет кавитирующих винтов с учетом косого обтекания будет рассмотрен в одном из ближайших выпусков сборника.


    Понравилась ли вам эта статья?
    +8

    ПРЕДЫДУЩИЕ СТАТЬИ
    Дакроновые паруса для «Финна»
    Наш опыт изготовления водомета
    О гидродинамике многокорпусных глиссирующих судов
    Конструкция корпуса малого судна
    Движение под парусом со скоростями быстрее ветра
    Принципы конструкции и движения экранопланов
    Экраноплан «KAG-3» и его испытания
    Особенности расчетов прочности малых судов
    Отливка гребных винтов в любительских условиях
    Электрооборудование катеров
    Скорость 200 километров в час на буере
    Пять вопросов ученому о гребных винтах
    Принцип работы и устройство гребного винта
    Правильно ли расположен гребной винт?
    Контуры наиболее ходовых судостроительных лекал

    ТЕКУЩАЯ СТАТЬЯ
    Особенности расчета катерных гребных винтов

    СЛЕДУЮЩИЕ СТАТЬИ
    Защита гребных валов стеклопластиком
    Шпоновая (или скорлупная) обшивка для лодки
    Корпуса лодок скорлупной конструкции
    Итоги эксплуатации стекло- и армоцементных яхт
    От теоретического чертежа к постройке судна
    Плюсы и минусы тихоходных водоизмещающих лодок
    Глиссирующая мотолодка для волны
    Оценка вместимости и остойчивости прогулочных лодок
    Парусное вооружение современных яхт
    Расчетный метод сопротивления остроскулых катеров
    Конструкция паруса спинакера и управление им
    Повышение скорости движения судов, имеющих контакт с водой
    На цилиндрических колесах по воде
    Методы расчета гребных винтов спортивных судов
    Вспомогательный мотор на парусной яхте


    Ссылка на эту статью в различных форматах
    HTMLTextBB Code

    Комментарии к этой статье


    Еще нет комментариев



    Сколько будет 33 + 22 =

           



    Barque.ru © 2013 | Контакты | Карта сайта
    Судостроение: Парусные суда Моторные суда Технологии Экранопланы
    Моторы: Описание моторов Устройство моторов Самодельные моторы Тюнинг моторов Обслуживание моторов Дистанционное управление
    Проекты: Парусные яхты Парусные катамараны Парусные тримараны Моторные лодки Катера Туристические суда Рыболовные суда Виндсерфинги и лыжи Прицепы и трейлеры Прочие проекты
    Спорт: Новости спорта Парусные соревнования Водномоторный спорт Воднолыжный спорт Виндсерфинг Буерные соревнования Соревнования туристов
    Консультации: Полезные устройства Полезные советы Улучшение судов Улучшение моторов Опыт эксплуатации Техника плавания Разбор аварий Рыболовам
    Кругозор: Новые суда и устройства Интересные события Интересные факты Интервью Карты и маршруты Официальные данные Проблемы малого флота Яхт-клубы и стоянки Письма в редакцию
    Истории: Путешествия Туристические походы Знаменитые корабли Военная страничка Литературная страничка История флота Прочие истории