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 / 1969 год / Методы расчета гребных винтов спортивных судов
    Подкатегории раздела
    Парусные суда Моторные суда Технологии Экранопланы


    Поделитесь информацией
    Твитнуть


    Похожие статьи
    Мази для полировки корпусов гребных спортивных судов
    Особенности расчета катерных гребных винтов
    Расчет основных элементов катерных гребных винтов
    Гидродинамические характеристики спортивных гребных лодок
    Отливка гребных винтов в любительских условиях
    Редуктор для спортивных судов
    Подбор элементов гребных винтов
    Поддержка трехточечных схем корпусов спортивных судов
    Улучшение свойств краски для спортивных судов
    Форма многократного использования для отливки гребных винтов
    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



    Методы расчета гребных винтов спортивных судов

    Год: 1969. Номер журнала «Катера и Яхты»: 21 (Все статьи)
              0



    Обычно применяемые методы расчета катерных гребных винтов могут быть использованы при проектировании движителей гоночных судов. Однако диаграммы кривых действия, используемые в стандартных расчетах, построены для гребных винтов с определенной формой и профилем сечения лопастей. Гребные же винты спортивных судов имеют особую геометрию. Высокие абсолютные скорости движения и относительно небольшие значения упора требуют повышения чисел оборотов при одновременном уменьшении диаметра гребных винтов. Если лопасти придать оптимальную толщину, то ее входящие кромки будут отгибаться под давлением воды. В связи с этим приходится утолщать сечения лопастей у кромок и придавать лопастям саблевидность. Кроме того, чтобы уменьшить потери вследствие значительного на высоких оборотах радиального перетекания воды, лопастям винта придают значительный наклон в корму. Это одновременно в некоторой степени устраняет вредное влияние расположенного впереди винта кронштейна гребного вала или обтекателя редуктора угловой передачи.


    Информация об изображенииРис. 1. Схема прососа воздуха к винту по вихревым шнурам
    Рис. 1. Схема прососа воздуха к винту по вихревым шнурам
     
    Такие изменения в геометрии винтов, безусловно, приводят к некоторому отклонению их гидродинамических характеристик От полученных на стандартных сериях.

    В отличие от судов других типов, на гоночных судах ось гребного винта всегда располагается сравнительно близко к поверхности воды. Глубина погружения оси редко превышает 0,6D (D — диаметр винта), применяются и частично погруженные винты, поэтому нередки случаи попадания к лопастям воздуха и даже полного оголения всего диска винта, особенно на волне.

    Информация об изображенииРис. 2. Гребной винт подвесного мотора Кресчент Марин
    Рис. 2. Гребной винт подвесного мотора Кресчент Марин
     
    При работе гребного винта с концов его лопастей и по оси сбегают свободные вихри, причем интенсивность осевого вихря в Z раз больше, чем концевых (Z — число лопастей). Из-за больших окружных скоростей в центре вихревых шнуров создается значительное разрежение, которое может вызвать образование воздушной воронки, выходящей на поверхность воды (рис. 1). Размеры этих воронок и глубина распространения их в воде зависят от интенсивности сбегающих вихрей, скорости набегающего потока и наклона оси винта.

    Информация об изображенииРис. 3. Гребной винт подвесного мотора Меркюри-75
    Рис. 3. Гребной винт подвесного мотора Меркюри-75
     
    При определенных условиях воздушная воронка может достичь диска винта; тогда воздух, распространяясь в зону разрежения на засасывающей стороне лопасти, резко уменьшает величину упора и момента винта. Падение момента вызывает дополнительное повышение числа оборотов, что, в свою очередь, усиливает аэрацию винта.

    Попаданию воздуха по воздушной воронке способствуют такие явления, как случайное оголение лопасти винта, резкое повышение сопротивления судна, например, при ударе о волну, образование паро-воздушной каверны перед или за винтом при отрывном обтекании кронштейнов или рулей.

    Информация об изображенииРис. 4. Гребной винт подвесного мотора Джонсон
    Рис. 4. Гребной винт подвесного мотора Джонсон
     
    Мерами для прекращения аэрации винта могут быть увеличение погружения его оси, изменение угла наклона вала или кратковременное снижение числа оборотов. Однако, как показали эксперименты, проведенные на ряде спортивных судов различных классов, наиболее простым и эффективным способом предотвращения аэрации является изменение шага Н по радиусу R гребного винта. Например, на подвесных моторах подсос воздуха к винтам, имеющим ось, погруженную на 0,6—0,65D, и почти осевое обтекание, начинается при шаговом отношении H/D>1. По-видимому до H/D=1,4 воздух подсасывается только по центральному вихрю, так как плавное уменьшение шага к ступице на 15—20%, начиная от сечения на г=0,65÷0,7R, приводит к полному предотвращению влияния аэрации на характеристики винта.

    Информация об изображенииРис. 5. Гребной винт подвесного мотора Меркюри-1000
    Рис. 5. Гребной винт подвесного мотора Меркюри-1000
     
    При дальнейшем увеличении шагового отношения воздух начинает засасываться к винту по воздушным воронкам концевых вихрей, поэтому при H/D>1,4 приходится уменьшать шаг и на конце лопасти приблизительно на те же 15—20%. Такое распределение шага вдоль лопасти позволяет даже при минимальных погружениях оси винта (h=0,5D) и периодических оголениях лопастей полностью предотвратить аэрацию винта на всех режимах движения (тем более, при номинальном режиме работы движителя).

    При наклонном гребном вале аэрация наступает при больших шаговых отношениях. Испытания на катерах К-02 винтов, имеющих H/D=1,6, показали, что при уменьшении шага на 18% у ступицы просос воздуха на всех режимах движения отсутствует.

    Информация об изображенииРис. 6. Гребной винт мотора Меркюри-1000
    Рис. 6. Гребной винт мотора Меркюри-1000
     
    Суперкавитирующие винты также подвержены аэрации, хотя и в значительно меньшей степени. Если при работе суперкавитирующего винта постоянного шага с H/D=1,7 прососа воздуха нет на всех режимах движения (это было проверено на ряде глиссеров яхт-клуба ЛВМБ), то при увеличении H/D до 1,8÷2 на режиме разгона глиссера аэрации избежать не удается.

    Для предотвращения падения упора из-за попадания воздуха на диск винта приходится уменьшать шаг (в указанных пределах) вблизи ступицы винта.

    Информация об изображенииРис. 7. Гребной винт глиссера LX-1000
    Рис. 7. Гребной винт глиссера LX-1000
     
    При проектировании гребных винтов спортивных судов многие параметры могут быть заданы только приближенно (величина сопротивления судна, мощность при номинальных оборотах и т. п.), поэтому на практике влияние отклонений в геометрии можно компенсировать некоторым заранее принятым в расчете запасом мощности и небольшим «утяжелением» винта за счет увеличения его расчетного шага или диаметра. Некоторое несоответствие принятых элементов винта в этом случае может быть исправлено небольшой подрезкой лопастей по радиусу и учтено на дальнейших стадиях доводки судна.

    На рис. 2—5 и 7 приведены чертежи ряда гребных винтов, установленных на иностранных подвесных моторах и стационарных двигателях различной мощности. Эти винты вполне могут служить иллюстрацией применения данных рекомендаций и использоваться в качестве прототипов при проектировании винтов спортивных судов. Следует особо отметить большое влияние на к. п. д. винта точности изготовления и чистоты обработки поверхности лопастей.

    Информация об изображенииРис. 8. Внешние характеристики двигателей
    Рис. 8. Внешние характеристики двигателей
     
    На спортивных судах все большее распространение находят частично погруженные винты. Уменьшение погружения оси винта позволяет снизить сопротивление выступающих частей, достигающее 60% полного сопротивления скутера при скоростях более 100 км/час. Однако снижение сопротивления часто не компенсирует падения к. п, д. винта, поэтому применение полупогруженных винтов объясняется другими соображениями. Высокооборотные гоночные двигатели с настроенными резонансными глушителями и всасывающими каналами не могут развить достаточно высокую мощность на малых и средних оборотах, а ограниченный температурный режим свечей зажигания сокращает рабочий диапазон использования двигателя по числу оборотов.

    Внешняя характеристика таких двигателей имеет ярко выраженный провал (рис. 8). Частично погруженные винты в этих условиях обеспечивают полное соответствие рабочей характеристики форсированного двигателя и винтовой характеристики.

    Проведенные в ЛИВТе испытания небольшой серии моделей гребных винтов при различных погружениях показали, что при малых значениях относительной поступи:


    Информация об изображенииРис. 9. Относительное уменьшение коэффициента упора
    Рис. 9. Относительное уменьшение коэффициента упора
     
    коэффициент упора частично погруженного винта резко уменьшается, по сравнению с полностью погруженными винтами. При увеличении λр происходит значительное относительное повышение коэффициента упора — К1 (рис. 9). Такое изменение К1, как было отмечено во время испытаний, обусловлено аэрацией лопастей винта из-за отрыва потока от лопасти в момент входа ее в воду и прососа воздуха по вихревым шнурам. выходящим своими концами на свободную поверхность воды, а также уменьшением рабочего сечения движителя ввиду его неполного погружения. Если на первом участке уменьшение упора происходит в основном из-за попадания воздуха к диску винта, то на втором — влияние прососа воздуха резко уменьшается, а снижение упора вызывается, в основном, уменьшением рабочего сечения винта. К.п.д. частично погруженного винта на всех режимах остается меньше, чем полностью погруженного, что можно объяснить влиянием таких факторов, как аэрация винта, нестационарность и неравномерность потока, потери энергии на брызгообразование при ударе лопасти о воду. На рис. 10 дано сравнение гидродинамических характеристик одного из винтов исследованной серии при частичном и полном погружении.

    Информация об изображенииРис. 10. Кривые действия частично погруженного гребного винта
    Рис. 10. Кривые действия частично погруженного гребного винта
     
    Динамические качества движительного комплекса можно оценить по паспортным диаграммам (рис. 11 и 12), построенным для винтов — частично и полностью погруженного, работающих с различными двигателями. Один двигатель имеет внешнюю характеристику обычного вида, свойственную нефорсированным двигателям, другой — характеристику с глубоким провалом мощности на режиме среднего числа оборотов в результате применения резонансных глушителей (см. рис. 8).

    У обычного винта при максимальной загрузке судна (режимы, соответствующие предельной тяговой характеристике) по мере увеличения скорости движения число оборотов повышается от 4500 до 8000 об/мин. При применении частично погруженного винта этот диапазон сокращается, причем при υ=0 (на швартовах) обороты могут превосходить номинальные и по мере разгона несколько уменьшаться; только при скоростях выше 0,8 расчетной число оборотов винта начинает увеличиваться, достигая номинального.

    Информация об изображенииРис. 11. Паспортные диаграммы тяги и мощности
    Рис. 11. Паспортные диаграммы тяги и мощности
     
    Вид предельных тяговых характеристик этих винтов также различен. Если у обычного винта тяга плавно падает по мере увеличения скорости движения, то для частично погруженного винта характерен провал на скоростях υ = 0,5 υрасч с дальнейшим подъемом почти до величины тяги обычного винта. На швартовном режиме тяга частично погруженного винта может оказаться несколько выше, чем у полностью погруженного (см. рис. 9). При использовании нефорсированного двигателя (рис. 11) применение частично погруженного винта совершенно нецелесообразно из-за снижения достижимой скорости (ввиду меньшего к.п.д. винта) и ухудшения «приемистости» судна во время разгона, при маневрировании и т. п. «Приемистость» судна можно характеризовать запасом тяги, равным разнице между предельной тягой винта и сопротивлением судна.

    Информация об изображенииРис. 12. Паспортные диаграммы тяги и мощности
    Рис. 12. Паспортные диаграммы тяги и мощности
     
    Тяга обычного полностью погруженного винта при работе с форсированным двигателем будет недостаточна для того, чтобы преодолеть горб сопротивления при разгоне, либо придется рассчитывать винт из условия обеспечения тяги на этом режиме, а не для достижения максимальной скорости. В данном случае целесообразно применить частично погруженный винт. Узкий диапазон его рабочих оборотов позволит полностью исключить появление во время разгона режимов, соответствующих провалу мощности двигателя.

    Как уже говорилось, впадина на кривой тяги частично погруженного винта часто близка к положению горба на кривой сопротивления. Кроме того, повышение числа оборотов двигателя (разнос) при периодических выходах винта из воды также вызывает просос воздуха и падение тяги винта вплоть до величин, недостаточных для дальнейшего движения в данном режиме. (Часто такое явление можно наблюдать при «вылете» на крупной волне из воды моторных лодок с винтами, установленными очень близко к поверхности воды). Для уменьшения влияния прососа воздуха на упор винта, а также отсечки воздуха, попадающего на винт из каверны за обтекателем углового редуктора подвесного мотора, используется тот же прием, что и для погруженных винтов, подверженных прососу воздуха, т. е. уменьшение шага на 15—20% у ступицы, в районе границы каверны.

    Информация об изображенииРис. 13. Гребной винт подвесного гоночного мотора RN-175
    Рис. 13. Гребной винт подвесного гоночного мотора RN-175
     
    Высокие обороты винта и скорость движения спортивных судов не позволяют добиться безотрывного обтекания засасывающих поверхностей лопастей частично погруженного гребного винта, поэтому выгодно придавать их сечениям суперкавитирующий профиль, а для повышения эффективности — поперечную и продольную погибь до 2—3% («ложку»). Поскольку избежать прорыва воздуха у концов лопастей невозможно, уменьшение шага на крайних сечениях не имеет смысла; для повышения упора целесообразно, наоборот, увеличить шаг. Наиболее характерным примером частично погруженного винта может явиться винт широко распространенных подвесных гоночных моторов «RN-175» (рис. 13).

    При выборе элементов для спортивных судов гребных винтов можно руководствоваться обычными приемами расчета и проектирования винтов, внося соответствующие изменения в геометрии согласно вышеизложенным рекомендациям. Однако отсутствие систематических экспериментальных данных о влиянии на гидродинамические характеристики гребного винта изменения формы и сечения лопастей, нестационарности обтекания, подсоса воздуха, радиально переменного шага не позволяет в настоящее время решать эту задачу с той же точностью, что и в обычных судостроительных расчетах ходкости, и обычно требуется тщательная доводка комплекса в натурных условиях.

    Литература


    • Басин А, М. «Френкель М. И., Практический расчет движителя быстроходного судна, Труды ЛИВТ, вып. X, 1966 г.;
    • Басин А. М. и Ляховицкий А, Г., Исследование работы частично погруженных гребных винтов, Труды ЛИВТ, вып. XIV, 1963 г.;
    • Басин А. М. и Гоше в Г. А., Экспериментальное исследование характеристик частично погруженных гребных винтов, Труды ЛИВТ, вып. XIV, 1963 г.;
    • Егоров И. Т. и Соколов В. Т., Гидродинамика быстроходных судов, «Судостроение», 1965 г.;
    • Садовников Ю. М., Некоторые особенности расчета ходкости судов на подводных крыльях, журн. «Судостроение», № 11, 1962 г.;
    • Садовников Ю. М., Практический способ расчета кавитирующих гребных винтов в косом потоке, Труды ЦНИИ им. Крылова, вып. 134, 1958 г.;
    • Садовников Ю. М., Метод расчета кавитирующих гребных винтов, Труды ЦНИИ им. Крылова, вып. 169, 1966 г;
    • Шалларь А. В., Гидродинамика глиссеров, «Катера и яхты», №12, 1967 г.;
    • Хейфец Л. Л., Особенности расчета катерных гребных винтов, «Катера и яхты», №16, 1968 г.


    Понравилась ли вам эта статья?
    +9

    ПРЕДЫДУЩИЕ СТАТЬИ
    Контуры наиболее ходовых судостроительных лекал
    Особенности расчета катерных гребных винтов
    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

    ТЕКУЩАЯ СТАТЬЯ
    Методы расчета гребных винтов спортивных судов

    СЛЕДУЮЩИЕ СТАТЬИ
    Вспомогательный мотор на парусной яхте
    Повышение проходимости движителей в заросших водоемах
    Гидромоторные движители для судов
    Ренато Левио о катерах с обводами «глубокое V»
    Продольная устойчивость при глиссировании
    Монтаж валопровода при постройке катера
    Гидродинамика судов типа «морские сани»
    От морских саней к тримарану
    Кисти для малярных работ на судне
    Подбор элементов гребных винтов
    Исправление недостатков судна перед покраской
    Парусные яхты на подводных крыльях
    Ветряные мельницы и паруса братьев Ван дер Мерве
    Руль высокой эффективности на современной яхте
    Руль — новая проблема парусной яхты


    Ссылка на эту статью в различных форматах
    HTMLTextBB Code

    Комментарии к этой статье


    Еще нет комментариев



    Сколько будет 19 + 49 =

           



    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