Целесообразность установки двух винтов на катере

Проектирование движительного комплекса с многовальной установкой — дело довольно сложное и часто принять однозначное решение невозможно.

Начнем с того, что с точки зрения использования мощности двигателя и повышения пропульсивного к. п. д. установка одного винта, как правило, эффективнее, чем двух. Поэтому, если осадка катера позволяет разместить винт оптимального диаметра и устанавливается один двигатель, делить мощность между двумя винтами совершенно нецелесообразно. Помимо увеличения гидродинамических потерь в движителях, увеличатся и потери мощности в передаче на два вала, в удвоенном количестве подшипников и т. п.

В некоторых случаях конструктору все-таки приходится идти на такое дробление мощности. Например, на речных буксирных катерах — при ограниченной осадке — два винта позволяют получить большее суммарное гидравлическое сечение движителей и снять с них нужную максимальную тягу. Отметим попутно, что трехвинтовые катера имеют более высокий пропульсивный коэффициент, чем двухвинтовые. Объясняется это, по-видимому, повышением к. п. д. среднего винта, работающего в попутном потоке корпуса катера и использующего часть его энергии.

Чаще же всего основной причиной установки на катере нескольких двигателей и соответственно винтов является необходимость набрать заданную мощность при наличии лишь двигателей меньшей мощности. При этом одновременно достигаются улучшение маневренности катера и повышение живучести механической установки. Наличие нескольких гребных винтов резко улучшает поворотливость судна (как на переднем, так и на заднем ходу) благодаря тому, что можно работать винтами на различных режимах, а также «враздрай».


Для мелких судов, эксплуатация которых характеризуется частыми изменениями режимов хода, нагрузки и т. п., при выборе числа двигателей могут оказаться определяющими и соображения экономического порядка. Наличие нескольких двигателей позволяет при любых вариантах нагрузки и с учетом состояния погоды устанавливать наиболее экономичный режим хода и получить наибольшую дальность плавания. Выбор экономического хода многовального катера упрощается возможностью осуществления парциальной работы, т. е. движения катера только под одним или двумя работающими винтами, в то время как другой или другие винты застопорены, либо свободно вращаются.

И, наконец, многовальная установка может быть принята по условиям общего расположения судна, например, в тех случаях, когда не удается разместить один двигатель из-за больших его габаритов.

Сложность выбора оптимального количества гребных винтов заключается в том, что многие из перечисленных требований являются противоречивыми, а иногда и вообще несовместимыми. Поэтому зачастую приходится принимать во внимание не все приведенные соображения, а лишь некоторые, представляющиеся наиболее важными для данного случая.

Рассмотрим теперь влияние направления вращения гребных винтов многовального судна на его ходкость и маневренность.

Известно, что корма одновинтового катера, как и двухвинтового, но имеющего несимметричное, одностороннее вращение гребных винтов, постоянно заносится в сторону вращения винта (винтов). Причина этого явления до конца не изучена. Поскольку при вращении гребного винта в свободной воде все боковые силы симметричны, остается предположить, что близость корпуса катера к винту нарушает эту симметрию и создает дополнительную боковую силу.


Вместе с тем на каждый гребной винт со стороны воды действует реактивный момент, препятствующий его вращению. Этот момент вызывает крен катера в сторону, противоположную вращению винта. Появление крена способствует уходу катера с прямого курса, катер начинает совершать циркуляцию, соответствующую направлению крена (т. е. левую при крене на левый борт и правую при крене на правый борт).

Величины углов крена зависят от характеристик остойчивости судна и от его скорости хода. С увеличением скорости хода углы крена обычно возрастают, так как при скоростях, соответствующих числам Фруда до FrΔ=3÷4, характеристики остойчивости во многих случаях ухудшаются, а кренящие моменты возрастают. Углы крена относительно узких и легких одновальных катеров могут достигать весьма значительных величин, в особенности при установке малооборотных винтов большого диаметра. На относительно широких судах действие реактивного момента практически незаметно.

Кроме того необходимо иметь в виду, что катерные гребные винты обтекаются неравномерным, в частности — сильно скошенным потоком. Косое обтекание винта смещает точку приложения суммарного упора всех лопастей на некоторое расстояние от оси винта в сторону его вращения; это также отклоняет катер от прямого курса в том же направлении, что и воздействие реактивного момента.

Для предотвращения указанных отрицательных явлений при установке нескольких винтов с одинаковым направлением вращения можно рекомендовать, например, такие простейшие конструктивные меры:

1) постоянное отклонение рулей от нулевого положения, причем необходимая величина угла отклонения пера руля зависит от характеристик катера и его скорости хода и устанавливается на ходовых испытаниях;

2) установку несимметричных кронштейнов гребного вала или несимметричных рулей (способ проектирования таких рулей разработан Н. С. Володиным — см. журн. «Судостроение» № 1 за 1945 г.)

Хотя оба эти варианта позволяют достичь удовлетворительной устойчивости хода, однако при их использовании возникает дополнительное сопротивление движению, приводящее к снижению скорости хода катера; по этой причине оба варианта для быстроходных судов нежелательны.


Кардинальным средством ликвидации крена и обеспечения надлежащей устойчивости на ходу является установка двигателей и движителей противоположного вращения. В этом случае благодаря симметричности все боковые силы й моменты будут взаимно уравновешиваться.

При установке винтов противоположного вращения некоторое значение имеет выбор самого направления вращения — через верх наружу (к бортам) или внутрь (к ДП). Существует мнение, что наружное вращение винтов несколько улучшает маневренные качества больших судов. С другой стороны, при внутреннем вращении появляется возможность засасывания винтами атмосферного воздуха, а также увеличивается опасность попадания различных плавающих предметов между винтами и корпусом. По всем этим причинам на двухвальных катерах гребные винты обычно устанавливают только с наружным вращением.

Чтобы получить достаточно высокий пропульсивный коэффициент и предотвратить вибрацию корпуса, необходимо правильно расположить гребные винты относительно корпуса катера и его выступающих частей. При этом во всех случаях надо стремиться к тому, чтобы обеспечить свободное обтекание винтов потоком воды.

На рисунке показаны различные варианты размещения гребных винтов и выступающих частей за корпусом катера, а в таблице приведены величины рекомендуемых зазоров.

Для быстроходных катеров, а также при опасности возникновения вибрации зазоры следует делать по возможности больше. Нижние пределы указанных величин могут быть допущены только для тихоходных катеров и шлюпок.

При проработке вариантов расположения гребных винтов и других выступающих частей необходимо иметь в виду следующие рекомендации.

1. Для уменьшения вредного влияния косого обтекания на работу винта линии валов должны иметь возможно меньший угол наклона.

2. Кронштейны гребных валов лучше делать однолапыми. Сечения лап должны иметь хорошо обтекаемую форму и входить в поток с нулевым углом атаки. Благодаря этому уменьшается сопротивление движению и вихреобразование.

3. Для увеличения отстояния гребного винта от концевого кронштейна целесообразно несколько откидывать лопасти в корму. Экспериментальная проверка показывает, что наклон лопастей в пределах 10° и даже 15° не отражается на к. п. д. винта.

4. Для получения контрпропеллерного эффекта и повышения пропульсивного коэффициента рули целесообразно устанавливать в непосредственной близости за гребными винтами (при этом улучшается и работа самого руля). Эффективность рулей быстроходных глиссирующих катеров значительно повышается, если их располагать не за транцем, а под днищем. Если все же рули приходится навешивать за транцем, то с целью предотвращения прорыва атмосферного воздуха необходимо над каждым рулем устанавливать антикавитационную пластину. Благодаря этому удается существенно уменьшить площадь рулей без ухудшения маневренных качеств.

5. Перекрытие дисков винтов (на трехвальных судах) совершенно недопустимо, так как возмущенный поток от переднего винта будет создавать большую неравномерность скоростей в диске заднего винта (задних винтов) и условия его работы резко ухудшатся — появится вибрация, ускорится возникновение кавитации и эрозии.

Если расстояние между дисками двух смежных винтов не менее указанного в таблице, то влияние их друг на друга практически будет отсутствовать и никаких разделительных пластин, кожухов и т. д. устанавливать не следует, так как они будут лишь увеличивать сопротивление катера и снижать скорость его хода.