Спрямленный контур определяет форму лопасти и распределение ширины лопасти по радиусам при заданном дисковом отношении, а также позволяет определить длину хорд сечений лопасти на каждом радиусе.
Ширина лопасти на радиусе
на котором расположено это сечение, определяется по формуле
(Напомним, что θ — дисковое отношение; DB — диаметр винта.) Значение
Откладывая ширины сечений симметрично осевой линии лопасти, можно получить симметричную форму лопасти. Если среднюю линию лопасти сместить по направлению вращения винта, то ее форма приобретает саблевидность. Некоторые варианты задания саблевидности средней линии лопасти приведены на рис. 3 (см. сборник №97).
На этой же проекции винта строят шаговые углы сечений. Для этого на спрямленном контуре наносят сечения, соответствующие целым значениям радиусов, принятым на так называемой шаговой плите, о конструкции которой будет сказано ниже. Значения радиусов целесообразно задавать через 10 мм. На горизонтальной оси, перпендикулярной осевой линии лопасти, откладывают величины Hr/2π. Значения шага на каждом заданном радиусе (Нr) снимают с графика изменения шага лопасти. Если шаг винта постоянный Нr=Н, на горизонтальной оси для всех радиусов будет только одна точка. Если точки соответствующих радиусов на осевой линии лопасти соединить прямыми с точками на горизонтальной оси, между ними и осевой линией лопасти будут получены величины шаговых углов на каждом радиусе.
Напомним, что шаговый угол — это угол наклона винтовой линии, образующейся при пересечении винтовой поверхности лопасти цилиндром, соосным с гребным винтом и имеющим радиус соответствующего сечения лопасти. Шаговый угол соответствует углу при основании шагового угольника.
Второй проекцией, необходимой при разработке чертежей для изготовления винта, является продольное сечение винта, проходящее через осевую линию лопасти и ось винта. На этом чертеже показывается форма и конструкция ступицы, выбирается наклон образующей линии лопасти в корму («откидка» лопасти) и строится ее габаритный контур.
Образующая линия, которая является линией пересечения нагнетающей поверхности лопасти с вертикальной плоскостью, проходящей через ось гребного винта и осевую линию лопасти, обычно задается прямой.
Для гребных винтов, которые должны быть установлены под анти-кавитационной плитой подвесного мотора, в окне ахтерштевня водоизмещающего судна близко перед пером руля, выбранный угол наклона образующей следует дополнительно проверить и при необходимости откорректировать, обеспечивая достаточные зазоры для нормальной работы гребного винта. Одновременно выбирается положение лопасти по длине ступицы.
На заданных радиусах параллельно оси винта проводят горизонтальные прямые. Эти прямые необходимы для построения габарита лопасти, который она описывает при вращении с гребным валом. Необходимо также рассчитать значение шагового угла v и его синуса по следующим формулам:
Умножив теперь расстояние, измеренное по горизонтали от осевой линии лопасти до входящей кромки на каждом радиусе спрямленного контура, на синус шагового угла, получим отрезок. Чтобы получить габарит входящей кромки, этот отрезок нужно отложить по горизонтальным линиям от образующей. Для выходящей кромки лопасти построение аналогично.
При построении габаритного контура можно пользоваться также чисто графическим приемом. Чтобы умножить длину отрезка на синус шагового угла, достаточно отложить этот отрезок от вершины угла, нанесенного на основной проекции винта по гипотенузе. Величина горизонтального катета вновь полученного треугольника, расположенного против шагового угла, составит искомую величину произведения.
Если габаритный контур задевает элементы конструкции, лопасть следует смещать вдоль ступицы (передвигать образующую в нос или корму); если это не поможет, надо изменить наклон образующей и перестроить габаритный контур лопасти. Обратная откидка лопасти (наклон образующей в нос) недопустима!
После выбора положения образующей относительно ступицы нужно проверить размещение корневого сечения лопасти на ступице. Если габаритный контур лопасти у ступицы не выходит за размеры ступицы, корневое сечение лопасти размещается на ней. Если же длина ступицы окажется недостаточной, можно немного подрезать (не более 10—15%) спрямленный контур лопасти в районе корневого сечения, но необходимо обязательно проверить прочность лопасти.
Затем строится вспомогательный график изменения максимальных толщин. Ординаты по горизонтальной осн (толщины лопасти) увеличиваются в 5 или 10 раз. На одном конце графика откладывается полученная толщина корневого сечения, на другом — минимальная (1,5—2 мм) толщина кромки лопасти. На этом же графике строится кривая распределения вдоль лопасти кривизны нагнетающей поверхности (абсолютные величины стрелки вогнутости профилей в зависимости от радиуса сечения). Для винтов с плосковыпуклой профилировкой сечений лопасти такой график не нужен.
Иногда лопасти имеют комбинированную профилировку: корневое сечение выполняется двояковыпуклым (выпуклость нагнетающей стороны составляет около 20% толщины корневого сечения) или плосковыпуклым с плавным переходом к выпукло-вогнутому профилю, начиная от сечения на относительном радиусе винта 0,5—0,6, со стрелкой вогнутости около 2% ширины лопасти. В данном случае такой график необходим для дальнейшего построения сечений.
Существуют самые различные профили, используемые для лопастей гребных винтов, однако наиболее распространенными для некавитирующих виитов являются сегментные профили — плосковыпуклые и выпукловогнутые. Для суперкавитирующих виитов применяют клиновые профили. Ординаты наиболее употребительных профилей приведены в табл. 1 и 2 (в первой части статьи, см. №97). Для винтов малых размеров в некоторых случаях будет достаточно определить шесть ординат профиля сечения, равноотстоящих друг от друга.
При построении сечений лопасти следует учесть притупление кромок винта. Для этого из максимальной толщины сечения, снятой с графика распределения максимальных толщин для соответствующего радиуса, вычитают 1—1,5 мм — величину притупления кромки. Полученный результат используют для построения профиля сечения, затем к его ординатам прибавляют ранее исключенную величину притупления.
Ординаты нагнетающей поверхности рассчитывают, исходя из величин максимальных стрелок вогнутости (выпуклости), снятых для каждого радиуса с графика распределения кривизны нагнетающей поверхности лопасти по приведенным в табл. 1 и 2 ординатам (см. сборник №97).
Расчет толщин сечений для каждого радиуса производится в табличной форме (см. таблицу).
Примечания
1. Первая часть этой статьи «Выбор геометрических элементов гребного винта» опубликована в сборнике №97.