Подбор гребного винта для катера

1. На катере водоизмещением 1500 кг установлен дизель, имеющий мощность 15 л. с. при числе оборотов 3000 об/мин, спаренный с угловой колонкой, уменьшающей частоту вращения винта до 1100 об/мин. Винт расположен за тоннелем, радиусом 200 мм, вклеенным в днище. На переднем ходу имеет место сильный прорыв воздуха к винту, а заднего хода нет совсем. Можно ли устранить данный недостаток установкой профилированной кольцевой насадки и как ее расположить относительно тоннеля?

2. Даст ли в этом случае профилировка насадки дополнительный выигрыш в упоре или можно ограничиться применением простой цилиндрической насадки?

3. Как следует изменить шаг винта при установке кольцевой насадки?

4. В описании винта со сменно-поворотными лопастями СПЛ-1 и в паспорте, прилагаемом к этому винту, указан только угол поворота лопастей (±18). Как рассчитать максимальный шаг винта и определить, можно ли его применить на моем катере?

5. В статье Ю. Н. Мухина и Б. Е. Синильщиков а «Ремонт гребного вала и винта» (сборник №72) указывается, что судовые дизели эксплуатируются по внешней характеристике. В связи с этим у меня возник вопрос — как правильнее подобрать винт: нормальным или заведомо более «тяжелым», чтобы благодаря этому работать на пониженных оборотах?

По просьбе редакции ответ подготовил инж. Л. Л. Хейфец, автор ряда статей, опубликованных в сборнике, и книги «Гребные винты для катеров» (Л., «Судостроение», 1970, В настоящее время готовится к печати второе — дополненное издание этой книги).

---

1. Основным назначением тоннеля на катере, по-видимому, является улучшение условий подтекания воды к гребиому винту, расположенному за транцем катера. К сожалению, тов. Богданов не указал осадку катера кормой, но судя по результатам испытаний, заглубление винта невелико, что способствует прорыву воздуха с поверхности и ухудшает условия работы гребного винта как на переднем ходу, так и на заднем. В данном случае тоннель оказывается бесполезным, так как положительный эффект может быть достигнут лишь при расположении винта непосредственно в самом тоннеле (рис. 1), а не за тоннелем.

При невозможности установки винта в тоннеле необходимо за транцем катера над гребным винтом сделать козырек или плиту в виде плавного продолжения свода тоннеля; благодаря этому к винту будет поступать достаточное количество воды на переднем и на заднем ходу и будет предотвращаться возможность прорыва воздуха к лопастям винта со свободной поверхности воды (рис. 2).


Аналогичную роль может выполнить и направляющая насадка, установленная таким образом, чтобы с носовой стороны на переднем ходу исключался просос воздуха из атмосферы.

Чтобы воздух не попадал к винту и на заднем ходу, необходимо, чтобы кормовая часть тоннеля, козырька или насадки была погружена в воду. Если это условие выполнить нельзя, то в корме целесообразно установить шарнирную захлопку, которая опускается под действием своего веса и на заднем ходу перекрывает верхнюю часть тоннеля или насадки. На переднем ходу под влиянием реактивной струи от винта за-хлопка располагается горизонтально.

2. Правильно спроектированная профилированная направляющая насадка на катере с 15-сильным двигателем должна дать выигрыш в тяге винта около 10—15%; благодаря этому возможно увеличение скорости катера .примерно на 1 км/ч. Непрофилиро-ванное кольцо (его нельзя считать насадкой) такого выигрыша дать не сможет.

3. При сохранении диаметра шаг гребного винта, работающего в направляющей насадке, рекомендуется увеличить по сравнению с открытым гребным винтом примерно на 15%. Однако следует иметь в виду, что оптимальный диаметр, обеспечивающий наивысший для заданных условий КПД винта, при установке насадки обычно несколько уменьшается — примерно на 3—5%. С учетом этого шаг винта следует увеличить на 20%; при этом шаговое отношение достигает значения Н/D=0,25.

Приведенные данные, конечно, являются ориентировочными. Конкретные элементы винта лучше определять расчетом, используя данные о сопротивлении корпуса, предполагаемом режиме работы, коэффициентах взаимодействия винта и корпуса катера и другие определяющие параметры.


4. Недоумение В. В. Богданова по данному вопросу совершенно справедливо. Действительно, по опубликованному в №23 рекламному объявлению о «СПЛ-1» определить шаг винта невозможно, так как исходное положение, от которого лопасть поворачивается на 18° в обе стороны, не оговорено. По этой же причине оценить пригодность винта СПЛ-1 для рассматриваемого катера при мощности двигателя 15 л. с. и частоте вращения гребного вала 1100 об/мин можно только предположительно.

Принимая исходное шаговое отношение винта СПЛ-1 близким к Н/D≈1, можно установить, что начальный шаг винта составляет около 0,35 м. Поворот лопасти на ±18° будет соответствовать изменению шага на приведенном радиусе R_o≈0,6R примерно на ±0,2 м. Таким образом, вероятный диапазон изменения шага винта СПЛ-1 составит 0,4 м, т. е. шаг будет изменяться от 0,15 до 0,55 м.


Ориентировочное значение необходимого шага винта для катера В. В. Богданова при заданных условиях и диаметре D=0,345 м составит около 0,42 м. Следовательно, с большой степенью вероятности можно ожидать, что винт СПЛ-1 окажется пригодным и обеспечит возможность получения требуемого шага.

Для получения более полных данных и гидродинамических характеристик винта СПЛ-1 следует обращаться на завод-изготовитель по адресу: г. Киев-71, завод «Ленинская Кузница», ПДО.

5. К сожалению, содержащаяся в статье Ю. Н. Мухина и Б. Е. Синилыцикова «Ремонт гребного вала и винта» рекомендация о возможности эксплуатации судовых дизелей по внешней характеристике является глубоко ошибочной. В действительности работа по внешней характеристике недопустима ни для автомобильных карбюраторных двигателей, ни для судовых дизелей. Гребные винты, работающие на внешней характеристике, оказываются гидродинамически «тяжелыми» и перегружают двигатели. Повышенные температурные режимы работы двигателей на этой характеристике значительно снижают их моторесурс.

Все судовые двигатели должны работать по винтовой характеристике, представляющей зависимость мощности двигателя от частоты его вращения при тех или иных условиях эксплуатации катера. Теоретическая кривая винтовой характеристики, приводимая обычно в технических условиях на поставку двигателей, строится по кубической параболе N_e=kn³ и пересекается с внешней характеристикой двигателя только в одной точке, соответствующей максимальным значениям мощности двигателя N_e и частоты его вращения n. В этой точке обеспечиваются наилучшее согласование гребного винта с двигателем и сопротивлением корпуса катера и полная отдача мощности.


Однако при часто изменяющихся условиях эксплуатации катера обеспечить постоянную работу двигателя на данном режиме не удается. Поэтому целесообразно проектировать гидродинамически «облегченные» винты, действительная винтовая характеристика которых располагается на 5—10% ниже теоретической (рис. 3). Такие гребные винты не будут перегружать двигатели в различных практически встречающихся условиях эксплуатации катера, когда его сопротивление значительно возрастает—при выходе на большую волну, при увеличении нагрузки катера, при ухудшении состояния поверхности его корпуса и т. д.

«Тяжелый» винт в этих условиях будет еще больше увеличивать перегрузку двигателя со всеми нежелательными последствиями. Слишком «легкий» винт также нецелесообразен, так как из-за неполного использования мощности двигателя снизится наивысшая достижимая скорость хода катера.

Поэтому, подбирая гребной винт, следует стремиться к тому, чтобы при самой большой нагрузке катера двигатель развивал около 3100 об/мин. Такой винт будет благоприятным на всех режимах работы двигателя.

Более подробные рекомендации по подбору гребного винта содержатся в статье «Испытания катера и доводка гребного винта» (сборник №31).