От этого недостатка мог бы быть свободен такой гребной винт, лопасти которого могли бы изменять «закрутку», сохраняя в заданном диапазоне скоростей форму нагнетающей поверхности, наиболее приближенной к винтовой поверхности постоянного шага. Такие лопасти автоматически «учитывали» бы и неоднородности потока в диске винта, возникающие вследствие влияния косого натекания, наличия перед винтом кронштейнов и т. п.
Известно, что упор винта изменяется обратно пропорционально скорости движения судна, а точку приложения его к лопасти можно определить экспериментальным путем. Если для изготовления лопастей использовать эластичные материалы, армированные высокопрочными волокнами, и сконструировать лопасть таким образом, чтобы она изменяла форму при изменении упора, задача «адаптации» гребного винта к разным условиям эксплуатации катера, на мой взгляд, будет решена.
Близкую аналогию такой конструкции можно увидеть в хвостовом разделе позвоночника рыбы. Тело рыбы во время плавания совершает колебательные движения. Изгибаясь, оно сохраняет форму поперечного сечения, благодаря жестким остевым отросткам позвонков. При конструировании лопасти и следует использовать способность сохранять форму поперечного сечения при скручивании лопасти, исключая возможность изгиба ее в направлении действия упора (см. рис.).
Возможен и другой вариант гибкого «скелета» лопасти: а виде штампованной металлической рессоры переменной толщи» (см. вариант II). Упругие свойства каждого «ребра» рессоры могут регулироваться подбором жесткости перемычек 9, имеющих уменьшенную толщину. Очевидно, такое устройство обеспечивает повышение прочности лопасти при уменьшении толщины хордовых сечений.
Однако, при всех возможных вариантах, главным является выбор такой закономерности изменения упругих свойств вдоль радиуса лопасти, которая бы трансформировала давление упора в линейное изменение шагового угла.
При изготовлении лопасти придается форма винтовой поверхности, соответствующей максимальному шагу винта, который соответствует максимальной скорости плавания конкретного судна. При увеличении упора и его момента относительно оси лопасти «закрутка» ее должна уменьшаться, соответственно уменьшится и шаг винта. При максимальном упоре это «облегчит» винт и позволит двигателю развить номинальную частоту вращения на малых скоростях движения.
В дальнейшем при нарастании скорости судна и уменьшении упора шаг лопастей под воздействием сил упругости увеличится, двигатель будет работать с постоянной нагрузкой. Это и обеспечит практическую «адаптацию» гребного винта к эксплуатационным режимам судна и двигательной установки, кроме заднего хода, конечно. Задний ход легко обеспечивается известными способами, причем время его применения весьма ограничено.
На мой взгляд, идея создания такого винта достаточно привлекательна и реально осуществима.
Каковы его основные преимущества?
- Более высокий КПД за счет эффективной работы всех сечений лопасти в диапазоне изменения скорости и упора.
- Гибкое и быстрое реагирование винта при изменении условий плавания и, как следствие, полная и равномерная нагрузка двигателя.
- Отсутствие дистанционного или встроенного в ступицу механизма управления шагом.
- Простота конструкции ступицы и минимальный ее диаметр.
Нельзя не упомянуть о таких выгодах от применения такого винта, как улучшение приемистости судна (особенно при ходе на волне), экономия горючего; увеличение моторесурса, снижение шумности.
Есть, конечно, и недостатки, но чтобы сложилась объективная картина, нужна широкая научная экспертиза идеи.
Комментирует специалист
Идея создания гребного винта, геометрические характеристики которого автоматически настраивались бы на любой необходимый режим движения, достаточно заманчива. В этом плане предлагаемая конструкция идет дальше известного «автопропа» (см., например, «КиЯ» №133 и №137) и подобных ему гребных винтов, у которых монолитная лопасть под действием гидродинамических и центробежных сил поворачивается вокруг оси и занимает положение, наиболее подходящее для заданного режима движения.
В предлагаемой конструкции отдельные сечения лопасти должны поворачиваться как относительно общей оси, так и по отношению друг к другу. По мысли автора, это позволит согласовать движитель и двигатель на всех режимах движения, а также повысить КПД гребного винта.
В принципе с этими положениями можно согласиться. Правда, предлагаемый гребной винт может только облегчаться, т. е. согласование будет достигаться лишь на режимах более тяжелых, чем расчетный. Предлагаемая конструкция гребного винта не предусматривает увеличения шага по сравнению с первоначально выбранным, т. е. в случае более легких режимов согласование уже не наступит. Если удастся получить ожидаемый автором закон поворота отдельных сечений лопасти таким образом, чтобы шаговое отношение всегда было близко к постоянному, это действительно будет способствовать некоторому повышению, по сравнению с ВРШ, КПД предлагаемого гребного винта в режимах, отличных от расчетного.
Однако техническая реализация идей автора сопряжена с большими сложностями. В частности, трудно обеспечить необходимый закон крутки лопасти в зависимости от режима движения судна. Не стоит забывать и о том, что для обеспечения достаточно высокого КПД гребного винта толщина лопасти должна быть небольшой, что существенно затруднит размещение внутри нее оси и поворотных элементов.