Движетели судов на подводных крыльях.

Наиболее распространенными типами движетелей судов на подводных крыльях являются гребной винт и водомет. По принципу действия они я вляются водореактивными, так как движущая сила на них создается за счет отбрасывания захватываемых из окружающей среды масс воды в сторону, противоположную направлению движения судна. Иногда на судах на подводных крыльях применяются воздушно-реактивные движетели (воздушный винт, турбореактивный двигатель и др.).

Особенности гидродинамики и проектирования гребных винтов су­дов на подводных крыльях. Гребные винты судов на подводных крыль­ях работают в специфических условиях. Для того, чтобы сохранить необходимое погружение гребному винту при выходе корпуса судна из воды, его исходное погружение должно быть достаточным, чего можно достичь с помощью наклонного валопровода или угловой колонки. Наи­большее распространение на СПК получила установка гребных винтов на наклонных валопроводах. Угол установки валопроводов при этом колеблется от 6 до 15° , т. е. гребной винт работает в условиях косого потока.

При движении судна на подводных крыльях гребной вал пересекает поверхность воды, что может привести к проникновению атмосферного воздуха через зону разрежения, образующуюся вдоль вала, в область ра­боты гребного винта. Это может оказать существенное влияние на его гидродинамические характеристики.

Из-за больших скоростей движения гребные винты судов на под­водных крыльях работают, как правило, в условиях развитой кавита­ции. Отмеченные характерные условия работы гребных винтов судов на подводных крыльях обусловили особенности их проектирования.

Решить задачу гидродинамики гребного винта судна на подводных крыльях с помощью оценки влияния на него отдельных факторов (ко­сого потока, попадания атмосферного воздуха, кавитации и др.) не представляется возможным, так как все эти факторы активно взаимо­действуют. Так, косой поток ускоряет наступление кавитации, засасы­вание атмосферного воздуха и область работы гребного винта может качественно изменить характер кавитации и т. д. Все это приводит к большим трудностям при определении гидродинамических характе­ристик гребных винтов судов на подводных крыльях. Тем не менее, благодаря работам Э. Э. Папмеля, Н. Н. Поляхова, А. М. Басина, В. М. Лаврентьева, И. Я. Миниовича, А. А. Русецкого, Ю. М. Садовникова и др. гидродинамические характеристики гребных винтов судов на подводных крыльях можно определить с достаточной для практических целей точностью.

Выбор геометрии и места расположения гребного винта СПК. Вы­бор геометрии и места расположения гребного винта, обеспечивающих движение судна на подводных крыльях во всем диапазоне его скорости с учетом отмеченных факторов, представляет сложную задачу. К особен­ностям проектирования гребного винта добавляется также специфи­ческий характер кривой сопротивления судна на подводных крыльях по скорости. Наличие „горба" сопротивления может привести к тому, что оптимальный гребной винт для основных режимов движения СПК не обеспечивает выхода судна на подводные крылья или наоборот, оп­тимальный гребной винт для преодоления „горба" сопротивления не обеспечивает заданной скорости или неэкономичен для нее.

В конечном счете пригодность гребного винта для данного судна определяется его паспортной диаграммой, которая представляет собой совокупность взаимно согласованных между собой характеристик корпуса или крыльевого устройства с выступающими частями, двигателя и гребного винта, построенных в зависимости от скорости движения.

При выборе места установки гребного винта СПК стремятся к тому, чтобы избежать засасывания к нему атмосферного воздуха. С этой целью его устанавливают в зоне повышенного давления кормового крыла или защищают от свободной поверхности воды специальными козырьками.

Учитывая, что гребные винты СПК расположены вблизи поверхно­сти воды, а значит, подвержены ударам плавающих в воде тел, особенно в речных условиях, для защиты впереди них устанавливаются специаль­ные отбойники. Откидка лопастей гребного винта в корму способствует смягчению удара при встрече его, например, с топляком.

Частично погруженные гребные винты. Одним из способов сниже­ния осадки судов на подводных крыльях является применение полу­погруженных винтов. При работе гребного винта в условиях ча­стичного погружения в воду значительно ухудшаются его гидродинами­ческие характеристики. Причинами этого являются: уменьшение гид­равлического сечения движителя из-за частичного погружения или по­нижения уровня воды перед гребным винтом; засасывание воздуха из атмосферы и поверхностная кавитация; волнообразование, вызывае­мое гребным винтом, и нестационарность развития подъемной силы на лопастях гребного винта.

В общем виде задача о частично погруженном гребном винте реше­на А. М. Васиным, однако создать практический метод расчета на основе этого решения не удалось. Для разработки такого метода потребовалось проведение широкой программы модельных испытаний, в результате которых были получены необходимые материалы по влиянию пересечения лопастями гребного винта поверхности воды на его гидродинамические характеристики.

На основе полученных материалов сделаны следующие рекоменда­ции по проектированию частично погруженных гребных винтов:

режим работы необходимо выбирать исходя из неравенства ;

относительное погружение Т должно быть не менее 0,4;

дисковое отношение выбирается, как и для глубокопогруженного некавитирующего;

число лопастей должно быть максимально возможным из условия минимальной вибрации;

профиль сечения лопастей рекомендуется принимать в виде плосковыпуклого сегмента;

форму лопастей целесообразно принимать саблевидной.

Водометный движетель на судах на подводных крыльях. Скоростные водометные движители впервые созданы в СССР. Эту задачу удалось успешно решить Р. Е. Алексееву в конце 40-х - начале 50-х годов применительно к судам на подводных крыльях. Основными причинами создания скоростных водометных движителей явились: необходимость максимального снижения осадки речных судов на подводных крыльях; требования повышения надежности движителя, работающего вблизи поверхности воды в условиях наибольшей вероятности столкновений с плавающими в ней предметами; попытка исключить или снизить вредные влияния на движитель кавитации и эрозии и обеспечить судну удовлетворительную управляемость на малых скоростях.

При создании водометного движителя газотурбохода „Буревестник" наряду с традиционными решалась принципиально новая задача созда­ния работоспособного двигательно-движительного комплекса — одновальная газовая турбина — водометный движитель. Такая турбина развивает максимальную мощность на определенной частоте враще­ния. Использовать для ее работы обычный гребной винт нельзя, так как, с одной стороны, он требует для раскрутки до требуемой частоты вращения наличия определенной мощности, которой турби­на при малых числах оборотов не располагает, а с другой стороны, он не позволяет регулировать упор, работая на постоянной частоте вращения. В таких условиях можно было бы применить винт регулируемого шага (ВРШ), но создание такого винта для боль­ших мощностей — не менее серьезная проблема.

Разработанные к настоящему времени основы теории и расчета водометных движителей позволяют на первой стадии проектирования осуществлять приближенный выбор основных элементов водомета для СПК. Наибольшее распространение получили методы, разрабо­танные под руководством А. М. Басина и М. А. Мавлюдовым.

Важной особенностью водометеного движетеля является то, что при одном и том же диаметре рабочего колеса на нем можно создать заданный упор при различных массовых расходах воды через движетель.

Учитывая, что гребные винты СПК работают на основных режимах в условиях развитой кавитации, спроектировав водомет, работающий на докавитационных режимах, мы получим относительный выйгрыш по КПД.

Рассмотрим устройство водометного движетеля на примере скоростного катера Б-1. На кактере установлен трехступенчатый водометный движетель.

Насосная часть водомета находится за транцем катера. Забор воды осуществляется через щелевидное отверстие, расположенное впереди кормового крыла катера.

К корпусу катера в транцевой и днищевой частях водозаборник крепится на фланцах. В целях защиты насосной части от попадания по­сторонних предметов на входе в водозаборник установлена съемная решетка с продольными и поперечными ребрами. Съемная конструкция решетки позволяет проводить на одном и том же водозаборнике испы­тания различных решеток и облегчает доступ во внутреннюю часть водозаборника.

Крутящий момент от двигателя к движителю передается через про­межуточный вал. Для передачи упора ротора на корпус используется упорный подшипник, установленный на валу ротора. Фундамент упорно­го подшипника приварен к водозаборнику и крепится к корпусу катера.

Управление и задний ход катера осуществляются поворотом струи, выбрасываемой водометом, с помощью реверсивно-рулевых пластин. Реверсивно-рулевое устройство представляет собой коробку, навешен­ную на сопловую часть водомерного движителя. К коробке на петлях крепятся реверсивно-рулевые пластины. Реверс осуществляется при перекладке рулевых пластин на 90° к ДП катера за счет изменения направления струи с помощью специальных отгибов в нижней части ру­левых пластин. Катер поворачивается на ходу благодаря одновремен­ной перекладке рулевых пластин с борта на борт. Привод управления рулями - электрогидравлический. Каждый баллер соединен со своим гидроцилиндром. Система гидроуправления рулевыми створками расположена на кронштейне за транцем катера. Кнопочное управление системой находится на пульте управления катера.