книги из ГПНТБ / Корытов Н.В. Расчеты по динамике корабля учеб. пособие

ход обеспечивается средним (или бортовыми винтами), а полный ход обеспечивают включением неработающего на малом ходу винта (винтов).

При увеличении числа гребных винтов с двух до трех пропульсивный коэффициент корабля может быть повышен благодаря уменьшению нагрузки на винт (т. е. увеличению к. п. д. каждого винта), а также вследствие улучшения взаимодействия среднего винта с корпусом по сравнению с бортовыми винтами двухвального корабля.

При переходе от трехвальной к четырехвальной механи­ ческой установке, в зависимости от изменения коэффициента нагрузки движителей и условий взаимодействий с корпусом внутренней пары гребных винтов, пропульсивный коэффици­ ент корабля может либо возрасти, либо уменьшиться. Для количественной оценки изменения ходовых характеристик корабля в этом случае необходимо проведение самоходных испытаний моделей проектируемого корабля и выполнение расчетов ходкости корабля с тремя и четырьмя гребными винтами.

При оценке влияния количества гребных валов на ходо­ вые качества корабля следует учитывать также возрастание буксировочного сопротивления корпуса многовального кораб­ ля вследствие увеличения количества выступающих частей.

Это в свою очередь приводит к повышению нагрузки движите­ лей и снижению к. п. д. гребных винтов.

Наконец, в решении вопроса о выборе числа движителей должны учитываться также условия размещения на корабле главных двигателей и редукторов,первоначальная стоимость установки и стоимость ее эксплуатации.

Учитывая изложенные выше обоснования о выборе типа и количества движителей, а-также целевое назначение учеб­ ного пособия, в главе П рассматриваются методы расчета

гребных винтов различных типов, которые являются основным типом движителей современных и перспективных кораблей.

30

§ 5. Характеристики гребного винта,определяющие его работу

В расчетах гребных винтов используются следующие ха­ рактеристики.

I . Геометрические характеристики винта

Геометрическими характеристиками гребного винта являются:

- диаметр D=2R ; - число лопастей z\

-шаговое отношение H/D;

-площадь диска Аа.= ЯП 1Ч\

- дисковое отношение A/Ad. (где А - спрямленная площадь всех лопастей винта);

-диаметр ступицы с1(ГГ=г2гст-,

-наибольшая толщина профиля сечения лопасти е '

-ширина профиля сечения t ;

движениях: перемещается поступательно вдоль csoti оси со скоростью v P относительно вода и вращается вокруг той

3 1

- к. п. д. vip , определяющий эффективность работы винта как корабельного движителя.

К. п. д. гребного винта в свободной воде Up можно представить как отношение полезной мощности (произведе­

с вращающим моментом М кгс-м' следующим соотношением:

Для удобства представления результатов испытаний моделей гребных винтов и практических расчетов ходкости используют безразмерные гидродинамические характеристики

Тогда мощность, необходимая для вращения винта, может быть определена по формуле:

33

ИЛЕ

Динамические характеристики гребного винта изменяются в зависимости от режима его работы, определяемого значе­ нием поступи. Безразмерные гидродинамические характери­

стики КА , К и 'Р »представленные в виде кривых зависимости этих величин от относительной поступи Л Р , называются кривыми действия гребного винта. Общий вид кривых действия винта в свободной воде изображен на рис. I .

Эти кривые позво­ ляют для любого ре­ жима работы, т. е.

для любой скорости

винта на швартовах, т. е. на месте. Так как осевая ско­ рость перемещения винта равна нулю, то и к. п. д. винта также будет равен нулю. При работе винта на месте

значения коэффициентов К( и К { будут наибольшими вслед­ ствие того, что углы атаки элементов лопасти и действую­ щие силы достигают при этом максимальных величин.

Точка А отвечает режиму нулевого упора, когда Р =0 и К4 =0. При этом момент и коэффициент момента не

34

равны нулю. Так как упор равен нулю, то и к. п. д. винта также равен нулю. На режиме нулевого упора вся мощность, сообщаемая винту, полностью расходуется на преодоление силы сопротивления вращению винта. На практике подобное положение имеет место, когда на двухвальном корабле один винт отключается при работе другого винта на передний ход. Отключенный винт продолжает вращаться от набегающе­ го потока и в момент перехода на свободное вращение с переднего хода он проходит через точку нулевого упора.

В точке А относительная поступь винта будет

шаговым отношением нулевого упора, или гидродинамическим шаговым отношением.

Точка В соответствует режиму нулевого момента М=0, Кг=0, когда механическая установка не сообщает винту никакого момента. В этом случае вращение винта происходит лишь от действия гидродинамических сил, упор винта отри­ цательный, а сила сопротивления вращению равна нулю.

Это режим свободного вращения винта, или авторотации.

называется шаговым отношением нулевого момента.

Область АЬ на диаграмме представляет собой участок торможения винта. Здесь при положительном коэффициенте момента будет отрицательный коэффициент упора.

Правее точки В , т. е. при А.Р>Л.г гребной винт начинает работать как турбина. При отрицательном упоре он сам будет отдавать механической установке какой-то момент, получаемый им от набегающего потока воды. Подоб­ ный режим наблюдается при буксировке с.возрастающей

35

скоростью корабля, идущего передним ходом с неизменной окружной скоростью гребного винта. В этом случае винт проходит точку нулевого упора, точку нулевого момента и далее начинает работать как турбина.

К. п. д. винта меняется в зависимости от изменения коэффициента упора и момента. За точкой А к. п. д.

мощности, а сам сообщает механической установке некото­ рый момент от воздействия на него потока воды).

Таким образом, гребной винт работает кэк корабель­ ный движитель в диапазоне относительных поступей 0< ЛР<Л<. В области значений относительной поступи Л4 <ЛР <Л-г винт не может быть использован ни как движитель (Р-^О) , ни как турбина (М>0).

Для оценки режима работы винта вместо' скольжения s относительно геометрического .шага часто используют понятие скольжения s< относительно гидродинамического шага:

Обобщенные характеристики винта

Для практического использования результатов теории идеального движителя применяются обобщенные характеристи­ ки гидравлических корабельных движителей.

Гидравлическим или рабочим сечением движителя Fp называется сечение его струи в той части, где эта струя пересекается рабочим органом (лопастями) движителя.

Для гребного винта величина Fp определяется так:

36

Для сравнительной оценки гидродинамической эффектив­ ности изолированного корабельного движителя целесообраз­ но использовать коэффициент качества, равный отношению к. п. д. реального движителя к к. п. д. оптимального идеального движителя, т. е.

Чид При этом предполагается, что в обоих случаях коэффициент

нагрузки <эр имеет одно и то же значение. Величина £ Р зависит от коэффициента нагрузки движителя и его конст­ руктивных особенностей.

К.п. д. реального движителя вычисляется по формуле

РVp

i^IsnT' ( 2 Л 7 )

а величина к. п. д. идеального . движителя по формуле

Тогда для подсчета коэффициента качества может быть использована зависимость

^•b^rm^^W)- (2Л9)

Коэффициент качества, определяемый конструктивными особенностями движителя, всегда меньше единицы и зависит от коэффициента нагрузки. Как правило, наибольшее значе­ ние коэффициента качества можно получить прибр«• 0,3*0,35, в этом случае 4р =0,8*0,85.С уменьшением нагрузки быстро падает до 0 при б Р = 0 .

4.Характеристики взаимодействия гребного винта

скорпусом корабля

Корпус корабля, движущегося поступательно, и рабо-

38

тающий около него гребной винт представляют собой еди­ ный комплекс винт-корпус. Между частями такого комплекса возникает гидромеханическое взаимодействие. Сущность этого взаимодействия заключается в том, что:

1 ) на винт, работающий за корпусом корабля, набе­ гает поток воды, возмущенный движением корпуса, в ре­ зультате чего гидродинамические характеристики винта изменяются по сравнению с их значениями в свободной воде;

2) работающий винт оказывает влияние на величину давлений, действующих со стороны воды на кормовую око­ нечность корпуса, в результате чего изменяется сопро­ тивление воды движению корабля.

Установление гидродинамической связи между движи­ телем и корпусом корабля - весьма сложная теоретиче­ ская' задача гидродинамики. Поэтому в настоящее время для учета взаимодействия гребного винта с корпусом ко­ рабля применяется условный прием раздельного учета взаи­ модействия винта и корпуса. Гребной винт рассматривается как изолированный, но работающий в потоке, измененном движущимся корпусом юрабля. Корпус же корабля рассмат­ ривается в потоке, измененном работой гребного винта.

Попутный поток, движущийся корабль, увлекая за со­ бой близлежащие частицы воды, создает поток, называемый попутным потоком, который в среднем направлен в сторону движения корабля. Попутный поток, создаваемый изолиро­ ванным корпусом корабля и определенный в месте располо­ жения винта, называется номинальным. Характер распреде­ ления попутного потока по диску гребного винта весьма сложен и зависит от формы обводов корпуса. При взаимо­ действии гребного винта с корпусом изменяется обтекание кормы корабля за счет потока, создаваемого работающим движителем, и, следовательно, изменяется величина номинального попутного потока.

Фактический попутный поток за корпусом корабля,

39