книги из ГПНТБ / Корытов Н.В. Расчеты по динамике корабля учеб. пособие
.pdf§ 9. Расчет гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость хода при заданной мощности двигателя
Врассматриваемой задаче исходными данныния являются:
-кривая буксировочного сопротивления корпуса
-мощность двигателя Ne',
-число оборотов двигателя nm ',
-передаточное число редуктора I
- количество гребных валов z р •
Требуется определить элементы оптимального гребного винта и наибольшую достижимую скорость хода при заданной мощности двигателя.
В соответствии |
с.рекомендациями § 7 устанавливается |
|
дисковое отношение |
-д^ , число лопастей z |
и выбирается |
подходящая расчетная диаграмма. |
|
|
Поскольку истинная скорость хода корабля неизвестна, то расчет винта ведется для трех-четырех значений скоро сти, перекрывающих ожидаемую. Схема расчета с использо
ванием диаграммы |
К4-Л.р |
дана в табл. 7. В строке I |
|||
значения скорости |
v s |
задаются с интервалом в I узел. |
|||
По данным строчек |
I , |
10, 12, 14, |
и 16 строятся кривые |
||
с которых по заданной мощности М 6 |
снимаются искомые |
||||
величины наибольшей скорости хода |
v<- |
, диаметра винта |
|||
цэ шпак /
D , шагового отношения -=j и пропульсивного коэффи циента \ (рис. 4) .
60
Т а б л щ в |
7 |
Расчет гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость хода корабля
пп.
I
2
3
4
5
6
7
8
9
10
I I
12
13
14
15
16
Величина и формула
Vs (задается)
VP= 0,515- Vs (i-W)
p _ R
Ap=fOC)(no диаграмме)
vp
К- |
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
Мб |
|
1-t |
|
|
n=nP i |
_ |
w |
|
N P " |
|
75-n |
|
Раз Численные мер значения ность
У»
кгс
м/с
кгс
кгс
об/с
м
л.с.
л.с.
В том случае, ког |
|
да гребной винт с опти |
|
мальным диаметром не |
|
возможно разместить в |
|
пределах заданно! осад |
|
ки корабля, необходимо |
|
задаться максимально |
|
допустимое величиной |
|
диаметра и рассчитать |
|
элемента винта по схе |
Рис. 4. Определение скорости |
ме, приведенной в |
|
табл. 6. При фиксиро |
хода корабля и элементов |
гребного винта |
|
ванном числе оборотов |
|
заданным будет коэффициент момента Кг = |
Qn^D* 1 |
расчет |
||
удобнее выполнять по диаграмме |
Кг -ЛР • Схема такого рас |
|||
чета приведена в табл. 8. По данным расчета строятся |
||||
Ре |
на одном графике кри- |
|||
B H e P e = f ( v s \ Y P = " f ( v ^ |
||||
JL |
||||
кгс| |
• -^-=-f(Vs V Искомая |
|||
|
скорость хода корабля |
|||
|
определяется абсциссой |
|||
|
точки пересечения кри |
|||
|
вых |
P e =f(v s ^ |
и |
|
*тах |
—.=г |
-f( v ^ . |
Значение |
|
Рже. 5. Определение скорости |
||||
хода корабля ж шагового |
Л |
|
|
|
отношения винта |
В >свответствупцее |
|||
|
етой скорости хода, |
|||
будет характеризовать гребной винт, обеспечивающий ис пользование заданной мощности двигателя (рже. 5 ) .
62
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
8 |
|
|
Расчет гребного винта, обеспечивающего использование |
|||||||
|
заданно! мощности при ограниченном диаметре винта |
|||||||
* |
Величина и формула |
Раз- |
'Зисленнне |
|||||
пп. |
мер |
значения |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
ность |
|
|
I |
Vs |
|
(задается) |
|
уз- |
|
|
|
2 |
VP =0,5d5-v5 (l-w) |
м/с |
NP |
|
||||
3 |
MP =Ne1 Xi4r (задается) |
л. с. |
|
|||||
4 |
"D |
|
(задается) |
|
м |
Этак |
|
|
5 |
mnXt |
|
(задается) |
|
|
|||
. n m |
об/с |
П |
|
|||||
6 |
п = 1 " б 0 ~ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
11,95-NP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
^•=f(Ap,K^ " |
|
|
|
|
|||
|
no диаграм |
|
|
|||||
9 |
n = f |
|
|
' |
|
|
||
CAp,K^ |
мам |
|
|
|
||||
10 |
|
|
|
23tK*UP |
|
|
|
|
|
|
K * |
A P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
I I |
|
|
P ^ o n V |
|
кгс |
|
||
12 |
|
|
P e = P ( i - t t |
|
кгс |
|
||
13 |
|
|
|
R |
|
кгс |
|
|
|
|
|
*p |
|
|
|
|
|
§10. Расчет и построение паспортной диаграмма
Для анализа ходовых качеств корабля в различных эксплуатащонных условиях строят паспортную диаграмму греб-
63
ного винта. Паспортная диаграмма представляет собой гра фическое изображение согласованных между собой характе ристик корпуса, двигателя и движителя корабля, построен ных в зависимости от его скорости хода.
Паспортная диаграмма состоит из двух расположенных друг над другом графиков (рис. 6). По оси абсцисс обоих графиков откладывается скорость хода корабля v s уз .
По оси ординат верхнего графика откладывается упор винта Р кгс, а по оси ординат нижнего графика - мощность^
подводимая к винту |
Мр |
л. с. Характеристики гребного |
винта представлены на каждом графике двумя семействами |
||
кривых. Первое семейство выражает зависимость упора Р |
||
(валовой мощности |
Np |
) от скорости v s при постоянных |
значениях относительной поступи \P(Ap=consV), а второе семейство - при постоянных значениях числа оборотов винта (n= const) . Кривне P(vs U NpCVsl при Хр = const и n=const образуют основную сетку паспортной диаграммы.
Исходными дяшлялт для расчета паспортной диаграммы являются:
- зависимость буксировочной мощности корабля от скорости хода EPS=-F(vsY,
- кривые действия гребного винта - коэффициенты взаимодействия винта с корпусом
w , f , |
н |
- геометрические элементы гребного винта D , ^ |
|
- внешняя характеристика двигателя Ne=-f ^п„,У, |
|
- к. п. д. валопровода |
и передачи Г]^. |
Построение сетки паспортной диаграммы: начинают с опре деления по кривым действия винта коэффициентов упора К4 и момента Кг для ряда значений относительной поступи
ЯР,охватывающего весь возможный диапазон режимов рабо ты винта. Задаваясь затем рядом значений числа оборотов, вычисляют соответствующие этим значениям и принятым вели чинам поступи упор винта Р и необходимую мощность Np.
64
Полученные величины упора и мощности откладывают по оси ординат в зависимости от скорости хода. Расчет паспортной диаграммы выполняется в форме табл. 9.
На построенную сетку верхнего графика наносится ха
рактеристика корпуса |
|
|
в виде кривой зависи- Р |
|
|
мости потребного упора К гс |
Росполаеаемый |
|
от скорости хода. |
упор |
|
Расчет этой характе |
Потребный "ч* |
|
ристики выполняется |
упор при робо-^ |
|
в табличной форме |
те оЗноео |
/ |
бинта /) |
/ |
|
(табл. 10). |
|
Потребный упор |
|
|
при райотэ Зоух |
ЬщтЬ
I
пари, v s« v, уз
Л.С.
Располагаемой
мощность
Потребная
мощность при роботе обноео бинта.
VSn«pu, % |
\ » |
РИС. 6. Паспортная диаграмма гребного винта
65
|
|
Т а б л и ц а |
9 |
||
Величина |
и формула |
Раз |
Численные |
||
значения |
|||||
|
|
мер |
|||
|
|
ность |
|
|
|
Лр (задается) |
|
|
L P 3 |
||
КрКА-р) 1 с кривых |
|
|
|
||
K2=tX*-p)j действия |
об/с |
|
|
||
П (задается) |
|
|
|||
Vp=A.ptnD |
м/с |
|
|
||
|
|
кгс |
|
|
|
|
|
л.с. |
|
|
|
_ |
VP |
УЗ |
|
|
|
*0,5i5(i-w)
|
|
|
Т а б л и ц а |
10 |
|||
ЯП. |
Величина и формула |
Раз |
Численные |
|
|||
|
|
мер |
значения |
|
|||
|
|
|
ность |
|
|
|
|
I |
v s |
(задается) |
7» |
\ |
5 |
г |
|
2 |
EPS |
(снимается с кривой |
л. с. |
|
|
|
|
|
|
EPS Ы |
|
|
|
|
|
3 |
~ |
75-ЕР5 |
кгс |
|
|
|
|
|
|
(l-t)-0,545vs Zp |
|
|
|
|
|
|
Характеристика корпуса P(vs ) ? |
снесенная по точкам |
|||||
пересечения с линиями и= const |
на нижний график, |
||||||
определит кривую потребной мощности |
Н?(v5^ |
. На оетку |
|||||
нижнего графика диаграммы наносится характеристика дви гателя, представляющая собой кривую располагаемой мощ-
66
ности Np= Ne rj,b '^r =-f (n). При построении этой криво* принимается, что располагаемая мощность двигателя изменя ется в соответствии с ограничительной характеристикой по максимальному крутящему моменту. Эта кривая, снесенная по точкам пересечения с линиями n=const на верхний график, дает кривую располагаемого упора, т. е. кривую
предельных значений упора, достигаемых при данном винте и двигателе.
С помощью паспортной диаграммы могут быть проанализи рованы характеристики ходкости корабля как при нормальных условиях эксплуатации (одновременно работают все гребные винты, нормальное водоизмещение, чистый свежеокрашенный корпус),так и при измененных условиях плавания (увеличение водоизмещения, изменение сопротивления корабля в результа те обрастания, волнения, изменение условий взаимодействия винта с корпусом и др.).
Так, например, значение достижимой скорости полного хода при нормальных условиях эксплуатации корабля опреде ляется точкой пересечения кривой потребного упора (мощно сти) с кривой располагаемого упора (мощности). Число обо ротов гребного йннта, соответствующее достижимой скорости хода, определяется положением указанной точки относительно кривых П(,=const ; а число оборотов двигателя n m = n l , где I - передаточное число.
Для того чтобы определить характеристики ходкости корабля в случае изменения сопротивления корпуса, доста точно построить на паспортной диаграмме кривую потребного упора, соответствующую измененному сопротивлению. По точ ке пересечения этой кривой с кривой располагаемого упора могут бьль найдены значения скорости хода и числа оборо тов винта для рассматриваемого режима движения корабля.
С помощью паспортной диаграммы можно проанализировать элементы ходкости на парциальных режимах работы винтов. Для этого необходимо на верхний график нанести кривую потреби.iro упора при одном работашем гребном винте, ко-
67
торая пойдет круче кривой P(vs ) при работе двух винтов. Способы определения сопротивления неработающих винтов рассмотрены в § I I .
Паспортная диаграмма позволяет установить соответствие установленного на корабле гребного винта главному двига телю. Если снятые с диаграммы значения v s , п и М р
для режима полного хода совпадают с их расчетными величи нами, то это свидетельствует о полном соответствии винта двигателю. Если при полном числе оборотов двигателя потреб ляемая винтом мощность меньше максимальной мощности, кото рую может развить двигатель, то винт будет гидродинамиче ски "легким" для данного двигателя. Если мощность, которую винт потребляет для развития полных оборотов, превышает предельную мощность двигателя, то гребной винт будет гидродинамически "тяжелым" для данного двигателя.
§ I I . Расчет ходкости корабля на парциальных режимах
Парциальными режимами работы гребных винтов называют режимы, при которых работает только часть винтов корабля с многовальной установкой, а неработающие винты либо за стопорены, либо свободно вращаются под воздействием набегающего на них потока воды.
Парциальные режимы применяются для повышения экономич ности работы механической установки корабля, так как при работе части гребных винтов и двигателей расход топлива на милю пройденного пути оказывается меньше, чем при работе всех винтов. Поэтому дальность плавания на экономи ческих ходах при парциальном использовании мощности меха нической установки будет больше, чем при работе всех гребных винтов на пониженном числе оборотов. Парциальные режимы могут также создаваться вынужденно в результате боевых, навигационных и эксплуатационных повреждений корпуса корабля и его механической установки.
68
При атом необходимо отметить, что пропульсивный коэф фициент на парциальных режимах работы винтов всегда будет меньше, чем при одновременной работе всех винтов.
Расчет ходовых характеристик корабля на парциальных режимах имеет целью определение предельной скорости хода, которая может быть обеспечена без перегрузки двигателей, а также определение для этих режимов зависимости числа оборотов и мощности двигателя от скорости хода.
Расчеты ходкости на парциальных режимах отличаются от соответствующих расчетов для обычных условий движения
корабля необходимостью учета дополнительного сопротивления, приходящегося на работающие винты. Это дополнительное сопротивление состоит из двух частей, Одна из них пред ставляет собой часть буксировочного сопротивления корпуса, которая преодолевалась ранее работавшими гребными винтами, другая часть дополнительного сопротивления создается неработающим винтом. Кроме того, должно быть учтено дополнительное возрастание сопротивления за счет пере кладки руля, необходимой для удержания корабля на прямом курсе, а также в связи с появлением угла дрейфа, если, например, двухвальный корабль движется под одним винтом.
|
Таким образом, сопротивление воды движению корабля на |
|
парциальном режиме будет определяться так: |
(2.40) |
|
где |
н.Ь j |
|
множитель 1,05 учитывает увеличение буксировочного |
||
|
сопротивления R за счет наличия угла дрейфа и пе |
|
|
реложенного на некоторый угол руля (для компенсации |
|
|
момента, обусловленного несимметричным действием си |
|
Zp - |
лы упора винта). |
|
число неработающих винтов; |
|
|
RH6- |
сопротивление неработающего гребного винта. |
|
|
Сопротивление неработающих винтов можно определить с |
|
помощью приближенных формул, предложенных Д.И.Калмаковым: для застопоренного винта
(2.41)
69