книги из ГПНТБ / Корытов Н.В. Расчеты по динамике корабля учеб. пособие
.pdfдля свободно вращающегося шита
Rc .b =U0^15)VpD2 4- КГС . |
(2.42) |
Для определения характеристик ходкости корабля на пар циальных режимах необходимо на верхний график паспортной диаграммы нанести кривую потребного упора, соответствую щую измененному сопротивлению движению корабля (см. фор мулу 2.40). Эта кривая пойдет круче кривой P(vs ^ при работе двух гребных винтов. По точке пересечения этой кри вой с кривой располагаемого упора могут быть найдены значения скорости хода, числа оборотов и потребляемой мощности двигателя на рассматриваемом парциальном режиме.
Аналогичным образом выполняется расчет ходовых харак теристик корабля при буксировке им другого корабля. В этом случае сопротивление, преодолеваемое винтами букси рующего корабля, будет слагаться из сопротивления обоих кораблей и сопротивления неработающих винтов буксируемого корабля.
§ 12. Расчет кавитирующих rpedrinx винтов
Широкое применение в кораблестроительной практике получил метод проектировочного расчета кавитирующих греб ных винтов, который основан на использовании диаграмм систематических испытаний моделей в кавитационной трубе. По таким диаграммам можно выбрать оптимальное дисковое отношение, число лопастей, джаметр и шаг квитирующего гребного винта, причем профилировка и контур лопастей, а также распределение шага по радиусу винта следует принимать такими же, как в испытанной серии.
Поскольку гидродинамические характеристики кавитирую щих винтов зависят не только от относительной поступи, но и от числа кавитации, принцип построения диаграмм
для расчета этих винтов отличается от принятого для нека70
витируюцнх винтов. Один из возможных способов графического изображения результатов испытаний моделей базируется на использовании зависимости:
Кп= . ^гт.г |
=~h |
П Р" ^=const. |
|
(2.43) |
||||
\J v p JJ |
Д. р |
|
|
|
|
|
|
|
Принцип построения диаграммы заключается в следующем. |
||||||||
Откладывая по оси абсцисс величины |
}?f= |
( г\Ъ |
|
а 0 0 |
||||
оси ординат - коэффициенты упора |
К |
Р |
для |
ряда фикси |
||||
|
|
Т » |
|
|||||
рованных значений шагового отношения |
|
, получим семей |
ство кривых KP=-f(ЛР,-g=const). Соединяя на этом графике точки с одинаковыми значениями Г[Р ) будем иметь еще одно семейство кривых Kp=-f C/V.P,YLp=const). В результате получим диаграммы типа изображенной на рис. 7. Диаграммы такого вида для трехлопастных винтов с дисковым отношением -4-=
= 0,70; 0,85; 1,0 |
ж четырех значений числа кавитации м.= |
= 0,6; 0,8; 1,0 и |
1,2 приведены в монографии [б]. |
Нанесенная на диаграмме рис.7 пунктирная кривая 0-0 соответствует началу кавитации на засасывающей стороне ло пасти,ниже ее кавитация отсутствует.Граничная кривая I - I отвечает началу второй стадии кавитации,а кривая 2-2 - полному ее развитию на засасывающей поверхности лопасти. Область ниже кривой 3-3 соответствует кавитации на нагне тающей поверхности лопасти.Каждая диаграмма относится к вполне определенному значению параметра -к- j - f характеризую щего кавитационные свойства гребного винта .веющиеся диа граммы [б] охватывают пределы изменения этого параметра К-А =0,42-1,20.
Подобные диаграммы позволяют определять оптимальные элементы гребного винта при различных вариантах задания. Так, если требуется найти элементы гребного винта при эазаданном упоре Р , скорости v P , числе оборотов п , диа
метре Ъ |
ж глубине погружения оси винта |
h s , необходимо |
|
по этим данным рассчитать величины д КР |
,Л.4р |
И "Л , |
|
которым на диаграмме с выбранннм -д^ |
будут соответст |
||
вовать точки, определяющие шаговое отношение -g- и |
|||
к. п. д. винта Y[p. |
|
7 т |
Рже. 7. Диаграмма для расчета кавитярущих гребных винтов
Искомая величина Н_ находится по кривым J±= f ГА
для точки, соответствующей максимальному
к. п. д. винта. Если заданное число кавитации "К. не со впадает с нанесенным на диаграмме значением, то расчет необходимо выполнять по нескольким диаграммам с последую щим интерполированием результатов для расчетных условий.
72
Рассмотрим теперь случай, когда известии упор винтаР,
скорость v P i |
число оборотов п |
и глубина погружения оси |
|||||
винта Y\% |
. Так как диаметр гребного винта |
неизвестен, |
|||||
войти в диаграмму,построенную в осях Кр—Л?р , |
невозмож |
||||||
но. Исключая из выражения для |
КР |
неизвестную величину |
|||||
диаметра путем подстановки Ъ= |
У* |
? получим |
|
||||
|
|
|
|
Л.рГ1 |
|
|
|
|
|
- ^ = - ^ Т - = - Ь д » = const. |
|
(2.44) |
|||
Условиям задания удовлетворяет бесконечное множество |
|||||||
гребных винтов, точки |
действия которых располагаются |
||||||
на прямой |
(см. рис. 7), проходящей через начало координат |
||||||
под углом |
ос |
к оси абсцисс. Выбрав на этой прямой точку |
|||||
с наибольшим значением |
г\_?) можно найти |
и |
Л Р , соот |
ветствующие оптимальным значениям диаметра и шага винта:
U0pt— г—х-,
(2.45)
Если расчетное значение числа кавитации не соответст вует указанному на диаграмме, то расчет элементов винта следует произвести для нескольких значений числа кавита
ции, |
затем построить кривые зависимостей -^-=-f(тл) |
|
и |
D=f(vv) |
и найти значения этих элементов, соответ |
ствующие расчетному числу кавитации. Чтобы определить рациональное дисковое отношение винта, расчет следует производить при нескольких значениях дискового отношения винта.
В заключение рассмотрим задачу проектировочного рас чета кавитирупцего гребного винта для наиболее часто встречающегося на практике варианта задания.
Исходными данными для расчета являются:
-кривая буксировочного сопротивления корпуса
-мощность двигателя Ne *, .
73
-число оборотов двигателя n m ;
-число гребных валов zР
-коэффициенты взаимодействия гребного винта с корпусом w,t .
Требуется определить оптимальные геометрические элементы гребного винта и наибольшую достижимую скорость хода.
При решении рассматриваемо! задачи предполагается, что некавитирующий винт спроектировать невозможно,поэто му дисковое отношение выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить работу винта во второй стадии кавитации. Для выбора необходимого дискового отношения винта могут быть использованы рекомендации, приведенные в § ? настоящего пособия.
Расчет элементов гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость хода корабля при заданной мощности двигателя, производится в табличной форме (см. табл. I I ) . По результатам расчета строят кривые зависимостей
N e =^(v s , - ^= const), D=f(v s ,-^-=const)n -^=f(vs ,-^=const),
по которым для заданной мощности Ng |
графической интер |
поляцией находятся величины v sm a x , D} |
и-д- • |
Расчет ходкости и построение паспортной диаграммы корабля с кавитирухщими гребными винтами при известных кривых действия производятся по схеме, аналогичной расче ту некавитирующих гребных винтов. Следует лишь учесть, что каждому значению скорости хода соответствует опреде^- ленное число кавитации.
74
Т а б л и ц а I I Расчет кавитирувдего гребного винта и определение
наибольшей скорости хода при заданной мощности двигателя
Я
пл.
I 2
3
4
5
6
7
8
9
10
I I
Величина и формула
V,4 |
(задается) |
|
|
52 1\. |
|
V s |
0,5i5U-w) |
|
R=f(vs ) |
(снимаем с |
|
р = |
R |
кривой) |
|
|
|
21р U-t) |
||
К Р _ |
Р п г |
|
^ |
<?vP |
|
|
(ведается) |
|
п Р т ах |
(по диаграмме) |
|
4 " |
|
|
А'р |
(по диаграмме) |
|
н. * |
Раз |
Численные значе |
||
мер |
|||
ность |
|
ния |
|
м/с |
1,0 |
0,8 |
0,6 |
|
|
|
УЗ
кгс
кгс
р|ф5к0Ш,65|(,0!
12 |
|
|
13 |
b |
л.с. |
|
0,5H5vR |
|
14 |
n6 n* |
л.с. |
e |
|
75
§ 13. Расчет ходовых характеристик корабля, оборудованного ВРШ
Особенности выбора основных геометрических элементов ВРШ
Гребные винты регулируемого шага чаще всего применяют ся на кораблях, обладающих двумя или несколькими отличаю щимися режимами движения; поэтому при проектировании ВРШ для таких кораблей необходимо прежде всего установить, какой из режимов является основным.
В тех случаях, когда корабль является однорежимным, расчетным режимом является полный передний ход. При проек тировании винтов для этих кораблей необходимо исходить из условия обеспечения высокого к. п. д. Проектирование такого винта может быть произведено с использованием диаграмм для ВЯИ однако необходимо учитывать, что полу ченные значения шага будут несколько заниженными, по скольку упор ВРШ при том же шаге будет несколько меньше (из-за относительно большего диаметра ступицы).
При проектировании ВРШ для кораблей, обладающих не сколькими ходовыми режимами, элементы винта должны выби раться из условия обеспечения наилучших пропульсивных качеств корабля на свободном ходу, либо при ходе его с возом. В тех случаях, когда назначение и условия эксплуа тации корабля не позволяют установить, какой из этих ре жимов является более длительным и важным, необходимо при выборе его исходить из следующих предпосылок.
Известно, что падение к. п. д. при отклонении конст руктивного шага от рабочего сильнее, если конструктивный шаг меньше установочного. Поэтому представляется более целесообразным проектировать винт для режима, при котором расчетный шаг меньше, а таким режимом является ход с во зом. Выбор меньшего конструктивного шага является рацио нальным и с точки зрения улучшения характеристик заднего 76
хода и снижения скручивающих моментов лопастей относитель но оси поворота их.
Если корабль является двухрежимным, то как и для рас смотренного выше типа кораблей, шаг следует выбирать для более тяжелого режима.
Рекомендации по выбору основных элементов ВРШ
Исходными данными для выборе геометрических элементов
ВРШ являются: |
|
|
- ожидаемая скорость хода v 5 |
уз .; |
|
- буксировочное сопротивление |
R |
кгс |
- число гребных винтов z p j |
и |
об/с ; |
- число оборотов гребного вала |
-к. п. д. валопровода гц;
-к. п. д. передачи Y[r\
-коэффициенты взаимодействия винта с корпусом w,t'
- максимально допустимый диаметр винта D m a x м. I . Определение оптимального диаметра ВРШ
Для проверки обеспечения заданной скорости хода проек
тируемого корабля определяется |
оптимальный диаметр в |
|
|
форме табл.12 для ряда ско |
|
|
|
ростей хода,близких к задан |
те |
4scconst |
|
ной скорости с диапазоном |
л.с. |
|
|
в I узел в меньшую и большую |
|
|
|
сторону.Таких таблиц рассчи |
|
|
|
тывается обычно не менее |
|
|
|
четырех. |
|
|
|
По результатам расчета |
|
|
|
табл.12 для каждой скорости |
|
Bopt |
D N |
строится график изменения |
|
||
мощности Nе , шагового отно |
Рис. 8. Определение опти |
||
шения -g- и пропульсивного |
мального диаметра гребного |
||
|
винта |
|
|
коэффициента Г[ в зависи |
|
|
|
мости от диаметра и графически находится оптимальный диаметр винта (рис. 8).
|
|
|
Т а б л и ц а |
12 |
||
v s = |
• уз ; |
ЕР5= |
л.с; |
п= |
оБ/с |
|
v=0,5i5-vs = м/с; |
R= |
кгс; |
r ^ = |
|
t = |
|
v p= |
м/с i |
Ре=-|р-= к г с ; |
П г = |
|
w = |
л |
Величина и формула |
||||
пл. |
|||||
|
|
|
|
||
I |
Диаметр D |
(задается) |
|||
2 |
Я - |
|
V p |
|
|
|
|
|
|
||
3 |
* |
1-Ъ |
|
||
4 |
К - |
|
Р |
|
|
|
|
|
|
||
5 |
|
|
1 |
по ди- |
|
|
|
|
|||
|
|
|
> аграм- |
||
6 |
|
|
|
ме |
|
i~fc |
|
|
|
||
7 |
|
|
|
||
'Чк- i-w |
|
|
|||
8 |
|
|
|||
П = П Р П к |
|
||||
9 |
|
||||
N - |
P |
e V s |
• |
Раз |
Численнне |
Опти- |
мер |
значения |
диаметр |
ность |
|
|
м |
|
|
кгс
Затем по данным последних столбцов табл. 12 заполняет ся табл. 13 и строятся кривые зависимости N e = f CVg)
П = Я ^ , ^ М Ч ^ И Б О Р 1 = Т Ч У 5 ) |
(рис. 9). |
|
л.с. |
78
|
|
Т а б л и ц а |
13 |
|
пл. Величина |
Раз |
Численные |
Достижимая |
Примеча |
мер |
значения |
скорость |
ние |
|
|
ность |
|
хода |
|
|
У?; |
|
|
Из табл. |
D0pt |
м |
|
|
12 |
|
|
|
||
Н/Б |
|
|
|
|
П
л. с,
Графически, как показано на рис. 9, определяется достижимая (максимальная) скорость хода, а также оптималь
ный диаметр винта, |
Ne , ^ , , которые вносятся в |
|||
последний столбец табл. |
13. |
|
||
При значениях коэффициента нагрузки 6р=г 3^4 рекомен |
||||
дуется уменьшить оптимальный диаметр на ~ |
5%, т. е. |
|||
принять |
|
_ |
|
|
|
|
D=0,95-"Dopf, |
(2.46) |
|
|
|
r r |
D o p t |
|
|
|
|
'P? |
|
где D и |
A., - откорректированные значения диаметра и |
|||
|
относительной поступи, и для полученного |
|||
|
— |
найти коэффициент упора |
Р |
|
|
Б |
К4=- 9Пг Б |
||
Шаговое отношение и к. п. д. винта определяют как |
||||
функции |
и Лр . |
|
|
|
В случае, если оптимальный диаметр винта больше макси мально допустимого, необходимо принять предельно допусти мый диаметр. Для этого значения диаметра определяется шаговое отношение, при котором винт потребляет заданную мощность при заданном числе оборотов.
79