книги из ГПНТБ / Корытов Н.В. Расчеты по динамике корабля учеб. пособие
.pdf2. Выбор числа лопастей винта
|
|
Из условия полу |
|
чения наибольшего |
|
|
к. п. д. рекоменду |
|
|
ется в первом приб |
|
|
лижении руководст |
|
|
воваться правилом |
|
|
Э.Э.Папмеля: |
|
|
2=3 |
при К'и:>{ |
Рис. 9. Определение достижимой |
z=4 |
или к£^2,о; |
скорости хода корабля при опти |
при K'„^i |
|
мальном диаметре винта |
|
или К^<2,0 |
|
|
|
Обычно для ВРШ принимается число лопастей 3 или 4 из условия размещения механизма поворота лопастей в сту
пице винта. Для избежания кавитации винта число лопастей желательно иметь меньше.
3. Выбор дискового отношения
д
Задача о выборе дискового отношения -д- ВРШ облег чается тем, что как с точки зрения повышения пропульсивных качеств винта, так и с точки зрения снижения крутящих моментов целесообразно уменьшать величину . Поэтому дисковое отношение ВРШ принимается минимально допустимым из условия обеспечения достаточного запаса по отношению ко второй стадии кавитации. Обычно дисковое отношение для ВРШ принимается в пределах -д- = 0,4-^0,75.
При выборе дискового отношенжя*ВРШ могут быть исполь зованы те же методы, что и при проектировании ВФП1. Для оценки величины дискового отношения в первом приближении может быть рекомендована диаграмма, представленная на рис. (П.8). На этой диаграмме изображена зависимость произведения "К-д- , соответствующего началу падения
80 |
d |
|
упора, от нагрузки винта, диаграмма рис. (П.8) построена по данным испытаний большого числа моделей винтов в кавитащонной трубе.
Для определения дискового отношения необходимо вы числить условную нагрузку винта, характеризуемую коэффи циентом
ак.
(2.47)
где к= ... - коэффициент, учитывающий неравномерность поля скоростей потока.
При отсутствии данных о степени неравномерности потока можно принять к =1,5. Затем с графика
рис. П.8 снимается значение произведения W-^- , соответ ствующее нагрузке, при которой работает винт. 'Полученное значение, деленное на число кавитации, характеризующее режим работы винта, дает искомое дисковое отношение.
Определение дискового отношения BHD по изложенному методу может быть выполнено в табличной форме (табл.14).
|
Режим работы винта v s = |
Т а б л и ц а |
14 |
||
|
уз |
В= |
м |
||
|
R ~ |
кгс |
п = |
оо"/с |
|
пп. |
Наименование величин |
Обозначение |
Раз |
Численное |
|
|
и формула |
мер |
значение |
||
|
|
|
|
ность |
|
I |
Коэффициент упора |
К; |
ом Зг |
|
|
2 |
Коэффициенты взаимо |
|
W |
|
|
|
действия винта и |
|
t |
|
|
3 |
корпуса |
_ vb0..5i5 |
|
|
|
Относительная по |
|
|
|||
4 |
ступь |
|
|
|
|
Погружение оси |
|
|
м |
|
|
|
винта |
|
|
|
|
81
Продолжение табл. 14
Наименование величин
пп.
5Скорость потока в диске винта
6Статическое давление на оси винта
7Давление насыщенных паров воды
8Коэффициент, учиты вающий неравномер ность потока
9Число кавитации
10Коэффициент нагруз ки винта по упору
I I Коэффициент (сни мается с графика)
12Дисковое отношение винта
Обозначение |
Раз |
Численное |
и формула |
мер |
значение |
|
ность |
|
v P = 0,515У5 И)м/с
Р 0 = Ю З З О + Я 1 Ч
кгс/i
м
кгс/м'
к= 4,5
Щ vp
(( - 1 n_Mi
flttfO-Kwf
Ad
А
Ad
Расчет тяговой характеристики ВРШ
После того как элементы гребного винта выбраны, и, следовательно, кривые его действия известны, может быть выполнен расчет наибольшей скорости хода корабля, обору дованного ВРШ. Для этого необходимо вычислить зависимость максимальной тяги гребного винта от скорости хода и найти точку пересечения этой кривой с кривой буксировочного сопротивления.
Расчет кривой максимальной тяги для ВРШ имеет свои особенности, поскольку каждой точке кривой соответствует значение шагового отношения, обеспечивающее использова-
8?
ние полной мощности двигателя при заданной скорости хода. Расчет кривой максимальной тяги выполняется обычно в таб
личной форме (табл. 15) с использованием диаграммы |
K2 -Ap ? |
Расчет выполняется в такой последовательности: |
|
1) вычисляем значение коэффициента момента |
К 2 , |
обеопечиващее использование полной мощности двигателя при номинальном числе оборотов;
2)задаемся рядом значений скоростей и определяем относительную поступь винта Ар, соответствующую этим скоростям хода;
3)с диаграмм кривых действия снимаем значения
шагового отношения ^ н к . п. д. у[?, |
соответствующие |
||||
принятым |
Кг и А р ; |
|
и г^р вычисляем |
||
|
4) по полученным значениям К2 |
||||
эффективную тягу винта. |
Т а б л и ц а |
15 |
|||
|
|
|
|||
К„= 75 МеПьПц |
Б= |
|
|||
t = ; |
|
|
|||
пп. |
Величина и формула |
Раз |
Численные значения |
||
мер |
|||||
I |
Vs |
(задается) |
ность |
|
|
уз. |
|
|
|||
2 |
vp =0,5i5vs (4-w) |
м/с |
|
|
|
|
|
^по диа |
|
5 |
|
грамме |
|
|
**** |
|
|
6 |
К я Т | |
|
|
7 |
К < П р |
А р |
кгс |
|
|
||
8 |
P e = P ( l - t ) |
кгс |
|
9 |
Р е 2 ? |
|
кгс |
|
|
|
83 |
На рис. 10 приведены типичные кривые максимальной тя ги и шагового отношения гребного винтя, полученные в ре зультате такого расчета. С помощью графика рис. 10 могут
|
|
|
|
быть решены различные |
||
|
|
|
|
практические задачи |
||
|
^mcu |
|
|
по эксплуатации кораб |
||
н |
|
|
ля, оборудованного |
|||
|
|
|
ВРШ. В частности, он |
|||
в |
|
|
|
позволяет определить |
||
|
|
|
|
значения скорости |
||
|
|
! |
|
хода v s |
и шагового |
|
|
|
|
|
|
и |
|
н |
R |
|
|
отношения -g- при |
||
! |
|
различных значениях |
||||
UL |
|
|
сопротивления корабля, |
|||
|
|
I |
4 |
для этого достаточно |
||
|
|
заданную кривую |
||||
|
|
сопротивления нанести |
||||
Ряс.тяги10.и шаговогоКривые максимальнойотношения |
|
на |
график. |
|||
|
Чтобы определить |
|||||
|
ВРШ |
|
|
скорость буксировки и |
||
требуемые значения шагового отношения ВРШ для корабля в режиме движения с возом, необходимо на график рис. 10 нанести кривую суммарного сопротивления корабля с возом. Однако более удобным для решения этой задачи является график рис. I I , на котором нанесена не кривая суммарной тяги винта, а кривая избыточной тяги за вычетом собствен ного сопротивления корабля. В этом случае на график нано сится вместо кривой суммарного сопротивления кривая сопротивления воза.
84
Рис. I I . Кривая избыточной тяги ВРШ
Расчет и построение диаграммы эффективного использования ВРШ
Для оценки ходовых качеств корабля, снабженного вин том фиксированного шага (ВФШ), на различных режимах движения используется паспортная диаграмма. Эта диаграм ма позволяет решать все встречающиеся на практике за дачи. Однако в случае использования ВРШ каждому значению скорости хода соответствует большое количество сочетаний шага и числа оборотов гребного вала. Поэтому возникает задача нахождения такого сочетания, которое соответст вует наиболее экономичному эксплуатационному режиму ра боты механической установки, т. е. минимальному расходу топлива при данной скорости хода.
Для решения этой задачи производится расчет и пост роение графиков эффективного использования ВРШ, которые позволяют выбирать наиболее экономичные режимы движения корабля. Для расчета подобных диаграмм необходимо иметь универсальную характеристику двигателя по расходу топли ва, представляющую собой зависимости удельного расхода топлива & от мощности (см. рис. 12).
- 35
Расчет диаграмм эффективного использования ВРШ выполняется в такой последовательности:
1) строим графики зависимости шагового отношения от скорости хода при постоянном числе оборотов. Для этой цели рассчитываем величину эффективной тяги, соот ветствующую при данном числе оборотов различным шаговым отношениям и скоростям хода (см. табл. 16); определяем скорость хода при разных значениях шага. Величина ско рости определяется графически как точка пересечения кривых тяги и сопротивления. В результате выполнения рас четов при различных значениях числа оборотов строим гра
фик зависимости |
|
ц |
(рис. 13); |
•gp=-fCv5,n=const) |
2) по данным расчета строк 10-11 табл. 16 строим графики зависимости мощности от числа оборотов для ряда значений шагового отношения, т. е. N e = f ( n ^ ^ c o n s t ) , Подобный график приведен на рис. 14. На этот график наносим ограничительные кривые двигателя, которые затем можно перенести на график рис. 13;
3) по данным графиков рис. 12 и рис. 14 строим кривые расхода топлива в зависимости от числа оборотов при постоянном шаговом отношении (рис. 15). Используя данные рис. 13, на графике рис. 15 можно нанести кривые постоянной скорости. Эти кривые позволяют выбрать режимы, при которых данное значение скорости хода обеспе чивается при минимальном расходе топлива. Зная числа оборотов и шаговые отношения, соответствующие этим режимам, можно перенести точки на график рис. 13 и по строить кривую режимов, обеспечивающих наибольшую эконо мичность работы установки (т. е. минимальный расход топлива).
Рис R |
Эовисимост& |
мощности |
Рис.45. Эабиоимост, расхода топлийа |
от ииоло oSopomot при различны* |
от чио/ю. оБоостоб |
||
«даиения* |
сиогового |
отношения |
|
87
Т а б л и ц а 16 Расчет зависимости шагового отношения винта
от скорости хода при |
|
||
об/с |
|
|
|
м : |
Раз |
|
|
Величина и формула |
Численные значения |
||
мер |
|||
|
ность |
|
|
-=j- (задается)
Vs (задается) Vp=Q,5i5-Vs(l-\w)
н п Т ) |
по диа- |
|
К.=-f (рг»Л-р^ |
||
ч и |
' грамме |
|
|
|
|
Vs (npnPe =R) |
по гра |
|
|
|
фику |
|
0,515v5g-w) |
|
|
|
диа |
|
|
грамме |
_ К 2ДС<?п Р |
||
й |
|
а |
(H/D), (НЛ>),
уз
м/с
кгс
кгс
уз
/IX.
Рассмотренные выше практические задачи расчета ходовых характеристик корабля с ВРШ основаны на использовании диаграмм серийных испытаний моделей винтов регулируемого шага. Результаты этих испы-
88
таний обычно представляют в виде безразмерных
динамических характеристик, т. е. кривых действия K4=-f(Л.Р") |
||
Кг=-Р(Л.Р') и rif^iiXp) |
при -^-=const. |
' |
По своей форме эти диаграммы аналогичны диаграммам для
расчета обычных винтов - ВФШ. В отличие от диаграмм ВФШ каждая диаграмма серии ВРШ относится к некоторому зна
чению конструктивного шагового отношения |
• |
|||
|
В монографии (9) приведены диаграммы кривых действия |
|||
двух серий ВРШ: |
|
|
|
|
. |
а) трехлопастных винтов с дисковым отношением |
|||
-^-=0,66 и значениями |
= 0,609; 0,762; 0,966; 1,179; |
|||
d |
б) четырехлопастных винтов с |
-~- = 0,48 и -^=0,7; |
||
|
|
|
|
|
§ 14. Особенности расчета гребных винтов многовальных кораблей
Корабли, имеющие больше двух гребных валов, принято называть многовальными. Особенностью многовальных кораб лей, с точки зрения проектирования гребных винтов,по сравненню с двухвальными является то, что у тппг характе ристики взаимодействия с корпусом для бортовых и средних винтов различны. Вследствие разных значений попутного потока в месте расположения бортовых и средних гребных винтов условия их работы будут существенно отличаться друг от друга. Кроме того, мощность двигателей, вращаю щих гребные винты многовальных кораблей, может быть неодинакова. Так, часто двигатели на среднем гребном валу у трехвалышх кораблей имеют большую (или меньшую мощность), чем установленные на бортовых валах. Все это усложняет проектирование гребных винтов и расчет ходкости многовального корабля, и поэтому невозможно непосредственно рассчитать элементы винтов, исходя из
89