44. Взаимодействие корпуса судна с гребным винтом.

Заполнение окружающей водой освобождающихся объёмов за движущимся судном и движение части жидкости в пределах пограничного слоя создает попутный поток. Поступательная скорость гребного винта, работающего в попутном потоке:

V_p = (1 - ), где - водоизмещение.

- коэффициент попутного потока, U – скорость попутного потока, - скорость судна;

Область пониженного давления перед работающим гребным винтом изменяет обтекание кормовой оконечности судна. Для обеспечения заданной скорости судна необходимо, чтоб упор (Р) создаваемый гребным винтом, превышал силу сопротивления воды движению судна (R) на величину силы засасывания Р = Р_е + Р, где Р_е = R – полезная тяга гребного винта, равная сопротивлению судна Р – силы засасывания.

Коэффициент засасывания: t = ;

Необходимый упор гребного винта: ;

КПД гребного винта за корпусом судна – пропульсивный КПД.

, где - коэффициент влияния неравномерности потока на КПД дл

1-но вальных судов i = 0,95 1,05;

2-х вальных судов i = 0,95 0,99;

- КПД гребного винта в свободной воде;

- коэффициент влияния корпуса;

Наличие в корме непосредственно перед корпусом судна работающего гребного винта резко меняет картину обтекания водой всей кормовой оконечности. Это изменение охватывает район, ограниченный по длине двумя-тремя теоретическими шпациями и приводит к нарушению структуры поля скоростей потока, которая была у корпуса при его буксировке со снятым гребным винтом.

С другой стороны, наличие в непосредственной близости перед гребным винтом корпуса судна приводит к тому, что поток воды, подтекающий к винту, уже возмущен корпусом-экраном и поле его скоростей по площади диска винта становится крайне неравномерным.

И для корпуса, и для гребного винта изменение величины и направления скоростей в потоке неизбежно влечет за собой изменение поля давлений и в конечном счете приводит к изменению гидродинамических сил, действующих на наружную обшивку корпуса судна и появляющихся на лопастях вращающегося винта.

Как видно, гидродинамическое взаимодействие этих двух элементов комплекса имеет сложный характер, и теоретическое решение такой задачи является весьма затруднительным.

По этой причине используется такой искусственный прием:

— гребной винт условно рассматривается изолированным, но работающим в потоке воды, ранее измененным корпусом;

— корпус судна рассматривается как буксируемый в потоке,ранее измененным работой гребного винта.

45. Характеристики действия гребного винта.

Геометрические характеристики винта.

Поверхность лопасти винта, обращенная к носу судна называется засасывающей, противоположная ей нагнетательная. Кромка лопасти, которая при переднем ходе судна направлена в сторону окружной скорости называется входящей, противоположной ей выходящей.

Радиус винта R – расстояние его от оси до наиболее удаленной точки края лопасти. Лопасти гребного винта образуются винтовыми поверхностями, сечения лопасти сосны с винтом цилиндрами различных радиусов при развертке на плоскость дают профили сечений.

Конструктивный шаг винта H на данном радиусе – шаг винтовой линии, совпадающей с хордой соответствующего профиля сечения. Винт, шаг которого на всех сечениях не изменяется называется винтом постоянного шага, если шаг на разных радиусах различен, то винт радиально-переменного шага.

Шаговое отношение H/D – отношение шага к диаметру винта. Площадь лопасти определяется по площади ограниченной её спрямленным контуром – кривой соединяющей концы хорд сечений на соответствующих радиусах.

Дисковое отношение: , где А – площадь спрямленного контура лопасти (м²);

Z – число лопасти винта (3 6)

D – диаметр винта.

Гребные винты транспортных судов имеют дисковое отношение 0.3 – 0.8.

Различают винты правого и левого вращения.

Масса гребного винта G_B: G_B = G_л + G_ст (кг)

G_л = ( 1,4 + 15,3D) (кг) – масса лопастей;

G_ст = 600 (d²₀ – d_k²) L (кг) – масса ступицы;

- плотность материала винта (т/м³); d_o – диаметр ступицы (средний) (м);

L – длина ступицы (м); d_k – диаметр конусного отверстия (м);

Кинематические характеристики гребного винта:

h_p = - поступь винта – путь проходимым лопастью гребного винта за 1 оборот .

Путь скольжения SH – разность между геометрическим шагом и поступью гребного винта, относительно поступь и геометрический шаг винта.

Осевая скорость винта в воде: V_p = h_p n (поступь на обороты)

Скорость скольжения: SHn = H_n -

Скольжение и относительная поступь: S = 1 - , относительное скольжение S = 1 - ;

При вращении винта на каждом элементе лопасти возникает реактивная сила dR – которая дает составляющего упора dP и силы dQ образующий момент dM = rdQ противодействий вращения винта.

Гидродинамические характеристики:

На элементе лопасти, обтекаемый потоком жидкости возникает подъёмная сила (dR) направленная перпендикулярно скорости и приложенная в центре давления. Сила сопротивления dx направлена вдоль потока. В направлении поступательного движения на лопасть действует результирующая сила

P_л = ,

А в плоскости вращения – сила Q_л =

Упор винта: P = zP_л

Момент винта: M = zQ_лr (кгм), где z – число лопатей, r – радиус центра давления лопасти

Коэффициент упора: p - плотность морской воды;

Коэффициент момента:

Характерные режимы работы винта:

На швартовах = 0, = 0, n_p = 0, k₁ и k₂ наибольшие;

Нулевого упора k₁ = 0, Р = 0, , n_p = 0, = , линейная поступь H₁ в этом режиме называется шагом нулевого упора.

Нулевого момента k₂ = 0, М = 0, = , линейная поступь Н₂ в этом режиме называется шагом нулевого момента.

При установившемся переднем ходе судна винт работает с относительной поступью в диапазоне между = 0 и = .

При поступях больших винт работает в режиме гидротурбины.