3. Расчет усилия гд при работе его на задний ход

Усилие ГД при его работе на задний ход численно равно упору винта на задний полный ходи (эмпирическая формула):

F_ГД = 0,14k_pρn²D_в⁴(3,76 + Bd_cpβ_м/D_в²), [H]

где k_p – коэффициент упора винта (определяется по специальным диаграммам);

β_м – коэффициент полноты площади мидель-шпангоута.

Для практических расчетов используют еще такую формулу:

F_ГД =10k_сР_indk_зх, [кH]

где k_с – коэффициент, равный 0,01 для судов с ВПВФШ;

Р_ind – индикаторная мощность, л. с.;

k_зх – коэффициент заднего хода, равный 0,8 для грузовых судов с ВПВФШ.

32. Силы, действующие на винт на заднем ходу

На заднем ходу движение воды происходит также как и на переднем по спирали, но отбрасывается она теперь не на руль, а под корму катера (рис. 24).

Рис. 24.Силы набрасываемой струи на заднем ходу

Лопасти 1 и 3 толкают воду с силами F₁ - направленной вниз и F₃ - вверх. Эти силы никакого влияния на уклонение кормы не оказывают. Лопасть 2 набрасывает струю на левую часть борта в районе киля под острым углом. В связи с этим сила F₂, которая стремится уклонить корму вправо, слишком мала, чтобы оказывать существенное влияние. Лопасть же 4 бросает воду на правую подводную часть борта под прямым углом (90°) и следовательно сила F₄ значительно больше противоположной силы F₂. В результате действия силы набрасываемой струи F на заднем ходу корма судна будет уклоняться влево.

Рассмотрев действие сил реакции на заднем ходу по аналогии с ранее рассмотренным случаем их действия на переднем ходу, делается заключение, что результирующая сила реакции R уклоняет корму влево (рис. 25).

Рис. 25. Силы реакции на заднем ходу.

При движении судна на заднем ходу, вне зависимости вращается винт или нет, возникает сила сопротивления встречной воды корпусу (N). Кроме того, при вращении винта, последний "засасывает воду" за кормой, вызывая тем самым течение воды навстречу движению корпуса судна (рис. 26), что приводит к возникновению еще одной силы всасываемой струи М.

Рис. 26. Сила сопротивления и сила всасываемой струи

Эти две силы в данном случае при нахождении руля в положении "прямо" никакого действия на уклонение кормы не оказывают. Таким образом, на установившемся заднем ходу судна, имеющего винт правого вращения и руль в положении "прямо", под влиянием работы винта образуются (рис. 27):

• сила набрасываемой струи F;

• сила реакции R;

• сила сопротивления встречной воды N;

•  сила всасываемой струи М

Рис. 27. Сила действующие на заднем ходу

Вывод:

1. На установившемся заднем ходу судно, имеющее один винт правого вращения и руль в положении "прямо", уклоняется кормой влево, а носом вправо.

2. При тех же условиях, но с винтом шага корма уклоняется вправо, а нос суд влево.

33. Силы, действующие на винт на переднем ходу

При работающем винте, отбрасываемая им струя воды оказывает определенное действие на корпус судна и перо руля, тем самым влияя на устойчивость на курсе и поворотливость судна. Частицы воды при этом движутся не по прямой линии, а образуют вихревой поток в виде спирали.

Рассмотрим как работающий винт правого вращения с четырьмя лопастями влияет на устойчивость и поворотливость судна (рис. 20).

Рис. 20 Силы набрасываемой струи

Лопасть 1 винта при движении по часовой стрелке сверху вниз бросает воду с силой F₁ которая направлена вниз и никакого влияния на смещение кормы в сторону не оказывает. Лопасть 2 бросает воду с силой F₂ на нижнюю часть пера руля и стремиться отклонить корму влево Сила F₃ при движении лопасти 3 снизу вверх направлена вверх и на отклонение кормы в сторону не влияет. Лопасть 4 при движении слева направо бросает воду с силой F4 на верхнюю часть пера руля. Эта сила стремится отклонить корму вправо.

Таким образом на перо руля действуют две противоположно направленные сипы F₂ и F₄ Учитывая, что в нижней части руля гидростатическое давление всегда больше, чем в верхней, то сила F₂ превышает силу F₄ и уклоняет корму влево. Вывод: при вращении винта из-за набрасывания воды на руль возникает ряд сил, которые при своем взаимодействии образуют только одну силу набрасываемой струи F₁ давление которой на руль стремится сместить корму судна влево и изменить его курс вправо. При аналогичном рассмотрении примера с винтом левого вращения вывод будет противоположным, т.е. сила набрасываемой струи F стремится уклонить корму вправо, а курс судна изменить влево. Лопасти вращающегося винта встречают сопротивление воды, которое называется силой реакции (рис. 21).

Рис 21. Силы реакции.     Движению лопасти 1 противодействует сила реакции R₁, которая стремится оттолкнуть лопасть, а вместе с ней и корму судна влево. Сила R₂стремится оттолкнуть лопасть 2 вверх, а следовательно, и поднять корму. Движению лопасти 3 противодействует сила реакции R₃, направленная слева направо и стремящаяся оттолкнуть лопасть, а вместе с ней и корму вправо Сила реакции R₄ направлена вниз и стремится осадить корму.

Таким образом, силы реакции R₂ и R₄ на отклонение кормы в какую-либо сторону влияния не оказывают, но они являются причиной дрожания кормы, которая хорошо наблюдается на быстроходных катерах. В то же время силы R₁ и R₃ оказывают действие на корму, стремясь ее отклонить в противоположных направлениях. В связи с тем, что сила R₃ действует в более плотной среде, ее величина больше силы R₁. Сложив эти две силы получается одна результирующая сила реакции _R1 которая при вращении винта будет стремиться уклонить корму катера вправо, а нос разворачивать влево.

В случае, если на катере установлен винт левого вращения, то сила реакции R будет уклонять корму влево, а нос разворачивать вправо. Кроме сил набрасываемой струи и реакции при движении катера вперед возникает еще и сила попутного потока. На переднем ходу катер своим корпусом вытесняет воду, образуя за кормой разряженное пространство. Вытесненная корпусом вода, обтекая борта, устремляется в это пространство и заполняет его. Поскольку этот процесс во время движения идет непрерывно, то с кормы катера образуется и действует попутный поток воды, называемый попутным следом. Этот поток оказывает непрерывное давление на кормовые обводы судна и на лопасти винта. Максимальную величину сила потока имеет на поверхности воды, а на глубине уровня киля исчезает полностью. Давление потока на кормовые обводы распределяется равномерно и практически никакого влияния на отклонение кормы не оказывает. Этого нельзя сказать о давлении силы потока на лопасти винта. Попутный поток с наибольшей силой Н давит на лопасть, которая находится при вращении винта в крайне верхнем положении (рис. 22).

Рис. 22. Действие силы попутного потока.

Разложив эту силу на составляющие, получается, что сила h по своей величине значительно больше силы i и расположена перпендикулярно к лопасти. Эта сила h и будет уклонять корму влево, а нос вправо. При винте левого вращения на переднем ходу сила попутного потока h будет стремиться уклонить корму вправо, а нос судна влево. Сила попутного потока при движении судна (по инерции или на буксире) оказывает свое действие и тогда, когда винт не вращается. Рассмотренные примеры позволяют сделать заключение, что на устойчивость судна, имеющего передний ход и руль в положении прямо, влияют три силы (рис 23):

• сила набрасываемой струи F;

• сила реакции R;

• сила попутного потока h

Рис. 23. Действие сил на корму судна

Вывод:

1. На установившемся переднем ходу моторного судна, имеющего один винт правого вращения и руль в диаметральной плоскости, нос судна стремится уклоняться вправо. Чтобы удержать судно на курсе необходимо переложить руль на несколько градусов влево.

2. При винте левого вращения на переднем ходу с рулем в положении "прямо" нос судна будет уклоняться влево.