Основы КСУ (Бормотов А) / Основы конструирования

Таблица 4.6. Гидродинамические характеристики рулей

Профиль ЦАГИ, относительная толщина t =0,16, удлинение

90

В табл. 4.6 цифры соответствуют углу атаки =380. Двойные значения коэффициентов Сn и Сp соответствуют переднему (верхние цифры) и заднему (нижние цифры) ходу судну.

Величина поправки rв рассчитывается по выражению:

где F1 — часть площади руля, попавшая в струю винта (рис. 4.29); va/vp - отношение осевой скорости потока, вызванной винтом va, к скорости натекающего на движитель потока vp.

Значение относительной скорости определяют по выражениям:для руля за открытым винтом

для рулей за винтом в насадке

где k—учитывает удаление руля от диска винта (рис. 4.29) и принимается по табл. 4.7; н— коэффициент расширения насадки; р, к— коэффициенты нагрузки движителя по упору.

Таблица 4.7. Коэффициент удаления руля k

91

Закручивание потока работающим винтом приводит к появлению угла скоса потока перед рулем св; причем в верхней и нижней частях диска винта этот угол имеет противоположные знаки. Если руль размещен в струе винта несимметрично (рис. 4.29), то средний угол скоса отличен от нуля, что приводит к изменению угла атаки руля при одинаковой перекладке на правый и левый борт: э= св. Методы расчета угла скоса св можно найти в справочни-

ках [7, 20].

Рули малого удлинения судов внутреннего плавания нередко оборудуют торцевыми шайбами. Препятствуя перетеканию потока через торцы руля, шайбы повышают эффективность действия руля и тем больше, чем меньше удлинение руля. В расчетах кривых действия применение шайб учитывают введением коэффициента rш , величину которого можно определить по выражению, предложенному В.Г.Павленко [4],

где bш – ширина шайбы; bр – хорда руля; – удлинение руля.

Применение шайб на руле улучшает и работу винта, уменьшая закручивание его струи. Это действие еще более усиливается, если, кроме торцевых шайб, установить средние шайбы по оси гребного вала.

Обтекаемый рудерпост образует с рулем единый гидродинамический комплекс, в котором оба элемента участвуют в создании рулевой силы (рис. 4.30). Наиболее точно расчет такого комплекса можно выполнить, если имеются материалы испытаний модели комплекса. Если таких данных нет, то расчет ведут на базе продувок простых рулей с введением соответствующих поправок [20]:

где Сук — коэффициент подъемной силы комплекса руль-рудерпост;

Су — коэффициент подъемной силы руля, имеющего такую площадь и удлинение, как весь комплекс; kр— поправочный коэффициент, рассчитываемый по выражению

kp 1,872F p 0,591F 2p 0,281F 3p ,

92

Для расчета момента на баллере руля за рудерпостом можно приближенно принять положение центра давления на руле таким же, как и у руля без рудерпоста. Окончательные расчетные выражения для определения нагрузок руля, входящего в комплекс руль-рудерпост, имеют вид

В заключение отметим, что применение обтекаемого рудерпоста дает возможность несколько уменьшить площадь устанавливаемого руля и снизить мощность привода, ибо полная рулевая сила комплекса заметно превосходит подъемную силу руля, входящего в комплекс:

Для расчѐта кривых действия полуподвесного руля на кронштейне можно воспользоваться методикой расчета руля с рудерпостом. С этой целью условно руль делят на две части. Верхнюю часть рассматривают, как руль с рудерпостом, а нижнюю – как обычный руль за винтом. Результаты расчета для каждой части складывают при одинаковых углах перекладки.

4.7. Расчѐт кривых действия поворотных насадок

Поворотная насадка со стабилизатором (ПНС) представляет вместе с гребным винтом сложный гидродинамический комплекс, которому посвящены многочисленные работы [4, 7, 22,24]. Наиболее обширные теоретические и экс-

93

периментальные исследования, послужившие основой для создания расчетных методик, применяющихся в настоящее время, проведены А.Д. Гофманом, Р.Я. Першицем. К сожалению, метод А. Д. Гофмана недостаточно универсален: он не позволяет оценить влияние изменения размеров стабилизатора. Момент на баллере можно рассчитать лишь для одной относительной длины насадки

lн =0,8. Он не содержит данных о расчете рулевых сил при движении судна задним ходом. В методике Р.Я. Першица гидродинамические силы и моменты вычисляются отдельно для насадки и отдельно для стабилизатора. Даны расчетные выражения и рекомендации по определению входящих в них величии для переднего и заднего хода судна, что делает методику более универсальной. Ниже приводятся расчетные выражения и порядок расчета кривых действия поворотных насадок, разработанные Р.Я. Першицем.

рассчитывают производную подъемной силы насадки по углу атаки в зависимости от коэффициента нагрузки винта по упору р и относительной длины насадки lн . Коэффициент нагрузки винта по упору р в составе комплекса винт-

насадка связан с коэффициентом нагрузки всего комплекса к и коэффициентом засасывания насадки tн : к р (1 tн ) . Коэффициент засасывания насадки tн

зависит от степени нагрузки комплекса по упору, характеризуемой коэффициентом к . Его принимают по данным расчетов судового движителя. Ориентировочные значения tн можно принять по табл. 4.8.

2. По выражению Сун н находят коэффициент подъемной силы насадки при

разных углах ее перекладки , заданных в радианах. 3. По формуле

Сpн Ср' (a blн ) 1,78 0,37 (1,64 2,12 )lн

94

определяют коэффициент центра давления насадки, причем вспомогательные коэффициенты Ср' , а и b снимают с графиков (рис. 4.31).

4. С помощью выражения Стн Сун (Срн lб ), в котором lб lб / lн - коэффициент

компенсации насадки, определяют коэффициент момента насадки для переднего хода судна.

5. По формулам

подсчитывают значения рулевой силы и момента на баллере насадки.

Рис. 4.31. Коэффициенты Ср' , а и b насадки на переднем ходу

95

6. При помощи зависимости

vc vн (1 p 1)

вычисляют скорость натекания потока на стабилизатор насадки, а по выражению с (0,1 0,143 2 )(4,5 3,5lн ) определяют угол атаки (в радианах) ста-

билизатора при отклонении насадки на угол .

7. Рассчитывают значения коэффициента подъемной силы стабилизатора по

8. Рассчитывают рулевую силу стабилизатора и момент этой силы относительно оси баллера насадки:

где Fс, — площадь стабилизатора; b1 — отстояние носика стабилизатора от оси баллера.

9. Суммируют значения сил и моментов комплекса:

Y Yн Yс , M Mн Mс . 10. При необходимости по выражению

рассчитывают силу лобового сопротивления насадки. Для этого с помощью графиков (рис. 4.32) находят значения коэффициентов Сx, а далее по выражению P Y 2 X 2 находят величину полной силы, действующей на насадку со стабилизатором. При этом силой лобового сопротивления стабилизатора пренебрегают.

Что касается расчета кривых действия ПНС при движении судна задним ходом, то общий порядок расчета и основные расчетные выражения остаются такими же, как и для переднего хода судна. Ниже указаны лишь отличительные особенности расчета.

1.Скорость заднего хода судна принимается меньше, чем переднего, но не менее vзх=0,6v.

2.Коэффициент попутного потока зх и коэффициент нагрузки винта по упору

зхр корректируются. Если нет достоверных сведений об этих коэффициентах,

то в работе [20] рекомендуется приближенно принимать зх =0,7 и зх= р.

96

машины (схема е) могут применяться и более сложные передачи (шестеренчатые, кулисные, комбинированные). Выбирая тип передачи и стремясь сделать ее более компактной, необходимо помнить о требованиях повышенной надежности и долговечности работы привода при действии переменных нагрузок большой интенсивности в условиях повышенной влажности, вибрации кормовой оконечности, отсутствии надежной смазки трущихся деталей.

Рис. 4.33. Виды передач рулевых приводов:

а - без передачи; б, в, г — рычажные передачи с тягами на 2, 3, 6 рулей; д — передача с увеличением угла перекладки; е — штуртросная проводка; ж — валиковая передача; з — шестеренчатая передача двухперьевого руля; РМ – рулевая машина

Рассматривая схемы передач на рис. 4.33, следует обратить внимание на следующие обстоятельства:

99