Двигатели и устройства малотоннажного моторного судна
Общие сведения о двигателях
Число лопастей винта
На рассматриваемых судах применяют, как правило, трех- и
двухлопастные винты. Теоретически эффективность двухлопастных винтов
выше, чем трехлопастных, вследствие уменьшения взаимного влияния
лопастей. Однако практически это влияние столь незначительно для всех
любительских судов, кроме гоночных, что во внимание следует принимать
Другие факторы. Так, при большом дисковом отношении конструктивно
сложнее изготовить двухлопастный винт, чем трехлопастный. Вибрация
кормовой оконечности также может послужить причиной увеличения числа
лопастей.
Суперкавитирующие винты выгоднее делать двухлопастными, а для
полупогруженных рекомендуемое число лопастей - 3-4.
Форма контура лопасти винта. Гребные винты тихоходных моторных судов
чаще всего имеют эллиптическую форму контура лопасти, хотя по
гидродинамическим качествам она не отличается преимуществами перед
другими овальными формами.
Форму лопастей быстроходных винтов предпочтительно выбирать саблевидной,
особенно когда винт имеет две лопасти. Преимущества таких лопастей
заключаются в том, что при такой форме длина профиля на конце лопасти
увеличивается, а относительная толщина профиля уменьшается, это
уменьшает опасность возникновения кавитации, несколько снижает крутящий
момент винта на валу и обеспечивает безударный вход лопастей в воду.
Для полупогруженных винтов также рекомендуется принимать саблевидную
форму лопастей.
Форма сечения лопасти. Для лопастей гребных винтов в
основном выбирают два типа профилей: сегментный и аэродинамический.
Установлено, что применение аэродинамического профиля способствует
получению большего упора, однако этот тип сечения в условиях
значительных нагрузок и высоких окружных скоростей вызывает вибрацию и
кавитацию. В этом отношении сегментный профиль менее чувствителен.
Конструкция многих винтов представляет сочетание этих типов профилей.
Корневые сечения лопасти в таких случаях делают аэродинамического типа,
так как у корня окружная скорость лопасти и тенденция к вибрации и
кавитации меньше. К краю лопасти сечение постепенно изменяют в
сегментное. Таким образом удается использовать преимущества обоих типов
сечений лопасти.
Клиновидный профиль с острой входящей кромкой характерен для
суперкавитирующих винтов.
Сечение лопасти полупогруженных винтов рекомендуется в виде
плоско-выпуклого сегментного профиля.
Толщина лопасти винта. Для характеристики работы гребного винта имеет
значение не абсолютная толщина лопасти, а относительная б, т. е.
отношение толщины лопасти к ее ширине на данном радиусе, где - толщина и
ширина лопасти, мм (см. рис. 174).
О 04-0,10, так как увеличение относительной толщины приводит к
уменьшению к. п. д. винта и ускоряет появление кавитации. Относительную
толщину лопасти у корня можно выбирать в пределах 0,15-0,25.
Наклон лопастей. Эксперименты показали, что наклон
лопастей в пределах 10° в нос или корму не оказывает влияния на работу
винта. Наклон лопастей в сторону кормы практикуется в целях получения
большего зазора между винтом и корпусом для уменьшения вибрации корпуса
при работе винта. Кроме того, уклон лопастей в корму удобнее
технологически, так как при отливке винта обеспечивает хорошую подачу
жидкого металла в лопасти, препятствуя образованию усадочных пустот.
Полезно отметить, что наклон лопастей в корму на 15-20° в сочетании с
саблевидной формой лопастей делает гребной винт менее чувствительным к
засоренности акватории травой и водорослями.
Размеры ступицы. Ступицы больших размеров снижают упор и к.п.д.
винта. Объясняется это тем, что с увеличением диаметра ступицы
уменьшается рабочая поверхность лопастей и возрастают потери на трение.
Длина ступицы должна достигать примерно 1,05 боковой проекции лопасти
гребного винта. В этих пределах размеры ступицы не оказывают заметного
влияния на работу винта.
Наклон оси винта. Гребные валы многих моторных судов со стационарными
двигателями расположены под углом к горизонтали. С учетом ходового
дифферента наклон достигает 10-15°. Это приводит к тому, что лопасти
винта за один оборот встречают набегающий поток под разными углами
атаки, в результате чего падает к. п. д. винта.
Исследования показали, однако, что при углах < 15° уменьшение к. п. д.
винта относительно невелико. Общая эффективность движения уменьшается
из-за того, что развиваемый гребным винтом упор направлен вдоль вала под
углом к горизонту, а на преодоление сопротивления воды движению
судна расходуется только горизонтальная составляющая этого упора (см.
рис. 10).
При точном расчете гребного винта косое обтекание учитывают, вводя
соответствующие поправки; это будет показано далее.