Расчет Судостроения
Для расчета гребного винта к спроектированному или уже построенному катеру необходимо прежде всего знать мощность двигателя и соответствующее этой мощности число оборотов выходного вала с учетом передаточного числа редуктора, если он имеется.
Основные данные для отечественных двигателей можно получить из технических условий на их поставку (ТУ) или паспорта. При этом следует иметь в виду, что при установке на катерах автомобильных и других несудовых двигателей гребной винт рассчитывается на эксплуатационную мощность, которая значительно ниже его максимальной мощности (обычно Nэкс = 0, 6 ÷ 0, 8Nмакс).
В табл. 1 приведены данные некоторых наиболее распространенных двигателей (мощность на винте приведена с учетом 3-процентной потери на валопроводе).
Таблица 1
Для повышения к. п. д. гребного винта у относительно тихоходных катеров имеет смысл уменьшить число оборотов гребного вала, не снижая мощности двигателя. С этой целью быстроходные двигатели снабжают редукторами для понижения числа оборотов. В табл. 1 приведены также данные конвертированных автомобильных двигателей М51-УМ, М-120 Ср-1, 5 (ЗИЛ), АМ-402 СрЗ («Москвич»), имеющих реверс-редукторы. Для выбора гребного винта необходимо знать достижимую скорость хода судна при полном использовании выбранной мощности двигателя. Для этого можно использовать данные близких по размеру и мощности катеров или получить более точные данные по кривой зависимости буксировочного сопротивления корпуса R (кг) от скорости хода катера υ (м/сек). Величину сопротивления для построения этого графика можно определить при помощи буксировки катера автомашиной (рис. 1). Скорость хода катера определяется скоростью движения автомобиля, а величина сопротивления замеряется при помощи пружинного динамометра, установленного на катере. Для проведения замеров катер необходимо загрузить до эксплуатационного веса. Желательно навесить руль и установить гребной вал. Трех-пяти буксировок катера с разными скоростями будет достаточно для получения требуемой кривой сопротивления.
Величина дифферентующего момента при закреплении буксирного троса на палубе невелика и может быть компенсирована первоначальной загрузкой катера. Скорость течения легко замерить и учесть; глубина в районе испытаний должна быть не менее десятикратной осадки или быть обычной для района использования катера. Можно также произвести расчетное определение кривой буксировочного сопротивления по данным серий модельных испытаний8. Располагая данными о мощности двигателя и числе оборотов гребного винта и кривой буксировочного сопротивления катера, можно приступить к расчету и выбору основных элементов гребного винта.
Приведены диаграммы (рис. 3) для расчета основных элементов гребных винтов к наиболее распространенным двигателям, указанным в табл. 1.
Основными геометрическими элементами, необходимыми для подбора винта, являются наибольший диаметр D, шаг Н и дисковое отношение θ.
Дисковое отношение θ = A/Ad определяет отношение площади спрямленной поверхности всех лопастей А к площади диска винта Ad = πD2/4
При подборе из готовых винтов шаг может быть приближенно замерен при помощи шнура с грузиками на концах, уложенного на радиусе г = 0, 6R по винтовой линии лопасти (рис. 2). Получив отношение подъема винтовой линии h к длине дуги l, определим уклон винтовой линии h/l на радиусе г. Величина шага высчитывается по формуле: H = 2πr·(h/l)При выборе винта полезно помнить, что винты с одинаковой суммой H + D близки по своим характеристикам при колебании величины шага или диаметра около 5%. Эти величины являются основными, наиболее важными размерами винта; остальные параметры — форма лопасти, толщина, профилировка — имеют второстепенное значение. Приведенные графики дают хорошие результаты только для быстроходных катеров с относительной скоростью:
(где L — длина по ватерлинии в метрах, υ — скорость, м/сек), у которых влияние корпуса незначительно сказывается на работе винта. В графиках учтено влияние косого обтекания винта набегающим потоком воды, которое вызвано наклоном гребного вала (в данном случае под углом 10°). Косое обтекание винта приводит к изменению в течение одного оборота винта скоростей и направлений набегающего на лопасти потока. При углах скоса потока более 10° заметно снижаются упор и к. п. д. винта, создается дополнительное радиальное усилие на лопастях, вызывающее иногда неустранимую вибрацию кормы. Зная расчетную скорость катера или кривую буксировочного сопротивления R, нужно провести на графике вертикальную линию; в первом случае — через точку, соответствующую расчетной скорости, а во втором — через точку пересечения кривой упора винта Р и кривой буксировочного сопротивления R.
Пересечение вертикали с кривыми D, Н, 0 ил даст значение основных элементов трехлопастного винта, которые снимаются с соответствующих шкал.
Расчет дискового отношения θ произведен для относительной толщины лопасти δ = 0, 06 или для указанной на диаграмме. Относительная толщина лопасти определяется отношением толщины лопасти на радиусе R = 0, 6·(D/2) к средней ширине лопасти bср. Материал винта — латунь.
