.
Схема судового пропульсивного комплекса и описание взаимодействия его элементов приведены в источнике [2].
Гребной винт встречает воду не со скоростью движения судна V, а со скоростью V
уменьшенной на величину скорости попутного потока, который вызван трением воды вдоль сторон корпуса и увеличивает упор винта.
V
= V–V
Наличие попутного потока улучшает работу ПК, его влияние учитывается коэффициентом попутного потока.
Кроме того, в процессе работы ГВ засасывает воду из под кормы, отбрасывая ее назад и уменьшая давление воды на кормовую часть. Возникающая сила засасывания, отнесенная к упору винта, называется коэффициентом засасывания.
Обводы, размеры и состояние корпуса и кормовой части, расположение и режимы нагрузки гребного винта влияют на пропульсивные качества и оцениваются коэффициентом влияния корпуса.
где ? – коэффициент попутного потока, ? = 0,2…0,45;
t – коэффициент засасывания, t = 0,12…0,3;
i – коэффициент, учитывающий неравномерность поля скоростей в диске винта, i = 0,95…1,03.
Буксировочная мощность расходуется на преодоление сопротивления движению судна.
N
= R ? V = P
? V
Осевая скорость винта относительно воды V
незначительно отличается от скорости V
.
Пропульсивный коэффициент – это отношение буксировочной мощности к мощности подводимой к винту N
.
Пропульсивный коэффициент характеризует гидромеханические потери на ГВ при его взаимодействии с корпусом.
Помимо этих потерь следует учитывать потери в редукторной передаче ?
(при ее наличии), валопроводе ?
и потери в ГД.
Тогда К. П. Д. пропульсивного комплекса представляется в виде:
Поступь винта h
– это путь, пройденный винтом в воде за один оборот. Относительная поступь – это поступь, отнесенная к диаметру винта D.
Если бы гребной винт вращался в твердой среде, как штопор в пробке, то за один оборот он бы прошел расстояние, равное шагу винта H без скольжения.
Скольжение S – безразмерная величина, определяемая как отношение скорости скольжения V
= (H ? n
– V
) к осевой скорости винта в «твердой среде», равной H ? n
В реальных условиях скольжение винта относительно воды является условием создания упора винта. Винт отбрасывает воду назад и создает упор. Без скольжения не будет и упора винта.
Упор ГВ зависит прямо пропорционально от массы и скорости отбрасываемой воды, а потери энергии с отбрасываемой частью воды пропорциональны произведению массы на скорость воды во второй степени, поэтому КПД винта будет увеличиваться при увеличении диаметра D и снижении частоты вращения винта n
. Масса отбрасываемой воды будет возрастать при увеличении диаметра ГВ, а обороты винта n
при этом можно снизить. КПД винта зависит от относительной поступи, а также от обводов корпуса и имеет для ВФШ ярко выраженное оптимальное значение при определенном ?
На рисунке 1.1. приведены кривые действия геометрически подобных винтов фиксированного и регулируемого шага [2].
Рис 1.1. Кривые действия гребных винтов:
а) – ВФШ; б) – ВРШ [2].
Соответствующие зависимости для упора, момента, мощности и КПД винта при упрощающем допущениях, что M
n
, N
n
выражаются формулами:
Из анализа зависимостей КПД на рисунке 1.1а и 1.1б видно, что ВРШ обеспечивает работу с высоким КПД в широком диапазоне режимов. Изменения величин ?
и S происходит при значительных воздействиях на сопротивление движению судна (разгон, торможение, работа во льдах). ВРШ широко применяются в установках, где часто меняются режимы работы.
Пропульсивный комплекс должен обеспечить не только заданную спецификационную скорость движения судна за счет создания тяги Pe и подведение к винту мощности N
, но и обеспечить надежную работу в определенном диапазоне скоростей и частот вращения.
Для анализа совместной работы гребного винта, корпуса судна и ГД используют ходовые или паспортные диаграммы судна. Они представляются в виде зависимостей R = f (V) и N
