Судна. Пропульсивный коэффициент
Винт и корпус судна находятся в сложном гидродинамическом взаимодействии. Сущность его заключается в следующем:
- на винт, работающий за корпусом, набегает поток воды, возмущенный движением корпуса, в результате чего гидродинамические характеристики винта изменяются по сравнению с их значениями в свободной воде;
- работающий винт изменяет величины давлений и касательных напряжений на поверхности кормовой оконечности корпуса, в результате чего изменяется сопротивление воды движению судна.
Следовательно, гидродинамические характеристики одного и того же гребного винта, работающего в свободной воде и за корпусом судна, будут различны, а сопротивление воды движению судна в присутствии работающего гребного винта будет отличаться от его буксировочного сопротивления.
5.4.1 Попутный поток. При движении судна часть окружающей его воды увлекается в направлении движения, образуя попутный поток (рис. 5.8). Попутный поток за корпусом судна имеет в разных точках различное значение и направление, т.е. гребной винт работает в неравномерном поле скоростей, которое характеризуется осевыми, окружными и радиальными составляющими скорости попутного потока. При определении характеристик винта, как правило, учитывают только осевой попутный поток.
Из-за наличия попутного потока осевая скорость винта υp оказывается ниже скорости судна:
vω = v – υp,
где vω – осевая составляющая скорости попутного потока.
Отношение скорости попутного потока к скорости судна
vω / v = (v – υp)/v = 1– υp/v = ω
называют коэффициентом попутного потока.
С учетом коэффициента попутного потока нетрудно получить следующее выражение для осевой скорости винта:
υp = (1 – ω)v.
В результате неравномерности потока по диску винта коэффициенты упора и момента винта за корпусом судна будут иными, чем в свободной воде. Указанное влияние учитывается:
- коэффициентом влияния неравномерности поля скоростей на упор
i1 = ;
- коэффициентом влияния неравномерности поля скоростей на момент
i2 = ;
- коэффициентом влияния неравномерности поля скоростей на КПД винта
i = = i1/i2.
В практических расчетах принимают i =1, основываясь на том, что коэффициенты неравномерности потока i1 и i2 изменяются в пределах 0,96 1,02.
Рисунок 5.8 − Попутный поток Рисунок 5.9 − Формирование
за корпусом судна силы засасывания на корпусе
судна: А − эпюра давления
при осутствии гребного винта;
В − зона давления при
работающем винте
5.4.2 Засасывание. Работая за корпусом судна, гребной винт подсасывает воду и увеличивает скорость обтекания кормовой оконечности судна. При этом в соответствии с законом Бернулли понижается давление во всей зоне, охваченной подсасывающим действием винта, что увеличивает сопротивление формы (рис. 5.9). Кроме того, повышение скорости обтекания кормовой оконечности приводит к возрастанию сопротивления трения. Заштрихованная на рис. 5.9 область соответствует уменьшению давления в корме от работы гребного винта. В результате этих явлений появляется дополнительная сила ΔR, действующая на корпус и увеличивающая сопротивление воды движению судна. Эту силу принято называть силой засасывания. С учетом силы засасывания сопротивление движению судна
R' = R + ΔR,
где R - буксировочное сопротивление судна без гребного винта.
Таким образом, часть упора гребного винта, именуемая полезной тягой Ре, затрачивается на преодоление буксировочного сопротивления R, а остальная часть упора идет на преодоление силы засасывания, т.е.
Р = Ре + ΔР.
Влияние засасывания принято учитывать с помощью коэффициента засасывания.
t = ΔР / Р = Р – Ре = 1 – Ре / Р.
С учетом коэффициента засасывания упор винта Р
Р = Ре /1 – t .
5.4.3 Значения коэффициентов взаимодействия. Коэффициенты ω и t весьма сложным образом зависят от формы корпуса судна, формы и расположения выступающих частей, от числа винтов, их геометрических характеристик и расположения по отношению к корпусу, от режима работы винтов, степени неравномерности поля скоростей в месте расположения винтов и других факторов.
Коэффициенты взаимодействия определяют экспериментальным путем или по приближенным формулам.
Для режимов работы винта, отличающихся от расчетного, коэффициент засасывания может быть определен по приближенной формуле Э.Э. Пампеля
t = ,
где λр - относительная поступь винта на рассматриваемом режиме; H/D - конструктивное шаговое отношение, t0 - коэффициент засасывания на швартовом режиме (при λр = 0), который принимается равным (0,3 0,6)ω или подсчитывается, если известны t и λр для расчетного режима, по формуле t0 = t [1 – λр/(H/D)]; ω – коэффициент попутного потока для расчетного ходового режима.
Коэффициенты ω и t для расчетного ходового режима приближенно могут быть вычислены по формулам:
- для одновинтовых судов с обтекаемыми рулями
ω = 0,50δ – 0, 05; t = 0,80 ω,
- для двухвинтовых судов
ω = 0,55δ – 0,2; t = 0,25ω + 0,14 (с выкружками гребных валов),
t = 0,7ω + 0,06 (с кронштейнами гребных валов),
где δ - коэффициент общей полноты корпуса судна.
5.4.4 Пропульсивный коэффициент. Совершенство гидродинамического комплекса винт-корпус оценивается пропульсивным коэффициентом движителя ηд, который представляет собой отношение буксировочной мощности к валовой мощности, затрачиваемой на вращение винта:
ηд = Nб / Nр = Rv/2πnM.
С учетом, что Р = Ре /1 – t и υp = (1 – ω)v, получим
ηд = · (1 – t)/(1 – ω) = ηр ηк,
где ηр = Р υp/2πnМ - КПД гребного винта, работающего в свободной воде (п. 11.4), а коэффициент ηк = (1 – t)/(1 – ω) - коэффициент влияния корпуса.
Дата добавления: 2014-12-29; просмотров: 920;