Влияние различных сил на работу гребного винта на переднем ходу.

Характеристики гребного винта. Гребной винт предназначен для создания силы тяги и обеспечения поступательного движения судна. Он является и хорошим помощником рулю, особенно при маневрировании в узкостях и на швартовных операциях.

На морских судах устанавливают трех - , четырёх - , пятилопастные винты. Наиболее распространение на судах получили четырёхлопастные винты. По конструкции винты делятся на цельнолитые и со съёмными лопастями. Основные характеристики винта – диаметр, шаг, скольжение, коэффициент полезного действия (к.п.д.).

Диаметр винта – это диаметр окружности, описываемый концами лопастей.

Шаг винта – путь, проходимый винтом за один оборот в твердом теле. Свой рабочий шаг с учётом потери части упорной силы на скольжение и другие сложные явления гребной винт развивает после того, как судно начнет двигаться с нормальной скоростью при данной частоте его вращния. Так как гребной винт вращается не в твердом теле, а в воде, то он не состоянии сдвинуть судно за один оборот на полную величину своего шага по отношению к окружающей воде. Это явление объясняется скольжением лопастей винта о воду.

Коэффициент полезного действия гребного винта – отношение мощности, развиваемой винтом, к эффективной мощности СЭУ. Гребные винты изготавливаются правого и левого шага.

Тяга винта и сопротивление движению судна. Чтобы судно двигалось с определенной скоростью, к нему необходимо приложить движущую силу, преодолевающую сопротивление движению. Полезная мощность, необходимая для преодоления сопротивления, определяется формулой

N_n = RV,

где R — сила сопротивления; V — скорость движения.

Движущая сила создается работающим винтом, который, как и всякий механизм, часть энергии тратит непроизводительно.

Отношение полезной мощности к затрачиваемой называется пропульсивным коэффициентом комплекса корпус - движитель. Пропульсивный коэффициент характеризует потребность судна в энергии, необходимой для поддержания заданной скорости движения.

Максимальная тяга винта развивается в швартовном режиме (в случае, когда судно стоит на швартовых, а его машине дали полный передний ход). Эта сила примерно на 10 % больше тяги винта в режиме полного хода. Сила тяги винта при работе на задний ход для различных судов составляет примерно 70—80 % от тяги винта в режиме полного хода.

Винт правого шага у судна, идущего передним ходом, вращается слева направо, т. е. по часовой стрелке, если смотреть с кормы. Винт левого шага вращается против часовой стрелки. На одновинтовом судне обычно устанавливается винт правого шага, на двухвинтовом на правом борту - винт правого шага, на левом - левого шага. Греб­ной винт при вращении образует за кормой струю воды, закрученную в сторону вращения. Этот спиральный вихревой поток воды действует на перо руля и корпус судна, оказывая влияние на управляемость.

Рис. 2.2. Образование струи воды гребным винтом судна.

Рассмотрим качественную сторону этого влияния при совместной работе винта и руля при различных ходах и положениях пера руля.

Сила С, которая действует на корму судна вследствие набрасы­вания воды на перо руля, называется силой набрасываемой струи и зависит от работы винта и положения пера руля. Вращению винта противодействует вода. Это сопротивление воды называется си­лой реакции и обозначается буквойD.

Действие сил С и Д на переднем ходуРассмотрим действие этих сил на руль и винт правого шага од­новинтового судна на установившемся переднем ходу (рис.2.3. ). Руль в положении «прямо» - в ДП.

Рис. 2.3. Действие сил на переднем ходу: а - набрасываемой струи; б - реакции

Силы набрасываемой струи (рис. 2.3 а).

Вода, отбрасываемая винтом, уходит за корму судна. Частицы воды перемещаются не по прямой линии, а кругообразно. Враща­ясь, они встречают на пути препятствие в виде руля. Движущиеся частицы воды оказывают на перо руля различное давление. Дав­ление в нижней правой части руля будет больше, чем в левой вер­хней. Это объясняется тем, что с глубиной гидростатическое дав­ление увеличивается. Таким образом, при постоянном погружении и вращении винта будет создаваться постоянное давление воды на перо руля. В результате этого при прямом положении

пера руля корма судна стремится уклониться влево. Лопасть I в верхнем по­ложении при вращении отбрасывает воду с силой С_}. Эта сила, на­правленная вниз, никакого действия на отклонение кормы в сторону не оказывает. Лопасть II гонит воду справа налево и набрасывает ее на нижнюю часть пера руля с силой С₂, которая будет стремиться уклонить корму влево. Лопасть III, находясь в нижнем положении, поднимает воду вверх с силой С₃, которая, как и сила С„ не оказы­вает действия на боковое отклонение кормы. Одновременно эта же лопасть отгребает воду от пера руля, вследствие чего слева от руля создается некоторая разреженность. Поэтому действие силы С₂ увеличивается. Лопасть IV гонит воду вправо и бросает ее на верх­нюю часть пера руля с силой С₄, которая стремится уклонить корму вправо. Так как гидростатическое давление в верхней и нижней частях пера руля различны, то сила С₂ окажется больше силы С₄, и корма судна будет уваливаться влево, а нос - вправо.

Силы реакции (рис. 2.2 б).

Движению лопасти I вправо противодействует сила D„ которая стремится оттолкнуть ее влево. Корма судна под влиянием этой силы должна уклоняться влево. Лопасть II встречает сопротивле­ние воды силой D₂, которая направлена снизу вверх. Эта сила стре­мится поднять корму судна вверх и на уклонение ее в сторону не влияет. На лопасть III встречная вода действует с силой D₃. Она стремится уклонить корму вправо. Лопасть IV, движущаяся снизу вверх, испытывает сопротивление воды с силой D₄, направленной вниз. Эта сила так же, как и сила D₂, не влияет на боковое отклоне­ние кормы.

При сравнении сил D, и D₃, которые влияют на уклонение кормы, видно, что сила D₃ больше силы D, из-за различия плотности воды на разных глубинах. Следовательно, под действием силы D корма одновинтовых судов правого шага на переднем ходу отклоняется вправо, а нос - влево. Силы D₂ и D₄, которые стремятся приподнять и опустить корму, создают вибрацию кормовой части судна. Судно при движении вперед раздвигает носовой частью воду, вытесняет определенный объем и занимает своим корпусом его место. При движении судна вперед за его кормой образуется разреженное про­странство, в которое устремляется вода, создавая попутное тече­ние. Это течение называется попутным следом (Ь).

Силы попутного следа. Обводы кормы судна не одинаковы по всей его высоте. Будучи округлыми наверху, они по мере углубле­ния становятся все острее. Поэтому степень разрежения воды за кормой на разных глубинах различна. Так как попутный след (тече­ние) образуется вследствие разрежения воды за кормой судна, то оно имеет наибольшее значение у поверхности воды и ослабевает по мере увеличения глубины.

Частицы воды, которые устремляются за судном, будут созда­вать на лопастях винта непрерывное давление с силой Ь. Эта сила, называемая силой попутного следа, действует на лопасти сзади и относит корму влево, а нос - вправо. Таким образом, на поворотли­вость судна при движении вперед влияют три силы: набрасываемой струи С, реакции воды D, попутного следа Ь.

Две из этих сил, Cub, стремятся уклонить корму влево, а сила D - вправо. Из практики известно, что если у одновинтово­го судна с винтом правого шага, имеющего передний установив­шийся ход, поставить руль прямо, то судно будет уклоняться вправо. Это указывает на то, что сумма сил С и b больше силы D. Поэтому общие выводы о влиянии работы гребных винтов правого шага на поворотливость судна можно сформулировать следующим образом: у одновинтовых судов с винтом правого шага на пере­днем установившемся ходу корма уклоняется влево, а нос - впра­во. Чтобы заставить судно идти прямо, нужно немного переложить руль на левый борт; диаметр циркуляции вправо у такого судна бу­дет несколько меньше диаметра циркуляции влево.