Внешние характеристики гребного винта.

Внешней или винтовой характеристикой винта называется зависимость мощности N_в, потребляемой винтом или момента подводимого к винту M_в от его частоты вращения n_в.

Работа гребного винта однозначно определяется его поступью

, (6.1)

где – скорость набегания воды на лопасти винта в осевом направлении (или осевая скорость винта относительно спокойной воды);

D - наружный диаметр гребного винта.

Поскольку , где H– шаг винта, j- коэффициент скольжения, то

. (6.2)

винтовые характеристики строятся либо для l=const, либо для =const

Момент и упор винта можно вычислить по известным формулам

, (6.3)

, (6.4)

где К_н и К_р – соответственно коэффициенты момента и упора;

r- плотность воды.

Рис. 14. Зависимости коэффициентов момента и упора от относительной поступи винта.

У ВФШ шаговое отношение H/D неизменно.

Внешние условия в процессе эксплуатации меняют коэффициент скольжения и его поступь l , поэтому изменяются К_н и К_р (рис.14). Следовательно, момент и сила упора оказываются сложной функцией частоты вращения.

На рис.15 изображены семейства мощностных и моментных характеристик винта. Каждая кривая построена при постоянном значении l. Вдоль каждой кривой упор винта равен сопротивлению судна (P=R, R~V²). В ряде задач анализа совместной работы турбины и винта (например, для водоизмещающих судов) можно принимать постоянными j и l. Тогда

; (6.5)

где , , .

Рис. 15. Винтовые характеристики (l = const):

а – мощность потребляемая винтом; б –момент на ступице винта.

В эксплуатации судна приходится иметь дело с семейством и полем характеристик. Номинальная характеристика винта может быть только при комплексе номинальных условий: номинальная осадка судна на ровном киле или чистая и глубокая вода, отсутствие волн, ветра, течений и т.п. Любое отклонение условий от номинальных условии влияет на относительную скорость судна и, следовательно, на соотношение скорости судна и частоты вращения, утяжеляя или облегчая характеристику. Если характеристика 0-а соответствует номинальной (см. рис. 15), то утяжеленные характеристики будут располагаться левее, а облегченные – правее.

Каждая из характеристик, показанных на рис. 15, есть геометрическое место стационарных равновесных режимов механической системы судно- винт – турбина. На каждом таком режиме мощность, подводимая к винту от турбины и мощность потребляемая винтов, равны. При этом все элементы вращающейся системы (турбина – валопровод - винт) имеют постоянную частоту вращения, сила упора винта равна силе сопротивления судна, судно идет с постоянной скоростью.