Взаимодействие гребного винта и корпуса судна. Пропульсивный коэффициент - Судовые движители

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.

Попутный поток. При движении судна часть окружающей его воды увлекается в направлении движения, образуя Попутный поток (рис.115). 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 хP оказывается ниже скорости судна:

VЩ = v - хP,

Где vЩ - осевая составляющая скорости попутного потока.

Отношение скорости попутного потока к скорости судна

VЩ / v = (v - хP)/v = 1- хP/v = щ

Называют Коэффициентом попутного потока.

С учетом коэффициента попутного потока, нетрудно получить следующее выражение для осевой скорости винта:

ХP = (1 - щ)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.

попутный поток за корпусом судна при отсутствии давления

Рис.115. Попутный поток за корпусом судна при отсутствии давления

формирование силы засасывания на корпусе судна

Рис.116. Формирование силы засасывания на корпусе судна: А - эпюра давления гребного винта; В - зона при работающем винте

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. 116). Кроме того, повышение скорости обтекания кормовой оконечности приводит к возрастанию сопротивления трения. Заштрихованная на рис. 116 область соответствует уменьшению давления в корме от работы гребного винта. В результате этих явлений появляется дополнительная сила ДR, действующая на корпус и увеличивающая сопротивление воды движению судна. Эту силу принято называть Силой засасывания. С учетом силы засасывания сопротивление движению судна

R' = R + ДR,

Где R - буксировочное сопротивление судна без гребного винта

Таким образом, часть упора гребного винта, именуемой полезной тягой РЕ, затрачивается на преодоление буксировочного сопротивления R, а остальная часть упора идет на преодоление силы засасывания, т. е.

Р = РЕ + ДР.

Влияние засасывания принято учитывать с помощью Коэффициента засасывания.

T = ДР / Р = Р - РЕ = 1 - РЕ / Р.

С учетом коэффициента засасывания, упор винта Р

Р = РЕ /1 - t.

Значения коэффициентов взаимодействия. Коэффициенты щ 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 лР - относительная поступь винта на рассматриваемом режиме; H/D - конструктивное шаговое отношение, t0 - коэффициент засасывания на швартовом режиме (при лР = 0), который принимается равным (0,30,6)щ или подсчитывается, если известны t и лР Для расчетного режима, по формуле t0 = t [1 - лР/(H/D)]; щ - коэффициент попутного потока для расчетного ходового режима.

Коэффициенты щ и t для расчетного ходового режима приближенно могут быть вычислены по формулам:

- для одновинтовых судов с обтекаемыми рулями

Щ = 0,50д - 0, 05; t = 0,80 щ,

- для двухвинтовых судов

Щ = 0,55д - 0,2; t = 0,25щ + 0,14 (с выкружками гребных валов),

T = 0,7щ + 0,06 (с кронштейнами гребных валов),

Где д - коэффициент общей полноты корпуса судна.

Пропульсивный коэффициент. Совершенство гидродинамического комплекса винт-корпус оценивается пропульсивным коэффициентом движителя зД, который представляет собой отношение буксировочной мощности к валовой мощности затрачиваемой на вращение винта ( §10.1.):

ЗД = NБ / NР = Rv/2рnM.

С учетом, что Р = РЕ /1 - t и хP = (1 - щ)v, получим

ЗД = ? (1 - t)/(1 - щ) = зР зК,

Где зР = Р хP/2рnМ - КПД гребного винта, работающего в свободной воде (§4.), а коэффициент зК = (1 - t)/(1 - щ) - коэффициент влияния корпуса (§10.1.).

Похожие статьи




Взаимодействие гребного винта и корпуса судна. Пропульсивный коэффициент - Судовые движители

Предыдущая | Следующая