|
|
ОглавлениеГлава 1. Общие сведения о судовых движителях Глава 2. Геометрия гребного винта Глава 3. Серийные испытания моделей винтов и построение расчетных диаграмм Глава 4. Взаимодействие винта и корпуса Глава 5. Кавитация гребных винтов Глава 6. Гребные винты регулируемого шага Глава 7. Элементы вихревой теории гребного винта Глава 8. Повышение эффективности гребных винтов Глава 10. Крыльчатые движители Глава 11. Пропульсивные испытания судов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИНТА И КОРПУСА4.1. Общие понятияДо сих пор мы рассматривали работу гребного винта в свободной воде. Судовые гребные винты работают за корпусом (за исключением редко встречающихся носовых винтов ледоколов), а за винтом, расположенным в ДП, размещается перо руля (у многовинтовых судов число винтов и рулей часто не совпадает). Указанные элементы взаимодействуют друг с другом по схеме, приведенной на рис. 4.1. Рис. 4.1. Схема взаимодействия Взаимодействие винта и корпуса можно разделить на механическое и гидромеханическое. Механическое взаимодействие заключается в следующем. Тяга винта через ступицу, конус гребного вала передается на валопровод, сжимая его, далее на упорный подшипник и через его фундамент – на корпус. Она уравновешивается силой сопротивления движению. Сжимающие усилия в валопроводе играют определенную роль – с ними связаны продольные колебания валопровода; напряжения в корпусе судна от действия силы тяги винта незначительны и в расчетах прочности не учитываются. Сопротивление вращению лопастей, преодолеваемое крутящим моментом от двигателя, прикладывается к корпусу в виде кренящего момента и уравновешивается восстанавливающим моментом; в расчетах остойчивости этот кренящий момент также не учитывается. Гидромеханическое взаимодействие значительно сложнее и важнее. Оно заключается в изменении поля скоростей и давлений в системе корпус-винт-руль. Именно этот вид взаимодействия мы будем изучать в данной главе. Изучение может производиться теоретическим или экспериментальным путем, причем в обоих случаях возникают серьезные трудности. Теоретическое решение задачи о работе винта за корпусом чрезвычайно сложно. Мы уже указывали, что аналитические расчеты как сопротивления движению, так и гребного винта сами по себе сложны, комплексная же задача неизмеримо сложнее. Поэтому при теоретическом исследовании винта, работающего за корпусом, предварительно решают задачу расчета обтекания корпуса, а затем рассчитывают как бы изолированный винт, но работающий в потоке, измененном корпусом. Аналогично решается задача об обтекании корпуса без винта, но с учетом изменений, вносимых им. При экспериментальном изучении принципиально невозможно моделирование эффектов, обусловленных вязкостью, что уже указывалось в соответствующих разделах. Так что наиболее надежные результаты можно получить только путем натурных измерений, что очень сложно и дорого. 4.2. Попутный потокЭтим понятием учитывается влияние корпуса на подтекание воды к винту. Корпус увлекает за собой воду, в результате чего скорость потока, набегающего на винт, vA оказывается меньше, чем в свободной воде: vA = v(1 - Ψ), (4.1) где Ψ – коэффициент попутного потока. Строго говоря, попутный поток имеет не только продольную (осевую) составляющую, но также окружную и радиальную, которые мы пока не затрагиваем. Движущееся судно вызывает появление дополнительных скоростей во всем объеме воды, но в данном разделе рассматриваются только скорости в диске винта. При исследованиях попутный поток часто определяется при условии отсутствия гребного винта. Такой попутный поток принято называть номинальным. Принято считать, что попутный поток складывается из трех независимых составляющих: потенциального (вытеснения, замещения), трения (вязкого) и волнового. Потенциальный попутный поток возникает из-за сплошности и практической несжимаемости воды, его величина не зависит от направления движения – при изменении направления вектор скорости попутного потока разворачивается на 180°. Он существует и в идеальной жидкости. В оконечностях потенциальный попутный поток положительный, в средней части – отрицательный (скорость жидкости увеличивается). Попутный поток трения связан с наличием пограничного слоя, сходящего с корпуса в корме судна. Он дополняет эпюру скоростей в пограничном слое до прямоугольника и зависит от числа Рейнольдса: у модели он больше, чем у судна, поскольку у нее пограничный слой относительно толще. Если буксировать модель носом вперед, в корме измеряется суммарный попутный поток, если кормой вперед – только потенциальный. У обычных морских транспортных судов преобладает именно вязкостная составляющая попутного потока. Волновой попутный поток обусловлен орбитальным движением частиц воды в кормовой поперечной волне. Как известно, на вершине волны направление движения частиц совпадает с направлением бега волн (т.е. движения судна), на подошве – противоположное. Так как в районе винта находится впадина кормовой волны, волновой попутный поток отрицательный. При малых скоростях (Fr < 0,2) он незначителен. Работающий гребной винт оказывает влияние на попутный поток. Попутный поток, возникающий за корпусом судна при работающем винте, называют эффективным. Скорости, вызванные работой винта, при этом не учитываются. Разница между номинальным и эффективным попутным потоком сильно зависит от характера обтекания кормовой оконечности судна и нагрузки движителя. При малых значениях полноты судна и нагрузки винта эффективный поток мало отличается от номинального. У крупнотоннажных судов с большой полнотой, движители которых обычно являются тяжело нагруженными, а в корме нередко наблюдается отрыв пограничного слоя, винт оказывает большое влияние на попутный поток, причем эффективный попутный поток меньше номинального. В связи с тем что экспериментальное определение эффективного попутного потока затруднительно, в практических расчетах используют коэффициент расчетного попутного потока, который определяют путем анализа результатов испытаний самоходных моделей. При этом ставится условие равенства упора и потребляемой мощности винта в свободной воде и за корпусом судна. Внимание! Авторские права на книгу "Судовые движители. Учебное пособие" (Антоненко С.В.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
