ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ. РАСЧЕТ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ

Гребной винт является очень ответственной деталью самоход­ной модели и от качества его выполнения зависит скорость хода мо­дели.

Гребной винт, так же как и воздушный, - это часть винтовой поверхности, разделенной на несколько лопастей, укрепленных по радиусам на ступице (основании) винта на равных угловых расстоя­ниях. Лопасти гребного винта создаются винтовой поверхностью, которая получается при вращении и перемещении вдоль оси ее образующей. Образующей может быть прямая или кривая линия, перпендикулярная или наклонная к оси гребного винта. Поверхность лопасти с образующей в виде прямой линии, перпендикулярной к оси винта, называется правильной винтовой по­верхностью. Все другие винтовые поверхности называются неправильными.

Лопасти гребного винта при вращении отбрасывают воду на­зад. Реакция этой массы воды направлена в противоположную сто­рону и передается на гребной вал и упорный подшипник, а если его нет - на двигатель, закрепленный в корпусе модели.

Эта сила называется упором, она преодолевает сопротивление воды и движет модель с определенной скоростью.

Гребной винт имеет следующие характеристики (рис. 17, 18): D - диаметр винта - диаметр окружности, описанной крайними точками лопастей (D = 2R); Н - геометричес­кий шаг винта, т.е. расстояние, которое пройдет винт за один оборот, вращаясь в твердой гайке. На самом деле винт не враща­ется в твердой гайке и поэтому термин «твердая гайка» или «твердая (застывшая) масса» употребляется условно. Иными словами, гео­метрическим шагом винта называется расстояние, которое винт прошел бы за один оборот, если бы он ввинчивался в твердое тело. Отсюда вывод - чем больше шаг винта, тем больший путь пройдет винт при своем вращении и наоборот.

Рисунок 17 – Общий вид гребного винта

В воде винт за один оборот проходит меньший путь, который на­зывается действительным шагом винта. Разность между геометрическим и действительным шагом винта называется скольжением и достигает 15-30%.

Р - шаговое отношение - отношение геометрического шага к диаметру винта: . Шаговое отношение явля­ется одной из самых важных характеристик винта и от нею в значи­тельной мере зависит коэффициент полезного действия гребного винта. Наибольший к. п д. винта останется примерно постоянным в диапазоне изменения от 1,5 и выше. При уменьшении величины шагового отношения к. п. д. винта начинает понижаться.

Рисунок 18 – Геометрические параметры гребного винта

S - площадь спрямленной поверхности всех лопастей гребного винта. Эта площадь со­ставляет от 60 до 100% площади круга, в который вписан винт. Для моделей линкоров, крейсеров, эсминцев, буксиров и быстро­ходных пассажирских судов эта площадь близка к 100 %. Для моделей грузовых и других тихоходных судов величина площади колеблется около 60%.

S_d - площадь диска винта - площадь круга, образуемая крайней точкой лопасти винта за один полный оборот вокруг оси;

- дисковое отношение; величина его колеблется в пределах 0,3-1,4;

z - число лопастей;

d - диаметр ступицы (d = 2r);

В - ширина лопасти в наиболее широкой части;

n - число оборотов винта;

l - длина лопасти (l = R - r).

Свободный конец лопасти называется краем, часть лопасти в месте ее соединения со ступицей - корнем. Форма лопасти гребного винта бывает весьма разнообразна и зависит от типа судна, скорости хода, осадки и числа оборотов. У судов с малыми и средними скоростями хода и боль­шой осадкой употребляются вин­ты «адмиралтейского типа», у которых В = (0,2 ¸ 0,25) D (уз­колопастные винты). Такие вин­ты называются слабонагруженными. На быстроходных судах с небольшой осадкой обычно применяются трехлопастные винты ограниченного диаметра с большим дисковым отноше­нием, иногда больше единицы (широколопастные винты), назы­ваемые тяжело нагруженными.

При вращении винта на вы­пуклой, обращенной к носу суд­на, поверхности лопасти образу­ется разрежение, а на вогну­той-давление. Благодаря этому вода подсасывается к лопастям винта и отбрасывается ими за корму. Чем меньшей мощности требует винт для своего враще­ния и чем большую мощность он отдает в виде упора, тем больше его эффективность, или, иначе, коэффициент полезного действия. Коэффициент полез­ного действия гребных винтов составляет 0,5-0,75 и зависит от конструкции винта и элемен­тов корпуса судна. К. п. д. па­дает с уменьшением числа обо­ротов.

При движении в воде судно, а равно и модель, теряет часть мощности двигателя на закручи­вание потока воды за кормой. С целью использования этой энергии на судах устанавлива­ются лопасти специального про­филя, называемые контр­винтом. Неподвижные ло­пасти контрвинта устанавлива­ются так, что натекающий на них закругленный поток вырав­нивается и приобретает осевое направление.

Контрвинты дают экономию мощности свыше 10%. Установку контрвинтов можно рекомендовать и на моделях. При выборе гребного винта следует ориентироваться на гребные винты суще­ствующих моделей. Если этого нельзя сделать, то для первого при­ближения можно воспользоваться данными таблицы 19.

При пользовании таблицей скорость хода судов и число оборотов винта пересчитывают по закону механического подобия. Согласно

этому закону, скорость модели должна быть меньше скорости судна в раз (m - масштабное число модели). Так, если скорость суд­на 40 узлов, то скорость модели, построенной в масштабе 1 : 100, должна быть равна Скорость модели удобнее измерять метрами в секунду: 1 узел = 0,515 м/сек значит, 4 узла = 4 х 0,515 = 2,06 м/сек. Число оборотов гребного винта модели, согласно закону механического подобия, должно быть больше числа оборотов гребного винта судна прототипа в раз Значит, если на судне n = 300 об/мин, то на модели, выполнен­ной в масштабе 1:100, винт должен иметь: n = 300 х 1/Т0СГ== = 300x10= 3000 об/мин.

Единой всесоюзной классификацией морских моделей разре­шается моделистам выбирать элементы гребного винта по своему усмотрению. При выборе диаметра гребного винта надо стремиться к наибольшему возможному диаметру. Диаметр гребного винта мо­дели выбирается в пределах 0,5 - 0,7 К (осадки модели). Как пра­вило, диаметр винта приходится делать на 10-20% больше диаметра «подобного» винта.

Диаметр ступицы d допускается до 0.2D диаметра гребного вин­та. Для хорошей работы гребного винта необходимо, чтобы кормовые обводы модели были плавными и обеспечивали плавное подтекание воды к винту, чтобы винт был достаточно погружен под воду и не засасывал воздух.

При изготовлении винтов нужно их хорошо отделывать: чем луч­ше и тщательнее отделан гребной винт, тем выше его коэффициент полезного действия. На гребном винте не должно быть вмятин, уг­лублений, рисок и других повреждений. Поверхность гребного вин­та после изготовления следует отполировать. Для ступицы гребного винта надо сделать обтекатель, который является как бы про­должением ступицы. Обтекатель улучшает работу гребного винта, уменьшая вредные вихреобразования водяного потока в кормовой части модели.

Нельзя допускать, чтобы диски гребных винтов касались друг друга или пересекались. Расстояние между ними не должно быть меньше (0.05-0,08)D, если смотреть с кормы. Расстояние между кромкой винта и корпусом модели не должно быть меньше (0,12-0,18)D.

Необходимо остановиться на наклоне лопастей гребного винта относительно его оси. При испытании серии моделей винтов, из ко­торых у одних лопасти были перпендикулярны оси, у других на­клонены на 10° к корме, у третьих -на 10° к носу, оказалось, что результаты получаются практически одинаковыми. Таким образом, можно считать, что наклон лопастей в пределах ± 10° от нормаль­ного положения не влияет на эффективность винта.

Для определения формы лопасти гребного винта можно также произвести небольшой примерный расчет.

Среднюю ширину лопасти вычисляют по формуле:

Ширина лопасти на радиусе г определяется по другой формуле:

где

R - радиус винта,

г - расчетный радиус.

На модели может быть установлено несколько винтов. На одно­винтовой модели направление вращения гребного винта не имеет значения. Если винт модели вращается по часовой стрелке, то такой винт называется правоходным, или правого шага, против часовой стрелки — левоходным, или левого шага. При уста­новке на модели двух или четырех винтов на правом борту ставят винты правого шага, на левом — левого. У трехвинтовой модели направление вращения винта, установленного по оси симметрии модели, может быть любое. Такое расположение винтов принято на флоте. Как показывает опыт моделестроения, на моделях судов лучше всего устанавливать два винта — в этом случае улучшаются ходовые качества модели.