Силы, возникающие на комплексе винт-насадка

Поворотная насадка, схематичное изображение и основные параметры которой представлены на рис. 19, конструктивно представляет собой сопло и является крылом кольцевой формы, в самом узком месте которого соосно располагается гребной винт. Продольное сечение насадки имеет форму крыла с аэродинамическим профилем, засасывающая (выпуклая) поверхность которого обращена внутрь. Насадка способна поворачиваться относительно вертикальной оси, проходящей через диск гребного винта.

Если рассматривать структуру ДРК - поворотная насадка, то попытка провести чёткую грань между движителем и рулевым органом ни к чему не приведёт. При переходе от открытого гребного винта к поворотной насадке эта грань становится ещё более размытой. Так, насадка активно участвует в формировании упора даже при неработающем винте, и только образование поперечных усилий обязано своим происхождением насадке, хотя опять же во многом величина последних зависит от текущих параметров работы винта.

Основными параметрами ДРК - поворотная насадка, не считая сходственных с открытым винтом частоты вращения винта п и диаметром винта , являются:

– длина насадки;

– соответственно длины входной и хвостовой части насадки, причём ;

– относительная длина насадки;

– коэффициент раствора;

– коэффициент расширения;

– соответственно площади рабочего, входного и выходного сечений насадки.

Рис. 15 Схема ДРК винт в поворотной насадке

В методике А.Д.Гофмана, суммарное усилие, образуемое переложенной на угол насадкой складывается из подъемной силы, развивающейся на ней как на кольцевом крыле, и реактивной силы, обусловленной отклонением струи гребного винта (рис. 16)

Угол отклонения струи гребного винта насадкой при относительном удлинении насадки практически равен углу перекладки. При углах перекладки до 20° это справедливо для любых .

Для комплекса винт - поворотная насадка, имеются еще две составляющие поперечной силы: от косого обтекания гребного винта в насадке и скоса потока у стабилизатора. Однако они дают небольшие и противоположные по знаку усилия, которыми в расчетах можно пренебречь.

У поворотных насадок кризиса обтекания не наблюдается до весьма значительных углов перекладки.

Рис. 16. Принципиальная схема действия поворотной насадки

Поворотная насадка обладает рядом положительных качеств:

1. На каждом элементе насадки, как на профиле крыла, возникает подъёмная сила и сила сопротивления. Сложение проекций этих сил на ось гребного вала дает составляющую рулевой силы, позволяет определить упор направляющей насадки. Упор насадки на швартовах может увеличиваться до 50%, а в ходовом режиме до 6÷15% по сравнению с открытым винтом за счет того, что исчезает влияние скоса потока.

2. Поскольку зазор между концом лопасти и насадкой является достаточно малым, то это приводит к снижению концевых потерь у винта, возникающих из-за уменьшения перепада давлений между засасывающей и нагнетающей поверхностью вследствие перетекания жидкости на концах лопасти.

3. Винт внутри насадки работает в режиме, близком к постоянному, в то время как режим работы комплекса в целом меняется. Причина этого состоит в том, что при уменьшении скорости осевого перемещения комплекса увеличивается нагрузка движителя и возрастает эффективный встречный поток.

4. Винт внутри насадки работает в более равномерном потоке, так как там, где набегающий поток подторможен из-за влияния корпуса, возрастает встречный поток насадки, что приводит к выравниванию поля скоростей в диске винта.

5.Суда, оборудованные насадками, обладают хорошей управляемостью. Диаметр циркуляции на переднем ходу уменьшается на 30÷40% по сравнению с диаметром циркуляции однотипных судов, оборудованных рулями.

В то же время в числе недостатков стоит отметить высокую степень возможности повреждения комплекса в условиях засорённого фарватера, а также ухудшение управляемости судна при удержании его на прямом курсе, особенно при движении задним ходом. Для частичного разрешения последней из проблем данного вида ДРК суда оснащаются дополнительным рулём, размещённым в ДП судна или стабилизатором.

В последнее десятилетие осуществляется замена кольцевых поворотных насадок так называемыми П-образными насадками (рис.17). В этом случае кольцевое тело насадки в нижней своей части оказывается разомкнутым, что повышает надежность работы комплекса, особенно во льдах и на мелководье, способствует улучшению ремонтнопригодности ДРК, снижению вибрации корпуса. Разомкнутое тело насадки обуславливает некоторое уменьшение КПД винта, однако одновременное уменьшение коэффициентов засасывания и попутного потока приводит к тому, что общий пропульсивный КПД ДРК оказывается большим, возрастает скорость хода, сокращается потребление топлива.

Рис. 17 Схема П-образной насадки