Ходкость
Глиссер скользит по поверхности воды, на его днище возникает
подъемная сила, которая почти полностью выталкивает корпус из воды. Для этого необходима достаточная скорость, которая определяется так
называемым «числом Фруда по водоизмещению» FrV gv3 V 3,
где g= 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.
Ходкость
•У СПК имеются крылья, которые могут быть полностью погруженными в воду или пересекать свободную поверхность, что существенно влияет на эксплуатационные качества судна (при глубоко погруженных крыльях требуется автоматическая система управления, обеспечивающая плавучесть и остойчивость, но мореходность значительно лучше, чем у судов с малопогруженными крыльями, которые чутко реагируют на любую волну). Для СПК характерны скорости 30 - 40 узлов. Еще большие скорости (около 60 уз.) имеют СВП, которые опираются не на воду, а на воздушную подушку, создаваемую специальным вентилятором, который нагнетает воздух под корпус. Существуют амфибийные СВП, которые могут выходить на берег по пологому склону, и неамфибийные, которые имеют элементы, контактирующие с водой, например, жесткие бортовые ограждения - скеги. Сравнительно недавно появились экранопланы - транспортные средства, внешне похожие на самолет, которые используют “эффект экрана” - повышение подъемной силы крыла, летящего вблизи поверхности. Скорости экранопланов превышают 100 узлов (достигают 200 - 300 уз.) и приближаются к скоростям пассажирских самолетов.
Ходкость
• |
При проектировании обычного транспортного судна, |
|
как правило, его скорость бывает задана, водоизмещение |
|
приблизительно известно, что дает возможность |
|
рассчитать сопротивление движению. После этого |
|
необходимо определить тип и количество движителей |
|
(почти всегда это один гребной винт), рассчитать |
|
движитель, найти требуемую мощность и частоту |
|
вращения главного двигателя (у гражданских судов - как |
|
правило, дизель) и подобрать двигатель из числа |
|
выпускаемых промышленностью. |
|
Судовые движители |
• |
Судовые движители очень разнообразны по конструкциям и |
|
принципу действия. Они подразделяются на реактивные и активные. В |
|
реактивных движущая сила (упор) получается как реакция отброшенной |
|
струи воды (или воздуха) - таких движителей большинство. Активные |
|
движители развивают упор за счет изменения скоростей внешней среды |
|
(воздуха или воды). Среди реактивных движителей назовем гребные |
|
винты, гребные колеса, водометные движители (имеющие систему |
|
водопроточных каналов, в частном случае один канал, в котором работает |
|
насос, часто в виде гребного винта - осевой насос), крыльчатые движители |
|
(несколько вертикальных лопастей, прикрепленных к вращающемуся |
|
барабану, установленному заподлицо с днищем судна, и совершающих |
|
колебательные движения относительно собственных вертикальных осей); |
|
древнейший из реактивных движителей - гребное весло. К активным |
|
движителям, прежде всего, следует отнести парус. В начале ХХ века на |
|
некоторых судах были установлены роторные движители (башенные |
|
движители, роторы Флеттнера) в виде вращающихся цилиндров, |
|
вертикально установленных на палубе и создающих упор при боковом |
|
ветре. Другие движители, пожалуй, менее известны. |
Судовые движители
•Среди реактивных движителей гребные винты - наиболее простые, легкие и обладающие наивысшим к.п.д. - до 70 - 80 %, чаще около 60 % (у некоторых судов более высокий к.п.д. достигается с движителями других типов). Винт состоит из ступицы, вращающейся на гребном валу, и закрепленных на ней лопастей, количество которых бывает от 2 (у мелких судов) до 8. На большинстве судов гребные винты цельнолитые, но получили распространение также винты со съемными лопастями и винты регулируемого шага (ВРШ) с поворотными лопастями.
•Лопасть гребного винта образуется по винтовой поверхности
ипо принципу действия подобна крылу самолета. При вращении винта на ней возникает подъемная сила, которая, с одной стороны, толкает судно вперед, с другой, создает сопротивление вращению винта. Силы, возникающие при работе винта, можно определять экспериментально на моделях или рассчитывать теоретически.
|
Судовые движители |
• |
Основные геометрические характеристики винта: диаметр D, |
|
число лопастей z, шаговое отношение P/D, дисковое отношение |
|
Ae/A0. Диаметр винта зависит, в первую очередь, от размеров судна |
|
(осадки) и достигает 10 м при массе 70 и более тонн. Теоретически |
|
доказано, что с ростом размеров движителя его к.п.д. растет, но |
|
чрезмерно большие винты очень трудно изготовить, к тому же они |
|
требуют огромных и тяжелых малооборотных двигателей. Число |
|
лопастей чаще всего принимают равным 3 или 4, но при большой |
|
мощности главного двигателя увеличивают, чтобы избежать |
|
сильной вибрации. Шаговое отношение равно отношению шага |
|
винта (винтовой поверхности, по которой образована лопасть) к его |
|
диаметру и может изменяться примерно от 0,6 до 1,5, иногда до 2, |
|
возрастая с ростом скорости. То же относится и к дисковому |
|
отношению, которое равно отношению площади всех лопастей к |
|
площади диска винта, т.е. круга с диаметром, равным диаметру |
|
винта. Дисковое отношение может лежать в пределах 0,3 - 1,2. |
|
Судовые движители |
• |
При вращении в воде гребной винт не ввинчивается в нее, как |
|
винт в гайку, а несколько “проскальзывает”, т.е. за один оборот |
|
проходит расстояние, меньшее шага P - оно называется поступью |
|
h. При расчетах обычно используют безразмерные характеристики: |
|
относительную поступь J = h/D и относительное скольжение s = |
|
(P - h)/P = 1 - J / (P/D). Эти величины являются кинематическими |
|
характеристиками гребного винта, они характеризуют режим его |
|
работы - чем больше скольжение и меньше поступь, тем тяжелее |
|
нагружен винт. |
Судовые движители
• |
Особенно важны гидродинамические характеристики винта, к |
||||||||||
|
которым относятся упор Т, крутящий момент Q и к.п.д. . Здесь |
||||||||||
|
также удобно использовать безразмерные характеристики, |
||||||||||
|
которыми являются коэффициент упора KT и коэффициент |
||||||||||
|
момента KQ; для их определения служат формулы: |
||||||||||
|
K |
T |
; K |
Q |
; |
Tv |
|
KT |
|
J |
. |
|
n2D4 |
n2D5 |
|
|
|
||||||
|
T |
Q |
|
2 nQ KQ 2 |
|||||||
|
Кривые действия гребного винта |
||||||||||||
• |
Кривые зависимости этих характеристик от относительной |
||||||||||||
поступи J носят название “кривые действия гребного винта”; |
|||||||||||||
примерный их вид показан на рисунке. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 KQ |
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кпд |
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
|
Судовые движители |
• |
Для практических расчетов винтов часто |
|
используют специальные диаграммы, которые |
|
объединяют в себе кривые действия для серии винтов |
|
(моделей), отличающихся шаговым отношением, или |
|
по результатам модельных испытаний, или по данным |
|
систематических расчетов. Они позволяют |
|
спроектировать гребной винт, который развивал бы |
|
требуемый для движения судна с заданной скоростью |
|
упор и при этом имел бы наивысший к.п.д. Такие |
|
диаграммы в нашей стране впервые были предложены |
|
Э.Э. Папмелем и нередко называются его именем. |