.
Пропульсивный коэффициент характеризует гидромеханические потери на ГВ при его взаимодействии с корпусом.
Помимо этих потерь следует учитывать потери в редукторной передаче η>n (при ее наличии), валопроводе η>B и потери в ГД.
Тогда К. П. Д. пропульсивного комплекса представляется в виде:
Поступь винта h>p – это путь, пройденный винтом в воде за один оборот. Относительная поступь – это поступь, отнесенная к диаметру винта D.
Если бы гребной винт вращался в твердой среде, как штопор в пробке, то за один оборот он бы прошел расстояние, равное шагу винта H без скольжения.
Скольжение S – безразмерная величина, определяемая как отношение скорости скольжения V>c = (H × n>p – V>a) к осевой скорости винта в «твердой среде», равной H × n>p
В реальных условиях скольжение винта относительно воды является условием создания упора винта. Винт отбрасывает воду назад и создает упор. Без скольжения не будет и упора винта.
Упор ГВ зависит прямо пропорционально от массы и скорости отбрасываемой воды, а потери энергии с отбрасываемой частью воды пропорциональны произведению массы на скорость воды во второй степени, поэтому КПД винта будет увеличиваться при увеличении диаметра D и снижении частоты вращения винта n>p. Масса отбрасываемой воды будет возрастать при увеличении диаметра ГВ, а обороты винта n>p при этом можно снизить. КПД винта зависит от относительной поступи, а также от обводов корпуса и имеет для ВФШ ярко выраженное оптимальное значение при определенном λ>p.
На рисунке 1.1. приведены кривые действия геометрически подобных винтов фиксированного и регулируемого шага [2].
Рис 1.1. Кривые действия гребных винтов:
а) – ВФШ; б) – ВРШ [2].
Соответствующие зависимости для упора, момента, мощности и КПД винта при упрощающем допущениях, что M>B>~n>2>p, N>B>~n>3>p выражаются формулами:
Из анализа зависимостей КПД на рисунке 1.1а и 1.1б видно, что ВРШ обеспечивает работу с высоким КПД в широком диапазоне режимов. Изменения величин λ>p и S происходит при значительных воздействиях на сопротивление движению судна (разгон, торможение, работа во льдах). ВРШ широко применяются в установках, где часто меняются режимы работы.
Пропульсивный комплекс должен обеспечить не только заданную спецификационную скорость движения судна за счет создания тяги Pe и подведение к винту мощности N>B, но и обеспечить надежную работу в определенном диапазоне скоростей и частот вращения.
Для анализа совместной работы гребного винта, корпуса судна и ГД используют ходовые или паспортные диаграммы судна. Они представляются в виде зависимостей R = f (V) и N>B f (V).
Паспортную (ходовую) диаграмму судна первоначально представляют в виде зависимостей сопротивления движению R от скорости судна V при различных условиях плавания и при различных постоянных частотах вращения гребного винта n>p.
R(P>B) = f (V, n>p, условия плавания)
Затем эту паспортную диаграмму можно перестроить в диаграмму зависимости мощности, потребляемой гребным винтом, от возможной скорости движения судна при различных сопротивлениях движению судна по условиям плавания или зависимости от значений относительных поступей винта λ>p при различных частотах его вращения n>p.
N>B = f (V, n>p, λ>p).
Для построения кривых, представленных на рис. 1.2, можно использовать следующие уравнения.
Мощность буксировки судна с заданной скоростью на свободном ходу:
N>R = R ∙ V.
Мощность, потребляемая гребным винтом:
N>B = M>B ∙ ω>B,
где M>B – крутящий момент, потребляемый гребным винтом;
ω>B – угловая скорость вращения гребного винта, 1/с.
Зная экспериментальные значения коэффициентов упора K>1 и момента