Изменения коэффициента влияния корпуса на движитель.

                         Испытание эсминца «Новик».

Увеличение сопротивления воды приводит не только к уменьшению инерционности судна, но и к снижению его начальной (установившейся) скорости при одинаковой частоте вращения винта.

Рекомендации сохранять запас глубины под килем:

- при мягких грунтах не менее – 0, 3 м;

- при твердых и плотных грунтах не менее 0, 4 м.

Проход судна при этих глубинах может быть приемлем только на хорошо обследованных проходных каналах и при условии, что скорость будет уменьшена насколько возможно, а маневрирование при расхождении судов сведено к минимуму.

Одной из опаснейших навигационных ситуаций является расхождение судов на небольших траверзных расстояниях. В этом случае на их корпуса могут воздействовать дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов. В результате действия этих сил суда могут терять управляемость, и может возникнуть аварийная ситуация и произойти столкновение судов.

Морская практика зарегистрировала достаточно большое количество столкновений, которые произошли в результате гидродинамического взаимодействия судовых корпусов.

Судовые движители.

Движителями называются специальные устройства, преобразующие механическую работу судовой силовой установки в упорное давление, преодолевающее сопротивления и создающее поступательное движение судна.

Движители совершенствовались одновременно с появлением новых типов судов и кораблей.

Весло.

С появлением первых небольших лодок человек понял, что понадобиться средство, которое будет толкать судно. Первоначально это были весла, которые посредством погружения их в воду и перемещением производили нужный эффект – лодка двигалась.

Необходимость в скорости заставила древних кораблестроителей увеличивать количество весел и гребцов. Яркий тому пример суда – галеры, весла имеющие длину до 12 метров, на каждом их 96 весел располагалось до шести гребцов из числа рабов или каторжников.

Весла бывают вальковые и распашные. Их применяют на лодках и шлюпах. Как резервное средство передвижения весла применяются на спасательных и дежурных шлюпках.

Во время гребли средняя часть весла вставляется в устройство, которое называется – уключина.

Уключина вставляется в отверстие в планшире шлюпки.

                              

  На современных шлюпках применяют уключину тип – кочет, в котором весло жестко фиксируется.

                    

Активные движители.

Парус.

На протяжении тысячелетий как основной движитель   использовался – парус.

Этот вид движителя, который для движения использует силу ветра.

В основном паруса бывают двух типов:

- прямые – трапециевидной формы;

- косые – треугольной формы или трапецеидальной формы.

Прямые паруса расположены симметрично относительно мачты.

Косые паруса крепятся с одной стороны мачты или между мачтами.

Суда с прямым парусным вооружением называются суда, у которых основные паруса прямые ( барк ).

         

 

Суда с косым парусным вооружением называют те, у которых основными являются косые паруса ( шхуна, иола, кеч ).

Яхты оснащаются треугольными парусами, которые получили название – «бермудские паруса».

             

Суда со смешанным парусным вооружением – используют для передвижения, как прямые паруса, так и косые ( бригантина, баркентина, и др. ).

Еще одной разновидностью парусов, которые получили распространение в наше время, можно считать парус – воздушный змей. По сути это парус, но несколько другой формы. В судоходной компании «Beluga Projects», такой тип движителя экономит расходы на топливо.

                    

Со временем техническое несовершенство паруса и увеличение размеров кораблей показало несовершенство парусов. В кораблестроении были вынуждены перейти к другим типам движителей. Парусные корабли сейчас используются как учебные и спортивные суда, или как суда для развлечений – прогулочные яхты.

Реактивные двигатели.

Гребное колесо.

На первых пароходах в качестве основного движителя использовалось гребное колесо.

                 

                             Колесный пароход «Сириус».

Гребное колесо на пароходах использовалось как вспомогательный движитель, основным движителем по-прежнему оставался парус. Гребное колесо это один из самых неудачных движителей. Провой котел на этих кораблях имел конструкцию аналогичную той, которую устанавливали на паровозах, и имел низкий КПД не более 30%. Гребное колесо «выскакивало» из воды при бортовой качки, из за этого лопасти часто ломались. В настоящее время колесные пароходы используются как туристические на небольших реках.

Гребной винт.

Водоподъемный винт, изобретение которого приписывается Архимеду, вполне подходил и для обратной работы — отталкивания самого винта от водяной массы. Идея применения гребного винта как движителя была высказана ещё в 1752 году Даниилом Бернулли и, позднее, Джеймсом Уаттом. Тем не менее, всеобщее признание гребной винт снискал не сразу. Хотя сам принцип действия гребного винта никогда не был секретом, но только в 1836 году английский изобретатель Френсис Смит (англ. Francis Pettit Smith) сделал решающий шаг, оставив от длинной спирали Архимедова винта только один виток. (Бытует история о том, что «модернизация» произошла случайно: на паровом катере Смита у деревянного винта отломилась часть, оставив единственный виток, после чего катер заметно прибавил в скорости хода.) Смит установил гребной винт на небольшой пароход водоизмещением 6 тонн. Удачные опыты Смита привели к образованию компании, на средства которой был построен винтовой пароход « Архимед ». При водоизмещении всего в 240 т «Архимед» был оснащен двумя ходовыми паровыми машинами мощностью по 45 л. с. каждая и единственным винтом диаметром чуть более 2 метров. (Первоначальный винт Смита представлял собой часть винтовой поверхности прямоугольного образования, соответствующую одному целому шагу. )

Одновременно со Смитом и независимо от него разрабатывал применение гребного винта как движителя известный изобретатель и кораблестроитель швед Джон Эрикссон. В том же 1836 году он предложил другую форму гребного винта, представлявшую собой гребное колесо с лопастями, поставленными под углом. Он построил винтовой пароход «Стоктон» (мощности ходовых паровых машин — 70 л. с), сделал на нём переход в Америку, где его идея была встречена настолько заинтересованно, что уже в начале 40-х годов был спущен первый винтовой фрегат США USS Princeton (водоизмещение 900 т, мощность машин 400 л. с., дававших ему ход до 14 узлов ) с винтом конструкции Эриксона. На испытаниях корабль развил ранее невиданную 14-узловую скорость. А при попытке «стравить» его с колесным «Грейт Уэстерн» теперь уже винтовой фрегат потащил своего соперника. Кстати, «Принстон» отметился в истории кораблестроения тем, что нес самые крупнокалиберные орудия для своего времени, — на поворотных платформах на нём впервые установили 12-дюймовые орудия.

Изготовленный из различных материалов, меняя количество и угол наклона лопастей. Гребной винт совершенствовался и занял лидирующую позицию среди прочих движителей.

Гребной винт состоит из ступицы и расположенными на ней лопастями.

В основе работы гребного винта лежит гидродинамическая сила создаваемая разностью давлений на сторонах лопастей. Любое концентрическое сечение лопастей представляет собой элемент несущего крыла самолета. Поэтому при вращении винта на каждом элементе возникают такие же силы, как и на крыле.

Принцип действия гребного винта. Поток, обтекающий выпуклую сторону лопасти (засасывающая сторона), слегка поджимается, и вследствие этого движение ускоряется. Поток, обтекающий вогнутую сторону лопасти (нагнетающая сторона), встречая на своем пути препятствие, несколько замедляет скорость. В соответствии с законом Бернулли, на засасывающей стороне лопасти давление потока падает и возникает зона разряжения. В то же время на нагнетающей стороне лопасти, напротив, возникает зона увеличенного давления. В результате разности давлений на стороны лопасти образуется гидродинамическая сила.

В результате длительных исследований было установлено, что основная часть гидродинамической силы около 70% создается за счет разрежения на засасывающей стороне лопасти винта и только 30% за счет давления на нагнетающей стороне лопастей.

                

Проекция гидродинамикой силы на ось гребного винта представляет собой упор винта. Эта сила воспринимается лопастями, которые через ступицу и гребной вал передают ее судну.

Поскольку лопасти имеют винтообразную поверхность, при вращении винта вода не только отбрасывается назад. Но и закручивается в сторону вращения лопастей. Задача движителя – только отбрасывать воду, не вращая ее, создавая реактивный импульс – силу тяги. На закручивание потока и на преодоление сопротивления вращения винта в воде затрачивается значительная доля мощности, подводимой ему от двигателя. Поэтому КПД гребного винта, равный отношению мощности, затрачиваемой на создание тяги винта (полезная мощность), ко всей мощности, затраченной на вращение винта, всегда будет меньше единицы.

КПД гребных винтов колеблется в диапазоне 50 – 70%. Верхний предел считается очень высоким и достижимым на малооборотных гребных винтах большого диаметра. Для высоко оборотистых винтов небольшого диаметра КПД редко превышает 50%.

Повышать обороты винта до бесконечности невозможно. На определенном моменте повышения оборотов винта из – за повышенной зоны разряжения образуются воздушные пузырьки. В результате резко падает мощность работы винта, и пузырьки производят гидроудары по лопастям винта. Разрушая их – это явление называется – кавитацией.

Гребной винт регулируемого шага. В ступице винта располагается механизм, поворачивающий лопасти на заданный угол и удерживает их в таком положении. Поворот лопастей позволяет изменять тяговое усилие при постоянной частоте вращения гребного вала наоборот, сохранять постоянно тяговое усилие при разных частотах вращения вала, а также вообще направление упора (реверс) при неизменном направлении гребного вала.

                             

                      винт регулированного шага

для передачи большой мощности часто применяют двух и трех вальные винтовые установки, а на большие корабли, например авианесущие и атомные ледоколы, оснащены четырьмя симметрично расположенными гребными винтами.

                          

              винтовая установка с двумя линиями вала

Иногда применяют направляющие насадки, что прим малой частоте вращения гребного винта обеспечивает прирост упора до 6%.

                               

                             гребной винт в насадке

Данная винтовая установка применяется в основном на буксирах.

Соосные гребные винты противоположного вращения.

                          

  соосные гребные винты противоположного вращения

Рулевая колонка. Для повышения маневренности некоторых судов получили активное распространения универсальные движители, так называемые активные рули, получившие название рулевая колонка типа «азипод» включает в себе небольшой гребной винт с собственным электрическим мотором. Вращаясь вокруг своей оси. Винт создает упор и увеличивает тем самым вращающий момент, действующий на руль.

   

Дороговизна конструкции ограничивают область применения данного типа движителей. Движители типа «азипод» используются на ледоколах. Современных круизных лайнерах, нефтедобывающих буровых платформах.

Плавниковый движитель. Для сохранения устойчивости судна при волнении корабли оснащают небольшими килевыми стабилизаторами, выступающими с обеих сторон корпуса судна. По внешнему виду они похожи на плавники больших рыб и китов и поэтому получили название плавниковые движители. Каждый из них имеет обтекаемую форму, благодаря которой рассекает волны, не замедляя скорость хода судна.

                   

Принцип действия данного движителя – установленные под углом плавниковые движители производят тот же эффект, что и крылья самолета. Когда волны накреняют судно в одну сторону, то плавниковые движители наклоняют судно в другую сторону противоположную крену. Эти устройства получили названия активные стабилизаторы качки. Это придает устойчивость судну на больших волнах. В походном положении они убираются в специальные ниши вдоль корпуса корабля. Эти стабилизаторы качки применяются на судах, которым при волнении необходимо устойчивое положение ( авианесущие корабли, большинство военных кораблей, научно – исследовательские суда, пассажирские лайнеры ).

Крыльчатые движители. Крыльчатые движители нашли применение в подруливающих устройствах. Они объединили в себе функции движителя и руля и представляют собой ротор, установленный на одном уровне

 С днищем судна, и вращаются вокруг вертикальной оси, по окружности которого на равных угловых расстояниях располагаются от 3 до 8 перпендикулярных к его поверхности лопастей, выполненных в виде крыльев. Вращаясь вместе с ротором, лопасти периодически поворачиваются вокруг своей собственной оси.

Поворот лопастей производится так, что при каждом положении на ней создается сила, имеющая наибольшую проекцию в направлении движения судна.

   крыльчатый движитель        принцип действия крыльчатого движителя

Это, достигается, когда условные перпендикулярные к хордам лопастей пересекаются в одной точке, являющейся центром управления. Перемещение центра управления вдоль оси, перпендикулярной к направлению движения судна, изменяет величину и знак упора. Таким образом, крыльчатые движители обладают теми же свойствами, что и винт регулируемого шага. При произвольном перемещении центра управления в плоскости, параллельной плоскости ватерлинии, можно изменять направление вектора упора в пределах от 0º до 360º для поворота лопастей перемещение центра управления служит механический привод, расположенный в корпусе движителей и управляемый гидравлической системой. По эффективности, а также по сложности и габаритам крыльчатый движитель уступает гребным винтам, и поэтому используется в качестве эффективного подруливающего устройства.

Водометные движители.

Водометный движитель (водомет) представляет собой рабочее колесо водяного насоса, помещенное в однопроточном канале, через который выбрасывается вода с увеличенной скоростью по оси движителя.

К основным преимуществам подобных движителей относятся:

- хорошая защищенность от механических повреждений и возможность избежать кавитации;

- защищенность от плавающих на поверхности акватории предметов;

- меньший гидродинамический шум по сравнению с винтовым движителем.

Водометные движители располагаются внутри или с наружи корпуса судна. Эффективность водометного движителя зависит от формы водоводов, места расположения и конструкции водозаборников.

Водометные движители применяются, как правило, на судах, работающих на мелководье. Или служат в качестве подруливающего устройства для улучшения поворотливости судов, и для движения плавающей бронетехники по воде.

Элементы циркуляции судна.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: