Взаимодействие винта и корпуса судна

В предыдущих параграфах рассматривалась работа изолированного винта. В действительности винт расположен за корпусом и работает в потоке, возму­щенном корпусом. Это влияет как на работу винта, так и на силы, действующие на корпус.

Попутный поток

Движущийся корпус судна увлекает за собой массы воды, так что за его корпусом образуется поток, направленный в сторону движения судна. Этот поток называется попутным потоком. Обозначим через и среднее значение скорости попутного потока по диску винта, тогда скорость винта вдоль оси v_p по отноше­нию к скорости окружающей его жидкости выразится разностью:

Vp =v -u.

Скорость попутного потока оценивают в долях скорости судна и отношение w = —

называют коэффициентом попутного потока. Тогда скорость винта относительно воды запишется в виде:

v_p=v(l-w) (9.28)

Скорость попутного потока распределена по диску винта неравномерно. Она наибольшая в диаметральной плоскости и убывает при удалении от нее, по­этому элементы лопасти за время одного оборота работают с разными углами атаки и разным качеством. Это приводит к тому, что упор Р и момент М за кор­пусом отличаются от их значений Р и М в свободной воде:

P = hP; M=i₂M, где i\ и i₂ называются коэффициентом влияния неравномерности попутного по­тока на упор и на момент соответственно.

Для приближенной оценки величины попутного потока можно пользоваться формулами:

w = 0, 50 S - 0, 05 для одновинтовых судов, (9 29)

w = 0, 5 5 S - 0, 20 для д<? > азинтовых судов. Что касается коэффициентов /] и i₂, то они обычно лежат в пределах:

/] = 0, 98...1; i₂ =1...1, 02.

Сила засасывания

Работающий за кормой гребной винт вызывает подсасывание масс воды, вследствие чего кормовая оконечность обтекается с большими скоростями, чем при неработающем винте. Это вызывает падение давления в корме и увеличение сил трения, благодаря чему на корпусе возникает дополнительная сила Т, направ­ленная против движения судна, которая называется силой засасывания. Эту силу

Т

оценивают в долях упора, развиваемого винтом. Отношение t = — называют ко­эффициентом засасывания.

Таким образом, упор винта уравновешивает не только силу буксировочного сопротивления, но и силу засасывания P = R+T, так что на преодоление силы R идет часть силы упора R = P_e=F-T = p(\-t). Сила Р_е называется эффективным

упором или тягой винта.

Коэффициент засасывания зависит от формы судна и приближенно может быть оценен в долях попутного потока:

t ~С W

где с = 0, 5...0, 7 при установке за винтом профилированного руля.

При работе винта в режимах, отличающихся от расчетного, следует учиты­вать, что коэффициент засасывания зависит от скольжения j_l5 выражающегося через поступь Я_р:

j, = 1----.

H/D

Зависимость коэффициента засасывания от скольжения определяется формулой:
где t₀=t

-j^jjjj ~ коэффициент засасывания при работе винта на швартовых,

а поступь Л_р и коэффициент засасывания t соответствуют расчетному режиму гребного винта.

Пропульсивный коэффициент

Теперь можно оценить полезное действие гребного винта, работающего за корпусом судна. Как уже говорилось, под пропульсивным коэффициентом пони­мается отношение буксировочной мощности к мощности, подводимой к винту:

₌ Rv_ hP(l-t)v_p ^V N_p 1₂М2ЯП(\-У)

Подставляя выражения для Р и М, после сокращения получим:

ii 1-*

7 ⁼.: ------ Т? р=Т? К Лр*

i₂ 1-м>

где г}_к называется коэффициентом влияния корпуса.

На современных транспортных судах значения пропульсивного коэффици­ента достигают для одновинтовых судов 0, 70...0, 80, а для двухвинтовых - 0, 60... 0, 70.