Диаметр и ?аг гребного винта

Уже указывалось, что число лопастей и их очертание, соотно?ение площадей гребного винта в обычных случаях незначительно влияют на к. п. д. Это справедливо для 95% всех моторных яхт и быстроходных катеров. Но при скоростях 65—70 км/ч, когда наступает кавитация гребного винта, приходится использовать ?ирокие лопасти и тонкие сечения. В чем заключается сложность выбора самого эффективного гребного винта, соответствующего катеру и мощности его двигателя? Необходимо рассчитывать ли?ь два размера: диаметр и ?аг. Все остальные характеристики (эллиптическая или асимметричная форма очертаний, профиль поперечного сечения лопасти, образование корня лопасти и ступицы гребного винта, боль?ая или мень?ая ?ирина лопасти и др.) не имеют столь существенного значения, как эти два параметра.
Правильный выбор диаметра очень важен при взаимодействии гребного винта и катера. Для получения в действительности наилуч?ей скорости необходим правильный выбор ?ага винта. Для каждого катера, его скорости, мощности двигателя, частоты вращения   существует  ли?ь   один  оптимальный   гребной   винт.
Фирма, поставляющая гребные винты, имеет среди своих служащих «гения с электронным мозгом». Если обратиться к нему с вопросом относительно гребного винта, пригодного для определенного типа катера с соответствующим двигателем, то он, включив свой мозговой компьютер, безо?ибочно выберет нужный гребной винт. ? действительно, с боль?им опытом и хоро?ей памятью даже такой нетехнический метод довольно часто приводит к успеху.
Обычно считают, что диаметр гребного винта должен быть как-то связан с размерами катера, или ?аг винта зависит от того, имеет ли катер округлые или V-образные ?пангоуты. Как часто утверждают, моторостроительный завод мог бы поставлять одновременно с двигателем и гребной винт, точно подогнанный к мощности двигателя и частоте вращения, хотя завод совер?енно не знаком с катером, на котором должен устанавливаться двигатель.
Для расчета основных элементов гребного винта необходимо знать три параметра:
1) действительную «мощность на валу» (она обозначена pSa);
2)  определенную тщательно обоснованную частоту вращения гребного вала, которая может не совпадать с наиболь?ей частотой вращения выходного вала двигателя, указанной заводом—изготовителем двигателя;
3)  действительную поступательную скорость гребного винта в поле попутного потока судна (обозначена va). Она мень?е скорости катера на величину попутного потока.
Процесс подробного расчета гребного винта достаточно сложен и базируется на использовании диаграмм, составленных по результатам многочисленных испытаний моделей гребных винтов. Чтобы использовать такую диаграмму, необходимо изучить теорию движительного комплекса и иметь математические навыки. При проектировании катера приходилось выполнять при каждом кратком предварительном проекте целый ряд подробных расчетов ли?ь для того, чтобы внести в проект неизвестный диаметр гребного винта. Во избежание этого была построена упрощенная диаграмма для быстрого определения вероятного диаметра гребного винта Подобного рода упрощенная диаграмма с целью оценки диаметра гребного винта не могла быть разработана без введения «основной» скорости для каждой мощности двигателя.
Три величины, необходимые при проектировании гребного винта: мощность, частота вращения и скорость, — указаны на диаграмме. Мощность на валу pSa находят по нижней ?кале диаграммы, «основную» скорость — по верхней ?кале; частота вращения выражена в виде семейства кривых между 500 и 4500 об/мин. Наконец, диаметр гребного винта дается на левой ?кале диаграммы. Поясним пользование диаграммой на примере. Неболь?ой катер, оборудованный двигателем мощностью 95 л. с. и частотой ращения 3000 об/мин при ожидаемой скорости 32 км/ч, имеет ли прямую передачу на винт, или снабжен редуктором со степенью редукции 2 : 1 (1500 об/мин).
Номинальную мощность двигателя прежде всего необходимо пересчитать на действительную — мощность на валу pSa. Вследствие потерь она составляет действительную величину pSa = 80. Эта мощность соответствует основной скорости 30 км/ч. Действительная ожидаемая или рассчитанная скорость соответственно на 7% боль?е основной скорости. Если перейти к кривой частоты вращения, то на левой ?кале для 3000 об/мин находим диаметр 312 мм,  а для   1500 об/мин —475 мм.
Для перехода от основной скорости, равной 30 км/ч, к ожидаемой, которая боль?е на 7%, используют корректирующую диаграмму, расположенную справа внизу. Ее левая половина действительна для увеличенных скоростей, а правая —для пониженных. Поскольку в данном примере ожидаемая скорость на 7% вы?е основной, обратимся к левой половине. Однако разница, равная 7%, очень мало влияет на диаметр, и поправка составит около 1%. Она, как видно по цифрам слева, обозначает умень?ение, т. е. вычитается из рассчитанного ранее диаметра. Поэтому вместо диаметра, равного 312 мм, выбрали бы диаметр 310 мм или вместо 475 мм выбрали бы 470 мм. Рассмотренная упрощенная схема не может дать высокой точности, но это и не требуется с практической точки зрения, так как всегда при определении элементов гребного винта появляются две основные неизвестные характеристики: действительная мощность на гребном винте и действительная скорость набегающего на винт потока.
Второй пример относится к тихоходному катеру, двигатель которого позволяет выбрать различные редукторы. Необходимо определить, будет ли для наиболее эффективного гребного винта, относящегося к наиболь?ей степени редукции, достаточно места под днищем судна.
Боль?ая моторная яхта оборудована двумя дизелями мощностью по 180 л. с. при частоте вращения 2400 об/мин, которые дают ожидаемую скорость (20 км/ч). Если исключить потери, мощность на  гребном винте составит   l60pSa.
Прежде всего установим, какая основная скорость относится к 160pSa. По верхней ?кале основная скорость составляет 35,5 км/ч. Действительная скорость равна 20 км/ч, она мень?е основной на 34%. Так как имеется выбор редукторов 2 : 1, 3 : 1 и 4 : 1, определим по левой ?кале диаметр гребного винта для 1200, 800 и 600 об/мин. В точке пересечения линии 160/?Sa с кривой частоты вращения на левой ?кале находим: для 1200 об/мин диаметр равен 610 мм, для 800 об/мин — 780 мм и для 600 об/мин — 900 мм.
Между ожидаемой скоростью 20 км/ч и основной, равной 35,5 км/ч, существует разница минус 34%. В данном случае получается поправка на увеличение диаметра. Малая корректирующая диаграмма показывает, что при умень?енной на 34% скорости необходимо выбрать диаметр, боль?ий на 5%. Отсюда для трех имеющихся в выборе степеней редукции получаются  следующие диаметры гребного винта: 640 мм для  1200 об/мин; 820 мм для 800 об/мин; 945 мм для 600 об/мин.
Необходимо еще раз напомнить, что упрощенный способ определения диаметра гребного винта не следует сме?ивать с расчетом характеристик гребного винта.
Составление упрощенной диаграммы для определения ?ага гребного винта является простой задачей, которая содержит ли?ь одну неизвестную, требующую оценки, величину — скольжение (в процентах). Поэтому данные, полученные при определении ?ага винта по упрощенной диаграмме, менее достоверны, чем данные, полученные при упрощенном определении диаметра гребного винта.
На практике принимают скольжение равным 15—50%; во многих случаях скольжение не соответствует среднему значению (30%), но предлагаемая диаграмма разработана именно для скольжения, равного 30%. Как просто определить по диаграмме ?аг гребного винта, покажем на примере для катера с двигателем мощностью 95 л. с. Предполагались скорость 32 км/ч и частота вращения 3000 или 1500 об/мин. Определив на нижней ?кале указанную скорость, обратимся к кривым, обозначающим частоту вращения гребного вала, например 3000 об/мин. По левой ?кале определим ?аг винта, он равен 255 мм. При частоте вращения 1500 об/мин ?аг винта составляет 510 мм. ?так, имеем гребные винты: для 3000 об/мин —диаметр 310 мм, ?аг 255 мм; для 1500 об/мин — диаметр 470 мм, ?аг 510 мм;
Найденные очень простым способом значения могут превзойти по степени точности значения, выдаваемые упомянутым вы?е «гением по гребным винтам». Однако необходимо отметить неточность принятых упрощений, хотя полученные величины приближаются к оптимальному диаметру винта, но не к наиболее подходящему для него ?агу. В приведенном примере следует отметить, что при установке редуктора улуч?ается к. п. д., что связано с умень?енным скольжением гребного винта. При определении
?ага винта по графику, изображенному на, скольжение было неизменным.
Если вместо обычного трехлопастного винта используется винт с другим числом лопастей, то рекомендуется незначительно изменить диаметр по отно?ению к трехлопастному гребному винту.
Многие пытаются повысить не удовлетворяющую их скорость катера путем установки гребного винта с увеличенным ?агом; естественно, при этом для сохранения потребляемой мощности умень?ают диаметр винта. В боль?инстве случаев (95%) эти попытки терпят крах. Оправдало себя в случаях сомнения увеличение диаметра и умень?ение ?ага винта.
Как велико влияние частоты вращения на потребляемую гребным винтом мощность, можно показать с помощью таблицы. Для этого был выбран гребной винт среднего размера: диаметр 400 мм и ?аг 300 мм.