Коэффициент полезного действия гребного винта

Гребной винт предназначен для преобразования получаемой им в форме вращения гребного вала мощности двигателя в прямолинейный упор. Это преобразование сопровождается потерями. Если к гребному винту подается мощность l00pSo и превращается им в мощность, равную 50ESa (имеется в виду эффективная буксировочная мощность), то это значит, что к. п. д. винта равен 50%. ?з 50% потерянной мощности боль?ую часть составляют потери на трение, которое возникает не столько на хоро?о от?лифованных лопастях гребного винта, сколько в самой воде. Оно минимально в том случае, когда упор образуется возможно боль?ей массой воды и с возможно мень?им ускорением, т. е. при возможно боль?ом диаметре гребного винта. ?спытания серий моделей гребных винтов проводились прежде всего с целью определения оптимально наимень?их потерь для каждого возможного сочетания частоты вращения, мощности и скорости. Результаты представлены на многочисленных диаграммах, основой которых служит коэффициент мощности (коэффициент нагрузки) Сь: где pSa — мощность двигателя, отданная гребному винту, л. е.: ns — частота вращения гребного винта, об/с; va — поступательная скорость гребного винта в попутном потоке, м/с.
Определение величины v2a'5 может показаться затруднительным. Но поскольку необходимо ли?ь оценить к. п. д., то не следует придавать боль?ое значение попутному потоку. Для быстроходных катеров его не учитывают, для тихоходных в зависимости от положения винта его скорость вычитают из действительной скорости катера (5—10%). У очень тяжелых катеров с боль?ой осадкой скорость попутного потока иногда достигает 30%.
Дробную степень 2,5 можно вычислить с помощью логарифмической линейки. Она равна yva-v. При Сь, несколько мень?ем 0,5, к. п. д. достигает максимального значения (почти 75%) и затем довольно быстро падает. При Сь = 1 получается хоро?ий к. п. д. (68%); при Сь — 10 сохраняется ли?ь 40% использованной мощности двигателя, а 60% составляют потери. Боль?инство гребных винтов работаете коэффициентами нагрузки между 1 и 10.
Знать к. п. д. гребного винта необходимо, если требуется произвести строгий расчет скорости.
Составной частью коэффициента нагрузки Сь является частота вращения, которая с математической точки зрения более важна, чем мощность двигателя, от которой в Сь входит ли?ь квадратный корень. Однако частота вращения при помощи соответствующего редуктора может быть выбрана произвольно в сравнительно ?ироких пределах. Для ре?ения вопроса о том, чему отдать предпочтение при покупке катерного двигателя — прямой передаче или редуктору, необходимо подсчитать коэффициент нагрузки и определить выигры? или потерю в к. п. д. гребного винта для каждой частоты вращения.
Если найден приемлемый к. п. д. или подходящий редуктор, то необходимо проверить по диаграмме для диаметров гребного винта, позволяет ли место под судном и допустимая осадка применить гребной винт с увеличенным диаметром. Было бы бессмысленно выбирать эффективный редуктор, если впоследствии нельзя будет установить гребной винт с необходимым диаметром.
К сожалению, часто бывает, что невозможно установить необходимый диаметр гребного винта. В пределах жестких границ умень?енный диаметр можно компенсировать увеличенным ?агом винта, причем возникает ли?ь минимальная потеря к. п. д. При сли?ком умень?енном диаметре компенсация при помощи увеличенного ?ага винта невозможна и потеря к. п. д. возрастает до такой степени, что нельзя использовать движительный комплекс. Приведем соответствующие данные.
На примере боль?ой моторной яхты, для которой ранее были определены три диаметра гребных винтов, покажем, как пользоваться кривой к. п. д. Каждый из двух двигателей имеет мощность 180 л. с, причем на гребной винт дается мощность pSa = 160. Скорость равна 25 км/ч = 5,55 м/с, однако с учетом попутного потока поступательная скорость гребного винта va — 5,3 м/с. Величина р2.5 составляет  64,5. Час- тоту вращения двигателя, равную 2400 об/мин, можно при помощи различных редукторов умень?ить до 1200, 800 или 600 об/мин, что соответствует40, 20, 13, 3 и 10 об/с. По кривой к. п. д. можно составить следующую таблицу. Как видно из таблицы, коэффициент полезного действия тем вы?е, чем мень?е частота вращения гребного винта. Если использовать двигатель без редуктора (2400 об/мин на гребном винте), то достигается ли?ь очень низкий к. п. д. (43%). Такой маленький высокооборотный гребной винт на тихоходном катере метко прозвали пеносбивалкой. С редукцией 2 : 1 уже получают к. п. д. равным 51%, ас умень?ением частоты вращения гребного винта в соотно?ении 3 : 1 достигается к. п. д., равный 57%. Даже высокая степень редукции 4:1, дающая 60%, еще далеко не обеспечивает оптимального к. п. д.
Поскольку к. п. д. может превы?ать 70%, установим соответствующую частоту вращения. Согласно диаграмме для этого необходим коэффициент нагрузки Сь = 0,7 или еще мень?ий, получаемый при очень низкой частоте вращения гребного винта, равной 3,57 об/с = 215 об/мин. Частоту вращения двигателя при?лось бы поэтому понизить, по крайней мере, в соотно?ении 1:11. Таких редукторов на практике нет. Кроме того, потребовался бы гребной винт недопустимо боль?ого диаметра.
Структура коэффициента нагрузки показывает, что неболь?ая мощность двигателя, низкая частота вращения и высокая скорость приводят к высокому к. п. д. гребного винта. На практике приходится довольствоваться к. п. д., равным 60%. Если пренебречь влиянием частоты вращения, то к. п. д. может снизиться до 40%.