3.1. Общие сведения о гребном винте

Гребной винт (рисунок 21) преобразует вращение вала двигателя в упор - силу, толкающую аппарат вперед. При вращении винта на поверхностях его лопастей, обращенных вперед - в сторону движения аппарата (засасывающих), создается разрежение, а на обращенных назад (нагнетающих) - повышенное давление воды. В результате разности давлений на лопастях возникает сила Y (ее называют подъемной). Разложив силу на составляющие - одну, направленную в сторону движения аппарата, а вторую перпендикулярно к нему, получим силу Р, создающую упор гребного винта, и силу Т, образующую крутящий момент, который преодолевается двигателем.

Рис.21 Схема сил и скоростей на лопасти винта (правого вращения)

Упор в большой степени зависит от угла атаки α профиля лопасти. Оптимальное значение α, для быстроходных катерных винтов 4-8°. Если α больше оптимальной величины, то мощность двигателя непроизводительно затрачивается на преодоление большого крутящего момента; если же угол атаки мал, подъемная сила и, следовательно, упор Р будут невелики, мощность двигателя окажется недоиспользованной.

На схеме, иллюстрирующей характер взаимодействия лопасти и воды, α можно представить как угол между направлением вектора скорости набегающего на лопасть потока W и нагнетающей поверхностью. Вектор скорости потока W образован геометрическим сложением векторов скорости поступательного перемещения винта вместе с аппаратом и скорости вращения , то есть скорости перемещения лопасти в плоскости, перпендикулярной оси винта.

2. Винтовая поверхность лопасти.

На рисунке 21 показаны силы и скорости, действующие в каком-то одном определенном поперечном сечении лопасти, расположенном на каком-то определенном радиусе r гребного винта. Окружная скорость вращения зависит от радиуса, на котором сечение расположено ( - 2πrn, где n - частота вращения винта, об/с). Скорость же поступательного движения винта остается постоянной для любого сечения лопасти. Таким образом, чем больше r, т. е. чем ближе расположен рассматриваемый участок к концу лопасти, тем больше окружная скорость , а следовательно, и суммарная скорость W.

Так как сторона в треугольнике рассматриваемых скоростей остается постоянной, то по мере удаления сечения лопасти от центра необходимо разворачивать лопасти под большим углом к оси винта, чтобы α сохранял оптимальную величину, т. е. оставался одинаковым для всех сечений. Таким образом, получается винтовая поверхность с постоянным шагом Н. Напомним, что шагом винта называется перемещение любой точки лопасти вдоль оси за один полный оборот винта.

2. Скорость аппарата, скорость винта и скольжение.

При движении корпус аппарата увлекает за собой воду, создавая попутный поток, поэтому действительная скорость встречи винта с водой всегда несколько меньше, чем фактическая скорость аппарата V. У быстроходных глиссирующих мотолодок разница невелика - всего 2-5%, так как их корпус скользит по воде и почти не "тянет" ее за собой. Сравним теперь теоретическую скорость винта со скоростью его фактического перемещения относительно потока воды (рисунок 22).

Величина, называемая скольжением, обуславливает работу лопасти винта под углом атаки α к потоку воды, имеющему скорость W. Отношение скольжения к теоретической скорости винта в процентах называется относительным скольжением. Максимальной величины (100%) скольжение достигает при работе винта на судне, пришвартованном к берегу. Наименьшее скольжение (8-15%) имеют винты легких гоночных мотолодок на полном ходу; у винтов глиссирующих прогулочных мотолодок и катеров скольжение достигает 15-25%, у тяжелых водоизмещающих катеров 20-40%, а у парусных яхт, имеющих вспомогательный двигатель, 50-70%.

Рис. 22

Соотношение скорости лодки и осевой скорости винта.