Кинематические характеристики винта

Представим себе, что гребной винт вращается не в воде, а в твердой среде. Тогда за один оборот он пройдет в аксиальном направлении путь, равный геометрическому шагу Н. В воде расстояние, проходимое винтом за один полный оборот, будет меньше шага Н (рис.191) на величину НS. Таким образом, действительный путь винта, называемый поступью, будет равен

h_p = H – HS = 1 – S; (4)

Разница между геометрическим шагом и поступью называется путем скольжения.

Н – h_p = НS (5)

Если винт вращается с числом оборотов n (cек), то величина его аксиального перемещения в твердой гайке будет равна Нn (рис.­ 191), а окружная скорость u_p= 2pr_in. (6)

В реальных условиях его скорость будет меньше и составит

u_р = h_pn (7)

Разность двух путей винта Нn – u_р=S, пройденных в твердой среде и в воде, называется скоростью скольжения. Отношение (8) называется относительным скольжением или скольжением гребного винта.

S = (8)

Следовательно, треугольник, изображенный на рис. 191, пред­ставляет собой план скоростей. Его гипотенуза есть результи­рующая скорость W или скорость набегающего на лопасть потока u_р. Угол a - встречи лопасти с направлением потока называется углом атаки.

Свяжем поступь винта h_p со скоростью набегающего потока u_p и оборотами винта, т. е. с его кинематическими характеристиками:

h_p = (9)

Чтобы получить выражение поступи винта в относительных единицах и широко использовать его в расчетах винта, разделим обе части равенства (8) на диаметр винта D, тогда получим:

l_р = (10)

Величина l_р называется относительной поступью и представляет собой действительный путь гребного винта за один оборот, выраженный в долях винта.

Тогда желательно получить и выражение для относительного скольжения, выраженное через параметры формулы (9), которое примет следующий вид:

S = 1 – (11)

Относительная поступь l_р и относительное скольжение S являются основными кинематическими характеристиками гребного винта, определяющими его режим работы.

Схема сил, действующих на элемент лопасти. Для изучения характера и природы сил, развиваемых греб­ным винтом, рассмотрим силы, действующие на крыло. Для этого на элемент лопасти направимпоток жидкости со скоростью u (рис. 188. На верхней стороне крыла скорость потока увеличи­вается, вследствие чего давление на ней падает; под крылом, наоборот, поток тормозится, скорость падает, а давление возрастает.

Таким образом, на крыло будет действовать результирую­щая сил давлений R_р, направленная от большего давления к меньшему. Кроме этой силы, к крылу будет приложена ре­зультирующая сил трения и сопротивления формы R_f, действую­щая приблизительно вдоль кромочной линии.

Равнодействующая R сил R_p и R_f представляет собой реак­цию воды, набегающей на сечение лопасти винта. Разложив силу реакции R на две составляющие: силу Y, перпенди­кулярную потоку и силу X - понаправлению потока. Пер­вая Y называется подъемной силой, а вторая Q - силой лобового со­противления.

Значения подъемной силы и силы лобового сопротивления определяются формулами

Y = C_y r F ; (12)

Q = C_x r F ; (13)

где F - площадь крыла, м ²;

u - скорость движения крыла, м/сек;

С_у - коэффициент подъемной силы, определяемый из экс­перимента;

С_х - коэффициент сопротивления.

Коэффициенты С_у и С_х зависят от формы профиля крыла иот угла атаки a (угол встре-

чи крыла с потоком). С увеличением a коэффициент С_х непрерывно растет; коэффициент С_у сначала растет, а затем падает. Соответственно изменяются и сила лобового сопротивления и подъемная сила.