Усилия, индуцируемые движительно-рулевым

Комплексом (ДРК)

Общие сведения

В настоящее время применяются десятки различных видов ДРК. Особенно на судах внутреннего и смешанного (река-море) плавания, эксплуатируемых в сложных условиях ограниченного фарватера и требующих повышенных маневренных качеств.

Однако, при таком многообразии все типы ДРК обычно состоят из движителя и средств управления. При этом главным назначением движителя является создание продольной движущей силы, а назначением средств управления – создание поперечной силы.

Продольная составляющая (упор) является следствием образования элементами ДРК тех или иных вихревых систем, сходящих затем вниз по потоку. Ее создание всегда связано с затратами энергии. Образование поперечной составляющей возможно двумя различными путями.

В первом случае поперечная сила развивается на элементах ДРК как подъемная сила на некоторой несущей системе, вокруг которой возникает циркуляция скорости. Роль такой несущей системы обычно выполняют один или несколько рулей. Образование поперечной силы этого вида не требует, как известно, никаких энергетических затрат, кроме затрат на, преодоление сопротивления воды движению системы и момента на баллере руля или на валу ротора. Соответственно на бесконечности за такой несущей системой не индуцируются вызванные скорости (кроме скоса потока, связанного с конечностью размаха несущих поверхностей). Примерами подобной несущей системы могут служить средний руль одновального судна, носовой руль, ротор.

Во втором случае поперечная сила создается как составляющая реакции струи, направленной под некоторым углом к ДП. Образование этой силы связано с затратами энергии на создание струи, т.е. на индуцирование вызванных скоростей на бесконечности за ДРК. Примерами ДРК, образующих поперечную силу такого вида, могут служить крыльчатый движитель, поворотная колонка с открытым гребным винтом, подруливающее устройство.

Большинство современных типов ДРК совмещают оба принципа создания поперечной силы, образуя ее путем отклонения струи движителя и за счет подъемной силы, развивающейся на несущих поверхностях.

При исследованиях, обычно принимают , что поток от винта имеет цилиндрическую форму, диаметром равным диаметру винта ( )

Гребные винты, используемые в качестве движителей судна, обеспечивают ему необходимую ходкость, влияют на его инерционные характеристики и управляемость. По числу гребных винтов судна подразделяются на одновинтовые, двухвинтовые, трехвинтовые и четырехвинтовые (последние встречаются редко).

Маневренные возможности винтового судна во многом зависят от числа винтов и их конструкции. Как правило, чем больше винтов имеет судно, тем лучше его маневренные качества . Одновинтовые суда по сравнению с многовинтовыми в общем случае имеют более высокий пропульсивный КПД. Однако управление такими судами в стесненных условиях (например, в узкостях, при выполнении швартовных операций, во льдах и т.п.) намного сложнее. Кроме того, на крупнотоннажных судах с повышенными скоростями технически затруднительно сосредоточить требуемую большую мощность на одном валу. По конструкции гребные винты могут быть различными 2, 3-х, 4-х, 5 лопастными. По этому показателю они характеризуются дисковым отношением. Дисковое отношение (Q_в )- отношение площади всех лопастей винта в проекции на диск винта к площади окружности, описываемой крайними точками лопастей. (Для винтов морских судов Q_в = 0,55 0,8 ,для речных-0,5-0,67,) . На судах речного флота устанавливают преимущественно четырехлопастные винты фиксированного шага (ВФШ) , которые в зависимости от направления вращения разделяются на винты правого и левого вращения (шага). Винт правого вращения судна, идущего передним ходом, вращается по часовой стрелке, винт левого вращения – против часовой стрелки, если смотреть с кормы в носовую часть судна.

На морских транспортных судах применяются также винты регулируемого шага (ВРШ). В отличии от обычных ВФШ ВРШимеют в ступице приводной механизм, разворачивающий лопасти в любое нужное положение между наибольшим шагом переднего хода через положение нулевого упора до наибольшего шага заднего хода. Такое устройство ВРШ позволяет без изменения направления и частоты вращения двигателя менять как направление так и величину упора гребного винта. Т.е. при перемене режима работы винта с переднего на задний ход винт правого шага становится винтом левого шага и наоборот. На транспортных судах наибольшее распространен получила гидравлическая система ВРШ, в которой лопасти плавно разворачиваются с полного переднего на . полный задний ход на угол 40—50°, при этом время разворота лопастей занимает всего 5—10 с. Использование ВРШ позволяет повысить к.п.д. двигателя. В отличии от ВФШ, который имеет максимальный коэффициент полезного действия (КПД) только при скорости полного переднего хода, ВРШ позволяет за счет дистанционного поворота лопастей менять шаг винта и получать максимальный КПД при любом режиме движения без реверсирования главного двигателя. Шаг винта ( )- расстояние, проходимое любой точкой винта в направлении оси вращения за один оборот, если винт будет вращаться в твердой среде (как болт в гайке). Как следствие, ВРШ создает значительно больший упор на малых скоростях и особенно при работе на задний ход. Это позволяет сократить время и длину тормозного пути судна на 40÷50 %.

К недостаткам ВРШ можно отнести сложность конструкции, что дает меньшую надежность эксплуатации винта и валопровода, а также то, что при нулевом положении лопастей, соответствующему режиму «стоп» для ВФШ резко ухудшается управляемость судна.

Гребной винт представляет собой систему лопастей (обычно от 2-х до 5-ти), каждая из которых является участком винтовой поверхности. Вращающийся гребной винт на движущемся судне совершает одновременно поступательное движение со скоростью судна относительно невозмущенной воды и вращательное движение с угловой скоростью частота вращения винта, об/с).