Коэффициент полезного действия

Эффективность работы гребного винта оценивается величиной его КПД, т. е. отношения полезно используемой мощности к затрачиваемой мощности двигателя. Полезная мощность или ежесекундное количество работы, используемой непосредственно для движения аппарата вперед, равно произведению сопротивления воды R движению аппарата на его скорость V ( ).

Мощность, затрачиваемую на вращение гребного винта, можно выразить в виде зависимости от крутящего момента М и частоты вращения

Следовательно, КПД можно вычислить следующим образом:

Однако следует еще учесть взаимовлияние корпуса и винта. При работе гребной винт захватывает и отбрасывает в корму значительные массы воды, вследствие чего скорость потока, обтекающего кормовую часть корпуса повышается, а давление падает. Этому сопутствует явление засасывания, т. е. появление дополнительной силы сопротивления воды движению аппарата по сравнению с тем, которое оно испытывает при буксировке. Следовательно, винт должен развивать упор, превышающий сопротивление корпуса на некоторую величину

(кг)

Здесь t - коэффициент засасывания, величина которого зависит от скорости движения аппарата и обводов корпуса в районе расположения винта.

В свою очередь и корпус аппарата, образуя попутный поток, уменьшает скорость потока воды, натекающей на гребной винт. Это учитывает коэффициент попутного потока W:

Значения W нетрудно определить по данным, приведенным выше.

Таким образом, полезная мощность с учетом взаимовлияния корпуса и винта равна

(кгсм/с),

а общий пропульсивный КПД комплекса аппарат - двигатель - гребной винт вычисляется по формуле:

Здесь η_p - КПД винта; η_k - коэффициент влияния корпуса; η_M - КПД валопровода и реверс-редукторной передачи.

Максимальная величина КПД гребного винта может достигать 70-80%, однако на практике довольно трудно выбрать оптимальные величины основных параметров, от которых зависит КПД: диаметра и частоты вращения. Поэтому на малых судах КПД реальных винтов может оказаться много ниже, составлять всего 45%.

Максимальной эффективности гребной винт достигает при относительном скольжении 10-30%. При увеличении скольжения КПД быстро падает; при работе винта в швартовном режиме он становится равным нулю. Подобным же образом КПД уменьшается до нуля, когда вследствие больших оборотов при малом шаге упор винта равен нулю.

Коэффициент влияния корпуса нередко оказывается больше единицы, а потери в валоприводе оцениваются величиной .

Диаметр и шаг винта.

Элементы гребного винта для конкретного аппарата можно рассчитать, лишь располагая кривой сопротивления воды движению данного аппарата, внешней характеристикой двигателя и расчетными диаграммами, полученными по результатам модельных испытаний гребных винтов, имеющих определенные параметры и форму лопастей. Для предварительного определения диаметра винта можно воспользоваться формулой

где - мощность, подводимая к винту, с учетом потерь в редукторе и валоприводе, л.с.; n - частота вращения гребного вала, об/с; v_a - скорость встречи винта с водой, определенная с учетом коэффициента попутного потока w.

Диаметр гребных винтов, полученный как по приближенной формуле, так и с помощью точных расчетов, обычно увеличивают примерно на 5% с тем, чтобы получить заведомо тяжелый винт и добиться его согласованности с двигателем при последующих испытаниях аппарата. Для "облегчения" винта его постепенно подрезают по диаметру до получения номинальных оборотов двигателя при расчетной скорости. Шаг винта можно ориентировочно определить, зная величину относительного скольжения s для данного типа аппарата и ожидаемую скорость лодки:

Оптимальная величина скольжения для винтов, имеющих шаговое отношение H/D<1.2 составляет s=0.14÷0.16; для винтов имеющих H/D>1.2, s=0.12÷0.14.