Выбор основных элементов поворотной направляющей насадки для толкачей
(рис. 5-VIII). DH=1,02DB b = 1,10 - 1,16;
lH / DH = 0,8 — угол конусности, приблизительно равный 8—9°; коэффициент раствора насадки
где (Те—нагруженность комплекса винт-насадка, соответствуй-щая максимально достижимому упору.
Оптимальное значение ос находится в пределах 1,20—1,35, причем меньший предел соответствует большей мощности толкача.
(см. рис. 5-VIII).
Относительная толщина сечения профиля d= 13,5%. Размеры стаби лизатора
Стабилизатор выполняется обтекаемого профиля, с относительной толщиной сечения D= 12%. Обтекатель стабилизатора представляет собой симметричный профиль, наибольшая толщина сечения которого
где dст — средний диаметр ступицы гребного винта.
Рис. 5-VIII. Обозначения элементов поворот» ной насадки
Определение коэффициента нагрузки гребного винта Оеи коэффициента аксиальной вызванной скорости гребного винта и насадки а. Скорость натекания потока на гребной винт
(14-VIII)
где v — скорость движения состава в м/сек;
wт—суммарный коэффициент попутного потока при толкании, который определяется по формулам Э. Э. Папмеля, видоизмененным А. М. Васиным.
Для толкача без состава
(15-VIII)
гдеd — коэффициент полноты водоизмещения толкача;
V — водоизмещение толкача в т;
DB — диаметр винта в м;
х — число гребных винтов. Для толкача с составом барж
(16-VIII)
где yt — среднее значение коэффициента попутного потока трения в районе движителя
(17-VIII)
(18-VIII)
(19-VIII)
(20-VIII)
где t—коэффициент засасывания насадки, имеющий отрицательное значение и определяемый по графику проф. А. М. Ба-сина (рис. 6-VIII). Коэффициент аксиальной вызванной скорости
(21-VIII)
Определение гидродинамических сил и моментов на поворот ной насадке. Гидродинамические силы и моменты, возникающие при перекладке изолированной поворотной насадки без стабилизат ора, определяют по экспериментальным графикам.
Из имеющихся пяти типов поворотных насадок с различными удлинениями 1я/0» в настоящее время на проектируемых и строящихся толкачах средней и большой мощности принимается нас адка № 5, так как она имеет наибольшее относительное удлинение, что
положительно влияет на управляемость. Коэффициент раствора насадки a = 1,2, отношение xб/ lH равно 40%, относительное удлинение lH /Dн= 0,8. Подробные данные приведены в работе Л. А. Семенова «Теория и расчет поворотных направляющих насадок». На приводимом из этой работы рис. 7-VIII приведены геометрические характеристики насадки № 5. Гид-динамические характери-•ики Сx, Су, Сm той же наcaдки для переднего хода да-л на рис. 8-VIII, для задне-> хода на рис. 9-VIII.
Рис. 6-VIII. График для определения коэффициента засасывания t в зависимости от коэффициента раствора насадки а
Рис. 7-VIII. Геометрические характеристики поворотной насадки № 5
Если рассчитываемая насадка имеет относительное удлинение, отличное от 0,8, то следует обратиться к работе Л. А. Семенова, где даны необходимые рекомендации.
Для заднего хода коэффициент аксиальной вызванной скорости а должен определяться исходя из скорости и упора заднего хода.
Коэффициент рулевой силы
(22-VIII)
Гидродинамические силы и моменты при перекладке поворотной насадки без стабилизаторов, определяют по следующим формулам. Сила лобового сопротивления
(23-VIII)
боковая сила
(24-VIII)
рулевая сила
(25-VIII)
Момент на баллере
(26-VIII)
где Sн — площадь эффективно используемой боковой поверхности насадки в м2;
(27-VIII)
здесь Dcp — средний расчетный диаметр насадки;
Ks — коэффициент, представляющий собой отношение используемой поверхности насадки к ее полной поверхности, для насадок новых толкачей равный 0,85—0,90.
Насадка без стабилизатора при переднем ходе самопроизвольно увеличивает угол перекладки и неустойчива, т. е. момент на баллере насадки отрицателен.
Для придания насадке устойчивости и уменьшения отрицательного момента на баллере при переднем ходе у ее выходного отверстия устанавливают обтекаемый стабилизатор, который к тому же улучшает действие насадки как рулевого устройства.
При повороте насадки ее стабилизатор располагается под некоторым углом к направлению потока, выходящего из насадки, так как угол отклонения потока меньше угла поворота самой насадки.
Разность указанных углов составит угол атаки, под которым работает стабилизатор, т. е.
(28-VIII)
где а — угол перекладки насадки;
ac — угол скоса потока за насадкой, значение которого можно определить по формуле инж. Н. А. Петрова
(29-VIII)
где Dcp—средний расчетный диаметр насадки;
dB — наименьший внутренний диаметр насадки;
Vs—относительная величина скорости потока, выходящего из насадки;
для переднего хода
(30-VIII)
для заднего хода
(31-VIII)
где — коэффициент расширения насадки для заднего хода.
PHC.O-VIII. Гидродинамические характеристики коэффициентов насадки № 5 для заднего хода:
а—силы лобового сопротивления С насадки на заднем ходу:
б — подъемной силы Су насадки на заднем ходу; в—момента Сд, на заднем ходу
После определения угла атаки Д<х дальнейший расчет добавочных сил и моментов от стабилизатора производят так же, как для рулей (см. § 2-VIII) в функции от угла Дст.
Безразмерные гидродинамические коэффициенты стабилизаторов С,., Су, С„, и Сд снимают с графиков рис. 2-VIII.
Гидродинамические силы и моменты, возникающие на стабилизаторе при ходе вперед, определяют по формулам:
(32-VIII)
(33-VIII)
(34-VIII)
(35-VIII)
где
(36-VIII)
(37-VIII)
fc — площадь стабилизатора в -и2;
I’ — отстояние передней кромки стабилизатора от оси баллера поворотной насадки в м;
L’ — отстояние центра давления потока на перо стабилизатора от его передней кромки в м;
L1 — плечо рулевой силы Рп. с относительно оси баллера насадки в м.
За расчетную скорость потока, обтекающего стабилизатор, принята скорость
(38-VIII)
Определенные раздельными расчетами гидродинамические силы и моменты, действующие на насадку и на стабилизатор, алгебраически суммируют, пользуясь следующими формулами. Сила лобового сопротивления
(39-VIII) боковая сила
(40-VIII) суммарная рулевая сила
(41-VIII)
момент на баллере
(42-VIII)
где b — коэффициент влияния корпуса, который для толкачей с кормовыми обводами полутуннельного типа можно ориентировочно принять равным 0,70.
При расчете поворотной насадки на заднем ходу принимается скорость, равная г/з скорости переднего хода w = 0,03—0,04. s определяется по формуле (19-VIII); sр — по формуле (20-VIII). Значение t следует определять по графику А. М. Басина (см. рис. 6-VIII) с учетом коэффициента расширения насадки b. При расчете сил и моментов на стабилизаторе для заднего хода за расчетную скорость потока, обтекающего стабилизатор, принимают
(43-VIII)
где Кз — коэффициент уменьшения вызванной скорости на заднем
ходу, равный 0,8—0,9.
Момент на баллере насадки и момент, создаваемый стабилизатором при расчете для судна, работающего на задний ход, суммируются арифметически.