Элементы и геометрические соотношения гребного винта
К основным элементам гребного винта относятся : d — диаметр гребного винта; z — число лопастей; А — площадь круга, описываемая гребным винтом; Ас — суммарная площадь спрямленной поверхности всех лопастей винта; dc—диаметр ступиц; hz — геометрический шаг гребного винта.
Геометрический шаг гребного винта представляет расстояние, на которое переместился бы гребной винт за один полный оборот в твердой неподатливой среде, например в гайке (рис. 141). Напротив, вода является податливой средой и при малейшем давлении на нее отступает.
Поэтому винт в воде за один оборот проходит меньше, чем в гайке расстояние, которое называют действительным шагом или поступью гребного винта. Разность между геометрическим шагом и поступью называют скольжением. Однако при расчетах шага гребного винта пользуются не величиной скольжения, а так называемым относительным скольжением S0.
Ориентировочные величины относительного скольжения для гребных винтов самоходных моделей — от 0,2 до 0,3, для винтов скоростных радиоуправляемых моделей — от 0,1 до 0,15, для винтов скоростных кордовых моделей — от 0,15 до 0,20.
Рис. 141. Шаг, поступь и скольжение гребного винта.
При расчете гребных винтов особое значение имеет правильный выбор шагового отношения гребного винта, являющегося одной из его важнейших гидродинамических характеристик. Шаговое отношение гребного винта р определяет режим работы винта и двигателя и характеризуется отношением геометрического шага винта hг к диаметру винта d, т. е.
В зависимости от назначения гребного винта для модели величину шагового отношения гребного винта выбирают в пределах от 0,4 до 3,0. Чем больше скорость модели и число оборотов двигателя, тем большую величину р следует выбирать. Например, для винтов самоходных моделей с масштабной скоростью р должно быть в пределах 0,4— 0,7, для скоростных радиоуправляемых моделей с электродвигателями — 0,6—1,0, для тех же моделей с двигателями внутреннего сгорания — 1,0—1,3, а у винтовых скоростных кордовых моделей она достигает величины 2,6—2,9.
Одной из характеристик гребного винта, показывающей отношение площади всех лопастей гребного винта Ad к площади окружности А, диаметр которой равен диаметру гребного винта, является так называемое дисковое отношение винта, или отношение площадей Ad
С увеличением дискового отношения увеличивается средняя ширина лопасти винта. Дисковое отношение изменяется в пределах от 0,2 до 1,2. Если величина дискового отношения больше единицы, значит суммарная площадь всех лопастей больше площади диска винта и лопасти перекрывают одна другую (рис. 142). Чем меньше число оборотов двигателя и меньше скорость модели, тем большим должно быть дисковое отношение. Например, если для винтов к самоходным моделям дисковое отношение может быть в пределах 0,5—0,8, то у винтов к скоростным кордовым моделям оно не более 0,2—0,25. С уменьшением дискового отношения к.п.д. винта при прочих равных условиях у скоростных моделей растет.
Рис. 142. Гребные винты с дисковым отношением больше единицы.
Относительный диаметр ступицы, т. е. отношение диаметра ступицы к диаметру винта
должно быть не больше 0,5—0,2.
С увеличением диаметра ступицы упор и к.п.д. винта снижаются за счет увеличения трения ступицы о воду. Длина ступицы должна быть такой, чтобы боковая проекция лопастей полностью размещалась на ступице. В местах крепления кромки лопастей следует делать скругленными, обеспечивающими плавность перехода от лопасти к ступице.
Отношение диаметра гребного винта d к осадке Т для самоходных моделей с масштабной скоростью должно быть выбрано в пределах 0,5—0,6. Для радиоуправляемых скоростных моделей это отношение соответствует 1,2—1,4. По величинам этих отношений можно ориентировочно определить диаметр винта для указанных моделей: d = (0,5-0,6)T
Меньшие величины этих отношений берут для тихоходных, а большие — для быстроходных моделей. Например, для винта пассажирского судна можно принять
а для винтов крейсера, эсминца — 0,6. Диаметры гребных винтов для скоростных кордовых моделей можно рекомендовать следующие: к модели с двигателем внутреннего сгорания объемом цилиндра 2,5 см3 от 40 до 50 мм, с двигателем 5 см3 от 45 до 55 мм, с двигателем 10 см3 от 60 до 70 мм.
Рис. 143. Формы контуров лопастей.
Форму контуров лопастей гребных винтов выбирают в зависимости от типа судна, скорости хода, осадки и числа оборотов двигателя. Они могут быть симметричными и несимметричными (рис. 143). На практике для винтов всех моделей (кроме скоростных кордовых) чаще выбирают эллиптическую форму лопастей с плоско-выпуклым сегментным сечением.
У узколопастных винтов для скоростных кордовых моделей рекомендуют саблевидную форму лопасти с антикавитирующим (клювообразным) профилем сечения. Наибольшую ширину лопасти у эллиптических контуров делают около 0,7; а у саблевидных контуров — 0,6 от максимального радиуса винта.
Причем максимальную ширину лопасти для винтов скоростных кордовых и скоростных радиоуправляемых моделей с двигателями внутреннего сгорания рекомендуют брать порядка 0,2 — 0,25 d, а для винтов всех остальных моделей (0,3-0,35) d.
Рис. 144. Изменение толщины лопасти.
Толщину лопасти от корня к ее концу следует постепенно уменьшать так, чтобы образующая винтовой поверхности лопастей была прямой линией, которую можно отклонить в корму или в нос на 10—15° от вертикали оси винта (рис. 144). Такое отклонение лопастей к корме делают на одновинтовых моделях с целью увеличения зазора между винтом и корпусом.
У высокооборотных гребных винтов (скоростных кордовых и скоростных управляемых моделей) лопасти следует ставить под прямым углом к оси, чтобы устранить вредное влияние центробежных сил инерции, которые могли бы изогнуть и даже отломить лопасти от ступицы.
Гребные винты с лопастями, уширенными у концов (рис. 143, Би Д), создают больший упор, но и потребляют большую мощность. К.п.д. таких винтов несколько ниже. Лопасти с уширенными концами и эллиптические с максимальной шириной более 0,35 d можно использовать на моделях с двигателем до 3000 об/мин.
Таким образом, для обеспечения высокого к.п.д. винта концы лопастей его должны быть не слишком широкими и не слишком узкими. Обычно рекомендуют для эллиптических винтов 0,35 d, а у саблевидных 0,3 d (рис. 143, А и Г).