Силы, действующие на винт на переднем ходу

При работающем винте, отбрасываемая им струя воды оказывает определенное действие на корпус судна и перо руля, тем самым влияя на устойчивость на курсе и поворотливость судна. Частицы воды при этом движутся не по прямой линии, а образуют вихревой поток в виде спирали.

Рассмотрим как работающий винт правого вращения с четырьмя лопастями влияет на устойчивость и поворотливость судна (рис. 20).

Рис. 20 Силы набрасываемой струи

Лопасть 1 винта при движении по часовой стрелке сверху вниз бросает воду с силой F₁ которая направлена вниз и никакого влияния на смещение кормы в сторону не оказывает. Лопасть 2 бросает воду с силой F₂ на нижнюю часть пера руля и стремиться отклонить корму влево Сила F₃ при движении лопасти 3 снизу вверх направлена вверх и на отклонение кормы в сторону не влияет. Лопасть 4 при движении слева направо бросает воду с силой F4 на верхнюю часть пера руля. Эта сила стремится отклонить корму вправо.

Таким образом на перо руля действуют две противоположно направленные сипы F₂ и F₄ Учитывая, что в нижней части руля гидростатическое давление всегда больше, чем в верхней, то сила F₂ превышает силу F₄ и уклоняет корму влево. Вывод: при вращении винта из-за набрасывания воды на руль возникает ряд сил, которые при своем взаимодействии образуют только одну силу набрасываемой струи F₁ давление которой на руль стремится сместить корму судна влево и изменить его курс вправо. При аналогичном рассмотрении примера с винтом левого вращения вывод будет противоположным, т.е. сила набрасываемой струи F стремится уклонить корму вправо, а курс судна изменить влево. Лопасти вращающегося винта встречают сопротивление воды, которое называется силой реакции (рис. 21).

Рис 21.Силы реакции.

Движению лопасти 1 противодействует сила реакции R₁, которая стремится оттолкнуть лопасть, а вместе с ней и корму судна влево. Сила R₂стремится оттолкнуть лопасть 2 вверх, а следовательно, и поднять корму. Движению лопасти 3 противодействует сила реакции R₃, направленная слева направо и стремящаяся оттолкнуть лопасть, а вместе с ней и корму вправо Сила реакции R₄ направлена вниз и стремится осадить корму.

Таким образом, силы реакции R₂ и R₄ на отклонение кормы в какую-либо сторону влияния не оказывают, но они являются причиной дрожания кормы, которая хорошо наблюдается на быстроходных катерах. В то же время силы R₁ и R₃ оказывают действие на корму, стремясь ее отклонить в противоположных направлениях. В связи с тем, что сила R₃ действует в более плотной среде, ее величина больше силы R₁. Сложив эти две силы получается одна результирующая сила реакции _R1 которая при вращении винта будет стремиться уклонить корму катера вправо, а нос разворачивать влево.

В случае, если на катере установлен винт левого вращения, то сила реакции R будет уклонять корму влево, а нос разворачивать вправо. Кроме сил набрасываемой струи и реакции при движении катера вперед возникает еще и сила попутного потока. На переднем ходу катер своим корпусом вытесняет воду, образуя за кормой разряженное пространство. Вытесненная корпусом вода, обтекая борта, устремляется в это пространство и заполняет его. Поскольку этот процесс во время движения идет непрерывно, то с кормы катера образуется и действует попутный поток воды, называемый попутным следом. Этот поток оказывает непрерывное давление на кормовые обводы судна и на лопасти винта. Максимальную величину сила потока имеет на поверхности воды, а на глубине уровня киля исчезает полностью. Давление потока на кормовые обводы распределяется равномерно и практически никакого влияния на отклонение кормы не оказывает. Этого нельзя сказать о давлении силы потока на лопасти винта. Попутный поток с наибольшей силой Н давит на лопасть, которая находится при вращении винта в крайне верхнем положении (рис. 22).

Рис. 22. Действие силы попутного потока.

Разложив эту силу на составляющие, получается, что сила h по своей величине значительно больше силы i и расположена перпендикулярно к лопасти. Эта сила h и будет уклонять корму влево, а нос вправо. При винте левого вращения на переднем ходу сила попутного потока h будет стремиться уклонить корму вправо, а нос судна влево. Сила попутного потока при движении судна (по инерции или на буксире) оказывает свое действие и тогда, когда винт не вращается. Рассмотренные примеры позволяют сделать заключение, что на устойчивость судна, имеющего передний ход и руль в положении прямо, влияют три силы (рис 23):

• сила набрасываемой струи F;
• сила реакции R;
• сила попутного потока h

Рис. 23. Действие сил на корму судна

Вывод: