Влияние гребного винта на управляемость одновинтового судна.

Влияние гребного винта фиксированного шага (ВФШ) и руля на управляемость судна

Основное назначение гребных винтов - это создание силы тяги для поступа­тельного движения судна с определенной скоростью. Для этого необходимо соз­дать движущую силу, преодолевающую сопротивление движению. Движущая сила создается работающим винтом, который, как и всякий механизм, часть энергии тратит непроизводительно.

Полезная мощность, необходимая для преодоления сопротивления, опреде­ляется формулой

N_n = RV,

где R — сила сопротивления; V— скорость движения.

Отношение полезной мощности к затрачиваемой называется пропульсивным коэффициентом комплекса корпус - движитель. Пропульсивный коэффициент ха­рактеризует потребность судна в энергии, необходимой для поддержания заданной скорости движения.

Максимальная тяга винта развивается в швартовном режиме (в случае, когда судно стоит на швартовых, а его машине дали полный передний ход). Эта сила примерно на 10 % больше тяги винта в режиме полного хода. Сила тяги винта при работе на задний ход для различных судов составляет примерно 70—80 % от тяги винта в режиме полного хода.

На судах морского флота преимущественно установлены четырехлопастные винты (рис. 1.3). В зависимости от направления вращения они разделяются на вин­ты правого и левого вращения (шага). Винт правого вращения у судна, идущего передним ходом, вращается по часовой стрелке, винт левого вращения — против часовой стрелки.

Одновинтовые суда чаще всего имеют винты правого вращения; двухвинто­вые с левого борта — винт левого вращения, с правого — правого вращения.

При вращении гребной винт образует за кормой струю воды, закрученную в сторону его вращения (рис. 1.4). Совершенно очевидно, что этот спиральный вих­ревой поток воды действует на перо руля и корпус, оказывая влияние на управляе­мость судна.

Рассмотрим качественную сторону этого влияния при совместной работе винта и руля при различных ходах и положениях пера руля (рис. 1.6).

Судно неподвижно относительно воды. Перо руля находится в диаметральной плоскости. Как только машине будет дан ход вперед и винт начнет вращаться, нос судна вначале будет незначительно уклоняться влево. Объяснить это можно тем, что при малых оборотах винт своими развернутыми лопастями как бы загребает воду и забрасывает корму вправо, а нос идет влево.

По мере увеличения оборотов винта нос судна установится на первоначаль­ный курс и затем уклонится вправо. Происходит это потому, что при работе винт набрасывает воду на перо руля, причем струя воды, набрасываемая винтом на ниж­нюю часть руля, создает гидродинамическое давление, которое уклоняет корму влево, а нос — вправо. Следовательно, при работе винта правого шага вперед, при положении «прямо руль», нос судна в конечном итоге уклоняется в сторону вра­щения винта.

Судно имеет ход вперед, винт работает назад. Руль прямо. Винт одновинтового судна, начавший вращаться на задний ход, своими разверну­тыми лопастями как бы загребает воду с левой стороны, обтекает правый борт и, оказывая на него давление, заставляет корму разворачиваться влево, а нос — впра­во.

Судно имеет ход назад, винт работает назад. До тех пор, пока судно не приобретет достаточную скорость заднего хода, положение пера руля на поворотливость судна влияния не оказывает. Как отмечалось ранее, на поведение судна оказывает влияние струя воды от винта, направленная в правую часть обво­дов корпуса, вследствие чего нос судна идет вправо.

Как только судно разовьет определенную скорость заднего хода и перо руля будет находиться в массе встречного потока воды, образованного движением суд­на, положение пера может заставить судно пойти кормой в сторону переложенного руля. В этом случае на руль будут действовать две силы: сила встречной воды, воз­никающая от движения судна назад, и сила всасываемой струи, порождаемая заса­сывающим действием винта при его работе на задний ход (рис. 1.5).

Одновинтовые суда слушаются руля на заднем ходу лучше, когда винт не работает и судно движется назад с наибольшей скоростью. Однако рассчитывать на непогрешимость работы руля одновинтового судна на заднем ходу (особенно для поворота носа судна влево) можно только в штилевую погоду при достаточной осадке.

Судно имеет ход назад, винт работает вперед. При положении «прямо руль» нос судна может уклоняться или вправо, или влево (обычно вправо). При положении «право на борт» нос судна уклоняется вправо. При положении «ле­во на борт» нос судна уклоняется влево. Струя воды от гребного винта создает гид­родинамическое давление на перо руля значительно большей силы, чем от встреч­ного потока при движении судна назад.

Из всего сказанного можно сделать следующий вывод, что судно, двигаю­щееся передним или задним ходом, круче и быстрее разворачивается в сторону ша­га винта.

Поведение одновинтовых судов при комбинированной работе руля и винта правого вращения в штилевую погоду приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Влияние гребного винта регулируемого шага (ВРШ)
и руля на управляемость судна

Винт регулируемого шага — это гребной винт, у которого регулируется угол разворота лопастей. Лопасти такого винта разворачиваются специальным ме­ханизмом в любое положение в диапазоне «полный вперед — стоп—полный на­зад», т. е. в зависимости от степени разворота лопастей, не изменяя работы главно­го двигателя, судну можно придать или движение вперед, или остановиться на мес­те, или создать движение назад.

При эксплуатации всех видов ВРШ применяется принципиально одинаковая система управления. Гидравлическая система управления ВРШ дает возможность

широко использовать в качестве главного двигателя нереверсивные силовые уста­новки (турбины, дизели большой мощности и т. д.).

Внедрение ВРШ на судах позволяет улучшить маневренные качества судов. К ним в первую очередь относится уменьшение тормозного пути (за счет быстрого перевода лопастей винта на режим работы заднего хода) и периода торможения. Гашение инерции начинается почти немедленно после дачи команды «Полный на­зад» (отдельные суда с полного хода останавливаются за 1 минуту при тормозном пути 1-1,5 корпуса). На судах с ВРШ облегчается выполнение многих видов ма­невров при съемке с якоря и постановке на якорь, при швартовке судна к причалу и лагом к другому судну, при расхождении судов для предотвращения столкновений и т. д. Для выяснения влияния ВРШ на управляемость судна рассмотрим различ­ные режимы его работы.

Судно неподвижно относительно воды. Руль прямо. При даче переднего хода корма уклоняется влево, а нос идет вправо.

При перекладке руля вправо или влево судно будет уклоняться в сторону пе­реложенного руля.

С разворотом лопастей в диапазоне переднего хода меняется сила попутного потока и сила набрасываемой струи от винта на руль, в результате чего будет изме­няться скорость движения судна вперед, а следовательно, и управляемость.

Судно имеет ход вперед, винт работает назад. Руль прямо. Струя от винта (вращающегося в прежнюю сторону, но имеющего повернутые ло­пасти, соответствующие заднему ходу) будет действовать не в правый подзор, как у фиксированного винта, а в левый, уклоняя корму вправо, а нос - влево. Уклоне­ние кормы вправо будет увеличиваться еще за счет того, что сила набрасываемого спирального потока начнет действие на перо руля и кормовой подзор слева. До­полнительно сила попутного потока будет воздействовать на винт, уклоняя также корму вправо. Под суммарным воздействием этих сил корма резко пойдет вправо, а нос — влево.

Судно имеет ход назад, винт работает назад. При установив­шемся движении судна назад и положенном прямо руле на поведение судна оказы­вает влияние струя воды от винта ВРШ, которая действует в левый подзор, откло­няя постоянно корму вправо.

Судно имеет ход назад, винт работает вперед. При переходе с заднего хода на передний (реверс ВРШ) основное влияние на судно будет оказывать струя от винта, набрасываемая на руль справа, в результате корма пойдет влево, а нос - вправо. При перекладке руля влево или вправо нос судна всегда будет уклоняться в сторону переложенного руля.

Анализ эксплуатационной деятельности судов с ВРШ показывает значитель­ные преимущества их перед судами с фиксированными винтами, так как ВРШ:

- дает возможность изменять направление движения судна без изменения на­правления вращения винта, что важно при нереверсивных двигателях;

- позволяет применять дистанционное управление ходами с мостика;

- дает возможность сократить время на реверс судна до 30 %;

- увеличивает моторесурс дизельных установок уменьшением числа реверсов двигателя;

- дает возможность использовать при торможении полную мощность двигате­ля на заднем ходу.

Градация ходов

Самый малый передний ход (Dead slow ahead) - минимальные устойчивые обороты, при которых двигатель не глохнет (~ 25% ППХ).

Малый передний ход (Slow ahead) - обороты двигателя, устанавливаемые после диапазона критических оборотов, и соответствующая им скорость хода судна (~ 50% ППХ).

Средний передний ход (Half ahead) - обороты двигателя, при которых обеспе­чивается половина мощности двигателя (подача топлива на середине) и соответст­вующая им скорость хода (~ 75% ППХ).

Полный передний маневренный ход (Full manoeuvring ahead) - полные обороты двигателя при работе на легком топливе (дизельное топливо) в маневренном режи­ме (- 90% ППХ).

Полный передний ход ходового режима (Full ahead for sea) - номинальные полные обороты двигателя при работе на тяжелом топливе - мазуте, при которых двигатель может работать «вечно» при должном техническом обслуживании, и со­ответствующая им скорость хода.

Самый полный передний ход (Emergency full ahead or Full ahead overall)- крат­ковременный режим работы двигателя, который может быть применен в практике управления судном только в аварийных ситуациях.