Снижение потерь на создание вызванных окружных скоростей

Все способы повышения окружного КПД гребного винта сводятся к утилизации энергии закрученного потока. В этом плане достаточно давно известны и используются контрвинты (контрпропеллеры) — неподвижные конструкции, располагаемые перед винтом либо за ним. В первом случае контрвинт выполняет функции направляющего аппарата, во втором — спрямляющего. В обоих случаях — это несколько (две-четыре) профилированных, обтекаемых потоком с углом атаки неподвижных лопастей, на которых создается дополнительный упор. Контрвинт может увеличивать КПД тяжело нагруженного гребного винта на 10—15%, но только в расчетном режиме. На других режимах эффективность конструкции снижается и может стать отрицательной. Это обстоятельство, а также некоторое ухудшение маневренности и уменьшение КПД гребного винта на заднем ходу существенно ограничивает применение контрпропеллеров.

В середине 60-х гг. западногерманский ученый Грим предложил использовать вращающийся контрпропеллер, установленный за гребным винтом. Эта конструкция, известная под названием направляющего лопастного колеса (НЛК), или просто колеса Грима, получила достаточно широкое распространение. Лопасти свободно вращающегося НЛК спрофилированы таким образом, что колесо работает как гидротурбина на внутренних радиусах (т. е. в закрученной струе гребного винта) и как обычный винт на наружных. НЛК не ухудшает маневренности, улучшает кавитационные и вибрационные характеристики гребного винта и в широком диапазоне скоростей увеличивает его КПД на 7—10%.

В наибольшей степени утилизация энергии закрученного потока достигается в установке, содержащей два соосных гребных винта противоположного вращения. Дополнительные преимущества: возможность обеспечения большого дискового отношения 2(Л_?/Л₀) при умеренной ширине лопасти, более полная утилизация энергии попутного потока (более высокий коэффициент влияния корпуса) и меньший, чем у эквивалентного одиночного винта, оптимальный диаметр.

Пропульсивный коэффициент соосного комплекса превышает таковой у одиночного винта на 15—20%, причем большие значения относятся к слабонагруженным винтам. При С_тл > 3,0 направляющая насадка более эффективна, чем соосные винты. Соосные винты из-за сложности конструкции применялись только на торпедах. Первыми стали использовать такие движители на транспортных судах японские судостроители. Еще в конце 80-х годов соосными гребными винтами они оборудовали два судна — дедвейтом 37 тыс. т и 6 тыс. т. В 1993 г. фирма «Мицубиси» построила танкер дедвейтом 258 тыс. т, на котором установлен 5-лопастной передний винт диаметром 9,9 м с частотой вращения 50,4 об/мин и 3-лопастной задний диаметром 8,8 м (84 об/мин). Расход топлива сократился на 15—20%.

Для обеспечения высоких (v_s > 25 уз) скоростей движения крупнотоннажных транспортных судов необходима большая мощность механической установки. В ряде случаев она не может быть эффективно переработана одним гребным винтом, установка двух винтов по традиционной схеме сопровождается снижением эффективности.

В связи с этим возникла идея создания двухвальных установок, диски винтов которых перекрывают друг друга. При этом воз-

можныдве модификации: когда винты расположены в одной плоскости и когда они сдвинуты в осевом направлении.

Рис. 7.4. Перекрывающиеся гребные винты.

В обоих вариантах расстояние между осями винтов меньше их диаметра, они приближены к ДП, что способствует повышению коэффициента влияния корпуса. Кроме того, в той части, где диски винтов пере-

крывают друг друга, снижаются потери на закручивание потока. Если винты располагаются в одной плоскости, необходима синхронизация их вращения, установка теряет преимущества двухвальной с точки зрения живучести и маневренности.

Второй вариант лишен этих недостатков (рис. 7.4), его необходимо рассматривать как единый комплекс: гребные винты — кормовая оконечность. При рациональном выборе формы последней и оптимальном взаимном расположении винтов пропульсивный коэффициент комплекса может на 5—8% превышать таковой у эквивалентного по упору одиночного винта и быть на 20—25% больше, чем у традиционной двухвальной установки. Недостаточная изученность всех аспектов (виброактивность, кавитационная стойкость) перекрывающихся гребных винтов — причина, по которой сегодня они не находят применения.