Периодические усилия на гребном винте в равномерном поле скоростей

Ранее было показано, что создаваемые гребным винтом при работе в неравномерном поле скоростей упор и момент изменяются во времени. Однако неравномерность не единственная причина, вызывающая периодические изменения усилий на винте. Подобная картина может наблюдаться и в равномерном поле скоростей. Дело в том, что при изготовлении гребного винта неизбежны технологические отступления от чертежа. В результате появляется так называемая неуравновешенность движителя, которая в общем случае может быть механической и гидродинамической. В свою очередь, различают два типа механической неуравновешенности: статическую и динамическую. Первая возникает, когда центр тяжести гребного винта не лежит на его оси, что приводит к появлению центробежной силы, изгибающей гребной вал. Соответствующий момент, постоянный по величине, изменяет свое направление с частотой вращения гребного винта. Статическая неуравновешенность может вызываться разной массой лопастей, различными углами между ними.

Динамическая неуравновешенность может наблюдаться и при отсутствии статической. Она характеризуется тем, что главная ось инерции гребного винта не совпадает с осью его вращения. Причинами этого могут быть смещение отдельных лопастей вдоль ступицы, различные углы наклона образующих разных лопастей к оси винта. В этом случае центробежные силы всех лопастей не лежат в одной плоскости (плоскости диска винта), они также создают постоянный момент, изгибающий гребной вал и изменяющий свое направление с частотой вращения винта.

Завершающий этап изготовления гребного винта — его статическая и динамическая балансировка, в процессе которых механическая неуравновешенность сводится к минимуму, регламентируемому соответствующим стандартом.

Гидродинамическая неуравновешенность появляется из-за того, что размеры, форма и шаговые углы отдельных лопастей неодинаковы. Соответственно будут различаться и действующие на них усилия, что, в свою очередь, приведет к периодически изменяющемуся по направлению изгибающему моменту. Допускаемые техническими требованиями отклонения от чертежа таковы, что гидродинамическая неуравновешенность не оказывает заметного влияния на работу гребного винта. Однако дисбаланс всех рассмотренных видов может возникнуть и в процессе эксплуатации вследствие повреждения гребного винта, неравномерного обрастания и коррозионного износа отдельных лопастей.