Гребной винт

[Craus]

Как ни странно, даже там, где мотор в большом почете, не всегда уделяется необходимое внимание гребному винту. Это весьма неразумно, ведь правильно подобранный винт является важнейшим фактором, влияющим на эффективность приложения мощности двигателя. Другими словами: чем менее продуктивно работает гребной винт, тем больше мощности мотора нужно для достижения требуемого результата и наоборот.

В парусном яхтинге — основное внимание уделяется использованию дизелей как вспомогательных двигателей. Поэтому, кроме эффективности работы гребного винта у него есть еще один важный аспект, как обратная сторона медали.

Влияние гребного винта на потерю скорости под парусами

Большинство шкиперов круизных яхт находили в себе силы (а чаще — просто по незнанию) игнорировать нежелательное торможение и потерю скорости под парусами, к чему неизбежно ведет волочащийся гребной винт с фиксированными лопастями. В гоночный кругах к этому относились более болезненно и знали, что такое положение вещей равнозначно буксировке ведра и приводит к потере половины узла скорости хода, как минимум.

Ситуация была еще более-менее терпимой на длиннокилевых яхтах, где двухлопастной винт прятался в апертуре между задней кромкой киля и рулем. Но появление плавниковых килей и отдельно стоящих рулей добавило скорости яхтам, и борьба с торможением привела к гребным винтам с подвижными лопастями.

По разным причинам достаточно большое количество современных парусных яхт снабжены гребными винтами с фиксированными лопастями. Производители редукторов беспокоясь о продлении срока службы своих изделий, рекомендуют стопорить гребной вал на ходу под парусами. Шкипер, выбирающий собственное отношение к этой рекомендации, должен знать, что застопоренный фиксированный винт увеличивает общее сопротивление корпуса на 30%, вращающийся только на 15%, хотя и это не мало!

Характеристики гребного винта

По установившейся традиции исторического контекста следует заметить, что ДО НЕДАВНЕГО ВРЕМЕНИ применяемые на яхтах гребные винты со складывающимися или поворотными в нерабочем положении лопастями обладали низким коэффициентом полезного действия. Как следствие — необходимость повышения мощности двигателя, что, в свою очередь выливалось в увеличение веса, расхода топлива и денег. Такое увеличение мощности выражалось нешуточными 30-50% от мощности мотора,
снабженного традиционным винтом с фиксированными лопастями.

Подобно тому, как колеса автомобиля различаются шириной шины, диаметром диска, высотой профиля и другими параметрами, гребные винты тоже имеют ряд характеристик, основными из которых являются:

1. Тип и количество лопастей. На парусных яхтах можно встретить три типа гребных винтов: фиксированный (fixed prop) с лопастями, жестко закрепленными на ступице, складной (folding prop) с лопастями, складывающимися в сторону кормы под напором воды на ходу под парусами и поворотный (feathering prop) с лопастями, которые при отсутствии вращения винта гребным валом разворачиваются во флюгерное положение вдоль потока воды, резко уменьшая сопротивление. На парусных яхтах обычное число лопастей гребного винта — 2-3, на моторных — 3-5 лопастей фиксированного винта.

2. Диаметр винта (diameter) — диаметр круга, который описывают крайние точки лопастей гребного винта. Как правило, диаметр винта прямо пропорционален мощности двигателя и обратно пропорционален частоте вращения гребного вала. Начальным значением для выбора диаметра гребного винта парусной яхты может служить величина 0,037 — 0,045 от длины корпуса по ватерлинии. Обычно измеряется в дюймах.

3. Шаг винта (pitch) — величина поступательно перемещения винта вдоль оси вращения за один оборот, если представить его в твердой среде, не допускающей проскальзывания. Аналогичное понятие — глубина вкручивания шурупа в доску за один оборот. Разумеется, что в воде перемещение винта будет меньше его указанного шага, но это обозначение, выраженное в дюймах, вслед за диаметром клеймом выбивается на ступице винта и отличает его от других, внешне на него похожих.

Так, если на винте читается 16×11, это значит, что винт имеет диаметр 16 дюймов и его шаг составляет 11 дюймов. Интересно, что, если при замене винта нет возможности найти аналогичный, то сгодится такой, у которого сумма диаметра и шага равна оригинальному: т.е. винт 16×11 можно заменить винтом 15×12.

4. Направление (the hand) и скорость вращения. Винт считается «правым», если на переднем ходу он вращается по часовой стрелке, при взгляде на судно с кормы. Любой винт имеет диапазон оборотов, в котором он работает наиболее эффективно. При подборе винта учитываются номинальные обороты двигателя и передаточное число редуктора. Превышение нормальной частоты вращения гребного винта вызывает явление кавитации (газообразования), что снижает его работоспособность и создает условия для разрушения поверхности лопастей.

Вышеприведенные параметры достаточны для обычного пользователя, который должен знать какой винт стоит на его яхте и какие могут быть варианты. Профессионалы оперируют еще такими характеристиками, как проскальзывание винта (slip), изменение угла атаки по длине лопасти — скручивание (blade twist), соотношение площади лопастей к площади круга вращения винта (blade area ratio — BAR или disk area ratio — DAR), и некоторыми другими.



1. Axiom



2. Vetus



3, 4 Flexofolld

5. Gori



6, 7 Slipstream



8. Varifold



9. Radice



10.Volvo



11. Autoprop



12. Autostream



13. Featherstream



14. Kiwi



15, 16 Max prop



17. Variprofile



18. J-prop

Несколько лет назад британскими специалистами были проведены испытания различных типов гребных винтов для выявления сравнения их достоинств и недостатков. В качестве базового судна была выбрана обычная круизная яхта Beneteau Oceanis 323 с двигателем мощностью 21 л.с. при 3,600 об/мин. Редуктор двигателя имел передаточное отношение 2,6:1 вперед и 3:1 назад. Для испытаний были взяты:

• винты с фиксированными лопастями (в таблице — на желтом фоне)
• винты со складывающимися лопастями (зеленый фон)
• винты с поворотными лопастями (голубой фон):

Проводились измерения следующих параметров:

• «упор винта» — тяговое усилие на переднем и заднем ходу;
• «боковое усилие», вызванное так называемым эффектом винта при изменении направления вращения винта, этот параметр выражен в процентах к тяге на заднем ходу;
• максимальная скорость хода;
• время полной остановки яхты при включении реверса на скорости 6 узлов.

Данные, полученные в ходе испытаний, сведены в таблицу.



Анализ результатов испытаний гребных винтов

До недавнего времени считалось, что фиксированные винты дешевле, надежнее и эффективнее. Цифры в таблице серьезно пошатнули эти утверждения.

УПОР ВИНТА

Передний ход. Быстрые винты обычно имеют больший упор и наоборот. Однако, только один — трехлопастной Flexofold развил упор, больший, чем стандартный фиксированный винт.

Задний ход. Три винта оказались способны развить больший упор, чем стандартный: два со складными лопастями и один с фиксированными. Практически все винты с поворотными лопастями на заднем ходу работают лучше складных с почти двукратным превосходством лучшего над худшим.

БОКОВОЕ УСИЛИЕ

Три винта в тесте показали меньшее боковое усилие, чем стандартный винт. Но практически все складные винты уводят корму меньше, чем поворотные.

СКОРОСТЬ

Разница в скорости под разными винтами — более половины узла. Четыре складных и один поворотный показали большую скорость, чем стандартный. Примечательно, что три из четырех складных — двухлопастные, это противоречит распространенному мнению, что трехлопастные быстрее.



ВРЕМЯ ОСТАНОВКИ

Практически все поворотные винты оказались эффективнее стандартного в вопросе экстренной остановки яхты со скорости 6 узлов. Худший результат уступал лидеру 3,5 с, что в расстоянии выразилось в чуть более половины корпуса яхты. Это не так много, но в некоторых обстоятельствах может оказаться критическим. Другими словами, «тормозной путь» со скорости 6 узлов до полной остановки составил от 12 до 17,5 метров.


Источник

[Grumete]

Давно обсуждаемая, но безусловно интересная тема. По правде говоря, никогда не акцентировал на это особого внимания.