Расчёты ходкости и проектирование гребного винта (стр. 3 из 5)

Приближённое определение сопротивления по прототипу основано на использовании полученной в результате модельных испытаний зависимости коэффициента остаточного сопротивления C_R(F_r), для судна с формой обводов, аналогичной принятой для рассчитываемого объекта, и по возможности с небольшими различиями в основных геометрических характеристиках корпуса. При этом влияние на остаточное сопротивление несоответствия геометрических параметров, как правило, соотношений главных размерений L/B, B/T, y, коэффициентов полноты d, j, а иногда и абсциссы центра величины x_c учитывается введением системы корректирующих поправок в исходные значения C_R для прототипа. Применение указанных поправок основывается на допущении о независимости влияния на остаточное сопротивление каждого геометрического параметра из числа различающихся у проектируемого судна и прототипа, при этом остальные параметры полагаются постоянными.

Кроме использования для расчёта коэффициента C_R по прототипу непосредственно материалов систематических серий, существуют комплекты графиков, построенных специально для определения «коэффициентов влияния». Обычно по таким графикам вычисляют k_d, от основных безразмерных геометрических параметров, характеризующих полноту обводов и соотношения главных размерений. Наиболее известные из них диаграммы, построенные И.В. Гирсом, учитывающие влияние относительной длины y = L/

, коэффициента продольной полноты j = d/b и отношения ширины к осадке B/T. Именно этими диаграммами мы и будем пользоваться в наших расчётах.

Таблица 3.4

Расчёт буксировочной мощности путём пересчёта коэффициента остаточного сопротивления по прототипу.
№	Обозначение расчётных величин	Численные значения
1	V_S,узлы	5	10	15	20	25
2	V,м/с	2,57	5,14	7,71	10,28	12,85
3	V²,м²/с²	6,6049	26,4196	59,4441	105,6784	165,1225
4	Fr	0,07	0,13	0,20	0,27	0,33
5	C_R*10³	1	1	0,98	0,94	0,93
6	K_	-	-	1,074	1,067	1,059
7	K_L/B	-	-	0,94	0,92	1,07
8	K_B/T	-	-	0,97	0,97	0,97
9	C_R 10³ =[5][6][7][8]	-	-	0,98	0,98	1,13
10	Re
11	C_R*10³ = f( Re )	1,88	1,72	1,63	1,57	1,53
12	C_A*10³	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20
13	C_AP*10³	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
14	C*10³ =[9]+[11]+[12]+[13]	2,18	2,02	2,73	2,65	2,72
15	R_X =(/2)[3]*[14],кН	25	91	278	479	769
16	P_E = [2]*[15] , кВт	63	469	2140	4924	9877
K _= C_R( C_R_L/B = C_R(L/B=7,38) / C_R(L/B=7,5);K_B/T= K(B/T=2,1) / (B/T=2,32);

4. Определение параметров гребного винта

Определим в первом приближении параметры гребного винта, обеспечивающего максимальную скорость движения судна. По результатам вычислений построим графические зависимости.

Спроектировать гребной винт означает выбрать не только его диаметр, шаговое и дисковое отношение и число лопастей, но также и профили сечений, кривизну этих профилей и относительные толщины профилей лопастей. При этом необходимо учесть взаимоотношение винта с корпусом корабля так, чтобы работая за корпусом гребной винт показывал наивысший КПД (пропульсивный коэффициент). Кроме высокого пропульсивного коэффициента винту необходимо обеспечить устойчивость против кавитации и надёжность в эксплуатации. Эти требования находятся в противоречии: с точки зрения кавитации лопасти должны быть тоньше, а с точки зрения надёжности толще.

Каждый элемент лопасти должен рассчитаться с учётом условия его работы и взаимодействия с другими элементами лопасти. Существует несколько схем расчета гребного винта. Во всех схемах расчёта очень часто используются результаты продувок изолированных профилей в аэродинамических трубах. Во многих схемах расчёта используется вихревая теория гребных винтов. При проектировании гребных винтов в основном решается одна из двух задач:

а.) В результате проектирования устанавливаются элементы гребного винта обеспечивающие наивысшую скорость судна. В этом случае мощность энергетической установки задаётся заранее из числа двигателей основанных промышленностью.

б.) При проектировании гребного винта требуется определить элементы такого винта, который будет потреблять наименьшую мощность. В этом случае должно быть известно только сопротивление движению при заданной скорости судна.

Для того, чтобы рационально спроектировать гребной винт необходимо иметь все данные к которым относятся:

- главные размерения

- водоизмещение судна

- коэффициенты полноты

- теоретический чертёж

- внешняя характеристика двигателя, количество двигателей на один вал, тип соединения двигателя с гребным винтом, КПД валопровода, редуктора, электропередачи, передаточное отношение в редукторе.

- эффективная или буксировочная мощность, полученная в результате испытаний моделей судов, коэффициенты попутного потока y, засасывания t, и коэффициент i =

, учитывающий влияние неравномерности потока на КПД винта.

- дисковое отношение q =

- число гребных валов z_p

- число лопастей z

q = 0,375(

)^2/3

;

D = 0,7*T_k= 0,7*7,8 = 5,46 м ;

d_max = 0,09; z = 4;

c’= 0,065-коэффициент учитывающий прочность материала лопасти(углеродистая сталь);

m’ = 1,15-коэффициент учитывающий нагрузку гребного винта;

q = 0,375(

)^2/3

=0,112;

Принимаю q = 0,4;

26t = a*6616a = 0,6 ) ;

z_p = 1 ( количевство гребных винтов );

n = 2,1 об/с;

 = 1,025 кг*/м³;

a =1,03

_в = 0,98

В результате построения графиков были получены следующие данные:

V_s_max = 24 узл

D= 5,7 м;

H/D = 0,97;

h = 0,70.

Таблица 4.1 Определение параметров гребного винта

№	Наименование величины	Обозначение	Размер-ность	Числовое значение
1	Скорость судна	Vs	м/с	2,57	5,14	7,71	10,28	12,85
2	Скорость воды в диске винта	V_p=0,514V_s(1-)	м/с	1,9	3,8	5,7	7,6	9,5
3	Тяга гребного винта	P_e=R_x/z_p	кН	30	111	226	568	700
4	Упор гребного винта	P=P_e/(1-t)	кН	36	132	268	674	830
5	Число оборотов гребного винта	n	об/сек.	2,1
6	Исправленное значение упора гребного винта		кН	36	132	268	674	830
7	Коэффициент числа оборотов-упора	k_n'=(V_p/n^0,5)/(P)^0,25	-	0,53	0,77	0,96	1,03	1,23
8	Относительная поступь	_P'=f(k_n')	-	0,32	0,47	0,59	0,63	0,77
9	Исправленное значение относительной поступи	_p=a*_p	-	0,33	0,48	0,61	0,65	0,79
10	Оптимальный диаметр винта	D=V_p/(n*_p)	м.	2,743	3,736	4,464	5,574	5,701
11	Коэффициент упора гребного винта	k₁=P/(n²*D⁴)	-	0,1	0,15	0,15	0,15	0,17
12	КПД гребного винта	_p=f(_p, k₁)	-	0,49	0,6	0,66	0,67	0,71
13	Шаг гребного винта	H/D=f(_p, k₁)	-	0,66	0,71	0,83	0,87	1,00
14	Коэффициент влияния корпуса		-	1,11
15	Пропульсивный коэффициент	__р((1-t)/(1-))	-	0,56	0,68	0,75	0,76	0,81
16	Потребительская мощность двигателя	N_e=(P_eVi₂)/(75_в)	кВт.	142	850	2361	7796	11325

5. Профилировка лопасти гребного винта