Насадка гребного винта

Полезная модель относится к конструкциям движителей для надводного и подводного транспорта и может быть использована на пассажирских, транспортных, военных кораблях, подводных лодках, катерах, яхтах и торпедах.
Гребной винт является основным из созданных человеком движителей плавательных средств и позволяет перемещать по водной поверхности морей и океанов, занимающих 70% поверхности Земли, суда с водоизмещением в сотни тысяч тонн. Тем не менее  КПД гребного винта недостаточно высок (50-60%)и имеет тенденцию к снижению при увеличении скорости движения. Это происходит вследствие неизбежного при вращении лопастей гребного винта центробежного отбрасывания части набегающего на винт потока воды в радиальном направлении и эта часть не создает упора для движения судна, а вся ее кинетическая энергия тратится на бесполезную турбулизацию водного объема и за судном всегда тянется пенная полоса взбаламученной воды, которая сохраняется долго - даже после ухода судна за горизонт.
Известны насадки гребных винтов, повышающие эффективность их работы, которые устанавливаются перед гребными винтами для снижения потерь мощности и получения эклономии судового топлива. Эти насадки изменяют профиль скоростного поля водного потока перед гребным винтом, создавая более благоприятные условия для его работы, например, насадка Мьюиса или насадка Шнееклюта (1). Однако создаваемая при использовании этих насадок экономия судового топлива невелика и составляет около 3,5%.
Наиболее близким к предложенной полезной модели техническим решением, принятым в качестве прототипа, является кольцевая насадка Корта (1), которая закрепляется на корме судна и внутри которой размещается гребной винт. Эта насадка позволяет увеличить силу упора судна на 6% и защитить гребной винт от повреждения посторонними предметами, однако увеличение КПД гребного винта в данном случае отсутствует.
Целью предложенной полезной модели является повышение эффективности работы гребного винта путем создания дополнительного упора в результате преобразования радиального потока воды, создаваемого при вращении гребного винта, в соостный поток, создающий дополнительный упор и повышающий КПД гребного винта.
Поставленная цель достигается в конструкции насадки для гребного винта, внутри которой размещен гребной винт и которая закреплена на кормовой части корпуса судна, тем, что насадка образована набором установленных друг за другом параллельных колец, оси симметрии которых совпадают с осью гребного винта, соединенных гребенками, выполненными в виде полос, размещенных параллельно оси вращения гребного вала. При этом каждое кольцо насадки в поперечном сечении имеет профиль подводного крыла или профиль изогнутой пластины или является боковой поверхностью усеченного конуса.
Предложенная полезная модель поясняется схематическими чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция насадки (вид сбоку), на фиг. 2 - вид по стрелке А фиг. 1, на фиг. 3-поперечный разрез кольца насадки в виде подводного крыла, на фиг. 4 -поперечный разрез кольца насадки в виде изогнутой пластины, на фиг. 5 - поперечный разрез кольца насадки в виде боковой поверхности конуса и на фиг. 6 представлена гребенка для крепления колец насадки.
Гребной винт 1 находится внутри насадки 2, закрепленной на кормовой части 3 судна и состоящей из колец 4, соединенных гребенками 5.
Предложенная конструкция полезной модели работает следующим образом.
Поток воды, создаваемый гребным винтом в осевом направлении, получает кинетическую энергию от гребного винта и создает упор для движения судна. На это расходуется полезная часть энергии, подводимой к гребному винту. При вращении лопастей гребного винта часть потока воды получает действием центробежных сил ускорение в радиальном направлении, перпендикулярном направлению осевого потока. Эта часть затраченной энергии гребного винта не создает полезной работы и расходуется только на турбулизацию объема воды. Проходя через насадку, образованную кольцами 4, эта часть потока воды меняет свое направление и отдает при этом значительную часть своей кинетической энергии кольцам 4 (фиг. 1 и 3), создавая на кольцах 4, имеющих в сечении профиль подводного крыла, подъемную силу Fyп., образующую дополнительный упор для судна. Этот дополнительный упор создается не только при выполнении колец 4 в поперечном сечении в виде подводного крыла, но и при выполнении колец 4 в поперечном сечении в виде изогнутой пластины (фиг. 4) или боковой поверхности конуса (фиг. 5). Дополнительная сила упора передается от колец 4 через гребенки 5 корпусу судна 3 (фиг. 1). Использование насадки предложенной конструкции позволяет существенно уменьшить долю энергии, которая тратилась бесполезно на перемешивание объема воды, окружающей гребной винт 1, что увеличивает КПД гребного винта. Конструкция предложенной насадки может быть значительно упрощена, если кольца 4 изготавливать в поперечном сечении в виде изогнутой пластины (фиг. 4) или в виде боковой поверхности конуса (фиг. 5). Получаемый при этом дополнительный упор будет меньше, чем в случае сечения колец 4 в виде подводного крыла (фиг. 3), но упрощение конструкции и трудоемкости изготовления колец 4 компенсирует этот недостаток.
Предложенная конструкция насадки гребного винта обладает преимуществами решетчатых крыльев (2), хорошо изученных и используемых в авиации и ракетной технике. К этим преимуществам можно отнести
- плавное безотрывное обтекание крылового профиля на больших углах атаки (40-50 град.),
- возможность получения большой суммарной площади контакта колец 4 с радиальным потоком воды в малом объеме. Установка колец 4 предложенной насадки друг за другом при их параллельном размещении не создает существенного увеличения сопротивления формы насадки в целом. При этом поступательное движение корпуса судна генерирует эффект «сдува пограничного слоя» с верхней поверхности профиля лопаток 4 (фиг. 3).
Предложенная насадка гребного винта является несложной по конструкции и может быть смонтирована и установлена на гребной винт в течении 1-2 дней без захода судна в сухой док.
В итоге эффективность использования предложенной насадки выше в сравнении с известными конструкциями насадок и прототипа.
Литература
1. http://sudostroenie.info/novosti/24255.html статья «Устройства, улучшающие эффективность работы гребных винтов.
2. С.М. Белоцерковский, А.А. Одновол, Ю.З. Сафин и др. Решетчатые крылья, М., Машиностроение, 1985 год, стр. 4-5.