ЛОПАСТЬ ГРЕБНОГО ВИНТА СУДНА ЛЕДОВОГО КЛАССА
ICEBREAKER PROPELLER SCREW BLADE

Изобретение относится к области судостроения, в частности к лопастям гребных винтов судов ледовых классов, в том числе и гребных винтов судов ледовых классов, работающих в составе винторулевых колонок.
Известны лопасти винтов, имеющих профили серий NACA-66, NACA-16, а также эллиптический профиль (см. "Теория и расчет гребных винтов." Басин A.M., Миниович И.Я., Судпромгиз, 1965, Ленинград, с.461-465).
Каждая из этих лопастей имеет криволинейный профиль, образованный засасывающей и нагнетающей поверхностями, а также входящей и выходящей кромками. При этом одна и та же лопасть для обеспечения оптимального соотношения между кавитационными, гидродинамическими и прочностными характеристиками может иметь участки с профилями различных серий (см. гребные винты Troost B series).
Для точного описания профиля лопасти принято рассматривать лопасть в цилиндрическом сечении, образованном пересечением лопасти цилиндрической поверхностью с осью, совпадающей с осью гидравлического движителя. В дальнейшем под словами "сечение лопасти" будет пониматься именно такое сечение.
Достоинством этих известных лопастей является обеспечение достаточно равномерного распределения давления по засасывающей и нагнетающей поверхностям лопасти при малом профильном сопротивлении.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является лопасть гидравлического движителя (по патенту РФ на изобретение №2385255), лопасти которого имеют первую боковую кромку и вторую боковую кромку, первый угол наклона лопасти вблизи ступицы относительно линии F, проходящей вдоль лопасти перпендикулярно оси винта, составляющий 0-4 градуса, причем первая боковая кромка постепенно становится тоньше от ступицы к дальнему концу лопасти, наклонную часть, поднимающуюся от центра на задней поверхности к дальнему концу лопасти от линии сгиба, соединяющей дальний конец первой боковой кромки с дальним концом второй боковой кромки, наклонную заднюю поверхность, поднимающуюся ко второй боковой кромке между первой боковой кромкой и второй боковой кромкой, второй угол наклона второй боковой кромки к линии F, составляющий 7-25 градусов - прототип.
Недостатком известной лопасти является возникновение кавитации на ее засасывающей поверхности при увеличении скорости и мощности судна. В связи с этим резко возрастают связанные с указанной кавитацией проблемы, такие как повышенные эрозия лопасти, вибрация, шум и снижение КПД гребного винта. Засасывающая поверхность его лопастей имеет практически постоянную кривизну от входящей кромки до выходящей кромки, поскольку увеличение кривизны увеличивает опасность возникновения ранней кавитации, а также увеличивает профильное сопротивление лопасти. К настоящему времени разрабатываются гребные винты, форма лопастей которых позволяет несколько отдалить момент возникновения кавитации.
Необходимо заметить также, что приведенные конструктивные мероприятия предназначены для улучшения кавитационных характеристик гребного винта применительно к режимам движения с высокими скоростями хода.
Работа гребных винтов судов ледовых классов весьма часто происходит на малых скоростях хода при необходимости обеспечения по возможности максимального упора. При этом вероятность возникновения кавитации также высока и для отдаления момента ее возникновения необходимы в том числе и конструктивные мероприятия. Одним из них и является предлагаемое техническое решение.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы гребного винта в ледовых условиях за счет отдаления момента возникновения кавитации на лопастях гребного винта путем изменения профилировки засасывающей поверхности лопастей.
-
-
-
Поставленная задача решается за счет того, что утолщение в районе входящей кромки лопасти гребного винта судна ледового класса, имеющей плавную криволинейную поверхность, расположено в пределах 0,35-0,85 относительного радиуса гребного винта r (относительный радиус r определяется делением текущего радиуса r на радиус гребного винта R, то есть r=r/R), причем толщина профиля лопасти на удалении от ее входящей кромки, равном 0,025 длины хорды ее профиля, составляет 0,25-0,47 максимальной толщины профиля, при этом на указанном удалении от входящей кромки ее толщина возрастает по мере удаления от оси вращения гребного винта, а на удалении от входящей кромки лопасти, равном 0,05 длины хорды ее профиля, она составляет 0,3-0,65 максимальной толщины профиля. А на удалении от входящей кромки, равном 0,75 длины хорды ее профиля, толщина лопасти составляет 0,6-0,7 максимальной толщины профиля.
Выполнение утолщений на засасывающей поверхности лопастей гребного винта судна ледового класса указанным образом обеспечивает равномерное распределение давления по ее засасывающей поверхности, благодаря чему происходит отдаление момента начала кавитации на лопасти.
-
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображено расположение цилиндрической поверхности сечения гребного винта судна ледового класса с предлагаемой лопастью на относительном радиусе r равном 0,7, а на Фиг.2 показано само сечение лопасти. Для сравнения на Фиг.2 также приведено сечение лопасти прототипа - традиционного гребного винта судна ледового класса (обозначено пунктирной линией).
-
Лопасть гребного винта судна ледового класса имеет плавную криволинейную поверхность, а в районе входящей кромки 1 она имеет утолщение 2 профиля, по сравнению с профилем 3 традиционного гребного винта (Фиг.2), расположенное в пределах 0,35-0,85 относительного радиуса гребного винта r. При этом толщина профиля лопасти на удалении от ее входящей кромки 1 на расстояние, равное 0,025 длины хорды 4 профиля, составляет 0,25-0,47 максимальной толщины 5 профиля. Причем на указанном удалении от входящей кромки 1 относительная толщина лопасти, т.е. отношение толщины лопасти к максимальной толщине лопасти, возрастает по мере удаления от оси вращения гребного винта. На отдалении же от входящей кромки 1 лопасти, равном 0,05 длины хорды 4 ее профиля, относительная толщина лопасти составляет 0,3-0,75 и возрастает по мере удаления от оси вращения гребного винта. А на сечении, отдаленном от входящей кромки 1 на расстояние, равное 0,75 длины хорды 4 ее профиля, толщина лопасти составляет 0,6-0,7 максимальной толщины 5 профиля гребного винта.
Максимальная толщина 5 предлагаемой лопасти гребного винта судна ледового класса расположена на удалении от 0,20 до 0,30 длины хорды 5 лопасти от входящей кромки в рассматриваемом сечении лопасти цилиндрической поверхностью.
Работа предлагаемой лопасти гребного винта судна ледового класса осуществляется следующим образом.
При вращении гребного винта в ледовых условиях набегающий на гребной винт поток взаимодействует с лопастью, профилировка которой имеет утолщение вблизи входящей кромки 1. На указанном утолщении происходит рост минимального гидродинамического давления, в результате чего не создаются предпосылки для образования кавитационных каверн на засасывающей поверхности лопасти. Благодаря этому отдаляется момент возникновения кавитации, что позволяет повысить упор гребного винта при его работе в ледовых условиях и, как следствие, повысить его эффективность.
Предлагаемая лопасть гребного винта судна обеспечивает повышение эффективности работы гребного винта в ледовых условиях за счет отдаления момента возникновения кавитации на лопастях гребного винта путем изменения профилировки засасывающей поверхности лопастей, что выгодно ее отличает от прототипа.