СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДВУХРЕЖИМНОГО КОНТРПРОПЕЛЛЕРА В ТРЁХ УСТАНОВОЧНОМ ВАРИАНТЕ И ДВУХРЕЖИМНЫЙ КОНТРПРОПЕЛЛЕР В ТРЁХ УСТАНОВОЧНОМ ВАРИАНТЕ
DESIGNING TWO-MODE COUNTER-PROPELLER IN THREE MOUNTING OPTIONS AND TWO-MODE COUNTER-PROPELLER IN THREE MOUNTING OPTIONS

Изобретение относится к судостроению, в частности к способам проектирования винтов регулируемого шага, в том числе двухрежимных контрпропеллеров, а также к конструкциям двухрежимных контрпропеллеров, и может быть использовано при проектировании и строительстве судов различных классов и назначения и их движительно-рулевых комплексов.
Известен способ проектирования винтов регулируемого шага (ВРШ) и собственно конструкции винтов регулируемого шага (ВРШ), спроектированных данным способом, при котором режим заднего хода (реверса) рассчитывают исходя из условия поворота лопастей через шаг нулевого упора (см. А.А. Русецкий. Гидродинамика винтов регулируемого шага. Судостроение. 1968, стр. 155-156). При этом у спроектированных таким способом ВРШ существенно снижается гидродинамическое качество профилей сечений лопастей, так как засасывающая поверхность лопастей по отношению к набегающему потоку становится их нагнетающей поверхностью.
Таким образом, недостатками указанного способа проектирования и собственно конструкции спроектированного по нему ВРШ являются значительная погрешность способа и низкая гидродинамическая эффективность спроектированного ВРШ на режиме заднего хода (реверса).
Известны принятые в качестве ближайших аналогов-прототипов предлагаемого изобретения в составе способа и устройства соответственно способ проектирования двухрежимного контрпропеллера и двухрежимный контрпропеллер (см. Л.И. Вишневский, Α.Ρ. Тогуняц. Корабельные лопастные движители: Новые технические решения, результаты исследований. - СПб.: Судостроение. 2011, стр. 172-180).
Способ-прототип осуществляют путем выбора радиального распределения шага его лопастей для режима энергосбережения на полном ходу с последующим выбором установочного шага для реактивного режима переднего малого хода, определения диаметров контрпропеллера и диаметра его ступицы, исходя из заданных скоростных режимов полного и малого ходов, располагаемой мощности, а также условий компоновки винторулевого комплекса за корпусом судна. Спроектированный известным способом и принятый в качестве прототипа двухрежимный контрпропеллер, размещенный между гребным винтом и рулем судна, содержит ступицу с подвижно установленными лопастями и механизм изменения шага лопастей (см. Л.И. Вишневский, Α.Ρ. Тогуняц. Корабельные лопастные движители: Новые технические решения, результаты исследований. - СПб.: Судостроение. 2011, стр. 172-180). При этом согласно способу-прототипу на режиме заднего хода (обратной тяги) определяют гидродинамические параметры контрпропеллера при изменении направления его вращения (т.е. как на винте фиксированного шага). Таким образом, принятый в качестве способа-прототипа способ проектирования предполагает два установочных шага лопастей (об установочных шагах лопастей см. А.А. Русецкий. Гидродинамика винтов регулируемого шага. Судостроение, 1968, стр. 18): для режима энергосбережения и для реактивного режима при движении на переднем малом ходу судна. При этом условия обтекания лопастей движителя на режиме заднего хода оказываются крайне неблагоприятными для достижения их максимальной гидродинамической эффективности: входящая кромка становится выходящей, а засасывающая поверхность лопасти - нагнетающей.
Таким образом, недостатком прототипа-контрпропеллера, спроектированного вышеуказанным известным способом, является его низкая гидродинамическая эффективность на режиме заднего хода, что обусловлено, соответственно, низким гидродинамическим качеством профилей контрпропеллера.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение погрешностей способа проектирования двухрежимного контрпропеллера, а также на решение задачи повышения гидродинамической эффективности двухрежимного контрпропеллера при работе на задний ход (реверс) и для создания максимальной тяги при его работе в толкающем варианте.
Это достигается тем, что в предлагаемом способе проектирования двухрежимного контрпропеллера в трехустановочном варианте с подвижно установленными лопастями и механизмом изменения шага, размещенного между гребным винтом и рулем судна, путем выбора радиального распределения шага его лопастей для режима энергосбережения при работе гребного винта на полный ход судна с последующим выбором установочного шага для реактивного режима работы одного контрпропеллера на передний малый ход судна, заключающемся в определении диаметров контрпропеллера и его ступицы исходя из заданных скоростных режимов и располагаемой мощности на полном и малом ходу соответственно, а также с учетом условий взаимной компоновки гребного винта и контрпропеллера за корпусом судна, в отличие от прототипа шаг лопастей контрпропеллера для третьей установочной позиции последних с целью изменения направления тяги контрпропеллера на противоположное без изменения направления его вращения, выбирают путем поворота лопастей контрпропеллера через их флюгерное положение (см. А.А. Русецкий. Гидродинамика винтов регулируемого шага. Судостроение, 1968, стр. 156) таким образом, что входящая кромка каждой лопасти контрпропеллера становится выходящей, а ее (каждой лопасти) засасывающая и нагнетающая поверхности сохраняют свое прежнее положение к набегающему потоку.
Кроме того, поставленные цели предлагаемого изобретения достигаются тем, что профиль и контур лопастей контрпропеллера исходя из необходимости обеспечения одинаковых условий их работы как в режиме малого хода, так и при изменении направления тяги контрпропеллера на противоположное выбирают симметричным относительно середины профиля и образующей лопасти соответственно.
Соответственно, в отношении конструкции контрпропеллера это достигается тем, что в предлагаемом двухрежимном контрпропеллере в трехустановочном варианте исполнения, размещенном между гребным винтом и рулем судна и содержащем ступицу с подвижно установленными лопастями и механизм изменения шага, обеспечивающий установку шага лопастей для энергосберегающего режима при работе гребного винта на полный ход судна, а также для режима работы контрпропеллера на передний малый ход судна, в отличие от прототипа механизм изменения шага выполнен с дополнительной возможностью поворота лопастей через их флюгерное положение и установки их шага для работы контрпропеллера на задний ход судна без изменения направления его вращения.
В этом случае технический результат также достигается тем, что:
- профиль лопастей контрпропеллера выполнен симметричным относительно середины профиля лопасти;
- контур лопастей контрпропеллера выполнен симметричным относительно образующей лопасти.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 дан вид сверху двухрежимного контрпропеллера в трехустановочном варианте для установочного шага его лопастей, соответствующего энергосберегающему режиму при работе гребного винта на полный ход судна; на фиг. 2 - соответствующего реактивному режиму одного контрпропеллера на передний малый ход судна; на фиг. 3 - соответствующего реактивному режиму контрпропеллера при его работе на задний ход судна посредством изменения направления тяги контрпропеллера на противоположное без изменения направления его вращения путем поворота лопастей через их флюгерное положение.
Примером конкретного выполнения предлагаемого изобретения является двухрежимный контрпропеллер в трехустановочном варианте, содержащий ступицу 1, расположенную между гребным винтом 2 и рулем 3, подвижно установленные лопасти 4, механизм изменения шага 5 лопастей, а также обтекатель 6.
Способ проектирования двухрежимного контрпропеллера осуществляют следующим образом.
Для проектирования двухрежимного контрпропеллера в трехустановочном варианте выбирают радиальное распределение шага его лопастей 4 для энергосберегающего режима (см. фиг. 1) на полном ходу (при работе гребного винта 2 на полный ход судна) на основе расчета вызванных скоростей за гребным винтом 2 из условия полной раскрутки потока за гребным винтом 2; затем выбирают установочный шаг лопастей 4 для реактивного режима переднего малого хода (при работе одного контрпропеллера на передний малый ход судна), после этого определяют диаметры контрпропеллера с лопастями 4 и его ступицы 1, исходя из заданных скоростных режимов вышеуказанных полного и малого ходов и располагаемой мощностью, а также из условий взаимной компоновки устройств (составляющих) винторулевой группы за корпусом судна.
Шаг лопастей 4 для их третьей установочной позиции для изменения направления тяги контрпропеллера на противоположное без изменения направления вращения контрпропеллера устанавливают путем поворота лопастей 4 через их флюгерное положение (см. фиг. 2 и фиг. 3) таким образом, что входящая кромка каждой лопасти 4 контрпропеллера становится выходящей, а ее (каждой лопасти 4) засасывающая и нагнетающая поверхности сохраняют свое прежнее положение к набегающему потоку (на чертеже не показано).
Для обеспечения максимальной гидродинамической эффективности контрпропеллера на трех установочных шагах лопастей 4 и исходя из необходимости обеспечения одинаковых условий их (лопастей 4) работы как в режиме малого хода, так и при изменении направления тяги контрпропеллера на противоположное, профиль и контур каждой из лопастей 4 контрпропеллера выбирают симметричным относительно середины профиля и образующей лопасти соответственно.
Двухрежимный контрпропеллер работает следующим образом.
На энергосберегающем режиме работы контрпропеллера ступица 1 застопорена, а лопасти 4 установлены с шагом, соответствующим полной раскрутке потока за гребным винтом 2 (см. фиг. 1). На режиме малого переднего хода при работе одного контрпропеллера его лопасти устанавливают в положение с меньшим шагом посредством механизма изменения шага 5 (шаг лопастей уменьшается по сравнению с энергосберегающим режимом). Управляемость судна на малом ходу обеспечивается как контрпропеллером посредством его поворота вокруг вертикальной оси (на чертеже не показано), перпендикулярной обтекателю 6, так и рулем 3 (см. фиг. 2). На режиме, при котором происходит изменение направления тяги на противоположное без изменения направления вращения контрпропеллера, его лопасти 4 поворачивают через флюгерное положение. При этом входящая кромка каждой лопасти 4 контрпропеллера становится выходящей, а ее (каждой лопасти 4) засасывающая и нагнетающая поверхности сохраняют свое прежнее положение к набегающему потоку (на чертеже не показано).
Предложенная конструкция обеспечивает максимальную гидродинамическую эффективность двухрежимного контрпропеллера на трех установочных шагах, соответствующих энергосберегающему режиму - фиг. 1, реактивному режиму малого хода - фиг. 2, реактивному режиму заднего хода без изменения направления вращения контрпропеллера - фиг. 3.