Файл: Корытов Н.В. Расчеты по динамике корабля учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2024
Просмотров: 106
Скачиваний: 5
дянтлтх значениях диаметра D и скорости |
v p . Однако эти |
винты потребляют различную мощность Np |
в зависимости |
от значения их к. п. д. т^р, снятого с диаграммы.
Для облегчения определения оптимальных элементов про ектируемого винта на каждую диаграмму наносятся линия оп тимальных чисел оборотов n o p t и линия оптимальных диамет ров D o p t . Линия n o p t представляет собой геометрическое ме сто точек касания кривых K^=const и r}p =const и содержит шкалу значений К^.. Эта линия и определяет при заданном диа
метре винта наивыгоднейшие значения(Q"J(JJ"] |
и n |
= n p t , |
||||
= |
t |
|
|
0 |
|
|
причем последнее вычисляется по величине |
p p t |
Д,= / t |
P o p t ? |
ко |
||
|
р |
|
|
|||
торая соответствует этой точке, т. е. n o p t = , v pъ |
|
• |
|
|
||
Линия оптимальных диаметров D0 pt представляет собой гео метрическое место точек касания кривых Kn=constn Tj^const
и содержит шкалу коэффициентов Кп |
(рис. 2). Эта линия |
используется для определения диаметра |
D=Do p t7 соответст |
вующего наивыгоднейшему к.п.д. винтаilp=fL при заданном |
|
значении и . Аналогично проводятся линии °пор+ и B0 P t |
|
на диаграмме в осях Кг-Ар. Эти линии используются для определения элементов оптимального винта при заданных
значениях коэффициентов К*^ |
и К„ , т. е. когда известна |
|||
мощность |
Np , подведенная к винту |
(или его вращающий мо- |
||
мент Ц=^. |
— |
) . |
|
|
Часть диаграммы К^-ХР |
или |
К2 - А.р , ограниченная |
||
линиями n o |
p t и Б0 |
p t , называется областью оптимальных |
||
винтов, в которой величина к. п. д. достигает относитель ного максимума (при данных условиях) и изменяется незначи тельно. Выбор схемы расчета гребных винтов по диаграммам, построенным в осях К<-Л-Р или Ка -Л.р , определяется условиями задания. В табл. 4 приведены основные варианты радалий на проектирование винтов по таким диаграммам.
50
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
4 |
|
Выбор расчетных коэффициентов в зависимости |
от |
|||||
|
условий задания на проектирование гребного |
|||||
|
|
|
винта |
|
|
|
№ |
Заданные |
Расчетные |
Диа |
Искомые величины |
||
за |
величины |
коэффициенты |
грам |
|
|
|
да |
|
|
|
ма |
|
|
ний |
|
|
|
|
. |
Н |
I |
v P |
,Р, |
|
в |
||
K^VpDvtyp' |
Л-р^Чр' X) |
|||||
|
|
D |
осях |
Vp |
PvT |
|
|
|
|
|
|
•V~*,D J N |
p 75 Яр |
П |
|
п |
|
|
V p |
PvP |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
D opt Л р И |
' N P 75 aP |
|
vP |
,NP |
|
|
|
|
Ш |
|
D |
|
в |
|
|
|
|
|
|
осях |
|
|
|
vP |
,NP |
.// Vp /OVp |
|
^•p » UP> |
|
1У n
K f 1 /п f NP |
V P |
75N P n P |
В , * * - Х р П , Р " vP
Число лопастей и дисковое отношение проектируемого винта принимаются равными указанным на расчетной диаграм ме.
Расчетные |
значения скорости поступательного перемеще |
ния v p м/с |
и упора Р .кгс для проектируемого винта |
51
можно определить соответственно по формулам (2.22) и (2.26).
Мощность, подведенная к гребному винту NP , связана с эффективное (тормозной) мощностью Ne л.с. главного дви гателя соотношением
|
Мр^еПьП^ , |
(2.37) |
|
где |
г \ ь - к. п. д. валопровода; |
|
|
|
- к. п. д. передачи. |
|
|
К. п. д. валопровода гц |
может быть определен по |
||
формулам: |
|
|
|
для турбинных установок и установок с электропере |
|||
дачами |
гц =0,98 - 0,25 |
_£ |
|
|
• 10 -1П ; |
|
|
для двигателей внутреннего сгорания |
|
||
где т |
7[ь = 0,98 - 0,40 • 10"1'Ш, |
|
|
- число опорных подшипников валопровода. |
= |
||
К. п. д. одноступенчатой зубчатой передачиt[ |
|||
= 0,9&v0,99; двухступенчатой Y[v = 0,96 г 0,97. К. п. д. гидромуфты гг, = 0,95 f 0,97.
§ 7. Выбор основных геометрических элементов гребного винта
При использовании диаграмм серийных испытаний моделей гребных винтов определяют шаговое отношение гребного вжн-
та » являпцееся одной из важных геометрических харак теристик последнего. Однако определению шагового отношения должен предшествовать выбор соответствующей серии моде лей. Критерием для этого является соответствие основных геометрических элементов проектируемого винта аналогичным элементам винтов, испытанных в составе серии. К числу этих элементов относятся: число лопастей, дисковое отно-
шение, форма контура лопасти, форма профиля сечения лопа сти, толщина лопасти.
При выборе указанных элементов должны учитываться не только требования обеспечения наивысшего к. п. д., но и необходимость удовлетворения требованиям достаточной прочности, умеренной вибрации и устранения кавитапдонной эрозии. Ниже приводятся некоторые рекомендации по пред варительному внбору числа лопастей ж дискового отношения винта при использовании диаграмм серийных испытаний моде лей для проектировочного расчета гребного винта.
I . Число лопастей. У современных гребных винтов число лопастей z изменяется в весьма широких пределах -
от двух до пяти. Наибольшее применение на быстроходных кораблях получили трех- и четрехлопастные гребные винты. При больших значениях коэффициента нагрузки бр увеличе ние числа лопастей приводит к повышению к. п. д. винта за счет уменьшения концевых потерь. Увеличение числа ло пастей при сохранении дискового отношения способствует более раннему возникновению кавитации гребного винта вследствие роста разрежения на его лопастях за счет боль шей относительной толщины последних. Поэтому для быстро ходных кораблей, с точки зрения повышения к. п. д., це лесообразно применять гребные винты с меньшим числом ло
пастей. С другой стороны, увеличение числа лопастей приво дит к уменьшению амплитуды пульсирующих давлений, переда ваемых гребным винтом на корпус через воду и, следователь но, способствует уменьшению вибрации, вызываемой работаю щим гребным винтом. Увеличение числа лопастей приводит также к уменьшению переменных гидродинамических сил, пе редаваемых гребным винтом на корпус. Исходя мз этогогво многих случаях решающим фактором при выборе числа лопа стей является необходимость умерения вибрации корпуса.
Как показывает анализ результатов модельных испыта ний, с увеличением числа лопастей оптимальный диаметр винта несколько уменьшается, что имеет практическое зна-
53
ченне, когда диаметр гребного винта ограничен конструктив ными соображениями. Наконец, необходимо отметить, что с увеличением числа лопастей несколько уменьшается интенсив ность кавитащонной эрозии. Правильность выбора числа лопастей с точки зрения эффективности действия винта можно приближенно проверить по величине расчетного коэффициен
та K'd |
или |
К',, (в соответствии с условиями задания). |
|
Если |
К^9>2,0 |
или K n > i , 0 , |
то рекомендуется при |
нимать |
z = 3 . Если же величины |
или К'п полу |
|
чаются меньше указанных значений, то следует принять2 = 4 . 2. дисковое отношение. К. п. д. винта с увеличением
дискового отношения обычно снижается, так как возрастает профильное сопротивление лопастей, минимально допустимая величина дискового отношения должна определяться* из условий обеспечения расчетных гидродинамических харак теристик гребного винта и отсутствия второй стадии кавита ции. При этом должна быть достаточной прочность лопастей винта.
Существует ряд методов определения дискового отноше ния, обеспечивающего отсутствие второй стадии кавитации. В результате обработки материалов испытаний в навигацион ной трубе моделей винтов с различным дисковым отношением была получена следующая эмпирическая зависимость для удельной нагрузки, при которой наступает вторая стадия кавитации гребного винта:
|
р , _ Е _ д ( « И 0 О - р а ^ ^ - , |
(2.38) |
где |
Р^- давление насыщенных паров,кгс/м2; |
|
h s - погружение оси винта, м;
Ч - удельный вес воды,кгс/м3;
А
дисковое отношение.
Зависимость (2.38) может быть представлена в графине-
ской форме (см. рже. П.6) в виде кривых требуемого диско вого отношения в функции от Рк= ^г^ для постоянных значений погружения оси гребного винта. График на рис.П.6 и формула (2.36) построены на основании испытаний моделей
гребных винтов с дисковым отношением j^-^ 0,75 |
ж |
авиационной формой сечений лопаотей. |
д |
Для более иироколопастннх гребных винтов (с-д^>0,75) |
|
с сегментной профилировкой лопастей может быть использова
на диаграмма, предложенная Г.А.Звездкиной |
(рис. П.7). На |
графике рис. П.7 в функции от произведения |
Сг Д е |
К= . / 0 g • - число кавитации) нанесены кривые крнтн-
ческой поступи Л,Р к р , т. е. поступи, соответствующей для данного винта началу второй стадии кавитации. Как по казали испытания моделей винтов, в широком диапазоне зна чений дискового отношения ( 0 , 5 ^ и м е е т место единая для каждого шагового отношения зависимость
Таким образом, зная относительную поступь винта, по гружение его оси и скорость набегающего потока, можно
[ AN
определить значение ^~д^")кр J соответствующее началу
второй стадии кавитации. Можно решить и обратную задачу:
А
цля данного определить АР к р . С учетом влияния неравномерности потока, в котором работает гребной винт, рекомендуется принимать дисковое отношение большим, чем это определено по диаграмме. В случае умеренной неравно мерности потока обычно принимают -j^»i,2[~fc)Kt ?
причем дисковое отношение не следует принимать больше 1,2, так как дальнейшее увеличение практически не приво дит к отдалению начала кавитации. Значение диаметра греб ного винта в первом приближении может быть оценено по
формуле:
00
|
\fnV |
(2.39) |
V |
Q • V P |
§ 8. Расчет гребного винта, обеспечивающего заданную скорость хода корабля
Заданными величинами являются:
- наибольшая скорость хода корабля v s •,
-буксировочное сопротивление R, соответствующее втой скорости;
-количество гребных валов Zp',
- к. п. д. валопровода |
гц |
и передачи Г[ . |
|
|||
|
Порядок |
расчета |
|
|
||
1. Определяем коэффициенты попутного потока w |
и |
|||||
засасывания t |
в соответствии с рекомендациями § 5. |
|||||
2. Вычисляем расчетные значения скорости |
v P |
и упора |
||||
гребного винта |
Р |
по формулам: |
|
|
||
|
VP = 0,515-vs ( i - w ) ; |
|
|
|||
|
* |
i ~ |
t |
ZpCi-t) |
Z |
и |
3. ПредваржтедьнОдВыбираем число лопастей |
||||||
дисковое отношение |
-д- проектируемого винта в соответ |
|||||
ствии с рекомендациями*§ 7. |
|
|
|
|
||
4. Если диаметр гребного винта не ограничен условиями размещения за корпусом, то расчет можно вести с помощью
коэффициента |
K'n |
, для вычисления которого задаемся |
|
несколькими |
(4-5) |
значениями числа оборотов. |
д |
В соответствии с принятыми величинами z |
и -j^ вы |
||
бирается диаграмма К,-А.Р , по которой ведется определе ние основных элементов винта и мощности двигателя.
56