Изобретение относится к движителям для надводного и подводного транспорта и может быть использовано на пассажирском и военном транспорте, боевых торпедах. Гребной винт содержит установленные на ступице плоскопрофильные лопасти, выполненные с торцевыми гребнями, загнутыми в сторону рабочей поверхности на угол 190 o . Причем максимальная высота каждого загнутого гребня относительно плоскости рабочей поверхности лопасти находится в интервале 1-10% от величины диаметра винта. Максимальная высота каждого гребня относительно рабочей поверхности лопасти может составлять 6% от диаметра винта. Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия винта и обеспечить прирост тяги на 30-50%. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к технике движителей для надводного и подводного транспорта и может быть использовано на пассажирских и военных кораблях, катерах, яхтах, подводных лодках, боевых торпедах.
Известные гребные винты для надводного и подводного транспорта, выполненные в виде осесимметричного тела вращения, имеющие вдоль оси вращения цилиндрический вал на поверхности которого перпендикулярно установлены плоскопрофильные гребные лопасти, поверхности которых относительно плоскости вращения повернуты на определенный угол, что при вращении винта позволяет каждой лопасти, как наклонной поверхности, внедряться передней кромкой в массу воды и передвигать ее, обеспечивая этим реактивную силу кораблю вдоль оси вращения винта [1], [2], [3].
Как делают гребные винты
Недостатком известных гребных винтов является то, что при вращении винта, омывающая его вода не только смещается рабочими наклонными поверхностями лопастей вдоль оси вращения винта, но за счет создаваемой центробежной силы часть массы воды устремляется в радиальном направлении вдоль лопастей и в конце лопастей срывается с них, вдавливаясь в окружающую винт неподвижную массу воды, передавая ей кинетическую энергию, полученную при радиальном движении большой массы воды вдоль лопастей, снижая тем самым КПД работы винта.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является гребной винт, у которого концы всех лопастей отогнуты под прямым или иным углом к рабочей поверхности лопасти [4].
Недостатком такого известного технического решения является то, что величина отогнутых концов лопастей, то есть их высота относительно плоскостей рабочих поверхностей не определена. А эта высота, при определенных ее значениях, может не только увеличивать тягу гребного винта, но и уменьшать ее за счет увеличения гидравлического сопротивления таких лопастей винта.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении коэффициента полезного действия гребного винта.
Это достигается тем, что гребной винт для надводного и подводного транспорта, содержащий установленные на ступице цилиндрической, эллипсоидной или другой осесимметричной формы гребные плоскопрофильные лопасти, имеющие передние и задние кромки, причем одна из двух поверхностей — рабочая, а лопасти выполнены с торцевыми гребнями, загнутыми в сторону рабочей поверхности на угол 1-90 o , и максимальная высота каждого загнутого гребня относительно плоскости рабочей поверхности лопасти находится в интервале от 1 до 10% от величины диаметра винта, при этом максимальная высота каждого гребня относительно рабочей поверхности лопасти составляет 6% от диаметра винта.
Почему у подводных лодок, на гребных винтах, больше лопастей, чем у надводных кораблей
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен вид четырехлопастного винта вдоль оси; на фиг.2 — вид винта по стрелке А; на фиг.3 изображено сечение Б-Б одной лопасти; на фиг.4 изображен вид фиг.3.
В статическом исполнении гребной винт выполнен из ступицы 1, поверхность которой может быть цилиндрической, эллипсоидной или другой осесимметричной формы. К поверхности ступицы 1 прикреплены сбалансировано по винтовым проекциям 2 лопасти 3, каждая из которых имеет переднюю кромку 4, заднюю кромку 5 и рабочую поверхность 6. Каждая лопасть 3 имеет торцевой гребень 7, который загнут относительно поверхности 6 на угол . Гребень 7 каждой лопасти 3 имеет переднюю кромку 8.
Устройство работает следующим образом.
Гребной винт диаметром D соосно ступицы 1 прикреплен к ведущему валу 9. При вращении винта, охватывающая все лопасти 3, вода начинает перемещаться рабочими поверхностями 6. При этом рабочая поверхность 6 выполняет роль наклонной поверхности. По такой наклонной поверхности 6 вода перемещается от передней кромки 4 к задней кромке 5. При быстром вращении винта омывающая его вода получает большую величину центробежной силы, которая направлена радиально вдоль лопастей 3, поэтому перемещаемая центробежной силой масса воды несет в себе и большую величину кинетической энергии. Вся масса воды, перемещенная центробежной силой к гребням 7, изменяет свое направление на угол (180 o -) и начинает движение вдоль оси винта, передавая ему дополнительную кинетическую энергию и увеличивая этим суммарную тягу винта, это позволяет реализовать поставленную задачу и повысить КПД гребного винта.
Изменение высоты отогнутого гребня каждой лопасти на величину от 1 до 10% от величины диаметра винта оказывает решающее значение на увеличение тяги винта и его КПД. Так как экспериментально установлено, что если высота гребня 7 больше 10% от диаметра винта, то за счет увеличения окружного лобового сопротивления самим гребнем 7 суммарная тяга винта становится такой же, как и у обычного винта, т.е. без отогнутых концевых гребней. Если же высоту гребней 7 уменьшать, то при ее величине, равной 6% от диаметра винта, суммарная тяга становится максимальной. Далее при уменьшении высоты гребней 7 уменьшается и суммарная тяга винта и при ее величине, равной 1%, суммарная тяга становится такой же как и у обычного винта.
Полезность данного изобретения заключается в создании возможности увеличения быстроходности как надводных, так и подводных кораблей. Экспериментально-лабораторная проверка модельного варианта нового винта давала прирост тяги до 50%.
Источники информации 1. Журнал «Моделист-конструктор» 6, 1989 г., стр. 28-29.
2. Журнал «Моделист-конструктор» 11, 1988 г., стр. 20.
3. Журнал «Моделист-конструктор» 6, 1986 г., стр. 6.
4. Авторское свидетельство СССР 37506 А, кл. В 63 Н 1/26, 1/28, опубл. 30.06.1934 г.
1. Гребной винт для надводного и подводного транспорта, содержащий установленные на ступице цилиндрической, эллипсоидной или другой осесимметричной формы гребные плоскопрофильные лопасти, имеющие передние и задние кромки, причем одна из двух поверхностей рабочая, а лопасти выполнены с торцевыми гребнями, загнутыми в сторону рабочей поверхности на угол 190, отличающийся тем, что максимальная высота каждого загнутого гребня относительно плоскости рабочей поверхности лопасти находится в интервале 1-10% от величины диаметра винта.
2. Гребной винт по п.1, отличающийся тем, что максимальная высота каждого гребня относительно рабочей поверхности лопасти составляет 6% от диаметра винта.
Источник: findpatent.ru
Зачем у военных субмарин скрывают гребные винты
Приходилось ли когда-нибудь обращать внимание на то, что на большинстве фотографий и видеозаписей военных подводных лодок, сделанных на производстве или в доках, гребной винт субмарины закрыт каким-нибудь покровом. Мало кто доподлинно знает о том, для чего подобное делается и почему закрывать винт – это критически важно для экипажа и всего флота страны.
Прячут от любопытных глаз. |Фото: livejournal.com.
Всего два слова отвечают на этот в целом не сложный вопрос: «промышленный» и «шпионаж». Дело в том, что с самого начала истории появления подводных лодок, в мире шла непрерывная гонка их двигателей и винтов со средствами обнаружения субмарин. Своего апофеоза эта борьба достигла уже после Второй мировой войны, когда субмарины начали использовать не только в качестве средства морской рейдерской войны и доставки десанта, но также как передвижные пусковые установки для тактических и стратегических ракет, в том числе с ядерными боеголовками.
Здесь все секретно. |Фото: inforesist.org.
Не надо заблуждаться и думать, что винт – это самая секретная часть субмарины (хотя и секретная, конечно, тоже). Подлодка буквально напичкана высокотехнологичным секретным оборудованием. Проблема заключается в том, что в отличие от всего остального, винт находится на виду. А потому было бы неплохо его скрывать в тех ситуациях, он не в воде.
По винту можно многое сказать. |Фото: 4esnok.by.
Все потому, что по размерам, форме, оперению и ряду других характеристик гребного винта специалисты могут вычислить много полезных для себя характеристик о конкретном судне. И военную разведку интересует не столько скорость движения субмарины, а ее шумность – то, насколько она будет заметна для поисковых средств. Для того, чтобы этого не произошло, во всех странах, имеющих флот, винты субмарин тщательно скрывают.
Само собой, затрагивает это преимущественно подводные лодки новых моделей. Субмарины в возрасте, характеристики которых уже и так всем известны, никто особенно не старается прятать за неимением такой нужды.
Делают так во всем мире. |Фото: pinterest.ru.
Если хочется узнать еще больше интересного, то стоит почитать о том, для чего англичане во время войны учили чаек садиться на подводные лодки.
Источник: novate.ru
Ликбез. Самые секретные кадры в этом ЖЖ — безкавитационный винт
Пост с изменениями (изм. 1)
Вроде все понятно. Видео на Ютубе про 971 проект. Кстати, рекомендую посмотреть. Но не забывайте об одном:
Секретное на скриншоте, как и в видео — это винт лодки. Никогда винты лодок не показывают на камеру, даже при постановке в док винт лодки закрывают маскировочными сетями, дабы никто не смог сфотографировать, а тем более исследовать его геометрию. Потому что для подводных лодок форма винта — это фактор бесшумности, скрытности.
Я удивился, что такой кадр проскочил в передаче телеканала Россия «Планета». Ведь проект 971 современный, ему лет 10-12 с момента спуска на воду. Это «флотилия зверей» — Пантера, Леопард, Гепард, Волк, Вепрь (названия лодок 971 проекта) — целая стая охотников за подводными лодками, и вот вам винты — пожалуйста!
Давайте посмотрим, что есть бесшумный (противокавитационный) винт и откуда секретность.
Сначала поговорим, что есть кавитация. Это относительно просто, и я, не прибегая к википедии постараюсь на пальцах объяснить это явление.
Кавитация — это явление фактически кипения воды при небольших температурах в следствие понижения давления в ней и выхода растворенных до этого в ней газов. Кавитация возникает, когда местная скорость участка лопасти винта больше скорости звука в среде, т.е. в воде (изм. 1)
Что такое гребной винт? Это две поверхности лопасти — всасывающей и нагнетающей. Всасывающая снижает давление за ней (подобно верхней части крыла самолета, из-за большей кривизны), вторая поднимает давление жидкости, за счет чего и образуется пропульсивный момент.
Проблема в том, что при снижении давления больше определенного предела возникает кавитация — выделение из жидкости растворенных в ней газов с образованием пузырьков, которые при схлопывании порождают большой шум (как чайник шумит при закипании) и разрушение лопастей винта. Меньше кавитация — меньше шума (закипевший чайник шумит много меньше чем только закипающий). Но по аналогии, если пузыри газов не схлопываются в воде, то они выходят на поверхность (аналог закипевшего чайника), и демаскируют лодку — за ней идет пузырьковый след. Проблема в том, что шумность должна быть минимальна, а след недопустим. Как этот вопрос решить?
Решить это можно многими способами. Был вариант при использовании интегрированной поглощающей дизельной установки выдувать газы через ступицу винта. Были варианты использования дизелей по замкнутому циклу. Но пришел Атом. И лодки стали ходить под водой со скоростями 30-60 узлов.
Кавитация стала проблемой.
Было принято решение исследовать кавитацию как явление. Данные по этой теме секретны, но результаты этих разработок, как мы видим, находятся в открытом доступе. Результатом стали безкавитационные, то есть бесшумные винты. Вот еще пример из открытых источников (я не знаю, что это за лодка):
Почему-то у всех винтов, 7 лопастей. В природе, это я со школы помню, семь — цифра-изгой, нету в природе ничего семи. А тут есть.
В общем, секретность. Обычно это выглядит так:
АПЛ Северодвинск, спуск на воду
Винт секретный и один он укрыт. Ну вот вам и ликбез ))
UPD 15-03-2014 (изм. 1)
Так что же такое безкавитационный винт? Это винт, не допускающий или снижающий вероятность появления кавитации. Как это можно сделать? С учетом того, что кавитация — это физический эффект, то и справиться с ним можно только согласно законам физики.
Вариантов два. 1) повысить скорость звука в среде, окружающей винт; 2) снизить окружную скорость вращения винта. первое можно достигнуть, если, например, вбрасывать до каверны жидкость, имеющую меньшую плотность, нежели вода.
Ну, керосин, например. Выход ли это для подводной лодки? Да, выход. На поверхность. Демаскирована и уже безопасна, да и запасы жидкости надо иметь конские, да и в воде она не растворяется, и, вероятно, до мест возникновения кавитационной каверны не дойдет.
В общем, не вариант.
Второй вариант интереснее. Снизить частоту вращения винта. Но ведь упадет и пропульсивный момент! А вот тут уже работа для инженеров, вернее поиск компромисса между пропульсивным моментом и частотой вращения, где граничным условием является скорость звука в воде. Ну-ка, уважаемые инженеры, с наскока просчитайте =)
Так и родился безкавитационный винт. Он имеет большой угол откидки (более 25 градусов от касательной к линии наибольших толщин в районе комля лопасти к касательной к этой же линии на краю лопасти), то есть «серповидный».
Момент импульса, как следует из конструкции винта, у него большой (вода больше времени воспринимает давление от лопасти в следствие ее большей длины), значит и пропульсивный момент при ламинарном обтекании такой лопасти будет больше. А ламинарность потока, как мы помним, определяется числом Рейнольдса, за критическим значением которого наступает турбулентное течение (и кавитация, как следствие). Вот так мы изменили граничное условие нашего уравнения: теперь граничное условие — число Рейнольдса, а не скорость звука в воде, которая меняется в зависимости от глубин. Стало проще.
Следующая задача — спроектировать такой винт. Но это уже вне моей компетенции, я не могу ничего про это рассказать. Тема секретная, и я ничего об этом не знаю. Давайте подумаем вместе над рядом вопросов:
1) Почему лопастей у БКВ всегда 7? Или не всегда?
2) Как по фото можно восстановить геометрию (почему винты лодок — это самый охраняемый объект)?
3) Как еще (даже гипотетически) можно избежать кавитации или использовать ее в своих целях в области кораблестроения?
С уважением, инженер по качеству ОАО «82 Судоремонтный завод».
Источник: engineering-ru.livejournal.com