Методы повышения эффективности гребных винтов

Работа гребного винта сопровождается потерями мощности, вопервых, в самом преобразователе энергии — движителе, во-вторых, — при его взаимодействии с корпусом судна.

Выше (см. гл. 4) было показано, что КПД гребного винта отличается от единицы вследствие потерь на создание вызванных осевых и окружных скоростей, концевых и профильных потерь. За исключением последних, все остальные потери индуктивные и зависят от коэффициента нагрузки по упору, увеличиваясь с его ростом.

Идеальный движитель имеет единственные потери энергии — на создание вызванных осевых скоростей. Снижение этих потерь до нуля невозможно в принципе — это противоречило бы идее создания упора гребным винтом как гидрореактивным движителем. Остальные индуктивные потери на создание вызванных окружных скоростей и концевые теоретически могут быть сведены к нулю, хотя достичь этого на практике не удается.

Профильные или конструктивные потери имеют вязкостную природу. На сегодняшний день конструкция и технология изготовления гребных винтов таковы, что достичь заметного эффекта за счет дальнейшего совершенствования формы профиля сечения, уменьшения толщины лопасти и диаметра ступицы, улучшения качества поверхности лопастей практически не удается — все эти возможности уже исчерпаны. Таким образом, профильные потери у современных гребных винтов близки к своему нижнему пределу.

Мероприятия, предотвращающие кавитацию, в явном виде не влияют на эффективность работы гребного винта. Самым радикальным способом достижения той же цели — отдаления кавитации — является увеличение дискового отношения, что, однако, влечет за собой снижение КПД винта. Таким образом, устранение кавитации можно рассматривать в качестве одного из способов повышения, пусть не прямого, а косвенного, КПД гребного винта.

Определенные резервы скрыты и в улучшении взаимодействия винта с корпусом судна. Во-первых, речь может идти о более полной утилизации энергии попутного потока и соответствующего повышения пропульсивного коэффициента. Во-вторых, уменьшение неравномерности поля скоростей благоприятно сказывается на прочностных и кавитационных характеристиках гребного винта, снижает периодические составляющие упора и момента.

За последние 20 лет достигнуто снижение расхода топлива более чем на 20%, в основном благодаря успехам судовой гидромеханики. В первую очередь это объясняется широким использованием бульбовой носовой оконечности, затем следует назвать способы повышения эффективности комплекса гребной винт — корпус судна. Все эти способы можно условно разделить на две группы: снижающие потери энергии гребного винта и улучшающие характеристики его взаимодействия с корпусом. Наиболее перспективными средствами первой группы являются: направляющие насадки, соосные винты, малооборотные винты повышенного диаметра, гребные винты с нагруженными концевыми сечениями лопасти (ГВ с НКСЛ) и с осевой турбинкой на обтекателе ступицы (ГВ с ОТНОС). Взаимодействие улучшается за счет использования гребных винтов с большой откидкой лопастей, предвинтовых направляющих насадок, специальной профилировки кормовой оконечности, а также путем активного воздействия на поле скоростей в диске гребного винта.