Летящие над волной

Опубликовано: 27 июня 2010
Просмотров: 132279

 

 

В 1839 г. Смит и Эриксон построили и затем испытали большие винтовые суда. Пароход Смита –"Archimedes" ("Архимед"), 38м длиной 6,7 м шириной с осадкой 3 м и водоизмещением 232 т, который принято считать первым винтовым пароходом.На винт диаметром 2,1 м работали две паровые машины мощностью 45 л. с. каждая. На испытаниях "Archimedes" развил скорость 9,8 уз. Оригинальным способом было решено сравнить эффективность колесного и винтового движителей. "Archimedes" соединили тросами (корма к корме) с колесным пароходом "William Gunston"(«Уильям Гунстон»). Машины заработали, и... "William Gunston" потащил за собой первенца винтового судостроения. Однако спешить с выводами было рано. Позже пароход обеспечивал перевозку до 6 тонн груза со средней скоростью 9,64 миль/час.

"Archimedes"

В мае 1840 г. пароход начал работать на Британских каботажных линиях. Меньшее по мощности и грузоподъемности судно Эрикссона "Stockton"("Стоктон") в апреле 1839 г. ушло под парусами в США, предоставившими Эриксону свое гражданство.
Очевидная эффективность гребного винта положила конец активному противоборству сторонников парусного и парового флотов. Год 1838 принято считать концом эры парусного флота.

В 1839 г. Эриксон отправился в США и построил там пароходофрегат "Princeton"("Принстон") водоизмещением 950 т с винтовым движителем собственной конструкции, приводившимся во вращение от двух паровых машин суммарной мощностью 400 л. с.

"Princeton" 1845 г.

На испытаниях корабль развил 14 уз — скорость по тем временам небывалую. При перетягивании по описанному выше способу «Принстон» потянул за собой английский колесный пароход "Great Western"(«Грейт Вестерн»).

Кормовая оконечность пароходофрегата "Princeton"

У гребного винта не было недостатка в противниках. Они не желали признать результатов, достигнутых "Princeton" («Принстоном»), ссылаясь на различие в водоизмещении, обводах корпуса и мощности машин сравниваемых судов. Окончательно вопрос был решен, когда Английское адмиралтейство организовало сравнительные испытания двух специально построенных для этой цели в 1843 г. одинаковых пароходофрегатов водоизмещением 894 т с паровой машиной мощностью 200 л. с.— винтового "Rattler"(«Раттлера») и колесного "Alecto"(«Алекто»).

Сначала оба корабля были испытаны под парусами и показали практически одинаковую скорость, что подтвердило подобие форм их корпусов. Затем фрегаты испытали перетягиванием. После того как машины развили полную мощность, «Раттлер» начал буксировать «Алекто» со скоростью более 2 уз. Этим испытания не ограничились. Скорости кораблей измерили на трех режимах и получили следующие результаты:при работе только машин — 9,2 и 8,8 уз; машин и парусов— 11,9 и 11,2 уз; машин при движении кораблей против ветра — 7,5 и 7 уз.

Состязания винтового "Rattler" и колесного "Alecto"...

Скептики были посрамлены. «Выяснение отношений» между колесным и винтовым движителями закончилось. Гребной винт получил признание благодаря не только более высокому КПД, но и таким серьезным преимуществам перед гребными колесами, как простота конструкции и гораздо лучшие массогабаритные показатели. По мере совершенствования винт приобрел стабильную форму, с небольшими отклонениями сохранившуюся и поныне.

Схема создания упора при работе гребгого винта.( Т - окружная составляющая силы сопротивления вращению.Y - гидродинамическая сила. Р - сила упора)

Гребной винт состоит из ступицы с расположенными на ней лопастями. Его работа основана на использовании гидродинамической силы, создаваемой разностью давлений на сторонах лопастей. Любое концентрическое сечение лопасти представляет собой элемент несущего крыла, поэтому при вращении винта на каждом элементе лопасти возникают такие же. как на крыле, силы. Поток, обтекающий выпуклую сторону лопасти (засасывающая сторона), слегка поджимается, вследствие чего его движение ускоряется. Поток, обтекающий плоскую (иногда слегка вогнутую) сторону лопасти (нагнетающая сторона), встречая на своем пути препятствие, слегка притормаживается и соответственно замедляет скорость. В соответствии с законом Бернулли на засасывающей стороне лопасти давление падает и возникает зона разрежения; на нагнетающей стороне давление возрастает и создается зона давления. Вследствие разности давлений образуется гидродинамическая сила Y. Теорией и экспериментально установлено, что основная часть гидродинамической силы (70-75%) создается за счет разрежения на засасывающей стороне лопастей винта, а меньшая (30— 25%) —за счет давления на нагнетающей стороне лопастей. Проекция гидродинамической силы на плоскость вращения представляет собой сопротивление вращения лопастей T, а ее проекция на ось винта является его упором Р, который воспринимается лопастями и через ступицу и гребной вал передается кораблю.

Закручивание струи, отбрасываемой гребным винтом.

Поскольку лопасти имеют винтообразную поверхность, при вращении винта вода не только отбрасывается назад, но и закручивается в сторону вращения лопастей. Между тем движитель должен только отбрасывать воду, создавая реактивный импульс — силу тяги. На закручивание потока и преодоление сопротивления вращения винта в воде затрачивается значительная доля мощности двигателя. Поэтому КПД винта, равный отношению полезной мощности (затраченной на создание тяги винта) ко всей мощности (израсходованной на вращение винта), всегда будет меньше единицы.

КПД гребных винтов колеблется от 0,5 до 0,7. Верхний предел считается очень высоким и достижим на малооборотных винтах большого диаметра. Значения КПД быстроходных винтов небольшого диаметра редко превышают 0,5 —0,55. Но это в наши дни, когда существует методика проектирования гребных винтов. В рассматриваемый же период винты подбирались обычно по прототипу или опытным путем и имели намного меньший КПД.