Гидродинамические характеристики широколопастных гребных винтов с усеченной формой лопасти в свободной воде

В работе выполнено исследование широколопастных гребных винтов с усечeнной формой лопасти на основе имеющихся в литературе данных о гидродинамических характеристиках движительных комплексов направляющая насадка – гребной винт фиксированного шага с усеченной формой лопасти (винт Каплана), имеющих сравнительно небольшое дисковое отношение 0,55. Как правило, такие движители являются тяжелонагруженными, что обуславливает необходимость увеличения дискового отношения винтов с целью предупреждения возникновения развитой кавитации. Представлены результаты первого этапа исследований, включающего испытания серии четырехлопастных гребных винтов с усеченной формой лопасти, имеющих дисковое отношение 1,0 в свободной воде. Испытания были проведены в опытовом бассейне ФГБОУ ВО ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова с использованием экспериментальной установки, включающей специальный гидродинамический стенд. Серия моделей испытанных гребных винтов была изготовлена методом 3D-печати из пластика PET-G. Предварительная оценка показала, что выбранный диаметр моделей позволит обеспечить достижение закритических чисел Рейнольдса при частоте вращения около 20 с^–1. Однако в ходе испытаний было установлено, что частоту вращения необходимо повысить до 30 с^–1, что, в свою очередь, привело к сокращению программы испытаний вследствие режимных ограничений экспериментальной установки. Тем не менее анализ результатов испытаний позволил построить корпусную и машинную диаграммы по форме, предложенной Э. Э. Папмелем. Выполнена оценка прочности моделей, показавшая, что напряжения, возникающие в корне лопасти, существенно меньше допускаемых. Полученные результаты увеличивают возможности проектирования гребных винтов формы Каплана в качестве рабочих колес водометных движителей, а также в составе движительного комплекса «гребной винт-насадка».

1. Справочник по теории корабля: в 3 т. / Под ред. Я. И. Войткунского. — Л.: Судостроение, 1985. — Т. 1 : Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители. — 768 с.

2. Басин А. М. Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания / А. М. Басин, Е. И. Степанюк. — Л.: Транспорт, 1977. — 268 с.

3. Tadros M. Design of propeller series optimizing fuel consumption and propeller efficiency / M. Tadros, M. Ventura, C. Guedes Soares // Journal of Marine Science and Engineering. — 2021. — Vol. 9. — Is. 11. — Pp. 1226. DOI: 10.3390/jmse9111226.

4. Пустошный А. В. Анализ перспектив применения композитных гребных винтов в судостроении / А. В. Пустошный, Н. В. Маринич, О. В. Савченко // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2023. — № 3 (405). — С. 26–48. DOI: 10.24937/2542-2324-2023-3-405-26-48.

5. Бавин В. Ф. Гребные винты. Современные методы расчета / В. Ф. Бавин, Н. Ю. Завадовский, Ю. Л. Левковский. — Л.: Судостроение, 1983. — 296 с.

6. Таранов А. Е. Определение гидродинамических характеристик моделей гребных винтов с учетом ламинарно-турбулентного перехода / А. Е. Таранов, М. П. Лобачев // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2015. — № 90 (374). — С. 47–54.

7. Жинкин В. Б. Модернизация кавитационной трубы с целью расширения ее экспериментальных возможностей / В. Б. Жинкин // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2021. — № 62–63. — С. 74–77.

8. Дарчиев Г. К. Разработка технологии проектирования гребных винтов ледовых транспортных судов с улучшенными кавитационными характеристиками на режимах движение в свободной воде: дис. …канд. техн. наук: 05.08.01 / Г. К. Дарчиев. — СПб.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр», 2021. — 131 с.

9. Пустошный А. В. Влияние шероховатости поверхности гребного винта на его пропульсивные характеристики / А. В. Пустошный, А. В. Сверчков, С. П. Шевцов // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2019. — № 4 (390). — С. 11–26. DOI: 10.24937/2542-2324-2019-4-390-11-26.

10. Яцук Ю. В. Стенд для определения гидродинамического момента, возникающего при вращении подводного аппарата на месте / Ю. В. Яцук, А. К. Афанасьев // Сборник тезисов докладов национальной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова». — СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2018. — С. 213–214.

11. Бавин В. Ф. Ходкость и управляемость судов / В. Ф. Бавин, В. М. Зайков, В. Г. Павленко [и др.]. — М.: Транспорт, 1991. — 397 с.