Упор гребного винта создается главным образом за счет разрежения — падения давления на выпуклой засасывающей стороне лопасти (см. стр. 227). Если площадь лопастей небольшая, то давление здесь понижается настолько, что вода, обтекающая лопасть, вскипает, выделяя пузырьки пара. Микроскопические пузырьки сливаются в более крупные—каверны, а при очень сильном разрежении — в сплошную полость, что нарушает непрерывность потока. Это явление и называется кавитацией.

Различают две стадии кавитации. На первой студии каверны невелики и на работе винта практически не сказываются.

Однако пузырьки, лопаясь, создают огромные местные давления, отчего поверхность лопасти выкрашивается. При длительной работе кавитирующего винта такие эрозионные разрушения могут быть настолько значительными, что эффективность винта снизится.

При дальнейшем повышении скорости наступает вторая стадия кавитации. Сплошная полость захватывает всю лопасть и даже может замыкаться за ее пределами. Развиваемый винтом упор падает из-за резкого увеличения лобового сопротивления и искажения формы лопастей.

Кавитацию винта можно обнаружить по тому, что скорость лодки перестает расти, несмотря на дальнейшее повышение числа оборотов; гребной винт при этом издает специфический шум, на корпус передается вибрация, лодка движется скачками.

Степень разрежения на лопасти, а следовательно, и момент наступления кавитации зависят прежде всего от скорости потока, набегающего на лопасть. Напомним, что эта скорость является геометрической суммой окружной скорости V_r = πDn и поступательной V_а. Замечено, что кавитация начинается на концах лопастей, когда v, достигает значения 3500 м/мин. Это означает, что гребной винт D = 0,3 м должен иметь число оборотов не более

п =V_r\πD=3500\(3.14*0.3)= 3700 об/мин,

а винт диаметром 0,4 м — не более 2800 об/мин.

Момент наступления кавитации зависит не только от числа оборотов, но и от ряда других характеристик. Так, чем меньше площадь лопастей, больше толщина их профиля, ближе к ватерлинии расположен винт, тем при меньшей частоте вращения, т. е. «раньше», наступает кавитация. Появлению кавитации способствуют также большой угол наклона гребного вала, дефекты лопастей — изгиб, некачественная поверхность.

Что такое дисковое отношение  винта

Упор, развиваемый гребным винтом, практически не зависит от площади лопастей. Наоборот, с увеличением этой площади возрастает трение о воду, и на преодоление этого трения дополнительно расходуется мощность двигателя. C другой стороны, надо учесть, что при том же упоре на широких лопастях разрежение на засасывающей стороне меньше, чем на узких. Следовательно, широколопастной винт нужен там, где возможна кавитация (т. е. на быстроходных катерах и при высоких числах оборотов гребного вала).

В качестве характеристики винта принимается рабочая, или спрямленная площадь лопастей. Чтобы ее найти, нужно из центра винта на нагнетающей поверхности лопасти провести равноотстоящие одна от другой дуги окружностей (рис. 234). Выпрямив эти дуги, мы получим спрямленную площадь лопасти. В характеристике винта обычно указывается не спрямленная площадь лопастей, а ее отношение к площади сплошного диска такого же, как винт, диаметра. Обозначается это дисковое отношение буквами А\А_д. На винтах заводского изготовления его величина выбита на ступице.

Для винтов, работающих в докавитациопном режиме, дисковое отношение принимают в пределах 0,3—0,6 (рис. 235).

У сильно нагруженных винтов на быстроходных катерах с мощными высокооборотными двигателями А\А_д увеличивается до 0,6—1,1. Большое дисковое отношение необходимо и при изготовлении винтов из материалов с низкой прочностью, например из силумина или стеклопластика. В этом случае предпочтительнее делать лопасти шире, чем увеличивать их толщину.

Киль — помеха для винта

Бывает, что на вновь построенной лодке мотор развивает полное число оборотов, а ожидаемой скорости достичь не удается. Может оказаться, что виноват в этом киль. Срывающиеся с него вихри и пузырьки воздуха проникают под антикавитационную плиту, попадают на лопасти винта и вызывают кавитацию, а в результате снижают упор винта и скорость хода.

Срежьте киль под углом, как показано на рис. 236, на длине примерно 500—600 мм от транца — и скорость лодки возрастет. Полезно также уменьшить и толщину киля.

 На водоизмещающих катерах и лодках лопасти винта в вертикальном положении нередко на всю ширину закрываются толстым дейдвудным брусом (рис. 237).

 При этом вихри, срывающиеся с кромок дейдвуда, также снижают упор; неравномерная нагрузка на лопасти вызывает вибрацию корпуса катера. В значительной мере устранить эти неприятные явления можно, срезав, насколько это позволяет прочность конструкции, боковые грани дейдвуда, придав им обтекаемость.

Причина кавитации — кронштейн      

Гребной вал, установленный в кронштейне, будет вибрировать, если зазор между днищем катера и лопастью пинта окажется меньше 10—20% диаметра винта (рис. 238). Не менее важно выдержать и зазор между лопастью и стойкой кронштейна: он должен быть не менее 15—20% О при условии, что стойка имеет обтекаемый профиль. Завихрения или каверна, образующиеся за плохо обтекаемой стойкой, могут попасть на лопасть и вызвать кавитацию винта. Избежать этого можно, заострив кромки стойки и несколько удлинив вал.

Можно рекомендовать стойки обтекаемого профиля с соотношением длины к толщине 10 : 1. Втулка кронштейна должна быть одинакового со ступицей винта диаметра; передний торец ее необходимо закрыть обтекателем или соответственно проточить. Опорную пластину, которой кронштейн ставится на корпус, рекомендуется утопить заподлицо с обшивкой и закрепить винтами с потайной головкой. Весь кронштейн следует хорошо отполировать.

К содержанию