Отправлено: 18.06.06 11:54. Заголовок: Влияние формы винтов на скорость

Какое могло оказать влияние различная форма винтов на скорость кораблей периода 1860-1906?
В "Первые русские броненосцы", "Кр.1 ранга Дм.Донской" встречаются упоминания о испытаниях с разными винтами: различный шаг и количество лопастей.
Может быть у кого-нибудь имеются более подробные сведения.

 Отправлено: 28.06.06 12:51. Заголовок: Re:

Час от часу не легче.

Катаев.
В соответствии с проектными чертежами, на «Варяге» предполагалось установить два четырехлопастных винта со съемными лопастями диаметром 4,4 м. Однако в ходе строительства их заменили на два трехлопастных винта с непо-движными лопастями и стандартным шагом 5,6 м.

Мельников.
Трехлопастные гребные винты диаметром около 4,4 м изготовлялись из марганцовистой бронзы и имели съемные лопасти с креплениями, позволявшими менять шаг, который обычно составлял 5,56 м.

Судя по конструкции - это разные винты.
У Катаева - винт с неподвижными лопастями. Шаг постоянный 5,6 м.
У Мельникова - лопасти позволявшие менять шаг. Шаг переменный, обычно - 5,56 м.
Единственное, в чем они совпадают - это число лопастей - 3.

Anton пишет:

цитата:

чушки общим весом до 200 т.

Расчет на пальцах. Sвл=α*L*B=0.7..0.8*127.8*15.9=~1500 кв.м.
dV=1.025*dT*Sвл=1.025*0.01*1500=15.4 т на 1 см осадки. 200 т --> 13 см. А у меня разница 6,52-5,94=0,58 м - ???

Anton пишет:

цитата:

С чертежами попробую разобраться.

Разберётесь, снимите заглубление винта.

 Отправлено: 28.06.06 13:00. Заголовок: Re:

Anton пишет:

цитата:

Водоизмещение 6604 т Осадка средняя 5, 94 м

А тогда еще вопрос, водоизмещение соответствует осадке? А то я чувствую, что все закончится обсчетом теоретического....

 Отправлено: 28.06.06 19:24. Заголовок: Re:

Штурман1 пишет:

цитата:

А то я чувствую, что все закончится обсчетом теоретического....

В принципе это самое логичное, но погешности :-(

 Отправлено: 28.06.06 19:32. Заголовок: Re:

Штурман1 пишет:

цитата:

Судя по конструкции - это разные винты. У Катаева - винт с неподвижными лопастями. Шаг постоянный 5,6 м. У Мельникова - лопасти позволявшие менять шаг. Шаг переменный, обычно - 5,56 м. Единственное, в чем они совпадают - это число лопастей - 3.

Необязательно. В САСШ принята была (да и сейчас) английская система измерений (футы, дюймы), т.е. и Мельников и Катаев пересчитывали шаг винта в метр.систему, Катаев мог просто округлить. И у Мельникова и у Катаева это ВФШ, только у Мельникова указано, что лопасти сьемные и шаг их мог меняться (в доке), а у Катаева это не указано (наверно потому, что шаг никогда не менялся в реале).

 Отправлено: 29.06.06 08:33. Заголовок: Re:

Anton пишет:

цитата:

В принципе это самое логичное, но погешности :-(

Погрешности, кстати не самое страшное. Труднее снять ПРАВИЛЬНЫЕ размеры с теоретического. Вот теоретический Варяга - http://wunderwaffe.narod.ru/Magazine/MK/2003_03/Draw/02.jpg. О номерах шпангоутов можно только догадываться. И как соотнести его с каким-нибудь линейным размером, а лучше с несколькими, а лучше по всем трем осям? Масштаб который приведен там (1/4" = 1') ничего не дает, т.к. это не бумажный документ. После того как сняты размеры (можно даже не через равные промежутки - ватерлинии или шпации) - проблем с расчетом нет.
Anton пишет:

цитата:

Необязательно.

Вы считаете?
Мне кажется у Катаева четко сказано: "два трехлопастных винта с НЕПОДВИЖНЫМИ лопастями"
Anton пишет:

цитата:

пересчитывали шаг винта в метр.систему

А если пересчитать назад?
5,6 м = 18' 4.5" - извините за десятые доли дюйма.
5.56 м = 18' 2.9" - ну и сколько могло быть в реале?

 Отправлено: 29.06.06 08:54. Заголовок: Re:

Штурман1 пишет:

цитата:

Погрешности, кстати не самое страшное. Труднее снять ПРАВИЛЬНЫЕ размеры с теоретического.

Под погрешностями я имел ввиду в т.ч. и погрешности снятия размеров
Штурман1 пишет:

цитата:

Мне кажется у Катаева четко сказано: "два трехлопастных винта с НЕПОДВИЖНЫМИ лопастями"

А мне кажется, что неподвижные означает, что нельзя изменить шаг винта в море (т.е.это не ВРШ) и вовсе не указывает на то, что лопасти съемные или не съемные (в смысле, что после повторной установки лопасти можно установить другой шаг)
Штурман1 пишет:

цитата:

А если пересчитать назад? 5,6 м = 18' 4.5" - извините за десятые доли дюйма. 5.56 м = 18' 2.9" - ну и сколько могло быть в реале?

А что даст пересчет назад? Я имел ввиду, что если округлить 5,56, то будет 5,6.

 Отправлено: 29.06.06 10:56. Заголовок: Re:

Штурман1 пишет:

цитата:

Осадка - 1,94 см - 6,52 м (ни чего похожего на 5,94 м, указанных Антоном)

Осадка все-таки 5,94 м (во всяком случае так считали американцы) "«Варяг» - стальной, двухвинтовой, защищенный крейсер (protected cruiser) следующих размеров: наибольшая длина 425 футов и 1 дюйм; длина между перпендикулярами 400 футов; ширина 52 фута; осадка 19 футов и 6 дюймов; водоизмещение 6500 тонн; скорость 23 узла." http://cruiserx.narod.ru/philadelphia.htm, на чертеже указана осадка для непонятного водоизмещения, да и мелковат он.
Обратите внимание на фото "Варяг на стапеле" у Катаева. Марки осадок к сожалению не разобрать, но зато известна площадь ясно видимого пера руля 12 м2, из этого пересчитал отстояние осей ГВ от ОП, получилось 2,2 м, т.е. до поверхности 5,94-2,2=3,74 м - от осей гребных валов.

 Отправлено: 30.06.06 14:17. Заголовок: Re:

Пока реальных винтов нет, ни для Бояна, ни для Варяга проверочный расчет сделать нельзя. Поэтому попробую сделать проектировочный расчет винта для Баяна.

Если я нигде не наврал, то получается следующее

Исходные данные.
Водоизмещение, D = 7803 т
Длина по ВЛ, L = 135 м
Ширина, B = 17,5 м
Осадка, T = 6,5 м
Мощность, Ne = 16500 л.с.
Скорость, vs = 20,6 узл
Количество винтов, zp = 2
Диаметр винта, Dв = 5,11 м
Погружение оси винта, hs = 3,93 м
Число лопастей, z = 3
==============================================================
Водоизмещение
D = 7803 т (длинных) = 7803*1,016 = 7928 т (метрических)

Объемное водоизмещение
V = D/(kв.ч.*ρ) = 7928/(1,01*1,025) = 7658 м3

Коэф. общей полноты
δ = V/(L*B*T) = 7658/(135*17,5*6,5) = 0,499

φ1 = 10*(B/L)*δ = 10*(17,5/135)*0,499 = 0,647

кв.кор(φ1) = кв.кор(0,647) = 0,804

λ1 = 0,7+0,03*кв.кор(L) = 0,7+0,03*кв.кор(135) = 1,049

x1 = 1,05, т.к. корабль двухвинтовой.

v1 = vs*кв.кор.(φ1/L) = 20,6*кв.кор(0,647/135) = 1,426

Теперь с графика C1 = f(v1,φ1) = 47,7

Буксировочная мощность
EPS = (D/L)*(x1*кв.кор(φ1)/λ1)*((vs^3)/C1) =
= (7928/135)*(1,05*0,804/1,049)*((20,6^3)/ 47,7) = 8660 л.с.

Скорость судна.
vc = vs*1852/3600 = 20,6*1852/3600 = 10,6 м/с

Буксировочное сопротивление
Rб = EPS*75/vc = 8660*75/10,6 = 61270 кгс = 61270*9,81/1000 = 601 кН

Число Фруда
Fr = vс/кв.кор(g*L) = 10,6/кв.кор(9,81*135) = 0,291

Коэффициенты взаимодействия винта с корпусом судна.
коэффициент попутного потока
φ = 0,165*δ^x*кв.кор(куб.кор(V)/Dв)-Δφ =
= 0,165*0,499^2*кв.кор(куб.кор(7658)/5,11)-0,0136 = 0,0671
где,
для бортовых винтов x = 2;
Δφ – поправка на волнообразование;
Δφ = 0,3*δ*(Fr-0.2) = 0,3*0,499*(0,291-0,2) = 0,0136

коэффициент засасывания, для двухвинтовых судов с кронштейнами
t = 0,7*φ+0,06 = 0,7*0,0671+0,06 = 0,1070

Скорость потока в диске винта
vp = vc*(1-φ) = 10,6*(1-0,0671) = 9,89 м/с

Упор гребного винта
P = Rб/((1-t)*zp) = 601/((1-0,1070)*2) = 337 кН

Удельная нагрузка гребного винта
p’ = P/(π*Dв^2/4) = 337 /(3,14*5,11^2/4) = 16,43 кПа (кН/м2),
в старой системе для входа в график p’ = 1675 кг/м2

Дисковое отношение для избежания второй стадии кавитации снимают с графика
θ = f(p’,hs) = 0,14.
Для избежания еще и первой стадии кавитации θ = (1,5..1,7)*θ = (1,5..1,7)*0,14 = 0,21..0,24 – принимаем 0,35 – графиков меньше нет.

Вспомогательный коэффициент
K’d = Dв*vp*кв.кор(ρ/P) = 5,11 *9,89*кв.кор(1,025/337) = 2,79

т.к K’d >2, то число лопастей z = 3 (как и на самом деле)

С диаграммы для расчета гребных винтов для z = 3 и θ = 0,35, при K’d = 2,79 снимаем
относительная поступь, λp = 1,12
коэф. упора, K1 = 0,165
КПД винта, ηp = 0,79
шаговое отношение, H/D = 1,39

Шаг винта
H = D*H/D = 5,11*1,39 = 7,1 м

Обороты винты
n = vp/( λp*Dв) = 9,89/(1,12*5,11) = 1,728 об/с = 103,7 об/мин

Упор винта
P = K1*ρ*n^2*D^4 = 0,165*1,025*1,728^2*5,11^4 = 344 кН
(отличие от значения указанного ранее 337 кН = 2% - точность снятия с диаграммы)

Коэф. момента
K2 = λp/(2*π)*(K1/ηp) = 1,12/(2*3,14)*(0,165/0,79) = 0,0372

Момент на винте
M = K2*ρ*n^2*D^5 = 0,0372*1,025*1,728^2*5,11^5 = 397 кНм

Мощность подводимая к винту
Np = M*2*π*n = 397*2*3,14*1,728 = 4310 кВт

Мощность двигателя
Ne = Np/ηв = 4310 /0,98 = 4398 кВт = 5975 л.с.
ηв – КПД валопровода

Мощность всей энергетической установки
Ne = Ne*zp = 4398*2 = 8796 кВт = 11950 л.с.

Грубо, достижимая скорость
vs1 = vs*куб.кор(Ne1/Ne) = 20,6*куб.кор(16500/11950) = 22,9 уз

 Отправлено: 30.06.06 18:57. Заголовок: Re:

Штурман1 пишет:

цитата:

попробую сделать проектировочный расчет винта для Баяна.

Будте добры, поясните коэффициенты и переменные, хотя бы с минимумом теории

 Отправлено: 03.07.06 08:29. Заголовок: Re:

Anton пишет:

цитата:

Будте добры, поясните коэффициенты и переменные

Всегда, пожалуйста! А что конкретно?

 Отправлено: 24.10.06 09:45. Заголовок: Re:

По просьбе любопытных помещаю пример диаграммы для расчета винтов.
Такие диаграммы строятся для своего количества лопастей z и дискового отношения Θ.

Диаграмма построена в осях K₁ - коэффициент упора, λ_p - относительная поступь. На диаграмме представлены два семейства линий. Первые, H/D - шаговое отношение винта, вторые, η_p - КПД винта. Есть две доп. линии - K'd и K'n - для проектирования оптимального винта по диаметру и оборотам соответственно. Обратите на характер линии η_p = 0,75 - т.н. "яблоко" абсолютно оптимального винта - на судах обычно не реализуемого. Порядок проектирования и расчета уже готового винта несколько различаются.