Введение
С ростом человеческих обществ и увеличением потребности в продовольствии и ресурсах, а также созданием рабочих мест и источников дохода, использование морских возможностей и ресурсов (пищевых, нефтяных, минеральных и т.д.) стало приоритетом для всех стран, особенно тех, что имеют доступ к морям и водоемам. Развитие морских отраслей в любой области требует глубокого понимания моря, его возможностей и вызовов. Это понимание достигается посредством тщательных исследований и экспедиций. В нашей дорогой стране, Иране, значительные морские ресурсы имеются на северных и южных границах, а также в некоторых не прибрежных и центральных регионах, предоставляя огромный потенциал для продовольствия, нефти, минералов, туризма и коммерческого судоходства. Иран, в определенном смысле, является морской страной с различными пищевыми, нефтяными, минеральными ресурсами, а также уникальными возможностями для туризма, отдыха и многочисленными коммерческими и судоходными приложениями, создавая исключительные возможности для частных лиц и компаний для использования этих ресурсов.
Следует отметить, что использование этих экономических и иногда стратегических ресурсов требует применения различных специализированных и общих видов оборудования, связанных с морем и морскими отраслями. Одним из ключевых видов оборудования, используемого во всех морских отраслях с прошлого до настоящего времени, являются водные суда (корабли, лодки, ланчи и т.д.) различной грузоподъемности, разработанные для различных целей, включая военные, полицейские, разведывательные, пограничные, рыболовные, коммерческие, туристические и развлекательные, как с экипажем, так и без. Оборудование, установленное на этих лодках и судах, часто проектируется механически простым для снижения затрат, упрощения обслуживания и повышения надежности, обычно состоящее из двигателя (обычно двухтактного), редуктора и морского винта.
На основе выполненного проекта, отчет о котором представлен здесь, в Главе 1 обсуждаются литература и характеристики морских винтов. В Главе 2 рассматриваются расчеты мощности и скорости вращения как ключевые параметры для оценки систем推进а. Наконец, в Главе 3 рассматривается передача мощности (крутящего момента) от вала и редуктора к винту с использованием механизма, называемого сплайном.
Глава 1: Литература о морских винтах и анализ винта Yamaha-85
Морские винты, как элементы, рассекающие воду и обеспечивающие движение, используются во всех водных и транспортных судах, включая лодки, корабли, подводные лодки и т.д. Они классифицируются по форме, эффективности и применению, с вариациями числа лопастей в зависимости от направления вращения двигателя и редуктора. Сначала необходим общий обзор морского винта и формы и характеристик его различных частей:
Передняя кромка: Первая часть лопасти, контактирующая с водой, более толстая для прочности, чтобы разрезать воду с высокой скоростью.
Задняя кромка: Последняя часть, где вода покидает лопасть, более тонкая для минимизации потерь давления и вихрей.
Внутренняя ступица: Точка соединения винта с резиновой втулкой и сплайном, с более толстыми и прочными корнями лопастей.
Внешняя ступица: Поверхность, соединяющая лопасти и их корни с винтом, контактирует с водой.
Корень лопасти: Точка соединения лопасти с внешней ступицей, рассчитанная на прочность.
Ребра: Соединяют внутреннюю и внешнюю ступицы, снижая вес винта при сохранении прочности. В некоторых винтах пространство между ребрами служит проходом для горячих выхлопных газов и химических веществ из двигателя, уменьшая вес без ущерба для прочности.
Напорная поверхность: Во время вращения, из-за геометрии винта, скорость воды на этой поверхности уменьшается, увеличивая статическое давление, поэтому она называется напорной поверхностью.
Диффузорное кольцо: Снижает давление за винтом, предотвращая обратный поток горячих газов.
Число лопастей: Количество лопастей, установленных на морском винте, варьируется и является ключевым фактором, влияющим на производительность. Были проведены обширные исследования, и опубликованы статьи о количестве и типе лопастей. Винт Yamaha-85, изученный в этом проекте, имеет 3 лопасти.
Профиль лопасти: При наблюдении за формой лопасти видно, что она имеет специфический профиль, схожий с профилями крыльев самолетов и винтов вертолетов, из-за их схожей функции создания тяги (в судах) или подъемной силы (в самолетах и вертолетах) за счет разницы давлений на поверхности в жидкости (воздухе или воде). Лопасти должны иметь форму, подобную аэродинамическому профилю, с изогнутым и скрученным поперечным сечением, так как это увеличивает эффективность по сравнению с плоскими лопастями. Плоская лопасть не обладает эффективностью изогнутой, контурной и скрученной лопасти.
Угол наклона (Rake Angle): Угол между лопастью и линией, перпендикулярной оси лопасти, как показано на рисунке 1.2. Он может быть нулевым, постоянным (Flat Rake) или переменным (Progressive Rake). Лопасти с большим углом наклона обычно обеспечивают большую скорость и тягу. Винты с лучшей производительностью обычно имеют угол наклона от 20 до 30 градусов. Винт Yamaha-85 имеет угол наклона примерно 15 градусов.
Угол скоса (Skew Angle): Угол между линией, проходящей через центры всех сечений лопасти, и касательной к корню лопасти. Угол скоса может быть следующим:
Без скоса (No Skew): Если линия, проходящая через центры всех сечений, движется прямо от начальной точки (корень лопасти) до конечной точки (кончик лопасти) без изгиба или изменения направления, это называется винт без скоса (Рисунок 1.3).
Сбалансированный скос (Balanced Skew): Если линия, проходящая через центры всех сечений, меняет направление от корня лопасти до кончика, сначала изгибаясь в сторону направления вращения, а затем против него, это называется винт со сбалансированным скосом (Рисунок 1.4).
Смещенный скос (Biased Skew): Если линия, проходящая через центры всех сечений, движется без изменения направления, изгибаясь против направления вращения от корня до кончика, это называется винт со смещенным скосом (Рисунок 1.5).
Обычно, если угол скоса превышает 25 градусов, винт называется высокоскосным (High Skew Propeller). Следующая классификация касается различных углов скоса и их влияния на форму винта:
Высокоскосные винты предназначены для устранения импульсов давления от кавитации, снижая вибрации до 30% по сравнению с винтами без скоса. Угол скоса не влияет на эффективность, но снижает вибрации, что важно для военных подводных лодок и других судов, требующих минимального шума во время миссий. |
Каппированный винт (Cupped Propeller): Как показано на рисунке 1.6, эта характеристика представляет собой изгиб на кончике лопасти, напоминающий чашу, поэтому называется «каппированным». Каппированные винты улучшают управление при ускорении и поворотах за счет лучшего сцепления воды с винтом и увеличивают верхний предел скорости. В целом, каппирование повышает эффективность и производительность винта. Винт Yamaha-85, изученный в этом проекте, является некаппированным.
Направление вращения: Винт может вращаться по часовой стрелке (правосторонний) или против часовой стрелки (левосторонний), что определяется при взгляде на винт с лицевой стороны (Рисунок 1.7). Винт Yamaha-85 является правосторонним.
На судах с двумя винтами правый винт обычно вращается по часовой стрелке, а левый — против, чтобы сбалансировать крутящие моменты. Некоторые суда позволяют двигаться назад через обратное вращение винта (при условии создания обратной тяги), но это здесь не рассматривается.
