Типы винтов мотора вихрь



Исследование гидродинамики мотора «Вихрь»

В опытовом бассейне ЦАГИ была выполнена работа по экспериментальному определению упора штатных гребных винтов и буксировочного сопротивления подводной части одного из самых популярных у нас подвесных моторов — «Вихря».

Установка позволяла проводить испытания при различных скоростях движения мотора, величинах погружения и углах наклона оси винта. Текстолитовая плита 2, на которую навешивался мотор 1, жестко закреплена на металлической раме 3, соединенной с массивной металлической плитой 4. При помощи одностепенного шарнира 5 и регулирующего талрепа 6 к плите 4 прикреплен кронштейн с тензодатчиком 7 динамометра упора (сопротивления). Кронштейн связан с подвижной буксирующей платформой 8, которую можно перемещать вертикально для регулировки положения мотора по высоте. Регистрировались число оборотов коленчатого вала работающего мотора, скорость движения буксировочной тележки с мотором, возникающие деформации.

Исследуемый диапазон скоростей был ограничен 40 км/час, что, практически, максимально достижимо при номинальных оборотах коленчатого вала со штатным винтом.

Результаты испытаний 25-сильного подвесного мотора «Вихрь-М» с серийным окрашенным трехлопастным винтом (диаметр D=0,24 м; шаг Н=0,3 м; дисковое отношение A/Ad=0,527; средний диаметр ступицы d=0,063 м) показали, что для скорости 36 км/час этот винт тяжел и двигатель не добирает до номинального числа оборотов около 850 об/мин. Иначе говоря, с этим винтом не используется около 5 л. с., т. е. пятая часть мощности, которую может дать мотор.

Простая полировка поверхностей лопастей обеспечила некоторое увеличение числа оборотов с одновременным ростом эффективной тяги — упора винта. Однако и в этом случае максимальную мощность мотора использовать не удалось. Потребовалось изменение геометрических характеристик винта.

Существенный выигрыш получается после уменьшения диаметра серийного (но с полированными лопастями) винта с 0,24 до 0,22 м. На скорости 40 км/час указанные меры обеспечивают увеличение упора примерно на 25% (упор такой же, как у серийного винта при скорости 32 км/час).

Другими словами, для более полного использования мощности подвесного мотора «Вихрь-М» на скоростях около 40 км/час целесообразно уменьшить диаметр штатного гребного винта до 0,22 м и отполировать лопасти. Эти меры не будут вредны и при эксплуатации глиссирующих мотолодок на скоростях выше указанной (например, при установке двух моторов).

Заметное увеличение эффективного упора дает и уменьшение шага серийного винта до 0,24 м с одновременной полировкой. Учитывая, что, согласно внешней характеристике, двигатель развивает мощность 25 л. с. при 5100 об/мин, можно считать этот винт оптимальным для подвесного мотора «Вихрь-М», устанавливаемого на глиссирующих мотолодках, максимальная скорость которых с обычной нагрузкой не превышает 32 км/час. Это будут распространенные «дюральки» типов «Казанка», «Прогресс», «Обь», когда на борту находятся четыре-пять человек. Для лодок, эксплуатируемых на скоростях, близких к 40 км/час, можно рекомендовать уменьшение шага серийного винта до 0,27 м.

Расчеты и анализ экспериментальных материалов позволяют сделать вывод о целесообразности применения на тяжелых лодках с максимальной скоростью движения 20—25 км/час винтов с еще меньшим шагом, развивающих при таких скоростях больший эффективный упор. В частности, можно рекомендовать уменьшение шага до 0,21 м при сохранении D=0,24 м.

При испытании винтов на малых скоростях — в диапазоне от 0 до 15 км/час при hв=160 мм (Нтранца=400 мм) из-за недостаточного погружения оси винта наблюдалось просасывание атмосферного воздуха к лопастям, приводящее к падению эффективного упора. Аэрация лопастей прекращается при повышении скорости или увеличении погружения винта до hв=220 мм; как показали испытания, при еще больших погружениях — вплоть до hв=300 мм величина эффективного упора не изменилась. Это очень важно для реальных условий эксплуатации, когда при движении с малыми скоростями лодки имеют значительную осадку транцем.

Условия проведенных испытаний в опытовом бассейне ближе всего соответствовали случаю работы подвесного мотора на транце глиссирующей моторной лодки с почти плоскими кормовыми обводами. На режиме глиссирования, когда поток отрывается от нижней кромки транца и направлен почти горизонтально, обтекание винта «подвесника» происходит почти так же, как винта в свободной воде (т. е. без влияния корпуса лодки), погруженного на ту же величину hв.

Это положение подтверждается известным, установленным экспериментально фактом слабого взаимодействия винта и глиссирующего корпуса. Характеризующие это взаимодействие коэффициенты попутного потока (обычно равный 0,01÷0,03) и засасывания (0,01÷0,03) невелики по значению, поэтому, пользуясь приводимыми кривыми эффективного упора Ре и кривой буксировочного сопротивления W глиссирующей мотолодки, можно легко найти значения скорости движения, при которых Ре=W.

Для определения сопротивления погруженной части подвесного мотора в программу испытаний были включены буксировочные испытания подвесного мотора «Вихрь» (20 л. с.) с обтекателем, установленным вместо гребного винта и имитирующим его ступицу. Одновременно велись наблюдения за обтеканием и брызгообразованием подводной части дейдвуда при различных погружениях.

Для сравнения испытывались подводная часть «Вихря», в течение нескольких лет находившаяся в эксплуатации и имеющая шероховатую поверхность, и совершенно новая. Рассмотрим результаты этих испытаний для.двух погружений 160 и 180 мм, которым соответствуют высоты транца 400 мм и 380 мм, рекомендуемые заводской инструкцией по эксплуатации мотора.

Читайте также:  Мотор вентилятора охлаждения радиатора шкода фабия

Буксировочное сопротивление при hв=160 мм и скорости 36 км/час составило 10 кг, т. е. равно около 15% эффективной тяги винта-мотора «Вихрь-М». С увеличением погружения винта на 20 мм сопротивление возрастает из-за увеличения площади погруженной части мотора и более сильного забрызгивания его надводной части.

Из-за сравнительно тупых обводов носовой части дейдвуда с повышением скорости возрастает подъем струй; попадая на выступающие снизу крепежные болты и края разъема, струи создают брызги, которые на скоростях выше 35 км/час захлестывают даже капот мотора. (Разброс точек на графике объясняется неустановившимся характером брызгового потока).

Для выяснения источника брызгообразования были проведены дополнительные испытания при увеличенном до hв=220 мм погружении винта. Оказалось, что в этом случае подпор струй увеличивает буксировочное сопротивление настолько и создает такое мощное брызгообразование, что нельзя эксплуатировать подвесной мотор даже на скорости 22 км/час.

Чтобы уменьшить брызгообразование, к нижнему фланцу разъема дейдвудной трубы прикрепили козырек, изогнутый по профилю разъема. Этот козырек служил своего рода «ловушкой» для потока, поднимающегося вверх по дейдвудной трубе.

По результатам наблюдений можно было сделать вывод, что такая мера препятствует распространению брызг вперед и вверх и заметно снижает забрызгивание кожуха мотора. Еще более эффективным оказался козырек-брызгоотбойник с клиновидным носком.

Как показали испытания, при установке брызгоотражателей величина буксировочного сопротивления практически не уменьшается, однако для устранения или существенного уменьшения забрызгивания пассажиров, расположенных в кормовой части лодки, а также самого мотора эта мера полезна. Необходимо, чтобы части дейдвуда мотора, пересекающие водную поверхность и расположенные вблизи нее, имели симметричные заостренные профили, подобные профилям стоек подводных крыльев. Для находящихся в эксплуатации моторов «Вихрь» можно рекомендовать применение одного из испытанных козырьков.

Источник

Выбор гребного винта для мотора «Вихрь-30»

Сегодня среди отечественных подвесных моторов (ПМ) «Вихрь-30» остается самым мощным и, пожалуй, наиболее распространенным, несмотря на рыночное разнообразие зарубежных ПМ любой мощности (ведь цены на них, увы, пока заоблачны).

Для «Вихря-30» со штатным окрашенным гребным винтом (ГВ) оценки скорости хода и топливной экономичности на серийных мотолодках (МЛ) различных типов и при их разной загрузке в свое время были приведены автором в «КиЯ» №168, №171, №173. Ниже такие же ходовые характеристики даны для целого семейства «вихревских» ГВ (табл. 1). Это позволяет получить достаточно объемное представление о возможностях и предпочтительных областях применения «Вихря-30» с разными ГВ.

Указанные в табл. 1 предельные скорости глиссирующих МЛ соответствуют максимально допустимой частоте вращения коленчатого вала, равной 5000 об/мин. Отметим, что в отличие от предыдущих публикаций приводимые ниже оценки для ПМ «Вихрь-30» со штатным окрашенным ГВ получены с помощью стандартной компьютерной программы при повышенной точности съема информации (за счет масштабирования) с опубликованных графических материалов по «Вихрям».

На рис. 1 приведены результаты расчетов. Нумерация кривых на рисунке соответствует номерам ГВ в табл. 1.

Какие же выводы можно сделать об особенностях использования ГВ на моторе «Вихрь-30»?

Прежде всего заметим, что ГВ № 3 и 4 с измененными по отношению к «базовому» штатному ГВ № 2 геометрическими параметрами являются «гидродинамически легкими» («КиЯ» №31), из-за чего с ними, в частности, достигаются лишь более низкие предельные скорости.

Далее. Упор в зависимости от скорости хода наших по-разному «облегченных» ГВ изменяется по отношению к «базовому» ГВ тоже по-разному. Так, у ГВ № 3 с уменьшенным диаметром упор начинает ощутимо (более чем на 1%) возрастать при понижении скорости примерно с 34 км/ч; при скорости 18 км/ч прирост упора достигает 7%. А у ГВ № 4 с уменьшенным шагом прирост упора более значителен: в диапазоне скоростей от предельно допустимой (26 км/ч) до 18 км/ч он составляет от 4 до 20%. При этом ощутимое преимущество грузового ГВ № 4 перед обрезанным ГВ № 3 наблюдается только при скорости ниже примерно 24 км/ч (рис. 1).

Наконец, поскольку полировка ГВ снижает его предельно допустимую скорость (см. табл. 1), формально ее можно рассматривать как еще один прием гидродинамического облегчения ГВ. Однако в отличие от изменения геометрических параметров ГВ полировка дает весьма ощутимый прирост упора во всем диапазоне скоростей: 14-12% при скоростях 20-40 км/ч.

Все это позволяет дать конкретные рекомендации по применению различных ГВ на ПМ «Вихрь-30» с целью достижения наибольшей величины упора и, соответственно, скорости хода.

Во-первых, при штатном полированном ГВ № 2 на скорости хода выше 34 км/ч (частота вращения 4500 об/мин) нет смысла заменять этот ГВ гидродинамически облегченными ГВ № 3 и 4.

Читайте также:  Вытяжка krona kamilla 600 inox 1 мотор инструкция

Во-вторых, сменный грузовой ГВ № 4 на скорости хода ниже 24 км/ч (частота 4900 об/мин) всегда более эффективен, чем обрезанный ГВ № 3 и, тем более, штатный полированный ГВ № 2. В то же время на скоростях хода от 24 до 34 км/ч (частоты от 4300 до 4850 об/мин) именно этот обрезанный ГВ № 3 является оптимальным. Наконец, во всем этом диапазоне скоростей хода полировка ГВ всегда приводит к существенному выигрышу в величине упора и скорости хода.

На рис. 2 приведены зависимости «тяговой» топливной экономичности («КиЯ» №173) от скорости хода для наших ГВ. Этим графикам соответствует табл. 2 параметров экономичного полного хода, включающая в себя также 3%-ные интервальные оценки, аналогичные приведенным в «КиЯ» №173 для других отечественных ПМ.

Главная особенность графиков на рис. 2 — их принципиальное различие для штатных ГВ № 1 и 2, с одной стороны, и гидродинамически облегченных ГВ № 3 и 4, с другой. Если у штатных ГВ наилучшая топливная экономичность е достигается при скорости хода v (частоте вращения) меньшей, чем предельно допустимая vпр (см. также «КиЯ» №173), то у ГВ, гидродинамически облегченных за счет изменения их геометрии, наилучшая топливная экономичность наблюдается при предельно допустимой скорости (частоте вращения).

Сопоставление данных по упору и «тяговой» топливной экономичности показывает, что приведенные выше рекомендации по применению различных ГВ сохраняются и с учетом требований к топливной экономичности — возможное ее ухудшение не выходит за пределы 3%-ного допуска.

Какие же конкретные выводы об экономичных режимах работы на полном ходу можно сделать на основе табл. 2?

Во-первых, можно сравнить между собой различные ГВ по уровню, образно говоря, «потерянных сил, скорости и литров» («КиЯ» №41). Так, больше всего мощности недобирает штатный окрашенный ГВ № 1 — около 6% максимальной (порядка 2.0 л.с.); меньше (около 1 л.с.) недобирает ГВ № 2, в то время как у гидродинамически облегченных ГВ № 3 и 4 недобора мощности нет.

Несколько больше разница по потерям скорости: если у штатных ГВ № 1 и 2 эти потери составляют соответственно около 30 и 20%, то облегченные ГВ № 3 и 4 работают на предельных для них скоростях.

По «тяговой» топливной экономичности лидируют ГВ № 2 и 3: они на 10% экономичнее грузового ГВ № 4. Но, увы, эти лидеры все же существенно (примерно на 20%) уступают ПМ «Нептун-23» и «Привет-22» даже с их штатными окрашенными ГВ («КиЯ» №173).

Наконец, табл. 2 позволяет наглядно увидеть, какой именно выигрыш в скорости и топливной экономичности дает полировка штатного ГВ при движении МЛ экономичным полным ходом. Если в этом случае выигрыш в скорости составляет 6%, то выигрыш в топливной экономичности еще больше — 9%. При этом доля «потерянных сил» уменьшается вдвое (и в 3%-ном интервале экономичной скорости тоже).

Заметим, что по сравнению с данными «КиЯ» №173, уточненные гидродинамические расчеты несколько понизили для штатного окрашенного ГВ величину экономичной скорости полного хода, а также 3%-ного интервала для этой скорости.

Перейдем к оценке конкретных ходовых возможностей «Вихря-30» с разными ГВ на примерах ряда отечественных серийных МЛ («КиЯ» №168). Напомним, что для части из них («Крым», «Днепр», «Серебрянка») кривые буксировочного сопротивления были получены в опытовом бассейне ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, исходя из представления о ПМ как неотъемлемой части корпуса МЛ (независимо от режима движения — глиссирующего или водоизмещающего). Это отличается от подхода автора, при котором ПМ в режиме глиссирования рассматривается как независимый толкач-буксировщик («толкач на транце» — см. «КиЯ» №143 и №173). В связи с этим в указанные кривые буксировочного сопротивления были внесены поправки, исключающие сопротивление подводной части «Вихря».

Для того чтобы полнее представить ходовые возможности «Вихря-30», дополнительно рассмотрены также более тяжелые глиссирующие МЛ «Кафа-2500» («КиЯ» №36) и испытанная там же в ЦНИИ МЛ «Роса» (по проекту Л.Г. Махаринского и Ю.А. Голдобина: длина — 5.0 м; ширина на миделе — 1.61 м; килеватость на транце и на миделе — 14°).

В табл. 3 для каждого из «вихревских» ГВ, соответствующих табл. 1, приведены скорости хода МЛ при определенном водоизмещении D и центровке xg, а также величины «транспортного» показателя топливной экономичности Е, который учитывает гидродинамическое качество данной МЛ и равен транспортной работе, произведенной МЛ на 1 л топлива («КиЯ» №171 и №173). Прочерк в графе скорости означает, что с данной загрузкой МЛ не выходит на глиссирование. В скобках указаны скорости, которые выше предельно допустимой для данного ГВ. Центровка характеризуется расстоянием от центра тяжести до транца, выраженным в долях наибольшей длины МЛ.

Кстати, сравнение данных табл. 3 с аналогичными данными, приведенными в «КиЯ» №168, показывает, что введение упомянутых выше поправок, исключающих сопротивление подводной части «Вихря» для МЛ «Крым», «Днепр» и «Серебрянка», повысило оценки скорости их хода под ПМ «Вихрь-М» со штатным окрашенным ГВ № 1 в среднем почти на 20%.

Читайте также:  Спидометр для лодочного мотора меркури

Данные табл. 3 свидетельствуют, что на практике уменьшение диаметра штатного ГВ у «Вихря-30» редко оказывается целесообразным. А вот уменьшение шага расширяет сферу применения «Вихря-30» на область глиссируюших МЛ большого водоизмещения. Хотя, по-видимому, желателен не столь радикальный переход от «штатного» шага 0.3 м к шагу 0.24 м (что подтверждают и данные этой же табл. 3 по грузовому ГВ № 4 на менее мощном «Вихре-М»). К сожалению, данные гидродинамических испытаний сменного «вихревского» грузового ГВ с шагом 0.282 м («КиЯ» №112) отсутствуют.

Значения (табл. 3) «транспортной» топливной экономичности конкретных МЛ подтверждают общий и достаточно парадоксальный вывод, сделанный в «КиЯ» №171, о том, что этот показатель растет с увеличением водоизмещения (загрузки) глиссирующей МЛ. Кроме того, еще раз подтверждается вывод о том, что более мощный «Вихрь-30», увы, уступает по транспортной экономичности «Вихрю-М» (по крайней мере, с ГВ № 1). Наконец, как видно из табл. 3, уменьшение диаметра ГВ не дает выигрыша в транспортной экономичности.

Из табл. 3 следует, что полировка даже не в экономичном режиме полного хода благоприятно сказывается не только на скорости — ее средний прирост для МЛ таблицы составляет 5%, но и на «транспортной» топливной экономичности; прирост последней равен в среднем 3.2%.

В табл. 4 приведены, образно говоря, оценки гармоничности «союза винта и корпуса» («КиЯ» №82) для «вихревских» ГВ и корпусов рассмотренных выше конкретных МЛ. При заданной скорости хода этот союз можно характеризовать, с одной стороны, недобором мощности по сравнению с предельной скоростью Vup («потерянные силы»), с другой — недоиспользованием ресурса топливной экономичности по сравнению с оптимальной экономичной скоростью v0 («потерянные литры»).

Сведения о потерях мощности и экономичности, приведенные в табл. 4, выражены в процентах по отношению к паспортной максимальной мощности и наилучшей топливной экономичности е0 из табл. 2. Если считать, что 3%-ные допуски на величины потерянных сил и литров характеризуют «гармоничный» союз винта и корпуса, то выделенные в табл. 4 значения относятся к неудачным парам «винт—корпус».

Как видно из табл. 4, практически все МЛ под «Вихрем-М» со штатным ГВ № 1 «глубоко несчастливы в своем союзе»: недобор мощности у этих пар порядка 20%(!), хотя с топливной экономичностью дело обстоит относительно благополучно. У «Вихря-30» с этим же ГВ № 1 существенно меньше средний недобор мощности — около 8% при практическом отсутствии потерь экономичности.

Полировка штатного ГВ, как и следовало ожидать, благотворно сказывается в первую очередь на использовании мощности — теперь потеря мощности равна в среднем всего лишь 2.8% (стала меньше в 3 раза!).

Наиболее гармоничен союз винта и корпуса у сильно загруженных МЛ под ПМ «Вихрь-30» с обрезанным ГВ № 3; для МЛ «Прогресс-2», «Казанка-5» и «Воронеж» с максимальной загрузкой потери мощности вообще отсутствуют. Единственное исключение — не очень удачный корпус «Кафы-2500», для которого потери мощности и экономичности превышают 10%. Правда, здесь ситуацию исправляет грузовой ГВ № 4 «Вихря-30», который является также единственным «союзником» МЛ «Роса» с водоизмещением почти в тонну (950 кг), обеспечивая в обоих случаях незначительные потери мощности.

Итак, материал настоящей статьи, вместе с публикациями в «КиЯ» №168, №171 и №173, дает нашему водномоторнику достаточно полное, как надеется автор, представление о ходовых характеристиках основных отечественных ПМ в сочетании с серийными отечественными МЛ. Возникает закономерный вопрос: а как быть с зарубежными ПМ и МЛ? Ведь информации об испытаниях этих ПМ и МЛ в опытовом бассейне, насколько известно автору, нет, и вряд ли она будет доступна, даже если фирмы-производители ею располагают. Где же выход?

Для МЛ такой выход почти очевиден — построение кривой буксировочного сопротивления на ходовых испытаниях, когда буксирный трос снабжен динамометром, так, как это было сделано, например, в «супертесте» на мерной миле «КиЯ» (№174) для надувных МЛ «трехметрового» класса. (Жаль только, что водоизмещение измерялось условными единицами — количеством человек, из-за чего нельзя, например, оценить гидродинамическое качество этих МЛ).

Оказывается, достаточно простой выход есть и для ПМ! И здесь нам тоже поможет журнал «КиЯ»: в №84 за 1980 г. описан способ измерения упора ПМ (и, естественно, сопротивления глиссирующей МЛ, которое равно величине упора) с помощью датчика давления, помещенного между «ногой» ПМ и транцем МЛ. Этот способ был предложен инж. Л.М. Кривоносовым еще в 1960 г.! Поистине, новое — это хорошо забытое старое.

Хотелось бы надеяться, что найдется организация, заинтересованная в получении оценок ходовых возможностей зарубежных ПМ и МЛ — хотя бы с целью аргументированной рекламы. Автор с удовольствием примет участие в такой работе.

Источник

Поделиться с друзьями