На малых судах чаще всего применяют бензиновые двигатели, имеющие
жесткую внешнюю характеристику и требующие точного подбора элементов
гребного винта - шага и диаметра. Внешняя характеристика двигателя - это
кривая зависимости его эффективной мощности от частоты вращения при
полностью открытом дросселе карбюратора. Мощность по внешней
характеристике изменяется только при изменении нагрузки - крутящего
момента, приложенного к его выходному валу. С увеличением крутящего
момента частота вращения падает и соответственно уменьшается мощность
двигателя (по внешней характеристике).
Зависимость мощности, поглощаемой гребным винтом, от частоты вращения
двигателя называется винтовой характеристикой. Частота вращения
изменяется в зависимости от степени открытия дроссельной заслонки.
Максимальная мощность, поглощаемая винтом, не может быть больше
максимальной мощности, которую развивает двигатель по внешней
характеристике. В оптимальном случае кривые 1, 3 должны пересекаться в
точке максимума В кривой внешней характеристики 1 - двигатель отдает
свою максимальную мощность полностью на гребной винт (рис. 75).
На рис. 75 показаны еще две винтовые характеристики 2 и 4, построенные
для гребных винтов с большим и меньшим шагом. Кривая 2 пересекает
внешнюю характеристику двигателя в точке А; двигатель при этом развивает
макси мальный крутящий момент для да1 ной частоты вращения, но не
достигает максимальной мощности. Вместо 20 л. с. мотор <Вихрь> дает лишь
14 л. с. Данный винт оказывается <тяжелым> с точки зрения гидродинамики.
Наоборот, с винтом меньшего шага двигатель легко развивает частоту
вращения и даже превышает ее максимальное значение. Режим его работы
характеризуется точкой С. И в этом случае, используется на вся мощность,
а работа на слишком большой частоте вращения сопряжена с опасностью
значительного износа деталей. Упор гребного винта с малым шагом невелик
и лодка не достигает максимально возможной скорости. Винт в данном
случае является гидродинамически легким.
Таким образом, чтобы получить максимальную отдачу мощности двигателя,
нужно точно определить диаметр и шаг винта с учетом кривой сопротивления
воды движению катера и частоты вращения двигателя.
На малых катерах, однако, масса изменяющейся части 2нагрузки-.
пассажиров и запасов горючего - составляет примерно 2/3 водоизмещения.
Соответственно и сопротивление изменяется в широком диапазоне. В проекте
приходится предусматривать винт, рассчитанный на среднюю либо
максимальную нагрузку, если скорость при этом определена техническим
заданием. И все же окончательно характеристики винта уточняются лишь
после ходовых испытаний катера.
Если на катере устанавливают двигатель с угловой колонкой или подвесной
мотор с комплектом сменных винтов, то, используя их, можно получить
максимальную скорость при различной нагрузке.
Особенностью работы гребного винта на глиссирующем катере является и то,
что его ось расположена сравнительно близко к поверхности воды, поэтому
нередки случаи попадания к лопастям воздуха (поверхностная аэрация) или
оголения всего винта при ходе на волне.
Рис. 76. Двухлопастный гребной винт подвесного
мотора "Меркюри-75". Винт левый; дисковое отношение А/Ад = 0,34; шаговое
отношение на радиусе 0.7Л H/D - 1,01. I - направление вращения; 11
направление движения; III - средняя линия
лопасти; IV - спрямленный контур лопасти; V - линия максимальных толщин;
VI - распределение максимальных толщин, условно показанное на сечении по
средней линии лопасти; VII - зависимость шага от радиуса.
В этих случаях упор винта резко падает, а частота вращения двигателя
может превысить максимально допустимую. Для уменьшения влияния аэрации
шаг винта делается переменным по радиусу - начиная от сечения лопасти на
г = 0,65-Л0,77? по направлению к ступице шаг уменьшается на 15-20% (рис.
76).
Гребные винты катеров имеют обычно большую частоту вращения. Для того
чтобы уменьшить радиальное перетекание воды по лопастям, отрицательно
сказывающееся на КПД винта, им придают значительный наклон в корму (от
10 до 15°).
Высокие скорости движения катеров и частота вращения винтов становятся
также причиной кавитации - вскипания воды в области разрежения на
засасывающей стороне лопасти и образования сплошной полости - каверны на
развитой ее стадии. Степень разрежения на лопасти, а следовательно, и
момент наступления кавитации зависят прежде всего от скорости потока,
набегающего на лопасть. Напомним, что эта скорость является векторной
суммой окружной скорости в данной точке лопасти vr = nDn и
поступательной - вместе с катером. Замечено, что на гребных винтах
катера кавитация вступает во вторую стадию, когда окружная скорость на
конце лопасти достигает значения 3500 м/мин. Это означает, например, что
гребной винт диаметром 300 мм будет иметь частоту вращения (в об/мин).
Для предотвращения кавитации гребные винты быстроходных катеров
приходится делать с широкими лопастями - с большим дисковым отношением,
часто превышающим AIAd = 1,0, и относительно тонким профилем поперечного
сечения лопасти.
