Исследование гидродинамических характеристик подруливающего устройства типа "винт в трубе". Уточнение методики проектирования этих устройств, включая установки большой мощности

• Автор: Шевцов, Сергей Павлович
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ПОДРУЛИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА КАК СРЕДСТВО АКТИВНОГО

УПРАВЛЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ИХ РАБОТЫ

1.1 Особенности гидродинамики подруливающих устройств

1.2 Определение коэффициентов, характеризующих режим работы ПУ.

ГЛАВА II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕРИИ МОДЕЛЕЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

ПОДРУЛИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

2.1 Основы проектирования гребных винтов выполняющих функцию насоса подруливающих устройств

2.2. Проектирование серии гребных винтов

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПОДРУЛИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
3.1. Экспериментальные исследования гидродинамических характеристик ПУ
3.2. Результаты экспериментальных исследований моделей гребных винтов. Построение кривых действия винтов спроектированной серии
3.3. Уточнение влияния устройства подвода мощности на гидродинамические характеристики ПУ
3.4. Кавитационные испытания моделей гребных винтов ПУ
3.5. Экспериментальная оценка влияния оформления входа и выхода канала на работу ПУ

ГЛАВА IV. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОФОРМЛЕНИЯ ВХОДА ПУ НА
ВЕЛИЧИНУ СИЛЫ ВОЗНИКАЮЩЕЙ НА КАНАЛЕ
ГЛАВА V. УТОЧНЕННАЯ МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОДРУЛИВАЮЩИХ
УСТРОЙСТВ
5.1. Расчет достижимой тяги при заданной мощности приводного двигателя
5.2. Расчет мощности, потребляемой ПУ на швартовном режиме при заданной величине тяги
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ПУ - подруливающее устройство;
ГВ - гребной винт;
ВРШ — винт регулируемого шага;
ВФШ — винт фиксированного шага;
КБ - кавитационный бассейн;
КТСД - кавитационная труба специальных движителей;
ДП - диаметральная плоскость судна;
САУ - средства активного управления;
D - диаметр гребного винта, м; z - число лопастей гребного винта;
Lk - длинна канала ПУ, м;
Dk — диаметр канала ПУ, м;
A/Ad - дисковое отношение;
P/D - шаговое отношение;
Vs- среднерасходная скорость потока в канале ПУ, м/с;
Уоо - скорость потока на бесконечности за ПУ, м/с; и - частота вращения гребного винта, об/с; г - радиус скруглення входной кромки канала, м; ô - угол между осью канала ПУ и поверхностью борта судна, град;
Fs - площадь поперечного сечения канала ПУ, м2;
а - коэффициент влияния неравномерности потока в канале ПУ на тягу и упор ;гребного винта ПУ;
Ре - тяга ПУ на швартовном режиме, Н;
Т - упор гребного винта, Н;
Тid - упор гребного винта в идеальной жидкости, Н;

Или по формуле Филоненко-Альтшуля (при /?е>4000) [31]:
^ТР — О (1.81»1§Яе-1.64)2’
Несколько более сложной является зависимость гидродинамических характеристик винта ПУ от формы и размеров устройства подвода мощности.
Проведенные ранее исследования [41] показали, что помимо дополнительного сопротивления (генд наличие гондолы в канале приводит к изменению структуры поля скоростей и оказывает влияние не только на нагрузку гребного винта, но и на скорость протекания жидкости по каналу ПУ. Причем, в зависимости от направления потока, из-за несимметричности конструкции гребной винт-гондола, гидродинамические характеристики ПУ заметно отличаются.
Данная особенность, с физической стороны вопроса, заключается в том, что при установке колонки устройства подвода мощности перед рабочим органом ПУ происходит перераспределение скоростей потока по сечению канала. При этом скорость на внутренних радиусах канала становится значительно меньше среднерасходной скорости, а на периферийных радиусах - больше нее. Это происходит из-за наличия пограничного слоя на устройстве подвода мощности, а также ввиду возможного отрыва потока, в частности для гондол большого диаметра. Вследствие этого, на внутренних сечениях лопасти углы атаки увеличиваются, а на периферийных - уменьшаются, по сравнению с углами атаки сечений лопастей при равномерном распределении скорости в канале. Так как периферийные сечения лопасти создают основную часть гидродинамической нагрузки, действительная поступь ГВ повышается в сравнении с поступью, рассчитанной по среднерасходной скорости в канале, что в свою очередь приводит к уменьшению нагрузки по упору гребного винта и как следствие снижению упора и крутящего момента.
Наибольшее влияние на характеристики комплекса ГВ - гондола оказывает гондола с относительным диаметром с1/0 > 0.6 из-за увеличения сопротивления гондолы,