Останавливать винт, или давать ему вращаться?

Эта статья была впервые опубликована в блоге Yachting Monthly:Gear - исключительном источнике хорошей и полезной информации для яхтсменов. Спасибо, YM - keep up the good work!

Некоторые яхтсмены блокируют редуктор или вал, не давая винту вращаться, другие пускают его в свободное вращение

Останавливать винт, или давать ему вращаться?

Этот спор продолжается с тех самых пор, как на парусные суда стали устанавливать гребные винты, и, разумеется, каждый моряк имеет свою теорию и свое мнение по этому поводу. Инженер Брунель, скорее всего задумывался на эту тему, когда проектировал "Грейт Британ" (первый винтовой корабль в мире, сошедший на воду в 1843 году - 60north ) и, совершенно определенно, моряки в портовых баров всего мира неоднократно сходились в рукопашную по простому вопросу: какой из двух режимов дает минимальные потери хода при движении под парусом?

Есть две стороны в этом бесконечном споре. "Закреплянцы" говорят, что если винт вращается, то это вращение вызывается какой-то силой, и это сила создает сопротивление, которое замедляет яхту. "Вертуны" отвечают, что протаскивание закрепленного трехлопастного винта сквозь воду, дает лобовое сопротивление, затормаживая яхту. На самом деле, правда есть в утверждениях обоих сторон, но какое положение винта - фиксированное или вращение - дает меньшее сопротивление? YM провели набор измерений, в которых попытались ответить на этот вопрос.

Когда винт зафиксирован, вода, ударяясь о лопасти винта, отклоняется в сторону, создавая сопротивление. Если винт вращается, то вода также будет отклоняться от лопастей в сторону, но на меньший угол - следовательно, создаваемая тормозящая сила будет меньше.

Чтобы было проще это представить: представьте, что вы пытаетесь пробежать через вращающуюся дверь, как только одна из створок пройдет мимо вас. Если вы врежетесь в створку вращающейся в направлении бега двери, то шок от удара будет небольшим - однако, если дверь стоит на месте не вращаясь, то разбитый от удара нос будет болеть потом долго.

*Мы использовали на лодке электрический мотор и проводили наши испытания на закрытой воде, чтобы исключить по максимуму влияние на тест внешних условий *

Шаг винта: что это такое, и почему это имеет значение

Размер сопротивления потоку набегающей воды вращающегося винта находится в зависимости с шагом винта. Шаг винта определяется углом наклона лопастей, и рассчитывается как расстояние, которое винт пройдет за один полный оборот, без проскальзывания.

*Основные параметры винта - это его шаг(на какое расстояние винт переместится за один оборот) и диаметр *

При движении на моторе винты с меньшим шагом дают больший крутящий момент, так что они набирают скорость быстрее, но верхний потолок скорости с такими винтами будет ниже: двигатель не будет полностью нагружен, и сопротивление набегающему потоку воды от таких винтов при движении под парусом будет выше. Винты с большим шагом будут разгонять яхту до более высоких скоростей. Они медленнее набирают скорость, но в конечном итоге разгоняются быстрее. Двигатель может быть перегружен, но винт будет создавать меньшее сопротивление набегающему потоку воды.

Как и с большинством других проблем на яхте, конечный выбор винта - это компромисс, основывающийся на приоритетах, связанных с тем, как используется яхта, оборотах двигателя и передаточных числах редуктора. Как правило, винт на типичной крейсерской яхте будет иметь шаг в диапазоне от 10 до 14 дюймов, и в этом случае сопротивление потоку воды вращающегося винта будет меньше, чем у зафиксированного.

Результаты

Наша испытательная установка на лодке сработала так, как мы надеялись и дала, по мере увеличения скорости, хорошо согласующиеся с теорией результаты. Использование электрического мотора дало нам возможность получить цифры для точных значений силы тяги, что позволяет применить их к эквивалентным по тяге парусов скоростям ветра. Корпусная скорость яхты, использованной для испытаний, ограничивала нас максимальной скоростью в 5 узлов, но в реальном мире именно на этих, относительно небольших скоростях, влияние сопротивления винта будет максимальным.

Графики, на которых мы свели полученные результаты, с очевидной уверенностью утверждают: если это возможно, вы должны дать трехлопастному винту на вашей яхте свободно вращаться. Сопротивление потоку воды остановленного винта было почти в три раза больше, чем у винта вращающегося, что приводило к потере скорости почти в пол-узла на 4 узлах скорости. Экстраполируя, это почти 0.75 узлов на 6 узлах - это значит, что на 16 часовом переходе, дав винту свободно вращаться вы придете к цели почти на два часа раньше. Складной винт или винт с подвижными лопастями (реверсивный винт) увеличит эти скорости еще на 10%, что также нельзя счесть незначительным.

Зафиксированный трехлопастной винт дает почти столько же сопротивления, сколько ведро диаметром 10 дюймов!

Заключение: "Let it spin"

Результаты наших испытаний показывают, что трехлопастной винт, вращаясь, создает значительно меньшее сопротивление потоку воды, чем зафиксированный винт

Многие производители морских редукторов дают свои собственные ограничения относительно того нужно ли фиксировать винт, или давать ему вращаться. Практически все современные гидравлические редукторы можно оставлять в нейтрали, давая винту вращаться свободно, но в прошлом, в некоторых гидравлических редукторах давление смазочного масла создавалось только при вращении приводного вала двигателя, и если вы оставляли редуктор в нейтрали, давая винту свободно вращаться в набегающем потоке, это могло привести к масляному голоданию редуктора.

С другой стороны, производители многих механических редукторов предупреждают, чтобы вы не оставляли их в передаче при движении под парусом, так как нагрузка производимая зафиксированным винтом может повредить внутренние детали редуктора, и даже начать проворачивать приводной вал двигателя, так что безопаснее оставить винт в свободном вращении. В любом случае, всегда - всегда! - сверьтесь с инструкцией по эксплуатации своего редуктора, прежде чем принять окончательное решение: останавливать винт, или дать ему свободно вращаться.

Разные винты и формы корпуса

Никаких сюрпризов: графики убедительно доказывают, что есть существенные причины установить складной винт на вашу яхту вне зависимости от того установлен на ней сэйлдрайв, или традиционный редуктор с гребным валом. На длиннокилевой яхте, оборудованной тонким двухлопастным винтом, находящемся в промежутке между дейдвудом и пером руля, можно нанести отметку на гребном вале, показывающую вам, когда лопасти винта установлены вертикально - в этом положении сопротивление винта будет минимальным. В случае яхты с плавниковым килем выигрыш от установки двухлопастного винта в вертикальное положение будет незначительным.

Сопротивление трехлопастного винта на сэйлдрайве будет практически идентично наблюдениям, полученным в наших испытаниях, так как нога подвесного мотора, использованного для тестов, скорее похожа на ногу сэйлдрайва, чем на типичный гребной вал.

Как проводились испытания

Мы смонтировали винт на ноге подвесного мотора, которая имела подводный профиль похожий на типичный сэйлдрайв

Нашей целью было измерение сопротивления потоку воды трехлопастного винта 12x12 ( 12 дюймов в диаметре и шаг в 12 дюймов), сначала в фиксированном положении, затем вращающемся, на разных скоростях.

Мы использовали пружинные весы чтобы измерять сопротивление винта, и груз на румпеле для балансировки веса ноги мотора и винта.

Затем, для сравнения, мы измерили сопротивление складного винта, поставлянного компанией "Darglow", и в завершающем эксперименте мы буксировали ведро за лодкой, чтобы сравнить его сопротивление с сопротивлением винта.

Мы измеряли потребляемый ток и напряжение на электрическом моторе, чтобы определить сопротивление и потерю скорости, по мере увеличения тяги

Чтобы измерить сопротивление винта воде, мы установили винт на ноге подвесного мотора, установленного на транце 14-футовой лодки, приводимой в действие электрическим мотором. Мы измеряли потребляемый мотором ток и напряжение на контактах, чтобы определить потерю в скорости из-за сопротивления винта потоку воды на данной тяге - мы использовали в испытаниях электрическую тягу, в морских условиях вместо нее будет работать ветер.

На практике, размер сопротивления вращающегося винта будет выше теоретического уровня, так как определенная сила потребуется для преодоления трения в коробке передач. Даже в нейтрали, вращающиеся детали редуктора сообщат всей системе некоторое сопротивление, но оно имеет значительно меньшее влияние на скорость яхты, нежели зафиксированный винт. В наших испытаниях мы использовали в качестве обычного редуктора редуктор лодочного мотора, так что в целом можно сказать что условия испытаний достаточно хорошо воспроизводили реальную ситуацию.

Оригинал статьи вы можете прочитать здесь: http://www.yachtingmonthly.com/gear/lock-prop-let-spin-29526

( Перевод статьи (с) 2015 Ф. Дружинин, перепечатка в любой форме без разрешения запрещена)