Расчёт элементов водометного движителя по методу Басина
Исходные величины: мощность двигателя Ne = 13,5 л. с., число оборотов n = 3500 об/мин, или nc = 58,3 об/сек, скорость хода лодки v = 31 км/час = 8,62 м/сек, сопротивление корпуса при этой скорости Rk = 52 кг, с учетом 3-4 % надбавки на сопротивление трубы водомета общее сопротивление R = 54 кг. Скорость хода судна и сопротивление корпуса определяют любым из известных методов: расчетом по прототипу или, лучше всего, буксировкой корпуса за моторным судном.
R = Pc = 75Nc/vη.
КПД водометного движителя составляет η = 0,35-0,5 в зависимости от скорости. В первом приближении можно принять η = 0,45, тогда для нашего случая
Pe = 75 · 13,5 · 0,45/8,62 = 53 кг.
Небольшое расхождение, практически не влияющие на точность расчета, возникает из-за приближенного значения η. В действительности для данного случая η = 0,46 и Pe = 54 кг. Коэффициент попутного потока ω можно принять около 0,08 (величина, характерная для большинства случаев).
Расчетная скорость:
vp = v(1 — ω) = 8,62 · 0,92 = 7,93 м/сек.
Диаметр рабочего колеса (в м) можно определить по известным данным моторных судов или по приближенной формуле М. Лаврентьева
где ρ = 102 кг сек2/м4 — массовая плотность воды.
Подставляя имеющиеся значения, получим Dp = 0,164 м.
Для того чтобы получить достаточный упор на малой скорости и сравнимые данные с прототипом, в дальнейших расчетах принимаем Dв = 0,178 м. Вычисляем коэффициент нагрузки движителя по полезной тяге
σe = 8 Pe/ρvp2πD2 = 8 · 54/102 · 7,932 · 3,14 · 0,1782 ≈ 0,7
и коэффициент нагрузки движителя по упору
Коэффициент засасывания водометной трубы
Относительная расчетная скорость эквивалентного винта
Расчетная скорость эквивалентного винта
vp` = γp · vp = 0,54 · 7,93 = 4,3 м/сек.
Относительная поступь винта
λp = vp`/nsDв = 4,3/58,3 · 0,178 = 0,41.
Коэффициент нагрузки рабочего колеса (винта) по упору
σp = σk/(1 + tв)λp2 = 1,2/0,96 · 0,542 = 4,3.
По подсчитанным значениям σр и λр на рис. определяем поправку на уменьшение концевых потерь при работе винта в трубе (рис. 5А).
Рис. 5. А —
Поправка на уменьшение концевых потерь при работе винта в трубе. Б — Диаграмма
для расчета гребных винтов при z = 4 и θ = 0,7.
Поскольку в нашем случае σр = 4,3 > 2, то пользуемся штриховыми линиями
δσр = 3,83,
где δ — число кавитации, которое для мотолодок с достаточной точностью определяют по формуле
δ = 206/vp2.
Вычисляем коэффициент упора рабочего колеса (винта)
k1 = 0,393(δ σp) λр2 = 0,393 · 3,83 · 0,412 = 0,25.
Полученные значения относительной поступи λp = 0,41 и коэффициента упора k1 = 0,25 позволяют воспользоваться диаграммой работы винта в свободной воде. Поскольку дисковое отношение рабочих колес водомета чаще всего находится в пределах 0,6-0,8, на рис. 5Б приведена диаграмма для z = 4 (число лопастей) и θ = 0,7 (дисковое отношение). По этой диаграмме при λр = 0,41 и k1 = 0,25 получаем
(H/D)` = 0,88, η = 0,46.
Действительное шаговое отношение
H/D = 0,94(H/D)` = 0,825.
Данное значение H/D относится, строго говоря, к диаметру, определенному по расчету — Dp = 0,164 м. В таком случае шаг колеса равен
Н = (H/D) · Dp = 0,825 · 0,164 = 0,135 м.
Сравнивая с шагом колеса, принятым в проекте Н = 130 мм, видим, что расхождение находится в пределах точности расчета. Для полученных элементов мощность, подведенная к винту,
Np = 0,534D2 σp(vp`)3/η = 12,5 л. с.
Располагаемая мощность на винте при КПД валопровода ηмех = 0,97 равна
Np = 0,97 · 13,5 = 13 л. с.
Таким образом, полученные элементы рабочего колеса:
D = 0,178 м, Н = 0,135 м, z = 4, η = 0,46
обеспечивают выполнение задания, а небольшой запас мощности в 0,5 л. с. компенсирует возможные неточности расчета. Если необходимая мощность на винте будет значительно отличаться от полученной, то расчет следует повторить для другого значения скорости, определяемой по формуле
