Влияние руля на работу винта

В силу особенностей своей конструкции гребной винт, кроме вызванных осевых скоростей, необходимых для развития упора, создает вызванные окружные скорости (закручивает поток), из-за чего происходит заметное уменьшение КПД. Для уменьшения этих потерь Вагнер в 1905 г. предложил непосредственно за гребным винтом устанавливать контрпропеллер - неподвижный винт с 2-6 узкими лопастями, раскручивающий поток, закрученный винтом. Несколько иное решение - устанавливать контрпропеллер перед винтом - предложил в 1908 г. Хаас. Роль контрпропеллера может играть соответствующим образом спрофилированный ахтерштевень. На лопастях контрпропеллера создается дополнительный упор, что, по разным данным, может привести к увеличению КПД винта на расчетном режиме от 6-10 до 18-20 %. На других режимах эффект контрпропеллера снижается, а на заднем ходу он вреден, поскольку закручивает поток в ту же сторону, что и гребной винт. Кроме того, контрпропеллер увеличивает диаметр циркуляции, т. е. ухудшает поворотливость (является стабилизатором). В настоящее время контрпропеллеры применяются редко. На некоторых крупнотоннажных судах нашла применение профилированная корма, создающая эффект контрпропеллера. Например, если установлен винт правого вращения, ахтерштевень выше оси винта несколько отклоняют влево, а ниже оси винта - вправо. Это позволяет повысить КПД винта на переднем ходу.
Как было установлено, сходного эффекта можно добиться установкой за винтом обтекаемого руля, который оказывает положительное влияние на винт при всех режимах его работы, включая задний ход, хотя на расчетном режиме выигрыш от обтекаемого руля меньше, чем от контрпропеллера. В результате закручивания потока гребным винтом половинки пера руля, расположенные выше и ниже оси винта, обтекаются потоком, набегающим под некоторым углом атаки. На них возникают силы, направленные преимущественно к бортам (разным для обеих половин), но имеется и продольная составляющая, увеличивающая упор. Пластинчатый руль, обладающий более низким гидродинамическим качеством, такого эффекта не дает.
Для пластинчатых рулей итальянец Коста в 30-е гг. 20 в. предложил каплевидные (грушевидные) наделки, иногда называемые его именем. В связи с переходом к обтекаемым рулям, имеющим преимущества и с точки зрения управляемости, наделки не получили широкого распространения.
По схеме Папмеля КПД винта с рулем определялся по формуле:
П = ip П p,         (4.9)
где пр - КПД винта в свободной воде (снятый с диаграммы); ip - коэффициент влияния руля, равный

 

kp можно определить по табл. 4.1 в зависимости от относительной толщины пера руля e/b и расстояния между винтом и рулем, отнесенного к диаметру винта, a/D.

В настоящее время влияние руля принято учитывать иначе - через коэффициент засасывания (см. формулы 4.7), что дает возможность учесть не только увеличение КПД, но и дополнительный упор от руля, но при этом теряется зависимость эффективности руля от указанных факторов. С другой стороны, относительная толщина руля часто близка к 0,15, а расстояние между винтом и рулем принимается минимально допустимым. Тогда нет особой нужды в усложнении учета влияния руля.