Взаимодействие винта с судовой энергетической установкой

Судно развивает наибольшую скорость при минимальном расходе топлива только тогда, когда гребной винт точно соответствует и корпусу, и энергетической установке судна. Это значит, что при расчетной скорости он развивает тягу, равную сопротивлению судна, и потребляет номинальную мощность двигателя при его номинальной частоте вращения.
Пусть, например, по каким-то причинам (обрастание, морское волнение, буксировка другого судна или трала) сопротивление судна возросло. Точка пересечения кривых сопротивления и тяги винта при номинальной частоте вращения сместится в сторону меньшей скорости. При этой скорости мощность, потребляемая винтом, больше номинальной мощности двигателя. Следовательно, двигатель будет снижать обороты до тех пор, пока не наступит равновесие при некоторых меньших значениях скорости хода и оборотов; мощность двигателя соответственно упадет (поскольку у дизеля при приблизительно постоянном крутящем моменте, который связан с давлением газов в цилиндрах, мощность пропорциональна частоте вращения). В таком случае говорят, что винт «тяжелый», точнее - гидродинамически тяжелый - двигатель не может обеспечить номинальный режим работы. Если у судна винт спроектирован на условия испытаний, т.е. на свежеокрашенный корпус, отсутствие ветра и волнения, то в условиях эксплуатации он становится тяжелым. В результате двигатель перегревается, срок его службы уменьшается. Распространенный способ достижения соответствия между двигателем и винтом - обрезка концов лопастей, т.е. уменьшение диаметра, что определяется расчетом. Грубо ориентировочно считают, что диаметр винта нужно уменьшить на столько процентов, на сколько недобираются обороты. Итак, признаки тяжелого винта - двигатель не может развить ни обороты, ни мощность.
Возможен и противоположный случай, когда сопротивление оказывается меньше расчетного. Причин этого также может быть несколько. Например, винт спроектирован на режим буксирования или траления, а судно движется свободным ходом; при ходе в балласте в благоприятных погодных условиях; возможно, шаг винта оказался несколько меньше требуемого. Такой винт называют "легким". При равенстве тяги и сопротивления скорость судна получается больше расчетной, а требуемая винтом мощность - меньше номинальной мощности двигателя. Регулятор не позволяет двигателю существенно (ориентировочно более 3 %) увеличить обороты - они остаются приблизительно постоянными, но снижается развиваемая мощность за счет уменьшения подачи топлива. Легкий винт труднее поддается исправлению: приварка концов лопастей (наделок) для увеличения диаметра может привести к недостаточной прочности лопастей; увеличение шага путем правки лопастей технологически сложно. Лучше всего при обнаружении несоответствия между двигателем и винтом выполнить новые расчеты и изготовить новый винт.
Еще раз напомним, что при определении соответствия нельзя ограничиваться рассмотрением только двигателя и винта - большую роль играет и корпус судна. Значит, например, если для какой-то моторной лодки имеется агрегат, состоящий из двигателя и винта, не следует думать, что при установке на любой корпус будет достигнуто соответствие. Более того, даже на этом корпусе при изменениях нагрузки, посадки, условий плавания соответствие будет нарушаться.
Таким образом, обычный гребной винт, называемый также винтом фиксированного шага (ВФШ), соответствует двигателю и корпусу только на одном режиме, который характеризуется совершенно определенными значениями относительной поступи, коэффициентов упора и момента. Но во второй половине XIX в. были предложены винты с поворотными лопастями. Они устанавливались на пароходах с нереверсивными паровыми машинами и обеспечивали реверс, позволяя устанавливать лопасти в два положения: на передний и задний ход. Такие винты были несовершенными и ненадежными, поэтому с появлением реверсивных двигателей от них отказались. С середины 30-х гг. 20 в. винты с поворотными лопастями (ВПЛ), называемые чаще всего винтами регулируемого шага (ВРШ), вновь стали распространяться.
Выясним, при каких условиях соответствие не будет нарушаться. Мощность, потребляемая винтом, определяется по формуле:

Чтобы на любом режиме и мощность, и частота вращения имели постоянные значения, необходимо и достаточно, чтобы постоянным был коэффициент момента Kq. Для этого при уменьшении скорости хода требуется уменьшать, а при увеличении - увеличивать шаг винта, что достигается поворотом лопастей на некоторый угол.