Петлевидный гребной винт

Изобретение относится к судостроению, а именно к водоходным движителям, и может быть использовано в качестве движителя судна. Гребной винт содержит ступицу с лопастями петлевидной формы. Профиль лопастей выполнен двусторонним сегментным исполнением, а относительная ширина лопасти и относительное разнесение передней и задней частей петлевидной лопасти – переменны. Достигается повышение тяговых характеристик и КПД движителя за счет профиля, формы и расположения лопастей. 6 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, а именно к водоходным движителям, и может быть использовано в качестве движителя судна.

Известен гребной винт конструкции Землякова (RU 2279992 C1, МПК B63H 1/26, опубликовано 20.07.2006). Гребной винт содержит установленные на ступице осесимметричной формы гребные плоскопрофильные лопасти, каждая из которых выполнена с торцевым гребнем. Каждый из этих торцевых гребней соединен с соответствующей лопастью с возможностью изменения фиксируемого угла между его рабочей поверхностью и рабочей поверхностью этой лопасти от 180° до 0°.

Недостатками винта являются сложность конструкции и наличие концевых вихрей, что снижает КПД.

Известен гребной винт Гермова (RU2684337C2 МПК B63H 1/00, опубликовано 08.04.2019), представляющий собой гребной винт, лопасти которого имеют вид фрагментов трубы, загнутых вокруг ступицы.

Недостатком такой конструкции является использование профиля трубы, который имеет постоянное сечение лопасти и не позволяет обеспечить достижение высоких значений КПД.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является лопастный винт Шэрроу Инджиниринг (RU 2742113 С2, МПК В63Н 1/26, опубликован 02.02.2021), лопасти которого образуют петлеобразную структуру.

Недостатком такой конструкции является форма петлевидных лопастей, относительная ширина которых не позволяет достичь высоких значений тяги.

Задачей, на решение которой направлено изобретение,является совершенствование геометрии петлевидной лопасти.

Техническим результатом является повышение тяговых характеристик и КПД движителя за счет геометрии профиля, формы и расположения лопастей.

Технический результат достигается гребным винтом, содержащим ступицу с лопастями петлевидной формы, в котором, в отличие от прототипа, профиль лопастей характеризуется двусторонним сегментным исполнением, причем относительная ширина лопасти – отношение хорды профиля лопасти к радиусу винта, изменяется в пределах , а относительное разнесение передней и задней части петлевидной лопасти в корневом сечении изменяется в пределах [0,75…0,8],где – расстояние между средними линиями профиля входной и выходной части лопасти, – расстояние между средними линиями профиля входной и выходной части лопасти по оси вращения винта.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид гребного винта спереди, на фиг. 2 - вид сзади, на фиг. 3 - его продольный разрез и сечение лопасти, на фиг. 4 - вид сбоку, на фиг. 5 - вид винта в изометрии b, на фиг. 6 - гребной винт по прототипу.

Гребной винт (фиг. 1-5) содержит ступицу 1 с лопастями 2 переменного профиля, которые имеют две засасывающие поверхности на передней внешней части 3 и передней внутренней части 6и две нагнетающие поверхности на задней внутренней части 4 и задней внешней части 5 петлевидной лопасти.

На виде спереди и на виде сзади (фиг. 1, 2) обозначена относительная ширина криволинейной огибающей профиля лопасти . Её изменение в диапазоне [0,28…0,55] позволяет повысить тяговые характеристики и достичь более высоких значений пропульсивного КПД движителя. Указанные значения относительной ширины лопасти получены расчетным путем с использованием пакета AnsysCFX. В указанном диапазоне значенияниже минимальногоприводят к снижению тяговых характеристик, а превышениеверхнего значения диапазона при набегании потока приводит к перекрытию передней и задней части петлевидной лопасти, что увеличивает сопротивление винта и снижает КПД.

Виды сбоку и в изометрии(фиг. 4, 5) показывают, что передняя и задняя части петлевидной лопасти расположены со смещением друг относительно друга в сторону вращения винта . Его изменение в корневом сечении в диапазоне [0,75…0,8] обеспечивает увеличение тяги и пропульсивного КПД. Указанные значения относительного разнесения передней и задней части лопасти получены расчетным путем с использованием пакета AnsysCFX и обусловлены тем, что параметры вне этого диапазона создают неблагоприятные условия работы гребного винта, нерасчетные углы атаки, вследствие чего снижаются тяговые характеристики и пропульсивный КПД движителя.

Лопасти имеют двусторонний сегментный профиль, который позволяет обеспечить неизменность геометрии формы профиля лопасти по всей длине криволинейной огибающей профиля лопасти для создания благоприятных условий обтекания профиля потоком и минимизации кавитации и потерь создаваемого давления.

Петлевидная форма позволяет снизить кавитационные явления при работе гребного винта, а форма и расположение криволинейной огибающей профиля лопасти гребного винта снижает потери и способствуют улучшению гидродинамических характеристик, и, как следствие, повышению тяги и пропульсивного КПД.

Описанная сложная винтовая поверхность с переменной относительной шириной и переменным разнесением передней и задней части лопасти по её высоте обеспечивает улучшение гидродинамических характеристик гребного винта. Две засасывающие и две нагнетающие поверхности одной лопасти гребного винта обеспечивают повышение тяговых характеристик винта.

Пример конкретного выполнения гребного винта.

Модель петлевидного гребного винта с указанными параметрами была рассчитана в CAE-системе ANSYS CFX, изготовлена его 3Д-модель. Результаты численного моделирования показывают, что гребной винт с предложенными параметрами позволяет достичь больших значений тяги и КПД гребного винта. Тяга гребного винта с предложенной геометрией лопастей по сравнению с классическим гребным винтом увеличилась на 15%, пропульсивный КПД увеличился до 60%.

Таким образом, изобретение позволяет повысить тягу и пропульсивный КПД петлевидного гребного винта, а также снизить кавитационные явления и облегчить вращение винта за счет предложенной геометрии лопастей и параметров петлевидного гребного винта.

Гребной винт, содержащий ступицу с лопастями петлевидной формы, отличающийся тем, что профиль лопастей характеризуется двусторонним сегментным исполнением, причем относительная ширина лопасти – отношение хорды профиля лопасти к радиусу винта, изменяется в пределах , а относительное разнесение передней и задней частей петлевидной лопасти в корневом сечении изменяется в пределах [0,75…0,8], где – расстояние между средними линиями профиля входной и выходной частей лопасти, – расстояние между средними линиями профиля входной и выходной частей лопасти по оси вращения винта.