Экспериментальная оценка влияния позиционирования и рабочих параметров на работоспособность поверхности

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 18566 (2022 г.) Цитировать эту статью

814 Доступов

Подробности о метриках

Сегодня гребные винты с прокалыванием поверхности признаны подходящим выбором для более высоких скоростей. Тем не менее, разработка алгоритмов проектирования для них затруднена из-за недостаточного знания параметров, влияющих на их производительность. По этой причине получение экспериментальных данных и изучение влияния различных параметров на их характеристики имеет решающее значение. В данном исследовании, направленном на расширение экспериментальных знаний об этих гребных винтах, исследуется влияние параметров положения и числа Фруда на результаты модельных испытаний гребного винта, разработанного по индивидуальному заказу. Кроме того, изучалось развитие вентиляционного следа при различных числах Фруда. Результаты экспериментов указали на благоприятное влияние увеличения степени погружения на тягу винта, положительное влияние увеличения угла наклона на 6° на более высокую тягу и эффективность в направлении опережения, а также незначительное увеличение тяги при увеличении углов рыскания до 10°. °. Боковые силы гребного винта также были измерены в различных положениях и условиях эксплуатации, чтобы определить поведение гребного винта и спроектировать необходимый вал и опоры. Наконец, уравнения регрессии для прогнозирования гидродинамических коэффициентов, использованные на этапе проектирования, были сравнены и подтверждены экспериментальными результатами. Результаты указали на недостаточную точность этой модели для оценки гидродинамических коэффициентов, влияющих на винт.

Идея использования систем надводного привода и гребных винтов с прокалыванием поверхности (SPP) была впервые инициирована для движения лодок с мелкой осадкой1, поскольку процесс увеличения скорости в обычных гребных винтах приводит к двум негативным факторам на производительность гребных винтов: (1) кавитация, которая Это крайне неблагоприятное явление, и, поскольку его нельзя игнорировать на высоких скоростях, рассматривается явление суперкавитации на всасывающей поверхности лопасти. Это решение предотвратило негативное воздействие микропузырьков, но в то же время снизило эффективность гребного винта, ограничив давление за лопастями давлением кавитационного пара; и (2) на высоких скоростях увеличивается сила гидродинамического сопротивления защитной конструкции и вала гребного винта, что, таким образом, снижает эффективность системы. Чтобы решить эти проблемы, конструкторы высокоскоростных лодок изменили положение установки гребного винта таким образом, чтобы линия вала совпадала с линией осадки судна. Здесь каждая лопасть вращается на границе раздела воды и воздуха, обеспечивая вентиляцию на задней стороне лопасти и предотвращая кавитацию. В этой двигательной установке часть гребного винта является единственным компонентом, контактирующим с водой, что резко снижает сопротивление частей системы2. Таким образом, конечная скорость и эффективность увеличиваются при одновременном снижении расхода топлива. Дополнительные преимущества использования гребных винтов с прокалыванием поверхности включают более высокую грузоподъемность на силовую установку, возможность увеличения диаметра гребного винта за счет его удаления от кормы, а также гибкие углы наклона вала, которые контролируют подъемную и боковую силу, что приводит к лучшей маневренности.

Несмотря на упомянутые преимущества таких двигательных установок, сложная физика и многофазное обтекание винтов мешают исследователям получить полное представление о влиянии различных параметров на их характеристики и, таким образом, разработать стандартный метод (аналогичный тем, разработанные для обычных гребных винтов), чтобы спроектировать их геометрию с учетом предполагаемых характеристик. Такие недостаточные знания повлекут за собой дополнительные расходы. Опубликованная информация о гребных винтах с прокалыванием поверхности включает только ограниченную геометрию, и эта информация не полностью доступна из-за ограниченной области применения. Любые попытки спроектировать такие пропеллеры влекут за собой процесс проб и ошибок или следуют экспериментальным исследованиям, проведенным до сих пор3.