Клуб вітрильних експедицій зупиняти гвинт, або давати йому обертатися
Зупиняти гвинт, або давати йому обертатися?
Ця суперечка триває з тих самих пір, як на парусні судна стали встановлювати гребні гвинти, і, зрозуміло, кожен моряк має свою теорію і свою думку з цього приводу. Інженер Брунель, швидше за все замислювався на цю тему, коли проектував "Грейт Британ" (перший гвинтовий корабель в світі, що зійшов на воду в 1843 році - 60north) і, зовсім виразно, моряки в портових барів усього світу неодноразово сходилися в рукопашну з простого питання : який з двох режимів дає мінімальні втрати ходу при русі під вітрилом?
Є дві сторони в цьому нескінченному суперечці. "Закреплянци" кажуть, що якщо гвинт обертається, то це обертання викликається якоюсь силою, і це сила створює опір, яке уповільнює яхту. "Вертуни" відповідають, що протягування закріпленого трехлопастного гвинта крізь воду, дає лобове опір, гальмуючи яхту. Насправді, правда є в твердженнях обох сторін, але яке положення гвинта - фіксоване або обертання - дає менший опір? YM провели набір вимірів, в яких спробували відповісти на це питання.
Коли гвинт зафіксовано, вода, вдаряючись об лопаті гвинта, відхиляється в сторону, створюючи опір. Якщо гвинт обертається, то вода також буде відхилятися від лопатей в сторону, але на менший кут - отже, створювана гальмівна сила буде менше.
Щоб було простіше це уявити: уявіть, що ви намагаєтеся пробігти через обертову двері, як тільки одна з стулок пройде повз вас. Якщо ви уріжетеся в стулку обертається в напрямку бігу двері, то шок від удару буде невеликим - однак, якщо двері варто на місці не обертаючись, то розбитий від удару ніс буде хворіти потім довго.
* Ми використовували на човні електричний мотор і проводили наші випробування на закритій воді, щоб виключити по максимуму вплив на тест зовнішніх умов *
Крок гвинта: що це таке, і чому це має значення
Розмір опору потоку набігає води обертового гвинта знаходиться в залежності з кроком гвинта. Крок гвинта визначається кутом нахилу лопатей, і розраховується як відстань, яке гвинт пройде за один повний оберт, без прослизання.
* Основні параметри гвинта - це його крок (на яку відстань гвинт переміститься за один оборот) і діаметр *
При русі на моторі гвинти з меншим кроком дають більший крутний момент, так що вони набирають швидкість швидше, але верхня межа швидкості з такими гвинтами буде нижче: двигун не буде повністю навантажений, і опір набігаючого потоку води від таких гвинтів при русі під вітрилом буде вище . Гвинти з великим кроком будуть розганяти яхту до більш високих швидкостей. Вони повільніше набирають швидкість, але в кінцевому підсумку розганяються швидше. Двигун може бути перевантажений, але гвинт буде створювати менший опір набігаючого потоку води.
Як і з більшістю інших проблем на яхті, кінцевий вибір гвинта - це компроміс, який базується на пріоритетах, пов'язаних з тим, як використовується яхта, оборотах двигуна і передавальних числах редуктора. Як правило, гвинт на типовою крейсерській яхті матиме крок в діапазоні від 10 до 14 дюймів, і в цьому випадку опір потоку води обертається гвинта буде менше, ніж у зафіксованого.
результати
Наша випробувальна установка на човні спрацювала так, як ми сподівалися і дала, у міру збільшення швидкості, добре узгоджуються з теорією результати. Використання електричного мотора дало нам можливість отримати цифри для точних значень сили тяги, що дозволяє застосувати їх до еквівалентним по тязі вітрил швидкостям вітру. Корпусні швидкість яхти, використаної для випробувань, обмежувала нас максимальною швидкістю в 5 вузлів, але в реальному світі саме на цих, відносно невеликих швидкостях, вплив опору гвинта буде максимальним.
Графіки, на яких ми звели отримані результати, з очевидною впевненістю стверджують: якщо це можливо, ви повинні дати трилопатевий гвинта на вашій яхті вільно обертатися. Опір потоку води зупиненого гвинта було майже в три рази більше, ніж у гвинта, що обертається, що призводило до втрати швидкості майже в пів-вузла на 4 вузлах швидкості. Екстраполюючи, це майже 0.75 вузлів на 6 вузлах - це значить, що на 16 годинному переході, давши гвинта вільно обертатися ви прийдете до мети майже на дві години раніше. Складаний гвинт або гвинт з рухомими лопатями (реверсивний гвинт) збільшить ці швидкості ще на 10%, що також не можна вважати незначним.
Висновок: "Let it spin"
Результати наших випробувань показують, що трилопатевої гвинт, обертаючи, створює значно менший опір потоку води, ніж зафіксований гвинт
Багато виробників морських редукторів дають свої власні обмеження щодо того чи потрібно фіксувати гвинт, або давати йому обертатися. Практично всі сучасні гідравлічні редуктори можна залишати в нейтрали, даючи гвинта обертатися вільно, але в минулому, в деяких гідравлічних редукторах тиск мастила створювалося тільки при обертанні приводного вала двигуна, і якщо ви залишали редуктор в нейтрали, даючи гвинта вільно обертатися в набігає потоці, це могло привести до масляного голодування редуктора.
З іншого боку, виробники багатьох механічних редукторів попереджають, щоб ви не залишали їх в передачі при русі під вітрилом, так як навантаження вироблена зафіксованим гвинтом може пошкодити внутрішні деталі редуктора, і навіть почати провертати приводний вал двигуна, так що безпечніше залишити гвинт у вільному обертанні . У будь-якому випадку, завжди - завжди! - звіртеся з інструкцією по експлуатації свого редуктора, перш ніж прийняти остаточне рішення: зупиняти гвинт, або дати йому вільно обертатися.
Різні гвинти і форми корпусу
Жодних сюрпризів: графіки переконливо доводять, що є істотні причини встановити складаний гвинт на вашу яхту незалежно від того встановлений на ній сейлдрайв, або традиційний редуктор з гребним валом. На дліннокілевой яхті, обладнаної тонким дволопатеве гвинтом, що знаходиться в проміжку між дейдвудом і пером керма, можна нанести позначку на гребному валу, що показує вам, коли лопаті гвинта встановлено вертикально - в цьому положенні опір гвинта буде мінімальним. У разі яхти з плавникової кілем виграш від установки двухлопастного гвинта в вертикальне положення буде незначним.
Опір трехлопастного гвинта на сейлдрайве буде практично ідентично спостереженнями, отриманим в наших випробуваннях, так як нога підвісного мотора, використаного для тестів, швидше схожа на ногу сейлдрайва, ніж на типовий гребний вал.
Як проводилися випробування
Ми змонтували гвинт на нозі підвісного мотора, яка мала підводний профіль схожий на типовий сейлдрайв
Нашою метою було вимірювання опору потоку води трехлопастного гвинта 12x12 (12 дюймів в діаметрі і крок в 12 дюймів), спочатку в фіксованому положенні, потім обертається, на різних швидкостях.
Ми використовували пружинні ваги щоб вимірювати опір гвинта, і вантаж на румпелі для балансування ваги ноги мотора і гвинта.
Потім, для порівняння, ми виміряли опір складного гвинта, що поставляється компанією "Darglow", і в завершальному експерименті ми буксирували відро за човном, щоб порівняти його опір з опором гвинта.
Ми вимірювали споживаний струм і напруга на електричному моторі, щоб визначити опір і втрату швидкості, у міру збільшення тяги
Щоб виміряти опір гвинта воді, ми встановили гвинт на нозі підвісного мотора, встановленого на транце 14-футовий човна, що приводиться в дію електричним мотором. Ми вимірювали споживаний мотором струм і напруга на контактах, щоб визначити втрату в швидкості через опір гвинта потоку води на даній тязі - ми використовували в випробуваннях електричну тягу, в морських умовах замість неї буде працювати вітер.
На практиці, розмір опору обертового гвинта буде вище теоретичного рівня, так як певна сила буде потрібно для подолання тертя в коробці передач. Навіть в нейтрали, що обертаються деталі редуктора повідомлять всій системі деякий опір, але воно має значно менший вплив на швидкість яхти, ніж зафіксований гвинт. У наших випробуваннях ми використовували в якості звичайного редуктора редуктор човнового мотора, так що в цілому можна сказати що умови випробувань досить добре відтворювали реальну ситуацію.