Что нужно знать о гребном винте. Что такое Винт? Способ приготовления Винта

Посмотрите на картинку. Что в ней секретного?

Пост с изменениями (изм. 1)
Вроде все понятно. Видео на Ютубе про 971 проект . Кстати, рекомендую посмотреть. Но не забывайте об одном:

Секретное на скриншоте, как и в видео - это винт лодки. Никогда винты лодок не показывают на камеру, даже при постановке в док винт лодки закрывают маскировочными сетями, дабы никто не смог сфотографировать, а тем более исследовать его геометрию. Потому что для подводных лодок форма винта - это фактор бесшумности, скрытности. Я удивился, что такой кадр проскочил в передаче телеканала Россия "Планета". Ведь проект 971 современный, ему лет 10-12 с момента спуска на воду. Это "флотилия зверей" - Пантера, Леопард, Гепард, Волк, Вепрь (названия лодок 971 проекта) - целая стая охотников за подводными лодками, и вот вам винты - пожалуйста!

Давайте посмотрим, что есть бесшумный (противокавитационный) винт и откуда секретность.

Сначала поговорим, что есть кавитация. Это относительно просто, и я, не прибегая к википедии постараюсь на пальцах объяснить это явление.

Кавитация - это явление фактически кипения воды при небольших температурах в следствие понижения давления в ней и выхода растворенных до этого в ней газов. Кавитация возникает, когда местная скорость участка лопасти винта больше скорости звука в среде, т.е. в воде (изм. 1)

Что такое гребной винт? Это две поверхности лопасти - всасывающей и нагнетающей. Всасывающая снижает давление за ней (подобно верхней части крыла самолета, из-за большей кривизны), вторая поднимает давление жидкости, за счет чего и образуется пропульсивный момент. Проблема в том, что при снижении давления больше определенного предела возникает кавитация - выделение из жидкости растворенных в ней газов с образованием пузырьков, которые при схлопывании порождают большой шум (как чайник шумит при закипании) и разрушение лопастей винта. Меньше кавитация - меньше шума (закипевший чайник шумит много меньше чем только закипающий). Но по аналогии, если пузыри газов не схлопываются в воде, то они выходят на поверхность (аналог закипевшего чайника), и демаскируют лодку - за ней идет пузырьковый след. Проблема в том, что шумность должна быть минимальна, а след недопустим. Как этот вопрос решить?

Решить это можно многими способами. Был вариант при использовании интегрированной поглощающей дизельной установки выдувать газы через ступицу винта. Были варианты использования дизелей по замкнутому циклу. Но пришел Атом. И лодки стали ходить под водой со скоростями 30-60 узлов. Кавитация стала проблемой.

Было принято решение исследовать кавитацию как явление. Данные по этой теме секретны, но результаты этих разработок, как мы видим, находятся в открытом доступе. Результатом стали безкавитационные, то есть бесшумные винты. Вот еще пример из открытых источников (я не знаю, что это за лодка):

Почему-то у всех винтов, 7 лопастей. В природе, это я со школы помню, семь - цифра-изгой, нету в природе ничего семи...А тут есть.

В общем, секретность. Обычно это выглядит так:

АПЛ Северодвинск, спуск на воду

Винт секретный и один он укрыт. Ну вот вам и ликбез))

UPD 15-03-2014 (изм. 1)
Так что же такое безкавитационный винт? Это винт, не допускающий или снижающий вероятность появления кавитации. Как это можно сделать? С учетом того, что кавитация - это физический эффект, то и справиться с ним можно только согласно законам физики.

Вариантов два. 1) повысить скорость звука в среде, окружающей винт; 2) снизить окружную скорость вращения винта. первое можно достигнуть, если, например, вбрасывать до каверны жидкость, имеющую меньшую плотность, нежели вода.
Ну, керосин, например. Выход ли это для подводной лодки? Да, выход. На поверхность. Демаскирована и уже безопасна, да и запасы жидкости надо иметь конские, да и в воде она не растворяется, и, вероятно, до мест возникновения кавитационной каверны не дойдет. В общем, не вариант.

Второй вариант интереснее. Снизить частоту вращения винта. Но ведь упадет и пропульсивный момент! А вот тут уже работа для инженеров, вернее поиск компромисса между пропульсивным моментом и частотой вращения, где граничным условием является скорость звука в воде. Ну-ка, уважаемые инженеры, с наскока просчитайте =)

Так и родился безкавитационный винт. Он имеет большой угол откидки (более 25 градусов от касательной к линии наибольших толщин в районе комля лопасти к касательной к этой же линии на краю лопасти), то есть "серповидный". Момент импульса, как следует из конструкции винта, у него большой (вода больше времени воспринимает давление от лопасти в следствие ее большей длины), значит и пропульсивный момент при ламинарном обтекании такой лопасти будет больше. А ламинарность потока, как мы помним, определяется числом Рейнольдса, за критическим значением которого наступает турбулентное течение (и кавитация, как следствие). Вот так мы изменили граничное условие нашего уравнения: теперь граничное условие - число Рейнольдса, а не скорость звука в воде, которая меняется в зависимости от глубин. Стало проще.

Следующая задача - спроектировать такой винт. Но это уже вне моей компетенции, я не могу ничего про это рассказать. Тема секретная, и я ничего об этом не знаю. Давайте подумаем вместе над рядом вопросов:

1) Почему лопастей у БКВ всегда 7? Или не всегда?
2) Как по фото можно восстановить геометрию (почему винты лодок - это самый охраняемый объект)?
3) Как еще (даже гипотетически) можно избежать кавитации или использовать ее в своих целях в области кораблестроения?

С уважением, инженер по качеству ОАО "82 Судоремонтный завод".

Редуктор подвесного лодочного мотора не имеет переключения передач, то есть передаточное число постоянно. Чтобы максимально эффективно реализовать мощность двигателя, нужно правильно подобрать гребной винт, то есть найти такие параметры, при которых достигается:

• лучший выход на глиссирование;
• максимальные обороты двигателя в пределах, установленных заводом - изготовителем;
• максимальная скорость либо грузоподъёмность (в зависимости от требуемого результата).

Помимо очевидных показателей, оптимальный винт способствует:

• экономии топлива;
• увеличению ресурса мотора;
• снижению шумности двигателя.

Разновидности гребных винтов

Разнообразие марок, моделей и мощностей лодочных моторов требует огромного количества гребных винтов. Они различаются по:

• шагу (расстоянию, которое проходит винт за один оборот без учёта скольжения);
• диаметру (окружности, описываемой наиболее удалёнными от центра точками лопастей);
• дисковому отношению (отношению суммарной площади лопастей к площади круга с диаметром, равным диаметру винта);
• количеству лопастей (обычно 3, реже 4 или 2);
• материалу (сталь углеродистая и нержавеющая, алюминиевый сплав, пластик);
• конструкции ступицы (резиновый демпфер, сменная втулка, сменные лопасти);
• конструкции ступицы (выхлоп через ступицу или под антикавитационной плитой);
• диаметру ступицы;
• количеству шлицов втулки.

Маркировка винтов

Наносится на ступицу или лопасти, используются дюймовые размеры.

Обычно выглядит следующим образом:

11 ¼ х 15 – G – такую маркировку наносит на свой винт Ямаха .

Первое число обозначает диаметр лопастей, второе число – шаг винта.

Некоторые производители добавляют в маркировку количество лопастей и направление вращение винта, например:

13 х 19 3RH, или 3 х 10-3/8 х 11 R, где цифра «3» - количество лопастей, RH или R – правое вращение.

Если на винт нанесен только номер по каталогу, например, 3231-100-15, то расшифровка пишется на упаковке:

• Material: Stainless Steel
• Pitch (шаг): 15
• Blade (лопасти):
• Diameter: 10
• Engine (мотор): Yamaha

Расчет гребного винта

Существует множество программ для расчета параметров гребного винта глиссирующего судна. Некоторые из них способны справиться с поставленной задачей с приемлемой точностью, например, используя диаграммы Папмеля, однако окончательный подбор характеристик производится эмпирическим путём, то есть методом тестовых заездов.

Для точного расчета необходимо знать:

• Размерения судна
• Килеватость
• Водоизмещение
• Размерения в зоне ватерлинии
• Наличие и расположение реданов
• Мощность и максимальные обороты двигателя
• Редукцию и многие другие параметры.

Наша задача – научиться рассчитывать с приемлемой точностью требуемые параметры алюминиевого винта под имеющуюся глиссирующую моторную лодку, располагая минимумом информации.

Для этого нам понадобятся следующие данные:

1. Желаемая максимальная скорость. Указывается в паспорте на лодку или берется от аналогичных комплектов. Естественно, не стоит указывать скорость 70 км/ч, имея мотор 30 л/с на прогулочной лодке, нужно рассматривать реальные значения.
2. Обороты максимальной мощности двигателя. Указаны в табличке, размещенной на струбцине мотора либо в моторном отсеке. Также данные присутствуют на сайтах продавцов лодочных моторов.
3. Передаточное отношение редуктора (узнаём из инструкции к мотору или из Интернета).

Для расчета шага скоростного винта используем соотношение:

H = 750V/n , где V – скорость в км/ч, n – число оборотов гребного вала.

В качестве примера приведём расчеты для килеватого глиссирующего корпуса длиной 17 футов с подвесным мотором Suzuki DF90ATL.

• Максимальная частота вращения коленчатого вала: 5300 – 6300 оборотов в минуту;
• Передаточное отношение: 2,59
• Максимальную скорость обозначим 68 км/ч.

1. Находим максимальные обороты гребного вала: 6300: 2,59 = 2432 оборотов в минуту.
2. Считаем шаг: 750 х 68: 2432 = 20,97". Округляем до 21".

Штатный винт имеет размерность 3 х 13 ¾ х 19, то есть достаточно близко к вычисленному. Его оставляем для движения с полной загрузкой и буксировки лыжника. В качестве скоростного приобретаем 21 шаг.

Поскольку обычно шаг и диаметр винта взаимосвязаны, в рамках одного шага предлагается не более двух – трёх различных диаметров винтов. Поэтому будем руководствоваться следующим правилом: если у нас мотор максимально разрешенной мощности, выбираем больший диаметр, если средней или минимальной – то меньший.

Для точного подбора винта следует взять под залог в магазине несколько винтов с шагом, близким к расчетному. После этого необходимо произвести замеры скорости лодки и оборотов двигателя. Следует заметить, что в некоторых регионах крупные продавцы водно-моторной техники периодически проводят фестивали винтов, где любой желающий может попробовать приглянувшийся винт, а также получить консультацию специалистов.

Выбор оптимального винта

Говоря про соответствие винта мотору и корпусу, можно провести определённую градацию.

• Тяжёлый винт. Двигатель не развивает полных оборотов, выход на глиссирование затруднен. Необходимо уменьшать шаг.
• Скоростной винт. Максимальные обороты и скорость достигаются только с малой загрузкой и верхнем положении гидроподъёма («трима»).
• Универсальный. С минимальной загрузкой мотор развивает максимальные обороты, с полной загрузкой позволяет выйти на глиссирование.
• Грузовой винт. Позволяет легко выходить на глиссирование с полной загрузкой путём некоторой потери скорости, максимальные обороты достигаются уже со средней нагрузкой.
• Слишком лёгкий винт. Лодка сильно недобирает в скорости, мотор превышает максимально допустимые обороты (т.н. «перекрут»), срабатывает ограничитель оборотов. В этом случае нужен винт с большим шагом.

Количество лопастей также влияет на ходовые качества комплекта. Наибольшее распространение получили трехлопастные винты, реже встречаются с четырьмя лопастями. Двухлопастные и пятилопастные в повседневной эксплуатации практически не применяются.

В общем случае можно сказать, что четырехлопастной винт будет более грузовым, чем трехлопастной за счёт большего дискового отношения. Обычно его выбирают, когда нужна большая тяга, а поставить винт увеличенного диаметра не позволяет конструкция редуктора.

Вопрос - ответ

Сегодня мы пригласили эксперта, который ответит на наиболее частые вопросы читателей, касающиеся гребных винтов.

-Как проще проверить, насколько подходит к катеру имеющийся винт?

Нужно замерить обороты в «полный газ» с максимальной и минимальной загрузкой. Обороты должны находиться в пределах, рекомендованных изготовителем. Если мотор «недобирает» оборотов – поставьте винт с меньшим шагом, если происходит «перекрут», то есть превышение оборотов – то шаг требуется увеличить.

-Сколько лопастей лучше – 3 или 4?

Смотря что требуется от лодки. Если нужна устойчивая минимальная скорость глиссирования, грузоподъемность, больший упор – то 4 лопасти имеют определенные преимущества. Если важнее скорость налегке – то выбираем винт с тремя лопастями.

Следует иметь в виду, что за счет большего упора обороты четырехлопастного винта будут приблизительно на 100 меньше, чем трехлопастного аналогичного диаметра и шага.

-Какой винт лучше – алюминиевый или стальной?

Опять же, что важнее для пользователя. Если нужна максимальная скорость, возможность максимального увеличения ходового дифферента тримом без возникновения подхвата воздуха, то стальной винт предпочтительнее. Но он сильнее нагружает редуктор за счет большей массы и стоит гораздо дороже.

Для повседневной эксплуатации вполне подходит алюминиевый винт. Относительно недорогой, он обладает весьма достойными гидродинамическими характеристиками, к тому же при ударе о подводное препятствие меньше вероятность повреждения вертикального и гребного валов, а также деталей редуктора за счет более хрупких лопастей.

Если же вы решите провести эксперимент со стальным винтом, следует иметь в виду, что стальной винт нужно брать с шагом на 1" меньше, чем алюминиевый.

-При выходе на глисс такое ощущение, что «буксует сцепление» Как с этим бороться? Винт с виду целый.

Возможно, провернулся демпфер, находящийся между втулкой и ступицей. Попробуйте установить другой винт – ситуация должна измениться.

-Как продлить срок службы винта?

-Обязательно ли использовать оригинальный винт?

Нужно понимать, что многие оригинальные винты сделаны на тех же предприятиях, что и «неоригинал». Существует ряд проверенных производителей, выпускающих качественную замену оригиналу при более низкой цене. Поэтому говорить о необходимости использования именно оригинальных винтов некорректно.

К сожалению, формат статьи не позволяет максимально подробно рассмотреть все нюансы подбора винта, но основные вопросы мы рассмотрели, и теперь при необходимости можем подобрать наиболее подходящий винт для моторной лодки или катера. Тем, кто заинтересовался темой и хочет изучить теорию гребных винтов, можно порекомендовать труды Х. Баадера, Л.Л. Хейфеца, В.В. Вейнберга, а также книгу «Гребные винты. Современные методы расчета» В. Бавина и др.

Несмотря на столь незначительный размер и довольно простой на первый взгляд принцип работы, пользу винтовой резьбы для человечества сложно определить. Именно винт стал тем фактором, который дал толчок развитию науки и техники, и многие открытия, сделанные человеком, были бы недоступны без этого такого простого, то в тоже время такого нужного и гениального изобретения.

Немного истории и классификация

Конструкция винта была известна еще в Древней Греции, однако в то время это изобретение использовалось с целью подачи воды, поскольку его лопасти помогали поднимать воду на определенную высоту. Также подобный механизм применялся в качестве прессов для вина и масла. В виде элемента крепежа винтовой механизм появился в 16 столетии, однако распространение он получил только в 19 веке. В это время болт использовался в качестве крепежного элемента в строительстве, а также в разных видах ремесел. Высокую популярность болты получили в эпоху массового изготовления различных механизмов. С момента появления первых автомобилей болты стали неотъемлемым атрибутом строительства, который делал конструкции более прочными и надежными.

Различают несколько видов деталей:

• Крепежные. Самый распространенный вид, который применяется для соединения деталей с возможностью их разъема. Конструкция состоит из стержня с резьбой на одном конце которого размещена головка. Головка используется для захвата винта при помощи отвертки или другим инструментом и последующего зажатия детали. Форма головки может быть самой разной: круглой, квадратной, многогранной и др. С целью невозможности открутить крепеж создаются головки с уникальной формой, для которой нужен специальный инструмент.
• Установочные. Такой вариант используется для фиксации компонентов взаимным способом. Для этой цели на концах болта расположены углубления или выступы для более высокого качества фиксации. Концы подобных деталей могут иметь разную форму: плоскую, конусную, ступенчатую, цилиндрическую, шариковую, рельефную и др.

Сфера применения

Винты широко используются в машиностроении, строительстве, сельском хозяйстве, промышленности и в других сферах. Для разных элементов применяются разные варианты, что позволяет добиться конкретных целей:

• Детали с конической резьбой используются при отверстиях сквозного и глухого типа. Подобные варианты не рекомендовано использовать при высоких показателях динамических нагрузок, поскольку в таком случае возможна деформация внутренней резьбы.
• Болты с плоским концом также могут быть использованы в сквозных и глухих вариантах креплениях. При этом плоскость вкручивания должна быть перпендикулярной по отношению к оси резьбы.
• Детали с цилиндрической цапфой. Такой вариант используется только в глухих отверстиях, поскольку это предполагает меньшее действие.

Подбор варианта зависит от нескольких факторов, в частности от температуры осуществления работ, показателя вибрации, нагрузки и др.

Винт и его применение

Винт (от нем. Gewinde - нарезка, резьба) — простейший механизм цилиндрической формы, на которую по спирали наложена резьба (ряд чередующихся канавок и выступов). Винт является крепежной деталью.

Изобретение винта приписывае6тся великому математику и физику древности Архимеду(287-212 гг. до н.э.) из Сиракуз.

А рхимедов винт – механизм для подъема воды снизу вверх. Нижняя часть цилиндра находится в воде. Внутри цилиндра располагается плоская спираль (шнек). При вращении ручки вода из нижней части цилиндра перемещалась наверх. Такое устройство предназначалось для орошения земель, а также для откачки воды из трюмов больших грузовых судов.

Процесс изготовления винта в средние века заключался в следующем: навивали на стержень полоску бумаги, а затем пропиливали ее напильником.

Позже резьбы больших размеров наносились горячей ковкой: по горячей заготовке ударяли формообразующим инструментом. Мелкую резьбу получали на примитивных токарных станках, при чем инструмент держали в руках.

Затем появился винторезный станок, который для получения резьбы, снимал с заготовки стружку.

В
настоящее время резьбу получают методом деформирования поверхности. Заготовка винта зажимается между двумя плашками и прокатывается между ними. Одна плашка является подвижной, а другая – неподвижной.

А также методом холодной штамповки. Проволока подается в станок, который отрезает стержень нужной длины, пропускает его через ряд формообразующих штампов и на полученную заготовку накатывается резьба.

Винты используют для крепления деталей. Их широко применяют в устройствах электротехники, так как при креплении деталей они пропускают через себя электрический ток.

Для электротехнических изделий винты изготавливают из меди, бронзы и латуни. Винты, используемые в машиностроении изготавливают из стали.

Принцип винта используется в таких инструментах, как домкрат, тиски. Винт применяется и по «прямому назначению»: для перемещения мяса в мясорубке, вращения шестерёнки.

Резьба у винта — наклонная плоскость, она всегда дает выигрыш в силе.

П
редставим, что наклонную плоскость с высотой h и длиной l свернули в трубочку (рис. 1).

Поворачивая гайку, надетую на болт, происходит вращательное и поступательное движение, вы поднимаете её по наклонной плоскости (рис. 2).

В
ыигрыш в силе равен отношению расстояния, проходимого точкой приложения усилия за один оборот винта (длины окружности l = πD), к расстоянию, проходимому при этом нагрузкой по оси винта.

За один оборот нагрузка перемещается на расстояние между двумя соседними витками резьбы (a и b или b и c), которое называется шагом резьбы.

Примером преобразования вращательного движения в поступательное, при помощи винта, является юстировка точных оптико-механических приборов. Юстировка – выравнивание прибора вдоль осевого направления.

Предыдущая статья: Кто продает им еду и напитки? Следующая статья: Мойка в гараже: как правильно все сделать