Физика корабельного винта

Скорость концов лопастей корабельного винта ограничена кавитацией. И это даёт простое соотношение между размерами винта и мощностью машины.

Благодарим вас за интерес к нашей работе!

Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ

[waaaghtech]

Хотел написать замечание к методу расчёта мощности, но и ваш финальный вопрос тоже в этой же плоскости лежит. Ответ - удельная нагруженность винта.

То, что вы назвали узкими и широкими лопастями называется дисковым отношением (ДО) - отношение площади лопастей к площади диска винта. У самолётов это порядка 0, 1, а у судов около 1, бывает даже 1, 2-1, 4 (с перехлёстом). Чем больше ДО, тем меньше удельная нагрузка на винт. То есть при той же силе тяги меньше перепад давлений и дальше мы находимся от предельного давления, рассчитанного вами.

На самом деле, предельная скорость конца винта соответствует ~0, 3 числа маха. При бо́льших скоростях заметными становятся эффекты сжимаемости воздуха, ухудшающие показатели винта. Для судна же огромную роль играет давление водяного столба над винтом. И в общем случае следует учесть число кавитации, которое растёт по мере погружения под воду при сохранении скорости движения. То есть предельная разница давлений будет больше на большей глубине.

А ещё раньше кавитация наступит не на поверхности винта, а на концевом вихре. В модели невязкой жидкости скорость на оси вихря стремится к бесконечности, а давление падает до 0. Аналогично с воздушным винтом, где течение становится сверхзвуковым на оси вихря.

Да, и скорость на конце это векторная сумма линейной скорости аппарата и линейной скорости вращения кончика вокруг оси. Но вместе с тем локальный угол атаки с ростом скорости движения аппарата падает, падает разгица давлений и критика отходит дальше. Пожтому на некоторых судах даже нельзя выдать полные обороты с места, но можно на ходу. Такие пироги)

[александрнайдёнов-гб]

школу закончил в 1997 году, всегда физику любил и она мне в повседневной жизни, в быту, не говоря уже о работе(сварщик, электрик, отделочник), пригождалась далеко не раз, если не сказать постоянно. очень интересный, полезный канал. благодарю.

[ИльяМонин-цз]

1.Скорость винтов самолётов не ограничена скоростью звука. Просто не выгодно иметь сверхзвуковые винты для дозвуковых самолётов по экономическим показателям. К тому же сверхзвуковые винты адски шумят, что и поставило крест на их существовании.
2. У водяных винтов тоже нет ограничений по кавитации. Существует специальная категория "суперкавитирующих" винтов для скоростных катеров.
Есть даже полупогружённые винты у скоростных катеров, где наличие подсоса вообще вынесено за скобки. Катера на таких винтах мчатся со скоростями более 30м/с (более 100км/ч)
3. при расчёте тяги винта вы считаете не скорость лопастей, а приращение скорости потока, отбрасываемого лопастями. Скорость лопасти будет зависеть от угла А наклона винтовой линии винта с небольшой погрешностью на качество профиля лопастей.
Тогда получим приблизительное равенство
Vлоп*sin A=Vкораб

[truth-seeker]

Спасибо огромное! Всегда с удовольствием смотрю ваши ролики. С вашего позволения добавлю: "Отношение буксировочной мощности EPSк мощности на гребном валу Nр называют пропульсивным коэффициентом, ή = EPS/Nр. Пропульсивный коэффициент ή равен произведению КПД гребного винта ήр на коэффициент влияния корпуса ήк, зависящий от формы кормовых обводов, местоположения грибного винта и ряда других факторов и равный 0, 8 – 1, 2 . У современных судов чем больше пропульсивный коэффициент, тем лучше качество движителя и условия его работы корпусом. Пропульсивный коэффициент колеблется в пределах от 0, 55 – 0, 75" С ув. Ёж.

[kabzda_nacistam]

Анекдот бородатый, кочует с разными персонажами и представителями различных профессий. Но смысл очень глубокий и классный!)

[doodiik]

в далёком 1980 году у меня поломался фотоапарат ремонт стоил 12 руб. После ремонта спросил чего так дорого деталь на замну стоит 2 коп. Мастер посмотрел на меня и сказал деталь стоит 2 коп а разобрать и собрать + знания 12 руб. Я дал 15руб. и больше ни когда не спашиваю чего так дорого.

[aleksandrKR]

Интересная информация. Зная все это можно определять типы кораблей, скорость их хода, расчитывать, вычеслять.
Занятно.

[the_mask_]

Странное совпадение(нет), что предельная скорость движения воды в системе водяного пожаротушения нормативно ограничена 10 м/с.

[АлексейСкрынников-гя]

А мне нравится смотреть физиков теоретиков, так легко и непринуждённо расчитали мощность корабельного винта по его радиусу. Но когда дело дойдёт до расчёта материала винта и толщины лопастей и ступицы, диаметра отверстия под вал, чтобы винт мог переварить приложенный крутящий момент, тут нужен сопрамат и формулами третьего порядка не отделаться

[zeniasyriany]

История про 9999 и 1 доллар из той информации, что мне удалось прочитать, впервые была озвучена гениальным инженером Штейнмецем (Чарлз Протеус) при ремонте трансформатора на одной из фабрик Форда.

[sergeysharov]

Ещё у всех бытовых вентиляторов широкие лопасти. Но у них и относительно маленькая скорость вращения (и ещё они малошумные, что часто важно). А широкие лопасти на большой скорости просто разорвёт центробежными силами как разрывает лазерный диск если его вставить в болгарку.

[sergeyv.voronin]

Видимо, из-за высокой вязкости среды индукционное сопротивление в воде не так сильно проявляется, как в воздухе, поэтому в воздухе борьба с этим сопротивлением и ведётся путём наращивания удлинения крыла (лопасти). А вот усилие на изгиб из-за лобового сопротивления в воде напротив в полный рост вылезает, не давая сделать лопасть с большим удлинением, даже если б этого хотелось.

[zerach]

да, есть такое, и интересно. Спасибо, было очень.

[klimm.]

В физике я очень слаб. Но смотреть объяснения автора интересно.
Про кавитацию кстати узнал ранее из discovery о крабах с невероятной силой клешней

[KolasName]

Выходит, на подводных судах на глубине можно двигаться быстрее, чем у поверхности, если запас мощности позволяет, ведь каждые 10 метров глубины прибавляют 1 атмосферу

[МакарПетров-ыв]

Очень интересное видео, спасибо.
Расскажите, пожалуйста. Очень хотелось бы узнать от вас, как от физика, о таком явлении как заброс кормы в зависимости от шага винта. Хотелось бы рассмотреть также винты с регулируемым шагом. Заранее спасибо.

[sibedir]

А у вас же самих чуть ранее было на канале видео про лопасти, где выводились подобные закономерности, только для лопастей вертолёта. Там получалось, что чем выше скорость вращения винтов, тем уже можно делать лопасти. Я так понял, что развивать ширину лопасти больше той, что "успевает" замести газ/жидкость при заданной скорости потока, нет ни какого смысла. А вот трение и момент инерции тем больше чем шире лопасти.

[jimmb]

Впервые узнал о кавитации из раневой баллистики. Это очень интересно.

[radikol]

Когда-то в молодости отдалившись от пассажиров подошёл к винту потрогал его, сделал по нему щелбан. Тут же подбежал какой-то техник и спросил что я тут делаю. Я сказал что исследую характеристики винта. Он ответил, что характеристики винта нужно изучать в институте. И тут я понял, что нужно быстрее идти к трапу...🥁🌀🚓

[Vadim_Bull]

Прекрасная Догадка ! Именно Этой причиной поясняется. что На судах "засекреченных". в частности подводных лодках. винт скрыт.
Что бы не пользовались школьной физикой .
Для рощёта скорости. Плотности воды. И глубины погружения ! Лайк Однозначно!!