7 / 11
метим, что колеса с такой геометрией лопаток действительно приме-
няются на тихоходных судах.
Другой вариант геометрии (рис. 3,
а
) характеризуется лопатками,
отделенными от обода, чтобы давление в межлопаточном простран-
стве выравнивалось за счет поступления воздуха со стороны оси вра-
щения (вариант II). Из результатов вычислений следует, что эффекты,
связанные с разрежением воды между лопатками, резко ослабляются.
Однако при входе лопатки в воду также создается большая сила, ло-
кально повышается давление и формируется течение как назад, так и
вперед. Кроме того, часть воды недостаточно быстро стекает с лопаток
и также ускоряется вперед относительно земной системы координат.
В результате при высоких скоростях судна (например,
v
v
= 45
км/ч)
эффективность движителя оказывается либо недопустимо мала, либо
вовсе отрицательна (см. рис. 2).
В результате приведенного анализа и вариантных вычислений
предложена новая геометрия лопаток (вариант III).
Она характеризуется, во-первых, тем, что вместо одиночных ло-
паток применяются двойные, тройные и прочие лопатки со щелями
между ними, через которые вода после гребка сливается быстрее, чем
с одиночных лопаток. Это обеспечивает снижение массы ускоряемой
вперед воды и соответствующей отрицательной составляющей силы,
действующей на колесо.
Во-вторых, тем, что внешняя лопатка имеет такой угол наклона
относительно соответствующего радиуса, что при заданных
v
v
и
v
ω
ее внешний край входил бы в неподвижную воду под нулевым углом
атаки. Это условие для угла атаки, характерное для оптимальных ре-
жимов практически всех лопаточных машин, обеспечивает снижение
потерь импульса при входе лопатки в воду.
В-третьих, внутренние лопатки так расположены относительно
внешних, что вода, текущая при гребке вдоль внешней лопатки со
стороны повышенного давления, проходит по инерции мимо межло-
паточной щели и попадает на поверхность внутренней лопатки. Это
обеспечивает снижение потерь импульса при гребке из-за протекания
воды по щелям.
В-четвертых, углы наклона внутренних лопаток таковы, что стека-
ющие с внешних лопаток потоки воды, имеющие значительную вер-
тикальную составляющую, направляются внутренними лопатками го-
ризонтально назад. Это снижает потери импульса на вертикальную
составляющую.
Результаты вычислений для лопаток с новой геометрией приведены
на рис. 2, 3,
б
, 4.
Отметим, что воду в месте входа лопатки нельзя назвать непо-
движной, но погружение происходит без значительного всплеска и
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2016. № 1 107