Как рассчитать шаг винта

Что такое шаг винта лодочного мотора?

Важно! Если вам нужен новый гребной винт, вы можете приобрести его в нашем интернет-магазине Лодки Деда Мазая, с быстрой доставкой и консультацией по всем вопросам.

Шаг винта — что это?

Разберемся, что собой представляет такой показатель, как шаг винта. Под шагом винта стоит понимать определенное расстояние, которое способен пройти винт, совершая полноценный оборот. Измеряется этот показатель в дюймах. Винт, который имеет большой шаг, способен развивать значительную скорость, а лодки с внушительной грузоподъемностью имеет меньший шаг.

К примеру, если коленвал двигателя совершит одинаковое количество оборотов, винт лодки может пройти меньшее расстояние. Если сравнивать с автомобилем, это все равно что проехать путь на низкой передаче – скорость авто будет меньше, а тяга при этом станет выше. Среди характеристик, более важная отведена именно скорости винта. Важно, чтобы лодка удачно выходила на глиссирование, тогда мотор сможет достичь максимально возможных оборотов. То есть, в этом случае скорость лодки достигнет своего максимума.

Как определить шаг винта лодочного мотора

Внимательно посмотрите на грань лопасти, и вы заметите, что это не прямая плоскость, а выгнутая по определенному алгоритму. К примеру, если подвижно закрепить горизонтально расположенную деревянную планку на вертикальном упоре, раскрутить ее при этом поднимая с не изменяющейся скоростью вверх, то любая точка планки будет двигаться по винтовой траектории, а их множество образует винтовую поверхность. Конец планки будет двигаться при этом по поверхность цилиндра с радиусом, равным длине планки, образуя направляющую винтовой поверхности. Подобную форму и имеет каждая лопасть гребного винта.

Если сделать развертку цилиндра на бумаге, то направляющая будет выглядеть, как наклонная прямая. Таким образом, расстояние от точки А до точки В (см рис) и называется шагом винта. А угол V называется шаговым углом.

Вернемся к эксперименту с планкой. Не подлежит сомнению, что, если вращать и поднимать ее с одной и той же скоростью, то каждая точка планки будет подниматься на одну и ту же величину. Но при этом шаговый угол для двух разных точек будет разным. Чем дальше от оси вращения, тем меньше будет угол.

Чтобы замерить шаг винта самостоятельно, можно также воспользоваться цилиндриком с иголкой, листом бумаги и угольником. Установив острие на листе, нужно циркулем прочертить часть окружности с радиусом, равным 0,6 R, где R — наибольший радиус винта. Теперь необходимо в центр прочерченной дуги установить иглу цилиндрика, с каждой стороны лопасти приставляют угольники так, чтобы они пересекали начерченную дугу. Точки пересечения отмечают карандашом, одновременно замеряют, на какой высоте от поверхности листа находятся соответствующие точки на лопасти. Теперь можно убрать винт, он больше не понадобится.

Как измерить шаг винта лодочного мотора

Диаметр винта.

Вот первое определение: диаметр гребного винта — это диаметр окружности, которую проходит точка на лопасти, максимально удаленная от оси.

Чтобы узнать этот размер, нужно установить деревянный цилиндрик с диаметром, подходящим под посадочное место вала, найти центр цилиндра и установить острый наконечник (иголка от циркуля, обломок гвоздя и т. д.). Далее следует перенести винт на плотную бумагу, воткнуть в нее острие цилиндра.

После необходимо вооружиться металлическим или обычным чертежным угольником. Уперев в лист прямой угол, перенесите проекцию нескольких точек лопасти, наиболее отставленных от оси, на лист. Теперь снимите винт с бумаги и определите, какая из точек находится на самом удаленном от оси расстоянии. Для этого удобно использовать циркуль. Раствор циркуля показывает радиус винта, соответственно, чтобы найти диаметр, необходимо удвоить его значение.

Если вам необходимо замерить диаметр побывавшего в употреблении, то описанную операцию стоит провести для каждой лопасти, потому что возможен неравномерный износ или сколы по краям элементов.

Подбор гребного винта для лодочного мотора.

Для переключения передач недостаточно использовать только редуктор подвесного мотора. Если вы хотите использовать на полную мощность мотор лодки, необходимо внимательно подойти к выбору гребного винта, который позволит достигнуть:

• оптимального выхода на глиссирование;

• максимальных оборотов, которые возможны для данного типа мотора;

• максимально возможной скорости или грузоподъемности (зависит от конкретной цели).

Правильно подобранный винт, позволяет сэкономить топливо, снизить шум, создаваемый мотором, а также способствует увеличению его ресурса.

Как правильно подобрать винт.

Прежде всего, стоит определить, какая перед вами стоит задача – хотите ли вы увеличить скорость и улучшить выход в глиссер, или же вас интересует возможность большей грузоподъемности для лодки. Одновременно максимально увеличить все эти показатели за счет одного лишь винта не представляется возможным, однако вы можете выбрать такой винт, который позволит удачно сбалансировать все важные показатели. Можно подобрать один винт с оптимальными показателями или же купить несколько винтов и возить их с собой. Однако, как показывает практика, менять винты в процессе не всегда удобно. Существуют также винты, которые способны изменять свой шаг, в зависимости от требований. Но сегодня мы разберем другие варианты винтов, которые отличаются по своим показателям.

Итак, какой винт лучше приобрести – из стали или из алюминия? Давайте разбираться.

Преимущества винтов из стали.

Стальные детали отличаются лучшим КПД, если сравнивать с алюминиевыми – это связано с тем, что стальные лопасти имеют меньшую толщину, а крыльчатка имеет более сложное строение. Винты из стали менее подвержены кавитации, что непосредственным образом сказывается на их скорости – в сравнении с алюминиевыми агрегатами, они развивают большую скорость (примерно на 5-7%).

Стальной винт имеет высокий уровень прочности, поэтому он не стирается и не повреждается при контакте с песчаным дном. Винт не деформируется даже при ударе об дно, он не подвергается коррозийным процессам из-за длительного нахождения в воде.

Недостатки винтов из стали.

Основной минус – высокая стоимость. Винты из стали обойдутся вам несколько дороже, чем их алюминиевые аналоги. Также важный недостаток – при сильном ударе возможно повреждение и деформация редуктора, несмотря на то, что сам винт может остаться без повреждений.

Преимущества алюминиевых винтов.

Недостатки винтов из алюминия.

По сравнению со сталью, алюминий – более мягкий материал, который при ударе о песчаное дно деформируется, на поверхности винта появляются выщерблены, что мешает набирать скорость и существенно уменьшает КПД. В результате столкновения с небольшими препятствиями лопасти винта могут погнуться.

Принципы подбора винтов для лодок.

Шаг винта – одна из важнейших технических показателей, которая оказывает влияние на развитие скорости лодки. Шаг винта показывает расстояние, которое способен пройти винт, совершая один полный оборот, измеряется этот показатель в дюймах.

Чем большим будет шаг, тем большим будет упор, создаваемый вращающимися лопастями, а он, в свою очередь, перейдет в энергию движения лодки. Такой показатель, как шаг винта, имеет непосредственное влияние на обороты лодочного мотора. Если шаг мотора меньше, то максимальные обороты будут больше.

Очень важно подобрать винт, чтобы обеспечить максимальные обороты, хорошую скорость и удачный выход на глиссирование. При этом важно, чтобы показатели находились в том диапазоне, который предусмотрен производителем мотора. Таким образом, можно обеспечить оптимальную производительность и избежать преждевременного износа двигателя.

Источник

Оглавление:

Перед покупкой винта для катера или лодки необходимо определиться с целью – необходимо ли достичь максимально возможной скорости или максимальной грузоподъемности. С одним винтом невозможно решить эти задачи, однако можно подобрать компромисс – винт для наиболее используемых режимов.

Правильнее будет иметь на борту два винта и использовать их в зависимости от загрузки. Тем более второй винт – запасной.

Лодочные винты различаются по диаметру, шагу, числу лопастей и материалу, из которого винт изготовлен. Диаметр и шаг как правило проштампованы или отлиты сбоку или на ступице гребного винта.

Расшифровка маркировки гребного винта:
(1) Диаметр гребного винта (в дюймах)
(2) Шаг гребного винта (в дюймах)
(3) Тип гребного винта (марка)

С одним и тем же винтом можно достичь максимальной скорости и наибольшей грузоподъемности?

Нет. Для достижения высокой скорости используются шаг или диаметр, неподходящие для грузоподъемности – где совершенно другие рабочие условия. Если хотите обойтись одним винтом, то решите, что является самым важным, исходя из этого и выбирайте винт.

Какой винт лучше – 3 или 4 лопасти?

Для большинства катеров рекомендуются винты с 3 лопастями. Эти винты обеспечивают хороший разгон и работу на основной скорости.
Tрехлопастной винт имеет меньшее сопротивление и позволяет (теоретически) развить большую скорость. Четырехлопастной имеет больший упор, скорость с данным винтом на режимах от малого хода до 2/3, должна быть выше.
Винты с 4 лопастями имеют бо́льшее дисковое отношение, такие винты рекомендуются для бо́лее тяже́лых лодок и катеров с корпусами высокой эффективности, оснащенными более мощными двигателями.

По сравнению с 3 лопастями, они лучше «работают» при разгоне, наиболее эффективны при буксировке воднолыжников и парашютистов, и обладают меньшим количеством вибраций на высоких скоростях.

При переходе от трехлопастного на четырех или пятилопастной гребной винт, как правило, обороты двигателя снижаются на 50-100 об/мин. Применение четырех и/или пятилопастных винтов в сравнении с трехлопастными обычно приводит к:

Для моего катера есть винт 13″ и 14″ диаметра. Меньший диаметр с большим шагом – это же самое?

a – диаметр винта; b – шаг винта.

Шагом нельзя заменить диаметр. Диаметр непосредственно связан с мощностью двигателя, количеством оборотов в минуту и скоростью, на которую указывают ваши требования.

Если эксплуатационные режимы предполагают 13″ диаметр, то при установке 12″ будет уменьшена его эффективность.

Необходимо ли использовать высокую температуру, чтобы установить или снять винт?

Нагрев никогда не должен использоваться при установке винта, и поэтому редко требуется для его снятия.
Если невозможно снять винт используя мягкий молоток, может помочь легкий аккуратный нагрев паяльной лампой. Не используйте сварочную горелку, поскольку быстрая, резкая высокая температура изменит структуру бронзы, создав внутренние напряжения, могущие привести к расколу ступицы.

Каково преимущество использования второго винта – левого вращения?

Два винта, работающих в одном направлении на лодках (судах), создают реактивный момент. Другими словами, два правых винта будут наклонять катер влево.
Два винта противоположного вращения на одинаковых двигателях устранят этот реактивный момент, потому что левый винт уравновесит правый. Это приведет к лучшему прямолинейному движению и управлению на высокой скорости.
Поэтомо часто устанавливаются 2 мотора с винтами разного вращения.

Три самых распространенных материала винта – сложная пластмасса, алюминий и нержавеющая сталь

Каждый имеет различия в цене и эксплуатации. (Бронза – обычно используется на более медленных катерах и яхтах.) Материал винта определяет его применение на двигателях различной мощности.

Пластмассовые винты катеров – используются на двигателях меньше чем 50hp (предпочтительнее меньше чем 20hp). Много водномоторников, используют пластмассовый винт как запасной, а не как штатный. Хотя они дешевле, но их эффективность ограничена прогибающимся под нагрузкой лопастями, неспособными сохранить форму, из за относительной слабости тонких пластмассовых лопастей.
Большинство пластмассовых винтов не может быть восстановлено, хотя некоторые лопасти можно купить поштучно для замены. Ни одни винты до настоящего времени не имеют лучших свойств, чем винты, сделанные из металлов – хороший винт должен иметь длительный срок службы и поддаваться ремонту. Пока имеющиеся пластмассы проигрывают по всем этим параметрам.

Алюминиевые винты – большинство катеров, укомплектованы алюминиевыми винтами. Алюминиевые винты относительно недороги, легки при восстанолении, и при нормальных условиях могут прослужить много лет. Алюминиевые винты используются на двигателях до 150hp.
Алюминиевые винты немного более дороги чем пластмасса, но работают более эффективно благодаря уменьшенной толщине лопасти, меньше прогибаются под нагрузкой, лучше держат форму лопасти. Алюминиевые лопасти при небольшом повреждении достаточно ремонтопригодны.

Нержавеющая сталь – более дорога, но намного более прочна и долговечна чем алюминий. Нержавеющая сталь дорога, но оправдывает цену, потому что она лучше всего и с наименьшими потерями передают мощность. Наиболее универсальные и дорогие винты – из нержавеющей стали. Сталь чрезвычайно прочна, позволяя лопасти иметь наименьшую толщину, насколько это возможно, благодаря чему уменьшается сопротивление в воде, а благодаря ее прочности – устраняется прогиб. Несмотря на то, что лопасть имеет малую толщину, она достаточно прочна.
Сталь ремонтопригодна после ударов о затопленное препятствие, но есть другая сторона всех плюсов – больше вероятность погнуть вал.

Стальной гребной винт или алюминиевый

Популярная тема на водно-моторных форумах: одни приписывают стальным винтам чудодейственные свойства, другие же доказывают, что это не более чем блестящий понт, который со временем губит редуктор лодочного мотора.

Изначально лодочный мотор может продаваться и вовсе без винта – как правило это модели средней и большой мощности. В этом случае владелец подбирает гребной винт исходя из имеющегося катера и его потребностей.
Как правило стальной винт докупается к уже имеющемуся алюминиевому, который переходит в разряд запасного на катере водкомоторника. Приобретая стальной винт водкомоторник сравнивает такие основные показатели:

Цена – cтальной винт стоит в несколько раз дороже алюминиевого.

Вес – стальной винт в несколько раз тяжелее. Это нисколько не влияет на разгонную динамику, хотя такие аргументы часто и выдвигаются «специалистами».
Факт: гонщики, которые борются доли доли секунд быстроты разгона – используют исключительно стальные винты.

Нагрузка на подшипники – более тяжелый стальной винт не создает большую нагрузку на подшипники ступицы гребного вала.

Упор, создаваемый гребным винтом при движении водкомоторки, составляет десятки, и сотни килограммов – на этом фоне вес самого винта практически незаметен.
Причиной износа подшипников гребного вала скорее может быть дисбаланс лопастей, вызывающий вибрацию при вращении винта.

Нагрузка на шестерни – при установленном стальном винте передний ход или реверс включаются более «жестко», нежели с алюминиевым.
Редуктор подвесного лодочного мотора не имеет сцепления или фрикционных синхронизаторов – шестерни переднего и заднего хода включаются жестко, через кулачковую муфту – «храповик». Смягчает «удар» при включении только резиновый амортизатор, запрессованый в ступицу винта.
Выход из положения один – холостые обороты должны быть отрегулированы и находиться в норме (обычно 650–850 об/мин).

Конструкция – сечение лопасти (толщина) у стального винта вдвое тоньше алюминиевого. Это позволяет получить более высокий КПД на высоких скоростях.

Алюминиевые винты изготавливаются простым методом кокильного литья, накладывающим определенные ограничения на конфигурацию и не отличающимся прецизионной точностью.

Стальные винты отливают по специальным формам, что обеспечивает более высокую точность и позволяет создавать практически любые формы. Практически каждый стальной винт доводится вручную. Отсюда высокая себестоимость и цена стальных винтов.

Источник

Как вычислить шаг воздушного винта

Чтобы обеспечить поступательное движение модели самолета, необходимо приложить к ней силу тяги. Ее создает воздушный винт, приводимый во вращение авиамодельным двигателем. Лопасти винта, вращаясь, отбрасывают поток воздуха назад — в сторону, противоположную направлению полета. Чем больше масса и скорость воздушного потока, отбрасываемого винтом, тем больше сила тяги винта.

Воздушные винты имеют различные геометрические характеристики. Важнейшими из них являются диаметр и шаг винта.

Диаметр винта D_B — это диаметр окружности, описываемой при вращении концами лопастей.

Теоретический шаг винта Н — это расстояние, проходимое элементом лопасти в направлении полета за 1 оборот винта, движущегося поступательно с определенной скоростью; при этом предполагается, что винт вращается в неподатливой (твердой) среде (см.рис). Но так как винт вращается в воздухе, частицы которого проскальзывают на поверхности винта, та за 1 оборот он проходит меньшее расстояние. Фактически пройденное расстояние называется действительным шагом или поступью винта, а разница между теоретическим (расчетным) шагом и действительным — скольжением. Действительный шаг винта можно вычислить по формуле H=v/n,

где v — скорость модели, м/с;

Для сравнения различных винтов введено понятие относительного шага: h=H/D_B у кордовых пилотажных моделей относительный шаг воздушных винтов равен (0,4—0,6) D_B. Для получения полной мощности двигателя модели нужно правильно подобрать размеры винта — диаметр, шаг, ширину лопасти.

Рассмотрим упрощенный способ расчета воздушного винта для кордовой тренировочной модели с двигателем МАРЗ-2,5: скорость полета 80 км/ч (22 м/с), частота вращения винта 10 000 об/мин (166 с-1).

Более детально ознакомиться со способами расчета воздушного винта можно в замечательной книге Жидкова Станислава «Секреты высоких скоростей кордовых моделей самолетов» начиная с 113 страницы

Если вам нужны простые советы и рекомендации по выбору воздушного винта для своей модели, смотрите тут.

Воздушный винт дополнительные сведения.

Рис. 1. Геометрические характеристики воздушного винта

Основные геометрические характеристики винта — его диаметр D и шаг — Н.

Если предположить, что винт вращается в плотной неупругой среде и вокруг оси винта описать цилиндр произвольного радиуса — r, то сечение лопасти, лежащее на поверхности этого цилиндра будет двигаться по винтовой линии (рис. 1) с углом подъема (углом установки) —ϕ. В развертке винтовая линия изобразится диагональю — ОВ, а сторона АВ характеризует перемещение сечения лопасти за один оборот, то есть шаг винта Н. Его можно выразить формулой:

Зная угол установки каждого сечения лопасти и радиус — r, можно найти соответствующий шаг. Если все сечения лопасти винта имеют одинаковую величину Н, то такие винты называются винтами постоянного шага; у винтов переменного шага в различных сечениях лопасти значения Н различны. Изменение шага по длине лопасти зависит от конструкции и формы винта. Обычно шаг винта к концу лопасти уменьшают.

Относительный шаг — это отношение шага к диаметру

Поскольку лопасть винта движется в упругой среде — воздухе, то за один оборот винт проходит расстояние меньше теоретического шага, именуемое поступью винта — Н_а (рис. 1).

Разность между шагом винта и его поступью называется скольжением — S = H—Н_а (рис. 1). Скольжение обычно дается в процентах. Для таймерных моделей с компрессионными силовыми установками оно составляет 20—40% от Н.

Из сказанного следует, что лопасть фактически движется по линии ОС, а это значит, что она имеет угол атаки α=ϕ-ß. Из рис. 1 хорошо видно, что угол атаки тем больше, чем больше скольжение S.

В расчетах часто пользуются понятием относительной поступи винта, определяемой как отношение поступи Н_а к диаметру D.

Легко показать, что

где ns — число оборотов пинта в секунду,

D — диаметр винта,

V — скорость полета модели.

Тяга, развиваемая винтом, подсчитывается по формуле: P=αρD 4 n_s 2 кг, где α— коэффициент тяги винта, который зависит от формы лопасти, h и λ; ρ — плотность воздуха.

А вот формула для мощности, необходимой для вращения винта:

где ß— коэффициент мощности винта, зависящий от тех же параметров, что и α. Коэффициентом полезного действия винта называется отношение полезной мощности, равной Р*V, к мощности, необходимой для его вращения.

Из соотношения — получим выражение для определения коэффициента полезного действия:

Основные параметры, характеризующие работу винта, узнаем опытным путем. Проверяя винт при различных значениях λ, можно вычислить коэффициенты α и ß. Их наносят на диаграмму, называемую характеристикой винта. Исследования производятся для винтов, имеющих одинаковую форму лопастей, диаметр и профили сечений, но разный относительный шаг. Получаются характеристики серии винтов, сходных по своим формам, но имеющих различные шаги. Характеристику строят в виде группы кривых ß по λ при различных h (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма-характеристика серии воздушных винтов.

Зная (мощность двигателя и соответствующее ей число оборотов, а также задавшись скоростью полета модели, можно найти необходимый шаг и диаметр винта.

Пусть N = 0,25 л. с. при n_s = 167 об/сек ( 10000 об/мин), а V = 11 м/сек (около 40 (км/час). Имеется в виду таймерная модель с серийным компрессионным двигателем, скорость которой на траектории редко превышает 10—12 м/сек при диаметре винта 220—240 мм. Из формулы для определения мощности двигателя находим величину потребного ß и λ;

Если ρ=1,8, а D=0,24 м, то подставляя данные в формулы, найдем λ и ß.

На рис. 3, откладывая по осям координат значения ß и λ, находим точку А и читаем относительный шаг h и к. п. д.—η.

Рис. 3. Вычерчивание шаблонов винта.

В нашем примере h=0,6, а η = 0,54. Тогда шаг винта будет Н = h * D = 0,6* 0,24 = 0,144 м. Для винта вычерчивают шаблоны: сначала лопасть «вид сверху», на котором размечают пять сечений (рис. 3). Таким образом узнаем верхний шаблон. Параллельно оси лопасти проводят прямую АВ, перпендикулярно к ней откладывают отрезок

После этого сечения лопасти переносят на линию АВ, полученные точки соединяют с вершиной О. Эти линии дают нам углы установки сечений. Затем ширину лопасти в первом сечении (на рис. 4—12 мм) переносят на горизонтальную прямую. Из точки С восстанавливают перпендикуляр и в пересечении с наклонной линией получают точку С’. Отрезок СС’ и есть высота бокового шаблона в сечении № 1. Дальнейшее построение видно из рисунка. Полученные точки соединяют плавной линией и получают боковой шаблон лопасти.

Значительное влияние на работу винта оказывает форма лопасти в поперечном сечении (профиль). Наибольшего значения тяга достигает при расположении максимальной толщины профиля на 30% от передней кромки.

На характеристику винта влияет и форма лопасти в плане. От взаимного расположения оси продольной жесткости лопасти и точки приложения полной аэродинамической силы образуется момент, который скручивает лопасть, увеличивая или уменьшая шаг.

На рис. 4 показаны шаблоны нескольких различных винтов.

Источник