Сообщений в теме: 12

[BМГ]

Немецкая вики, машинный перевод. 

Ссылка:

https://de.m.wikiped.../wiki/Radeffekt

 

Текст:

Эффект колеса, также известный как эффект винта, представляет собой смещение задней части гидроцикла из-за вращения гребного винта в воде. Этот эффект возникает практически независимо от положения руля направления, поэтому в технической литературе[1] он также известен как эффект косвенного управления гребным винтом.

Эффект колеса лишь слабо выражен при движении впереди и едва заметен. С другой стороны, при движении задним ходом, то есть задним ходом, эффект колеса проявляется в большей степени. Он может быть настолько мощным, в зависимости от типа судна и формы корпуса, что, несмотря на жесткое противодействие руля, судно движется по дуге, противоположной положению руля, к корме.

На гребном винте с правым ходом эффект колеса смещает корму вперед к правому борту, а на гребном винте с левым ходом - к левому борту. При движении с разворота на корму необходимо различать винт с фиксированным ходом, который обеспечивает движение с разворота на корму, изменяя направление вращения гребного винта, и винт с регулируемым ходом, который обеспечивает движение с разворота на корму за счет переключения лопастей гребного винта. Если используется фиксированный гребной винт, то при движении кормой к корме он смещается влево для гребного винта с правым ходом и вправо для гребного винта с левым ходом. С другой стороны, если используется гребной винт с регулируемой скоростью, хвостовая часть при движении смещается на корму в том же направлении, что и передняя часть при движении.

[BМГ]

Воздействие на струю гребного винта корпусом корабля или лопастями руля направления.

 

Гребной винт создает тягу, необходимую для движения или торможения судна, за счет ускорения воды назад и вперед соответственно. Ускоряющаяся вода называется струей гребного винта или „вращающимся водяным столбом“ и имеет более или менее сильное закручивание, в зависимости от действия гребного винта.

 

 

 

[BМГ]

Съезд с восьмерки

 

При движении на корме струя гребного винта ударяется о корпус корабля. На рисунке рядом это показано на примере пропеллера с правым ходом, который вращается против часовой стрелки при движении задним ходом. Верхняя часть струи гребного винта ударяется о правый (правый) борт кормы и прикладывает силу, направленную по левому (левому) борту, к корме. Таким образом, создается крутящий момент вокруг вертикальной оси корабля, смещая корму влево. Или, выражаясь наглядно, струя воды гребного винта, попадающая на правый борт кормы, толкает корму влево. И наоборот, при вращении гребного винта с левым ходом по часовой стрелке при движении задним ходом верхняя часть гребного винта упирается в корму по левому борту, так что корма смещается вправо. Таким образом, причиной эффекта гребного колеса при движении задним ходом, является влияние струи гребного винта на корпус судна, то есть струя гребного винта возмущается корпусом судна, оказывая на него поперечное усилие. Другими словами, вращающаяся струя воды оказывает асимметричное воздействие на корпус корабля.

 

Однако эффект гребного винта проявляется в разной степени на разных кораблях, причем, прежде всего, форма корпуса судна, на которую воздействует струя гребного винта, оказывает существенное влияние на силу эффекта гребного винта.

 

Чтобы объяснить этот эффект, сначала рассмотрим струю гребного винта, на которую не влияет днище. Здесь вся струя гребного винта имеет сбалансированный угловой момент. В гребном винте с правым ходом, который вращается против часовой стрелки при движении задним ходом, лопасть в верхнем секторе вращения (так называемое положение на 12 часов) „толкает“ воду влево, а лопасть в нижнем секторе вращения "толкает" воду влево. (Положение на 6 часов) вправо. Поскольку вода „смещается“ влево примерно на столько же, сколько и вправо, гребной винт и, следовательно, корма не смещаются ни вправо, ни влево.

 

[BМГ]

Теперь, если на эту струю гребного винта сверху воздействует корпус судна с плоским горизонтальным дном, поднимающаяся вода будет накапливаться на корпусе судна. Вода отклоняется почти равномерно в обе стороны, оказывая на корпус корабля силу, почти полностью направленную вверх, которая практически не влияет на эффект колеса. Однако нижняя часть гребной лопасти остается незатронутой корпусом корабля, так что гребная лопасть в целом смещает воду вправо, тем самым смещая корму влево (влево). С другой стороны, если струя гребного винта ударяется о корпус корабля с изогнутым днищем, поднимающаяся вода накапливается на наклонной поверхности. Это приводит к тому, что сила, действующая на корпус корабля, перпендикулярна наклонной поверхности и, в зависимости от наклона поверхности, имеет силовую составляющую

 направленный влево в горизонтальном направлении. На противоположной стороне корпуса судна гребной винт „отсасывает“ воду, создавая отрицательное давление. Оба вместе приводят к смещению кормы влево. Кроме того, здесь снова действует вода, смещенная вправо в нижней части струи гребного винта. Таким образом, складывается несколько сил, действующих по левому борту, так что получается усиление эффекта колеса по сравнению с корпусом корабля с плоским дном.

 

[BМГ]

Кроме того, решающее влияние на силу эффекта колеса оказывает не только форма корпуса корабля, но и расположение гребного винта под корпусом корабля. Таким образом, эффект колеса проявляется на судах с парусным вооружением значительно менее выраженно, чем на судах с жестким и прямолинейным гребным валом. Причиной этого является расстояние гребного винта от максимальной оси корабля, вокруг которой корабль вращается при эффекте колеса. Это связано с тем, что чем ближе гребной винт к вертикальной оси инерции корабля, тем меньше крутящий момент от струи гребного винта, попадающей на корпус судна, и, как следствие, тем менее выражен эффект колеса.

На судне с жестким и прямолинейным гребным валом гребной винт установлен близко к лопасти руля направления и, следовательно, далеко от оси инерции судна. Таким образом, при движении на корме струя гребного винта „толкается“ в точке давления на расстоянии длины  от максимальной оси корабля к корпусу корабля возникает крутящий момент Т1

С другой стороны, на судне с парусным вооружением,  гребной винт установлен ближе к оси инерции судна, чем на судне с жестким и прямолинейным приводным валом. Вот почему при движении на корме струя гребного винта „выталкивается“ в точке давления на расстоянии длины r2 против корпуса корабля, который меньше, чем у корабля с жестким и прямолинейным гребным валом. Таким образом, крутящий момент также равен T2 меньше крутящего момента T1 . Задняя часть будет меньше смещена, и, следовательно, эффект колеса будет меньше.

 

 

 

[BМГ]

Вращающийся водяной столб, создаваемый вращающимся гребным винтом, создает еще один эффект, который еще больше усиливает эффект колеса. Там, где вода накапливается на корпусе корабля, создается избыточное давление, которое толкает воду вверх по корпусу корабля, так что здесь получается своего рода водяная гора. На противоположной стороне, где пропеллер откачивает воду и создает отрицательное давление, образуется своего рода водяная долина. Между бортами возникает перепад высот h, так что корма спускается с горы в долину.

 

[BМГ]

Ход вперёд.

 

Эффект колеса также проявляется при движении впереди, но он значительно менее выражен, чем при движении в корму. Во-первых, при движении вперед направленная на корму струя гребного винта воздействует на значительно меньшую площадь корпуса лодки из-за гребного винта, расположенного „сзади“, чем при движении задним ходом.

 

Кроме того, хотя вода, всасываемая пропеллером, также имеет крутящий момент, однако „струя“ всасываемой воды значительно более ненаправленная, чем струя винта, „всасывающей струи“ практически нет. Таким образом, при движении вперед вода, попадающая в водоворот, попадает на корпус судна значительно реже, чем при движении в корму. 

 

Во-вторых, при движении вперед направленная на корму струя гребного винта ударяется о перо руля. Уже сразу после зацепления карданного вала, то есть еще без движения вперед, лопасть руля  приводится в движение мощной струей гребного винта, так что судно уже способно маневрировать, хотя еще не набрало ход. Таким образом, эффекту увода можно немедленно противодействовать, контролируя положение руля направления.

 

Однако при движении вперед на эффект пера руля влияет не только форма корпуса, но, кроме того, и форма лопасти руля. Таким образом, лопасть пера полубалансирная, или балансирная, используемая в основном на крупных судах или яхтах, сужается книзу. В результате лопасть пера руля оказывает меньшее сопротивление струе гребного винта в нижней части и, следовательно, оказывает меньшее сопротивление. Сила, направленная по правому борту в верхней части лопасти в случае гребного винта с правым ходом, в верхней части оказывает сопротивление больше. Таким образом, корма смещается вправо.

 

[BМГ]

Переключение с переднего хода на задний ход.

 

Если при движении вперед гребной винт переключается на реверс, то не сразу возникает сильный эффект вращения колеса при движении на корму. Скорее, теперь направленная вперед струя гребного винта должна сначала преодолеть противоположный движущийся поток. Как только струя гребного винта превышает тяговый ток, срабатывает эффект колеса заднего хода, соответственно смещая заднюю часть.

[BМГ]

На судне с двумя гребными винтами левый гребной винт обычно сочетается с правым гребным винтом. Таким образом, эффект колеса обоих гребных винтов нейтрализуется, когда оба вращаются вперед или оба назад.

 

С другой стороны, если один винт вращается назад, а другой медленно движется вперед, эффект колеса обоих винтов будет действовать в одном направлении. В примере с изображением справа по борту, приведенном рядом, левый гребной винт вращается назад, а правый медленно движется вперед, так что судно поворачивается кормой через правый борт, не набирая скорость. Таким образом, корабль поворачивается на месте, поэтому этот маневр также известен как „ходьба на колесах“.

 

Обычно, два гребных винта, вращающихся в противоположных направлениях, находятся на одной оси. Это создает два эффекта вращения колеса в противоположных направлениях, выровненных по продольной оси с небольшим смещением друг от друга, так что эффект вращения двух гребных винтов практически нивелируется.

[BМГ]

Эффект эффекта колеса

 

Винт с фиксированной передачей правого направления вращается вправо (по часовой стрелке) при движении вперед и влево (против часовой стрелки) при движении задним ходом. Эффект руля затем смещает корму корабля вперед к правому борту (справа) при движении вперед и к левому борту (слева) при движении на корме (задом наперед).

 

Напротив, винт с фиксированной передачей с левым ходом вращается влево (против часовой стрелки) при движении вперед и вправо (по часовой стрелке) при движении задним ходом. На гребном винте этого типа эффект гребного винта смещает корму корабля вперед к левому борту при движении вперед и вправо к корме при движении на корме.

 

 

 

 

Влияние эффекта руля на судно с правым гребным винтом при движении на корме

 

Если при стоящем судне и положении руля направления прямо вперед подается толчок назад (положение 1), эффект руля направления тянет корму корабля, несмотря на положение руля направления прямо вперед, к левому борту (положение 2). Как только судно наберет ход на корму, лопасть руля направления будет подпитываться водой, „падающей“ с кормы (положение 3). Только теперь эффект руля направления преобладает, эффект руля направления играет лишь второстепенную роль, так что судно следует положению руля направления и движется прямо к корме. (Примечание: для большей узнаваемости на рисунке позиции с 1 по 3 немного раздвинуты, на самом деле корабль почти вращается на месте.)

 

Например, для того, чтобы подойти задним ходом к узкому каналу или бассейну гавани, судно должно быть предварительно поставлено немного под углом (за счет положения руля и короткого толчка вперед). Затем эффект колеса снова тянет судно параллельно каналу или бассейну гавани, и как только судно начинает движение к корме, судно движется задним ходом параллельно каналу или бассейну гавани.

Кроме того, при прохождении поворотов задним ходом эффект колеса влияет на радиус поворота. Таким образом, для гребного винта с правым ходом окружность по левому борту имеет меньший диаметр, чем по правому борту. Потому что, если круг должен быть пройден задним ходом по правому борту, эффект колеса сначала повернет корму к левому борту. Только после того, как судно набрало ход, положение руля направления поворачивает корму вправо.

 

[BМГ]

Вращение корабля с помощью гребного винта правого хода в ограниченном пространстве

 

Чтобы развернуть корабль на месте, используется маневр „разворот в ограниченном пространстве“, также известный как „поворот на тарелке“. Этому маневру в значительной степени способствует эффект Рейда (см. Изображение):

• 0: Исходное положение: сделайте „мощный“ рывок назад. Эффект руля направления перемещает корму влево в положение 1. Руль направления должен быть направлен к правому борту Харта не позднее, чем в конце положения 1. До тех пор судно не набирает ход, и поначалу положение руля направления при обратном вращении гребного винта не оказывает никакого эффекта. Положение руля направления по правому борту Харт впоследствии не изменяется до конца маневра в положении 6.
• Пункт 2: Как только корабль начнет движение задним ходом, сделайте рывок вперед, пока нос корабля не повернется на правый борт.
• Пункт 3: Теперь снова сделайте „мощный“ рывок назад, пока корабль не захочет начать движение задним ходом.
• Пункт 4: Затем снова сделайте рывок вперед, пока носовая часть корабля не повернется на правый борт.

Примечание: корабль действительно вращается, но в остальном не сдвинется с места в положениях с 0 по 6. Однако для лучшего обзора иллюстрации корабля в эскизе показаны раздвинутыми.

Переход от тяги назад к тяге вперед и наоборот повторяется до тех пор, пока корабль не окажется в положении 6.

Поворот судна левым бортом в ограниченном пространстве, то есть с наклоном руля влево, не приведет к успеху. В этом случае эффект руля направления и положение руля направления действуют противоположно, так что судно качается взад и вперед, но не вращается.

 

 

Боковой причал у причальной стенки

 

Если цель состоит в том, чтобы пристыковаться боком к причальной стенке, например, в узком промежутке между двумя судами, то движение вперед к причальной стенке выполняется под острым углом. Это включает выбор в качестве причальной стороны той стороны судна, на которую эффект руля смещает корму при движении на корму (при остановке) (так называемая шоколадная сторона). Таким образом, для гребного винта с правым ходом, с левым бортом, как показано на рисунке рядом.

 

Непосредственно перед причальной стенкой, когда судно все еще стоит под небольшим наклоном, происходит „сильный“ толчок назад, так что судно останавливается (останавливается), и эффект колеса „притягивает“ корму к причальной стенке, корабль лежит параллельно причальной стенке. Таким образом, эффект колеса особенно благоприятно способствует маневрированию у причала.

 

В качестве альтернативы - и всегда в случае с не шоколадом - вы выносите выступ на берег и, используя положение руля на суше, медленно продвигаетесь вперед в прыжке.

 

[BМГ]

Ошибочные описания

 

 

Более высокая плотность на глубинеОбработать

 

Распространенное, но, тем не менее, ошибочное мнение объясняет эффект колеса различной плотностью воды на гребном винте. Предполагается, что из-за большей глубины воды в нижней части диапазона вращения гребного винта там будет более высокая плотность воды и, следовательно, более высокое сопротивление воде. Таким образом, в нижней части гребного винта водостойкость выше, чем наверху, в результате чего гребной винт „держится“ в нижней части почти как на земле и катится.

Водостойкость гребного винта на самом деле зависит от плотности воды. Однако вода является несжимаемой жидкостью и лишь незначительно меняет свою плотность и, следовательно, объем даже при высоком давлении. Таким образом, плотность воды увеличивается при давлении 1 миллион раз. ГПа (около 1000 бар), то есть на глубине 10 км, всего на 5%. Таким образом, в диапазоне размеров гребных винтов корабля плотность практически не зависит от глубины воды. Таким образом, на всем протяжении гребного винта плотность и, следовательно, сопротивление воде одинаково велики, то есть в нижнем диапазоне вращения они так же велики, как и в верхнем.

Это ошибочное описание того, что пропеллер „катится по земле, как колесо“, часто используется в качестве моста для ослов, чтобы двигаться вперед, не задумываясь. в каком направлении эффект колеса будет действовать при движении вперед или назад при вращении пропеллера вправо или влево. Однако "правильное" описание вращающегося столба воды, который ударяется о корму один раз по левому борту и один раз по правому борту, может быть использовано в качестве мостика для осла, и, таким образом, корма поворачивается к левому и левому борту соответственно. Смещение правого борта.

 

Более высокое давление на глубинеОбработать

 

Другое ошибочное объяснение использует различное гидростатическое давление вместо плотности для объяснения эффекта колеса, потому что давление воды значительно больше зависит от глубины воды, чем плотность воды. Для гребного винта яхты диаметром 30 см разница давлений между внешним наконечником в верхнем и внешним наконечником в нижнем диапазонах вращения составляет 30 ГПа (около 30 мбар). Это отчетливо ощущается и измеряется даже при относительно небольшом гребном винте.

Но даже это не объясняет эффект колеса, потому что сопротивление, которое гребной винт должен преодолеть, чтобы вращаться в воде, зависит вовсе не от давления воды, а от плотности воды. Независимо от того, насколько велика разница давлений на гребном винте, она не влияет на сопротивление воды и, следовательно, не создает эффекта колеса.

 

Влияние причиныОбработать

 

Также часто высказывается мнение, что пропеллер „чувствует“ близость дна и, как колесо, катится по этой „близости к земле“. На самом деле в этом есть доля правды, потому что на толщу воды, приводимую во вращение гребным винтом, влияет близость дна. Подобно донному озеру, в котором, начиная с определенной глубины воды, дно водяных волн тормозится дном, а волны разбиваются о его вершину, близкое дно тормозит нижнюю часть вращающегося водяного столба гребного винта. Для водных волн этот эффект возникает с глубины воды, в семь раз превышающей длину волны водных волн. Таким образом, для водяной волны с длиной волны в один метр глубина воды составляет менее семи метров.

Однако длина волны водяных волн значительно больше, чем у вращающегося водяного столба гребного винта. При 1200 оборотах в минуту, то есть 20 оборотах в секунду, длина волны вращающегося столба воды находится в сантиметровом диапазоне, то есть вращающийся столб воды „чувствует“ дно только после того, как оно уже опасно приблизилось к нему на расстояние менее метра. Однако эффект колеса также возникает в очень глубоких водах, а также посреди океана, где дно находится „очень далеко“. Таким образом, влияние причины на вращающийся столб воды - это эффект, который, хотя и вносит небольшой вклад в эффект колеса, на самом деле не является его причиной.

 

Изменение углового момента вращающихся деталей в корабле

 

Другая гипотеза предполагает, что эффект колеса возникает при нажатии на педаль газа или отводе газа лодочным двигателем. Подача газа или отвод дроссельной заслонки вызывает изменение частоты вращения силовой установки, то есть вала двигателя, карданного вала и гребного винта, и, следовательно, изменение его углового момента  Но дает ли это теперь крутящий момент Т корабля вокруг оси высоты корабля и, следовательно, эффекта колеса? Итак, является ли крутящий момент крутящим моментом Т, перпендикулярно изменяющемуся угловому моменту L Нет, потому что изменение углового момента L и крутящий момент T равны, то есть в основном параллельны друг другу, а не перпендикулярны друг другу. Таким образом, корма не смещается ни по левому, ни по правому борту.

Но: увеличение или уменьшение частоты вращения лодочного двигателя приводит к движению корпуса лодки. Однако это должно быть связано с сохранением углового момента, прямо противоположного изменению скорости лодочного двигателя или двигателя лодки соответственно. вал и, следовательно, вокруг его продольной оси корабля (оси крена). Например, при увеличении оборотов гребного винта, вращающегося против часовой стрелки, судно вращается вокруг своей продольной оси по часовой стрелке, то есть в противоположном направлении.

Если рулевой / рулевая дает газ (заправку) или убирает газ, судно на короткое время поворачивается вокруг продольной оси судна. И так до тех пор, пока гребной винт не вернется к постоянной скорости вращения, пока угловой момент не изменится. L так что больше никаких изменений.

Ярким примером сохранения углового момента является вертолет. На вертолете вращение несущего винта должно быть компенсировано, чтобы фюзеляж вертолета не вращался во вращении, противоположном направлению вращения несущего винта. Эта компенсация обычно достигается за счет рулевого винта, который предотвращает вращение фюзеляжа. Компенсация также могла производиться двумя роторами, расположенными один над другим, при этом один ротор вращался влево, а другой - вправо. Однако при включении ротора, то есть при изменении углового момента в перпендикулярном направлении, вращение вертолета вокруг продольной оси вертолета, то есть в горизонтальном направлении, не происходит, как это должно было бы быть в случае с упомянутой гипотезой.

 

 

[BМГ]

Приводная система в виде гироскопа

 

Вращающаяся силовая установка, состоящая из вала двигателя, карданного вала и гребного винта, действует как гироскоп, вращающийся вокруг своей оси. Если волчок вращается вокруг своей оси, то, как только его ось перестает быть перпендикулярной, он дополнительно совершает кувыркающееся движение, так называемое вращательное движение. Прецессия.

Однако, даже если рассматривать вращающуюся двигательную установку корабля как гироскоп, который совершает прецессию под действием внешней силы, это не может объяснить эффект колеса.

 

На рисунке рядом изображен корабль, гребной винт которого вращается по часовой стрелке. Например, на корму корабля теперь действует нисходящая сила из-за всасывания гребного винта F приводящий к крутящему моменту Tведет вокруг поперечной оси корабля. Угловой момент L крутящего момента и углового момента гребного винта Lскладываются в общий угловой моментL, который смещает корму корабля вправо по борту. Итак, это объяснило бы эффект колеса. Но если пропеллер вращается в противоположном направлении, то получается общий угловой момент Lкоторый также смещает корму корабля вправо по борту. Однако при вращении гребного винта против часовой стрелки эффект колеса смещает корму влево!