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선박 추진기의 유형 및 이론 개발의 역사. 프로펠러 계산을 위한 다이어그램. 프로펠러의 모습

“선박 프로펄스터 선박이 일정한 속도로 움직이려면 다음과 같은 기능을 적용해야 합니다. 추진력, 힘과 같다..."

7~8학년 과제에 대한 간략한 설명

작업 3 - 이동자

선박 추진

배가 일정한 속도로 움직이기 위해서는 다음이 필요하다.

이 속도에서 항력과 동일한 추진력을 적용하고

반대 방향으로. 어떤 경우에는 이 힘이 생성됩니다.

견인, 그러나 대부분의 경우 - 특수 장치를 사용하여

선박 추진기라고 합니다. 확립된 전통에 따르면, "선박 추진"이라는 용어는 다른 유사한 장치와 마찬가지로 이러한 장치와 이를 연구하는 과학(선박 이론 섹션)을 모두 의미합니다. 지구상의 선박은 수천 년 동안 존재해 왔지만 선박을 항해(및 노젓기)하던 시대에는 선박의 속도에 대한 과학이 없었습니다. 범선의 속도는 풍속에 따라 달라지며 노를 젓는 선박에도 계산이 필요하지 않았습니다. 추진력 계산을 수행해야 하는 긴급한 필요성은 기계 엔진(증기 엔진)이 선박에 사용되기 시작했을 때만 발생했습니다.

작동 원리에 따라 추진기는 바람 에너지를 선박의 전진 운동으로 직접 변환하는 돛을 포함하는 능동 추진기와 반응 추진기로 구분됩니다. 나머지는 추진기가 생성하는 지속적인 압력이 다음의 결과로 얻어지기 때문입니다. 선박의 움직임과 반대 방향으로 던져진 물 덩어리의 반응.



분명히 뗏목이나 이와 유사한 단순한 선박에 사용된 최초의 추진 장치는 기둥과 노였습니다. 고대의 배는 주로 노를 젓고 있었고 그중 가장 큰 배는 노를 3줄로 배열했으며 총 수는 300개, 길이는 15m에 달했으며 최대 7명이 하나의 노에서 작업했습니다. 그러한 선박의 속도는 약 5 노트였습니다. 노를 젓는 배는 수세기 전에 최고조에 달했습니다. 현재 노는 스포츠 선박, 작업선, 구명정, 기타 소형 선박에서만 주 추진 장치로 사용됩니다.

또 다른 고대 추진 장치는 돛이었는데, 때로는 노와 결합되기도 했습니다. 범선은 더 발전된 것으로 밝혀졌습니다. 외부 환경– 많은 수의 노 젓는 사람을 배치하지 않고도 공기. 최초의 범선은 바람을 따라 이동할 수 있었지만, 항해 장비가 향상되면서 사람들은 바람의 방향에 관계없이 필요한 방향으로 정박하고 이동하는 방법을 배웠습니다. 범선은 19세기 말경에 최고조에 달했고 순풍 속에서의 속도는 20노트에 이르렀습니다. 그러나 선박에 기계 설비가 등장하고 개발되면서 범선에서 증기선으로 점진적인 전환이 이루어졌습니다. 돛은 스포츠 및 훈련 선박, 어선, 일부 연구 선박 등에 보존되었습니다. 선박 - 보조 추진 장치로 사용됩니다. 최근 수십 년 동안 세계 조선 산업에서는 돛을 주요 추진 장치 또는 추가 추진 장치로 사용하는 데 대한 관심이 높아지고 있습니다.

이러한 관심은 두 가지 주요 이유에 기인합니다.

높은 가격과 환경 친화성으로 연료를 절약할 수 있습니다. 항해 장비를 사용하면 속도의 큰 손실 없이 주 엔진(디젤)의 출력을 크게 줄일 수 있습니다. 업적 현대 과학돛의 설치 및 청소를 기계화하고 제어하여 돛을 얻을 수 있습니다. 최고 속도필요한 방향으로 스트로크를 가하면 충분한 강도와 내구성으로 무게를 줄일 수 있습니다. 러시아와 우크라이나뿐만 아니라 다양한 조선 국가에서는 배수량이 많은 선박을 포함한 선박용 항해 시스템이 개발되었지만 수송 함대에서 돛이 널리 사용되는 것에 대해 이야기하기에는 시기상조입니다.

고대에는 우리 시대 이전에도 동물 (황소)이 운전하는 외륜이 발명되었습니다. 그러나 바퀴 달린 배는 범선으로 대체되었습니다. 외륜은 19세기 초에 새로운 차원으로 부활했습니다. (1802년 선박 "Clermont"에서; 러시아에서 최초의 범선은 1815년에 건조된 "Elizabeth"로 간주됩니다.)

첫 번째 외륜에는 테두리와 고정 블레이드-플레이트가 있습니다. 바퀴의 효율은 상대적으로 작았고 침지 깊이는 직경보다 몇 배나 작았습니다. 1829년에는 효율성을 높이고 바퀴의 직경을 줄일 수 있는 회전판이 있는 바퀴가 제안되었습니다. 엔진(증기기관)의 속도가 증가하면 크기가 감소합니다.

외륜은 고대부터 선박을 추진하는 데 사용된 추진 장치의 일종입니다.

물에 잠긴 블레이드(플레이트)가 장착된 대형 바퀴입니다.

외륜은 디자인 면에서 물레방아와 비슷합니다. 유일한 차이점은 물이 바퀴를 움직이는 것이 아니라 바퀴를 추진하는 데 사용된다는 것입니다.

외륜에는 두 가지 주요 유형이 있습니다.

선박의 선미 뒤에 위치한 선미;

온보드, 선박 측면에 쌍으로 위치합니다.

떠 다니는 배터리 "Demologos"의 Robert Fulton은 독창적 인 솔루션을 사용했습니다. 그는 두 개의 반 선체 사이에 직경 5m의 바퀴를 숨겨 포격으로부터 보호했습니다. 세계 최초의 증기전함은 평균 속력 5노트, 최대 속력 7노트를 기록했지만, 미국 독립전쟁이 끝난 뒤 창시자가 사망한 뒤 완성됐다.

나중에 이미 남북 전쟁 중에 연방 정부개념적으로 매우 유사한 강 전함이 건조되었습니다.

증기 기관으로 구동되는 외륜은 19세기 해군의 주요 추진 시스템이었습니다. 세기 말에는 외륜이 보다 효율적인 프로펠러로 교체되었습니다.

쌀. 1. 증기선 "N. V. Gogol"은 가장 오래된(1911) 러시아 여객선으로 운항 중입니다(2014). 추진력 - 두 개의 측면 바퀴.

단점 외륜 사용 시 가장 큰 문제점은 강한 롤링이 있을 때 좌우 외륜이 교대로 완전히 물 밖으로 나와 배가 요잉을 하여 정상적인 이동이 불가능하다는 점이다. 또한 거친 바다에서는 바퀴에 큰 충격 하중이 가해져 작동이 불가능했습니다.

낮은 효율 - 약 30%; 프로펠러 효율 - 최대 70%;

연료) 프로펠러의 연료보다;

선박 초안;

패들 휠을 사용하려면 차량을 흘수선 위에 배치해야 했으며 이로 인해 사용 가능한 유용한 용량도 줄어들었고 해군에서는 차량의 취약성이 증가했습니다.

측면 바퀴에는 큰 확장이 필요하여 선박의 크기가 늘어나고 사용 가능한 갑판 면적이 줄어 들었습니다.

선미 바퀴는 유체 역학적으로 덜 효율적이어서 선체의 저항을 증가시키며, 선체 아래에서 물을 펌핑하는 것처럼 보입니다.

동시에, 예인선에 편리하고 더 얕은 흘수를 허용하는 외륜이 있었습니다.

그렇기 때문에 소련에서는 강 바퀴 예인선(그러나 이미 디젤 엔진을 갖춘 모터 선박)의 건설이 1991년(BTK 시리즈 푸셔 예인선)까지 계속되었습니다.

패들 보트, 쌍동선은 페달 구동 패들 휠로 구동됩니다.

패들 휠 블레이드는 일반적으로 나무 판자로 만들어져 부러지면 쉽게 수리할 수 있습니다.

측면 외륜이 장착된 증기선의 변속기는 매우 간단했습니다. 증기 엔진이 바퀴가 장착된 샤프트를 직접 회전시켰으므로 기어박스를 사용할 필요가 없었습니다.

가장 일반적이고 효율적이며 상대적으로 간단한 추진 장치는 프로펠러입니다.

고대에 사용된 아르키메데스 나사(액체 펌핑용)와 같은 오거 형태의 선박 프로펠러에 대한 아이디어는 15세기 레오나르도 다빈치에서 처음 등장했지만 당시에는 적용되지 않았습니다. 1752년 D.는 이중 추력 웜 형태의 나사를 제안했습니다.

Bernoulli와 같은 추진 장치의 효율성은 낮은 것으로 나타났습니다. 문헌에 나타난 바와 같이, 이 사건은 프로펠러의 설계를 개선하는 데 도움이 되었습니다. 나무 프로펠러를 장착한 선박 한 척이 나무 프로펠러로 땅에 닿자 프로펠러의 상당 부분이 부러져 떠올랐지만 선원들은 놀랍게도 프로펠러의 설계를 개선했습니다. , 속도가 빨라졌습니다. 그 이후로 나사에 대한 많은 개선이 제안되었습니다. 크기, 윤곽선 모양, 블레이드 단면 및 기타 특성이 변경되었습니다. 일부 개선 사항은 오늘날에도 계속해서 나타나고 있습니다.

디자인에 따라 솔리드 프로펠러(허브와 블레이드가 함께 만들어짐)와 얼음 위에서 항해하는 선박에 사용되는 탈착식 블레이드가 있는 프로펠러의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 이러한 프로펠러를 고정피치 프로펠러라고 하며, 허브의 블레이드를 회전시켜 프로펠러의 피치를 변경하는 메커니즘을 갖춘 프로펠러를 제어피치 프로펠러라고 합니다. 나사의 피치는 나사 표면의 임의 지점이 1회전할 때 축 방향으로 이동하는 경로입니다.

고정 피치 프로펠러(고정 피치 프로펠러)는 일체형(원피스), 주조, 용접 또는 스탬핑으로 제조되며 다음과 같은 주요 요소로 구성됩니다. 프로펠러 샤프트 넥의 원뿔에 장착된 슬리브인 허브 및 블레이드(3~6개)는 허브에 방사상으로 위치합니다. 허브에 연결되는 블레이드의 하부를 블레이드 루트라고 합니다. 윗부분은 상단 또는 끝입니다. 선박의 선체를 향한 블레이드 표면을 흡입 표면이라고 하고 반대 표면을 배출 표면이라고 하며 대부분의 경우 규칙적인 나선형 표면입니다. 이 두 표면의 교차점은 블레이드의 가장자리를 형성합니다.

쌀. 2. 프로펠러: a - 고정 블레이드가 있는 프로펠러;

b - 조정 가능한 피치 나사; c - 노즐의 프로펠러; d - 동축 프로펠러.

프로펠러의 직경 D는 블레이드 끝부분이 나타내는 원의 직경입니다. 프로펠러의 직경은 9m에 달할 수 있으며 무게는 50톤입니다. 제어 피치 프로펠러는 직경이 더 작습니다.

프로펠러의 특징적인 값은 피치입니다 (그림 2,a). 이론적인 값, 즉 미끄러짐을 고려하지 않은 값은 프로펠러 블레이드의 받음각에 따라 달라집니다.

주 엔진과 프로펠러 사이의 좋은 상호 작용을 달성하려면 매개변수, 특히 프로펠러 피치가 특정 값을 가져야 합니다. 최적의 상호 작용은 특정 선박 부하 조건과 특정 조건에서만 달성됩니다. 기상 조건(바람, 파도 등). 이러한 값이 지정된 값을 벗어나면 엔진과 프로펠러 간의 상호 작용이 설계에서 의도한 결과를 생성하지 않습니다. 실제로 이는 엔진과 관련 프로펠러 사이의 상호 작용이 예를 들어 보트가 완전히 적재되어 있고 날씨가 좋을 때 가장 효율적이라는 것을 의미합니다.

오른쪽 및 왼쪽 회전 프로펠러가 사용되며 다음과 같이 구별됩니다. 일반 규칙: 나사를 시계방향으로 조이면 우회전나사, 반시계방향으로 조이면 좌회전나사라 합니다. 프로펠러가 회전하면 블레이드가 한쪽으로 많은 물을 던집니다. 이 물의 반응은 블레이드의 압력 표면에 의해 감지되어 프로펠러에 대한 추력을 생성하고 허브와 프로펠러 샤프트를 통해 스러스트 베어링으로 ​​전달되어 선박을 움직이는 힘으로 변환됩니다.

예인선이나 어선(자유 항해, 저인망 어선)과 같이 변화하는 조건에서 작동하는 선박의 추진 시스템은 관련 작동 조건에 맞게 조정되어야 합니다. 동시에, 다양한 부하 조건에서 구동 모터의 최대 출력을 동시에 사용하는 것이 가능합니다.

고정 피치 프로펠러 블레이드는 허브와 함께 주조되거나 나사로 단단히 고정됩니다(그림 2, a 참조).

조정 가능한 피치 프로펠러 - CPS의 피치를 변경할 수 있습니다(그림 2,b). 제어 가능한 피치 프로펠러(CPP)는 선박이 조타실에 위치한 제어 스테이션에서 이동하는 동안 프로펠러가 작동하는 동안 블레이드가 허브에서 회전할 수 있도록 설계되었습니다. 블레이드가 회전하면 다양한 메커니즘에 따라 수행됩니다. 운동학적 구성표, 프로펠러의 피치가 변하기 때문에 프로펠러가 생성하는 추력의 양이 증가하거나 속도가 증가하거나 감소하고 선박의 이동 방향이 바뀌고 회전 수, 주 기계의 힘 및 방향이 변경됩니다. 회전의 변화는 그대로 유지됩니다. 조정 가능한 피치 프로펠러를 사용하면 단순화된 유지 관리 시스템으로 비가역적 주 기계의 선박에서 사용할 수 있으며, 이는 실린더의 마모를 약 30-40% 줄입니다(가역적 기계에서 작동 모드 및 방향의 빈번한 변경으로 인해 발생함). 회전), 기계의 동력을 최대한 활용하고 높은 효율 값을 유지합니다.

나사 프로펠러 프로펠러를 장착한 선박은 고정 피치 프로펠러를 장착한 선박보다 조종성이 훨씬 높습니다. 프로펠러 프로펠러를 장착한 선박은 고정 피치 프로펠러를 장착한 선박보다 조종성이 훨씬 높습니다.

처음에 CV 프로펠러는 예인선, 낚시 및 특수 선박에만 사용되었으며 나중에는 상선에 설치되기 시작했습니다. 회전 프로펠러를 설치하면 발전소의 효율성이 향상되고 다양한 부하에서 최대 엔진 출력을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 역방향 터빈 없이 비가역 내연 기관 또는 증기 터빈을 사용할 수 있습니다. 장점에는 최대 엔진 출력에서 ​​후진할 수 있는 기능도 포함됩니다.

때로는 배에서(특히 배에서) 강 함대) 프로펠러가 노즐에 설치됩니다 (그림 2, c 참조). 이 설계는 프로펠러의 작동 조건을 개선하고 효율성을 높입니다.

대부분의 선박에는 선박 중앙면에 프로펠러가 하나만 설치되어 있습니다. 2개의 저속 또는 4개의 중속 디젤 엔진으로 구동되는 트윈 스크류 선박도 있으며, 후자의 경우 하나의 프로펠러가 2개의 엔진으로 구동됩니다. 드문 경우지만, 예를 들어 어뢰정과 같은 3개의 나사 선박이 건조되는데, 여기에는 두 개의 온보드 프로펄서가 기어박스를 통해 고속 디젤 엔진으로 구동되고 중간 프로펠러가 가스 터빈으로 구동됩니다. 일부 대형 여객선과 군함예를 들어 항공모함에는 대칭으로 배열된 프로펠러 4개가 장착되어 있습니다.

주 엔진의 출력이 계속 증가함에 따라 매우 큰 직경의 프로펠러가 필요하며 이로 인해 기술 및 생산에 어려움이 따릅니다. 이에 대응하고 효율성을 높이기 위해 그들은 반대 방향으로 회전하는 추진기를 설치하려고 합니다(그림 2,d 참조). 이 경우 중공 프로펠러 샤프트, 특수 기어박스 등 복잡한 장치가 필요합니다.

17세기 중반. 최초의 워터제트 추진 시스템이 등장했습니다.

워터제트 추진 시스템은 선박의 선체 내부에 위치한 물 흐름 채널(특정 경우 하나의 채널) 시스템으로, 특수 펌프, 가장 흔히 축방향 펌프(나사)를 사용하여 해수가 이동합니다. 파이프에서). 댐퍼의 도움으로 물의 흐름이 특정 채널로 향하게 되어(한 채널의 경우 선미의 채널에서 나오는 제트의 이동 방향이 변경됨) 이동 방향을 변경할 수 있습니다. 선박. 워터제트 추진의 특징은 작업 본체에 대한 우수한 보호(본체 내부 채널에 위치, 채널 입구에는 대형 물체가 채널에 들어가는 것을 방지하는 그릴이 장착되어 있음)와 뛰어난 기동성(작업 능력)을 포함합니다. 적절한 댐퍼 설치 덕분에 앞뒤로 이동하고 거의 그 자리에서 회전합니다). 그러나 이러한 추진기는 큰 질량(하우징 내부에 물이 있는 물 흐름 채널 시스템 포함)으로 구별되며, 큰 부피를 차지하므로 탑재량을 배치하기 어렵고 상대적으로 효율성이 낮습니다. 엄밀히 말하면, 워터제트 추진 시스템의 효율성은 다소 임의적인 개념입니다. 왜냐하면 그러한 추진력의 추력이 몸체에 생성되고 저항력과 추력을 정확하게 분리하는 것이 항상 가능한 것은 아니기 때문입니다. 대략적으로 기존 워터제트 추진 시스템의 효율은 약 30%입니다. 오랫동안 워터제트 추진 장치는 선박에서 거의 사용되지 않았습니다. 적용 범위는 얕거나 막힌 페어웨이를 항해하는 상대적으로 느리게 움직이는 선박으로 제한되었다고 믿어졌습니다(예를 들어 이러한 선박은 목재 래프팅에 사용되었습니다). 하지만 20세기 중반부터. 그들의 인기가 높아지기 시작했습니다. 이는 두 가지 상황에 의해 촉진되었습니다.

첫째, 개발된 물 흐름 채널 시스템 대신 선박의 선미 끝에 하나의 짧은 채널을 설치하여 추진 제트를 원하는 방향으로 편향시키는 댐퍼를 사용하여 선박을 제어하는 ​​것이 제안되었습니다.

둘째, 고속 선박의 워터제트 추진 효율은 60% 이상에 도달할 수 있는 반면, 이러한 조건에서 기존 프로펠러의 경우 캐비테이션으로 인해 효율성이 감소할 수 있는 것으로 나타났습니다. 비교적 최근에는 회전체 모양의 선미 끝을 가진 잠수함, 어뢰 및 기타 부유 물체에 대한 일종의 워터 제트 추진이 제안되었습니다. 이 추진 장치는 외부 피부와 같은 높이로 장착된 링과 함께 회전하는 일련의 블레이드로 구성됩니다. 가이드 노즐과 같은 링이 외부에 설치됩니다. 이 설계는 노즐의 프로펠러가 선체 외부에 위치한다는 점에서 노즐의 프로펠러와 다릅니다.

현대식 워터제트 프로펄서는 물 속으로, 대기로, 반수중으로 워터제트를 방출하는 세 가지 유형으로 구성됩니다. 프로펠러는 펌프처럼 작동하여 프로펠러 앞 선체 바닥으로 흐르는 파이프를 통해 물을 채널로 끌어옵니다. 나사에 이물질이 들어가는 것을 방지하기 위해 채널 시작 부분의 보호 그릴이 강화되었습니다.

프로펠러에 의한 물 흐름의 비틀림으로 인한 손실을 줄이고 추진 장치의 효율을 높이기 위해 프로펠러 뒤에 카운터 프로펠러가 설치됩니다.

선박의 진행 방향은 역 방향타를 이동하여 변경됩니다. 선박의 수중 부분에 돌출된 부분이 없기 때문에 얕은 물, 좁은 장소 및 막힌 페어웨이에서 더 큰 조종성을 제공합니다. 이러한 추진력을 갖춘 선박의 경우 자유롭게 움직이는 부유물도 장애물이 되지 않습니다.

나열된 워터제트 추진의 장점으로 인해 강 선박, 주로 목재 래프팅에서 특히 편리하게 사용할 수 있습니다. 최근에는 최대 95km/h의 속도에 도달하는 수중익선과 같은 고속 선박에 워터제트 추진 장치가 사용되기 시작했습니다. 현대식 증기 및 가스 터빈을 사용하면 대형 해상 선박에서 워터제트 추진을 성공적으로 사용할 수 있으며, 계산에 따르면 추진 효율은 약 83%에 달할 수 있으며 이는 프로펠러의 추진 효율보다 11% 더 높습니다. 동일한 선박용으로 설계되었습니다.

이러한 추진력을 갖춘 선박의 단점은 펌핑된 물의 무게로 인해 선박의 운반 능력이 손실되고 운하가 차지하는 내부 공간의 부피가 손실된다는 점입니다.

쌀. 3. 워터젯 추진 다이어그램

1930년경에 베인 프로펠러가 제안되었습니다. 이 추진기는 본체 내부에 바닥과 같은 높이로 설치된 드럼으로 구성되어 있으며 수직 또는 거의 수직에 가까운 회전축을 가지며 그 위에 수직으로 위치한 6-8개의 검 모양의 유선형 블레이드가 있으며 진자 레버로 축을 중심으로 회전합니다. 조타실. 드럼이 회전하면 블레이드가 진동 운동을 수행하여 정지가 생성되고 방향은 임의적일 수 있으며 값은 0에서 최대값까지 다양할 수 있습니다. 날개 추진 시스템 역시 뛰어난 제어 장치입니다. 양 끝에 날개 달린 추진기가 2개 장착된 이 선박은 통나무를 이용해 앞뒤로 이동할 수 있고, 그 자리에서 방향을 바꿀 수 있다. 그러나 이러한 추진 장치는 상대적으로 복잡하고 부피가 크며 설치 영역에 평평한 바닥의 확장된 부분이 필요하고 전원 공급이 불편하며 20노트 이상의 속도에서 캐비테이션이 발생합니다. K.p.d.

프로펠러의 효율은 프로펠러의 효율과 거의 동일하지만 프로펠러의 설계는 훨씬 더 복잡합니다. 튀어나온 칼날이 부러지는 경우가 많습니다. 그러나 최근 이 추진 장치는 선박에 좋은 기동성을 제공하고 좁은 공간에서도 자유롭게 작업할 수 있게 되면서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.

패들 추진 장치는 주로 항만 예인선과 도선선은 물론 항만 서비스 선박에도 사용됩니다. 이러한 설치의 전력은 작습니다. 최대 값은 2200kW입니다.

쌀. 4. 날개 프로펠러: a - 작동 원리; b - Voith-Schneider 추진 장치(측면도); c - Voith Schneider 추진 장치(평면도); d - 선박의 뱃머리에 Voith-Schneider 추진 장치를 사용하여 예인선을 가합니다.

e - 선박 선미에 Voith-Schneider 추진 장치가 있는 예인선.

20세기 초. 타워 프로펄서(“Flettner 로터”)는 수직 회전축이 있는 원통형 타워 형태로 나타났으며, 이는 상부 데크 아래에 설치된 저전력 엔진에 의해 구동되었습니다. Flettner 로터의 작동 원리는 액체 또는 가스 흐름에서 회전하는 실린더에 양력이 나타나는 현상으로 구성된 마그누스 효과를 기반으로 합니다. 이 힘의 크기는 Zhukovsky 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. P v = l,8 여기서 는 매체(공기)의 밀도입니다. v – 다가오는 흐름(바람)의 속도; – 프로파일(실린더) 윤곽의 속도 순환, 이 경우로터 원주와 표면의 선형 속도의 곱과 같습니다. l – 길이(로터 높이). 로터 추력은 풍속에 수직으로 향합니다. 이러한 프로펄서는 돛보다 더 효율적이지만(엔진 출력은 "공기에서 추출되는" 출력보다 수십 배 적음) 접을 수 없으므로 강한 바람에 위험할 수 있습니다. Vopilova O.A. 2014-2015년 B 미취학 연령아이의 성격이 형성되고 지식, 개념, 아이디어의 기초가 마련됩니다. 아이들이 기계적으로가 아니라 의미 있게 배워야 하는 정보의 양이 계속 증가함에 따라 교육 및 양육에 있어서 더욱 발전된 형태, 방법 및 기술이 필요합니다. 그런 면에서는 특히…”

"연방 의료 생물학 기관", 책임자. 강의 공공조달공중 보건 및 보건부, 법률 및 정보학 Suvorov Georgy Nikolaevich, 공중 보건 및 보건부에서 의료 공공 조달 과정 수석 강사..."

“선형 원격 역학 Babaev A.S., Dronyuk S.I 구현에서 근무 시간 사진을 계산하는 방법론 적용. 톰스크 산업 및 인도주의 대학 톰스크, 러시아 선형 원격 역학 구현 시 작업 사진 계산 방법 적용 Babaev Yu. S., Dronyuk S.I. 톰스크 산업인문대학 러시아 톰스크 직업교육과 톰스크 지역지역 주 예산 교육 기관평균..."

"UDC 631.4 언덕이 많은 빙퇴석 농업 지형에서 다양한 수형 형태를 갖는 토양의 집합 상태 O. A. Antsiferova, O. V. Vasilyeva, O. A. Yanchevskaya 언덕이 많은 빙퇴석 숭배 지역의 다양한 수형 형태의 토양 집합 O A. Antsiferova, O. V. Vasilyeva, O. A. Yanchevskaya 연구는 2013년 7월~8월에 Sambian 구릉-빙퇴석 평야 내 칼리닌그라드 지역 Zelenograd 지역의 농업 환경에서 수행되었습니다. 토양의 총 구성은...”

" 대학교 정보 기술, 기계 및 광학. 냉동생명공학연구소 이 기사에서는 제품 수명 주기와 냉동 수명 주기의 차이점을 논의합니다. 수명주기혁신. 키워드키워드: 혁신, 혁신 프로세스, 혁신 프로세스 모델. 역할 증가 혁신 프로세스, 특징적인 것은 ..."

“Thermophysics and Aeromechanics, 2009, Volume 16, No. 3 UDC 532.546:534.1 음파와 다공성 층의 상호 작용* A.A. 구바이둘린, O.Yu. Boldyreva, D.N. 이론 및 응용 역학 연구소의 Dudko Tyumen 지점의 이름을 따서 명명되었습니다. S.A. 크리스티아노비치 SB RAS 이메일: [이메일 보호됨]다공성 층과 사운드 펄스의 상호 작용이 연구됩니다. 이 경우, 다공성층과 장애물 사이에 틈이 있을 뿐만 아니라, 층에 의해 차폐되는 장애물이 있을 수 있다. 선형 근사의 계산 방법이 제안됩니다...”

"라. Zernikel 개발 프로그램 "우리의 새로운 학교" 현대 교육 기관의 선도적인 관리 메커니즘 Barnaul 2013 RF 교육 과학부 연방 주 예산 고등 교육 교육 기관 직업 교육"알타이 주립 교육학 아카데미" 지역 대학 간 연구소 "교육 개발 관리"(AltSPA) "개발 프로그램 "우리의 새로운 학교" 현대의 선도적인 관리 메커니즘..."

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드미트리 크라스노페프세프, 알렉세이 샤킨,
모스크바 1273번 학교 10학년 학생들

새로운 유형의 선박용 추진기

학생 연구 프로젝트

단축되고 편집된 형태로 제공됩니다. – 빨간색.

이제 프로젝트 활동은 학생에게 교육적일 뿐만 아니라 과학 연구 기술을 제공할 뿐만 아니라 가장 중요한 것은 현실에 대한 과학적 지식 방법을 실질적으로 습득할 수 있게 해준다는 것이 일반적으로 받아들여지고 있습니다. 이는 모호한 "새로운"이론과 자연 현상에 대한 의사 평가가 풍부한 현대의 "표현의 자유"를 배경으로 특히 중요합니다. 프로젝트 활동을 통해 자신의 연구 결과가 매우 구체적이고 사회적으로 중요한 실제 문제를 해결하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 확인할 수 있습니다. 다음은 계속되는 두 가지 학생 개발 작업 중 하나입니다. 리서치 프로젝트"새는 왜 나는가"와 "수중 연"은 "공기 및 물 환경에서의 비행"( "물리학"No. 29/2004) 기사에 간략하게 요약되어 있습니다. 이 프로젝트는 Mika-Antikor OJSC의 기술 지원으로 완료되었으며 2005년 4월 "남서부 아이디어 박람회" 대회에서 발표되어 1위를 차지했습니다.

프로젝트 관리자 Galina Pavlovna Ustyugina, 물리학 교사.[이메일 보호됨]
과학 컨설턴트 Yuri Evgenievich Ustyugin, 박사.

우리의 이전 연구는 특정 모양의 추진 장치에 대한 교번력의 왕복 작용이 영향 방향을 가로지르는 견인력의 출현으로 이어질 수 있으며 추진 장치의 매우 경제적인 작동이라는 아이디어를 이끌어 냈습니다. 우리는 물리적 모델링 방법을 사용하여 이러한 가정을 테스트했습니다. 적절한 추진기와 드라이브를 제조하고 추진 ​​시스템을 갖춘 수영 장비 모델을 만들고 작동을 연구했습니다. 우리가 제안하는 새로운 추진 장치는 공중, 수중, 수중에서 차량을 이동시키는 데 널리 사용되는 프로펠러에 비해 경제성 지표가 우수한 것으로 나타났습니다.

1. 경제의 문제

야생동물은 종종 연구자들에게 다양한 “기술적” 미스터리를 제시하여 당황하게 만듭니다. 한 세대 이상의 과학자들을 당황하게 만든 것 중 하나는 얼마나 많은 해양 동물, 물고기, 돌고래가 때로는 공중 비행조차 접근할 수 없는 속도로 조밀한 물 속에서 움직일 수 있는가 하는 것입니다. 예를 들어 Swordfish는 최대 130km/h의 속도에 도달합니다. 참치 - 최대 90km/h. 계산에 따르면 내수성을 극복하고 이러한 속도를 얻으려면 물고기가 약 100마력의 자동차 엔진 출력을 개발해야 합니다. 우크라이나 과학자들은 황새치 모형을 만들어 쾌속정에 걸어 놓고 환경에 대한 저항과 이동에 필요한 힘을 측정했습니다. 물고기의 속도와 크기 측면에서 이 모델은 4000N(408kgf)의 저항을 경험했으며 이동하는 데 100hp가 필요했습니다. (73.6kW)!

스쿠버다이빙 기록 보유자 – 황새치

생명체는 산화 과정을 통해 에너지를 얻습니다. 그러나 물고기는 냉혈 생물이며 온도는 물의 온도보다 훨씬 높지 않으며 산소는 매우 적은 양으로 용해됩니다. 그런 힘은 그들에게 있어서는 불가능합니다! 우리는 한 가지만 가정할 수 있습니다. 물고기는 어떻게든 방수를 크게 줄이는 방법을 알고 있습니다. 이 현상을 설명하는 가설은 이론 및 응용 역학 연구소 SB RAS의 교수가 제시했습니다. V.I.메르쿨로프(노보시비르스크시) .

전통적인 선박용 추진기

선박 추진에는 워터젯, 외륜, 프로펠러, 날개 등 4가지 주요 유형이 있습니다.

워터젯 추진. 이는 본질적으로 선박의 뱃머리나 바닥에 있는 구멍을 통해 물을 끌어와 선미에 있는 노즐을 통해 배출하는 피스톤 또는 원심 펌프입니다. 생성된 정류장( 견인력)는 운동량의 차이에 의해 결정됩니다( 충동) 프로펠러의 출구와 입구에서 물이 분사됩니다. 워터제트 추진이 최초로 제안되어 특허를 받았습니다. 너무 좋은그리고 헤이스다양한 발명가들이 제안한 다른 이후의 옵션과 마찬가지로 설계 효율성도 낮았습니다. 워터제트 추진은 얕거나 막힌 강에서의 항해와 같은 다른 측면의 장점으로 낮은 효율성을 보상할 때 사용됩니다.

외륜. 이것은 주변에 블레이드가 있는 넓은 휠입니다. 보다 진보된 설계에서는 손실을 최소화하면서 필요한 추진력을 생성하기 위해 블레이드를 휠에 대해 회전시킬 수 있습니다. 바퀴의 회전축은 수위 위에 있으므로 바퀴의 작은 부분만 물에 잠기며 주어진 시간에 단지 몇 개의 블레이드만이 추력을 생성합니다. 일반적으로 외륜의 효율성은 직경에 따라 증가하므로 직경이 6m 이상인 바퀴도 드물지 않습니다. 큰 바퀴의 회전 속도가 느립니다. 일단 그것이 증기 엔진의 성능과 일치했지만 시간이 지남에 따라 기계가 개선되고 저속이 심각한 장애물이되었습니다. 외륜이 프로펠러로 바뀌었습니다.

프로펠러 나사. 나사는 고대 이집트인들이 나일강에서 물을 공급하기 위해 사용했습니다. 중세 중국에서는 수동으로 구동되는 프로펠러를 사용하여 선박을 추진했다는 증거가 있습니다. 유럽에서는 선박 추진 장치로 프로펠러가 처음 제안됐다. R.훅(1680)... ( 다음은 이 작업에서 사용되지 않은 프로펠러 매개변수에 대해 설명합니다. – 에드.)

최신 프로펠러의 크기는 0.2m에서 6m 이상까지 다양합니다. 프로펠러에 의해 생성된 전력은 1킬로와트의 일부일 수도 있고 40MW를 초과할 수도 있습니다. 따라서 회전 속도는 소형 프로펠러의 경우 2000rpm에서 대형 프로펠러의 경우 60rpm까지입니다. 좋은 프로펠러의 효율은 80%에 도달할 수 있지만 실제로 모든 주요 매개변수를 최적화하는 것은 매우 어렵기 때문에 소형 선박의 경우 효율은 일반적으로 약 45%입니다. 최대 효율은 10~30%의 상대 슬립(선박 속도와 추진 속도의 비율)으로 달성되며 프로펠러가 계류 모드와 고속에서 작동할 때 빠르게 0으로 감소합니다.

날개 추진.이것은 4-8개의 패들 블레이드가 디스크 평면에 수직으로 위치하는 주변을 따라 있는 디스크입니다. 디스크는 선박 바닥과 같은 높이로 설치되며 블레이드만 흐름 속으로 내려갑니다. 블레이드가 있는 디스크가 축을 중심으로 회전한다는 사실 외에도 블레이드 자체도 세로 축을 중심으로 회전할 수 있습니다. 결과적으로 물은 필요한 방향으로 가속되고 선박의 움직임이 정지됩니다. 이러한 유형의 추진 방식은 엔진의 회전 방향을 바꾸지 않고도 추진력을 원하는 방향(앞, 뒤, 심지어 옆)으로 생성할 수 있기 때문에 프로펠러와 패들 휠에 비해 장점이 있습니다. 패들 추진력으로 선박을 제어하기 위해 일반적인 방향타가 필요하지 않습니다. 베인 추진기는 일부 특수한 경우에 매우 효과적입니다.

프로펠러는 4개의 블레이드가 있는 Vois-Schneider 프로펠러입니다. 블레이드는 중심점을 기준으로 로터와 함께 회전합니다. 에 대한일정한 속도로 한 방향으로 움직이며 단단한 막대로 연결됩니다. N, 로터와 함께 회전하지 않습니다. 이 점이 t를 기준으로 이동하는 경우. 에 대한, 그러면 블레이드 그립 점이 원 주위로 이동함에 따라 원에 대한 접선에 대한 각 블레이드의 공격 각도가 변경됩니다. 소위를 이동하면 배를 조종하는 것이 매우 쉽습니다. N: 회전축에서 멀어질수록 영형, 프로펠러 추력이 커질수록 (members.surfeu.at/fprossegger/english/vsp-function)

베인 추진 장치의 일반 보기(www.voith-schiffstechnik.com/media/vohs_marine_01.pdf) 및 이 추진 장치를 사용한 선박 순환(www.voithturbo.de/media/vohs_1810e_VWT.pdf)

피쉬테일형 추진장치

자연은 인간에게 가장 훌륭하고 효과적인 추진 메커니즘 중 하나인 물고기의 꼬리를 지속적으로 보여 주며, 이는 시각적으로 관찰할 수 있는 특징적인 진동 운동을 만듭니다. 해당 무버에는 물고기의 꼬리 모양에 가까운 모양이 부여되어 진동 운동을 하게 됩니다. 한 가지 예가 개발이다. G.A.. 그는 다음과 같이 썼습니다. “...많은 사람들이 그레이의 역설을 알고 있습니다. 즉, 10m/s의 속도로 발전하는 돌고래는 사용 가능한 힘보다 10배 더 큰 힘을 가져야 합니다. 이로부터 제 생각에는 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. 1) 현대 선박은 강력한 힘을 가지고 최소한 몇 배 더 빠른 속도로 움직여야 합니다. 2) 지속적인 연료 공급으로 돌고래와 동일한 추진 시스템을 갖춘 선박은 10배 더 넓은 순항 범위를 제공할 것입니다.” 그는 쌍동선 모델에서 지느러미 추진 장치를 개발했습니다( 도면이 제공됩니다. – 에드.) 주요 특징은 효율성을 높이는 쐐기입니다. 그러나 우리 의견으로는 Semenov의 발동기는 다른 유사한 발동기와 마찬가지로 다음과 같습니다. 패들 추진, 자연적인 "물고기 꼬리"와 근본적으로 다르기 때문에 효율성을 달성할 수 없습니다.

2. 전자 기계식 드라이브

알려진 옵션.실험 연구를 위해서는 엔진 에너지를 추진 장치로 전달할 수 있는 전기 기계식 드라이브를 조립하거나 제조해야 합니다. 잘 알려진 드라이브 옵션 중 ( 원본에는 그림이 포함되어 있습니다. – 에드.) 우리는 모델에 맞는 기어 및 벨트 드라이브를 선택했습니다.

우리의 드라이브 옵션. 전기 기계식 드라이브의 일반적인 모습이 사진에 나와 있습니다. 모터로는 AA형 정전압(4 1.5V) 배터리 4개에 무선 조종 장난감의 전기 모터(각속도 75rps)를 사용했습니다. 두 개의 기어박스는 엔진의 각속도를 5~7rps로 줄였습니다. 하나는 동일한 장난감의 기어이고 다른 하나는 우리가 만든 벨트입니다. 고무 링이 벨트로 사용되었습니다. 샤프트의 한쪽 끝에는 풀리가 장착되고 다른 하나에는 크랭크가 장착됩니다.

전체 추진 시스템을 탑재한 선박 모델의 일반적인 모습이 사진에 나와 있습니다. 이 시스템을 사용하면 막대에 장착되어 작동 중에 왕복 운동을 수행하는 추진 장치를 신속하게 교체할 수 있습니다. 로드는 무버에 교번 힘 효과를 가하는 동력 요소입니다.

선박 모델의 일반적인 모습 - 수상 선박

3. 우리의 연구

가설. 프로젝트를 진행하면서 우리는 규칙을 발견했습니다. 유 = /엘= 0.29, 이는 새의 모든 비행 깃털에 해당됩니다(도시 비둘기, 까마귀, 독수리 및 갈매기의 깃털을 연구했습니다). 또한 규칙에 따라 수중 연 포획 지점을 선택하는 것으로 나타났습니다. 유= 0.29는 말 그대로 모델이 물 속에서 튀어나오는 것을 의미합니다. 결과적으로 다음과 같은 가설이 탄생했습니다. 유연한 탄성 판을 가져와 판의 평면에 수직인 방향으로 교대로 움직이면 회전 방향에 수직인 방향으로 견인력이 나타날 것으로 예상해야 합니다. 이 운동. 이러한 진동판은 다음과 같이 사용될 수 있습니다. 선박 추진.

쌀. 4. 비행 깃털 부분, 에 대한

이삿짐.사진은 이삿짐을 보여줍니다. 다양한 모양, 위에서 설명한 무선 조종 수상 선박 모델에 설치되어 실험실 조건에서 테스트되었습니다. 먼저, 0.4mm 두께의 폴리머 필름으로 만들어진 직사각형 모양의 무버를 테스트했습니다( V) 및 0.15mm( 디). 프로펠러 포획 지점의 위치(둥근 구멍 - 사진의 흰색 점)는 규칙에 따라 결정되었습니다. 유= 0.29. 직사각형 판은 복잡한 방식으로 변형된 것으로 나타났습니다(그림 A). 파지 지점이 위쪽으로 움직일 때 두 개의 위쪽 별표로 표시된 판의 전면 모서리가 판의 뒷면과 마찬가지로 아래로 구부러집니다. , 중간 지점(오른쪽 별표)이 가장 많이 편향됩니다.

쌀. A. 자유 상태(위) 및 외부 힘의 작용을 받는 직사각형 프로펠러의 모양 에프 (하단). 최대 변위 영역은 별표로 표시됩니다.

쌀. B. 추진장치의 내부윤곽 결정에 대하여

점선 윤곽(외부(빨간색) 및 내부(파란색))은 새 깃털의 줄기 역할을 하는 추진 장치의 일부를 제한합니다. 따라서 먼저 무버의 윤곽을 잡기 위해 외부(빨간색) 윤곽을 따라 0.4mm 두께의 플라스틱 판을 절단했습니다. 그런 다음 내부 윤곽이 만들어졌습니다(그림 B). 예를 들어 각 지점에서 씨,외부 윤곽선은 후면 가장자리 선과의 교차점에 수직으로 복원되었습니다(점 디) 세그먼트를 나누었습니다. CD규칙에 따라 두 부분으로 유= 0.29. 그 후, 그립 포인트를 가능한 한 내부 윤곽에 가깝게 뚫었습니다. 얇은(0.015mm) 폴리머 필름이 형성된 "트렁크"에 접착되었습니다(옵션). ㅏ, 비, G, 그리고사진에). 이사하는 사람들은 이런 걸 좋아해요 ㅏ, 비사진에. 추진 유형 G, 그리고절단 및 하중 지지 요소(“스티프너”)의 영향을 명확히 하는 데 사용되었습니다. 발동력 이자형- 물고기 꼬리의 가장 간단한 모방.

실험.측정과 관찰은 수족관과 욕조에서 수행되었습니다. 처음에는 꼬인 고무줄을 모터로 사용했습니다. 그러나 이 경우에는 풀리는 고무 코드의 위치 에너지의 가변성으로 인해 모델의 움직임을 관찰하는 것만 가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 따라서 앞으로 우리는 DC 전기 모터를 기반으로 한 모델을 조립했습니다. 힘 측정을 위해 풀 스케일 5N, 나누기 값 0.1N의 일반 학교 동력계를 사용했습니다. 시간 간격은 타이머로 측정했습니다(휴대폰의 경우 나누기 값이 0.001s이므로 대화가 발생했습니다). 측정 오류에 대해). 모델의 속도를 결정하기 위해 우리는 20cm(수족관 벽에 표시된 표시 사이)의 일정한 속도로 모델이 이동한 거리를 측정했습니다. 시간과 견인력은 세 명의 다른 작업자가 매번 세 번씩 측정했습니다. 추가 계산에서는 이 9개 측정에 대한 평균 결과가 사용되었습니다.

측정량

계산된 값

표에는 제안된 추진 장치와 (비교를 위해) 직경 0.05m의 프로펠러에 대한 측정 및 계산 결과가 나와 있습니다.

논평. 항공기 프로펠러의 효율은 0.25에서 최대값(80%)에 도달하는 것으로 알려져 있습니다. 0에 가까울 때 항공기는 정지 상태에 접근하고 프로펠러는 모드에 있습니다. 유휴 이동, 즉. = 0. 고속에서 항공기는 다가오는 흐름이 프로펠러를 회전시키기* 시작하는 속도로 움직입니다. 프로펠러의 유휴 모드와 유사한 모드가 시작됩니다. 이 경우에도 = 0입니다. 즉 프로펠러 피치가 1에 가까운 장치의 비행은 일반적으로 제외됩니다.

항공기의 프로펠러 속도에 대한 효율성의 의존성

표는 우리 추진 장치의 효율(76%)이 프로펠러의 효율(45%)보다 높다는 것을 보여줍니다. 상대적 진행률의 차이도 중요합니다. 즉, 1.1 대 0.855입니다. 약 30% 더 많습니다. 프로펠러가 있는 모델은 7.5배 더 빠르게 움직이지만 동시에 에너지 손실도 훨씬 더 큽니다. 7.34/0.0264 = 282배! 따라서 프로펠러의 특징인 환경의 "고장"은 상당한 경제적 손실을 초래합니다.

우리가 얻은 결과를 통해 조정 수단 앞에서 견인력을 자극하기 위해 제안된 비지지 와류 수단을 사용할 때 상당한 경제적 이익을 기대할 수 있습니다. 역위상으로 작동하는 한 쌍의 추진기를 사용하면 선박 선체의 진동을 제거하고 이전에 이 진동에 소비된 에너지의 일부를 선박 전진 운동의 운동 에너지로 변환할 수 있습니다.

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* 헬리콥터의 엔진이 고장나면 추락하게 됩니다. 이 경우 프로펠러는 공기의 역류에 의해 회전합니다. 비행기도 마찬가지입니다. 비행기가 매우 빠르게 날아간다면 더 이상 회전하는 프로펠러가 비행기를 미는 것이 아니지만 반대로 비행기가 움직일 때 프로펠러를 회전시켜 항공기의 제동을 초래하게 됩니다. 비행기와 심지어 프로펠러의 부정적인 효율까지. – G.U.

결론

1. 유체 매체에서 견인력을 생성하는 새로운 방법과 장치(수영 장치용 추진 장치)가 제안되었으며, 이 장치는 프로젝트에서 얻은 결과를 기반으로 개발되었습니다.

2. 표면을 가로지르는 방향으로 추진 장치에 작용하는 교번 힘의 존재가 그러한 추진 장치를 갖춘 선박에서 견인력을 생성하는 방법을 실험적으로 보여줍니다.

3. 다양한 구성의 추진기를 갖춘 수영 선박의 무선 조종 모델의 실험 설계 개발이 완료되었지만 일반 원칙규칙을 만족하는 행동
유= 0.29, 새의 비행 깃털에 대해 발견되었습니다.

4. 실험 설계 개발 - 새로운 유형의 추진력을 갖춘 무선 조종 모델 - 실험실 조건에서 테스트되었습니다.

5. 새로운 추진 장치의 효율은 상대 추진률 1에서 76%인 것으로 나타났습니다. 여기서 = 유/, 유- 고속선의 전진 속도 - 교번 힘의 영향을 받는 추진 장치의 평균 이동 속도 (이 값을 사용하면 나사는 더 이상 추진 장치로 작동하지 않고 풍차처럼 풍차 프로펠러가 됩니다.)

문학

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드미트리 크라스노페프체프

Galina Pavlovna Ustyugina는 1971년 타슈켄트 주립대학교 물리학과를 졸업하고 방사선 물리학을 전공했으며 최고 자격 범주의 물리학 교사이자 33년의 교육 경험, 러시아 연방 일반 교육 명예 직원입니다. 교육 시스템 개선 방법을 찾기 위해 그녀는 소련 인민 교사 창의 실험실 작업에 적극적으로 참여했습니다. B.I.베르시니나 1993년 톰스크에서. 추가 조사를 통해 발달 교육 시스템이 탄생했습니다. D.B.–V.V.. 이 시스템의 기본 원리는 이제 교사 수업의 기초가 되었습니다. 갈리나 파블로브나 물리학 교육 방법 개발에 참여했습니다. Gorno-Altai 공화당 고등 연구 연구소 지도부의 초청으로 저는 "물리학 교육의 교육 과정 모델링"이라는 주제로 강의를 진행했습니다. 공화당 세미나 "물리 교육 과정의 혁신"에서 그녀는 저자의 물리학 발전 교육 방법론 개발을 발표했습니다. 1998년에 그녀는 공화당 대회 "올해의 교사" 상을 수상했습니다. 2002~2004년 2003년에는 모스크바 교육자 대표단의 일원으로 모스크바 남서부 행정구역에서 물리학 교사들을 위한 지역 세미나를 진행했습니다. 최고의 수업키예프의 "마스터 클래스" 프로그램에 따른 물리학. MDO, MIOO 및 First of September Publishing House가 조직한 교육 주제의 두 번째(2003), 세 번째(2004) 및 네 번째(2005) 모스크바 마라톤 작업에 참여했습니다. 현재 그는 학교에서 디자인 및 연구 작업의 리더이자 조직자입니다. 그녀의 학생들 세르게이 파뉴쉬킨그리고 블라디미르 아팔노프"2003년 남서부 아이디어 박람회" 대회에서 "디자인 및 연구 작업" 부문 수상자가 되었으며, 제7회 젊은 연구자 과학 컨퍼런스 "Step into the future"에서 수상했습니다. 모스크바"(2004)는 모스크바 주립 기술 대학에서 열렸습니다. N.E. Bauman은 "토네이도 과정 모델링"이라는 작품에 대해 이야기합니다. 9학년 학생들의 프로젝트 작품 “새는 왜 나는가”( 이반 루치킨그리고 안드레이벨리크) 및 "수중 연"( 그리고 알렉세이 샤프킨)는 "2004년 남서부 아이디어 박람회" 대회에서 1급 학위를 받았습니다. Galina Pavlovna의 학생들은 정기적으로 물리학 올림피아드에서 상을 받습니다. 그는 신문 "Physics", 잡지 "Kvant"에 출판물을 게재하고 발명 특허를 보유하고 있습니다. Galina Pavlovna의 필수 조수는 남편입니다. 유리 예브게니예비치 우스튜긴, 그녀는 타슈켄트 주립 대학에서 함께 공부했습니다. Yuri Evgenievich – 박사, 고에너지에서의 다중 입자 형성 물리학, 핵 지구물리학, 오일 함유 장비 및 구조물의 부식 방지 코팅에 관한 다수의 출판물 저자(잡지 "Nuclear Physics", "Reports of the 소련 과학 아카데미", "과학 아카데미의 Izvestia" UzSSR", "파이프라인 석유 운송", 지질학 및 핵 지구 물리학에 관한 기사 모음)에는 발명품에 대한 저작권 인증서와 특허가 있습니다. 1996년에 그는 부식 방지 안료 "반경석" 생산을 위한 원천 기술을 개발하고 산업 생산을 마스터하여 Tsentrsibnefteprovod OJSC 기업에서 구현했습니다. 1998~2000년 총책임자 직위에서 그는 국가 단일 기업인 "Aktash Mining and Metallurgical Enterprise"를 복원했으며, 2000년에 모스크바에 있는 Sodrugestvo의 초청을 받아 OJSC "Ugli Kuzbass"에서 재무 및 경제 담당 부국장으로 일했습니다. 2001년에 그는 Orsko -Khalilovsky 공장 "NOSTA"의 총책임자로 옮겨졌습니다. 최근 몇 년간 그는 유체 및 공기 역학 문제와 미래 물리학자를 양성하는 일로 바쁘게 지내고 있습니다. 교사 가족은 두 딸을 키웠고 이제는 두 손녀와 손자를 키우며 자유 시간을 모두 그들에게 바치고 있는데 불행히도 모든 사람에게 부족합니다. 취미: 산악 관광.

추진 장치는 유용한 추력 T E를 생성하도록 설계된 에너지 변환기입니다. 후자는 저항 R의 균형을 맞추고 선박에 안정된 움직임을 제공합니다. 이 경우 일반적인 경우에는 조건을 만족해야 한다.

여기서 Z는 무버의 수입니다. T Ei는 i번째 무버의 유용한 추력입니다.

모든 무버가 동일하면 (16.1)은 ZТ E =R 형식으로 변환됩니다. 단일 나사 용기의 경우 이 조건은 T E = R로 표시됩니다.

특수 유형 선박(예인선, 트롤 어선)의 자체 저항에 예인되는 선박 또는 장치의 저항을 추가해야 합니다.

작동 원리에 따라 선박 추진기는 일반적으로 활성형과 하이드로젯의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 전자는 유용한 추력을 생성하기 위해 움직이는 기단의 에너지를 사용하고, 후자는 기계 설비의 에너지를 선박의 전진 운동 에너지로 변환합니다. 유용한 추력을 생성하기 위해 이 추진기는 버려진 액체 덩어리의 반응을 사용합니다. 다른 에너지 변환기와 마찬가지로 하이드로제트 추진 장치의 작동에는 비생산적인 손실이 수반되며, 이로 인해 성능 계수(효율성)가 항상 1보다 작습니다.

활동적인 무버. 이 유형의 모든 추진기의 특징은 선박 소스에서 에너지를 전혀 소비하지 않거나 선박 이동을 위해 생성하는 것보다 훨씬 적은 에너지를 소비한다는 것입니다. 여기서는 물리학의 기본 법칙을 위반하지 않습니다. 누락된 에너지는 바람에서 가져옵니다. 가장 오래된 능동 추진 장치는 돛으로, 문명의 형성과 발전에 큰 역할을 했습니다. 지난 세기 말에 돛은 기계 장치로 구동되는 수력 추진기로 교체되었습니다. 이로 인해 작업이 더 이상 기상 조건에 의존하지 않는 함대의 기능이 크게 확장되었습니다.

최근에는 적극적으로 움직이는 사람들에 대한 관심이 부활했습니다. 변증법적 나선이 새로운 단계에 들어섰습니다. 여기에는 두 가지 주요 이유가 있습니다. 에너지 절약 기술과 보안 문제에 점점 더 많은 관심이 집중되고 있다는 것입니다. 환경: 환경 친화성 측면에서 액티브 추진기는 타의 추종을 불허합니다. 오늘날 세계에는 이미 보조 추진 장치로 가장 자주 사용되는 돛을 갖춘 수십 척의 해상 운송 선박이 있습니다. 이들 선박 중에는 재화 중량이 30,000톤이 넘는 현대식 일본산 광석 운반선도 있습니다. 다양한 방식돛(소프트, 하드, 체적 등), 회전 및 터빈 능동 추진기의 성능이 연구되고 있습니다. 첫 번째는 공기 흐름에 리프팅 힘(마그누스 효과)을 생성하는 강제 회전 수직 실린더로, 이동 방향으로의 투영이 유용한 추력을 생성합니다.

회전 추진 장치는 작동하는 데 에너지가 필요한 몇 안 되는 활성 선박 추진기 중 하나이지만, 이 추진 장치가 선박을 움직이게 하는 것보다 훨씬 적은 양입니다. 풍력 터빈은 공기 흐름의 영향을 받아 회전하며 선박 추진 시스템(예: 프로펠러)의 에너지원 역할을 할 수 있습니다.

하이드로젯 추진기. 조정 노는 인간의 근육 에너지를 사용하여 유용한 견인력을 생성하는 가장 오래된 것입니다. 오늘날 그것은 작은 유람선과 스포츠 선박에만 사용됩니다. 대중적인 믿음과는 달리 외륜 역시 매우 인상적인 역사를 가지고 있습니다. 이 추진 장치를 갖춘 선박은 고대 이집트와 고대 그리스에 알려져 있었습니다. 그들은 사람이나 동물을 에너지원으로 사용했는데, 대개는 원을 그리며 걷는 황소였습니다. 노와의 경쟁을 견디지 못한 외륜은 고대에 사라졌다가 18세기에 다시 부활했습니다. 증기선의 추진 장치로 사용됩니다. 오늘날 패들 휠은 주로 얕은 내륙 수역에서 작동하는 예인선에서 매우 제한적으로 사용됩니다. 패들 휠의 주요 단점은 부피가 크고 비중이 높으며(15-30kg/kW), 피칭 시 선박의 요(yaw) 현상입니다.

프로펠러(그림 16.1)는 모든 유형의 현대식 선박에 가장 널리 사용되는 추진 장치로, 프로펠러에 내재된 여러 가지 장점으로 설명됩니다.

  • 1) z 0 = 0.70.75에 도달하는 고효율;
  • 2) 설계의 단순성과 낮은 비중(0.5 - 2 kg/kW);
  • 3) 선박의 움직임에 대한 반응이 좋지 않습니다.
  • 4) 직접(즉, 기어박스 없이) 동력 전달 기능을 갖춘 내연 기관을 드라이브로 사용할 가능성;
  • 5) 추진장치 설치시 몸체의 형상을 변경할 필요가 없다.

그림 16.1 프로펠러

일반적으로 프로펠러는 선박의 선미 끝에 위치합니다. 즉, 추진 카테고리에 속합니다. 그러나 특정 유형의 선박(개별 쇄빙선, SDP)에서는 트랙터 프로펠러를 사용할 수도 있습니다.

대부분의 해상 운송 선박에는 프로펠러가 1개 있지만 일부 크고 상대적으로 빠른 선박 및 선박의 ​​경우 프로펠러 수가 최대 4개에 달할 수 있습니다. 역사는 Turbinia 선박에 9개의 프로펠러(3개의 프로펠러 샤프트 각각에 3개)가 설치된 예를 알고 있습니다.

블레이드가 고정된 고정 피치 프로펠러(FPP)와 함께 최근에는 블레이드가 회전하는 제어 가능한 피치 프로펠러(CPP)가 널리 사용됩니다. FPV는 때때로 탈착식 블레이드로 제작됩니다(쇄빙선, 활동적인 얼음 항해 선박의 경우).

날개 달린 추진 장치는 하이드로젯 추진기 중에서 특별한 위치를 차지하며 동시에 제어 요소 역할도 할 수 있습니다. 이 추진 장치는 바닥과 같은 높이로 설치된 드럼입니다(그림 16.2). 드럼의 원주에는 날개 모양의 몸체가 있으며 그 수는 4에서 8까지 다양합니다. 드럼은 수직 축을 중심으로 회전하고 블레이드는 드럼을 기준으로 진동 운동을 수행합니다. 따라서 블레이드는 용기와 함께 병진 운동, 드럼과 함께 회전 운동, 이에 대해 진동하는 세 가지 운동에 동시에 참여합니다.

그림 16.2 날개 추진력

블레이드 제어 법칙에 따라 날개 달린 추진 장치는 디스크 평면의 모든 방향으로 추력을 생성할 수 있습니다. 통치기구 역할을 한다. 날개 달린 추진기 2개를 장착한 이 선박은 지연을 가지고 이동할 수 있으며 그 자리에서 방향을 바꿀 수 있습니다. 또한 이 추진 장치를 사용하면 기계적 설치를 뒤집지 않고도 선박을 뒤집을 수 있습니다. 향상된 기동성은 날개 추진 장치를 갖춘 선박의 주요 장점입니다. 동시에 모든 주행 모드에서 이 추진 장치를 엔진과 일치시킬 수 있습니다. 그러나 날개 추진 장치는 다음과 같은 여러 가지 중요한 단점이 있기 때문에 널리 사용되지 않습니다.

  • 1) 설계의 복잡성과 큰(5 - 20kg/kW) 비질량;
  • 2) 하나의 추진 장치에 전달되는 동력의 제한;
  • 3) 상대적으로 낮은 효율성;
  • 4) 캐비테이션 위험으로 인한 속도 제한.

워터제트 추진 장치에는 물 흐름 채널과 수용 구멍을 통해 물을 흡입하고 가속하여 노즐을 통해 배출하는 펌프가 있습니다. 워터제트 추진 장치의 작동 부분은 가장 흔히 축 펌프(파이프의 나사)입니다. 특수한 가역 조향 장치는 노즐에서 흐르는 제트의 방향을 변경하여 선박에 필요한 기동성을 제공합니다. 워터제트 추진 시스템은 수중, 반수중 또는 대기 제트 방출을 가질 수 있습니다. 처음 두 가지 유형은 얕거나 막힌(목재 부유) 수역에서 작동하는 변위 선박에 사용됩니다. 일반적으로 이러한 선박은 워터제트 추진 효율이 프로펠러 효율보다 현저히 낮은 적당한 속도를 특징으로 합니다.

대기 방출 기능을 갖춘 워터제트(그림 16.3)는 최근 고속 SDP(기획선, SPK, SVP)에 사용되었습니다. 사실 속도가 증가함에 따라 워터제트 추진 시스템의 효율성이 증가합니다.

모든 하이드로젯 추진기는 이 특성을 가지고 있지만 캐비테이션이 없는 한 특정 한도까지 가능합니다. 워터제트 추진 장치는 캐비테이션을 속도 v S = 100노트 이상으로 줄일 수 있는 유일한 장치입니다. 이는 캐비테이션이 없도록 부하가 분산되는 여러 단계(펌프)를 차례로 설치함으로써 달성됩니다. 따라서 중간 속도에서 프로펠러에 비해 효율성이 떨어지는 워터제트 추진 시스템은 vs = 55 - 60노트로 증가하여 다른 모든 추진 시스템보다 효율성이 뛰어납니다.

그림 16.3 고속선의 제트추진

위에 나열된 하이드로젯 추진기는 블레이드 유형의 범주에 속합니다. 모두 날개 모양의 몸체(블레이드)를 작동 요소로 가지고 있습니다.

이와 관련하여 가스-물-제트 추진 장치는 예외입니다. 작동 유체는 가스(압축 공기 또는 높은 매개변수의 증기)입니다. 프로파일링된 물 흐름 채널로 들어가면 가스가 팽창하고 물을 노즐 밖으로 더 빠른 속도로 배출하여 유용한 통풍을 생성합니다. 가스 제트 추진 시스템의 부인할 수 없는 장점은 다음과 같습니다.

  • 1) 에너지 공급의 단순성(모터, 기어박스, 샤프트 라인 제외)
  • 2) 회전 부품이 없어 캐비테이션이 발생할 위험이 있습니다.
  • 3) 무게와 크기 특성이 매우 낮습니다.

그러나 효율성이 낮기 때문에 가스 제트 추진 시스템은 아직 적용되지 않았습니다. 효율성은 30-40%를 초과하지 않으며 속도가 증가함에 따라 떨어지는 경향이 있습니다. 때로는 나열된 장점으로 인해 가스 제트 추진 장치를 기존 워터 제트의 두 번째 단계로 사용하는 것이 정당화됩니다.

위에는 주요 추진 유형만 나열되어 있습니다. 그러나 많은 수의불완전성, 복잡성, 미흡한 개발로 인해 널리 사용되지 않는 디자인. 그 중에는 애벌레와 오거 추진기, "펄럭이는 날개", "물고기 꼬리"뿐만 아니라 대기 상층부로 발사되는 연과 풍선과 같은 "이국적인" 추진 시스템 프로젝트도 있습니다.

추진 이론의 간략한 정보. 이상적인 발동기 이론. 모든 하이드로젯 추진기는 동일한 원리로 작동하므로 작동을 특징짓는 가장 일반적인 패턴을 살펴보겠습니다. 이 목표는 다음과 같은 가정이 이루어지는 이상적인 이동자 이론에 의해 제공됩니다.

  • 1) 이상적인 액체, 무제한, 비압축성;
  • 2) 추진 장치 - 얇은 투과성 디스크;
  • 3) 속도는 제트의 단면과 프로펠러 디스크에 균일하게 분포됩니다.
  • 4) 프로펠러에 외부 에너지를 공급하여 디스크에 압력 서지를 제공함으로써 추력이 생성됩니다. 이 충격의 영향으로 제트기의 속도는 지속적으로 변합니다.

전력 손실은 프로펠러를 둘러싸고 있는 전류 튜브에 흐르는 유체의 운동 에너지 증가, 즉 소위 유도 축 속도의 생성으로 인해 발생합니다. 첫 번째 가정으로 인해 점성 손실이 없으며 두 번째 가정으로 인해 실제 추진 장치의 설계 특징과 이와 관련된 에너지 손실이 고려되지 않습니다.

무버 앞의 무한대에서(그림 16.4, 섹션 I--I) 제트의 속도와 압력은 주변 액체의 속도와 압력과 동일합니다.

그림 16.4 이상적인 추진 장치의 다이어그램

프로펠러 뒤의 무한대(섹션 IV-IV)에서 속도는 최대값에 도달했고 압력은 주변 유체의 압력과 동일해졌습니다. 제트 경계에는 속도 불연속이 있습니다.

이상적인 추진력이 만들어내는 스톱

여기서 p 1, p 2는 프로펠러 앞과 뒤의 제트 압력입니다. 무버의 유압 단면적; S는 직경입니다.

우리는 섹션 I-I에서 섹션 II-II(추진 장치 바로 앞에 위치함)와 섹션 III-III(추진 장치 바로 뒤에 있음)에 대한 베르누이 방정식을 작성하여 압력 강하 Ap를 결정합니다. 디스크, 섹션 IV-- IV가 무한대 뒤에 있음(그림 16.4 참조)

여기서 xA와 xs는 각각 프로펠러 앞 무한대 제트의 속도와 프로펠러 디스크 디스크 내 제트의 속도이고, 프로펠러 뒤 무한대에서 유도된 축 속도입니다.

(16.3)과 (16.4)를 비교하면 추진 디스크의 압력 점프를 알 수 있습니다.

그리고 그의 강조

운동량의 법칙에 따라 동일한 정지점은 다음 형식으로 표현될 수 있습니다.

여기서 m은 단위 시간당 프로펠러 디스크를 통해 흐르는 유체의 질량입니다. (16.6)과 (16.7)을 동일하게 하면,

추진 디스크에 유도된 축 속도.

이상적인 유체에서의 모든 하이드로제트 추진에 유효한 결론(16.9)은 미래에 널리 사용될 것입니다.

이상적인 추진 장치의 순 출력

소비된 값에는 제트 내 액체의 운동 에너지 증가도 포함됩니다.

그러면 효율성이

이상적인 추진의 효율성은 유도 속도가 증가함에 따라 감소합니다.

분석(16.12)의 가능성은 제한되어 있으므로 정지 시 스러스터 부하 계수를 고려하여 소개하겠습니다.

(4.6)과 (4.13)에서 결정된 정지점을 동일시하면 다음을 얻습니다.

고려하여 2차 방정식(4.14)을 풀면 무차원 축 유도 속도를 찾을 수 있습니다.

(4.15)를 (4.12)에 대입하여 이상적인 추진력의 효율성을 결정합니다.

따라서 이상적인 추진 시스템의 효율은 부하율이 감소함에 따라 증가합니다. 후자는 추력을 줄이고 이동 속도를 높이며 액체 밀도 및 추진 장치의 수력 단면적을 증가시킴으로써 가능합니다. (16.13)]. 실제적인 관점에서 가장 중요한 경우, T와 vA의 값이 주어지면 프로펠러의 효율은 고유하게 직경에 따라 결정되고 성장에 따라 증가합니다. 매체 밀도의 차이로 인해 물에서 작동하는 추진 장치의 효율은 공기 중에서보다 큽니다.

(16.15)과 (16.9)를 사용하면 제트의 최대 좁아짐을 찾을 수 있습니다.

(C Td -->에서 ()가 될 것입니다.

실제 추진 장치의 작동에는 점성력을 극복하고 흐름을 소용돌이치는 등의 추가 에너지 손실이 수반됩니다. 따라서 실제 추진 장치의 효율성은 항상 이상적인 추진 장치의 효율성보다 낮습니다.

어디로 오?< 1 коэффициент качества.

그림 16.5는 부하율의 함수로서 이상적인 추진 시스템과 실제 추진 시스템의 효율성을 보여줍니다. 음영처리된 영역은 추가적인 에너지 손실을 나타냅니다. 두 영역을 구분할 수 있습니다. 첫 번째(0< С та < С ТA0) характер изменения КПД движителей качественно различен, во второй (С та >C tao) 동일합니다. C ta = C tao = 0.30.35에서 실제 무버의 효율은 최대값을 갖습니다. C ta 0에서 s 0의 급격한 감소는 이상적인 프로펠러 이론에서 고려되지 않은 점성 손실로 설명됩니다. 사실은 주어진 T와 v A에 대해 조건 C TA 0은 실질적으로 D를 의미하므로 마찰력이 무제한으로 증가합니다. 선박 추진기는 일반적으로 CTA0 0.35보다 훨씬 큰 부하 계수로 작동하므로 CTA에 대한 효율성 의존성의 특성에 관한 이상적인 추진 이론의 결론이 확장될 수 있습니다.

그림 16.5 이상적인 추진기와 실제 추진기의 효율

식(16.18)을 사용하면 다양한 유형의 추진기의 효율성을 비교할 수 있습니다. 프로펠러의 경우 0max = 0.80이고 C TA C TA0에서 발생합니다.

예제 16.1. 선박 "엔지니어" 프로펠러의 품질 계수를 찾아보겠습니다. 추가로 알려진 것(§ 4.12 참조) D = 6.42m; T = 1410kN; v A = 8.5m/s; z 0 = 0.630.

(16.13)을 사용하여 부하율을 결정합니다.

(16.16)에 따라 이상적인 추진력의 효율을 계산합니다.

그런 다음 품질 요소(16.18)

예제 16.2. 공중에서 작동하는 이상적인 추진 장치의 효율성을 결정해 보겠습니다. 초기 데이터는 예제 16.1과 동일합니다.

pA = 1.23 * 103 t/m3을 취하면 다음과 같습니다.

예제 16.3. 물 속에서 작동하는 추진 장치와 효율성이 동등한 이상적인 공기 추진 장치의 직경을 계산해 보겠습니다.

우리는 (예 16.1 참조) C TA = 1.05이고, 그러면

예제 16.2와 16.3은 선박과 선박에 프로펠러가 설치되지 않는 이유를 명확하게 설명합니다. 허용 가능한 크기의 경우 프로펠러의 효율은 프로펠러의 효율보다 훨씬 낮으며, 동등한 효율을 보장하려면 프로펠러의 직경이 다음과 같아야 합니다. 용기의 길이와 동일한 크기로 이는 허용되지 않습니다.

예외적으로 SVPA와 SEP는 수륙 양용 특성으로 인해 유압식 추진기 설치가 불가능합니다. 그러나 이들 선박의 프로펠러 효율은 상당히 높습니다. 그 이유는 프로펠러의 크기가 상대적으로 크고 속도가 상당히 빠르기 때문입니다.

참고로 최고의 항공기 프로펠러의 효율은 0 = 0.80.84로 프로펠러보다 높습니다. 이 경우 캐비테이션을 제거하기 위한 조치를 취할 필요가 없습니다.

날개 이론의 기초. 대부분의 선박 추진기의 작동 요소는 하중을 지탱하는 날개의 원리에 따라 작동하는 블레이드입니다. 날개가 유체 속에서 움직일 때 양력 Y와 프로파일 항력 X가 발생합니다. 이러한 힘 중 첫 번째는 속도에 수직이고 두 번째는 날개를 따라 이동합니다. 무한한 유체에서 프로파일 저항은 순전히 점성입니다.

날개의 유체역학적 특성(HDC)은 무차원 양력 계수 Cy 및 항력 계수 Cx의 형태로 표시됩니다.

여기서 S는 평면상의 날개 면적입니다. v - 이동 속도.

날개의 주요 기하학적 특성(그림 16.6): 현 b, 최대 프로파일 두께 e, 편향 화살표 e c. 후자의 양은 무차원 형태(b = e/b 및 dc = e c /b)로 더 자주 사용되며 각각 상대 두께 및 상대 곡률(편향 화살표)이라고 합니다.

그림 16.6 날개 프로필

그림 16.7 날개의 유체역학적 특성.

날개는 항공기 또는 세그먼트 섹션 프로파일을 가질 수 있으며, 첫 번째 경우 최대 두께는 들어오는 가장자리로부터 1b/3 거리에 ​​위치하며 두 번째 경우 1=0.5b입니다. 프로필용 주어진 형태 GDH는 받음각 a에만 의존합니다(그림 16.7). 일반적인 경우, dc > 0이고, 따라서 제로 양력 각도 b 0 > 0입니다. 양력 계수는 임계 받음각 b = b cr까지 증가하며, 여기서 흐름 분리가 발생하고 Cy가 급격히 떨어집니다. 항력 계수 C X 의 증가는 날개의 품질 K = C y / C x 에 의해 결정되며 이는 작은 양의 받음각에서 최대값을 갖습니다.

추진 이론에서는 이상적인 유체 e = 0에서 프로파일의 역 품질이 종종 사용됩니다.

기사의 내용

선박 발전소 및 추진 장치,선박, 보트 및 기타 선박의 이동을 보장하는 장치. 추진기에는 프로펠러와 외륜이 포함됩니다. 일반적으로 증기 기관 및 터빈, 가스 터빈 및 내연 기관(주로 디젤)이 선박 발전소로 사용됩니다. 쇄빙선, 잠수함 등 크고 강력한 특수 선박에는 원자력 발전소를 사용하는 경우가 많습니다.

분명히 레오나르도 다 빈치(1452~1519)는 증기 에너지를 사용하여 선박을 추진할 것을 최초로 제안한 사람이었습니다. 1705년에 T. Newcomen(영국)은 상당히 효율적인 최초의 증기 기관에 대한 특허를 얻었지만 피스톤의 왕복 운동을 사용하여 외륜을 회전시키려는 그의 시도는 성공하지 못했습니다.

선박 설치 유형

증기는 선박 추진을 위한 전통적인 에너지원입니다. 증기는 수관 보일러에서 연료를 연소하여 생성됩니다. 이중 드럼 수관 보일러가 가장 자주 사용됩니다. 이러한 보일러에는 수냉식 벽, 과열기, 절약 장치, 때로는 공기 예열기를 갖춘 화실이 있습니다. 효율성은 88%에 이릅니다.

디젤은 1903년에 처음으로 선박용 엔진으로 등장했습니다. 선박용 디젤 엔진의 연료 소비량은 0.25~0.3kg/kWh이며, 증기 엔진은 엔진 설계, 드라이브 및 기타 설계 기능에 따라 0.3~0.5kg/kWh를 소비합니다. 특히 전기 구동 장치와 결합된 디젤은 높은 기동성을 제공하므로 페리 및 예인선에 사용하기에 매우 편리합니다.

피스톤 증기 엔진.

한때 다양한 용도로 사용되었던 피스톤 엔진의 시대는 끝났습니다. 효율성 측면에서 증기 터빈과 디젤 엔진보다 훨씬 열등합니다. 여전히 증기 엔진을 사용하는 선박에서는 복합 기계가 사용됩니다. 증기는 3개 또는 4개의 실린더에서 순차적으로 팽창합니다. 모든 실린더의 피스톤은 동일한 샤프트에서 작동합니다.

증기 터빈.

해양 증기 터빈은 일반적으로 고압과 저압의 두 가지 캐스케이드로 구성되며, 각 캐스케이드는 감속 기어박스를 통해 프로펠러 샤프트를 회전시킵니다. ~에 해군 함정효율성을 높이기 위해 순항 모드를 위해 소형 터빈을 추가로 설치하는 경우가 많습니다. 최대 속도강력한 터빈이 켜집니다. 종속 고압 5000rpm의 속도로 회전합니다.

현대식 증기선에서는 응축기의 공급수가 여러 가열 단계를 거쳐 히터에 공급됩니다. 가열은 터빈 작동유체의 열과 이코노마이저 주위를 흐르는 배기가스에 의해 발생됩니다.

거의 모든 보조 장비는 전기로 구동됩니다. 증기 터빈으로 구동되는 발전기는 일반적으로 교류 250V도 사용됩니다.

동력이 기어박스를 통해 터빈에서 프로펠러로 전달되면 역회전(프로펠러의 역회전)을 보장하기 위해 추가 소형 ​​터빈이 사용됩니다. 역회전 시 샤프트의 동력은 주 동력의 20~40%입니다.

터빈에서 프로펠러까지의 전기 구동은 1930년대에 매우 인기가 있었습니다. 이 경우 터빈은 고속 발전기를 회전시키고, 생성된 전기는 프로펠러 샤프트를 회전시키는 저속 전동기로 전달됩니다. 기어변속기(기어박스) 효율은 약 97.5%, 전기구동 효율은 약 90%이다. 전기 구동의 경우 극성을 전환하는 것만으로 역회전이 가능합니다.

가스 터빈.

가스 터빈은 항공보다 훨씬 늦게 선박에 등장했습니다. 조선의 중량 증가가 그다지 중요하지 않고 이러한 이득이 최초의 가스 터빈 설치 및 작동의 높은 비용과 복잡성보다 중요하지 않았기 때문입니다.

가스 터빈은 선박의 주 엔진으로 사용될 뿐만 아니라; 이 제품은 경량, 소형 및 빠른 시동이 유리한 소방 펌프 및 보조 발전기용 드라이브로 사용되는 것으로 나타났습니다. 안에 해군가스 터빈은 착륙선, 지뢰 찾기, 수중익선과 같은 소형 고속 선박에 널리 사용됩니다. ~에 큰 배그들은 최대 전력을 얻는 데 사용됩니다.

현대식 가스 터빈은 허용 가능한 수준의 신뢰성, 운영 및 생산 비용을 가지고 있습니다. 가벼운 무게, 소형화 및 빠른 시동을 고려하면 디젤 엔진 및 증기 터빈과 경쟁할 수 있는 경우가 많습니다.

디젤 엔진.

처음으로 선박용 엔진인 디젤이 상트페테르부르크의 Vandal호에 설치되었습니다(1903). 디젤이 엔진을 발명한 지 불과 6년 만에 이런 일이 일어났습니다. 볼가 강을 따라 항해한 Vandal호에는 두 개의 프로펠러가 있었습니다. 각 프로펠러는 75kW 전기 모터와 동일한 샤프트에 장착되었습니다. 전기는 두 개의 디젤 발전기로 생산되었습니다. 각각 90kW의 출력을 갖춘 3기통 디젤 엔진은 일정한 회전 속도(240rpm)를 가졌습니다. 역방향이 없기 때문에 이들로부터의 동력이 프로펠러 샤프트로 직접 전달될 수 없습니다.

Vandal의 시험 운전은 진동과 고압의 위험으로 인해 디젤 엔진을 선박에 사용할 수 없다는 일반적인 의견을 반박했습니다. 더욱이 연료 소비량은 동일한 배수량의 선박 연료 소비량의 20%에 불과했습니다.

디젤 엔진의 도입.

최초의 디젤 엔진이 강 ​​보트에 설치된 이후 10년 동안 이러한 엔진은 상당한 개선을 거쳤습니다. 회전수 증가, 실린더 직경 증가, 피스톤 스트로크 연장, 2행정 엔진 개발로 인해 출력이 증가했습니다.

기존 디젤 엔진의 속도 범위는 100~2000rpm입니다. 고속 디젤 엔진은 소형 고속 보트 및 보조 디젤 발전기 시스템에 사용됩니다. 전력은 동일하게 넓은 범위(10~20,000kW)에 걸쳐 다양합니다. 최근에는 출력이 약 20% 증가하는 슈퍼차지 디젤 엔진이 등장했습니다.

디젤 엔진과 증기 엔진의 비교.

디젤은 소형으로 인해 소형 보트의 증기 엔진보다 유리합니다. 또한 동일한 힘으로 더 가볍습니다. 디젤은 단위 전력당 더 적은 연료를 소비합니다. 사실, 디젤 연료는 난방유보다 더 비쌉니다. 소비 디젤 연료배기가스를 재연소하여 줄일 수 있습니다. 선박 유형도 발전소 선택에 영향을 미칩니다. 디젤 엔진은 훨씬 빠르게 시동됩니다. 예열할 필요가 없습니다. 이는 항구 선박과 보조 또는 대기 전원 장치에 매우 중요한 이점입니다. 그러나 장점도 있습니다 증기 터빈 장치, 작동이 더 안정적이고 일상적인 유지 관리 없이 오랫동안 작동할 수 있으며 왕복 운동이 없기 때문에 진동 수준이 낮습니다.

해양 디젤 엔진.

선박용 디젤 엔진은 보조 요소에서만 다른 디젤 엔진과 다릅니다. 직접적으로 또는 기어박스를 통해 프로펠러 샤프트를 회전시키고 역회전을 제공해야 합니다. 4행정 엔진에서는 역회전이 필요할 때 작동하는 추가 역방향 클러치를 통해 이를 수행합니다. 2행정 엔진에서는 밸브 순서가 해당 실린더의 피스톤 위치에 따라 결정되므로 역회전이 더 간단합니다. 소형 엔진에서는 클러치와 기어열을 사용하여 역회전이 이루어집니다. 길이가 60m 미만인 일부 순찰선과 수륙양용선에는 양방향 프로펠러( 아래를 참조하세요). 엔진 속도가 안전 한계를 초과하지 않도록 모든 엔진에는 속도 제한기가 장착되어 있습니다.

전기 견인.

"전기추진선박"이란 연료에너지를 프로펠러축 회전의 기계적 에너지로 변환하는 시스템의 구성요소 중 하나가 전기기계인 선박을 말한다. 하나 이상의 전기 모터가 프로펠러 샤프트에 직접 또는 기어박스를 통해 연결됩니다. 전기 모터는 증기, 가스 터빈 또는 디젤 엔진으로 구동되는 발전기로 구동됩니다. ~에 잠수함수중 위치에서 전기 모터는 배터리로 구동되고, 표면 위치에서는 디젤 발전기로 구동됩니다. DC 전기 기계는 일반적으로 작고 기동성이 뛰어난 선박에 설치됩니다. 자동차 교류해양 정기선에 사용됩니다.

터보전기 선박.

그림에서. 그림 1은 증기 생성을 위해 보일러가 설치된 터보 전기 구동 장치의 다이어그램을 보여줍니다. 증기는 터빈을 돌리고, 터빈은 다시 발전기를 돌립니다. 생성된 전기는 프로펠러 샤프트에 연결된 전기 모터에 공급됩니다. 일반적으로 각 터보 발전기는 프로펠러를 회전시키는 하나의 전기 모터로 구동됩니다. 그러나 이 방식을 사용하면 여러 개의 전기 모터, 즉 여러 개의 프로펠러를 하나의 터보 발전기에 쉽게 연결할 수 있습니다.

해양 AC 터빈 발전기는 최대 주파수의 25~100% 범위(100Hz 이하)의 전류를 생성할 수 있습니다. 교류 발전기는 최대 6000V, 직류 – 최대 ~900V의 전압으로 전류를 생성합니다.

디젤 전기 자동차.

디젤 전기 구동은 보일러 설비와 증기 터빈이 디젤 엔진으로 교체된다는 점을 제외하면 본질적으로 터보 전기 구동과 다르지 않습니다.

소형 선박에는 일반적으로 프로펠러당 디젤 발전기 1개와 전기 모터 1개가 있지만, 필요한 경우 디젤 발전기 1개를 꺼서 비용을 절약하거나 추가로 디젤 발전기를 켜서 출력과 속도를 높일 수 있습니다.

능률. DC 전기 모터는 기계식 변속기가 장착된 터빈 및 디젤 엔진보다 저속에서 더 많은 토크를 생성합니다. 또한, 직류 모터와 교류 모터는 정회전과 역회전 모두에서 동일한 토크를 갖습니다.

터빈이 두 개의 감속 기어박스를 통해 프로펠러 샤프트에 연결되어 있지만 터보 전기 드라이브의 전체 효율(단위 시간당 방출되는 연료 에너지에 대한 프로펠러 샤프트의 동력 비율)은 터빈 드라이브의 효율보다 낮습니다. 터보전기 구동은 기계식 터빈 구동보다 무겁고 가격이 더 비쌉니다. 디젤-전기 구동의 전체 효율은 기계식 터빈 구동의 효율과 거의 동일합니다. 각 드라이브 유형에는 고유한 장점과 단점이 있습니다. 따라서 추진 시스템 유형의 선택은 선박 유형과 작동 조건에 따라 결정됩니다.

전기 유도 커플 링.

이 경우 전자기장에 의해 엔진에서 프로펠러로 동력이 전달됩니다. 원칙적으로 이러한 드라이브는 전자기 드라이브의 전기 모터의 고정자와 전기자가 모두 회전한다는 점을 제외하면 기존의 비동기식 전기 모터와 유사합니다. 그 중 하나는 엔진 샤프트에 연결되고 다른 하나는 프로펠러 샤프트에 연결됩니다. 모터와 관련된 요소는 외부 DC 소스에 의해 전력이 공급되고 전자기장을 생성하는 계자 권선입니다. 프로펠러 샤프트에 연결된 요소는 단락된 권선입니다. 외부 전원 공급 장치. 두 요소 모두 에어 갭으로 분리되어 있습니다. 회전 자기장은 두 번째 요소의 권선에 전류를 여기시켜 이 요소를 회전시키지만 첫 번째 요소보다 항상 느립니다(슬립 포함). 결과 토크는 이러한 요소의 회전 속도 차이에 비례합니다. 1차 권선의 여자 전류를 끄면 이러한 요소가 "연결 해제"됩니다. 두 번째 요소의 회전 주파수는 여자 전류를 변경하여 조정할 수 있습니다. 선박에 하나의 디젤 엔진을 사용하는 경우 전자기 구동 장치를 사용하면 엔진과 프로펠러 샤프트 사이에 기계적 연결이 없기 때문에 진동이 줄어듭니다. 여러 개의 디젤 엔진을 사용하는 경우 이러한 드라이브는 회전 방향이 변경되기 쉽기 때문에 프로펠러를 전환하여 선박의 기동성을 향상시킵니다.

원자력 발전소.

원자력 발전소가 있는 선박의 주요 에너지원은 원자로입니다. 핵연료가 핵분열할 때 방출되는 열은 증기를 생성하고 증기터빈으로 유입됩니다. 와 함께 중. 원자력.

기존 증기 보일러와 마찬가지로 원자로 플랜트에는 펌프, 열교환기 및 기타 보조 장비가 포함되어 있습니다. 특징 원자로작업자에 대한 특별한 보호가 필요한 방사성 방사선입니다.

안전.

원자로 주변에는 대규모 생물학적 보호 장치가 설치되어야 합니다. 일반적인 방사선 차폐 재료는 콘크리트, 납, 물, 플라스틱 및 강철입니다.

액체, 기체 보관에 문제가 있음 방사성 폐기물. 액체 폐기물은 특수 용기에 보관하고, 기체 폐기물은 활성탄에 의해 흡수됩니다. 숯. 그런 다음 폐기물은 해변의 재활용 시설로 운반됩니다.

선박 원자로.

원자로의 주요 구성요소는 핵분열성 물질을 포함한 봉(연료봉), 제어봉, 냉각수(냉각수), 감속재 및 반사경입니다. 이러한 요소는 밀봉된 하우징에 둘러싸여 있으며 핵 반응을 제어하고 생성된 열을 제거하도록 배열되어 있습니다.

연료는 우라늄-235, 플루토늄 또는 이 둘의 혼합물이 될 수 있습니다. 이러한 요소는 다른 요소와 화학적으로 결합될 수 있으며 액체 또는 고체 상태일 수 있습니다. 중수 또는 경수, 액체 금속, 유기 화합물 또는 가스는 반응기를 냉각하는 데 사용됩니다. 냉각수는 열을 다른 작동 유체로 전달하고 증기를 생성하는 데 사용되거나 터빈을 회전하는 데 직접 사용될 수 있습니다. 감속재는 생성된 중성자의 속도를 핵분열 반응에 가장 효과적인 값으로 줄이는 역할을 합니다. 반사경은 중성자를 코어로 반환합니다. 감속재와 반사경은 일반적으로 중수 및 경수, 액체 금속, 흑연 및 베릴륨입니다.

모든 해군 함정에서 처음으로 핵쇄빙선최초의 화물 및 여객선 "Savanna"에는 "Lenin" 이중 회로 방식에 따라 만들어진 발전소가 있습니다. 이러한 원자로의 1차 회로에서 물은 최대 13MPa의 압력을 받고 있으므로 원자로 냉각 경로의 일반적인 온도인 270°C에서 끓지 않습니다. 1차 회로에서 가열된 물은 2차 회로에서 증기를 생성하기 위한 냉각수 역할을 합니다.

액체 금속도 1차 회로에 사용될 수 있습니다. 이 계획은 냉각수가 액체 나트륨과 액체 칼륨의 혼합물인 미 해군 잠수함 Sea Wolf에 사용되었습니다. 그러한 계획의 시스템에 대한 압력은 상대적으로 낮습니다. 파라핀과 유사한 유기 물질인 비페닐과 트리페닐을 냉각제로 사용하면 동일한 이점을 얻을 수 있습니다. 첫 번째 경우 단점은 부식 문제이고 두 번째 경우 수지 침전물이 형성된다는 것입니다.

원자로에서 가열된 작동 유체가 원자로와 주 엔진 사이를 순환하는 단일 회로 방식이 있습니다. 가스 냉각식 원자로는 단일 회로 설계를 사용하여 작동합니다. 작동 유체는 헬륨과 같은 가스로, 원자로에서 가열된 후 가스 터빈을 회전시킵니다.

보호.

주요 기능은 원자로 및 방사성 물질과 접촉하는 기타 요소에서 방출되는 방사선으로부터 승무원과 장비를 보호하는 것입니다. 이 방사선은 핵분열 중에 방출되는 중성자와 핵 및 활성화된 물질에서 생성되는 감마 방사선의 두 가지 범주로 나뉩니다.

일반적으로 선박에는 두 개의 격납 쉘이 있습니다. 첫 번째는 원자로 용기 바로 주변에 위치합니다. 2차(생물학적) 보호에는 증기 발생 장비, 세척 시스템 및 폐기물 용기가 포함됩니다. 1차 차폐물은 원자로의 중성자와 감마선의 대부분을 흡수합니다. 이는 원자로 보조 장비의 방사능을 감소시킵니다.

1차 보호는 물로 채워진 껍질과 2~10cm 두께의 외부 납 차폐물 사이에 공간이 있는 이중 껍질 밀봉 탱크일 수 있습니다. 물은 대부분의 중성자를 흡수하고 감마 방사선은 하우징 벽에 의해 부분적으로 흡수됩니다. 물과 납.

2차 보호의 주요 기능은 원자로를 통과하는 냉각수에서 형성되는 방사성 질소 동위원소 16N의 방사선을 줄이는 것입니다. 2차 보호를 위해 물통, 콘크리트, 납, 폴리에틸렌이 사용됩니다.

원자력 발전소를 갖춘 선박의 효율성.

군함의 경우 건설 비용과 운영 비용은 거의 무제한의 항속 거리, 선박의 더 큰 출력 및 속도, 컴팩트한 설치 및 유지 보수 인력 감소의 이점보다 덜 중요합니다. 원자력 발전소의 이러한 장점으로 인해 잠수함에 널리 사용되었습니다. 쇄빙선에 원자력을 사용하는 것도 정당화됩니다.

선박 추진

선박 추진에는 워터제트 추진, 외륜, 프로펠러(가이드 노즐 포함) 및 날개 추진의 네 가지 주요 유형이 있습니다.

워터젯 추진.

워터 제트는 본질적으로 선박의 뱃머리나 바닥에 있는 구멍을 통해 물을 끌어와 선미의 노즐을 통해 배출하는 피스톤 또는 원심 펌프입니다. 생성되는 추력(추력)은 프로펠러 출구와 입구에서 워터제트의 이동량 차이에 의해 결정됩니다. 워터제트 추진 시스템은 1661년 영국의 투굿(Toogood)과 헤이즈(Hayes)에 의해 처음으로 제안되고 특허를 받았습니다. 나중에 이러한 엔진의 다양한 버전이 많은 사람들에 의해 제안되었지만 효율성이 낮아 모든 설계가 실패했습니다. 워터제트 추진은 낮은 효율성이 얕은 강이나 막힌 강에서의 항해와 같은 다른 측면의 이점으로 보상되는 경우에 사용됩니다.

외륜.

패들휠 그 자체 간단한 케이스- 둘레를 따라 블레이드가 설치된 넓은 휠입니다. 보다 진보된 설계에서는 블레이드가 휠을 기준으로 회전하여 최소한의 손실로 필요한 추진력을 생성할 수 있습니다. 바퀴의 회전축은 수위 위에 위치하며 그 중 작은 부분만 물에 잠겨 있으므로 어떤 순간에도 몇 개의 블레이드만이 추력을 생성합니다. 일반적으로 외륜의 효율성은 직경이 증가함에 따라 증가합니다. 6m 이상의 직경 값은 드문 일이 아닙니다. 큰 바퀴의 회전 속도가 느립니다. 저속은 최초의 증기 기관의 성능에 해당합니다. 그러나 시간이 지남에 따라 자동차가 개선되고 속도가 빨라졌으며 낮은 휠 속도가 심각한 장애물이 되었습니다. 그 결과 외륜이 프로펠러에게 자리를 내주게 되었습니다.

프로펠러.

고대 이집트인들도 나일강에서 물을 공급하기 위해 나사를 사용했습니다. 중세 중국에서는 수동으로 구동되는 프로펠러를 사용하여 선박을 추진했다는 증거가 있습니다. 유럽에서는 R. Hooke(1680)가 선박 추진 시스템으로 프로펠러를 처음 제안했습니다.

디자인과 특징.

현대식 프로펠러에는 일반적으로 중앙 허브에 균등한 간격으로 배치된 대략 타원형 블레이드 여러 개가 있습니다. 선박의 뱃머리를 향해 앞쪽을 향한 블레이드의 표면을 흡입이라고 하고, 뒤쪽을 향한 표면을 배출이라고 합니다. 블레이드의 흡입 표면은 볼록하고 배출 표면은 일반적으로 거의 평평합니다. 그림에서. 그림 2는 일반적인 프로펠러 블레이드를 개략적으로 보여줍니다. 회전당 나선형 표면의 축방향 이동을 피치라고 합니다. 피; 초당 회전수와 단계의 곱 pn– 변형 불가능한 매체에서 두께가 0인 프로펠러 블레이드의 축 속도. 차이점 ( pn- V 0), 여기서 V 0 - 나사의 실제 축 속도는 슬립이라고 하는 매체의 변형 정도를 나타냅니다. 태도 ( pn - V 0)/pn– 상대적 미끄러짐. 이 비율은 프로펠러의 주요 매개변수 중 하나입니다.

프로펠러의 성능 특성을 결정하는 가장 중요한 매개변수는 프로펠러 피치와 직경의 비율입니다. 다음으로 중요한 것은 블레이드 수, 너비, 두께 및 모양, 프로파일 모양 및 디스크 비율(블레이드를 둘러싼 원의 면적에 대한 블레이드의 전체 면적의 비율) 및 허브의 비율입니다. 프로펠러 직경에 대한 직경입니다. 우수한 성능 특성을 제공하는 이러한 매개변수의 변화 범위는 실험적으로 결정되었습니다. 피치 비율(프로펠러 피치 대 직경의 비율) 0.6~1.5, 최대 블레이드 폭 대 프로펠러 직경의 비율 0.20~0.50, 최대 블레이드 두께 비율 부싱 대 직경 0.04–0.05, 부싱 직경 대 나사 직경 비율 0.18–0.22. 블레이드 모양은 일반적으로 난형이고 프로필 모양은 매끄럽게 유선형으로 비행기 날개의 프로필과 매우 유사합니다. 현대식 프로펠러의 크기는 20cm에서 6m 이상까지 다양합니다. 프로펠러에 의해 발생되는 전력은 1킬로와트의 일부일 수도 있고 40,000kW를 초과할 수도 있습니다. 따라서 회전 속도는 작은 나사의 경우 2000rpm, 큰 나사의 경우 60rpm입니다. 좋은 프로펠러의 효율은 피치 비율, 블레이드 수 및 기타 매개변수에 따라 0.60~0.75입니다.

애플리케이션.

선박에는 선박의 크기와 필요한 동력에 따라 1개, 2개 또는 4개의 프로펠러가 장착됩니다. 단일 프로펠러는 간섭이 없고 선박 추진에 소비된 에너지의 일부가 프로펠러에 의해 회수되기 때문에 더 높은 효율을 제공합니다. 이 회복력은 프로펠러가 선미 기둥 바로 뒤의 항적 중앙에 설치된 경우 더 높습니다. 추진력의 일부 증가는 분할 방향타를 사용하여 달성할 수 있습니다. 이 경우 방향타의 상부와 하부가 반대 방향(프로펠러의 회전에 따라)으로 약간 편향되어 제트 속도의 횡방향 성분을 사용합니다. 프로펠러는 선박의 이동 방향으로 추가 힘 구성 요소를 생성합니다. 여러 개의 프로펠러를 사용하면 선박의 기동성과 방향타를 사용하지 않고도 회전할 수 있는 능력이 향상됩니다. 다른 방향. 일반적으로 추력을 역전시키는 것(추진력의 작용 방향을 반대 방향으로 변경하는 것)은 프로펠러 엔진의 회전을 역전시킴으로써 이루어지지만, 방향을 바꾸지 않고도 추력을 역전시킬 수 있는 특수한 역방향 나사도 있습니다. 샤프트의 회전; 이는 허브에 위치하고 중공 샤프트를 통해 구동되는 메커니즘을 사용하여 허브를 기준으로 블레이드를 회전시킴으로써 달성됩니다. 프로펠러는 청동으로 만들어지며 강철 또는 주철로 주조됩니다. 망간 합금 청동은 연삭성이 뛰어나고 캐비테이션 및 염수 공격에 대한 저항력이 우수하기 때문에 염수 응용 분야에 선호되는 합금입니다. 전체 흡입 표면이 캐비테이션 영역으로 채워지는 고속 슈퍼캐비테이션 프로펠러가 설계 및 제작되었습니다. 저속에서 이러한 프로펠러는 효율성이 약간 낮지만 고속에서는 기존 프로펠러보다 훨씬 더 효율적입니다.

가이드 노즐로 나사를 조이세요.

노즐이 있는 나사(짧은 노즐에 설치된 일반 나사)는 독일 엔지니어 L. Kort가 발명했습니다. 노즐은 선박의 선체에 단단히 연결되거나 일체형으로 만들어집니다.

동작 원리.

성능을 향상시키기 위해 파이프에 나사를 설치하려는 시도가 많이 있었습니다. 1925년에 Cort는 이러한 연구 결과를 요약하고 설계를 크게 개선했습니다. 그는 파이프를 입구의 직경이 더 크고 모양이 익형에 해당하는 짧은 노즐로 바꿨습니다. Cort는 이 설계가 기존 프로펠러에 비해 특정 출력에 대해 훨씬 더 많은 추력을 제공한다는 사실을 발견했습니다. 왜냐하면 프로펠러에 의해 가속된 제트가 노즐이 있는 경우 더 적은 정도로 좁아지기 때문입니다(그림 3). 동일한 유량에서 노즐이 있는 나사 뒤의 속도( V 0 + 너 너). 이와 관련하여, 노즐이 있는 프로펠러는 예인선, 트롤선 및 저속으로 무거운 화물을 견인하는 유사 선박에 더 자주 설치됩니다. 이러한 선박의 경우 노즐이 있는 프로펠러로 생성되는 단위 출력당 이득은 30~40%에 달할 수 있습니다. 고속 선박에서는 노즐이 있는 프로펠러는 장점이 없습니다. 노즐의 항력 증가로 인해 효율성이 약간 떨어지기 때문입니다.

날개 프로펠러.

이러한 추진 장치는 6~8개의 삽 모양 블레이드가 디스크 평면에 수직인 주변을 따라 위치하는 디스크입니다. 디스크는 선박 바닥과 같은 높이로 설치되고 프로펠러 블레이드만 흐름 속으로 내려갑니다. 블레이드가 있는 디스크는 축을 중심으로 회전하며, 추가로 블레이드는 세로 축을 기준으로 회전 또는 진동 운동을 수행합니다. 블레이드의 회전 및 진동 운동의 결과로 물이 필요한 방향으로 가속되고 선박의 움직임이 정지됩니다. 이러한 유형의 추진 방식은 엔진 회전 방향을 바꾸지 않고도 원하는 방향(전진, 후진, 심지어 측면까지)으로 추력을 생성할 수 있기 때문에 프로펠러와 외륜에 비해 장점이 있습니다. 따라서 패들 추진 장치를 갖춘 조향 선박에는 방향타나 기타 메커니즘이 필요하지 않습니다. 베인 프로펠러는 다용도성 측면에서 프로펠러를 대체할 수는 없지만 일부 특수 용도에서는 매우 효과적입니다.

문학:

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Batyrev A.N. 등등 외국의 선박용 원자력 시설. 1994년 상트페테르부르크



발동기엔진의 작동을 사용하여 물에 추력(배를 특정 방향으로 움직일 수 있는 힘)을 생성하는 선박 장치입니다.

기계식 엔진을 갖춘 선박의 추진기는 다음과 같이 구분됩니다. 잎 모양의그리고 워터제트.

블레이드 선박 추진기에는 다음이 포함됩니다. 프로펠러, 날개 추진기그리고 외륜, 선박의 움직임과 반대 방향으로 블레이드를 사용하여 물줄기를 던져 추력을 생성합니다.

워터제트 추진기는 특수 펌프로 흡입된 물을 버려 추력을 생성합니다. 블레이드와 워터제트 추진기 모두 뒤로 던져진 물 덩어리의 반응으로 인해 추진력을 생성하므로 이를 반응성이라고 부릅니다. 선박 추진기 중에서 프로펠러가 가장 널리 사용됩니다.

프로펠러 나사(그림 130) 3~6개의 블레이드(보통 4~5개)가 허브에 방사형으로 장착되어 있습니다.

선박의 선수를 향하는 날개의 표면을 흡입면이라 하고, 선미를 향하는 것을 방출면이라 한다.

나선형 표면의 모선의 회전 방향에 따라 오른쪽 및 왼쪽 회전 나사가 구별됩니다. 관찰자의 시선이 프로펠러 디스크에 수직으로 향하면 오른쪽 회전 프로펠러의 경우 수직 위쪽에 위치한 블레이드의 오른쪽 가장자리가 왼쪽보다 관찰자로부터 더 멀어집니다. 왼손잡이 프로펠러의 경우 -

쌀. 130. 프로펠러 (a) 및 작동 다이어그램 (b).

1 - 허브; 2 - 블레이드; 3 - 페어링. V in - 요소의 주변 속도

블레이드; ν - 프로펠러의 병진 이동 속도

배로; V는 속도 Vв와 ν를 더한 결과 속도입니다. α - 결과 속도 사이의 각도 V블레이드 요소의 코드(공격 각도); R은 블레이드 요소에서 발생하는 양력입니다. P - 프로펠러 추력(힘 R의 수평 성분) T - 프로펠러에 작용하는 힘의 원주 성분

프로펠러는 스테인레스 스틸, 청동, 황동 및 그 합금뿐만 아니라 나일론, 나일론 및 유리 섬유(주로 소형 선박용)로 만들어집니다.

프로펠러는 다음과 같은 기하학적 요소로 특징지어집니다. 직경 - 프로펠러 샤프트 축의 가능한 침수 깊이에 따라 결정됩니다(일반적으로 프로펠러 직경은 완전 부하 시 선박 흘수의 70%를 초과하지 않습니다). 가장 큰 나사의 직경은 최대 9-10m입니다. 디스크 비율 - 프로펠러 디스크 면적에 대한 모든 프로펠러 블레이드 면적의 비율. 둘 이상이 될 수 있지만 해상 운송 선박의 프로펠러의 경우 일반적으로 0.45-0.60입니다. 프로펠러 피치- 프로펠러 블레이드의 방출 표면을 형성하는 나선형 표면의 피치.

블레이드의 흡입측에는 프로펠러가 급격하게 회전하면 다가오는 물의 흐름 속도가 빨라지면서 진공이 생기고, 회전 속도가 빨라지면 냉수에서도 압력이 많이 떨어질 수 있다. , 기포 형성이 시작됩니다 (압력이 감소하면 물의 끓는점이 감소하는 것으로 알려져 있습니다) .

쌀. 131. 동작 다이어그램 그림. 132. 추진장치 부착물

스티어링 휠 가이드

칼날의 흡입측에서 차가운 물이 끓는 현상을 이렇게 부릅니다. 캐비테이션. 캐비테이션의 초기 단계는 프로펠러에 매우 위험합니다. 물이 끓을 때 발생하는 기포가 더 높은 압력 영역으로 들어가고 즉시 응축되어 프로펠러 블레이드에 강한 유압 충격을 발생시켜 침식(표면의 국부적인 구멍)을 일으키기 때문입니다. 이러한 조건에서는 프로펠러 작동이 허용되지 않습니다. 그러나 프로펠러의 회전 속도가 더욱 증가함에 따라 캐비테이션 영역은 블레이드 전체에 걸쳐 퍼지고 심지어 그 이상으로 확장됩니다. 소위 캐비테이션의 두 번째 단계가 시작되어 프로펠러의 강도에 위험을 초래하지 않습니다. 그러나 효율성이 다소 떨어집니다.

캐비테이션을 제거하려면 블레이드의 폭(면적)을 늘리고 프로펠러를 더 깊게 담그십시오. 또한 프로펠러는 가변 피치(블레이드의 맞대기 부분과 끝 부분으로 갈수록 감소)로 만들어집니다. 고속 프로펠러를 설계할 때 캐비테이션을 완전히 제거하면 기술적인 이유불가능할 경우 완전히 발달된 캐비테이션을 위한 조건이 생성됩니다(두 번째 단계에서).

프로펠러의 효율을 높이기 위해 가이드 노즐과 방향타의 추진 장치가 사용됩니다.

가이드 노즐은 고정식 또는 회전식일 수 있으며 현재 특히 효과적인 소형 선박 및 예인선뿐만 아니라 대형 운송 선박에도 사용됩니다. 날개와 유사한 단면 프로필을 가진 노즐은 그림 1에 표시된 힘 다이어그램에서 볼 수 있듯이 물이 이동할 때 추가적인 지지력을 생성합니다. 9.29. 또한, 노즐은 프로펠러의 상태를 개선하여 흐르는 물의 속도가 증가하고 블레이드 가장자리를 흐르는 물에 의한 최종 손실이 감소하여 결과적으로 프로펠러의 효율이 증가합니다(위) 20-30%). 가이드 노즐을 사용하면 속도가 2~4% 증가합니다.

노즐의 중요한 장점은 프로펠러 디스크의 속도 장을 균등화하여 샤프트 라인의 부하를 줄이는 것입니다.

추진 장치스티어링 휠(그림 132)은 허브 뒤의 물 흐름을 조절하여 효율성을 높이고 스티어링 휠의 작동 조건을 개선합니다.

가변 피치 프로펠러(CPP)수직 축을 중심으로 회전하는 블레이드가 있습니다. 어떤 각도로든 설치하여 선박의 특정 작동 모드에 필요한 피치를 형성할 수 있습니다. CVS는 선박 엔진의 가장 유리한 사용을 허용할 뿐만 아니라 다른 조건작동뿐만 아니라 모든 블레이드가 소위 중립 위치의 프로펠러 디스크 평면에 있는 경우 엔진을 끄지 않고 제자리에 고정하거나 회전 방향을 변경하지 않고 역방향(역방향)으로 유지하는 것도 가능합니다. 엔진 샤프트. 후자의 상황은 비가역 주 엔진(가스 및 증기 터빈)을 사용할 때 특히 중요합니다. 이 경우 필요한 역방향 터빈이나 역방향 클러치를 피할 수 있기 때문입니다.

회전 프로펠러는 허브, 회전 블레이드, 허브에 위치한 블레이드 회전 메커니즘, 선박 선미 끝에 위치한 피치 변경 메커니즘(PVM), 샤프트 라인에 위치한 블레이드 회전 메커니즘 드라이브로 구성됩니다.

MISH는 조타실과 내비게이션 브리지의 날개에서 원격으로 제어됩니다.

블레이드 회전 메커니즘(그림 133) 블레이드가 부착된 크랭크 디스크에 연결된 슬라이더와 커넥팅 로드로 구성됩니다. 블레이드를 돌리는 힘은 프로펠러 샤프트의 로드를 통해 슬라이더로 전달되고, 커넥팅 로드를 통해 크랭크 디스크로 전달되어 회전하면서 블레이드를 회전시킵니다.

쌀. 133. 크랭크축 프로펠러 다이어그램.

1 - 슬라이더; 2 - 커넥팅로드; 3 - 크랭크 디스크; 4 - 막대; 5 - 피스톤;

6 - 스풀 조절기; 7 - 제어 드라이브; 8 - 오일 펌프;

9 - 전기 모터; 10 - 오일 탱크

피스톤이 위치한 로드의 움직임은 오일 압력에 의해 전달됩니다(원하는 피치 변화 방향에 따라 피스톤의 한쪽 또는 다른 쪽 아래로 공급될 수 있음). 작동 오일 압력은 프로펠러 샤프트 또는 특수 전기 모터로 구동되는 고압 오일 펌프(2.0MPa 또는 20kgf/cm2)에 의해 생성됩니다. 오일 공급 방향은 스풀 장치에 의해 변경되며, 그 구동 장치는 조타실의 제어 스테이션에 연결됩니다.

회전식 프로펠러를 사용하면 다양한 작동 조건에서 엔진 효율을 높여 연료 소비를 10~15% 줄이고 평균 주행 속도를 2~3% 높일 수 있습니다. 전진에서 후진으로의 신속한 전환이 가능해 선박의 조종성이 향상되고, 비상 제동 시 런아웃이 약 1.5배 감소해 항해 안전성이 높아진다. 회전식 프로펠러의 중요한 장점은 선박의 작동을 중단하지 않고도 제거 가능한 블레이드를 쉽게 교체할 수 있다는 것입니다.

회전식 프로펠러의 단점은 회전 메커니즘이 위치한 허브의 직경이 더 크기 때문에 고정 피치 프로펠러에 비해 설계가 복잡하고 비용이 높으며 효율성이 약간 낮다는 것(1~3%)입니다. 그러나 이러한 단점에도 불구하고 CV 프로펠러는 현장 및 기술 선박뿐만 아니라 대형 운송 선박에도 유망한 추진 유형입니다. 직경 7.5m의 CV 프로펠러는 대용량 유조선에 설치되고 직경 6.8m의 CV 프로펠러는 유조선에 설치됩니다. 핵 경량 운반선, 직경 5.6m의 건화물 가스 터빈 선박에서 직경 6.8m로 가장 큰 프로펠러 프로펠러의 직경은 9m에 이릅니다.


쌀. 134. 베인 추진장치 및 그 작동도

날개 프로펠러(그림 134)는 바닥 판과 같은 높이로 장착되고 선박 엔진에 의해 수직 축을 중심으로 회전하는 디스크입니다. 디스크의 원주를 따라 수직으로 물 속에 잠겨 있는 4~8개의 블레이드가 있으며, 각 블레이드는 디스크와 함께 자체 축을 중심으로 회전합니다. 축을 중심으로 각 블레이드의 회전을 제어하는 ​​드라이브를 적절하게 설치하면 디스크의 동일한 회전 방향을 유지하면서 모든 방향으로 정지 장치를 생성할 수 있습니다(그림 134의 다이어그램 참조). 따라서 패들 추진 시스템을 갖춘 선박에는 방향타가 없습니다. 제조의 복잡성과 낮은 효율성에도 불구하고 베인 프로펄서는 저속에서 높은 기동성을 요구하는 선박(부유 크레인, 예인선 등)에 없어서는 안 될 요소입니다. 날개 추진력은 조타실과 항해 함교의 날개에서 제어됩니다.