Что такое Частично Погружной Винт (ЧПВ), история и перспективы. Впервые ЧПВ начали применять гонщики в 50-х годах прошлого века и нередко добивались высоких результатов. Как правило, главными причинами применения ЧПВ на гоночных судах было желание избавиться от излишнего гидродинамического сопротивления выступающих частей – гребных валов, их кронштейнов, а в установках с угловыми колонками – корпуса редукторов и дополнительные потери мощности в зубчатой передачи. Вторая причина – это возможность повышения эффективности кавитирующего гребного винта за счет вентиляции полостей (каверн) с пониженным давлением, которые образуются на засасывающей стороне лопастей при высокой скорости вращения. Лопасть ЧПВ входя в воду, вносит пузыри воздуха в область каверны. Благодаря этому предотвращается вскипание воды (вследствие разряжения – падения давления в каверне), сопровождающееся лопаньем пузырьков пара и гидравлическими ударами в поверхность лопастей, что вызывает их эрозию (выкрашивание частиц металла) сильную вибрацию и потери скорости судна. Все эти явления у ЧПВ отсутствуют.
Не малое значение, имеет сам привод, который выносится за корму судна и крепиться прямо к транцу. Впервые такая схема была предложена американским конструктором Ховардом Арнесоном, который разработал и установил данную конструкцию на свой старенький катер «Сигаретт» в конце 1970г, а в 1980 был впервые продемонстрирован на Бот Шоу в Чикаго. Он же и дал название данной пропульсии – Surface Drive (поверхностный привод), которое используется и по сей день. Не теряя время, Арнесон разработал серию приводов различных размеров и тут же их запатентовал. Оригинальность конструкции заключалась в том, что используя шарнир в самом приводе, становилось возможным перемещать привод как в вертикальной так и в горизонтальной плоскости. А тем временем участники гонок, применявшие ЧПВ, получали прекрасные результаты – известность к приводам с ЧПВ стала набирать обороты.
При полной скорости на катере с ЧПВ в контакт с водой входят только часть поверхности лопастей и небольшой плавник – защитная шпора. Устраняется не только гидродинамическое сопротивление формы и трения вала, ступицы винта и кронштейна, но и часть сопротивления воды, обусловленная эффектом Магнуса – появлением поперечной силы (в данном случае направленной вверх и назад) на цилиндрическом вращающемся теле-валу, обтекаемом встречном потоком воды.
Размещая пропульсивную систему за кормой, конструктор получает свободу при размещении двигателя в корпусе судна для достижения оптимальной центровки и общего расположения.
Преимущества, достигаемые за счет отсутствия выступающих частей при установке ЧПВ, можно привести результаты сравнительных испытаний 16-метровой моторной яхты водоизмещением 22,5т на которой традиционные гребные винты заменили приводом с ЧПВ. С первоначально установленными двумя дизелями мощностью 950 л.с. при 2300 об/мин и редуктором 1,5:1 судно развило максимальную скорость 41 узл.,(76км/ч) при этом расход топлива составил 232 л/ч. Когда с теми же дизелями поставили два привода ЧПВ скорость возросла до 47 узл.,(87км/ч) или на 11% при прежнем расходе топлива. Был испытан и третий вариант с теми же приводами ЧПВ поставили дизеля мощностью 650 л.с. (на 32% меньше). При этом удалось достичь первоначальной скорости 41 узл., и одновременно снизить расход топлива до 145 л/ч( на 39%).
Приводы с ЧПВ особенно хорошо зарекомендовали себя при скоростях свыше 45 узлов, где использование водометных движителей уже затруднительно, а ЧПВ имеет еще большой запас возможностей до 110 узлов.
Условия работы приводов с ЧПВ, когда в воде оказывается погруженным только 40-60% его диаметра, требуют применения винтов специальной геометрии. При повышении скоростей свыше 45 узлов применяют винты с большим наклоном лопастей и малым дисковым отношением. При скоростях превышающих 60 узлов применяют супер-кавитирующие винты с клиновидным выпукло-вогнутым профилем лопастей. Обычно это 4-х лопастные винты, но для уменьшения вибрации и повышения КПД при малом погружении диска число лопастей увеличивают до 8.
Результаты испытаний уже значительного числа катеров с приводом ЧПВ, позволяют оценить эффект их применения. Общее сопротивление воды движению судна снижается от 5% на малых скоростях Frv > 1, и до 30% при Frv > 5.
В настоящее время ряд иностранных фирм производят приводы ЧПВ и все они приблизительно похожи, имеют незначительные различия. Судостроители высоко оценивают перспективы развития приводов с ЧПВ в связи с расширением скоростей у судов с малой площадью ватерлинии. Ожидается, что приводы с ЧПВ постепенно вытеснят более сложные по конструкции и менее надежные угловые колонки.
Суда с ЧПВ возможно использовать как в одно-вальном, двух-вальном, трех-вальном и даже четырех-вальном исполнении.
