водомётные движители для подводных аппаратов

au> Глядите какая штуковина интересная.

Действительно интересная. Насчет воды - закон Бернулли писан и для нее тоже. Помните, что происходи с двумя кораблями, идущими рядом параллельными курсами? И сильно много воды гонять по каналу, похоже, не придется.

Пункты критиканства: Воду внутри кольца придется нагнетать, как слышно в ролике, с воздухом это не особо тихо получается. Если думать о подобных движках, то сраху же приходят на ум подлодки... Неизвестно насколько ламинарно поток выходит из щели о и обтекает внутр. поверхность кольца. Неяясно какой должн получиться КПД. Если ищется движок для АПЛ, то на КПД кладетс болт - лишь бы тише шло...

Фрагмент дискуссии с сосседнего форума:

D.B.S.> На Алросе, водомет кончается статором с 7-ю лопатками. Ротор находится перед ним (как у любого осевого насоса или компрессорной ступени) и имеет 11 лопаток. Законцовки заключены в кольцо, вращающееся вместе с рабочим колесом.

D.B.S.>> Возможно и альтернативное мнение. У статора очень малый угол установки лопаток. Может быть, это просто опора для кольцевой насадки. Хотя, если мы говорим о классическом осевом компрессоре, то при условии несжимаемого флуида (аналогично Каплан-турбине ГЭС) как-раз нужен ротор с большим радиальным компонетом ускорения потока и статор с аксиальным ускорением. Малый угол установки лопаток в этом случае имеет смысл.

D.B.S.>На Севмашевском рендере лопаток статора, уже 9 и у них значитльно большая закрутка (pitch). Тут мои познания теории лопаточных машин сдают.

D.B.S.> Почти. Даже на том замечании, что писал Вадик (с красными стрелочками на спуске Юрика и т.д.) видно, что длина кормового пролета меньше, чем ты рисовал раньше, но больше, чем ты нарисовал сейчас. Иначе, он просто не получит достаточную пропускную способность кольцевого канала и захлебнется. А точнее, начнется срыв потока на пилонах крепления кольцевой насадки с очень характерным шумом. ИМХО. За правильность физики не вручаюсь. По ходу, пилонов всего 12 и они меют крутку. (это если ты захочешь рисовать вид на водмет с кормы на просвет.)

D.B.S.> Кстати! Нашел свою ошибку. Если верить севмашевцам, то у бори водомет таки другой констукции, чем на Алросе. Есть три вида: Статор-ротор, Статор-ротор-стаатор и ротор-статор.
На Алросе последний вариант, на боре, похоже, таки первый.

D.B.S.> На проекции рендера спереди слегка видно, насколько у них большая закрутка. Это явная комбинация статора и пилонов. На роторе 9 лопастей. Правда, яя не понимаю в чем фича. Меня учили, что последовательность статор-ротор - это типичная ступень турбины и что у гидравлической рабочей машины в этом случае кавитация возникает именно на задней стороне лопаток рабочего колеса. На компрессоре должно быть с точностью наоборот. В чем цимес тогда не понимаю. Наверное, надо сначала послушать соотв. лекции.

D.B.S.>Я думаю, наверное, как-то так: набегающий поток с кормы закручивается, например, против часовой стрелки (взгляд сзади), ротор вращается по часовой стрелке. Поток в зазоре между статором и роторм попадает на лопатки ротора и резко тормозится ускоряясь в противоположном и в аксиальном направлении. Результат: в зазоре резко повышается давление потока и не происходит засоса, который и является причиной кавитации на передней кромке обычных винтов.

D.B.S.>Если это кого-то интересует, могу нарисовать принципиальную схему такого водомета со всеми скоростными составляющими для случая постоянного давления.

D.B.S.>Ау, Авиационщики! Отклинитесь! у вас в ТРД турбина должна быть точно так же устроена.

D.B.S.>Нашел ошибку в первоначальных размышлениях. У водомета, как он нариосван на рендере, должна быть несколько иное направления крутки лопастей. Удельный импульс потока на рабочее колесо не приводит его в движение, иначе перед водометом потребовался бы вентилятор и компрессор, как в авиационном движке. Наоборот, у водомета цель - преодолеть этот импульс за счет мощности на валу и развернуть в акисальном положении. Как говорилось выше, вода некомпримируемый флуид, потому турбина постоянного давления. Это значит лопатки статора большой площади и крутки, у ротора площадь намного меньши и другие углы скоростных векторов.

D.B.S.>На картинке слева - бори водомет, слева - ступень турбины. Красным помечена скорость вращения ротора, синим - абсолютная скорость потока, зеленым - скорость потока относительно подвижной системы.

D.B.S.>Кольцевой зазор на входе в водомет должен быть больше, иначе см. выше (захлебывание, хлопки, кавитация в статоре) => более длинный валопровод, чем на последней версии. Севмашевский рендер это подтверждает.

D.B.S.>Кольцевой зазор на конце водомета должен быть меньше, чтобы давление на выходе повышалось. За счет этого, во первых не, будет кавитации на задних поверхностях лопаток ротора, а во-вторых, поток с бОльшим ускорением выходит из водомета, создавая реактивную силу, которая, собственно говоря. и приводит лодку в поступательное положение. потому, потеря площади за счет втулки не играет роли. Это не обычный открытый гребной винт, где как-раз втулку нужно уменьшать, насколько это возможно.

bredych> ээ... у водомета сначала направляющий аппарат, а потом ротор, а у турбины наоборот - сначала рабочее колесо, а потом лопатки выпрямляющего аппарата?
bredych>Насчет закрутки - у НА каналы сужающиеся, то есть, скорость потока растет, давление падает. Явления при встрече потока срзу вослед идущими лопатками ротора представить трудно, но помню, что винты противовращения всегда сильно шумят. Основной причиной назывались именно сближения лопастей. Некоторым лекарством описывалось разнесение винтов, но почему - не понял (общался с парнем, работавшим над ВМГ А-400М)
bredych>Рабочее колесо соответственно, подхватывает подкрученный поток и выпрямляет его. На базе в авиа шел тред насчет установки входного закручивающего ВНА перед компрессором для роста кпд, но я не думаю, что это реально.
bredych>Каналы у ротора расширяющиеся, соответственно, после него давление потока повышается, а скорость (полная) снижается (возможно, только за счет уничтожения радиальной составляющей)

bredych> Создание входного сопротивления на входе в муфту - не совсем понимаю, как, поскольку аппарат наоборот должен тягу создавать, а тяга в равной степени состоит из разрежения перед заборником и роста давления на выхлопе.

D.B.S.> Пункты критиканства: Воду внутри кольца придется нагнетать, как слышно в ролике, с воздухом это не особо тихо получается.

Я не слышал эту штуковину. А пропеллерные как раз шумят даже на малых оборотах.

D.B.S.> Неизвестно насколько ламинарно поток выходит из щели о и обтекает внутр. поверхность кольца. Неяясно какой должн получиться КПД.

Ну, с такими щелями и длинным внутренним каналом (внутри кольца и до него в трубе) никакой там ламинарности не светит.

D.B.S.> Если ищется движок для АПЛ, то на КПД кладетс болт - лишь бы тише шло...

Смотрите название темы
А громкость наверняка падает с размером, ибо падают скорости потока, т.к. это был бы своеобразный водомёт. КПД, соответственно, наверняка растёт с падением скорости потока, также аналогично водомёту.

Но ценное свойство этой конструкции в другом. Представьте что кольцо диаметром, скажем, 5м. Вы видите там загогулистый многолопастный пятиметровый ротор? Выпиленный из гигантсвой болванки или вообще композитный... Я — нет
Ну и развитие этого свойства. Не может быть "полуротора", "четвертьротора" и т.п. А вот некольцевой канал, например сегментный, на таком принципе может быть. Судя по наличию кольцевого и сплющенного вариантов, этот принцип создания потока от формы слабо зависит. А значит такой движитель можно думать конформным по корпусу, а не под него корпус подгонять. И пусть там какие-то последствия, но альтернативы с такой гибкостью конструкции нет, кроме кучи мелких пропеллеров, которые фу.

D.B.S.>Сегодня поговорил где-то часик с профессором по поводу этих водометов и т.д. ("все, что вы хотели знать, но боялись спросить"). Профессор сам оканчивал 25 лет назад универ по теме турбин, а потом перешел к движительным установкам судов и к гидродинамике с гидростатикой. Попробую расписать ситуацию здесь в качестве ликбеза (для себя). Посмотрим, что усвоилось.

D.B.S.> Для начала, Бредыч. В моем посте опечатка: слева - водомет, справа ступень паровой турбины постоянного давления для сравнения, но высчитывать водометы как турбины нельзя - совершенно другая физика. Сравнения должно, скорее вестись с турбиной Каплана на ГЭС (писал выше). Во-вторых, вычисления как на турбинах (среднее сечение, усредненные значения скоростей, неизмененный профиль лопаток и еще куча всяких упрощений)это все было рассчитано сейчас на понимание нами- второкурсниками. на винтах и водометах физика чертовски трудноваримая. На водомете необходимо учитывать действие самой кольцевой насадки. У нее крыловидный профиль, который сам по себе оказывает значительное влияние на поток как внутри кольца, так и снаружи него, и тем самым кардинально отличается от турбины. Именно поэтому грубое заблуждение считать, что само по себе кольцо приводит к ускорению потока сквозь него. Эффект достигается взаимодействием кольца и винта в нем. Если профиль кольца внутри ровный, а снаружи выпуклый, то давление в кольце повышается и происходит разгрузка винта снижение шумности, но понижается КПД, так как разница в давлении за и перед винтом и создает реактивную силу. Если наружная поверхность ровная, а внутренняя выпуклая, то получается понижение давления внутри кольца. Шум растет, так как такой перепад содействует кавитации, но до каког-то предела преимущества повышенного КПД еще преобладаают над потерями вследствие кавитации. Эти преимущества охотно используются на буксирах. Еще винт в насадке сокращает потери на концах лопастей. Но, все это пока только теория винта в насадке. На водомет это сложно перенести.

D.B.S.>Что делает водомет.

D.B.S.> Любого конструктора ПЛ нервируют три вещи: наличие рубки, наличие рулей и наличие надстройки. Если речь идет о разработчике двигателя, то его нервирует и наличие у лодки корпуса. . Все эти вышепричисленные неровности приводят к несимметричному набегающему потоку, турбулентностям на входе в движитель. Неравномерный набегающий поток ведет к непредсказуемым распределениям давления на самом диске винта и столь же непраедсказуемому появлению кавитации в разных его местах. Именнно поэтому однокорпусные колбаскообразные американки имеют столь хорошие акустические качества. рубка далеко впереди и маленькая, надстройки как таковой нет. Именно поэтому, скорее всего, играются с гидродинамикой в основании рубки (сужения, наплывы). С рулями еще хуже - они близко к винту. За винт их не перенести, потому что там в исходящем потоке винта они будут гораздо меньше по площади и эффективнее, но и шуметь будет изрядно. Потому рули суют в корму, где они заведомо снижают маневренность и требуют увеличения их площади.

D.B.S.>Чтобы выровнять поток перед винтом ставят направляющий аппарат. сам винт с аппаратом может быть как в кольце, так и со свободно стоящими лопатками. Если заранее знать как корпус ПЛ искажает набегающий поток, то можно лопатки статора чуть ли не отдельности заточить под место их будущего расположения и тем самым добиться ровного осевого потока. Если кольца нет, то нужно сделать ротор чуть больше статора. Если есть кольцо, то ротор меньше, но и лопастей у него меньше, чем у статора.

D.B.S.>Теперь о самом статоре. Если статор закручивает поток, а ротор раскручивает (тоже самое и для обратной последовательности ротор-статор), то растет КПД, но движитель становится шумнее из-за турбулентностей на переходе из направляющего аппарата в рабочее колесо. Если же статор закручивает поток в сторну вращения ротора (как на турбинах), то каитация почему-то убирается почти совсем, но и КПД падает ниже плинтуса. как-то так.

D.B.S.>Еще хуже с соосниками противоположного вращения - КПД выше крыши, но никто не знает как делать их тише (наглядно наблюдал в Одессе, при пролете МИ-8 и Ка-27, так как жил недалеко от военного аэродрома "Школьный"). Там какая-то сложная математика, которую я еще не учил и в результате которой там происходит какое-то деление на ноль и все такое. Совершенно не понял о чем речь. Проф сказал, что нормально это считать не может никто, так как не существует достаточно неточных математических моделей для этого, а без них нечего зарядить даже в самый мощный суперкомпьютер. Остаются только натурные испытания в бассейне, а их никто не будет делать (дорогостояще) если сначала кто-то не сделает нормальную матмодель движка на бумаге. Замкнутый круг.

D.B.S.>Всеми этими буквами немного объясняетяс и для чего мутится водомет и для чего на борее игрались с обводами кормы.

D.B.S.>Теперь Алроса и Сивульф. На обоих рисуют сначала ротор, а за ним статор (точнее не только рисуют, но и делаю фото). Тут, просто напрямую переняли принцип осевого насоса. У них всегда ротор пред статором. Почему не знаю.

D.B.S.>Еще много услышал про всякие разные типы кавитации (послойная и т.д.) о турбулентностях в зазорах и на концах лопастей/лопаток, но толком мало понял, потому что это уже 4-й курс. Может, через пару лет поумнею...

Вообще, дискуссия идет нереально классная на протяжении трех страниц. Респект Дилетанту и Вадику: