Понедельник, 20 Ноября 2017

Соцсети на верху

Книга - "Юные корабелы", создание моделей - Книга -

Купить СНПЧ А7 Вологда, оперативная доставка
Рейтинг:   / 48
ПлохоОтлично 

 

VI. Универсальная энергия для моделей

Действительно электрическая энер­гия, пожалуй, самая универсальная из всех источников энергии, применяемых юными корабелами. Ведь модель долж­на не только двигаться, но и выполнять сложные эволюции: модель подводной лодки — погружаться и всплывать в заданных участках акватории; модель надводного корабля — менять курсы движения, переходить с переднего на задний ход и производить другие слож­ные маневры. Все это делают авто­маты, подавляющее большинство из ко­торых работают на электрической энер­гии. В этой главе рассказывается о раз­личных химических источниках тока для морских моделей, о способах изго­товления гальванических элементов кис­лотных и щелочных аккумуляторов.

 

Для питания электродвигателей моделей химические источники тока применяют двух видов:
а) первичные (одноразовые) источники тока — различные гальванические элементы и батареи, которые обладают способностью отдавать во внешнюю цепь электроэнергию, запасенную в активных массах их электро­дов без получения энергии извне;
•б) вторичные источники тока — различ­ные типы аккумуляторов, которые способны аккумулировать (накоплять) химическую энергию во время их заряда и отдавать во внешнюю цепь в виде электрической энергии во время их разряда.

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Гальванические элементы подразделяют­ся на сухие и наливные. Сухие элементы, за­полненные желеобразным электролитом — самые распространенные. Их выпускают в трех модификациях: стаканчиковые, галетные и пуговичные.
Положительным электродом марганцево-цинковых элементов (рис. 122) служит дву­окись марганца — пиролюзит, заключенный в полотняный чехол 4, отрицательным — ме­таллический цинк 2. Электролит марганцево-цинковых элементов 3 состоит из раствора хлористого аммония с добавкой различных наполнителей для увеличения вязкости. Токоотводом положительного электрода служит угольный стержень 1.
Стаканчиковые элементы выпускают как в виде отдельных элементов, так и соединен­ными в батареи. В обозначениях всех элемен­тов и батарей первые цифры перед буквами означают напряжение источника питания в вольтах, а последние — их емкость в ампер-часах. В скобках указаны их старые наиме­нования. Для силовых электродвигателей наиболее подходят следующие элементы: 1.6-ФМЦ-У-3.2 («Сатурн» 3,2 А-ч); 1.6-ПМЦ-Х-1; 1,6-ПМЦ-У-3,2; 1.6-ПМЦ-У-8; 1.48-ПМЦ-9; 1.58-СНМЦ-2.5; 1, 4, б-ТМЦ-7,5; 1,6-ТМЦ-7,5-У-8; 1.6-ТМЦ-У-28 и 1,5-ТМЦ-29,5 (ЗС-Л-30) и 1.35-ТВМЦ-50. Из батарей (соединенных из отдельных стаканчиковых элементов) для силовых двигателей исполь­зуют три типа — это 3,7-ФМЦ-0,5 (КБС-Л-0,5), 4Д-ФМЦ-0.7 (КБС-0,7), 4-САМЦ-1.0 и анод­ные — 65-АНМЦ-1.3 (БАС-60) и 102-АМЦ-1.0 (БАС-80).
Из галетных батарей (рис. 123) для сило­вых электродвигателей моделей используют анодные батареи 70-АМЦГ-1.3 (БАСГ-60-1,3) и 100-АМЦГ-2,0(БАСГ-80-2,0).
Для питания различных транзисторных схем наша промышленность выпускает гер­метичные пуговочные марганцево-цинковые элементы типа МЦ-1к, МЦ-2к, МЦ-Зк и МЦ-4к со щелочным электролитом. Элементы МЦ имеют небольшой вес, большой срок службы и, самое главное, обладают еще одним заме­чательным свойством — способностью к по­вторным перезарядкам асимметричным то­ком. Этой способностью обладают также эле­менты и батареи ФБС, КБС, «КРОНА» и др., если они не слишком разряжены.
Существует несколько схем получения асимметричного тока. Простейшая схема выпрямителя с переменной составляющей то­ка представляет собой диод, шунтированный небольшим сопротивлением с целью получе­ния переменной составляющей (рис. 124). Для зарядки батареи напряжением в 12—15 В это сопротивление должно быть примерно рав­но 50 Ом, а для батареи 4—5 В 300 Ом. При использовании гальванических батарей в ка­честве силовых источников тока (для питания электродвигателей) нужно помнить, что все первичные источники тока обладают большим внутренним сопротивлением (десятки Ом), не допускающим разряда их токами большей си­лы из-за чрезмерного падения напряжения на внутреннем сопротивлении. Чем больше ем­кость источника тока, тем меньше его вну­треннее сопротивление (емкостью любого хи­мического источника тока называют то коли­чество электричества, которое может отдать тот или иной источник тока во внешнюю цепь. Оно тем больше, чем больше активной массы сосредоточено в его электродах). Чем больше мощность двигателя, тем большей емкостью должен обладать источник тока.
Чтобы получить необходимое напряже­ние источника тока, отдельные элементы со­единяют между собой в последовательную батарею. Для увеличения емкости (если ее недостаточно) и для уменьшения внутренне­го сопротивления источника тока несколько батарей соединяются между собой параллель­но. Сколько батарей будет соединено парал­лельно, во столько раз увеличится емкость источника тока и во столько же раз умень­шится его внутреннее сопротивление. Такое смешанное (последовательно-параллельное) соединение показано на рис. 125.
Размеры различных элементов и батарей для моделей судов показаны на рис. 126.
Для питания более мощных электродвига­телей в моделях кораблей и других судов применяют аккумуляторы. Во время заряд­ки аккумулятора происходит химическая ре­акция, при которой электрическая энергия превращается в химическую, а при разряд­ке, наоборот, химическая энергия превраща­ется в электрическую. Процессы разрядки и зарядки их можно повторять много раз.
Каждый аккумулятор состоит из положи­тельных и отрицательных пластин, поме­щенных в сосуд и залитых электролитом. Чем больше площадь действующих пластин, чем большее количество их собрано в одном аккумуляторе, тем больше емкость аккуму­лятора.
Аккумуляторы по применяемому в них электролиту подразделяют на кислотные и щелочные.


КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
В кислотных аккумуляторах в заряжен­ном состоянии активная масса положитель­ной пластины представляет собой перекись свинца (Р6О2), а отрицательной — губчатый свинец (РЬ). Активную массу при изготовле­нии пластин вмазывают в пастообразном виде в ячейки решеток пластин, отлитых из свин­ца с примесью сурьмы (рис. 127). Свинцовые пластины аккумулятора изолированы друг от друга сепараторами — тонкими пластина­ми из дерева, эбонита, пластмасс, стеклово­локна. Электролитом в этих аккумуляторах служит раствор серной кислоты (Я2504), плот­ность которого в заряженном состоянии со­ставляет 1,27 —1,28 грамм на кубический сантиметр.
Э.д.с. одного заряженного аккумулятора равна 2,2 В, рабочее напряжение 2,0 В. На­пряжение полностью разряженного аккуму­лятора (в стартерном режиме) 1,6—1,5 В, ниже которого разряжать их нельзя. Из отдель­ных аккумуляторов одинаковой емкости со­бирают аккумуляторные батареи нужного напряжения.
Из кислотных аккумуляторных батарей, выпускаемых нашей промышленностью, в су­домоделизме после некоторой переделки мож­но использовать следующие: анодные — 10РА-10, авиационные — 12А-5 и 12А-10, мотоциклетные — ЗМТ-6, ЗМТО-ГО, ЗМТ-12, стартерные — ЗСТ-42 и 6СТ-54 (первая цифра перед буквами во всех аккумуляторных бата­реях обозначает количество элементов в ба­тарее, а последняя — общую их емкость).
Однако все эти аккумуляторные батареи имеют большой вес и габариты. Поэтому ис­пользовать их в судомоделировании без пере­делки нельзя.

Переделать аккумуляторную батарею 12А-5 проще всего. Нужно перенести блоки ее пластин в два легких бачка с 6 ячейками в каждом (рис. 128). Блоки пластин переде­лывать не нужно. Такие две аккумуляторные батареи удобно устанавливать в модели. Каждая батарея по 12 В с емкостью 5—6 А-ч будет весить всего 4 кг вместо 7 кг непеределанной батареи. Габариты получаются при­мерно 90X40X100.
Бачки изготавливают из 2—3-мм оргстек­ла или полистирола. Оргстекло и полистирол тщательно склеивают клеем из стружки орг­стекла или полистирола, растворенной в ди­хлорэтане.
На дне каждой ячейки бачка необходимо приклеить опоры для пластин в виде полосок оргстекла высотой 4—5 мм. В крышке бачка следует предусмотреть отверстия для за­ливки аккумуляторов и для вентиляции. Пе­ред приклеиванием крышки верхнюю часть стенок бачка надо хорошо выровнять, чтобы ячейки бачка не сообщались между собой.
Переделка других аккумуляторов значи­тельно сложнее. Так, например, в батарее 12А-10 ширину пластин придется уменьшать вдвое, у аккумуляторов ЗМТ-10 и ЗМТ-12 на­до уменьшать высоту пластин на 50—70 мм.
В магазинах запчастей для легковых ма­шин продают пластины кислотных аккуму­ляторов. Разрезав их, можно смонтировать самодельный малогабаритный аккумулятор необходимой емкости, веса и размера. В кис­лотном аккумуляторе емкость ограничивает площадь отрицательной пластины. Поэтому отрицательных пластин устанавливают на од­ну больше, и в аккумуляторе они

 

 

получаются крайними. Емкость самодельного аккуму­лятора можно определить до его изготовления. Предположим, что в каком-то кислотном аккумуляторе емкостью 40 А.ч имеется 4 от­рицательные пластины. На каждую из них приходится емкость в 10 А.ч. Если одну пла­стину разрезать на 4 части и собрать мало­габаритный аккумулятор из двух положи­тельных и трех отрицательных пластин, то его электрическая емкость будет равна при­мерно 7,5 А.ч.
Аккумуляторы заряжают от источника постоянного тока (выпрямителя или акку­муляторов большей емкости и напряжения) током определенной величины. Величина то­ка и время зарядки всегда указываются в инструкциях и паспортах, приложенных к аккумуляторам. Это надо учитывать после переделки аккумуляторов с изменением вели­чины или количества пластин. Если, напри­мер, мотоциклетный аккумулятор ЗМТ-10 должен заряжаться электрическим током в 1 А в течение 10 ч, то переделанный аккуму­лятор с уменьшением длины пластин на Уз должен заряжаться уже током 0,7 А. Вообще (при отсутствии инструкций) для малогаба­ритных аккумуляторов можно рекомендовать величину заряда, равную 0,1 емкости данно­го- аккумулятора.  Например,   аккумулятор емкостью 5 А.ч надо заряжать током, равным 0,5 А.
Разряженные аккумуляторы необходимо заряжать до тех пор, пока в течение послед­них 2—3 часов напряжение и плотность элек­тролита перестанут изменяться при обильном газовыделении.
При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме) или при уменьшении емкости акку­муляторов нужно проводить контрольно-тре­нировочные (лечебные) циклы, т. е. разряд — заряд токами номинальной величины.
Хранить бездействующие свинцовые акку­муляторы нужно только в заряженном со­стоянии. Доливают аккумуляторы дистилли­рованной водой.
Электролит обычно готовят не из крепкой серной кислоты с удельным весом 1,84, а из разбавленной (плотностью 1,4), которая всег­да имеется в продаже. Сначала в стеклянный сосуд наливают дистиллированную воду, а затем тонкой струйкой постепенно вливают кислоту, помешивая раствор стеклянной или эбонитовой палочкой, доводя плотность рас­твора до 1,23—1,24. Перед заливкой электро­лита в аккумуляторы его надо охладить до температуры не выше + 25°С.
О степени разреженности аккумулятора можно судить по плотности электролита, ко­торая у совсем разряженного аккумулятора снижается до 1,12—1,13.

ЩЕЛОЧНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Щелочные аккумуляторы подразделяют по материалу электродов на кадмиево-никелевые (ламельные, безламельные и герметич­ные), железо-никелевые, серебряно-цинковые, никель-цинковые, серебряно-кадмиевые и другие.
Наиболее распространены кадмиево-никелевые аккумуляторы ламельные, безламель­ные и герметичные. Их выпускают для пита­ния различной малогабаритной транзистор­ной радиоаппаратуры.
Кадмиево-никелевые ламельные аккуму­ляторы устроены так: в пакетики (ламели) из тонкой стальной ленты с множеством мел­ких отверстий (рис. 129) запрессована по­рошкообразная масса из гидрата закиси ни­келя Ni(OH)2 — для положительных (1) и гид­рата закиси кадмия Cd(OH)2 — для отрица­тельных пластин (2).

Электролитом в щелочных аккумулято­рах служит раствор едкого калия (КОН) плотностью 1,19—1,21 с добавлением в него 20 г моногидрата лития на один литр рас­твора.
Э.д.с. заряженного аккумулятора равна 1,37 В, рабочее напряжение 1,2 В.
Из этого типа аккумуляторов для судо­модельного спорта наиболее подходят анод­ные батареи 32 АКН-2,25 и 64 АКН-2,5, а также батареи 2 ФКН-8 и шахтные ЗКНГ-10. Аккумуляторы из анодных батарей ввиду их малых габаритов и веса можно использовать в готовом виде, составив из них батарею на нужное напряжение. Но пластины лучше переложить в самодельные банки, изготовлен­ные из оргстекла или полистирола, что умень­шает вес аккумулятора на 20—30%. Ни в коем случае нельзя для этих аккумуляторов делать банки из целлулоида, который раство­ряется в щелочи. Если аккумулятор (напри­мер, 2ФКН-8) велик для модели, то его при­дется демонтировать, отделить от пластин по несколько ламелей и вновь смонтировать в самодельных банках из оргстекла или поли­стирола.
При переделке аккумуляторов, бывших в употреблении, нужно соблюдать осторож­ность, чтобы не «пожечь» руки щелочным электролитом. Аккумуляторы необходимо несколько раз прополоскать проточной водой.
Нельзя прополаскивать пластины горячей водой, так как кадмиево-никелевые аккуму­ляторы при повышении их температуры свы­ше 45°С безвозвратно теряют свою емкость.
Электролит для щелочных аккумулято­ров готовят в стеклянных, эмалированных или железных сосудах. Для приготовления одного литра электролита требуется 250—270 г едкого калия. Сначала в сосуд налива­ют дистиллированную воду, а затем мелкими частями в нее всыпают едкий калий или осторожно вливают концентрированный его раствор. Приготовленному электролиту необ­ходимо дать отстояться и остыть до комнат­ной температуры и только после этого зали­вать в аккумуляторы. Для образования за­щитной пленки от воздействия воздуха на электролит на его поверхность наносится не­сколько капель вазелинового масла.
Нормальный зарядный ток для ламель-ных кадмиево-никелевых аккумуляторов чис­ленно равен 'Д емкости аккумулятора. Время зарядки — 6 часов. За это время дается заряд в полтора раза больше номинальной емко­сти. Так как плотность электролита во время заряда не изменяется, а напряжение может все время расти, то единственным основани­ем для прекращения заряда является вели­чина заряда, сообщенного аккумулятору. Заряд щелочных аккумуляторов сопровож­дается (во второй половине) бурным «кипе­нием» электролита, поэтому заряд их надо вести с открытыми пробками, а закрывать их надо не ранее как через 2 часа после заряда. При разряде аккумуляторов сильными тока­ми (что всегда бывает при запуске модели) пробки надо приоткрывать. Напряжение аккумулятора в конце заряда обычно равно 1,73—1,75 В.
Кадмиево-никелевые аккумуляторы при систематических недозарядках теряют свою первоначальную емкость, но перезарядов они не боятся, а, наоборот, повышают свою ак­тивность. Поэтому их лучше перезаряжать, чем не дозаряжать. Хранить бездействующие аккумуляторы можно как с электролитом в заряженном состоянии, так и без электроли­та (без промывки их водой), но также в раз­ряженном состоянии.
Безламельные щелочные аккумуляторы аналогичны ламельным, но пластины у них совершенно другого устройства. Они пред­ставляют собой тонкую металло-керамическую рамку с напрессованной на нее актив­ной массой. Безламельные пластины имеют большую пористую активную поверхность, хорошо омываются электролитом, вследствие чего такие аккумуляторы имеют емкость в 2,5 раза большую, чем обыкновенные ламель-ные кадмиево-никелевые аккумуляторы та­кого же веса и объема. Внутреннее сопротив­ление безламельных аккумуляторов значи­тельно меньше, чем ламельных, вследствие чего они хорошо работают в стартерных ре­жимах разряда. Корпуса банок для безла­мельных аккумуляторов делают из пласт­масс. В качестве сепараторов между пласти­нами служит капроновая ткань.
Для юных корабелов наиболее интересны аккумуляторы из 2 элементов 2КНБ-2 емко­стью 2 А.ч, напряжением 2,5 В и батареи из 20 элементов 20КАБ-2М емкостью 2 А.ч с на­пряжением 24 В. Вес первой батареи с элек­тролитом 220 г, а второй 2,5 кг. Ток заряда батареи 2 КНБ-2 0,04 А в течение 8 ч, а 20КНБ-2М 0,5 А в течение 57г ч. Одним из недостатков этих аккумуляторов является бурное кипение электролита во время их за­рядки, вследствие чего электролит выливает­ся. Поэтому прежде чем ставить эти аккуму­ляторы на зарядку, часть электролита из них отбирают резиновой грушей до уровня верх­ней части пластин и продолжают отбирать излишки электролита в процессе заряда. По­сле зарядки аккумуляторов им дают возмож­ность отстояться в течение 8—24 часов для удаления газов из электролита. После отстоя и снижения уровня в них электролита акку­муляторы доливают до уровня на 10 мм выше верхнего края пластин. В качестве электро­лита в безламельных аккумуляторах приме­няется щелочной электролит (КОН) плотно­стью 1,19—1,21 с добавкой моногидрата ли­тия в количестве 20 г на литр раствора КОН, что увеличивает срок службы аккумулято­ров. Применение в качестве электролита рас­твора едкого натрия запрещается.
В настоящее время отечественной про­мышленностью выпускается несколько типов малогабаритных кадмиево-никелевых акку­муляторов в герметичном исполнении (рис. 130, А, Б). Наиболее широкое распростране­ние среди них получили дисковые герметич­ные аккумуляторы и аккумуляторные бата­реи, основные характеристики которых при­ведены в приложении (таблица 12).

 

При увеличении тока разряда емкость аккумулятора уменьшается. Максимально до­пустимым током разряда для дисковых акку­муляторов следует считать ток, величина ко­торого равна приблизительно половине значе­ния номинальной емкости, т. е. для аккуму­ляторов Д-0,06 — ЗО мА, Д-0,1 —50 мА и Д-0,25 — 100 мА. Аккумуляторная батарея 7Д-0Д составлена из 7 последовательно со­единенных аккумуляторов Д-0,1.
В течение срока службы емкость диско­вых аккумуляторов снижается до 20%. Заряжать аккумуляторы токами больше выше­указанных в таблице не следует, так как они могут испортиться.
Помимо дисковых аккумуляторов, наша промышленность выпускает также цилиндри­ческие и прямоугольные кадмиево-никелевые аккумуляторы в герметичном исполнении. Их характеристики приведены в приложении (таблицы 13 и 14).
Оптимальный зарядный ток для герметич­ных аккумуляторов равен 0,1 номинальной емкости с сообщением им количества элек­тричества 120—150%, т. е. можно их переза­ряжать на 20—50%. Цилиндрические акку­муляторы допускают 100%-ный перезаряд по емкости и показывают хорошую работоспо­собность в кратковременных режимах разря­да током большей силы. Все герметичные ак­кумуляторы можно хранить как в заряжен­ном, так и в разряженном состоянии.
СЕРЕБРЯНО-ЦИНКОВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Серебряно-цинковые аккумуляторы (рис. 132) относятся также к щелочным аккуму­ляторам. Отрицательный электрод серебряно-цинкового аккумулятора состоит из окиси цинка и цинковой пыли, а положительный электрод спрессован из серебряного порошка (рис. 131). Электролитом в этих аккумулято­рах является раствор химически чистого ед­кого калия (КОН) плотностью 1,4 без каких- либо добавок. Сепараторами служат капроно­вая ткань и целлофан, которой одновремен­но является изолятором между пластинами и в то же время обладает хорошей проницае­мостью для ионного обмена. Основные харак­теристики серебряно-цинковых аккумулято­ров (типа СЦС), наиболее подходящих для установки на моделях, приведены в прило­жении (таблица 15).
Характеристики серебряно-цинковых ак­кумуляторов лучше всех известных вторич­ных химических источников тока. Пока ни один тип аккумуляторов не в состоянии кон­курировать с ними. Но и они имеют свой не­достаток — малый срок службы (6—9 меся­цев). Причиной того является образование игольчатых кристаллов (дендритов цинка) на отрицательных электродах в процессе работы и прокалывание ими сепараторов, что приво­дит к короткому замыканию между пласти­нами и выходу из строя всего аккумулятора. К причинам ускоренного роста дендритов от­носятся перезаряд аккумуляторов, хранение их с открытыми горловинами и загрязнен­ность электролита. Если не допускать пере­заряд аккумуляторов и периодически про­водить лечебные циклы с бездействующими аккумуляторами, то срок службы их можно продлить до 2 лет. Под лечебными циклами подразумеваются периодические (раз в 2—3 месяца) заряд и разряд аккумулятора током нормальной силы.Для предотвращения перезаряда аккуму­ляторов лучше всего перед каждым зарядом снять остаточный заряд путем индивидуаль­ного разряда каждого аккумулятора на ка­кое-либо сопротивление или лампочку. Та­ким образом можно разряжать аккумулятор и до нулевого напряжения. При снятии оста­точного заряда элементов, соединенных в батарею, их разряжают до напряжения на от­дельном элементе не ниже одного вольта, пос­ле чего разряженный элемент отключают, а остальные продолжают разряжать.

Переводить аккумуляторы типа СЦС в рабочее состояние рекомендуется в такой по­следовательности: с помощью шприца за­лить аккумуляторы электролитом до верхней риски, нанесенной на боковой стенке акку­мулятора, и оставить их на 24—48 часов для пропитки. Для лучшей пропитки элект­родов аккумуляторы надо установить под углом 30—40° боковыми торцами к горизон­тальной плоскости на 12—15 часов, затем из­менить угол наклона в другую сторону и ос­тавить до конца пропитки. Уровень электро­лита после пропитки должен быть примерно посредине между нижней и верхней риска­ми. Недостающее количество электролита следует долить. В процессе эксплуатации ак­кумуляторов уровень электролита может убывать. Тогда аккумулятор нужно доливать тем же электролитом или дистиллированной водой, но в разряженном состоянии, когда уровень электролита достигает максимума.
После пропитки аккумуляторов их надо формировать, т. е. провести два нормальных зарядно-разрядных цикла в режиме, указан­ном в приложении (таблица 15).
После окончания заряда, но не ранее чем через час. необходимо проверить э. д. с. акку­муляторов, которая должна быть в пределах 1,82—1,86 В. Если э. д. с. заряженного акку­мулятора меньше этой величины, это говорит о его неисправности. Затем произвести фор­мовочный разряд током, указанным в табли­це. Разряжать нужно до напряжения на от­дельном аккумуляторе в 1 В. Во время раз­ряда при снижении напряжения до 1,45 — 1,48 В его следует замерять через каждые 10—15 минут и чаще, так как после этой ве­личины оно быстро падает. Аналогично про­водят и второй цикл заряд — разряд. После чего аккумуляторы готовы к действию.

 

VII. Гребной винт движитель корабля

 

Чтобы модель, как и корабль, могла двигаться с заданной скоростью, к ней необходимо приложить усилие, преодо­левающее сопротивление воды. Для это­го существуют несколько видов движи­телей: парус, гребное колесо, воздуш­ный винт, крыльчатый и водометный движители.
Но, как показала практика, самым распространенным, надежным, легко­весным и простым в изготовлении с от­носительно высоким коэффициентом по­лезного действия является гребной винт. О нем и рассказывается в этой главе.

 

Винт представляет собой цилиндрическую ступицу, на которой радиально, на равных расстояниях расположены лопасти (рис. 133). У современных гребных винтов их бывает от двух до шести. На моделях чаще ставят вин­ты с двумя, тремя и реже с четырьмя лопас­тями. Часть лопасти, примыкающая к ступи­це, называют корнем, а наиболее удаленную от оси вращения точку — концом лопасти. Боковую кромку лопасти, которая входит в поток при вращении винта на передний ход, называют входящей, противоположную ей — выходящей кромкой. Поверхность лопасти винта, обращенную в корму судна, называют нагнетающей, а сторону, обращенную к но­су, — засасывающей.
Формы лопастей гребного винта и их рас­положение на ступице таковы, что при вращении они захватывают воду и отбрасывают ее в сторону, обратную движению судна. В свою очередь, на лопасти винта действует реактивная сила (упор винта), которая и движет судно с определенной скоростью, пре­одолевая сопротивление воды. Таким обра­зом, гребной винт является преобразовате­лем вращательной энергии гребного вала, связанного с главным двигателем, в поступа­тельное движение судна.
Эффективность работы гребного винта характеризуется величиной его коэффициен­та полезного действия (к.п.д.), представляю­щего отношение полезной мощности винта к затрачиваемой мощности двигателя, т. е. к.п.д.
Известно, что к.п.д. гребного винта всегда меньше единицы, так как при его работе воз­никают различные потери мощности. К этим потерям относятся: потери в валопроводе, ре­дукторе (если он имеется), трении лопастей и ступицы о воду и многие другие.

Винтовые линии и винтовые поверхности. Каждая точка поверхности лопасти движет­ся по винтовой линии. Винтовую линию мож­но представить себе следующим образом. Предположим, что по поверхности кругового цилиндра (рис. 134) перемещается точка А, совершая одновременно два движения: по­ступательное параллельно оси и вращатель­ное вокруг оси цилиндра. В результате тако­го движения точка А вычертит на поверхно­сти кругового цилиндра пространственную кривую АВД, которая и будет винтовой ли­нией. Высоту АД подъема точки А за один оборот, измеренную параллельно оси цилинд­ра, называют шагом винтовой линии и обо­значают буквой Н.
Если теперь поверхность цилиндра разре­зать по боковой поверхности и развернуть на плоскость, то винтовая линия развернется в гипотенузу плоского прямоугольного тре­угольника. В этом треугольнике АСЕ, назы­ваемом шаговым угольником, катет АЕ ра­вен длине окружности основания цилиндра 2яг, а катет ЕС шагу винтовой линии. Угол & называют шаговым  углом винтовой линии.
Тангенс этого угла равен:

Отсюда видно, что величина шагового уг­ла уменьшается с увеличением радиуса и что шаг винтовой линии будет равен:
Если   винтовая   линия,  развернутая   на плоскость, превращается в прямую, то ее на­зывают правильной, или линией постоянного шага. Во всех  точках такой линии уклон или шаговый угол & одинаковый, а следователь­но, и шаг Я имеет во всех точках постоянное значение. Если же при развертывании винто­вой линии на плоскость она превратится в кривую, то такую линию называют непра­вильной винтовой, или линией переменного шага. Она может быть обращена выпукло­стью вниз или вверх (пунктирная кривая, рис. 135). Высоту, равную подъему точки по поверхности цилиндра за один оборот, в дан­ном случае называют средним шагом hep винтовой линии переменного шага.
Рассмотрим теперь, как образуются вин­товые поверхности. Предположим, что отре­зок прямой линии ab (рис. 136) движется так, что не точка, а один конец его а все время перемещается по оси цилиндра, а другой b — по винтовой линии, нанесенной на цилиндре, то след от такого движения отрезка ab в про­странстве образует винтовую поверхность. При движении отрезка аb каждая его точка вычертит винтовую линию.
Отрезок линии ab называют образующей винтовой поверхности. Им может быть отре­зок как прямой, так и кривой линии с раз­личными наклонами к оси вращения. На рис. 137, А, Б показаны винтовые поверхно­сти в форме лент, полученных с помощью различных образующих и навитых на ци­линдр малого радиуса. Лопасть гребного винта представляет собой часть поверхности та­кой винтовой ленты. Гребной винт с несколь­кими лопастями можно представить как бы вырезанным из нескольких винтовых лент, смещенных по окружности на равные рас­стояния одна от другой. Из внутреннего ци­линдра, на который навита лента, образуется ступица гребного винта.
На рис. 138 показана развертка винтовой поверхности постоянного шага, которая по­лучена пересечением винтовой поверхности тремя сносными цилиндрами с радиусами г1, г2 и г3. Как видно из чертежа, шаг h всех t трех винтовых линий, образующих винтовую поверхность, является постоянным, т. е. име­ет одинаковую величину на любом радиу­се. Гребные винты, отвечающие этим требо­ваниям, называются гребными винтами по­стоянного шага.
В зависимости от того, какого вида вин­товая поверхность образует лопасти гребного винта, различают винты постоянного или пе­ременного шага. Сечению лопастей придают различную форму. Поэтому разные точки лопасти при вращении винта движутся по различным винтовым линиям переменного или постоянного шага.

На рис. 139 изображен трехлопастный гребной винт, образованный из трех винто­вых лент, смещенных одна относительно дру­гой на 120°. Если рассечь его сносным цилин­дром радиуса R и контур сечения лопасти раз­вернуть на плоскость, получится профиль се­чения лопасти на данном радиусе.
В зависимости от типа и назначения суд­на применяют винты с различными профиля­ми сечения лопастей. Для моделей чаще все­го применяют винты с сегментными, авиа­ционными и клинообразными сечениями лопастей — с острой входящей и тупой вы­ходящей кромками (рис. 140). Наибольшая толщина сечения лопасти у сегментного про­филя находится на средине лопасти, а у авиа­ционного на Уз от входящей кромки. Все эти профили могут быть как плоско-выпуклыми, так и выпукло-вогнутыми.
Нагнетающая сторона лопасти может иметь форму винтовой поверхности постоян­ного или переменного шага.
Авиационные профили сечения лопастей эффективней сегментных, так как они созда­ют больший упор и их к.п.д. примерно на 5 % больше.
Двояковыпуклые профили при всех про­чих условиях создают еще больший упор, так как кривизна (вогнутость) профиля сечения влияет на гидродинамические характеристи­ки гребного винта подобно увеличению гео­метрического шага винта. Гребной винт мож­но делать несколько меньшего диаметра и шага, но создающего равноценный упор по сравнению с гребным винтом плоско-выпук­лого сечения несколько большего диаметра и шага.
Вообще для всех моделей, кроме скорост­ных, вполне подходит плоско-выпуклый про­филь сечения кругового сегмента с постоян­ным шагом, создающий достаточный упор и обеспечивающий необходимую скорость мо­дели.
Для скоростных кордовых моделей в свя­зи с возникновением кавитации1 на лопа­стях гребного винта применяют специальный профиль сечения лопасти — двояковыпук­лый, клювообразный, с острой, как нож, вхо­дящей и тупой выходящей кромками (рис. 140).
Качество подобных профилей сечений значительно хуже, чем обычных авиацион­ных или сегментных профилей, и применять их при отсутствии кавитации бессмысленно. Сегментные профили, особенно с вогнутой на­гнетающей поверхностью, меньше подверже­ны кавитации, чем авиационные, но для ра­боты во второй стадии кавитации сегментные профили лучше авиационных, например, на скоростных радиоуправляемых моделях с двигателем внутреннего сгорания. Радиально переменный шаг гребного винта рекомендует­ся делать у одновинтовых моделей с сильно наклоненным валом, например у скоростных управляемых моделей.

Комментарии   

0 #4 Армоша 03.02.2017 19:13
Полезная книга.
Цитировать
0 #3 Андреев Константин Анатольевич 25.12.2015 20:32
Поучительно
Цитировать
0 #2 Караев Алексей Иванович 16.12.2015 06:33
Да уж
Цитировать
+3 #1 андрей 30.11.2011 17:54
Эту-бы книжицу ,да лет двадцать назад-ума бы лишился.
Цитировать

Добавить комментарий

Вы можете войти на сайт и оставить комментарий используя:
           


Защитный код
Обновить