Гребний гвинт

Гребний гвинт - найбільш поширений рушій судів, а також конструктивна основа рушіїв інших типів. Гребний гвинт насаджується на кінець гребного валу, що приводиться в обертання двигуном. При обертанні гребного гвинта кожна лопать захоплює масу води з набігаючого потоку і відкидає її назад, повідомляючи їй додаткову осьову і окружну швидкість; сила реакції води яка відкидеється змушує корабель рухатися вперед або назад, залежно від напрямку обертання гребного гвинта.

Винти Титаніка перед спуском на воду

Історія

Гребний гвинт був вперше згаданий на фресках древнього Єгипту як пристрій для здійснення механічної роботи. Головною функцією застосування гвинтового механізму була подача води яка відкидеється з річки Ніл. Для використання в судноплавстві гвинт з ручним приводом вперше був освоєний майстрами з середньовічного Китаю.

Винт Архімеда

У Європі в 287-212 рр.. до н.е відомий давньогрецький математик, фізик і механік Архімед вивчав властивості гвинта, поміщеного в рідину.

У 1681 р. Р. Гук запропонував застосувати гвинт в якості суднового рушія.Петербурзькі академіки Данило Бернуллі (1752 р.) і Леонард Ейлер (1764 р.) займалися створенням теоретичної бази для розрахунку гребних гвинтів. До часів появи швидкохідних парових машин теорія гребного гвинта була суто академічною, незатребуваною в суднобудівній галузі, дисципліною.

Професійний столяр і винахідник Джозеф Брама (Joseph Bramah) 9 травня 1785 отримав патент на перший гребний гвинт. Човновий гвинт, запатентований Брама був дволопатевим. У 1804 і 1805 роках у США вперше була реалізована робоча конструкція гребного гвинта на одно- і двухвинтових парових баркасах, побудованих Джоном Стівенсом.

Практичне застосування гребного гвинта почалося в 1829 році.

На теплоході "Циветта" водотоннажністю 48 тонн був встановлений богемским інженером І. Ресселом гребний гвинт.

Розрахунок гребного винта

На пластині з одного боку поверхнею опуклою, а іншою плоскою, що рухається в воді (дивись малюнок), на опуклій поверхні виникає розрідження, а на плоскій - підвищений тиск.

Гребний гвинт являє собою втулку, На якій укріплені 2, 3, 4, а іноді 5 і 6 відрізків таких пластин, званих лопатями. Коли надітаючи на гребний вал втука з лопатями обертається, у воді, то на кожній лопаті виникає розрідження і тиск, результуюча яких спрямована перпендикулярно до лопасті (малюнок нижче).

Цю результуючу можна розкласти на дві взаємно перпендикулярні-сили: Т і Q, Сила Т є силою, що долає опір води рухається судну, вона називається упором гребного гвинта. Сила Q - сила, витрачається на подолання опору води, обертанню лопаті. Сила Т - корисна, а Q - даремна.

Роботу гребного гвинта можна уявити собі і в такий спосіб. Розрідження на опуклій поверхні лопаті змушує воду рухатися до гвинта, а тиск на плоскій поверхні відкидає воду за корму. Реакція відкидаємо струменя передається через лопаті маточині, гребного валу, наполегливій підшипника і корпусу судна. Рух частинок води в відкидаємо струмені гвинтоподібне і, відповідно, складається з поступального і окружного руху.

Чим більше поступальна швидкість частинок в порівнянні з окружної, тим більша частка енергії витрачається корисно і тим менша марно, або, інакше, тим 'більше коефіцієнт корисної дії гвинта.

Кожна точка лопаті, обертаючись навколо осі маточини до одночасно прямолінійно переміщаючись з судном, описує гвинтоподібну лінію, отже, якщо зобразити рух усіх точок за певний проміжок часу або, інакше, продовжити лопать і , то отримаємо гвинтову поверхню, подібну до тієї, яка зображена на малюнку.