Форум атеистов Рунета

Так не надо было говорить про КПД. Вы сами-то хоть понимаете почему КПД винта больше?

Расчёт КПД гребного винта применительно к судну «Золотое кольцо» (проект ПКС‑180)

Исходные данные для реального судна:

• Длина ≈ 80,5 м
• Ширина ≈ 13,8 м
• Осадка в полном грузу 1,2 м
• Водоизмещение полное ≈ 1100 т
• Мощность главных двигателей 2 × 662 кВт = 1324 кВт (≈ 1800 л.с.)
• Скорость полного хода 12 уз (≈ 6,17 м/с)
• Фактический движитель – два гребных колеса с поворотными плицами (диаметр около 3,5 м)

1. Сопротивление и требуемый упор
КПД колесной пропульсивной установки (с учётом всех потерь) примем η_колес ≈ 0,55…0,60. Полезная тяговая мощность:
P_E = P_S × η_колес = 1324 × 0,55 ≈ 728 кВт.
Сопротивление воды на 12 уз:
R = P_E / V = 728 / 6,17 ≈ 118 кН.
Необходимый упор для винта с учётом коэффициента засасывания t ≈ 0,1:
T = R / (1 – t) = 118 / 0,9 ≈ 131 кН.

2. Ограничение по диаметру винта
При осадке 1,2 м под плоским днищем максимальный реальный диаметр (даже с тоннельной кормой) составляет около D_max ≈ 1,1…1,3 м. Примем двухвальную установку с двумя винтами диаметром D = 1,1 м каждый. Суммарная площадь гидравлического сечения:
A₀ = 2 × (π×D²/4) = 2 × 0,785 × 1,21 ≈ 1,90 м².

3. Коэффициент нагрузки винта
Коэффициент попутного потока w ≈ 0,15 → осевая скорость в диске винта:
V_a = V × (1 – w) = 6,17 × 0,85 ≈ 5,24 м/с.
Упор на один винт: T₁ = 131 / 2 = 65,5 кН.
Коэффициент нагрузки по упору:
C_T = T₁ / (0,5 × ρ × V_a² × (π×D²/4)) =
= 65 500 / (0,5 × 1000 × (5,24)² × 0,95) ≈ 65 500 / 13 045 ≈ 5,02.

4. Идеальный и реальный КПД изолированного винта
Идеальный КПД (по теории идеального пропеллера):
η_i = 2 / (1 + √(1 + C_T)) = 2 / (1 + √6,02) ≈ 2 / 3,454 ≈ 0,579.
Реальный КПД в свободной воде с учётом потерь формы и кавитации при такой высокой нагрузке:
η₀ = η_i × η_R ≈ 0,579 × 0,75 ≈ 0,434 (43,4 %).
Полный пропульсивный коэффициент с учётом влияния корпуса (η_H = (1–t)/(1–w) ≈ 1,06):
Q = η_H × η₀ = 1,06 × 0,434 ≈ 0,456.

Это означает, что для достижения прежней тяги пришлось бы подать на валы мощность
P_D = P_E / Q = 728 / 0,456 ≈ 1596 кВт,
что значительно превышает установленную мощность (1324 кВт). С имеющимися дизелями судно до 12 узлов просто не разогналось бы.

5. Сравнение с реальным колесным движителем
Современные гребные колёса с поворотными плицами на ПКС‑180 имеют КПД порядка 0,55…0,60 (в расчётном режиме до 0,65). Причины:

• Диаметр колеса (~3,5 м) не ограничен осадкой, и упор создаётся с низкой нагрузкой на единицу площади.
• Плицы входят в воду сверху – отсутствуют потери от засасывания днищем и кавитационные ограничения малого диаметра.

Основные цифры в сравнении:

• Коэффициент нагрузки C_T: у гипотетического винта ~5,0 (очень высокий), у реальных колёс ~1,5–2,5 (умеренный)
• КПД движителя η₀: винт ~0,40–0,45, колёса ~0,55–0,60
• Потребная мощность для 12 уз: винт ~1600 кВт, колёса 1324 кВт (факт)

Вывод
При осадке всего 1,2 м гребной винт неизбежно становится «маленьким и перегруженным» (C_T > 5), его КПД падает до 40–45 %. Современное колесо, напротив, обходит это ограничение и в данных условиях оказывается эффективнее винта на 15–20 % по полному пропульсивному коэффициенту. Именно это и имел в виду конструктор, говоря, что «колесо не хуже» винта. Это не архаика, а осознанный инженерный выбор под конкретную нишу.