Гребной винт, он (вроде бы) штука простая, но это только так кажется. Я пока не касаюсь винтов регулируемого шага (там все чуть сложнее). Даже для лодки или любительского катера есть длинные и путанные рекомендации (большинство из которых совершенно бредовы), которые обычно заканчиваются словами: "Подбор гребного винта — процесс кропотливый и иногда непредсказуемый. Лучше всего поручить решение задачи профессионалам".
Ну, а если ты профессионал, и тебе деваться некуда, то плясать ты должен... (правильно), от технического задания в котором оговаривается скорость. Потом нужно посчитать буксировочное сопротивление еще не построенного судна, получить упор винта, скрестить его с оборотами двигателя (которые по закону подлости оказываются выше или ниже требуемых).
Цена ошибки: винт (например) может оказаться "легким" (когда он просто мешает воду, не выдавая нужной скорости) или "тяжелым" (когда двигатель просто не может выдать нужный крутящий момент и "садятся" обороты).
Или спроектировал отличный трехлопастной винт, а он внезапно дает вибрацию (как когда-то было на лайнерах) и приходится ставить другой, четырехлопастной (а он дороже). Разные ситуации бывают.
То ли дело винт регулируемого шага! У ВРШ возможно менять шаг гребного винта за счет поворота лопасти вокруг вертикальной оси с использованием механических компонентов и гидравлики. В этих условиях даже реверс двигателя, порой не нужен, поворот лопастей винта все решает! Повышается маневренность судна и эффективность работы двигателя. Все это прекрасно, но цена... Ну, и не только цена. Эффективность ВРШ несколько ниже, чем у ВФШ тех же размеров из-за большей ступицы, в которой нужно размещать механизм поворота лопастей и гидравлику. А еще есть риск протечек. Если ВРШ потек, то... (проблема)
А еще бывает так, что ты спроектировал самый лучший в мире винт, под нужные обороты, с нужным упором, с двигателем он "скрестился", все прекрасно, но он "не лезет" в кормовой подзор. Что тогда? Ставить несколько винтов? Дорого.
Столкнувшись с проблемой вибрации и эрозии, вызванной кавитацией на концах лопастей нагруженных винтов, немецкий гидромеханик Людвиг Корт в 1928 году помещает винт в кольцеобразную насадку (в надежде увеличить давление и снизить кавитацию) Эффект получился немного другим. Как это ни странно, винт стал работать эффективнее.
Оказалось, что кольцевая насадка на винт дает следующие преимущества:
- Увеличение статической тяги винта без повышения мощности двигателя. Статическая тяга может увеличиться в 1,2 раза, что равносильно увеличению диаметра винта на 30%.
-Разгрузка винта. Возникающая вокруг профиля насадки циркуляция набегающего потока разгружает винт, перекладывая часть упора на насадку.
-Выравнивание поля скоростей потока. При работе в потоке насадка формирует поле скоростей перед винтом, выравнивая его практически соосно винту.
-Повышение КПД винта. Наличие насадки препятствует перетеканию у концов лопастей, практически исключает концевые потери и повышает КПД винтового комплекса.
А ежели сделать насадку поворотной, но и традиционный руль не очень нужен. ну и еще одно достоинство: уменьшается риск повреждения винта на мелководье.
В принципе, сейчас эффективность работы винто-рулевого комплекса повышают за счет добавления деталей как перед винтом, так и позади гребного винта. Добавление таких деталей в виде плавников или ребер является одним из способов снижения потерь мощности и экономии топлива. Большинство подобных устройств проходят предварительные испытания на моделях с тщательным замером всех характеристик и параметров перед установкой их на гребные винты коммерческих судов. Потери мощности винта, как правило, связаны с образованием спутных вихрей, устранить которые, и пытаются с помощью добавления таких деталей. Целью подобных инноваций является создание наиболее благоприятных условий для работы гребного винта. Насадки, плавники, сопла, бульбы и другие устройства используются для снижения требуемой мощности и повышения скорости судна. Но то сейчас...
Свои выводы Людвиг Корт опубликовал в 1928 году, но запатентовал он свою насадку только в 1936-м, зато в 1940-м он предлагает "винт наоборот" (и патентует его. Идея проста. Бесступичный винт в насадке (где насадка является электродвигателем). Техническое решение, явно опередившее свое время, но...
Но у нас принято писать иное:
А немецкий инженер-гидродинамик Людвиг Корт (1888 - 1958) усовершенствовал идею Стипы и разработал устройство, которое позволяло водным транспортным средствам передвигаться заметно быстрее. Сейчас его называют СОПЛОМ КОРТА или "канальным гребным винтом".
Ну, нет, же, господа, Луиджи Стипа опубликовал свою работу в журнале Rivista Aeronautica в 1932 году, уже после того, как Корт открыл этот эффект. Ну, и, если честно, его "научное" обоснование эффекта «интубированного пропеллера» (которое было приведено в журнале) весьма далеко от научного. Закон Бернулли, действительно устанавливает зависимость между скоростью стационарного потока жидкости и её давлением, но те соображения, которые выкладывал Стипа в статье, с точки зрения современной науки весьма... спорные (и не описывают физику процесса). Но, тем не менее, Стипа запатентовал свой пропеллер в 1938 году в Германии, Италии и США, его работа была опубликована во Франции, Германии, Италии, Великобритании и США, где её изучил Национальный консультативный комитет по аэронавтике (но оставил весьма скептический отзыв).
Зато, Л.Стипа нашел этому эффекту оригинальное применение. Он построил "летающую бочку" "Стипа-Капрони". Сейчас принято писать о том, что "В его концепции фюзеляж одномоторного самолёта, спроектированный вокруг интубированного пропеллера, имел форму трубки Вентури, с винтом и гондолой двигателя внутри трубы". Изначально "бочка" внутри имела постоянное сечение, просто когда прототип не выдал желаемого результата, и специалисты "Капрони" предложили внутренний профиль, повторяющий трубку трубку Вентури (такой же как применяется на эжекторах), что позволило немного снизить диаметр винта и фюзеляжа.
В общем. Луиджи Стапа умер в 1993 году, обиженный на весь мир, что его не признали первооткрывателем... реактивного двигателя.
В этой истории есть еще одно имя: Уиллард Рэй Кастер, который прошел где-то рядом со своей идеей "арочного крыла. К 1928 году он разработал первую модель нового крыла самолета, на которую получил патент в 1929 году. Идея проста (и актуальна по сию пору).
Но... это не совсем "то" (но где-то близко). Винты у его самолета были толкающие. Еже ли бы поставить две "бочки"....
Но здесь идея немного другая.
С точки зрения аэродинамики Кастер был совершенно прав. Подъемная сила тем выше, чем выше скорость потока по верхней кромке крыла относительно нижней. Полукруглые каналы-арки действительно пропускали поток сверху с более высокой скоростью, чем снизу; этому способствовал расположенный в арке толкающий пропеллер — в теории все было идеально. Более того, подобная форма позволяла не только проще взлетать и садиться, но лучше контролировать самолет в воздухе, особенно на низких скоростях. Казалось, что Кастер придумал идеальную схему для воздушной акробатики или для самолетов-тихоходов, работающих, например, в сельском хозяйстве.
В 1942 году, после испытания нескольких моделей, Кастер построил натурный образец летательного аппарата Custer Channel Wing 1 (CCW-1, арочное крыло Кастера№1,). Ключевой элемент данного летательного аппарата – полукольцевые секции каждой консоли крыла, которые расположены около борта фюзеляжа.
Только вот практика разошлась с теорией. Самолет показал обыденные результаты, а в производстве профилей крыла был очень сложен.
Впоследствии Кастер на базе оперения и фюзеляжа довоенного легкого самолета Taylorcraft BC-12 построил еще один самолет собственной конструкции– CCW-2.
Последним самолетом из семейства Custer Channel Wing конструктора Уилларда Кастера стал экспериментальный CCW-5. Первый полет данная машина совершила 13 июля 1953 г. В самолете был использован фюзеляжи оперение самолета Baumann Brigadier (двухдвигательный легкий пассажирский самолет, оснащенный 225-сильными двигателями Continental O-470).
На этом самолете эффективность создания в полукруглых крыльевых каналах подъемной силы значительно снизилась из-за использования традиционных консолей крыла, имеющих внушительные размеры.
Единственную "серийную" модель выпустили в 1964 году, однако дальнейшие заказы отсутствовали, в связи с чем все работы по ней прекратили.