Банальная логика обывателя подсказывает, что гребной винт катера или яхты должен быть полностью погружён в воду, только тогда он будет максимально эффективен при вращении.
Однако реальность диктует другое - оказывается, частично погружённый гребной винт (ЧПВ) имеет целый ряд преимуществ перед "традиционно расположенным". Причём отличается он не только глубиной погружения, но и геометрией самого винта - выпукло-вогнутым профилем лопасти, необходимым для повышения КПД движителя, увеличенным числом лопастей, которое должно уменьшить пульсирующие гидродинамические силы, попеременно возникающие на лопастях, когда они пересекают поверхность воды, и пр.
Эту неожиданную особенность выяснили, кстати, довольно давно, по крайней мере, сама идея в виде соответствующего патента была оформлена ещё в 1869 американцем Ц. Шарпом. А в 50-е годы всех поразил глиссер неограниченного класса «СлоМоШан», развивавший с ЧПВ скорости свыше 280 км/ч.
Именно на гоночных судах применение ЧПВ было особенно удачным, поскольку позволяло избавиться от излишнего гидродинамического сопротивления выступающих частей - гребных валов и их кронштейнов.
Кроме того, при вращении классически расположенного (полнопогружённого) винта возникает такое крайне неприятное явление как кавитация - вскипание воды, сопровождающееся лопаньем пузырьков пара и гидравлическими ударами в поверхность лопастей, что вызывает их эрозию - выкрашивание частиц металла, сильную вибрацию и потерю скорости судна. А вот у ЧПВ этого почему-то нет.
Как нет и ЭФФЕКТА МАГНУСА - появления направленной вверх и назад поперечной силы на валу, обтекаемом встречным потоком воды. Величина этой составляющей, учитывая высокие скорости движения гоночных катеров и частоту вращения вала, играет довольно заметную роль и нередко для ее устранения вал помещают в неподвижную трубу-кожух.
Короче, на катере или яхте, движущейся с полной скоростью, с водой контактируют только часть поверхности лопастей, руль и небольшой плавник - защитная шпора.
А максимально высокое расположение винта относительно уровня воды позволяет не бояться повредить его о донные камни.
Все эти прелести постарался учесть в своём изобретении американский изобретатель и гонщик Ховард Арнесон, который усовершенствовал ЧПВ, разработав трансмиссию для быстроходных катеров мощностью двигателя от 200 до 10 000 л.с. с частично погруженным гребным винтом. Его изобретение получило название ПРИВОДА АРНЕСОНА.
Выражаясь формальным языком, это движительный комплекс, позволяющий управлять судном, обеспечивает оптимальные параметры работы суперкавитирующего полупогружённого гребного винта быстроходных катеров. В нем вал гребного винта помещен в корпусе (трубе) и оснащен карданным шарниром и подшипником, воспринимающим упор винта. Корпус ПРИВОДА АРНЕСОНА крепится фланцем к транцу судна, а его подвижная часть подвешивается к транцу системой гидроцилиндров, позволяющей поворачивать трубу в вертикальной плоскости в пределах до 15° - оптимизируя заглубление винта, а также в горизонтальной плоскости до 40° - для управления курсом судна.
Иным языком, такой привод позволяет регулировать высоту, точнее, глубину погружения винта в воду, что значительно облегчает жизнь капитану судна в тех или иных условиях. А если надо, можно вообще, как говорится, "вытащить" их целиком наверх.
И вот вам результат: при использовании ПРИВОДА АРНЕСОНА общее сопротивление воды движению судна снижается от 5% на малых скоростях до 30% (речь идёт о катерах длиной около 15 м, движущихся со скоростью от 10 до 45 узлов). Также устраняется сопротивление всех выступающих частей за исключением небольшого тонкого плавника-шпоры, расположенного перед винтом. И даже при повороте катера на этом плавнике не возникает большой тормозящей силы, так как поворот осуществляется главным образом за счет изменения направления упора винта, а плавник практически постоянно ориентирован по линиям тока воды, засасываемой винтом.
Что очень важно, падает расход топлива, причём довольно ощутимо - от 11% до 40%.
В ряде случаев используют гибридные конструкции, в которых есть и обычный винт, расположенный под днищем, и ПРИВОД АРНЕСОНА. Зачем оно именно так - не совсем понятно.
Ховард Арнесон (25 мая 1921 - 16 июня 2020) - американский изобретатель, гонщик, мультимиллионер, стрелок.
Не имея технического образования, умудрился создать много чего интересного, а главное - продать это, заработав столько, сколько не зарабатывают иные инженеры с дипломами технических вузов.
Изобретать он начал, работая продавцом телевизоров в магазине, когда в 1950 году вместе с Мак Дональдом запатентовал поворотный сигнал для автомобилей. Это принесло ему достаточно денег, чтобы уволиться и стать независимым предпринимателем. Правда, его второй патент - приманка для рыбной ловли, так же как и прибор для уборки листьев с клумб с помощью водяной струи, не стал популярным. Зато создание автоматического пылесоса для бассейна Arneson Pool Sweep, запатентованного в 60-е годы, не просто сделало его баснословно богатым, но и создало целую новую отрасль, в которой сегодня крутятся десятки миллиардов долларов.
Заработав достаточно денег, Арнесон занялся любимым делом - охотой, рыбной ловлей и гонками на моторных лодках. И тут тоже, как говорится, отметился на весь мир. Помимо этого он разработал и запатентовал множество других морских и неморских изделий, а попутно выиграл несколько чемпионатов.
Он на практике доказал, что частично погружённые винты должны иметь большее количество лопастей - не 3, как было раньше, а 4, 5 или 6. На 3-лопастном пропеллере каждая лопасть несёт 33% нагрузки, а на 5-лопастном пропеллере каждая лопасть несёт только 20% нагрузки.
Печальный факт, о котором сообщают американские СМИ: на одну из своих лодок Арнесон установил российскую турбину мощностью 3000 л. с. Однако российский двигатель, хотя и был совершенно новым, оказался очень ненадёжным (два из них взорвались), поэтому его заменили на более мощный восстановленный Lycoming. Допускаю, что американцы всё врут. Но могут допустить и что они не всё врут.
Вы можете поддержать канал, перечислив любую доступную вам сумму на кошелёк ЮMoney 4100 1102 6253 35 (или на карту Райффайзенбанка 2200 3005 3005 2776). И поучаствовать в создании книги по материалам этих статей. Заранее всем спасибо!