АВТОМОБИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА КАТЕРЕ

Раздел: Техника

Основным источником вибрации винторулевого комплекса является винт. Момент на валу и упор винта изменяются в момент пересечения лопастью следа от кронштейна вала или дейдвуда, причем имеет значение число лопастей. При винте с четным числом лопастей (2, 4) две лопасти одновременно пересекают след от кронштейна, поэтому изменение упора н крутящего момента будет значительным— оно может достигать 20% средних значений упора н момента. При нечетном же числе лопастей в каждый данный момент пересекает след только одна лопасть, в связи с чем изменение упора и крутящего момента будет меньше (до 7%). Однако в момент пересечения следа возникает момент, который изгибает гребной вал. Колебания изгибающего момента у винтов с нечетным числом лопастей могут достигать 100% среднего значения крутящего момента, в то время как у винтов с четным числом лопастей их значение невелико.

Если ось вала расположена под углом к ватерлинии, а следовательно, к направлению скорости набегающего потока, то упор каждой лопасти будет изменяться в течение одного оборота. В результате появятся дополнительные переменные составляющие упора и момента на валу. В условиях качки илн на циркуляции возникает также косое обтекание винта, что также приводит к появлению переменных составляющих упора и момента на валу. Особенно сильные вибрации возникают на крутой циркуляции или сильном рыскании катера на волнении. В таких случаях из-за больших углов атаки кронштейна обтекание становится срывным и ширина следа за кронштейном резко увеличивается. К вибрациям, связанным с косым обтеканием винта, прибавляются интенсивные вибрации, связанные с пересечением развитого следа от кронштейна.

В момент, когда лопасти при движении проходят близко от поверхности днища, там фиксируется всплеск давления. Таким образом, работа винта вызывает вибрацию днища. Работа винта в непосредственной близости от поверхности воды может сопровождаться периодическим подсасыванием воздуха, что также вызывает нерегулярную низкочастотную вибрацию.

Другой причиной вибрации является статическая и гидродинамическая (за счет разношаговости) неуравновешенность винта. Наконец, система вихрей, сходящих с лопастей винта, взаимодействуя с рулем, вызывает его вибрацию. Основные пути снижения вибрации винта — улучшение обтекаемости кронштейна и увеличение расстояний от вннта до кронштейна, от винта до днища, от винта до руля (см. § 21).

Требования по статической и гидродинамической неуравновешенности приведены в § 29. Важное значение с точки зрения передачи вибрации на корпус от винта через гребной вал имеют тип упорного и опорного подшипников гребного вала, а также тип сальникового устройства. Отдельно установленные упорные подшипники, опорные подшипники качения и скольжения с бронзовыми или капроновыми втулками н жесткие сальники практически полностью передают вибрации. Резинометаллические опорные подшипники с правильно выбранными зазорами (0,2—0,4 мм) несколько уменьшают уровень вибрации в катере, особенно при большой частоте вращения винта. Такие подшипники являются по существу своеобразными амортизаторами. Заметим, что канавки для смазки такого подшипника в целях уменьшения вибрации должны быть расположены по винтовой линии.

Увеличение числа лопастей, уменьшение диаметра винта или увеличение его частоты вращения, как правило, уменьшают уровень вибрации. Не рекомендуется, чтобы у водометов число лопастей ротора было равно или кратно вдел у лопаток спрямляющего аппарата.

Рассмотрим способы крепления кронштейна к набору. Во многих проектах катеров кронштейн крепится к килю в промежутке между шпангоутами. Однако такое крепление не обеспечивает необходимой прочности в процессе эксплуатации. Увеличить прочность можно, например, за счет установки поперечной балки, к которой через киль крепится кронштейн, а концы балки крепятся к подмоторной раме. Однако такие переделки иногда приводят к увеличению вибрации от работы винта. Это связано с тем, что первоначально жесткость кронштейна была невысокой н частоты собственных колебаний винта с кронштейном в поперечном и вертикальном направлениях также невысокими, резоиаис возникал на средних оборотах винта и вследствие небольших значений возмущающих сил был незаметен. Увеличение жесткости сдвинуло резонанс в область больших оборотов, в результате чего вибронзоляция ухудшилась.

Резиновая втулка в винте по типу резиновых втулок подвесных моторов «Москва-М» (если отсутствует металлический контакт между винтом и валом) не только будет демпфировать изменение крутящего момента, но и может явиться своеобразным амортизатором от знакопеременных нагрузок, изгибающих вал. Однако применение таких втулок с этой целью возможно, если максимальная частота вращения вин- га больше 2000 об/мин.

Установка винта в насадку уменьшает уровень вибрации только в том случае, если зазор между лопастью и насадкой постоянен; то же самое относится к водометам.

Уменьшить вибрацию руля можно за счет увеличения расстояния от руля до винта. Однако при этом ухудшается управляемость на малой н средней частоте вращения и несколько уменьшается КПД тяже- лонагруженных винтов. Следует помнить о недопустимости 'люфтов в подшипниках баллера, так ках они приводят к усилению шума и вибрации. В некоторых случаях целесообразно установить подшипники баллера на втулки-амортизаторы по типу применяемых для опорного подшипника гребного вала.

Известный способ уменьшения вибрации — уменьшение передачи вибрации через трос. Установка двух мягких резиновых шайб в разрыв троса в районе его крепления к сектору не только уменьшит уровень вибраций, но н создаст постоянное натяжение троса. Откидная угловая колонка, если оиа навешена на транец, объединяет в себе виит и руль, поэтому также является источником вибрации.

Если откидная колонка установлена на быстроходном катере, то во время эксплуатации углы скоса потока относительно винта, как правило, будут невысокими. Поскольку частота вращения виита в таких случаях достаточно высока, вибрация будет небольшой (для уменьшения вибрации можно установить резиновую втулку в винте). Некоторое увеличение вибрацнн при плавании на волнении (когда угол скоса потока будет увеличен) едва ли будет заметно на фоне ударных нагрузок от волн, действующих на корпус катера. Если колонка установлена на тяжелом катере (п -С 2000 об/мнн), то уровень вибраций будет больше. Попытка же установить колонку на амортизаторы, как это делается в подвесных моторах, вызовет серьезные осложнения. При той же массе, что н подвесной мотор, колонка передает в три- четыре раза больший упор винта. Следовательно, чтобы ограничить перемещение колонки под действием упора, жесткость амортизаторов придется увеличить; это приведет к увеличению частоты собственных колебаний.

В связи с тем, что центр тяжести колонки окажется в районе ватерлинии, невозможно будет обеспечить симметричное расположение амортизаторов. Поэтому собственные колебания оказываются связанными и, следовательно, их максимальная частота повышается по сравнению с симметрично расположенными амортизаторами. Все это приведет к тому, что верхние частоты собственных колебаний будут достигать 30—50 Гц, а нижние 8—15 Гц. Это значит, что такая система амортизации будет обладать весьма низкой виброизоляцией в сочетании с большими перемещениями под действием статических нагрузок. Поэтому целесообразно крепить колонку к двигателю в устанавливать весь агрегат на амортизаторы.

Таким образом,, чтобы катер со стационарным двигателем отличался низким уровнем шума и вибрации, необходим полный комплекс мероприятий по шумо- глушетаю, амортизации и уменьшению уровня возмущающих нагрузок.