Как винт двигает корабль (2 фото)

Ранее мы уже рассказывали о том, как работает противоторпедная защита корабля и как якорь способен удержать на одном месте огромное судно.

Изобретение водоподъёмного винта приписывают легендарному греку Архимеду. По сути, уже и этот винт подходил для отталкивания самого себя от водяной массы. Но идея применения гребного винта как движителя была высказана в 1752 году Даниилом Бернулли и, позднее, Джеймсом Уаттом. Тем не менее, всеобщее признание гребной винт снискал не сразу. Хотя сам принцип действия гребного винта никогда не был секретом, но только в 1836 году английский изобретатель Френсис Смит сделал решающий шаг, оставив от длинной спирали Архимедова винта только один виток. Причём, городские легенды приписывают изобретение поломке - дескать, на паровом катере у деревянного винта отломилась часть, после чего скорость катера парадоксально возросла.

Удачные опыты Смита привели к образованию компании, на средства которой был построен винтовой пароход «Архимед». При водоизмещении всего в 240 т «Архимед» был оснащён двумя ходовыми паровыми машинами мощностью по 45 л. с. каждая и единственным винтом диаметром чуть более 2 метров (первоначальный винт Смита представлял собой часть винтовой поверхности прямоугольного образования, соответствующую одному целому шагу).

Одновременно со Смитом и независимо от него разрабатывал применение гребного винта как движителя известный изобретатель и кораблестроитель швед Джон Эрикссон. В том же 1836 году он предложил другую форму гребного винта, представлявшую собой гребное колесо с лопастями, поставленными под углом. Он построил винтовой пароход «Стоктон» (мощности ходовых паровых машин — 70 л. с), совершил на нём переход в Америку, где его идею приняли восторженно и в начале 1840-х годов был спущен первый винтовой фрегат США «Принстон» (USS Princeton, водоизмещение 900 т, мощность машин 400 л. с., дававших ему ход до 14 узлов) с винтом конструкции Эриксона. На испытаниях корабль развил ранее невиданную 14-узловую скорость.

В итоге в середине XIX века началась массовая переделка парусников в винтовые корабли. С тех пор в общем и целом система движения на море не изменилась.

Любой современный гребной винт является лопастным и состоит из ступицы и лопастей, установленных на ступице радиально, на одинаковом расстоянии друг от друга, повёрнутых на одинаковый угол относительно плоскости вращения и представляющих собой крылья среднего или малого удлинения.
Гребной винт насаживается на гребной вал, приводимый во вращение судовым двигателем. При вращении гребного винта каждая лопасть захватывает массу воды и отбрасывает её назад, сообщая ей заданный момент импульса, — сила реакции этой отбрасываемой воды передаёт импульс лопастям винта, лопасти, в свою очередь, — гребному валу посредством ступицы, и гребной вал, далее, — корпусу судна посредством главного упорного подшипника.

Гребные винты различаются по:
шагу — расстоянию, которое проходит винт за один оборот без учёта скольжения;
диаметру — окружности, описываемой наиболее удалёнными от центра концами лопастей;
дисковому отношению — отношению суммарной площади лопастей к площади круга с радиусом равным радиусу винта;
количеству лопастей — от 2 до 7 (изредка больше, но наиболее часто 3—4 лопасти);
конструкционному материалу — углеродистая или легированная (например, нержавеющая) сталь, алюминиевые сплавы, пластики, бронзы, титановые сплавы;
конструкции ступицы (резиновый демпфер, сменная втулка, сменные лопасти);
прохождению выхлопа — выхлоп через ступицу или под антикавитационной плитой;
диаметру ступицы;
количеству шлицов втулки.
Диаметр окружности, описываемой концами лопастей при вращении винта называется диаметром винта. У современных винтов он колеблется от десятков сантиметров (моторные лодки) до 5 метров (океанские лайнеры).

Интерцептор это загнутая исходящая кромка, которая на гребных винтах способствует увеличению способности винта к захвату воды.

Гребной винт лучше всего работает, когда его ось вращения расположена горизонтально. У винта, установленного с наклоном, и в связи с этим — обтекаемого «косым» потоком, коэффициент полезного действия всегда будет ниже. А для передачи большой мощности более тяжёлым кораблям часто применяют двух- и трёхвальные установки, а некоторые большие корабли (например, авианосцы, супертанкеры, атомные ледоколы) оснащаются четырьмя симметрично расположенными гребными винтами.

Интересно, что гребные винты морских ледоколов арктического класса всегда имеют повышенную прочность, так как их вторая функция — дробление льда при движении ледокола задним ходом.

Самые большие гребные винты достигают высоты трёхэтажного здания, а их изготовление требует уникальных навыков. Во времена, когда был создан винтовой пароход «Great Britain», на изготовление форм гребного винта уходило до 10 дней. Сегодня благодаря наличию компьютерных технологий роботизированный манипулятор делает это за пару часов. Винт должен быть достаточно прочен, чтобы выдержать тысячи тонн давления и не подвергаться коррозии в солёной морской воде. Наиболее распространёнными материалами для изготовления гребных винтов являются латунь, бронза, сталь, также специальные сплавы, например, сплав куниаль — он имеет прочность стали, но гораздо лучше противостоит коррозии. Куниаль может находиться в воде десятилетиями, не ржавея при этом. В последние годы для этих целей стали применять и пластмассы.