Если гребной винт вращать при помощи механического двигателя, то винт засасывает воду перед собой, придает ей ускорение и отбрасывает за корму. Струя от винта, которая образовалась бы независимо от судна, изображена на рис. 204. Засасываемая спереди масса воды получает максимальное ускорение непосредственно у гребного винта. Благодаря этому образуется сужение набегающего потока. Одновременно набегающий поток закручивается лопастями гребного винта. Это следует иметь в виду, так как в отбрасываемой винтом струе обычно устанавливают перо руля. Неблагоприятное действие руля иногда можно изменить, приспособив его поверхность, подобно контрпропеллеру, к вращению струи от винта. В результате может быть использована энергия, содержащаяся в закрученной струе. Правда, при этом рассчитывают не на действительный выигрыш в тяге, а добиваются лучших условий для работы руля и уменьшения сопротивления его движению.

Рис. 1. Процесс, происходящий в свободной струе от винта.
1 — сужение; 2 — закручивание; 3 — ускорение; 4 — засасывание.

Представив катер буксируемым при помощи длинного троса, можно легко проследить за возникающими потоками. В первую очередь образуется потенциальный попутный поток из-за вытеснения (в стороны) носовой частью судна определенного количества воды, которое затем снова заполняет образовавшуюся пустоту в кормовой части судна.

Вдоль корпуса судна возникает значительное трение воды. Слой, становящийся к корме все толще, называют пограничным.

Он обусловлен силами вязкости воды и образует так называемый попутный поток трения. Наконец, вследствие наличия свободной поверхности под винтом может возникнуть волновой попутный поток, но только в том случае, если там образуется вершина волны. При нахождении кормы на подошве волны вода из-за волнового потока получает ускорение за кормой, что приведет к появлению отрицательного попутного потока. Гребной винт, установленный в корме судна, использует попутный поток.

Рис. 206. Схемы движения катера без попутного потока и при действии попутного потока. В результате действия упора гребного винта катер проходит меньший путь, что соответствует шагу винта и частоте его вращения. Возникает так называемое скольжение (схема Л). На схеме в виден выигрыш от попутного потока; участок пути, пройденный катером, будет больше на величину попутного потока, что видно из сравнения со схемой А. На ходовых испытаниях измеряют лишь кажущееся скольжение.

Таким образом, гребной винт судна работает в сложных условиях. На рис. 3 поток изображен в районе действия гребного винта. При проектировании очень больших гребных винтов для океанских судов шаг винта и сечения лопастей выбирают в зависимости от фактических потоков. При проектировании гребных винтов моторных катеров с умеренной скоростью необходимо также учитывать влияние попутного потока, которое продолжается до появления скоростей, соответствующих переходному режиму. Лишь у полностью глиссирующих катеров попутный поток практически не образуется.

Рис. 2. Приблизительное распределение попутного потока в плоскости гребного винта.
1 — один оборот; 2 — действительное скольжение; 3 — путь без попутного потока; 4 — скольжение номинальное; 5 — шаг винта; 6 — поступь винта; 7 — попутный поток; 8 — кажущееся скольжение; 9 — путь с попутным по» током.

Гребной винт всегда стремятся расположить как можно выгоднее в поле попутного потока. Таким потоком является попутный поток трения, влияние которого увеличивает упор винта, не требуя для этого увеличения мощности. Поскольку полезная мощность движителя равна сопротивлению движению судна, умноженному на скорость, то чем сильнее попутный поток трения, тем меньшая мощность требуется от двигателя для вращения винта. Но попутный поток трения создается на корпусе судна и на это расходуется энергия двигателя через движитель. При самом строгом расчете характеристик гребного винта следует исходить не из скорости судна, а из средней поступательной скорости гребного винта в поле попутного потока судна.

Рис. 3. Взаимодействие гребного винта с катером.
1 — попутный поток; 2 — источник сопротивления; 3 — зона уменьшения давления.

Как только начнет действовать гребной винт, значительная часть подводной части судна попадет под влияние струи от винта, которая накладывается на действующий поток. Засасывание захваченной гребным винтом массы воды увеличивает ее сопротивление движению судна. Это увеличение сопротивления, вызываемое струей от винта, называют засасыванием. Оно уменьшается при повышении скорости и полностью исчезает, как только наступает чистое глиссирование.

Свободному протеканию водяного потока, образованного гребным винтом, мешают некоторые помехи. Эги помехи находятся как перед гребным винтом в зоне набегающего потока, так и за гребным винтом. Источником помех можно считать и среднюю часть водоизмещающего катера. Однако здесь возникает полезный для гребного винта попутный поток. К источникам помех следует отнести киль или дейдвуд, гребной вал, кронштейн гребного вала, включая шпору для защиты гребного винта, которая проходит от кронштейна гребного вала под винтом до пятки руля.

Непосредственно за гребным винтом расположено перо руля, мешающее естественному потоку, В зависимости от типа судна и конструкции кормы источником помех могут быть другие выступающие части. Поэтому во время постройки судна необходимо постоянно следить за тем, чтобы все выступающие части, расположенные в районе гребного винта, были выполнены обтекаемыми.

Отстояние лопасти гребного винта от днища. В настоящее время наблюдается тенденция использовать мощные двигатели на небольших катерах. Вследствие этого гребные валы устанавливают с очень большим наклоном. Для уменьшения наклона двигателя и сохранения упора винта стремятся разместить масляный поддон картера двигателя как можно ниже, вплотную к килю, а гребной винт — как можно ближе к днищу катера.

Такое решение приводит к опасным результатам:
1) образуется сильная вибрация в кормовой части катера;
2) из-за небольшого отстояния винта днище быстро повреждается и даже полностью протирается, так как любой лист тростника и любая рыболовная леска вызывают износ;
3) выбранный гребной винт должен иметь слишком малый диаметр, что является большим недостатком.

В случае необходимости установки гребного винта вблизи днища минимальным расстоянием является 5% диаметра гребного винта. При этом возможна сильная вибрация, в результате чего очень плоское днище рекомендуется укреплять изнутри при помощи подкрепляющих листов или днищевых рамных шпангоутов. Нормальным расстоянием следует считать 10% диаметра гребного винта, идеальным было бы 12—15%.

Направление вращения гребного винта. При проектировании судового гребного винта, а также при оценке маневренности катера необходимо точно знать направление вращения винта. Тот, кто возьмет в руки талреп, очень быстро установит, что одна сторона имеет правую, а другая —левую нарезку. Однако в определении правого или левого вращения гребного винта (рис. 208) еще встречаются ошибки, которые иногда даже упорно отстаиваются.

Так, у транспортных двигателей направление их вращения обозначается как правое. Чтобы точно определить, что понимается под правым вращением, надо, стоя перед автомобилем или трактором, взять в руки пусковую рукоятку. Если такой двигатель затем установить на катере, то он по-прежнему остается двигателем правого вращения.

В самом деле, транспортный двигатель правого вращения требует гребного винта левого вращения. Современные двигатели, предназначенные для автомашин и, естественно, имеющие правое вращение, при установке на катерах могут потребовать и винт правого вращения. Это объясняется тем, что на катерах часто меняют ведущую сторону, так как маховик двигателя на катере лучше располагать спереди (в автомобиле он расположен сзади), и реверсивная передача присоединяется к противоположной стороне коленчатого вала.

Установленный редуктор также может вызвать сомнения при определении направления вращения. В зависимости от внутрен него или внешнего зубчатого зацепления направление вращения сохраняется или получается обратным. Имеется даже реверсредук-тор с третьим валом специально для того, чтобы при двухвинтовых установках создавать противоположное направление вращения гребного винта. При этом один двигатель приводит в действие винт левого вращения, а другой —правого вращения.

Рис. 4. Гребные винты правого и левого вращения.
Направление вращения гребного винта всегда определяется смотря с кормы в нос и всегда только для переднего хода.

В случае заднего хода само собой разумеется, что гребной винт вращается в противоположном направлении. Несмотря на это, гребной винт сохраняет прежнее обозначение своего направления вращения. Гребной винт правого вращения при вращении на заднем ходу против часовой стрелки всегда остается винтом правого вращения.

Если на двухвинтовом катере следить за тем, чтобы оба гребных винта работали наружу, то гребной вал левого борта получает гребной винт левого вращения, а вал правого борта — винт правого вращения.

На рис. 5—8 изображены моторные спасательные катера и яхта «Зеебер».

Рис. 5. Моторный спасательный катер (длина 1G м) американской Береговой охраны в бурном море.

Рис. 6. Фотоснимок сделан на северном Тихоокеанском побережье (штат Орегон, США) спустя несколько секунд после того, как большая волна обрушилась на катер. Это свидетельствует о тяжелых условиях, в которых находится спасательная служба зимой.

Рис. 7. Разработанный американской Береговой охраной 44-футовый моторный спасательный катер.

Рис. 8. Моторная яхта «Зеебер» при ветре силой 9 баллов, сфотографированная у Ростен Санд. Современная конструкция яхты верфи «Люр-сен» (ФРГ) имеет высокие мореходные качества.