Мощность двигателей современных судов может достигать 50 МВт. Эта мощность подводится к гребному винту, который, вращаясь, создает силу, обеспечивающую движение судна с заданной скоростью. Таким образом,
При таких скоростях на лопастях происходит явление кавитации — разрыв сплошности воды, и лопасть движется с образованием вблизи ее поверхности
Это далеко не полный перечень физических явлений, сопровождающих работу гребного винта. Соответственно проектанты гребных винтов — ученые, специализирующиеся в корабельной гидродинамике, — должны решать целый ряд задач, непосредственно связанных со спецификационными характеристиками судов.
На начальной стадии проектирования судна необходимо выбрать двигатель так, чтобы его мощность и частота вращения вала обеспечивали: заданную скорость судна и возможность размещения винта; наивысший возможный КПД винта и его соответствие двигателю (на судне нет коробки передач, и винт не должен перегружать двигатель ни при каких условиях); прочность лопастей как при работе в открытой воде, так и во льдах (что особенно важно для судов, эксплуатируемых в России в условиях замерзающих акваторий).
Все эти задачи должны быть решены для каждого проекта судна или корабля. При этом следует учитывать, что серии одинаковых судов редко превышают 20 единиц, флот судов в мире исчисляется десятками тысяч, и он требует постоянного обновления. Поэтому ежегодно во всем мире производятся тысячи гребных винтов.
В настоящее время движители значительно усложнились. Все большее применение находят так называемые поворотные колонки,
В России производство и проектирование гребных винтов традиционно находятся на высоком уровне. Достаточно сказать, что производители гребных винтов — северодвинский центр судостроения «Звездочка» и Балтийский завод в
Проектирование гребных винтов для судостроения России и на экспорт традиционно осуществляется в гидродинамических лабораториях Крыловского научного центра в
Проектировщики гребных винтов всегда были генераторами развития как экспериментальных, так и расчетных методов. Зарождение проектирования винтов как науки связано с именем основоположника отечественной авиации Николая Егоровича Жуковского. Теория винта прошла путь от простейших схем, где лопасти заменялись вихревыми линиями, до современных методов расчета вязких течений с использованием суперкомпьютерных технологий. Введенный в эксплуатацию в 2011 году суперкомпьютер института входит в
Но несмотря на развитие компьютерных методов, процесс проектирования движителей остается сложной комбинацией расчетных и экспериментальных исследований. Альтернативы этому в настоящее время нет — после расчетов и модельных испытаний данные о ходовых и мореходных характеристиках судов могут быть получены только в результате постройки и испытаний натурного судна. Именно поэтому в мире работают на судостроение с высокой степенью загрузки примерно 15 крупных гидродинамических центров, а количество гидродинамических лабораторий в разных странах исчисляется сотнями.
Именно поэтому комплекс гидродинамических лабораторий Крыловского научного центра, безусловно, является национальным достоянием, благодаря которым Россия демонстрирует себя как морская держава. Однако для того чтобы обеспечить полную загрузку персонала и экспериментального оборудования центра, в год должно разрабатываться не менее 30 новых проектов.
Все гидродинамические центры в мире существуют в условиях высококонкурентной среды и в той или иной мере центры ведущих судостроительных держав поддерживаются государством. Это и меры по локализации выпускаемой в судостроении продукции, и прямое софинансирование со стороны государства, частично покрывающего как инвестиционные расходы на развитие технологий, так и неизбежную для ряда центров недозагрузку экспериментальной базы. Так происходит в ряде стран Европы и Азии (Франция, Испания, Голландия, Япония). А в США наиболее близкий аналог Крыловского научного центра — Центр Дэвида Тэйлора — просто является подразделением ВМФ. То есть вложения в подобные исследовательские центры, обеспечивающие должный уровень их существования, рассматриваются как такие же обязательные расходы, что и расходы на оборону. Конечно, если страна имеет соответствующие амбиции технически развитой державы.
Для иллюстрации реальной прибыльности вложений в науку — что совершенно не то же самое, что прибыльность работы отдельной лаборатории или даже центра, подобного Крыловскому, — приведем две фотографии круизных лайнеров: один постройки
Оригинал статьи размещен на сайте Независимая газета