vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2021-48-3-39-51vdgtu-965Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER, METALLURGICAL AND CHEMICAL MECHANICAL ENGINEERINGО способах повышения эффективности водоходных движителейOn ways to improve the efficiency of water propellersМесропянА. В.MesropyanA. V.

Месропян Арсен Владимирович, доктор технических  наук,  профессор,  заведующий кафедрой теоретической механики

450008, г. Уфа, ул.К.Маркса, 12

Arsen V. Mesropyan, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Department of Theoretical Mechanics

12 K. Marx St., Ufa 450008

avm_74@mail.ruШабельникЮ. А.ShabelnikYu. A.

Юлия Андреевна Шабельник, старший преподаватель, кафедра теоретической механики

450008, г. Уфа, ул.К.Маркса, 12

Yulia A. Shabelnik, Senior Lecturer, Department of Theoretical Mechanics

12 K. Marx St., Ufa 450008

cammy@list.ruУфимский государственный авиационный технический университетРоссияUfa State Aviation Technical UniversityRussian Federation2021081120214833951Copyright © Месропян А.В., Шабельник Ю.А., 20212021Месропян А.В., Шабельник Ю.А.Mesropyan A.V., Shabelnik Y.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/965Цель

Цель. Целью аналитического обзора является определение перспективных направлений исследований повышения эффективности водоходных движителей.

Метод

Метод. В работе представлены обзор и анализ современных гребных винтов.

Результат

Результат. Проведен анализ конструктивно-компоновочных и схемных решений гребных винтов, выявлены способы повышения эффективности гребных винтов, сформированы основные направления дальнейших исследований. Рассмотрены перспективы развития гребных винтов, описаны конструктивно-компоновочные и схемные решения, обеспечивающие повышение эффективности рабочего процесса, что позволяет сформировать основные направления дальнейших научных исследований. Создаваемые перспективные схемные решения тесно связаны с использованием современных численных методов на всех этапах проектирования; новые подходы созданию гребных винтов позволят обеспечить повышение КПД на 8 - 10%.

Вывод

Вывод. Повышение эффективности гребных винтов за счет моделирования рабочих процессов с использованием численных методов гидродинамики и разработки перспективных схемных решений позволит не только увеличить КПД, но и улучшить кавитационные и акустические характеристики винтов. Применение CFD- расчетов позволяет сократить сроки, затраты и объемы доводочных работ изделия.

Objective

Objective. The purpose of the analytical review is to identify promising areas of research to improve the efficiency of water propellers.

Method

Method. The research provides an overview and analysis of modern propellers.

Result

Result. The analysis of the design – layout and schematics solutions of propeller is carried out, methods of increasing the efficiency of propellers are revealed, the main directions of further research are formed. Prospects for the development of propellers are considered, structural and layout and circuit solutions are described that ensure an increase in the efficiency of the working process, which allows to form the main directions of further scientific research. Created promising circuit solutions are closely related to the use of modern numerical methods at all stages of design, new approaches to the creation of propellers will provide an increase in efficiency by 8-10%.

Conclusion

Conclusion. Increasing the efficiency of propellers, due to modeling workflows using numerical methods of hydrodynamics, and developing advanced schematics solutions, will not only increase the efficiency, but also improve the cavitation and acoustic characteristics of the propellers. The use of CFD calculations allows you to reduce the time, costs and volumes of product development work.

гребные винтывинторулевые колонкинаправляющие насадкисоосные винтынаправляющие лопастипетлевидные винтыpropellersrudder propellerspilot nozzlescoaxial propellersguide vanesloop propellersReferencesЖинкин В.Б. Теория и устройство корабля: Учебник. – 3-е издание. – СПб.: Судостроение, 2002. – 336с.Zhinkin V.B Theory and structure of the ship: Textbook. 3rd edition. SPb: [Sudostroyeniye] Shipbuilding, 2002. 336p (In Russ)]Куликов С.В., Храмкин М.Ф. Водометные движители (теория и расчет). – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Судостроение, 1980. – 312с.Kulikov S.V., Khramkin M.F. Water jets (theory and calculation). 3rd ed., Rev. and Add. [Sudostroyeniye] Shipbuilding, 1980; 312. (In Russ)]Carlton J.S. Marine Propellers and Propulsion. – 4 ed., 2010. – 585 p.Carlton J.S. Marine Propellers and Propulsion. 4 ed., 2010; 585.Корытов Н.В. Суперкавитирующие гребные винты // Журнал «Катера и яхты», 1975, №01(053). c. 46 – 50.Korytov N.V. Supercavitating propellers. [Katera i Yakhty], Boats and Yachts, 1975; 01(053: 46 – 50. (In Russ)]Басин А.М., Миниович И.Я. Теория и расчет гребных винтов. – Л.: ГСИ СудПром, 1963. – 760с.Basin A.M., Miniovich I.YA. Teoriya i raschet grebnykh vintov., [L.: GSI SudProm ] GSI SudProm, 1963; 760. (In Russ)]Ferrando M. Perfomance of a family of surface piercing propellers / Ferrando M., Scamardella A., Bose N., Liu P. International Journal of Maritime Engineering. 2002. Transactions of the Royal Institution of Naval Architects Part A. pp. 63 – 70.Ferrando M. Perfomance of a family of surface piercing propellers / Ferrando M., Scamardella A., Bose N., Liu P. International Journal of Maritime Engineering. Transactions of the Royal Institution of Naval Architects Part A. 2002; 63 – 70.Ghassemi H. Hydrodynamic characteristics of the surface-piercing propeller for the planning craft/ Ghassemi H., Shademani R. Proceedings of the ASME 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. OMAE2009-79963. 2009. pp. 2 – 8.Ghassemi H. Hydrodynamic characteristics of the surface-piercing propeller for the planning craft/ Ghassemi H., Shademani R. Proceedings of the ASME 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. OMAE2009-79963. 2009; 2 – 8.Жинкин В.Б. Частично погруженные гребные винты / Журнал «Катера и Яхты» 2007- №3(207) - c. 106 – 109.Zhinkin V.B. Partially submerged propellers [Katera i Yakhty], Boats and Yachts, 2007; 3(207):106 - 109. (In Russ)]Kort L. Патент на изобретение №2030375 (US) – Combined Device of a Ship’s Propeller Enclosed by a Nozzle, 1936.Kort L. Patent №2030375 (US) – Combined Device of a Ship’s Propeller Enclosed by a Nozzle, 1936.Басин А.М., Степанюк Е.И. Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания. Л.: Изд-во «Транспорт», 1977. – 269 с.Basin A.M., Stepanyuk Ye.I. Guidelines for the calculation and design of propellers for inland navigation vessels. - L.: Publishing house "Transport", 1977; 269. (In Russ)Справочник по теории корабля: В трех томах. Том 1. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители/ Под ред. Я.И. Войткунского. Л.: Судостроение, 1985. 768с.Handbook of Ship Theory: In Three Volumes. Volume 1. Hydromechanics. Resistance to ship traffic. Ship propellers / Ed. ME AND. Voitkunsky. - L .: [Sudostroyeniye] Shipbuilding, 1985;768. (In Russ)Stan L.C. New Innovative Backflow Marine Propeller Optimization Study by CFD/ L.C. Stan, I. Calimanescu and V. Popa // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 400, Issue 8, 2018. pp. 2 – 10.Stan L.C. New Innovative Backflow Marine Propeller Optimization Study by CFD/ L.C. Stan, I. Calimanescu and V. Popa . IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018; 400(8): 2 – 10.Рогов В.А. Патент на изобретение №216.012.4039 – Гребной винт, 20.05.2013.Rogov V.A. Patent for invention №216.012.4039 [Grebnoy vint] Propeller, 20.05.2013. (In Russ)Славгородская А.В. Фантазии на тему гребных винтов с волнистыми лопастями / Славгородская А.В., Славгородский В.М., Немкин Д.В. // САПР и графика. 2015 № 1(219): c. 69 – 72.Slavgorodskaya A.V. Fantasies on the theme of propellers with wavy blades / Slavgorodskaya A.V., Slavgorodsky V.M., Nemkin D.V. [SAPR i grafika] CAD and graphics. 2015; 1 (219): 69 - 72. 9 In Russ)]Florian Schärfer. Bionic propeller: nature inspiring innovation. [электронный ресурс] URL: https://bigrep.com/posts/bionic-propeller-nature-inspiring-innovation/Florian Schärfer. Bionic propeller: nature inspiring innovation. [electronic resource] // Access mode – URL: https://bigrep.com/posts/bionic-propeller-nature-inspiring-innovation/Propeller Designs [электронный ресурс] // Режим доступа – https://teignbridge.co.uk/products-2/marine-propellers/propeller-designs/Propeller Designs [electronic resource] // Access mode: https://teignbridge.co.uk/products-2/marine- propellers/propeller-designs/Teignbridge propellers teams up with plymouth university / Katina Read [электронный ресурс] // Режим доступа – https://www.maritimejournal.com/news101/power-and-propulsion/teignbridge-propellers-teams-up-with-plymouth-university/Teignbridge propellers teams up with plymouth university / Katina Read [electronic resource] // Access mode: https://www.maritimejournal.com/news101/power-and-propulsion/teignbridge-propellers-teams-up-with-plymouth-university/Poseidon propulsion BV [электронный ресурс] // Режим доступа – https://www.poseidon-bv.nl/custom-made- propellers/ custom-made-propellers/Poseidon propulsion BV [electronic resource] // Access mode – https://www.poseidon-bv.nl/custom-made-propellers/ custom-made-propellers/Kawamura T. Model and full scae CFD analysis of propeller boss cap fins (PBCF) / Kawamura T., Ouchi K., Takeuchi S. // Third International Symposium on Marine Propulsor, Launceston, Australia, May 2013, pp. 486 – 493.Kawamura T. Model and full scae CFD analysis of propeller boss cap fins (PBCF) / Kawamura T., Ouchi K., Takeuchi S. Third International Symposium on Marine Propulsor, Launceston, Australia, May 2013; 486 – 493.Lim Sang-Seop. Parametric Study of propeller boss cap fins for container ships / Lim Sang-Seop, Kim T.W., Lee D.M., Kang C.G., Kim S.Y. // Int.J.Nav.Archit. Ocean Engineering (2014) 6: pp. 187 – 205.Lim Sang-Seop. Parametric Study of propeller boss cap fins for container ships / Lim Sang-Seop, Kim T.W., Lee D.M., Kang C.G., Kim S.Y. // Int.J.Nav.Archit. Ocean Engineering. 2014; 6:187 – 205.Saettone S. Pre-Swirl Stator and Propeller Design for Varying Operating Conditions. Saettone, S., Regener, P. B.,&Andersen P.//In U.Dam Nielsen, & J. Juncher Jensen (Eds.), Proceedings of the 13th International Symposium on PRActical Design of Ships and Other Floating Structures (PRADS' 2016) Technical University of Denmark. 2016; 27 – 36.Saettone, S.. Pre-Swirl Stator and Propeller Design for Varying Operating Conditions./ Saettone, S., Regener, P. B., & Andersen, P.// In U. Dam Nielsen, & J. Juncher Jensen (Eds.), Proceedings of the 13th International Symposium on PRActical Design of Ships and Other Floating Structures (PRADS' 2016) Technical University of Denmark. 2016; pp. 27 – 36.Li H. The Transient Prediction of a Pre-Swirl Stator Pump-Jet Propulsor and a Comparative Study of Hybrid RANS/LES Simulation on the Wake Vortices / Li H., Huang Q., Pan G., Dong X., // Ocean Engineering Volume 203, 107224, 2020.Li H. The Transient Prediction of a Pre-Swirl Stator Pump-Jet Propulsor and a Comparative Study of Hybrid RANS/LES Simulation on the Wake Vortices / Li H., Huang Q., Pan G., Dong X. Ocean Engineering. 2020; 203: 107224.Gennaro G. Improving the Propulsion Efficiency by means of Contracted and Loaded Tip Propellers / Gennaro G., Gonzalez-Adalid J. 30th Symposium on Naval Hydrodinamics Hobart, Australia, 2-7 November 2014; 1 – 17.Gennaro G. Improving the Propulsion Efficiency by means of Contracted and Loaded Tip Propellers / Gennaro G., Gonzalez-Adalid J. // 30th Symposium on Naval Hydrodinamics Hobart, Australia, 2-7 November 2014; 1 – 17.Kang J.G. Study on Propulsion Perfomance by Varying Rake Distribution at the Propeller Tip / Kang J.G., Kim M.C., Kim H.U., Shin I.R. Journal of Marine Science and Engineering 2019; 7 (386):12.Kang J.G. Study on Propulsion Perfomance by Varying Rake Distribution at the Propeller Tip / Kang J.G., Kim M.C., Kim H.U., Shin I.R. Journal of Marine Science and Engineering. 2019; 386 (7): 12.Gregory Charles Sharrow, Cherry Hill. Патент на изобретение №009926058B2 (US) – Propeller, 27.05.2018.Gregory Charles Sharrow, Cherry Hill. Patent №009926058B2 (US) Propeller, 27.05.2018.Sharrow Engineering Propeller [электронный ресурс] // Режим доступа – https://boattest.com/Sharrow- Engineering-Propeller/Sharrow Engineering Propeller [electronic resource] // Access mode – https://boattest.com/Sharrow- Engineering-Propeller/Богатырев М.Д. Совершенствование конструкции гребного винта на судах лесосплавного флота. Дис. … кандидата технических наук, Марийский гос. тех. ун-т, Йошкар-Ола, 2006 – 156 с.Bogatyrev M.D. Improving the design of the propeller on the ships of the timber floating fleet. Dis. … Candidate of technical sciences, Mari state. those. un-t, Yoshkar-Ola, 2006; 156. (In Russ)]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.