Открытые для дальнейших инноваций гребные винты являются объектом европейского проекта с участием итальянской компании Detra Custom propellers, направленного на улучшение эксплуатационных характеристик и оптимизацию конструкции, сборки и обслуживания.
Мы находимся в самом сердце судостроительного района в порту Генуи, на узкой полоске земли между морем и улочками исторического центра, где верфи и морские компании борются за пространство. Среди разнообразных предприятий есть одно, пользующееся международным признанием: Detra Custom Propellers, лидер в производстве яхтенных винтов, а также в обслуживании и ремонте винтов любого типа на протяжении 30 лет. Высокоразвитая итальянская механическая мастерская, использующая технологически передовые станки и инструменты, такие как многоосевые фрезерные станки с числовым программным управлением и 3D-принтеры.
Но что делает Detra особенной – это ее основатель, инженер Пьеро Трави, настоящее сердце компании: не только техническая подготовка, но и интуиция и воображение, чтобы сделать возможными даже те процессы, которые кажутся невозможными. Индивидуальный дизайн, основанный на технических характеристиках лодки, водопроводных линий и желаемой производительности, позволяет получить максимум от каждого гребного винта.
Также, эти “миссии: невыполнимы” включают обновления существующих пропеллеров, направленные на изменение их параметров, уменьшение кавитации и, следовательно, улучшение общей производительности. Сочетание крепких традиций и смелых инноваций характеризует компанию Detra Custom Propellers и инженера Треви, постоянно участвующих в поиске новых усовершенствований и возможных шагов вперед, чтобы лидировать на рынке.
Это относится к недавнему важному исследовательскому проекту под названием “Исследование и разработка инновационной и высокоэффективной модульной лопастной пропульсивной системы, с особым акцентом на гибридные и электрические пропульсивные системы в морском секторе”, финансируемому совместно с F.E.S.R. (Европейский фонд регионального развития), для которого DETRA изучила и создала ряд “устройств” для улучшения производительности.
Системы повышения эффективности гребных винтов
Компания Detra Custom Propellers, в тесном сотрудничестве с Университетом Генуи (DITEN Department – Department of Naval, Electrical, Electronic and Telecommunications Engineering) и используя численную флуодинамику (CFD или Computational Fluid Dynamics), изучила серию расходных плавников, применяемых к крышке винта для выравнивания тангенциальных скоростей и рекуперации части рассеянной энергии, системы, в некоторых случаях называемой PBCF (Propeller Boss Cap Fins – крышка крышки винта).
Вкратце, дополнительная ступица (которая удлиняет первоначальную) имеет лопасти квадратного профиля, которые устанавливаются перед лопастями винта, на котором смонтирована система: ребра перехватывают отработанные турбулентные потоки и выпрямляют их, правильно направляя в след.
Эта сложная технология проектирования и строительства устраняет неизбежный вихрь, который образуется вокруг ступицы при вращении гребного винта, и направлена на повышение общей эффективности пропульсии.
Эффективность этой системы, полностью подтвержденная теоретическими исследованиями, была впоследствии подтверждена экспериментальными испытаниями в кавитационном туннеле внутри сооружений Генуэзского университета с использованием моделей, изготовленных по технологии “Additive Manufacturing” с использованием 3D-принтеров последнего поколения.
После того, как характеристики были подтверждены испытаниями в кавитационном туннеле, была создана серия образцов финальных размеров, подходящих для установки на борту судна M/Y Benetti S10/14, которое было определено как идеальное судно для проведения ходовых испытаний.
Система была изготовлена в натуральную величину из трех различных материалов: бронзы, стекловолокна (с использованием технологии аддитивного производства) и PLA с покрытием из стекловолокна с помощью 3D-принтеров FMD.
Это было сделано для прохождения испытания на структурную прочность. Два изготовленных образца, один из которых выполнен из бронзы, а другой – из стекловолокна, были установлены на яхте Benetti Yacht S10/14 на верфи AZIMUT-BENETTI в Фано для проведения двух серий морских испытаний.
Результаты морских испытаний подтвердили, что технология проектирования и производства этих систем, разработанных для морских гребных винтов, может быть применена и для гребных винтов высокоскоростных моторных яхт с высокими эксплуатационными характеристиками.
Новый гребной винт, разработанный компанией Detra Custom Propellers
В рамках того же исследовательского проекта Detra Custom Propellers в сотрудничестве с другими партнерами (Azimut-Benetti, Engintech, Novigo) и при поддержке Генуэзского университета разработала и протестировала тип гребного винта с лопастями, особенно подходящими для установки на яхтах.
Эта технология производства позволяет обрабатывать лопасти и втулку отдельно, соединяя их только после этого с помощью серии болтов – решение, которое, безусловно, предлагает особые преимущества с точки зрения производства, но, прежде всего, с точки зрения эксплуатации, для удобства обслуживания в течение всего срока службы лодки.
Фактически, можно заменить, при необходимости, одну лопасть вместо целого винта, также удерживая лодку в воде и, более того, чтобы свести к минимуму возможную остановку яхты, можно держать на борту только одну пару лопастей.
Сложности с дизайном, с которыми приходится сталкиваться при проектировании такого типа, в основном связаны с чрезвычайно малыми размерами ступицы гребного винта яхты, трудности усугубляются необходимостью найти простое, но чрезвычайно точное, прочное и надежное соединение лопастной втулки.
Прототип лопастных винтов, подходящих для яхт серии Azimut-Benetti Mediterraneo, был разработан с использованием самых современных технологий, таких как числовая флуодинамика (CFD) для определения нагрузок, действующих на лопасти в различных условиях эксплуатации (максимальная скорость, боллард-тяга и т.д.) и расчеты методом конечных элементов для определения нагрузок на соединение лопастей с втулкой.
Кроме того, лезвия были обработаны на фрезерном станке с числовым программным управлением для обеспечения максимальной точности продукции.
Расчеты с использованием конечных элементов дали отличные результаты в плане оптимизации размеров соединения ножки лопатки со ступицей, проверки всех напряжений как на ножке лопатки, так и на соединительных штифтах и учета всех (гидродинамических, центробежных и монтажных) сил, действующих на систему.
Теоретические исследования были подкреплены обширной кампанией гидродинамических испытаний, проведенных в кавитационном туннеле Университета Генуи.
Помимо традиционного литья бронзы и фрезерования с числовым программным управлением, в производстве используются многочисленные инновационные технологии аддитивного производства с применением металлических и композитных материалов, изготовленных на специальных 3D-принтерах.
Испытания в кавитационном туннеле подтвердили эксплуатационные и кавитационные характеристики, обеспечиваемые численной флуодинамикой гребного винта, изученной Detra Custom Propellers.
Теоретические и экспериментальные испытания были впоследствии подтверждены структурными испытаниями на реальной лопасти в лаборатории Университета Генуи и ходовыми испытаниями на судне M/Y Benetti Mediterraneo.
Таким образом, теоретические, экспериментальные и натурные испытания подтвердили целесообразность и надежность болтовых гребных винтов.
