Двухлопастные винты: революция в судоходстве

Применение двух винтов, вращающихся в противоположных направлениях, позволяет судам потреблять меньше энергии для движения. Новые разработки делают эту технологию доступной для более широкого круга судов, включая проект Hurtigruten Sea Zero для прибрежных круизных лайнеров.

Компания SINTEF разработала и изготовила новое измерительное оборудование для испытаний двухлопастных винтов. Это может стать значительным шагом вперед для многих крупных судов.

«Мы наблюдаем повышение эффективности движителей, когда используем энергию, теряемую передним винтом, одновременно улучшая поток воды к заднему винту. Это обеспечивает повышение эффективности более чем на 10% по сравнению с традиционными гребными винтами», — отмечает Ойвинд Раблиас, научный сотрудник SINTEF.

Несмотря на то, что двухлопастные винты не являются новинкой, они редко применяются на коммерческих судах из-за их высокой стоимости и более сложной конструкции по сравнению со стандартными системами. Однако ситуация может измениться.

«Совместно с нашими партнерами-исследователями мы много времени уделили пониманию и разработке решений для этой задачи. Теперь мы уверены, что технология готова к широкому применению», — говорит Ян Терье Йоханнессен, старший гидродинамик Brunvoll, ведущего поставщика судовых движительных и маневровых систем.

Успешные испытания

Новая измерительная система SINTEF была разработана в рамках проекта Sea Zero компании Hurtigruten, направленного на создание судна с нулевым уровнем выбросов. Цель — достичь полной экологичности судов Hurtigruten к 2030 году.

Двухлопастные винты демонстрируют значительно более высокую эффективность по сравнению с существующими пропеллерными системами.

«Эта конструкция означает, что нам требуется меньше энергии для достижения той же скорости по сравнению с обычными винтами. Конструкция Brunvoll также эффективнее существующих двухлопастных винтов», — отмечает Джерри Ларссон-Федде, главный операционный директор Hurtigruten.

От идеи к реализации

Междисциплинарная команда SINTEF Ocean, включающая техников, инженеров-приборостроителей, специалистов по проектированию и исследователей, разработала новое измерительное оборудование для модельных испытаний двухлопастных винтов. В результате была создана система, идеально подходящая для испытаний на самоходность.

Были также разработаны два динамометра — приборы для измерения силы в вращающихся системах.

«Одна версия предназначена для интеграции в модели судов, испытываемые в опытовом бассейне, то есть она встраивается в модель. Другая версия используется для испытаний на открытой воде и в кавитационных трубах», — поясняет Раблиас.

Система уже прошла испытания пропеллерной системы Brunvoll для Hurtigruten. Результаты дали ценное представление о производительности системы и помогли определить наиболее эффективное решение для дальнейшей разработки.

«Для Brunvoll стало приятным бонусом универсальность проекта. В нашей работе по созданию демонстратора мы решаем множество актуальных промышленных задач», — говорит Йоханнессен.

Hurtigruten также высоко оценивает возможность тестирования своего инновационного судна.

«Для нас фантастически, что мы можем тестировать все элементы дизайна Sea Zero в такой профессиональной и передовой лаборатории, как SINTEF. Двухлопастные винты — это новое для нас, и они не распространены на судах. Поэтому для нас так важно иметь возможность тщательно протестировать конструкцию судна в кавитационной трубе. Это даст нам уверенность, что она будет работать на практике», — говорит Ларссон-Федде.

Некоторые сложности

Эффективность движителя повышается за счет рекуперации части энергии, теряемой передним винтом, и улучшения потока к заднему винту. Это позволяет достичь повышения более чем на 10% по сравнению с традиционными гребными винтами. Однако двухлопастные винты требуют сложной системы валов, расположенных один внутри другого.

«Процесс проектирования также более сложен, чем для обычных винтов, как из-за комплексных явлений потока, так и из-за большего количества параметров, которые необходимо настраивать по сравнению с одним винтом. Это касается, например, соотношения диаметров и коэффициентов оборотов двух винтов», — отмечает Раблиас.

Будет интересно наблюдать за дальнейшим развитием проекта Hurtigruten.

«Цель Sea Zero — создать самое энергоэффективное судно в мире, и в этом стремлении мы не должны упускать ни одной возможности. Сам движитель потребляет много энергии, поэтому двухлопастные винты представляют для нас большой интерес», — заключает Ларссон-Федде.