ИДЕАЛЬНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ
Идеальный движитель — схематизированная модель судового движителя (чаще гребного винта) без закрутки потока в отбрасываемой струе; теория Ранкина, Жуковского и Фруда служит для оценки КПД и вызванных скоростей, а КПД оптимального идеального движителя — верхний предел для движителей гидравлического типа.
Идеальный движитель — схематизированная модель судового движителя (чаще гребного винта), для которой характерно отсутствие закрутки потока в отбрасываемой струе. Теорию идеального движителя широко используют при изучении взаимодействия движителя с корпусом судна, для оценки КПД движителя и значений вызванных им скоростей. Её основы разработали У. Ранкин (1865), Н. Е. Жуковский (1882—1886) и У. Фруд (1888).
При построении модели жидкость считают идеальной и несжимаемой, а её движение в системе координат, связанной с движителем, — стационарным. Скорости в струе на бесконечности за движителем направлены параллельно скорости v невозмущённого потока перед ним и равны v + w_a, где w_a — осевая вызванная скорость. Схема учитывает лишь потери энергии, связанные с осевыми вызванными скоростями. В области, занятой движителем, к жидкости приложены силы, равнодействующая которых равна упору T; их распределение носит характер скачка давления Δp при переходе через диск движителя. На бесконечности за движителем давление в струе равно давлению в невозмущённом потоке. Средняя скорость протекания жидкости через идеальный движитель равна полусумме скоростей на бесконечности перед ним и за ним (теорема Фруда — Финстервальдера).
Наибольший КПД имеет идеальный движитель, у которого вызванные скорости равномерно распределены по сечению струи; его называют оптимальным. Его КПД определяется зависимостью:
η_i опт = 1 / (1 + w_a / 2v) = 2 / (1 + √(1 + C_T)),
где C_T = 8T / (ρπD²v²) — коэффициент нагрузки движителя по упору, D — диаметр движителя, ρ — плотность жидкости. При заданном коэффициенте нагрузки это значение служит верхним пределом КПД любого судового движителя гидравлического типа.
В модели кавитирующего идеального движителя учитывают кавитационные каверны в струе за ним. У такого движителя наряду со скачком давления в диске есть скачок осевой скорости. При заданном коэффициенте нагрузки кавитация уменьшает осевые вызванные скорости перед движителем, увеличивает их за ним и снижает КПД. Разработаны и модели, учитывающие влияние других факторов: идеальный движитель под свободной поверхностью (Х. Дикман, 1938; А. М. Басин, 1939—1945), вблизи корпуса судна (Х. Дикман, 1938), в цилиндрической трубе (В. В. Копецкий, 1956), нестационарный идеальный движитель (В. Б. Липис, 1975) и др.