Zjawiska związane z opływem kadłuba statku

Statki poruszają się w wodzie i w powietrzu - dwóch ośrodkach będących płynami o różnych właściwościach.

Ich oddziaływanie na statek nie jest więc jednakowe. O przebiegu zjawisk związanych z ruchem statku decydują właściwości wody i powietrza.

Właściwości ośrodka w jakim porusza się statek rozpatruje się uwzględniając rozmiary statku i jego elementów takich jak: pędniki, stery czy płaty nośne oraz zakresy prędkości z jakimi się one poruszają

Podstawową właściwości fizyczną wody i powietrza, która wpływa na charakterystyki dynamiczne jest gęstość. Gęstość wody wynosi 1 t/m³ w temp. 4^oC, gęstość powietrza 0.00129 t/m³ w warunkach normalnych. Dlatego przy takich samych warunkach opływu siły oddziaływania wody są znacznie większe.

Dla wody bardzo istotne właściwości stanowią:

• lepkość

• ciśnienie parowania

• rozpuszczalność gazów w wodzie

Lepkość płynu nazywana jest również tarciem wewnętrznym. Jeżeli pole prędkości wzdłuż pewnego kierunku ruchu jest nierównomierne występuje wówczas poprzeczny transport pędu pomiędzy warstwami płynu o różnej prędkości. Jest on przyczyną występowania naprężeń ścinających. Prędkość względna płynu na powierzchni opływanych ciał ze względu na własność przylegania, jest zawsze równa zeru.

Podczas holowania cienkiej, płaskiej płyty, na powierzchni wody, z małą prędkością, jedyną siłą hamującą jej ruch jest siła wynikająca z tarcia płyty o powierzchnię wody Rx, równa co do wartości sile holującej.

Dynamiczny współczynnik lepkości definiuje się jako współczynnik proporcjonalności występujący w funkcji opisującej naprężenia ścinające: τ = Rx/S τ = μ * ν₀/h

Kinematyczny współczynnik lepkości definiowany jest jako ν = μ/ρ

Wartość kinematycznego współczynnika lepkości w temp 20^oC wynosi dla wody 1.0E-6, dla powietrza 0.15E-4

Płyn w spoczynku lub poruszający się ruchem jednostajnym, lub tak jak ciało sztywne, zachowuje się jak płyn pozbawiony lepkości. Dlatego w niektórych przypadkach wodę można traktować jako płyn nielepki.

Ciśnienie parowania wody, rozpuszczalność gazów w wodzie

Ciśnienie parowania oraz rozpuszczalność gazów wodzie decydują o pojawieniu się zjawiska kawitacji.

Kawitacją nazywane jest zjawisko powstawania w cieczy obszarów nieciągłości wypełnionych parą lub gazem, w wyniku spadku ciśnienia poniżej wartości krytycznej. Ciśnienie krytyczne ma wartość zbliżoną do ciśnienia pary nasyconej i zależy od ilości i postaci pęcherzy gazu w wodzie. Lokalny spadek ciśnienia może być spowodowany wzrostem prędkości cieczy. Skutkiem kawitacji obok erozji jest również hałas oraz drgania wywołane przez zmiany ciśnienia od okresowo powstających i zanikających kawern kawitacyjnych.

Podczas fazy wstępnej, w miejscach gdzie ciśnienie spada poniżej ciśnienia nasycenia wody gazem, w wyniku dyfuzji gazów do wnętrza jąder kawitacji, tworzą się małe pęcherze. Jest tokawitacja gazowa, która nie wpływa na charakterystyki profilu.

Faza I kawitacji

Mogą się rozwijać różne formy kawitacji. Występowanie kawitacji pęcherzykowej wiąże się z erozja kawitacyjna. Kawerny kawitacyjne, któe przemieszczają się do rejonów podwyższonego ciśnienia ulegają implozji i powstają fale hydrodynamiczne. Powodują one wybijanie cząsteczek z powierzchni matreiału, na której rozwinęła się kawitacja.

Inne właściwości takie jak ściśliwość i przewodność cieplna generalnie nie są uwzględniane, gdyż ich wpływ na charakterystyki hydro i aerodynamiczne statku można pominąć.

Napięcie powierzchniowe uwzględnia się tylko przy rozpatrywaniu wybranych zagadnień - na przykład oporu wynikającego z rozpylania wody przy uderzeniu statku o falę lub powierzchni rozdziału powstających podczas kawitacji pomiędzy kawernami kawitacyjnymi a wodą. Napięcia powierzchniowego swobodnej powierzchni wody nie uwzględnia się ze względu na stosunkowo duże wymiary badanych obiektów.

Do opisu stanu wody i powietrza, w danym punkcie, przyjmuje się więc parametry: prędkość v [m/s], gęstość r [kg/m³], ciśnienie p [Pa], temperatura t [^oC]. Do opisu właściwości transportu pędu płynu przyjmuje się dynamiczny współczynnik lepkości μ [kg/ms]. Nie uwzględnia się wielkości opisujących transport masy i energii płynu.

W praktyce do opisu zjawisk zachodzących w płynie używa się tak zwanych licz kryterialnych (wyróżników przepływu) wyrażających kryteria podobieństwa przepływów.

Wprowadza się je korzystając z analizy wymiarowej. Wynikają one z oszacowania względem siebie poszczególnych członów w równaniach zachowania masy, pędu, energii. W przypadku opisu przepływów związanych z ruchem statku istotne są wyróżniki przepływu, które wynikają z równania zachowania pędu (ilości ruchu).

Liczba Froude'a Fr

Wyraża stosunek siły bezwładności do siły masowej, lub stosunek dwóch prędkości.

Dla statku o długości L pływającego na wodzie głębokiej Fr = ν / pierwiastek (g *L)

Dla statku pływającego na wodzie o głębokości h Fr = ν / pierwiastek (g*h)

Liczba Reynoldsa Re

Wyraża stosunek sił bezwładności do sił lepkości

Dla statku o długości L Re = ν*L / v

Dla śruby okrętowej na wybranym promieniu śruby r, b - długość profilu skrzydła na promieniu r

Re = [pierwiastek (ν²_p + (πrn)²) / v]*b

Do opisu przebiegu zjawisk hydromechanicznych związanych ze statkiem stosuje się modele płynu, które uwzględniają właściwości fizyczne płynu istotne dla przebiegu danego zjawiska. Najczęściej stosowane są następujące modele: płyn idealny (nielepki nieściśliwy i nieprzewodzący), płyn lepki, nieściśliwy. Płyn lepki, nieściśliwy jest bardzo zbliżonym do rzeczywistości modelem wody.

Po dostatecznie dużym wzroście ciśnienia woda w warstwie przyściennej ulega zahamowaniu i porusza się wolniej od warstwy zewnętrznej. W punkcie A cząsteczki wody w warstwie przyściennej zaczynają się poruszać wstecz, pomimo że przepływ w warstwie zewnętrznej nie zmienia kierunku. W wyniku zmiany rozkładu prędkości w warstwie przyściennej linie prądu oddalają się od powierzchni ciała i następuje oderwanie warstwy przyściennej. Zewnętrzne strugi wody unoszą oderwaną masę wody i tworzy się wir, który odpływa uniesiony prądem wody. W miejscu oderwania następuje natychmiastowe przylgnięcie warstwy wody do powierzchni opływanego ciała a następnie ponowne oderwanie. Powstające okresowo wiry odpływają do obszaru poza ciałem.

Oderwanie warstwy przyściennej zmienia obraz opływu. Grubość warstwy przyściennej zmienia się od kilku cząstek na dziobie do około 1m. na rufie. Turbulencje w okolicach warstwy przyściennej wywołują wzrost oporu, tak więc zakłócenia występujące w części dziobowej dają większy wzrost oporu niż zakłócenia w części rufowej. Stałemu tworzeniu się nowych wirów odpowiada, zgodnie z zasadą zachowania energii wzrost oporu.

Metody numerycznej mechaniki płynów

Podstawową metodą numerycznej mechaniki płynów CFD są równania ruchu płynu w postaci równań zachowania masy, pędu i energii.

Dla wszystkich rodzajów przepływów (laminarnych i turbulentnych) rozwiązywane są równania ciągłości przepływu i zasada zachowania pędu.

Zasadę zachowania pędu dla płynu wyraża równanie Naviera-Stokesa.

Wymienione powyżej równanie opisujące przepływy są równaniami różniczkowymi cząstkowymi, w których zmienne niezależnie stanowią współrzędne rozpatrywanego punktu oraz czas.

Można z nich wyznaczyć rozkłady chwilowych wartości zmiennych zależnych - składowe wartości wektora prędkości i ciśnienia.

Przy rozwiązywaniu omawianych równań należy przyjąć warunki brzegowe i początkowe. Ponieważ omawiany układ równań jest silnie nieliniowy, do jego rozwiązania wykorzystuje się metody iteracyjne.

Dla przepływów trójwymiarowych stosowana jest metoda objętości skończonej FVM (Finite Volume Method).Polega ona na przyjęciu siatki dyskretnej dzięki czemu jest możliwa dyskretyzacja zmiennych. Podstawowe rodzaje siatek stanowią: kartezjańska, hexatedralna, tehahedralna (?) piramidalna oraz pentadralna. Istotny dla dokładności obliczeń jest zarówno wybór rodzaju siatki jak i jej gęstości. W obszarach o większej inetnsywności przepływu lub występowania nieciągłości siatki są zwykle zagęszczone.

Programy CFD umożliwiają dokonanie analizy wpływu siatki na jakość wyników. Ze względu na możliwości obliczeniowe komputerów dla przepływów turbulentnych wprowadza się odpowiednie modele turbulencji. LES (Large Eddy Simulation) oraz RANS równania Nawiera- Stokesa z uśrednieniem Reynoldsa (Reynolds-averaged Navier-Stokes) wraz z odpowiednim modelem na przykład κ-ε czy RSM (Reynolds Stress Model) stanowią podstawowe rozwiązania przy modelowaniu turbulencji. Dokładne modelowanie turbulencji jest bardzo trudne. Istnieją różne modele turbulencji dostępne w ramach komercyjnych programów CFD.

Powstają nowe modele na potrzeby konkretnych zastosowań. Stosuje się również siatki wzajemnie zachodzące na siebie oraz hybrydowe. Dla zdefiniowanego modelu program rozwiązuje zadany układ równań. Przy założeniu warunków stałych lub zmiennych w czasie. Wyniki obliczeń można obserwować również w postaci prezentacji graficznej, w dowolnej chwili czasu, co daje bardzo przejrzysty obraz zachodzących zjawisk.

Zjawiska związane z ruchem statku na płytkiej wodzie.

Na akwenie ograniczonym obserwuje się wiele zjawisk, które nie występują na wodach otwartych:

• wzrost fali dziobowej

• spadek prędkości statku, dla takiej samej mocy napędu jak na wodzie głębokiej

• wzrost oporu

• spadek obrotów śruby

• pojawienie się drgań

• opóźnienie reakcji statku przy manewrach

• osiadanie

Interpretację zachowania się statku w oparciu o model płynu idealnego stosujemy w przypadku ruchu statku na płytkiej wodzie oraz w pobliżu innych obiektów stałych lub ruchomych. Do jakościowego opisu zjawisk związanych z opływem kadłuba statku można więc tym przypadku zastosować równanie Bernouliego i równanie ciągłości. Z równaniem ciągłości wynika następująca zależność: S₁v₁ = S₂v₂ stąd prędkość w przekroju S₂ wynosi v₂ = (S₁/S₂)*v₁

Oznacza to, że przy zmniejszeniu sięę przekroju hydraulicznego zwiększa się prędkość przepływu. Zmianę ciśnienia wynikającą ze wzrostu prędkości możemy wyznaczyć z równania Bernouliiego, które opisuje zachowanie się płynu nielepkiego i nieściśliwego w przepływie ustalonym.

Przy pominięciu sił masowych ma ono postać następującą: 1/2 * ρv² + p = const, gdzie: v-prędkość przepływu, p-ciśnienie statyczne, ρ-gęstość wody.

1/2 * ρ_v1² + p₁ = 1/2 * ρv₂² + p₂ Wzrost prędkości spowoduje spadek ciśnienia. Przewężenie pola przepływu lub zwiększenie prędkości przepływu oznacza więc powstanie siły ssącej.

Podział akwenów manewrowych:

1. akwen nieograniczony (brak wpływu dna na ruch statku) Minimalna szer. Akwenu nieogr. Przyjmuje się b>30B ; b>3L, b>18-27B. Minimalna głębokość: h>20T, h>ho; ho=10.73Tv/(pierw. z L) gdzie: ho-głębokość wody, v-prędkość statku, L-długość statku

2. płytko wodzie: brak wpływu brzegów na ruch statku: b>30, h<4T, wyraźny wpływ gdy h<2.5T

3. kanał: pływ brzegów i dna na ruch statku, b<10B, h<4T, wyraźny wpływ dna h<2.5T

4. pogłębiony tor wodny: wpływ brzegów i dna na ruch statku: b>30, h<2T, h_b<T

Fala poprzeczna wygenerowana na powierzchni wody jest nazywana falą grawitacyjną, ponieważ jej istnienie uwarunkowane jest polem grawitacyjnym. Prędkość fali grawitacyjnej c związana jest zarówno z długością fali λ, jak i głębokością wody h. Na wodzie głębokiej, której głębokość jest dużo większa od długości fali (h>>λ), prędkość fali zależy od jej długości: c²=gλ/2π ; gdzie g-przyśpieszenie ziemskie. Na wodzie płytkiej (h<<λ) c²=gh. Prędkość statku odpowiadająca prędkości fali płytko wodnej nazywamy prędkością krytyczną: v_kr= √gh. Rędkości mniejsze od krytycznej nazywamy podkrytycznymi większe nadkrytycznymi. Płytkowodna liczba Froude'a jest definiowana jako: F_rh=v/√gh

Układ fal na wodzie płytkiej

F_rh=v/√gh

Akweny ograniczone

a) rozkład ciśnień na kadłubie statku płynącego nad płaskim dnem

b) statek zbliża się do uskoku - spada prędkość płynu w okolicach dziobu, część płynu rozdziela się na boki, reszta przemieszcza się pod dnem ze zwiększona prędkością, wywołuje to spadek ciśnienia i statek przegłębia się na dziób zanim znajdzie się nad uskokiem. Na statek dział również wzdłużna siła ssąca przyciągająca statek do uskoku

c) w momencie gdy dziób statku znajdzie się poza krawędzią uskoku, na płytkiej wodzie, ciśnienie wokół dziobu gwałtownie rośnie, podczas gdy w rejonie części kadłuba przed uskokiem jest obniżone. Wypierany płyn jest kierowany, przez siły wynikające z różnicy ciśnień, w kierunku rufy i jest przyczyną formowania się silnego przepływu wstecznego ponad uskokiem. Spadek ciśnienia wywołany tym prądem powrotnym jest przyczyną powstawania dodatkowej siły ssącej, zwiększającej osiadanie.

d) statek przesuwa są nad uskokiem siła ssąca i moment przegłębiający dziób stopniowo rosną, podczas gdy obszar niskiego ciśnienia rozszerza się w kierunku rufy.

e) zanim osiągnie on owręże rozkład ciśnień, jaki wytworzył się w rejonie dziobu statku zapobiegnie dalszemu wzrostowi momentu przegłębiającego.

Śruby o największych średnicach mają mała prędkość obrotową (np. 85 obr/min) i bardzo wysoką sprawność.

Instalowane są na VLCC.

Śruby są wykonywane z brązów o wysokiej

wytrzymałości mosiądzów wysoko manganowych,

mosiądzów niklowo-aluminiowych. stali, żeliwa i

polimerów; kompozytów;

Największa śruba (do 2003) roku ważyła 105 ton.

Zasada działania śruby

okrętowej (w jednorodnym polu prędkości)

Na płacie elementarnym śruby utworzonym przez przecięcie skrzydła walcami współosiowymi z osią śruby powstaje elementarna siła hydrodynamiczna którą można rozłożyć na kierunek osi śruby i kierunek styczny do okręgu o promieniu r, otrzymując odpowiednio elementarna siłę naporu dT i elementarną siłę obwodową dK, przy czym elementarny moment dQ jest równy:

dQ = dK*r

Zsumowane elementarne siły dT i elementarne momenty dQ dają wypadkowy napór T i moment Q. Prędkość dopływu wody v_r jest sumą prędkości obwodowe ωr, postępowej v_p i indukowanej v_i.

Śruby nastawne CPP- Conrtollable Pitch Propeller)

o regulowanym skoku skrzydeł umożliwiają wykorzystanie pełnej mocy siłowni w zmiennych

warunkach pływania.

Zmiana prędkości statku lub siły uciągu odbywa się poprzez zmianę

skoku, śruby i zmianę obrotów silnika.

Regulacja skoku skrzydeł odbywa się za pomocą siłownika hydraulicznego umieszczonego w piaście śruby, do którego dochodzą przewody hydrauliczne umieszczone w wale napędowym, lub za pomocą siłownika umieszczonego poza śrubą, który osiowo przesuwa trzon sterujący ruchem łopatek.

Trzon umieszczony jest wewnątrz wału napędowego, bu rozwiązaniach musi być stosowany wał napędowy drążony.

Zastosowanie śruby nastawnej poprawia właściwości manewrowe statkuj szczególnie skraca drogę hamowania, ponieważ zmiana kierunku naporu

nie wymaga zmiany kierunku obrotów silnika.

Unika się drgań związanych z przechodzeniem przez obroty krytyczne (rezonansowe) silnika.

Wadą śruby nastawnej są wyższe koszty inwestycji i eksploatacji

od śruby o stałym skoku.

Ma ona również niższą sprawność i występują ograniczenia

technologiczne dotyczące geometrii śruby

Śruby CLT (Contracted and Loaded Tip Propeller) o skróconych i obciążonych wierzchołkach mają umieszczone na wierzchołkach skrzydeł ekrany zapobiegające powstawaniu wirów wierzchołkowych.

- charakteryzują się większą sprawnością (oszczędność zużycia paliwa wynoszą ponad 10%)

- mniejszą średnicą optymalną i mniejszą masą

- mniejszymi drganiami i poziomem wytwarzanego hałasu

- mniejszą kawitacją

Charakterystyki napędowe

DO OKREŚLENIA WARUNKÓW PRACY ŚRUBY ZA KADŁUBEM KONIECZNA JEST ZNAJOMOŚĆ:

1. CHARAKTERYSTYK PRACY ŚRUBY ZA KADŁUBEM

2. CHARAKTERYSTYK PRACY SILNIKA NAPĘDOWEGO

1. Moment obrotowy potrzebny do obracania śruby musi być równy momentowi obrotowemu silnika.

2. Liczba obrotów śruby musi być równa liczbie obrotów silnika (przekładnia).

3. Napór śruby musi być równy oporowi okrętu (z uwzględnieniem siły ssania) przy danej prędkości.

Z 1 i 2 wynika warunek równości mocy zapotrzebowanej przez śrubę i rozwijanej przez silnik.

Charakterystyki obrotowe śruby i silnika we wspólnym układzie:

Q - n

N - n

Q = K_QρD⁵n²

K_Q = K_Q(J=v_P/Dn)

Zakłada się w = const

Jeżeli prędkość zmienia się proporcjonalnie do obrotów to J=const i K_Q=const

Zwiększenie skoku przy n=const powoduje, wzrost momentu i mocy zapotrzebowanej przez śrubę.

N=2πnQ

K_Q=K₁n²

N_d=2πρD⁵n³ K_Q/η_RT

N_d=k₂n³

Wartość stosunku Vp/n zależy od oporów kadłuba.

Jeżeli opór wzrasta to przy danej liczbie obrotów n prędkość maleje,

maleje więc Vp/n, wzrasta moment i moc zapotrzebowana przez śrubę.

Na zmianę przebiegu charakterystyk obrotowych śruby wpływa skok śruby. skok tym Im skok tym większy K_Q dla danego J.

CHARAKTERYSTYKA OBROTOWA SILNIKA:

Q(n)

N(n)

Moment obrotowy silnika spalinowego zależy od ilości paliwa dostarczanej na

każdy obrót wału.

stałej nastawie paliwowej silnika moment obrotowy będzie stały.

niezależny od liczby obrotów.

Dla stałego momentu obrotowego moc silnika jest proporcjonalna do liczby obrotów.

Przy większym skoku silnik rozwija moment nominalny, jednak zimniejsza się liczba obrotów.

Zmniejszenie obrotów powoduje zmniejszenie mocy a więc niedociążenie silnika. Dążenie do zyskania obrotów nominalnych spowodowałoby niedopuszczalne przeciążenie silnika momentem obrotowym.

Śruba projektowana na zadaną prędkość maksymalnej sprawności i dla mocy znamionowej silnika.

Silnik: N_e -dane, n -dane dobierana jest śruba tek aby uzyskać Vmax

Do projektu śruby dane są: w, t R(v)

parametry silnika N_e, i n - moc doprowadzona N_d = η_WN_{W =} η_W η_przN_e

D_max

zanurzenie śruby

Śruby superkawitacyjne

Śruby takie pracują całkowicie zanurzone, mają one skrzydła w kształcie klina. w niektórych rozwiązaniach z wyżłobionym rowkiem w pobliżu krawędzi natarcia skrzydła, tak aby powstała kawitacja obejmowała całą powierzchnię ssącą skrzydła.

Powoduje to zmniejszenie oporu tarcia. Kawitacja zanika poza 1 skrzydłem, dzięki czemu unika się erozji kawitacyjnej.

Jako alternatywne rozwiązanie stosowane są również śruby wentylowane, które pracują częściowo wynurzone z wody.

Na powierzchni skrzydła tworzy się wówczas warstwa powietrza a nie pary wodnej. Strona cisnąca jest w pełni zwilżona, strona ssąca w pełni wentylowana lub sucha i w związku z tym opór tarcia jest jeszcze mniejszy.

Śruby saperkawitacyjne wykorzystywane są do napędu okrętów wojennych oraz szybkich łodzi.

Siła boczna śruby

Ilustracja działania siły bocznej śruby

Nozzle ring

Kolo Grima (Grim vane wheel), swobodnie obracające się kolo ma średnicę o 20% większą od śruby napędowej dzięki czemu odzyskuje się również część energii wirów krawędziowych.

Zespół dysza-śruba

W celu poprawy silnie obciążonych stosuje się śruby w dyszach Dysza która jest płatem pierścieniowym umieszczonym w kręgu śruby, o średnicy większej o około 0.5 % od średnicy śruby i szerokości 0.5 do 0.8 średnicy śruby.

Dysze przyspieszające przepływ wody w kręgu śruby stosowane są na holownikach, promach, trawlerach i zbiornikowcach. Dysza umożliwia wzrost naporu w stosunku do śruby nieosłoniętej o około 20 % .

Stosowane są dysze stałe oraz obrotowe.

Dysza obrotowa nazywana również sterem Korta może się obracać o 35° na obie burty. Statek uzyskuje dzięki temu lepszą sterowność przy ruchu wstecz. Stosowana jest głównie na mniejszych statkach takich jak holowniki i jednostki oceanotechniczne

Zalety stosowania dyszy Korta są następujące

- większy uciąg na palu, większy napór

- większa sprawność napędowa,

- poprawa sterowności,

- mniejsza średnica śruby,

- zmniejszone wibracje,

- mniejsza moc silnika napędowego,

- ochrona śruby przed uszkodzeniem mechanicznym.

- mniejsze koszty eksploatacyjne, zmniejszone zużycie paliwa

Hamowanie wymuszone statkiem

Okres pierwszy - rozkaz zatrzymania silnika głównego do jego wykonania (zamknięcie dopływu paliwa). Vs oraz obroty śruby w tym okresie się nie zmienią.

Okres drugi - od okresu pierwszego do momentu gdy śruba zaczyna pracować jako turbina. Vs zostaje praktycznie niezmienione. Obroty śruby (n), napór i moment śróby spadają.

Okres trzeci - od okresu drugiego do momentu rewersu silnika. Rewers może nastąpić gdy obroty spadną do wartości dopuszczalnej (n_D). Rewers zależy od chrakterystyki silnika.

Okres czwarty - od okr. trz. do osiągnięcia max obrotów biegu wstecznego. Okres krótki, zależy od chrakterystyki silnika. Ważne aby statek w tym okresie wytracił już w pewnym stopniu prędkość.

Okres piąty - od okr. czw. do momentu całkowitego zatrzymania.

Rys. 1 i 2 z notatek.

Urządzenia napędowe sterujące

a) dysza obrotowa zwana sterem Korta. Może obracać się o 35^o.

+ poprawione warunki napędowe i sterowe przy niskich prędkościach.

b) pędniki azymutalne. Funkcja urządzenia napędowego i sterującego. # rodzaje: duccted, open, contra rotating propeller.

+ używany do dynamicznego utrzymywania pozycji, cały napór wykorzystywany do sterowania statkiem, zakres 360^o

c) śrubostery Schottela. Stanowią kolumny napędowe ze śrubami umieszczonymi w dyszach Korta

d) pędniki STP (Schottel Twin Propeller). Dwie śruby zamontowane na wspólnym wale, obracające się w tym samym kierunku oraz płetwy prowadzące.

+ mniejsze zużycie paliwa, mniejsze koszty konserwacji, 20% większa sprawność od śruby konwencyjnej, prosta konstrukcja

e) pędnik Lontaz (Azimuting contra-rotating propelle). Łączy zalety śruby przeciwbierznej oraz obrotowej kolumny napędowej.

f) napęd podowy. Zastosowanie silnika elektrycznego umieszczonego w gondoli pod dnem. Stosowany na jednostach oceanotechnicznych, zbiornikowcach, statkach pasażerskich, ro-ro i okrętach wojennych.

+ uzyskuje większą moc, uzyskanie bardzi wolnych obrotów, bdb własności napędowe, brak zewnętrznego wału napędowego, lepszy dopływ wody do śruby, mniejsze hałasy i wibracje, ograniczona wielkość max obrotów, dowolność rozplanowania siłowni, możliwość ruchu z bardzo małymi V, może stanowić napęd pomocniczy, - straty mocy 5-8% do napędu bezpośredniego

g) pędnik SSP (Simens Schottel Propeller).

h) napęd strugowodny. Energia ciśnienia wody jest zamieniana na energię kinetyczną. Stosuje się na jednostkach szybkich V 45-50kt, promy HSS i HSC, Zastosowane są wirniki o specjalnej konstrukcji zapewniające uzyskanie dużej wydajności przepływu, V wypływu wody osiągają 40 m/s. HSC - high speed craft / ship. + nie powodują drgań, pracują ciszej, otwory dolotowe zabezpieczone siatką, jednostki sportowe, wojenne

i) pędnik cykloidalny (Voith- Schneider)- wykorzystuje napór w dowolnym kierunku, w płaszczyźnie poziomej, oraz płynną zmianę siły naporu i jej kierunku

Wpływ na efekt pędnika azymutalnego na zjawisko mieszania się strumieni zaśrubowych (spread) oraz efekt Coandy.

Mieszanie się strumieni występuje w układach kilku pędników pracujących w bliskiej odległości przy pewnych kątach ustawienia się powoduje spadek naporu.

Efekt Coandy polega na ugięciu strumienia zaśrubowego w kierunku opływanej powierzchni. Strumień wody poruszający się w bliskiej odległości od poszycia dna statku powoduje przyleganie strumienia do poszycia dna. Straty tarciowe mogą wynośić nawet 30%.

Urządzenia sterujące:
a) główne:
-sterowe (sterowe płetwowe, dysze obrotowe)
-sterowo- napędowe ( pędnik cykloidalny, pędnik Schottela)
b) pomocnicze:
- stery strumieniowe
-pędnik Schottela
-stera aktywne
c) urządzenia sterujące aktywne:
-sterowe
-sterowo- płetwowe
- stery strumieniowe
-pędnik Schottela
-stera aktywne

Właściwości charakterystyczne steru:
-powierzchnia steru

-wydłużenie
-współczynnik grubości (0,06- 0,25)
-współczynnik zwężenia (0,20- 1,00)
-kąt skosu (-3⁰ - 22,5⁰)
-współczynnik zrównoważenia (0 - 0.35)
-współczynnik siły nośnej C_L= d_L/ 0,5g*V_k² dA
-współczynnik siły oporu C_D= d_D/ 0,5e V_r² dA

Stosunek wydłużenia do powierzchni płetwy sterowej. Im większe wydłużenie płetwy w stosunku do powierzchni, tym większa siła nośna powstająca na płetwie.

Stery:

- ster podparty z tylnicą, niezrównoważony

- ster półpodwieszony częściowo zrównoważony

- ster podwieszony z nieruchomą pływką

- ster podwieszony częściowo zrównoważony

Stery o podwyższonej sile nośnej:

- z klapa Beckera

- ze zmienna krawędzią natarcia

- z rotorem, z wykorzystaniem efektu Mongusa. Obracający się walec, jego V obrotu musi by 4 razy większa od V opływającej wody

- ster Schiling. Charakterystyczny kształt przekroju płetwy sterowej, zaokrąglona krawędź natarcia zapewni dobrą wartość opływu niezależnie od kąta wychylenia, krawędź opływu w kształcie ogona ryby przyśpiesza przepływ zapobiega strat siły nośnej związanych z wirami krawędziowymi, dodatkowe płyty na płetwie sterowej ukierunkowują strumień zaśrubowy

- Voith Rudder

---