Самый распространённый вариант судового двигателя – дизель.

Судовые дизельные двигатели принято делить на тихоходные (скорость движения поршня до 7 м/с), средней быстроходности (7 – 10 м/с) и быстроходные (свыше 10 м/с). Кроме того, их подразделяют на малооборотные (частота вращения до 350 об/мин), среднеоборотные (350 – 750 об/мин) и высокооборотные (свыше 750 об/мин). Также принято деление по способам впрыскивания топлива, продувки и т.п.

На судах морского флота применяются двигатели следующих конструкций:

двигатели простого действия с поперечной, петлевой прямоточно-клапанной продувкой;

ДВС с прямоточной продувкой и расходящимися поршнями;

дизельные двигатели двойного действия.

Судовые дизельные двигатели должны обеспечивать не только прямое, но и обратное вращение гребных винтов непосредственно или через редуктор, поэтому от наземных их отличает наличие некоторых вспомогательных элементов.

Предполагается, что дальнейшее усовершенствование судовых дизелей будет достигаться за счет новых решений по нескольким направлениям. Так, применение двухступенчатого наддува позволит снизить удельную массу двигателей в 1,4 – 1,5 раза, при этом оптимальный тепловой режим камеры сгорания предполагается обеспечивать интенсивным охлаждением крышки цилиндра и втулки. Применение длинноходовых малооборотных дизелей с увеличением хода поршня на 22% позволит значительно снизить частоту вращения коленчатого вала, что приведет к 5 – 8 % экономии топлива. Взамен пружин будут использоваться гидравлическая система привода выпускных клапанов и воздушный демпфер. Совершенствование малооборотных двигателей также пойдет по пути улучшения смесеобразования, топливоподачи и применения турбонаддува.

Рассматриваются несколько возможностей совершенствования дизель-электрических энергоустановок для подводного флота. Во-первых, это использование в качестве генераторов переменного тока высокооборотных (1200 – 1800 об/мин) двигателей с общей агрегатной мощностью 700 – 1500 кВт, повышение КПД и мощности электромашин, совершенствование традиционных батарей и разработка новых. Также созданию в будущем мощных неатомных ЭУ способствуют работы по использованию высокотемпературных сверхпроводников.

Вторая возможность – использование анаэробных СЭУ: двигателей Стирлинга, преобразователей химической энергии в электрическую без промежуточных этапов, дизельных установок замкнутого типа.

Турбинные двигатели

Достоинством движительных систем с газовыми или паровыми турбинами является большее тяговое усилие. Мощность такой системы в режиме буксировки может быть выше, чем при работе на свободном ходу. К тому же турбины обладают способностью саморегулирования по вращающему моменту, что исключает возможность их перегрузки.

Основными недостатками газовых турбин (ГТ) являются малый КПД (около 30 %), высокий расход топлива, чувствительность к сборке и топливоподготовке, а также практически невозможность реверсирования, из-за чего на таких судах принято предусматривать дополнительную турбину. Все это тормозит широкое внедрение турбин в гражданском судостроении. Однако сейчас, помимо скоростных судов ВМФ, такими ЭУ оснащаются супертанкеры, контейнеровозы, суда на воздушной подушке, суда на подводных крыльях, то есть те, которым необходима большая мощность. Кроме того, на многих типах судов турбины используются в качестве ускорительных (форсажных) установок.

Судовые движители – устройства, предназначенные для обеспечения движения судна за счет преобразования того или иного вида энергии. Подразделяются на активные и реактивные. К активным движителям относятся паруса, все остальные являются реактивными. На сегодняшний день активно используются движители следующих видов:

лопастные – гребное весло, гребное колесо, гребной винт, крыльчатый движитель;

водопроточные – ракетный и водометный двигатели.

Если самый древний движитель – весло – на сегодняшний день применяется на спортивных судах и шлюпках, парус – на спортивных и прогулочных яхтах и учебных судах, то гребное колесо вытеснено гребным винтом.

Гребной винт – наиболее распространенный вид судового движителя, относится к гидрореактивному типу. Он представляет собой ступицу с равномерно расположенными на ней по окружности 2 – 6 лопастями. По конструкции гребные винты подразделяют на:

винты с фиксированным шагом (ВФШ) и

винты с регулируемым шагом (ВРШ).

Гребной винт используется на судах любых типов – от транспортных судов до подводных лодок. Их недостатками является то, что для повышения передачи судну количества движения приходится увеличивать размеры и массу винта. А рост скорости вращения приводит к кавитации, что грозит разрушением лопастей или снижением КПД винта. Еще в середине прошлого века был предложен выход из этой ситуации – работа в режиме суперкавитации. КПД специальных суперкавитирующих винтов на 15 – 20 % выше, чем у обычных. Такие винты способны эффективно работать при скорости вращения до 3000 об/мин, что позволяет применять их в прямых безредукторных системах двигатель-движитель.

Крыльчатый движитель также является гидрореактивным. Он представляет собой установленный заподлицо с днищем диск с лопастями крыльчатой формы. Диск вращается вокруг вертикальной оси, лопасти в свою очередь совершают собственные вращательно-колебательные движения.

Основным преимуществом такого движителя является высокая маневренность судна, которое им оборудовано. Два крыльчатых движителя, симметрично установленные на судне, дают возможность изменять направление и скорость движения вплоть до полной остановки без реверса главной судовой энергоустановки.

К недостаткам относятся низкий КПД, сложность конструкции, ограниченная передаваемая мощность и малоэффективная работа при качке, частые поломки лопастей и общая дороговизна. Поэтому в основном такие движители применяют на высокоманевренных судах – паромах, кранах, портовых буксирах. Также крыльчатые двигатели могут применяться в качестве вспомогательных подруливающих устройств на крупных морских судах.

Водометный движитель. Обычные составляющие водометного движителя: насос или винт, вал, водовод (водометная труба), контрпропеллер (спрямляющий аппарат) и реверсивно-рулевое устройство. Движение происходит за счет отбрасывания воды из сопла.

Водомёты хороши для мелкосидящих судов, например, для речных, так как отсутствие выступающих частей придает судну хорошую проходимость в мелких акваториях. В последнее время наметилась тенденция применения водометных движителей для судов на подводных крыльях. Благодаря применению современных паровых и газовых турбин водомёты могут успешно применяться на больших судах, по расчетам пропульсивный КПД такого движителя может достигать 83%, то есть примерно на 11% больше, чем у гребного винта.

Особенно интересны перспективы применения водометных движителей для подводных лодок, что позволило бы увеличить скорость лодки и снизить ее шумность. Но здесь существуют такие серьезные проблемы, как потери на трение из-за вихреобразования при взаимодействии струи с внешним потоком, огромное гидравлическое сопротивление в образующихся водоворотах. К тому же, повышение скорости подводной лодки неизбежно вызовет нарастание процесса кавитации на лопастях насоса, что приведет к срыву его работы. Возможным решением может стать применение суперкавитирующих лопастей колеса насоса.

Воздушный винт в качестве судового движителя применяется в экранопланах, судах-амфибиях и судах на воздушной подушке. Принцип работы последних основан на создании избыточного давления под днищем судна. Созданная таким образом воздушная подушка позволяет приподнимать судно над любой поверхностью, будь то вода, песок или трясина. При одинаковом принципе различают лишь схемы образования этой подушки – центральное круглое сопло, кольцевое сопло, с юбкой или без нее, с лабиринтным уплотнением по периметру днища и т.д.

Количество патентов на изобретение новых судовых движителей велико. Так, предложен движитель типа водометного, но основанный на нагревании воды. Он состоит из профилированной трубы (водовода), совмещенной с водонагревателем. Водовод предлагается размещать между корпусами подводного судна. Заборное отверстие располагается при этом снизу, нагреваемая вода по свободнопроточному водоводу поднимается вверх и выбрасывается в верхней части судна в противоположном движению судна направлении. Движение воды в водоводе осуществляется за счет разности плотностей. Основная задача такого движителя – бесшумное передвижение подводной лодки.

Давно известные движители, работающие по принципу рыбьего хвоста, также совершенствуются. Изобретатели заявляют о довольно высоких, даже в сравнении с гребными винтами, КПД и экономичности таких движителей. Недостатком является невысокая скорость, достигаемая моделями.

Один из российских изобретателей предлагает оснащать суда дополнительным носовым винтом особой формы. Модель, оснащенная таким винтом на носу и обычным на корме показала приличный прирост скорости – примерно 50% от исходной.