Водномоторные поиски и находки

«МУХИ И КОТЛЕТЫ»... ВОДНОМОТОРНЫХ ДРАЙВ-ТЕСТОВ
(Гидродинамические параметры мотора в драйв-тесте)

«...Мухи отдельно, котлеты отдельно...»
Из бородатого анекдота о совковом общепите

Один из возможных путей раскрытия тайн зарубежных подвесников - это обработка результатов драйв-тестов на основе статистического, «ленинского», подхода (статья автоpa «Ленинский принцип в теории подвесного мотора»), следуя математической модели мотора, предложенной в статье автора «Подвесной мотор языком математики».

В отличие от экспериментов в опытовом бассейне, где роль корпуса судна играет буксирующая тележка, никак не влияющая на работу подвесного мотора, в обычных драйв-тестах подвесник всегда находится на транце корпуса судна. Иными словами, «одномоментно» испытывается вся связка «корпус-мотор», в то время как нас интересует мотор, «взятый отдельно от корпуса». (Как тут не вспомнить о мухах и котлетах!).

Ходовые качества котлеты с мухами, пардон, судна с мотором, характеризует, как известно, коэффициент пропульсивного качества, равный отношению мощности «транспортировки судна» к мощности его мотора (а если корректно - к мощности на гребном валу):

γ = Δ•u / N

где Δ - водоизмещение (вес) судна, v - скорость хода, а N - мощность мотора.

Водоизмещение и есть та самая, образно говоря, ключевая фигура в нашем кулинарном сравнении: его, как известно, можно представить в виде произведения двух сомножителей. Один из них - гидродинамическое качество К, - характеристика корпуса судна («котлета»), другой - эффективный упор Р_е, приложенный к транцу судна, - характеристика подвесного мотора («муха»):

Δ = K•P_e

Обычно в драйв-тестах, которые проводит, например, редакция журнала «Катера и яхты», регистрируют только два параметра из этих формул: водоизмещение Δ и скорость хода v, а также число оборотов мотора n. Мощность же N на полном газу и число оборотов n, как известно, взаимосвязаны внешней характеристикой мотора N = N(n).

Увы, эта зависимость известна далеко не всегда, поэтому приходится либо измерять мощность на заводском тормозном стенде (см., напр., «КиЯ» № 85 за 1980 г.) или мулинеткой («КиЯ» № 134 за 1988 г.), либо рассчитывать ее по формуле В.А.Баснина, доработанной автором (см. упомянутую статью автора о ленинском принципе). Тогда остается только оценить гидродинамическое качество корпуса судна K и задача «отлучения мухи от котлеты» решена - найденная величина эффективного упора P_e, вместе с параметрами Δ и v, исчерпывающе характеризует движительные возможности мотора. Но для этого, очевидно, нужно знать зависимость гидродинамического качества от скорости хода К = K(v).

Если для конкретного судна эта зависимость неизвестна, приходится оценивать ее по статистическим данным для судов аналогичного класса (см. статью автора «Ленинский принцип в теории подвесного мотора»). Когда же для корпуса судна, на транец которого будет навешен подвесной мотор, имеются графики зависимостей буксировочного сопротивления от скорости хода, можно не прибегать упомянутому статистическому подходу. И если эти зависимости получены при несколько отличающихся параметрах водоизмещения (нагрузки) и центровки, достаточно воспользоваться хотя бы простейшей линейной интерполяцией ближайших значений параметров. Конечная точность оценок с большой долей вероятности все равно будет выше, чем при «огульном» статистическом подходе.

Для корпусов ряда отечественных мотолодок некоторая информация такого рода собрана автором (книга «Толкач на транце», Киев, Изд-во «Сталь», 2010). Как с ней работать, покажем на конкретном примере драйв-теста с импортными подвесниками «Yamaha-30», «Tohatsu-18» и «Suzuki-15» на отечественной моторной лодке «Крым» («КиЯ», № 198, 2005 г.). Для этого корпуса в упомянутой книге автора имеются зависимости буксировочного сопротивления R от скорости хода v для различных величин водоизмещения Δ и центровки x_g (расстояние от центра тяжести до транца в долях длины судна).

Как было отмечено в статье автора «Алгебра и гармония водномоторного драйв-теста», у мотора «Suzuki-15» гидродинамические параметры должны быть лучше, чем у «Tohatsu-18». Поэтому из имеющихся зависимостей был выбран самый «легковесный» вариант - для водоизмещения 378 кг, - при котором корпус глиссирует и с мотором-«пятнашкой». И здесь выяснилась удивительная вещь!

Оказывается, что автор и все его коллеги-водномоторники совершили серьезные антинаучные проступки еще в те славные времена, когда настоящая докторская колбаса стоила два-двадцать за кило. Это было приобретение корпуса мотолодки «Крым» без...мотора «Вихрь»! Ведь ни много, ни мало - все наши подвесные моторы были для советской науки «вне закона»!

Не верится? Пожалуйста, доказательство содержится в отчете Ленинградского кораблестроительного института (ЛКИ). Отчета, из которого были взяты упомянутые выше графики зависимостей буксировочного сопротивления отечественных мотолодок, испытанных в опытовом бассейне. Отчета, на основании которого был разработан официальный ГОСТ 5.01.155-74 «Суда малые быстроходные для народного потребления».

Согласно этому отчету мотор «Вихрь» был неотъемлемым элементом корпусов таких мотолодок как «Крым», «Днепр» и ряд других, - по крайней мере, для ученых мужей, оценивающих их ходкость. Позже эта точка зрения была общепризнана в большой советской «кораблестроительной» науке (см., напр., книгу И.Т.Егорова, М.М.Бунькова и Ю.М.Садовникова., «Ходкость и мореходность глиссирующих судов», Судостроение, 1978; журнал «Катера и яхты» № 133 за 1988 г.).

Как оказалось, при построении графиков ЛКИ к «чистому» буксировочному сопротивлению указанных корпусов приплюсовано сопротивление подводной части советского 20-ти сильного подвесника «Вихрь». По-видимому, тогда - в 70-е застойные года прошлого столетия, - высокоученые судостроители полагали (впрочем, небезосновательно!), что на долгие десятилетия это будет единственной радостью в жизни водномоторников Страны Советов. Что поделаешь, ведь в те годы подвесной мотор был для народного хозяйства чем-то вроде «опостылевшей обязаловки» для танкового завода - например, ширпотребовской мясорубки...

И это не удивительно - если даже в упомянутой выше серьезной научной монографии титулованных специалистов ЛКИ (стр.153) сопротивление выступающих подводных частей малого глиссирующего судна предлагается рассчитывать так же, как у все того же многострадального «Вихря»!..

Для оценки гидродинамических параметров рассматриваемых подвесников на корпусе «Крыма» был выбран имеющийся график буксировочного сопротивления при водоизмещении 378 кг, наиболее близкий к нагрузке в 2 человека. К сожалению, при водоизмещения 580 кг для другого имеющегося графика, наиболее близкого к нагрузке в 4 человека, корпус «Крыма» с мотором «Suzuki-15» не выходит на глиссирование (число Фруда по водоизмещению Fr& равно 2,83, т.е. меньше «порога» глиссирования, равного примерно 3,0 -см., напр., в упомянутой книге автора).

Чтобы работать не только с «Вихрем», но и с другими моторами, график-оригинал ЛКИ с «довеском» в виде буксировочного сопротивления «Вихря» пришлось пересчитать, вычтя этот довесок. Благо, что в отчете ЛКИ приведена соответствующая формула - r = 0,135 •v².

При расчетах весовые характеристики корпусов с моторами и соответствующей нагрузкой принимались такими же, как в статье автора «Алгебра и гармония водномоторного драйв-теста». Поскольку величины водоизмещении корпусов из драйв-теста и для буксировочных кривых не совсем совпадали, в расчетах использовались несколько откорректированные значения скорости хода и частоты вращения. Коррекция было выполнена с помощью обычной линейной интерполяции соседних данных.

Для полноты картины дополнительно рассмотрен и отечественный подвесник «Неп-тун-23», гидродинамические характеристики которого, по оценке автора в упомянутой его книге, лучше, чем у семейства «Вихрей». Напомним, что у «Нептуна-23», так же как у «Вихрей», из-за «механического» КПД, равного 0,935, мощность на гребном валу ниже, чем паспортная.

К слову, при оценке фактической мощности «Нептуна-23» не понадобился упомянутый выше «ленинский принцип» - ведь заводская внешняя характеристика известна. Отметим также, что в этом случае с «экспериментальными» данными драйв-теста сравнивались расчетные, «виртуальные», значения величин скорости хода и числа оборотов, найденные с помощью графиков тяговых характеристик мотора (см., напр., упомянутую книгу автора).

Каковы же движительные характеристики рассматриваемых моторов, навешенных (реально или виртуально) на корпус старушки-дюральки «Крым»? Напомним, что ее водоизмещение равно 378 кг при массе корпуса с оборудованием 190 кг («КиЯ» № 198, 2005 г.). Нас будут интересовать, с одной стороны, пропульсивное качество и эксплуатационная эффективность этих пар «корпус+мотор», с другой стороны и, в конечном итоге, гидродинамическая эффективность «отдельно взятых» моторов.

Таблица. Эксплуатационные характеристики моторов «Yamaha», «Tohatsu», «Suzuki» и «Нептун-23», навешенных на корпус «Крыма» с водоизмещением 378 кг при центровке х_g = 0,32.

n - число оборотов мотора, об/мин;
v - скорость хода, км/ч;
N₀ - мощность на гребном валу, л.с;
Q - полезная нагрузка судна, кг;
Р_е - эффективный упор мотора, кг;
Fr_Δ - число Фруда по водоизмещению;
γ = v•Δ / N₀ - коэффициент пропульсивного качества судна (пары «корпус+мотор»);
Э = vQ / N₀ - эксплуатационная эффективность моторного судна;
η_e = Р_e•v / N₀ - пропульсивный КПД мотора.
К = Δ / Р_e - гидродинамическое качество корпуса
(Δ = 378 кг - полное водоизмещение судна;
Р_e = R, где R - буксировочное сопротивление корпуса.)

Центровка - расстояние от центра тяжести судна до транца, выраженное в долях длины корпуса.

Эти данные приведены в таблице. Образно говоря, эта таблица и есть наглядная демонстрация решения задачи об отделении «мух» (моторов) от «котлет» (корпусов), когда в драйв-тесте получены только общие данные для всего «блюда». К счастью, в данном конкретном примере для «умозрительного» отделения мотора от корпуса не понадобился статистический подход.

В противном случае конечные оценки были бы вероятностными, что вызвано статистическим характером данных драйв-теста (см. статьи автора «Нужна ли теория подвесного мотора?» и «Драйв-тест - водномоторная рулетка»). Впрочем, таковой фактически является и информация о мощности мотора, ведь, к примеру, паспортная внешняя характеристика - это статистически усредненные значения мощности в некоторых допусках. Так что, как говорится, «все впереди».

Как и следовало ожидать, 30-ти сильный мотор «Yamaha» обеспечивает намного большую скорость хода, чем 15-ти сильный подвесник «Suzuki». А по всем остальным показателям эта «пятнашка» обходит своих более мощных собратьев! Неожиданностью также оказалось, что 30-ти сильная «Yamaha» и отечественный 23-сильный «Нептун-23» идут почти вровень по эксплуатационным показателям (правда, на сравнительно легкой мотолодке).

Итак, иногда для того, чтобы проверить положения теории подвесного мотора вовсе не обязательно самому устраивать ходовые испытания! Можно по-новому взглянуть на данные «чужих» экспериментов, получив достаточно интересные, результаты. Именно такой подход использован ранее автором в книге «Толкач на транце» и в статьях «Нужна ли теория подвесного мотора?» и «Алгебра и гармония водномоторного драйв-теста».