Водномоторные поиски и находки

ДРАЙВ-ТЕСТ - ВОДНОМОТОРНАЯ РУЛЕТКА
(Статистическая природа данных драйв-теста)



Сравнивая водномоторный драйв-тест с рулеткой, автор имел в виду оба ее определения. С одной стороны, с помощью драйв-теста «измеряют» скорость хода судна и другие параметры, с другой - из-за влияния различных факторов измеряемые значения являются случайными величинами, «маскирующими» истинные значения этих параметров (статья автора «Нужна ли теория подвесного мотора?»).

Пример такого влияния -в недавнем драйв-тесте, проведенном редакций «КиЯ» с 30-сильной «Yamaha» на наших лодках-старушках»: «Южанке», «Оби-М», «Крыме» и «Днепре» (№ 198 за 2005 г.). Результаты этих ходовых испытаний для разных лодок с различной нагрузкой отображены на графике зависимости скорости хода от частоты вращения мотора (см. рис.1). Эти параметры соответствуют внешней характеристике двигателя, поскольку данные получены на полном газу.

В идеальном случае, когда отсутствует гидродинамическое и «функциональное» взаимодействие с корпусом судна (см. упомянутую статью автора), все экспериментальные точки должны лежать на плавной кривой, подобной тем, что получают при испытаниях моторов в опытовом бассейне. Но в реальных условиях, как видим, эта кривая как бы размывается некоторым статистическим шумом от воздействия многих случайных факторов. Так что, например, у лодки «Южанка» при нагрузке в 2 человека скорость хода значительно ниже, чем у «соседей» по графику-той же «Южанки» с 1-м человеком (на 12%) и «Оби-М» с 2-мя человеками (на 10%).

Одним из факторов, влияющих на результаты драйв-теста, могли быть различия в углах начальной откидки мотора. Кроме того, на ходу меняется дифферент лодки, а это приводит к изменению посадки мотора, которая определяется его наклоном и заглублением -по аналогии с дифферентов и осадкой корпуса судна. При увеличении скорости хода у глиссирующего судна, как известно, все большую роль играет лобовое сопротивление подводной части мотора. Поэтому изменение посадки мотора начинает все сильнее сказываться на результатах испытаний. К сожалению, в этом драйв-тесте такие моменты не отражены.






1 - двухтактный 30-сильный мотор «Yamaha 30 НМН»;
2 - четырехтактные 40-сильные моторы «Yamaha F40LA» и «Yamaha F40 BTLR»;
3 - четырехтактный 50-сильный мотор «Yamaha F50 TLR»; 4-лодка «Южанка» с нагрузкой 185 кг (2 человека);
5 - килеватость 12°, откидка мотора в позиции № 1, антикавитационная плита вровень с днищем;
6 - откидка в позиции № 2, антикавитационная плита на 1/4 дюйма ниже уровня днища;
7 - откидка в позиции № 2, антикавитационная плита на 1/2 дюйма выше уровня днища;
8 - корпус РИБ, откидка в позиции № 2;
9 - РИБ, откидка в позиции №3.

Естественно, свою лепту в разброс результатов драйва-теста вносит и разнотипность корпусов, с которыми испытывается мотор. Как отмечено в той же статье автора, «статистический шум», размывающий идеальную кривую опытового бассейна, описывается нормальным законом распределения вероятностей. Это позволяет использовать при анализе результатов таких драйв-тестов «стандартные» приемы математической обработки статистических данных.

Обращение к Интернету вывело на целые россыпи полезнейшей информации по драйв-тестам, в том числе, с моторами «Yamaha». Впечатляет объем этих испытаний, которые регулярно проводятся в Северной Америке. Так, например, только для модельного ряда «Yamaha» от 25 л.с. до 225 л.с. с 2000 года в Интернете выложены результаты почти 1400 (!) драйв-тестов с различными корпусами мотолодок и гребными винтами.

Например, для модельного ряда 25 - 50 л.с. в 13СГ драйв-тестах фигурируют по два десятка модификаций моторов и гребных винтов, а также полдюжины вариантов редуктора. Для моторов мощностью 25 л.с. это 8 моделей моторов и 7 вариантов винтов, а для мощности 50 л.с. - соответственно 7 моделей и 8 вариантов. В одной «силовой» категории у моторов могут быть разные гребные винты, с разными передаточными отношениями редуктора, а их двигатели могут быть и двух-, и четырехтактными. Напомним, что с другим винтом и редуктором мотор превращается в иной движительный комплекс, с новыми эксплуатационными характеристиками.

В этих драйв-тестах, конечно, в первую очередь регистрируются обычные паспортные данные корпуса мотолодки (длина, ширина, водоизмещение, нагрузка) и ее мотора (тип двигателя, мощность, вариант редуктора, параметры гребного винта, в том числе и его материал - между прочим, по данным фирмы «Mercury» замена алюминиевого винта стальным может увеличить частоту вращения мотора примерно на 100 об/мин). Фиксируется также угол (позиция) откидки мотора, положение его антикавитационной плиты относительно днища лодки, температура воздуха и воды, скорость ветра и даже высота над уровнем моря (хотя точнее было бы измерять барометрическое давление, да и влажность не помешало бы - как известно, это влияет на мощность двигателя). Прилагается даже фотоснимок мотолодки, что позволяет судить, в частности, о доле сопротивления воздуха при движении судна.

В качестве иллюстрации на наш рисунок нанесены данные испытаний для четырехтактных моторов «Yamaha» мощностью 40 л.с. и 50 л.с. (модели F40LA, F40BTLR с редукторами 2,00:1 и F50TLR с редуктором 1,85:1 - по американской классификации) с одинаковыми алюминиевыми гребными винтами (диаметр 10 5/8 дюйма X шаг 12 дюймов, т.е. 270 х 305 мм).

40-сильные моторы были испытаны в 2009-2010 годах с различными «жесткими» корпусами разных производителей (длина 4,72 - 5,03 м, ширина 1.63 - 2,08 м, относительное удлинение от 2.30 до 3,09, полное водоизмещение 544 - 853 кг). 50-сильные моторы испыты-вались в 2006 и 2008 годах с четырьмя жесткими корпусами (длина 4,83 - 5,33 м, ширина 1,80 - 2,18 м, относительное удлинение от 2,37 до 2,68, полное водоизмещение 729 - 770 кг) и двумя РИБ'ами (длина 3,81 м и 4,09 м, ширина соответственно 1,98 м и 1,60 м, полное водоизмещение 574 кг и 558 кг).

Тест-драйвы проведены с корпусами различных производителей и разного типа: с дюралевыми (фирмы «Alumocraft», «Polar Craft» , «Smoker Craft»), композитными (фирмы «Саре Craft», «Sundance» , «G3 Boats») и РИБ'ами (фирмы « Zodiak», «Avon» ). Килеватость изменялась от минимальной до 12° («Cape Craft»). Высота транца - от 530 мм («Polar Craft») до 508 мм (стандартная).

Как видно из рис.1, при частоте вращения 6000 об/мин наблюдается достаточно существенный разброс в скоростях хода. Так, у 40-сильных подвесников максимальная разница в скорости хода при 6000 об/мин равна 9% - наименьшая скорость у модели F40LA с откидкой в позиции № 1 и положением антикавитационной плиты вровень с днищем, наибольшая у модели F40BLTR при откидке № 2 и антикавитационной плите выше днища на 1/2 дюйма. У 50-сильных моторов разные углы откидки: позиция № 2 (скорость хода меньше) и позиция № 1 (скорость больше). Скорости хода отличаются при этом на 2,5%.

Напомним, что этот разброс обусловлен многими случайными факторами. С одной стороны, это неточность посадки мотора на транце (погрешность установки его оптимального дифферента и заглубления). С другой - «функциональное» влияние параметров испытываемых корпусов (форма обводов, водоизмещение, ширина на миделе, относительная длина, углы внешней килеватости на миделе и на транце, сужение кормовой оконечности).

Если параметры подвески мотора были выбраны на ходу с помощью триммеров, то доминирующую роль в разбросе результатов играет различие в параметрах корпусов испытываемых судов. Это, например, повышает точность дилерских рекомендаций по выбору гребных винтов.

Для полноты картины в таких драйв-тестах хотелось бы видеть данные по фактической мощности моторов - как это было, например, в упомянутых выше ходовых испытаниях 25-сильных моторов. Данные, полученные хотя бы с помощью простейшей мулинетки (см., напр., «КиЯ» № 59 за 1976 год).

Похожие результаты драйв-тестов приведены в Интернете еще только для моторов «Honda». Увы, их намного меньше и они не столь полны. Например, для модельного ряда 40 - 225 л.с. с «жесткими» дюралевыми корпусами - менее сотни драйв-тестов.

Таким образом, если итоги каждого заезда в ходовых испытаниях рассматривать со статистической точки зрения, то выводы и соответствующие рекомендации должны быть не жестко регламентированными, например, с «категорически строгими» допусками. Как известно из прикладной теории математической статистики, это может приводить к экономически неоправданным требованиям.

Поэтому при организации и анализе результатов драйв-тестов целесообразно перейти на язык доверительных вероятностей, доверительных интервалов, рисков потерь и т.п. понятий. Тем более, что измеряемые в драйв-тестах параметры являются случайными величинами, практически подчиняющимися хорошо изученному нормальному закону распределения вероятностей (статья автора «Нужна ли теория подвесного мотора?»). Таким образом, теория подвесного мотора должна содержать и раздел статистического анализа результатов драйв-тестов - с целью построения реальной статистической модели подвесного мотора или, по меньшей мере, ее простейших вероятностных оценок.

В такой статистической модели реальная кривая действия подвесного мотора может трактоваться как некоторое статистическое усреднение множества конкретных кривых действия для различных пар «корпус + мотор», скорость хода которых зависит от упомянутых выше случайных факторов. Иными словами, это еще один пример «ленинского», статистического, подхода к описанию «водномоторных» закономерностей (см. статью автора «Ленинский принцип в теории подвесного мотора»).

Тогда по аналогии с фактически усредненной паспортной внешней характеристикой подвесного мотора можно говорить и об усредненной «паспортной» кривой действия этого мотора. А реальную математическую модель мотора строить на основе «функционального» взаимодействия таких паспортных характеристик (см. статью автора «Подвесной мотор языком математики»).