Выбор оптимального гребного винта

Вспоминая первый год моих занятий гонками на катерах, я просто поражаюсь своей наивности. Хотя перед тем я провел много времени, изучая всякие мелочи в конструкции лодки, я попросту упустил из виду три важнейших момента, которые влияют на характеристики любой лодки — минимум веса, максимум возможной мощности и наиболее подходящий винт.

Хотя с той поры конструкции лодок и моторов невероятно улучшились, но важность этих трех элементов абсолютно не изменилась.

Владельцы семейных лодок, скорее всего, не будут перестраивать вновь купленную лодку для ее облегчения и покупать дорогой лодочный мотор, чтобы добавить скорости. Однако каждый из них вполне может заменить гребной винт — на более подходящий.

Давайте посмотрим, как же правильно выбрать и применять гребной винт для улучшения характеристик современной прогулочной лодки.

Терминалогия

Чтобы выбрать подходящий гребной винт, сначала нужно познакомиться с терминами. На самом деле в терминологии ничего сложного нет, да и как же будет здорово козырнуть в компании приятелей словечком «отношение диаметра к площади»!

Размеры гребного винта определяют двумя цифрами. Первая — диаметр. Если у винта две или четыре лопасти, то достаточно просто измерить расстояние между кончиками противостоящих лопастей.

Если у винта три или пять лопастей, то следует замерить расстояние от центра втулки до кончика любой лопасти и умножить это число на два.

Вторая цифра — шаг, т.е. теоретическое расстояние (в принятых единицах — см или дюймах), на которое винт продвинется за один полный оборот.

Итак, если имеется винт диаметром 35 см и шагом 53 см, то конфигурацию винта записывают как «35×53». Центральную часть гребного винта называют «втулка». Втулка служит для центровки винта на приводном валу.

У винтов, через которые двигатель выбрасывает выхлопные газы, как это принято в большинстве современных подвесных моторов и кормовых приводов, вокруг втулки имеется обойма, к которой и крепятся лопасти.

Как работают гребные винты?

Лопасти винта толкают воду в одном направлении, а лодка движется в противоположном направлении («каждому действию имеется равно и противоположно направленное противодействие»).

Вращаясь и толкая воду назад, лопасти гребного винта также создают разрежение на передней поверхности каждой лопасти. Это разрежение столь сильно, что на это поверхности начинают взрываться пузырьки воздуха, которые обдирают краску с винта.

Это происходит при вовлечении воздуха в процесс в форме кавитации или вентиляции. Не все понимают разницу между кавитацией и вентиляцией.

Вентиляция возникает, когда пузырьки воздуха от дна или транца лодки начинают поступать к винту и окружают его. То же случится, когда винт захватывает кончиками лопастей воздух с поверхности.

Кавитация возникает, когда гребной винт крутится сам по себе (наподобие пробуксовывания колес машины в грязи) и создает воздушные пузырьки на передней поверхности лопастей.

Безошибочный признак вентиляции и кавитации — резкое возрастание скорости вращения гребного винта. Для устранения этого явления следует уменьшить обороты двигателя, пока винт не войдет в соприкосновение с водой.

На что влияет форма лопасти винта?

Лопасти могут иметь самую разнообразную форму. Наиболее распространены лопасти типа «круглое ухо» и эллиптические. Такие гребные винты обеспечивают оптимальное соотношение тяги и скорости.

Лопасти других винтов сужаются к кончикам. Это уменьшает трение и, обычно такие лопасти ставят на винты скоростных судов.

Есть и такие винты, у которых имеется наклеп на хвостовой кромке лопастей. Эти узкие полоски наклепа помогают отсечь воду от лопасти, что улучшает тягу и повышает сцепление с водой для уменьшения проскальзывания (количество неэффективного вращения винта, измеряемое в процентах).

К примеру, гребной винт с шагом 63 см сделав четыре полных оборота, теоретически должен будет продвинуть лодку на 256 см. На практике же, он сможет продвинуть лодку всего на 228 см. Проскальзывание в таком случае составит 10%.

Если лопасть отходит прямо от втулки, или даже если перпендикулярно к ней, то такой гребной винт имеет нулевой гребок. Лопасти с нулевым гребком обеспечивают оптимальный подъем носа лодки, который никак не хочет подниматься при глиссировании.

Если лопасть наклонена к хвостовой кромке винта, то это и есть гребок. Если лопасть наклонена в обратную сторону, то говорят, что винт имеет сильный гребок.

Такой гребок измеряют в градусах и, как правило, чем больше гребок, тем больше подъем нос лодки.

Серповидные или полусерповидные винты можно узнать по прямой выходной кромке лопастей. Такая форма предотвращает засасывание воды, и кончики лопастей не захватывают воздух с поверхности, не допуская вентиляции.

Пониженное сопротивление движению приповерхностных винтов позволяет при той же установленной мощности достигать более высокой скорости вращения.

Винты, лопасти которых закручены в направлении вращения, называются косыми. Такая форма идеально подходит для движения в заросших водоемах, поскольку такие лопасти не склонны накручивать водоросли.

Латунные, алюминиевые или стальные гребные винты

Первоначально гребные винты делали из латуни, но и сегодня их используют в сотнях разных размеров для применения самых различных судах со стационарными моторами.

За последние несколько лет приобрели популярность винты из латуни с упрочняющей добавкой никеля. Такой материал называют Нибрал. Следует иметь в виду, что гребные винты для стационарных моторов весьма специфичны, и в разгар сезона их подобрать весьма непросто.

Для подвесных моторов и кормовых приводов производители обычно используют алюминиевые винты, поскольку они дешевле, быстрее (латунных) и легче. Последние достижения в технологии, усовершенствование конструкции и производства винтов из алюминия дали такие превосходные результаты, что их характеристики ни в чем не уступают их цене. Именно поэтому на большинстве небольших лодок установлены такие винты из алюминия.

Винты из полированной нержавеющей стали — лучший выбор, когда, прежде всего, нужны прочность и эффективность. Поскольку стальные винты в семь раз прочнее алюминиевых, то изготовители могут делать винты значительно тоньше без ущерба для их прочности и жесткости.

К несчастью, если Ваша лодка несет мощный гоночный винт с несъемной втулкой, то винт из стали может выдержать удар о подводное препятствие, но этот же удар может разнести редуктор.

В этом причина широкого внедрения пластиковых втулок, которые при ударе или заклинивании винта прокрутятся или срежутся, как это происходит с алюминиевыми втулками.

Распространены два типа стальных винтов: полированные и шлифованные (менее полированные). Несмотря на распространенное мнение, полировка винта не имеет отношения к его характеристикам. В количественном отношении стальные винты примерно вдвое превосходят винты алюминиевые.

Наиболее современные винты делают из композитных материалов. Благодаря достижениям химии, нейлоновые и углеродные волокна широко применяются в судостроении.

Кроме повышенной, относительно алюминия, прочности, — винты из композитных материалов не подвержены коррозии, а потому поставляются с пожизненной гарантией на втулку или даже со сменными лопастями. По цене они очень близки к алюминиевым винтам.

Сколько нужно лопастей на гребном винте?

Мне часто задают вопрос «Для чего нужен винт с тремя, четырьмя лопастями?» Хотя четкого правила нет, но аналогия поможет упростить и понять.

По мере увеличения размера лопасти или увеличением количества лопастей, увеличивается так называемое отношение диаметра к площади. Хотя увеличение площади лопастей увеличивает площадь действия сил, толкающих судно, но увеличивается и трение.

Вообразите широкие колеса автомобиля, и сравнение будет полным. Чтобы уменьшить трение, создаваемое лопастями, лопастей должно быть меньше (но не меньше двух, разумеется).

В последние годы существенно возросла мощность лодочных моторов, а конструкторы корпусов современных лодок нашли новые методы уменьшения трения смачиваемой поверхности за счет использования облегченных и композитных материалов, а также придания «ступенчатой» формы днищу лодки.

В итоге стало возможным применение четырех лопастных винтов.

Если судно и установленный лодочный мотор способны работать с четырех лопастным гребным винтом, то станут доступными еще несколько полезных достоинств. У четырех лопастного винта количество противостоящих лопастей равно, что делает его работу ровной, позволяет быстрее разгоняться с холостого хода, уменьшает минимальную скорость выхода лодки на глиссирование, и даже экономит топливо при движении на крейсерском (экономичном) ходе.

Некоторые водномоторники переходят на четырех лопастные гребные винты только из-за одного этого. Следует помнить, что максимальная скорость судна в общем случае не возрастет, а иногда даже слегка уменьшится.

В общем, по моему опыту, вывод относительно количества лопастей можно сделать такой: суда длиной более 7 метров вроде легких круизных яхт в общем случае ведут себя лучше с четырех лопастными гребными винтами.

Во всех других случаях — берегите свой трехлопастной винт, и Вы сбережет деньги.

Многие покупатели новых лодок или подвесных моторов уверены, что производитель сразу же ставит наиболее подходящий гребной винт.

К сожалению, это далеко не всегда верно. Когда мы покупаем автомобиль, то покрышки на нем изготовитель автомобиля ставит такие, какие подходят для среднего подобного автомобиля в обычной дорожной обстановке.

Производители лодок, разумеется, не имеют представления о том, как Вы предполагаете использовать купленное плавсредство. Поэтому нет никакой гарантии, что комплектный гребной винт лодки подойдет к любому ее применению, которое Вам может потребоваться.

Некоторые винты одинакового размера ведут себя по-разному, тогда как разные винты разных размеров могут давать одинаковые результаты. Отсюда первый вывод из проведенных тестов.

Чтобы подобрать наиболее подходящий винт, нужно попробовать разные винты!

Можно также заметить, что один гребной винт может иметь преимущества в одной области, но проигрывать в другой. Возможно, это наиболее существенный вывод, который основывается на практическом опыте.

Так что, выбирая винт, решение следует принимать по наиболее важным для Вас характеристикам винта. Анализируя характеристики, следует иметь в виду, что у разных винтов лопасти разной формы. Можно выбрать винт, эффективно создающий подъем носа лодки, прежде всего винты для рыбацких лодок, а можно выбрать винт для прогулочных катеров, которые, прежде всего, создают оптимальную тягу.

Ремонт алюминиевого винта или покупка бывшего в употреблении винта — это плохое вложение денег, поскольку при ремонте винт нужно сначала накалить. Нагрев меняет молекулярную структуру материала, резко его ослабляя.

Даже если Вы всего лишь спрямляете зазубрины или обрезаете лопасти, то Вы тем самым меняете их форму (вместе с характеристиками всего винта).

Винты из нержавеющей стали, с другой стороны, равно как и винты из композитных материалов, можно надежно ремонтировать, так что им вполне можно вернуть первоначальные характеристики. А можно просто сменить лопасти как на винтах Turning Point.

И есть еще один важный вывод. Некоторые эксплуатационные характеристики новейших алюминиевых и композитных винтов волне могут вполне конкурировать с аналогичными параметрами более дорогих стальных винтов.

Однако винты из нержавеющей стали как по сумме характеристик, так и по прочности все равно будут лучше. В общем случае, также четырех лопастные гребные винты быстрее разгоняют судно, чем трехлопастные и предназначены для глиссирования на меньших скоростях.

Винты из композитных материалов прекрасно ведут себя в любых условиях и, кроме того, позволяют быстро менять лопасти.

Выбрав материал и дизайн винта, Вам следует определиться с его размером.

Если нужно больше тяги для тяжелогруженой лодки или для буксировки, то берите винты большего диаметра, как более широкие шины для автомобиля.

Если же нужна только быстроходность, то выбирайте винт увеличенного шага, но меньшего диаметра, чтобы мотор смог создать требуемые обороты.

Всегда записывайте обороты, скорость хода и размер испытуемого винта. Если испытывать собираетесь несколько винтов, то выбирайте для начала винт, размер которого лучше всего обеспечивает обороты мотора, рекомендованные изготовителем.

Представляйте всегда диаметр и шаг как две чашки весов, которые нужно сбалансировать. Если достигнуты максимальные возможные обороты лодочного мотора, то можно только увеличивать шаг при уменьшении диаметра, или увеличивать диаметр, соответственно уменьшая шаг.

Я же, со своей стороны, хочу Вам дать три важных совета:

ЛУЧШЕЕ — ВРАГ ХОРОШЕГО!

Имейте в виду, что для подбора оптимального винта для казалось бы обычной лодки нужно пробовать разные гребные винты.

ПРОБОВАТЬ!

Когда в ходе испытаний станет ясно, какого типа гребной винт оптимально подходит к Вашей лодке, то после этого следует перепробовать наибольшее количество винтов найденного типа.

Не стесняйтесь экспериментировать. Время, которое будет потрачено на тесты разных винтов, позволит Вам лучше почувствовать лодку, сэкономит топливо в будущем и, принесет больше удовлетворения

НЕ УСТУПАЙТЕ!

Винт — не та вещь, на которой имеет смысл зарабатывать или экономить деньги. Несколько лишних долларов, которые приблизят Вас к лучшему, для Ваших же потребностей, гребному винту — не бойтесь их потратить!

Они, безусловно, окупятся, — и через комфорт, и через экономию топлива.

Гребной винт — это важнейшая часть оборудования, отвечающего за приведение Вашей лодки в движение. Следуйте нашим рекомендациям, и Вы обязательно повысите эксплуатационные характеристики своей лодки.

По материалам одноименной публикации Билла Дженнингса
(Bill Jennings) на сайте www.acepropeller.com
Перевод Павла Дмитриева