Потерянные силы

Журнал "Катера и Яхты", №1 (041), 1973г.

Лодки для туризма за последние годы изменили свой облик. Вместо традиционных плоскодонных промышленность освоила выпуск ряда новых моделей, отличающихся высокой мореходностью, повышенной комфортабельностью. Днище с килеватыми обводами дает возможность этим судам сохранять свои качества на крутой волне, позволяет избежать утомительной тряски на зыби.

В скорости на тихой воде новые мотолодки, однако, проигрывают плоскодонным. Это неизбежно: новые обводы имеют более высокое гидродинамическое сопротивление, да и сами корпуса лодок потяжелели.

Вопрос в другом: насколько велик может быть этот проигрыш? Теория, как будто, говорит, что он должен быть весьма незначительным. Практика убеждает в обратном.

А может быть, дело не только в лодках?

Вспомним, что все выпускаемые сегодня подвесные моторы разрабатывались в те времена, когда, кроме старой «Казанки», у нас практически ничего не было. На нее, естественно, и ориентировались моторостроители, рассчитывая параметры своих первых 17—20-сильных подвесников.

Соответствуют ли эти параметры гидродинамическим характеристикам современных мотолодок?

Чтобы получить ответ на этот вопрос, редакция провела сравнительные ходовые испытания.

На нашу мерную милю вышли две мотолодки, серийно выпускаемые промышленностью (дюралевый «Прогресс» и пластмассовый «Нептун») и две фанерные лодки, построенные по проектам «КиЯ» (глубокое V «Косатка» и тримаран «Тагуан»). В нашем распоряжении были моторы «Вихрь», «Вихрь-М» и «Вихрь-30» и набор из трех гребных винтов, изготовленных в ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова. Один из этих винтов ничем не отличался от штатного винта «Вихря» (правильнее сказать «Вихрей», так как на 20-, 25- и 30-сильный моторы ставится один и тот же винт!). Этот винт, напомним, имеет диаметр 240 мм и шаг 300 мм. А вот два новых винта при том же диаметре имели шаг 264 и 240 мм.



В проведении испытаний, вместе с сотрудниками редакции, участвовали представители ЦНИИ имени Крылова и несколько ленинградских туристов-водномоторников. Замеры скоростей проводились в Гребном канале по обычной методике — мерный участок проходился по два раза в обоих направлениях, время фиксировалось двумя секундомерами.

Результаты (см. таблицы 1—3) получились, на наш взгляд, очень интересные.







Вот, например, на дистанции «Прогресс» с 25-сильиым «Вихрем-М».

Владелец этой лодки В. Кузовкин отлично оборудовал ее для дальних путешествий: установил встроенный бензобак под переднее сиденье, подкрепил конструкцию транца, погрузил аккумулятор и т. п. Одним словом, вариант далеко не чисто прогулочный! С запасом горючего в 90 л и двумя человеками (водитель и пассажир) на борту водоизмещение лодки можно было оценить цифрой 490 кг. Со штатным гребным винтом на моторе этот «Прогресс» проходит 500-метровый мерный участок за 68,5 сек (среднее время за два пробега), т. е. скорость составляет 26,3 км/час.

Увеличиваем экипаж до четырех человек — скорость сразу же падает до 18,3 км/час, т. е. лодка на глиссирование уже не выходит.

Теперь заменяем штатный винт другим — с меньшим шагом, равным 264 мм, и вот, тот же «Прогресс» с теми же четырьмя человеками на борту идет в полтора раза быстрее — показывает скорость 27,3 км/час! Следующий винт — шаг еще меньше — 240 мм — еще 2 км/час прироста скорости, а максимальная скорость хода с двумя пассажирами достигает 30,2 км/час. Только с появлением на борту пятого человека (т. е. при увеличении водоизмещения примерно до 700 кг) лодка снова переходит в водоизмещающий режим движения — 16,7 км/час.

Надо еще отметить, что во время скоростных пробегов «Прогресса» только при нагрузке два пассажира с гребным винтом 240X240 мм мотор развивал повышенное (но не чрезмерное — 5200 об/мин) число оборотов!

Гребной винт с уменьшенным шагом 240 мм помог «Вихрю-20» «вытащить» на глиссирование и мотолодку «Нептун» с 4 пассажирами (водоизмещение 550 кг): она пошла со скоростью 36 км/час вместо 13,5, показанных со штатным винтом. Итак, скорость возросла в 2,6 раза!

Откуда же взялись у мотора силы? Почему небольшим уменьшением шага гребного винта удается компенсировать увеличение нагрузки?
Это можно проиллюстрировать графически. Каждый мотор имеет свою так называемую «внешнюю характеристику», т. е. зависимость снимаемой с вала мощности от числа оборотов коленчатого вала при полностью открытом карбюраторе. Для «Вихря», например, внешняя характеристика представляет собой кривую 1 с максимальной мощностью в 21,5 л. с. при 5000 об/мин. Мощность, которая поглощается на данной лодке гребным винтом, в зависимости от числа оборотов мотора показана на этом же графике тремя кривыми — винтовыми характеристиками 2, 3 и 4, — каждая из которых соответствует винту определенного шага. Точки, где внешняя и винтовая характеристики пересекаются, и показывают мощность и число оборотов мотора с данным винтом.

Оптимальный для данной лодки при данном водоизмещении винт (винтовая характеристика 3) позволяет наиболее полно использовать мощность двигателя на номинальных оборотах. При постановке более «тяжелого» винта (кривая 2) на ту же лодку с той же загрузкой мотор будет работать на оборотах 3500 об/мин, которым по внешней характеристике двигателя соответствует мощность всего 12 л. с; это значит, что используемая мощность 20-сильного «Вихря» будет такой же, как у обычной «Москвы» или «Beтерка-12».

Применение слишком «легкого» винта (кривая 4) также приводит к недоиспользованию мощности, так как внешняя характеристика при числе оборотов больше номинального резко падает. Но главная опасность здесь другая: значительное повышение числа оборотов сверх номинального резко сокращает срок службы мотора, а вероятность поломок его повышается. Однако даже в том случае, когда слишком «легкий» винт эксплуатируется на номинальных оборотах, снимаемая мощность «Вихря» также не превышает 12—13 л. с.

Можно подумать, что с «тяжелым» винтом получится значительная экономия топлива, — ведь мотор работает на пониженных оборотах! Это далеко не так.

На том же графике показана зависимость удельного расхода топлива (кривая 5) от числа оборотов. При числе оборотов, равном, например, 3700 об/мин, удельный расход составляет примерно 480 г/л. с. час вместо 360 на большем номинальном; мощность при этом равна 16 л. с. Перемножаем получившийся удельный расход на мощность и получаем парадоксальный результат — часовой расход топлива при меньшей снимаемой мощности остался прежним!

Вот к каким результатам приводит эксплуатация лодки с неподходящим гребным винтом: и скорость получается меньше, и расход топлива на 100 км пути увеличивается.

Сколько сил можно потерять, используя «тяжелый» винт, наглядно продемонстрировали испытания мотолодки «Косатка». Что можно сказать, глядя на таблицу замера ее скоростей?

Со штатным винтом на «Вихре-30» при увеличении нагрузки с двух человек до четырех скорость падает на 8 км/час. Установка же винта с меньшим шагом (264 мм) не только повышает скорость до 43,4 км/час (2 человека) и 39,0 км/час (4 человека), но и сокращает разницу в скоростях, которая получается при повышении нагрузки.

Под 20-сильным «Вихрем» со штатным винтом и с четырьмя пассажирами лодка не глиссирует и идет в переходном режиме — 17,6 км/час. Установка винта с шагом 240 мм приводит к поразительному результату: скорость с двумя человеками на борту становится почти такой же, как и при 30-сильном моторе со штатным винтом, а с четырьмя— даже на 2 км/час выше! Выходит, что, плавая на «тридцатке» со штатным винтом, мы в течение трех лет не использовали по крайней мере 8—9 л. с. имеющейся мощности!

С точки зрения экономики это означает, что сотни, а то и тысячи тонн бензина сейчас нерационально расходуются только потому, что самые распространенные у нас моторы «Вихрь» и «Вихрь-М» (как впрочем и «Нептун») снабжаются одним единственным винтом, который приходится использовать и на легкой «Казанке» и на семейном «Прогрессе». Заводы экономят на шестирублевом винте (который, кстати, с удовольствием приобрели бы даже просто в качестве запасного все владельцы моторов!), а в общегосударственном масштабе это оборачивается не такими уж малыми потерями!

Правда, к моторам «Москва-25» и «Москва-30» выпускаются три гребных винта с шагом 250, 280 и 300 мм, но провести сравнительные испытания с этими моторами мы не имели возможности, так как в нашем распоряжении их не было.

Даже ориентировочная прикидка говорит о том, что штатные гребные винты опробованных моторов далеко не оптимальны. Сравним значения теоретических скоростей 20—25-сильных отечественных и зарубежных моторов («Крайслер», «Эвинруд» и «Меркюри» по 20 л. с, «Джонсон», «Сельва», «Кресчент», «Терн» по 25 л. с. и «Кресчент» 35 л. с.). Если принять для штатных винтов всех сравниваемых моторов постоянное значение скольжения равным, например, 10%, то теоретическая скорость, достижимая при номинальных оборотах, на всех зарубежных моторах будет значительно ниже той, на которую рассчитаны штатные винты «Вихря» и «Нептуна». Так, если для «Вихрей» всех мощностей это 47 км/час (винт - то у всех один!), то для «Кресчента», «Сельвы», «Терна» — это только 40 км/час, для «Крайслера» и «Эвинруда» даже 39 км/час! И это на штатных винтах, а ведь к каждому зарубежному мотору можно приобрести еще как минимум 2—3 других гребных винта, как правило с шагом и меньше и больше чем у штатного.

Только «Казанка», на которую и подбирался винт «Вихря», может с этим мотором ходить с расчетной скоростью с одним водителем 43—45 км/час, недостижимой для современных лодок с тем же мотором и винтом.

Прошло десять лет. Наша промышленность освоила выпуск чуть ли не 20 разных моделей мотолодок. И теперь становится совершенно необходимой поставка в торговую сеть если не винтов с регулируемым шагом (типа «мульти-питчей», о которых не раз писалось в сборнике), то хотя бы набора сменных гребных винтов. Ответ на вопрос, какие это могут быть винты, должны дать судостроители. А для этого, помимо всего прочего, необходимо изменить утвердившуюся практику проведения ходовых испытаний. Сейчас при приемке новых образцов в нашем головном ЦКБ «Нептун», например, на лодку ставится мотор только со штатным винтом, а единственным показателем, снимаемым на мерной миле, является скорость. Если скорость с полной нагрузкой не устраивает — мала, вешают на транец еще один мотор (так было с мотолодкой «Нептун», рассчитанной, однако, на эксплуатацию с одним мотором).

А между тем на этих испытаниях имеется полная возможность не только снять все нужные характеристики, такие, как число оборотов мотора или расход горючего, но и подобрать оптимальные винты и главное — дать соответствующие рекомендации будущему владельцу. Именно так делают ведущие фирмы за рубежом.