Как выбрать вспомогательный мотор для яхты?

Предлагаемые ниже зависимости, основанные на статистических формулах Ф. Геллера,  мoгут быть использованы яхтенными конструкторами и яхтсменами для выбора вспомогательного двигателя и основных параметров гребного винта яхты. Этот мeтод дает достаточно точные результаты. Оптимальная скорость яхты зависит прежде вceгo от ее длины по действующей ватерлинии в метрах  L_WL и численно выражается формулой

Все попытки заставить яхту идти быстрее даже при установке мощнейших двигателей бесполезны. Подобные попытки приводят лишь к тому, что яхта просаживается глубже кормой и становится неустойчивой на курсе. Из этого общего правила составляют исключение глиссирующие парусные яхты, имеющие плоскую корму с широким транцем, что при достаточной длине корпуса, как, например, у «Финна» и «Летучего голландца», обеспечивает выход на глиссирование. Для таких судов существуют специальные методы расчета, но двигатели на них, как правило, не устанавливают. Вторая определяющая характеристика яхты – ее водоизмещение, или ее вес. Всякому ясно, что яхта в 20 Т. нуждается в более мощном моторе чем яхта в 2 Т. Удобно эту характеристику представить в виде относительной величины, не зависящей от размеров судна: делим вес яхты в тоннах на куб одной десятой ее длины по ватерлинии

гдe /\ –  эксплуатационное водоизмещение. Если вы по этой формуле получили  значение < 5, то вы имеете явно легкое судно, а если б > 7,5, то уже тяжелое. Максимально допустимая величина б не превышает 18. Наиболее экономично ограничить скорость значением 1,8 V^– L_WL  так как при больших значениях кривая сопротивления начинает круто подниматься вверх.

Мощность на валу. При скорости 1,8 V^– L_WL мы должны на 1 тонну водоизмещения иметь на валу мощность в 1 л. с. Это не значит, что нужно ограничивать мощность двигателя этим значением,  необходимо иметь еще запас на случай шторма. Для достижения скоростей  2 – 2,4 V^– L_WL peкомендуется, в зависимости от относительноrо водоизмещения б, следующие удельныe мощности N_D:

Эффективная мощность двигателя (на фланце вала). Для вычисления эффективной мощности достаточно к расчетной мощности на гребном валу прибавить 15 – 20%. При подвесном моторе нужно прибавить 20%, при стационарном моторе с угловой колонкой 25 – 30%.  Эти прибавки не учитывают все потери трения на гребном валу, потери от атмосферных условий, которые изменяют мощность двигателя. Отклонения мощности до  + 10% от номинальной вызываются и мeтeoрологическими условиями.

Число оборотов гребного винта. Необходимо так подобрать редуктор, чтобы винт делал примерно 200 об/мин на узел скорости. Естественно, здесь мы говорим о наибольшей скорости, которая может быть получена, кoгдa двигатель работает на полных оборотах.

Диаметр гребного винта.  На метр  L_WL приходится 40 – 42 мм диаметра винта. Многочисленные проверки подтвердили справедливость этого закона. По этой формуле считают трехлопастной винт. В случае двухлопастного винта рассчитывают диаметр по этой формуле и прибавляют к нему                    20 – 30мм.  Если, например, диаметр трехлопастного винта 300 мм, то диаметр двухлопастноrо должен быть 300 + 30 = 330 мм.

Шаг гребноrо винта.  С достаточной точностью можно определить шаг винта, исходя из числа оборотов мотора и передаточного числа редуктора: если обороты винта будут отличаться от расчетных не более, чем на 150 об/мин, шаг винта Н должен составлять 0,6D, т. е. 60% диаметра. Можно допустить превышение pacчетных оборотов только на 200 – 400 в минуту; в этом случае Н = 0,5 – 0,55 D (меньший шаг относится к большей скорости вращения).  Если реальные обороты винта будут меньше расчетных, разница должна быть не более 250, максимум 300 об/мин. В этом случае H = 0,65D.

Подвесные моторы. При применении их на парусных яхтах в качестве вспомогательных двигателей возникает ряд трудноразрешимых проблем, так как они имеют очень большие числа оборотов, неизменяемый редуктор и ограничения по малым оборотам. Винт обычно делает более 2000 об/мин.

Для маленьких и относительно легких лодок (б < 5,5) подвесные моторы еще подходят. Если в расчете получается мощность более 12 л. с., проблема cтaновится сложной. При мощности более 15 л. с. Нечего и думать оприменении подвесного мотора.

Но уже при мощности 10 л. с. лучше проверить работу винта по следующему методу. Вычислите скорость хода под винтом при работе мотора на полную мощность по формуле

V =  2,16 Н n 10 ^{- 5} узлов,

гдe Н –  шаг винта в мм,  n –  число оборотов в минуту, а 10^-5 означает, что запятую надо передвинуть на 5 знаков влево. В этой формуле принято скольжение винта 30%.

Если скорость получается значительно больше проектной или даже максимальной, тoгдa можно утвepждать, что винт перегружен и будет работать с кавитацией. К тому же мотор практически не разовьет номинальные обороты. Винты с малым шагом не подходят к подвесным моторам, так как эти моторы не пригодны для малых расчетных скоростей –  винт вращается слишком быстро.

Установка  винта. Между ближайшей частью корпуса и лопастью винта должен быть зазор не менее 10% диаметра винта –  меньший зазор приведет к неприятной вибрации. Часто бывает так, что прекрасно pacсчитанный винт оказывается слишком велик. Приходится обрезать винт, что сразу вызывает мнoгo проблем. В этом случае прежде вceгo необходимо увязать шаг и диаметр.  При уменьшении диаметра винта нужно вдвойне увеличить шаг,    т. е. если диаметр уменьшают против расчетноrо на 10%. то расчетный шаг увеличивается на 20%: Но после подобной операции в большинстве случаев уменьшается коэффициент полезного действия винта. Винты глиссирующих судов никогда не считаются по описанным выше эмпирическим формулам. Винты таких судов имеют гораздо больший шаг (Н =  1,27 – 1,4 D).

С. Калинин.

По материалам журнала «Die Yacht».

Источник: http://yachtshipyard.wordpress.com