Изобретение относится к надувным судам, предназначенным для развлечения и спорта. Надувная лодка на подводных крыльях содержит баллоны и днище и имеет на нижней поверхности боковых баллонов или трех и более баллонов продольные сквозные карманы (рукава) такого размера, что в них с натягом расположены шесты, выступающие из карманов с обеих сторон. К концам шестов крепятся стойки подводных крыльев. Обеспечивается безопасность лодки при наезде на подводное препятствие. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Известны надувные лодки различных конструкций, см., например, а.с. №608695. Их недостатки - плохая мореходность (ход на волнении) и сравнительно низкая скорость. В то же время хорошо известно, что лодки на подводных крыльях имеют мягкий ход на волнении и более высокую скорость. Но не было удачного решения по креплению крыльев на надувной лодке.
Сущность изобретения в том, что лодка имеет на нижней поверхности боковых баллонов или трех и более баллонов продольные сквозные карманы (рукава) такого размера, что в них с натягом расположены шесты, выступающие из карманов с обеих сторон, и к концам шестов крепятся стойки подводных крыльев. Карманы должны быть такого размера в ширину, чтобы при надувании баллонов шесты надежно фиксировались в карманах.
Лучше всего крепить стойки к шестам хомутами, обтягивающими концы шестов, или свободно надевающимися на них и крепящимися другими способами, например штифтами.
Возможен вариант, когда стоки имеют цилиндры, телескопически (коаксиально) вставляющиеся внутрь концов трубчатых шестов. Все свободное пространство трубчатых шестов должно быть заполнено пенопластом. Стойки к крыльям должны крепиться жестко.
Большой неприятностью для судна на подводных крыльях является наезд на подводное или плавающее препятствие. На этот случай карманы могут состоять из двух полос материала, соединенных разрушаемым, то есть специально ослабленным креплением. Например, стыкующиеся части полос могут иметь люверсы, попарно связанные с разных сторон шнурами сравнительно небольшой прочности.
Тогда при наезде на подводное препятствие шнуры последовательно рвутся, и вся конструкция, состоящая из двух стержней и двух подводных крыльев со стойками, вылетает назад, и лодка приводняется на днище в неповрежденном состоянии. Этим надувная лодка на подводных крыльях выгодно отличается от жестких корпусных лодок, у которых при таком наезде могут образоваться значительные повреждения, даже угрожающие плавучести.
Потребуется около получаса, чтобы вернуть конструкции прежний вид.
Более быстро можно восстановить конструкцию, где полосы материала соединяются прочной застежкой «молния», причем бегунок молнии должен быть направлен назад и не должен иметь стопора. А задний конец молнии скрепляется двумя люверсами и шнуром.
Или вторым бегунком, направленным в ту же сторону, что и первый, и закрепленным от перемещения в обе стороны нитью небольшой прочности.
Или возможен вариант, когда задний конец «молнии» скрепляется швеллером, имеющим форму буквы «П», причем ребра швеллера обращены внутрь буквы «П».
Тогда при наезде на препятствие обе «молнии» просто расстегнутся. В этом случае восстановление работоспособности займет одну-две минуты: достаточно вставить сменные бегунки и привязать их (прежние передние бегунки при аварии теряются, и надо иметь их небольшой запас).
Если нет необходимости в высокой скорости и мореходности, такую лодку можно с успехом использовать и без крыльев.
На фиг.1 показана лодка, где: 1 - баллоны, 2 - рукав, 3 - шест, 4 - стойки крыльев, 5 - подводные крылья.
На фиг.2 показан самый простой вариант крыльев, где: 3 - шест, 6 - согнутая в виде хомута дюралевая пластина, прикрепленная к крыльям 5 шурупами 7 и зажимающая шест при закручивании винта-барашка 8.
Работает лодка так: мотор разгоняет лодку, и она переходит в крыльевой режим.
1. Надувная лодка на подводных крыльях, содержащая баллоны и днище, отличающаяся тем, что имеет на нижней поверхности боковых баллонов или трех и более баллонов продольные сквозные карманы (рукава) такого размера, что в них с натягом расположены шесты, выступающие из карманов с обеих сторон, и к концам шестов крепятся стойки подводных крыльев.
2. Лодка по п.1, отличающаяся тем, что стойки крепятся к шестам хомутами.
3. Лодка по п.1, отличающаяся тем, что стойки крепятся телескопически к трубчатым шестам.
4. Лодка по п.1, отличающаяся тем, что карманы состоят из двух полос материала с люверсами, причем люверсы попарно связаны шнурами.
5. Лодка по п.1, отличающаяся тем, что карманы состоят из двух полос материала, соединенных застежкой-молнией, направленной назад, причем первый бегунок привязан нитью спереди, а второй бегунок, направленный в ту же сторону, привязан спереди и сзади, или задняя часть полос крепится нитью через люверсы, или задняя часть «молнии» крепится швеллером в виде буквы «П», причем ребра швеллера обращены внутрь буквы «П».
Ленинградские водно-моторные туристы давно познакомились с мотолодкой «МЛ», спроектированной конструктором судоверфи ВЦСПС М. Л. Порцелем под мотор «Москва». Эта лодка послужила прототипом при разработке проекта, предлагаемого вниманию читателей. Конструкция корпуса оставлена практически без изменения, но обводы и архитектура лодки существенно переработаны.
Предназначается для прогулок и непродолжительных (один-два дня) походов по большим рекам и плесам, где велика вероятность встречи с развитым волнением. С подвесным мотором мощностью 20-30 л. с. лодку можно использовать в качестве буксировщика воднолыжника для отработки элементов фигурного катания.
Боковой профиль лодки построен в соответствии с так называемой «формой трохоиды» - формой волнового профиля, придающей силуэту судна приятную мягкую динамичность, подчеркивающую его скоростные и мореходные качества. Сильно наклоненные плоские поверхности ветрового стекла постепенно, по вогнутой кривой, уменьшаются по высоте к корме, переходя в жесткий высокий комингс кокпита.
Планировка судна, элементы оборудования ничем не отличаются от неоднократно описанных в сборнике проектов и останавливаться подробно на них нет нужды. Заметим лишь, что сиденья на лодке жесткие, складывающиеся и могут быть убраны в нос под палубу; кокпит при этом полностью свободен и здесь можно разложить надувные матрацы или спальные мешки.
Штурвал предлагается расположить на палубе за ветровым стеклом по левому борту таким образом, чтобы ось штурвала была вертикальной. Такое расположение облегчает доступ в носовое подпалубиое пространство, упрощает конструкцию корпуса.
На мой взгляд, в условиях незначительного волнения наибольшей эффективности использования мотолодки можно добиться установкой подводных крыльев . Скорость практически любой глиссирующей лодки увеличивается при этом в 1,2 - 1,3 раза или соответственно увеличивается ее грузоподъемность без существенного падения скорости. В частности, известен случай выхода на крылья судна весом в 800 кг под 20-сильным «Вихрем».
увеличить, 1200х1087, 143 Кб
Таблица плазовых ординат
| № шп. |
Полушироты | Высоты от ОЛ | ||||||||||
| КВЛ | 1 ВЛ | 2 ВЛ | 3 ВЛ | борт | скула | батоксы | киль | скула | борт | палуба в ДП |
||
| I | II | |||||||||||
| 1 | - | - | 195 | 357 | 350 | 100 | 557 | - | 330 | 415 | 710 | 745 |
| 2 | 145 | 385 | 490 | 565 | 645 | 395 | 222 | 470 | 135 | 315 | 700 | 780 |
| 3 | 405 | 585 | 645 | 697 | 730 | 555 | 90 | 210 | 10 | 240 | 690 | 795 |
| 4 | 542 | 660 | 705 | 745 | 760 | 625 | 65 | 135 | 0 | 195 | 680 | 800 |
| 5 | 600 | 685 | 720 | 760 | 770 | 645 | 52 | 120 | 0 | 175 | 670 | 800 |
| 6 | 615 | 670 | 705 | 730 | 740 | 635 | 51 | 120 | 0 | 162 | 660 | 795 |
| 7 | 600 | 650 | 685 | 710 | 715 | 614 | 50 | 120 | 0 | 155 | 652 | 760 |
| 8(усл.) | 580 | 625 | - | 685 | 690 | 590 | 49 | 120 | 0 | 150 | 645 | 735 |
моторной лодки на подводных крыльях
увеличить, 1500х1082, 156 Кб
1 - форштевень, сосна, ламин., 50X60; 2 - топтимберс, 20X50; 3 - бимс, 20X50; 4 - стрингер палубный, 15X30; 5 - кница бимсовая, авиафанера, 4X80X80; 6 - заполнитель, δ = 20; 7 - кница скуловая, авиафанера, 4X80X80; 8 - флортимберс, 20X50; 9 - кница флора, авиафанера, δ = 4; 10, 12, 13 - стойка, накладка, нерж. сталь, 2X30; 11 - ветровое стекло, орг. стекло, δ = 5 - 8; 14 - привальный брус, 20X30; 15 - бортовой стрингер, 15X30; 16 - опора пайолов, 20X20; 17 - флор, авиафанера δ = 4; 18 - киль; 30X50; 19 - карленгс, 20X30; 20 - рамка стекла, нерж. сталь, δ = 2; 21 - полубимс, δ = 20; 22 - бархоут, сосна 20X25 или ясень 15X20; 23 - накладка, ясень, 10X150; 24 - зашивка, авиафанера, слоистый пластик, δ = 2,5 - 3; 25 - подушка, сосна; 26 - скуловой отбойный брус, 30X30; 27 - скуловой брус, 30X40; 28 - продольный редан, дуб, 30X60; 29 - днищевой стрингер, 15X30; 30 - стекло-ограждение, орг. стекло, δ = 5 - 8; 31 - брештук, сосна, дуб, δ = 20; 32 - обшивка транца, авиафанера, δ = 6 - 8; 33 - заполнитель транца, δ = 20; 34 - обшивка транца внутренняя, авиафанера, δ = 4 - 6; 35 - кница, дуб, ламинир., δ = 20; 36 - стойка, дуб, 25X100; 37 - обшивка переборки, авиафанера, δ = 6 - 8; 38 - бимс, сосна, ясень, δ = 20; 39 - опора зашивки, 20X15; 40 - мидельвейс, 15X50; 41 - подушки, δ = 20; 42 - подушка под стекло, 20X30; 43 - обшивка борта, авиафанера, δ = 4 - 5; 44 - обшивка днища и палубы, авиафанера, δ = 5 - 6.
увеличить, 1500х1075, 158 Кб
Обозначения - см. на продольном конструктивном разрезе.
Крыльевое устройство «Афалины» состоит из носового V-образного крыла, пересекающего поверхность воды, и кормового плоского малонагруженного крыла. Носовое крыло крепится к корпусу с помощью изогнутых болтов, под которые подкладывают шайбы такой высоты, чтобы головка-ручка была направлена вниз. Если крыло сделано из легкого сплава, толщину профиля следует увеличить до 0,1 ширины крыла. В любом случае полезно поставить кронштейн, опирающийся на киль, под который по месту подбирают необходимой высоты подкладки. Кормовое крыло крепится к параллелограмму, на котором навешивается мотор. Конструкция позволяет по мере необходимости поднимать и опускать мотор и крыло. Пружины подбираются такими, чтобы уравновесить вес мотора с крылом, и тогда в опущенном состоянии система удерживается только упором винта.
увеличить, 1500х579, 62,5 Кб
1 - крыло, заготовка 15X220; 2 - боковая стойка, 10X80; 3 - средняя стойка; 10X100;
4 - подкладки деревянные.
увеличить, 1500х1573, 197 Кб
1 - крыло, 10X130; 2 - стойка 10X100; 3 - подмоторная доска; 4 - винт М4Х60; 8 шт.; 5 - рычаг кронштейна (угольник со срезанной полкой); 6 - пружина; 7 - болт М10Х20; 8 - пластина δ = 3;
9 - втулка Ø 40X5; 10 - трубка Ø 20X5, L = 30; 11 - упор, сварить из прутка Ø 10 мм;
12 - болт М10Х30; 13 - шайба 10; 14 - шайба 14; 15 - гайка М10; 16 - серьга пружины, δ = 2;
17 - втулка Ø 14X1,5, L = 13,5, латунь.
Здесь приводится только наиболее простой вариант крепления крыльев к корпусу. Более удачная, но и более сложная система описана А. С. Чугуновым в сборнике № 26 (1970 г.). Углы установки крыльев подбираются последовательным приближением, но для первого выхода носовое крыло надо установить с углом атаки к горизонту минус 1-2°, кормовое +1°.
Топливные баки (мы рекомендуем использовать штатные бачки к моторам «Нептун») устанавливаются за кормовой водонепроницаемой переборкой, тогда в случае случайного выплескивания смеси в кокпит не попадает бензин и масло. Следует иметь в виду, что лодка быстрее выйдет на глиссирование с более носовой центровкой, а после преодоления горба сопротивления груз может быть смещен к корме - на скорости это отразится мало.
Несколько слов необходимо сказать об обводах и гребных винтах. «Афалина» - типичное судно с «глубоким V», но для улучшения прочностных и гидродинамических качеств корпуса днищевым ветвям шпангоутов придана значительная выпуклость. На небольших скоростях лодка ведет себя как обычный килеватый катер: удары по сильно килеватому днищу у скул не велики, зато на полном ходу с небольшой нагрузкой лодка идет на почти плоском сильно вытянутом участке днища с оптимальными углами атаки и мало чувствительна к изменению центровки.
В первом приближении можно подобрать винт, пользуясь рекомендациями приведенной таблицы (мотор «Вихрь-М»):
В заключение отметим, что форштевень надо склеить из реек толщиной 6-8 мм, а после обработки состыковать с килем на длине не менее 300 мм. Крепеж из цветных металлов можно заменить обычным стальным, но в отверстия под шурупы и болты следует налить масляной краски. Клей ВИАМ-Б3 можно заменить эпоксидными клеями или клеем К-17, иногда называемым «синтетическим столярным», для которого в качестве отвердителя используется щавелевая кислота.
Клей ВИАМ-Б3 можно использовать и для покрытия голого корпуса, но тогда в него добавляют 10-15% спирта и 3-4% ацетона. Этот состав хорошо проникает между волокнами древесины и надежно ее консервирует. При полимеризации пленка клея натягивается и поверхность получается ровной и блестящей. Со временем покрытие приобретает темно-вишневый цвет.
В. М. Алексеев, «Катера и яхты», 1973 г.
Скорости быстроходных моторных судов - глиссеров, скутеров и даже простых мотолодок - непрерывно растут. Эта закономерно не только в спорте, но и в повседневной эксплуатации таких судов, поскольку возросшие скорости одних транспортных средств неизбежно заставляют другие, на данном этапе отстающие, либо подтянуться, либо сойти с арены, уступив место более надежным, быстроходным и экономичным. Но рост скорости на воде отнюдь не столь безболезненный процесс, как может показаться с первого взгляда.
Он определяется в основном снижением гидродинамического сопротивления, а затем - на определенном скоростном рубеже - переходом от глиссирования к полету в непосредственной близости от поверхности воды. Однако если в режиме глиссирования человек мог управлять судном с помощью традиционных рулевых устройств, работающих в водной среде, то первые же попытки оторваться от нее показали, что этот новый режим движения требует принципиально иных систем управления, а пока их нет, таит в себе много скрытых опасностей. Перелистаем странички истории борьбы за абсолютный мировой рекорд скорости на воде. Пока претенденты на его завоевание не отрывались от поверхности воды, все шло хорошо. И никто из гонщиков еще не знал, что приближается минута, когда за рекорд придется заплатить собственной жизнью…
Первой жертвой скорости стал английский инженер Дональд Кемпбелл, потомственный гонщик, старший сын знаменитого рекордсмена Малькольма Кемпбелла, создателя катера с романтическим названием «Синяя птица». Но если Кемпбеллу-отцу его «Синяя птица», как и положено, приносила счастье, то Кемпбелла-сына она погубила. Правда, это была уже другая «птица». Дональд Кемпбелл построил катер принципиально нового типа: с авиационным турбореактивным двигателем, только название осталось старое, очевидно, с расчетом на удачу и спортивное счастье. Но счастье на этот раз изменило гонщику: в одном из рекордных заездов реактивная «Синяя птица» оторвалась от поверхности воды, перевернулась в воздухе и похоронила под своими обломками конструктора.
После Кемпбелла подобные катастрофы стали повторяться все чаще. Много известных спортсменов погибло, так и не разгадав причин неудачи. Ста го очевидно, что без серьезной научно-исследовательской и опытной работы двигаться вперед нельзя. Для изучения темных пятен в поведении «летающих глиссеров» были привлечены крупнейшие научные силы, применена самая современная электронно-вычислительная техника, сложнейшее приборное хозяйство, средства кинофоторегистрации экспериментов. Результат не заставил себя ждать: главные причины катастроф на воде были разгаданы, и конструкторы получили возможность продолжать работу над дальнейшим усовершенствованием «летающих глиссеров». Выяснилось и другое для изучения режимов полета на малой высоте и подготовки водителей нового вида транспорта необходимы специальные испытательные установки, летающие стенды и аппараты-тренажеры.
А - крыльевая система в комбинации с подвесным лодочным мотором:
1 - корпус типа «тримаран»; 2 - навесная консоль крыла; 3 - габаритный огонь (слева - красный, справа - зеленый); 4 - передний лонжерон центроплана, 5 - задний лонжерон центроплана; 6 - подвесной лодочный мотор мощностью 25-30 л. с.; 7 - узел крепления задней кромки крыла к корпусу;
Б - конструкция силовой рамы центроплана:
1 - передний лонжерон; 2 - фланцы крепления к бортам корпуса мотолодки; 3 - задний лонжерон; 4 - конусные болты; 5 - трубчатый наконечник заднего лонжерона; 6 - узел крепления задней кромки крыла; 7 - трубчатый наконечник переднего лонжерона;
В - винтомоторная установка с воздушным винтом:
1 - двигатель (силовая головка подвесного лодочного мотора «Вихрь-М»); 2 - водорадиатор; 3 - цепная передача с двигателя на воздушный винт; 4 - габаритный огонь ограждения воздушного винта (справа - зеленый, слева - красный); 5 - трубчатая рама; 6 - топовый огонь (белый); 7 - воздушный руль направления; 8 - ограждение воздушного винта; 9 - расширительный бачок системы охлаждения; 10 - подкос моторамы; 11 - опорная пята моторамы.
Подобный стенд, созданный студентами МВТУ Ю. Макаровым, В. Аникиным и А. Соболевым, экспонировался на НТТМ-76. О нем сегодня рассказывают авторы.
Основная цель, которую мы поставили перед собой, - создание спасательного средства, способного быстро оказать помощь тонущим или терпящим бедствие на воде людям и с минимальными потерями времени доставить пострадавших на берег для оказания неотложной помощи. Конечно, такой аппарат может быть использован и для связи. Нам казалось, что с помощью несложного навесного крыльевого устройства можно придать совершенно новые качества практически любому серийно выпускаемому нашей промышленностью судну - будь то мотолодка или катер.
Для начала мы избрали в качестве основы корпус мотолодки из стеклопластика, с обводами «тримаран», известный под названием «Кристалл» (эта лодка была выпущена небольшой серией предприятиями ОСВОДа). На ней установили легкосьемные плоскости стреловидной (в плане) формы, имеющие большое отрицательное V и погруженную в воду заднюю кромку (общий вид показан на рисунке 1, схема в трех проекциях - на рисунке 2). При этом сама лодка не подвергалась сколько-нибудь серьезным переделкам, если не считать усиления транца и вклейки бобышек для крепления моторамы.
В процессе испытаний мы предполагали опробовать два варианта движителей - сначала водяной, а затем воздушный винт, с приводом в обоих случаях от сиговой головки подвесного лодочного мотора «Вихрь-25». В первом случае управление осуществляется поворотом всего мотора, во втором - с помощью воздушного руля площадью 1,2 м2, расположенного непосредственно за винтом.
Как уже говорилось выше, на больших скоростях многие моторные суда имеют тенденцию отрываться от воды и переходить в режим полета на очень малой высоте, определяемой, как правило, глубиной погружения водяного винта (в случае установки воздушного винта эта высота может быть значительно больше). Очень часто суда с водяными винтами, выскочив из воды, продолжают движение, совершенно не касаясь воды, как говорят специалисты, - «на одном винте».
Но такое движение практически является неуправляемым и даже опасным. Разработанная нами крыльевая система, благодаря ее особой форме, делает полет около поверхности воды более стабильным и, что самое главное, саморегулирующимся: при возникновении крена на опускающемся вниз крыле быстро растет подъемная сила, и прямолинейный полет сам собою восстанавливается. Вследствие такой саморегуляции отпадает надобность в установке элеронов самолетного типа, и управление таким судном не требует длительной тренировки водителя.
Сам попет (в случае установки обычного подвесного лодочного мотора) происходит следующим образом: в статическом положении, при нормальной осадке лодки, задняя кромка обеих плоскостей погружается в воду на глубину 80-100 мм; при трогании с места и на скоростях порядка 20-30 км/ч эти погруженные участки крыльев создают дополнительную подъемную гидродинамическую сипу, способствуя «всплыванию» лодки; одновременно на непогруженной части крыльев возникает аэродинамическая подъемная сила, и при достижении лодкой воздушной скорости порядка 50-55 км/ч происходит отрыв крыльевой системы от поверхности воды. Узкая щель, образующаяся при этом между задними кромками крыльев и водой, способствует протеканию встречного потока вдоль корпуса лодки, увеличивая тем самым подъемную силу и как бы «выглаживая» волны и брызговые струи. Лодка взлетает и продолжает движение на высоте 0,3-0,5 м, используя эффект динамической воздушной подушки.
Из сказанного понятно, что наивыгоднейшим для быстрого взлета является движение против ветра - в этом случае его скорость суммируется со скоростью лодки, и необходимая воздушная скорость достигается быстрее. В случае установки подвесного мотора высота полета регулируется автоматически; по мере выхода гребного винта из воды она может снижаться, поскольку тяга винта падает. Эта взаимозависимость облегчает управление аппаратом и позволяет надеяться на широкое распространение в недалеком будущем «летающих лодок» именно с подвесными моторами.
Винтомоторная установка с воздушным винтом значительно расширяет рамки применения «летающих лодок», поскольку они становятся независимыми от воды и способны продолжать попет практически над любой подстилающей поверхностью, будь то песок, заболоченные луга, молевые участки водоемов или лед. При этом высота полета может увеличиться (с описываемым крыльевым устройством) до 1-1,5. м.
Разработанная и построенная нами винтомоторная установка состоит из си-повой головки подвесного лодочного мотора «Вихрь-25» с цепной передачей на воздушный винт. Редукция 1:3, что позволяет максимально использовать КПД винта. Поскольку двигатель «Вихря» имеет водяное охлаждение, его пришлось оборудовать водорадиатором и расширительным бачком емкостью 2 л. В качестве водорадиатора можно использовать маслорадиатор от автомобиля «Москвич-412» или один из имеющихся в ассортименте автомобильных водяных обогревателей, установив его так, чтобы он обдувался потоком воздуха от винта.
Провиденные испытания на воде показали, что в целом навесная крыльевая система себя оправдала. Но это не значит, что ее следует копировать: об этом рано говорить, поскольку сам принцип полета на малой высоте еще не нашел широкого применения и техника его недостаточно изучена. Наша работа пока дает только отправные данные для дальнейших экспериментов.
Пущенная на воды озера Маггиоре, лодка с надстроенными «крыльями», созданная итальянским изобретателем, достигла небывалой для 1906 года скорости – 68 км/ч. Двигатель лодки обладал мощность всего 60 лошадиных сил и приводил в движение два воздушных винта, вращающихся в противоположных направлениях.
Принцип действия
Подводные крылья – это устройства, входящие в конструкцию корпуса корабля, выполненные в виде крыльев (отсюда и название). Их основным назначением является уменьшение силы трения и сопротивления воды, корпусу корабля, а также уменьшение осадки судна. Принцип действия подводных крыльев, аналогичен крыльям летательных аппаратов. При больших скоростях, за счет изгиба крыла, корабль поднимается над водой. Погруженными остаются лишь крылья и двигатели. Оптимальная сила выталкивания судна зависит от его скорости. Так как плотность воды больше плотности воздуха в 800 раз, то и площадь крыла, как и скорость корабля, при той же силе выталкивания, что и у самолета, будет меньше в 800 раз.
Подобные суда способны перемещаться по воде в двух режимах:
- В режиме обычного корабля. Каждый тип судна на подводных крыльях имеет расчетную скорость, при которой выталкивающая сила поднимает корпус корабля над водой (аналогично взлетной скорости самолета). До достижения этой скорости, судно погружено в воду, в соответствии с законом Архимеда . При этом сильно увеличивается осадка, так как крылья увеличивают ее. Для решения этой проблемы, применяются складные крылья и поднимающиеся винты.
- В режиме судна на подводных крыльях. Достигая скорости выталкивая, корабль поднимается над водой , за счет уменьшения силы трения, скорость резко возрастает, а осадка становиться минимальной.
Существуют два основных типа подводных крыльев:
При увеличении площади соприкосновения с водой подобных крыльев, увеличивается и создаваемая ими выталкивающая сила. Благодаря этому свойству, судно более устойчиво при возникновении волн. Для улучшения плавности движения корабля при сильном волнении, частично погруженные крылья можно оснастить закрылками с автоматическим управлением.
Полностью погруженное (U
-образно) крыло.
Управление выталкивающей силой при полном погружении крыла в воду, осуществляется путем изменения угла атаки (поворот крыла целиком) или отклонением закрылок, которые расположены на неподвижном крыле, вдоль задней кромки. Регулирование положения судна над водой, обеспечивается системой автоматического управления. Компьютер управления, отслеживает положение судна и автоматически осуществляет его балансировку.
Система управления должна обладать очень высоким коэффициентом надежности, так как при ее отказе, судно с U-образным крылом может перевернуться.
Подводные крылья могут располагаться по-разному, как относительно друг друга, так и относительно корпуса судна.
Всего существует три типа, применяемых в практике, компоновок подводных крыльев:
- Расположение крыла аналогично авиационному (самолетная компоновка). При таком положении, крыло больших размеров (главное), расположено перед метацентром корабля, а крыло меньших размеров (второстепенное), находится позади центра тяжести. Крылья такого типа применяются на малых судах, с небольшой осадкой.
- Расположение крыла по схеме – «утка». Такая конструкция предполагает размещение меньшего крыла перед основным (напоминая по форме утку). Применяются аналогично «авиационным».
- Тандемная схема. Тандемные крылья равнозначны между собой и расположены спереди и сзади метацентра судна, на одинаковом от него расстоянии. Подобная схема используется в конструкции крупных, мореходных судах на подводных крыльях.
Двигательные установки судов на подводных крыльях
Для выхода на глиссаду (то есть достижения скорости, достаточной, что бы «встать» на крылья), судно должно обладать мощным двигателем. На судах с подводными крыльями применяются двигатели внутреннего сгорания (дизельные) и газотурбинные установки.
Совместно с ними применяются водометные и винтовые движители. Крупнотоннажные суда оснащаются движителями обоих типов, переключающихся в зависимости от режима движения корабля, чаще всего они приводятся в действие газотурбинными установками.
Особенности движения крыла в воде
При движении подводного крыла в воде, на его верхней поверхности образуется зона пониженного давления. Это способствует возникновению воздушных пузырьков, этот эффект называется – кавитацией. Схлопываясь, воздушные пузырьки способны повредить крыло. Область низкого давления, достаточная для возникновения пузырьков, образуется при достижении судном определенной скорости.
По возникновению кавитации, подводные крылья делятся на два типа:
- Бескавитационныые крылья. Их максимальная скорость, ниже скорости, необходимой для возникновения кавитации.
- Суперкавитирующие. Крылья для сверхскоростных судов. Профиль крыла выполнен таким образом, что кавитационные пузырьки схлопываются на расстоянии от поверхности крыла.
В 1956 году был разработан новый тип профиля крыла , призванный стать независимым от кавитации. Он представляет собой симметричный клин . При движении в жидкости на его гранях возникает положительное динамическое давление. На его внешней выпуклой стороне давление уменьшается, а на вогнутой – повышается. В области высокого давления, возникающей на выпуклой стороне искривленного клина, эффект кавитации отсутствует , а при больших углах атаки крыла, отгибы задних кромок затягиваю возникновение кавитации.
Особенности применения подводных крыльев
Внедрение подводных крыльев привело к изменению архитектуры использующих их судов. Для уменьшения аэродинамического сопротивления корпуса, суда данного типа стали обтекаемых форм. Из-за малой грузоподъемности, основное назначение таких кораблей стала перевозка пассажиров и экскурсии
, их внутреннее расположение салона, соответствует салону самолета.
Рулевая рубка (капитанский мостик) располагаются в носовой части корабля для улучшения обзора при прохождении извилистых рек. Хозяйственные помещения, размещаются между пассажирским салоном и машинным отделением, тем самым ослабляя шум двигателей (проникающий в салон) и повышая комфорт пассажиров.
Для проектирования судов на подводных крыльях, были разработаны новые методики разработки корпуса . С учетом увеличенного изгибающего момента . К тому же, особенности эксплуатации предполагают сильные удары волн о корпус, в режиме глиссирования судна.
Все эти факторы определяются конструкцией крыльевого устройства, особенно носового. В результате применения подводных крыльев, разработанных под руководством доктора технических наук, профессора Н.В. Маттеса, удалось снизить динамические нагрузки на корпус до 50 – 60%.
Подводные крылья и корпус судна, в среднем составляют 45 – 55% от его порожнего веса. Поэтому оптимальными материалами для создания глиссеров являются легкие и прочные сплавы алюминия и нержавеющая сталь , для изготовления крыльев. В настоящее время на многих малых судах применяются крылья из стеклопластиков с армированием , позволяющие значительно уменьшить вес судна.
Технология изготовления судов на подводных крыльях очень дорогая. Поэтому в отдельных случаях, конструкторы идут на ухудшение гидродинамических характеристик, уменьшая стоимость постройки корабля. Например, клепаные сочленения корпусов заменяются сварными соединениями. Это утяжеляет конструкцию в целом, но многократно снижает трудоемкость и стоимость работ.
Способы управления подводными крыльями
Управление выталкивающей силой на судне с подводными крыльями осуществляется изменением угла атаки крыла, либо закрылками. В настоящее время, все системы управления – автоматизированы. Оператор производит лишь грубое управление – поворот, замедление и ускорение судна, а стабилизацию движения обеспечивает центральный процессор управления судном. Получая информацию о положении судна с датчиков, он передает сигналы на изменение угла атаки крыла или закрылок. Удерживая судно в заданном оператором положении. Для глиссеров применяются только самые быстродействующие процессоры и датчики, так как время прохождения и обработки сигнала на больших скоростях, должно быть минимально.
В. Л. Василькявичус, Г.Р. Криницкас
Журнал КиЯ №2 1964г
Ставить крылья или не ставить! Пожалуй, это самый существенный вопрос, возникающий у многих любителей. И это естественно. У малого моторного судна с подводными крыльями имеются не только преимущества, но и ряд специфических недостатков, которые иногда заставляют сомневаться в целесообразности установки крыльев. Поэтому следует хорошо разобраться в деле и взвесить все «за» и «против». Поспешное и необдуманное решение о пригодности корпуса для установки крыльев, подбор несоответствующей конструкции крыльев и крыльевого устройства в целом могут вообще привести к неудаче.
Итак, каковы, по нашему мнению, недостатки и преимущества любительского судна на крыльях?
Если говорить о недостатках, то прежде всего мы должны отметить, что большинство из них объясняется только неудачным конструктивным решением крыльевого устройства.
Главным тормозом для развития любительских судов на крыльях является сложность изготовления самих крыльев. Ведь крылья должны быть изготовлены исключительно точно, профиль их должен быть выдержан строго постоянным, они должны быть зеркально отполированы,- в противном случае крылья будут только мешать. Каждому ясно: без заводского оборудования и специального инструмента не обойтись.
Наилучшим, но и наиболее дефицитным материалом для изготовления крыльев является листовая нержавеющая сталь. Применение обычных сталей связано с большими затруднениями, так как их приходится защищать от коррозии. Легкие сплавы и пластмассы усложняют конструкцию, мало-прочны и быстро изнашиваются; при повреждении исправить крылья также трудно. Эти материалы с успехом применяются для изготовления несущих деталей крыльевого устройства. Выход из этого затруднительного положения может быть один: надо наладить заводской выпуск заготовок для крыльев (несколько типоразмеров) из нержавеющей стали и сделать приобретение этих заготовок возможным для каждого любителя.
Очень важным недостатком судна на подводных крыльях следует считать его значительную осадку. На таком судне почти невозможно подойти к необорудованному берегу, нельзя высадиться на островке ипи пробраться в зеленую бухточку. А ведь это самое интересное и заманчивое в туристских походах.
К недостаткам судов на крыльях следует отнести и малую мореходность, хотя она все же выше, чем у глиссеров. Крылатая мотолодка длиной 4-5 м преодолевает на крыльевом режиме волну высотой до 0,35 м. Кстати, надо сказать, что и на обычной мотолодке таких же размеров ходить со скоростью более 25 км/час на волне выше 0,35 м и неприятно и Опасно.
Грузоподъемность крылатого судна, при прочих равных условиях (том же водоизмещении, мощности и т. д.), умень-
шается. Например, мотолодка «Казанка» с двигателем «Москва» на крыпьевом режиме может везти только трех пассажиров, вместо пяти «на плаву».
Наконец, вырез на транце для подвесного двигателя также является недостатком, так как ослабляет транец и делает возможным попадание воды внутрь лодки.
Можно пи избавить любительскую крылатую лодку от этих недостатков? Конечно, да! (За исключением сложности изготовления самих крыльев.) Для этого требуется изготовить откидное крыльевое устройство, обеспечивающее быстрое и удобное убирание крыльев выше уровня воды, подобно шасси самолета. Авторами этой статьи разработано подъемно-откидное крыльевое устройство, которое позволяет быстро и удобно превращать «Казанку» из обычной - в крылатую и наоборот: для этого требуется лишь 45-50 секунд! Все операции выполняет один человек, независимо от глубины водоема и расстояния от берега, при работающем подвесном двигателе «Москва». Лодку с убранными крыльями можно вытаскивать даже на каменистый берег.
Целесообразность такого крыльевого устройства несомненна.
А теперь перечислим преимущества судна на крыльях. При прочих равных условиях, скорость мотолодки на подводных крыльях на 30-50% (а иногда и больше!) выше, чем гписсирующей, при одновременном улучшении мореходности. С увеличением скорости уменьшается путевой, а в отдельных случаях и часовой расход топлива. Последней зависит в основном от мощности и направпения ветра, но в конечном итоге экономия топлива составляет 30-45%. А это имеет далеко не второстепенное значение, особенно в дальних путешествиях. Всем нам хорошо известно, сколько топлива «пожирают» лодочные моторы на единицу пути!
Таким образом, можно сделать вывод, что крылья экономят время и увеличивают дальность плавания. О других достоинствах крыльев говорить не будем: они с технической точки зрения менее важны и расцениваются любителями по-разному.
Однако целесообразность установки подводных крыльев на любительское судно определяется не только технической стороной вопроса, но и характером водоема, по которому предполагается плавать. Не надо забывать, что для плаваний по морям, крупным озерам и большим водохранилищам любительские суда на крыльях не пригодны. На таких водоемах спокойная поверхность бывает исключительно редко; малейший ветерок вызывает интенсивное волнение, мешающее идти на крыльевом режиме.
С другой стороны, малые озера и речушки, не связанные с другими системами водоемов, оказываются тесными для крылатой моторки, для которой 50-километровое расстояние считается довольно скромным. Это тоже следует иметь в виду.
Наилучшими водоемами для плавания любительских судов на крыльях являются большие спокойные реки, небольшие озера, связанные в целые системы, узкие длинные водохранилища, судоходные каналы и т. п.
Какой тип крыльев выбрать? Подводные крылья с успехом можно поставить на любой корпус, имеющий достаточно малый вес и глиссирующие или полуглиссирующие обводы, однако лучше использовать корпуса: 1) более легкие и жесткие; 2) более длинные и узкие; 3) с наиболее обтекаемой формой выше ватерлинии (без лишних надстроек); 4) металлические (особенно из легких сплавов), а не деревянные; 5) с подвесными двигателями, а не со стационарными.
Наилучшим корпусом для установки подводных крыльев является все-таки дюралюминиевая мотолодка «Казанка»!
Для любительских судов можно, предложить два типа подводных крыльев («а» и «б»), показанных на рис. 1. Оба типа крыльев являются саморегулирующимися, малопогруженными. Сочетанием этих двух типов может быть вариант «в».
Типы подводных крыльев.
А - плоское; б-V-образное; в - трапециевидное.
Коротко обо всех.
Тип «а». Преимущества: меньше по габаритам; создает большую подъемную силу; быстро выводит лодку на крыльевой режим; проще в изготовлении; лодка легко управляется по курсу. Недостатки: большая чувствительность к волнению (на малейшей волне «срывается»), изменениям скорости и угла атаки; ограничен диапазон скоростей; уменьшена поперечная остойчивость; высокие стойки; малая жесткость.
Тип «б». Преимущества: при определенном угле V-образности совершенно нечувствительны к волнению (не срывается даже при большой волне); надежное саморегулирование; лодка хорошо держит курс; менее чувствительны к изменениям угла атаки и скорости; большая остойчивость лодки; широкий диапазон скоростей; короче стойки; достаточная жесткость. Недостатки: хуже управляемость (большая циркуляция, значительное сопротивление изменению курса); большие габариты; сложнее в изготовлении.
Вариант «в» почти никаких преимуществ перед типом «а» не приобрел (лишь немного улучшилось саморегулирование), но основной недостаток - большая чувствительность к волнению- остался. Мотосуда с такими крыльями требуют особо точной центровки; устойчивы лишь на определенной скорости и на совершенно тихой воде. Уже при небольшом волнении часто происходят срывы, судно постоянно шлепается корпусом на воду. Эту схему целесообразнее применять для более длинных и тяжелых корпусов с большей удельной нагрузкой на крыло. Проведенные нами опыты подтверждают, что форма «в» гораздо менее надежна, чем «б», и мы не рекомендуем применять ее на любительских
судах.
Форма крыла в плане имеет незначительное влияние, поэтому для любителей приемлема прямоугольная форма, как
наиболее простая.
Одной из сложных задач является определение профиля и площади крыльев.
Надежнее и проще всего воспользоваться обобщенными данными по существующим малым судам на крыльях.
Подбирая двигатель к имеющемуся судну или, наоборот, судно к двигателю, можно руководствоваться показателем удельной мощности (полный вес судна, деленный на мощность двигателя), величина которого обычно принимается от 25 до 35 кг/л. с. (для тяжелых катеров со стационарными двигателями не выше 30 кг/л. с).
Например, дюралюминиевая моторная лодка «Казанка» (старого выпуска) с подвесным мотором «Москва» и двумя пассажирами на борту имеет полный вес 300 кг. Таким образом, удельная мощность лодки составляет 30 кг/л. с., это обеспечивает ей на крыльевом режиме хорошие ходовые качества.
Рабочую площадь крыльев можно примерно определить, задавшись удельной нагрузкой на крылья, которая должна находиться в пределах от 0,115 до 0,155 кг/см2 (большие значения принимаются для более мощных двигателей) при удельной мощности 20/25 кг/л. с. Переднее крыло обычно устанавливается с таким расчетом, чтобы на него приходилось до 60% нагрузки от веса судна.
Зная удельную нагрузку на крылья и нагрузку на каждое крыло, нетрудно рассчитать площадь крыльев по формуле
где F - площадь крыла, см2; Q - нагрузка на крыло, кг; р - удельная нагрузка на крыло, кг/см2.
Размеры крыльев (длина, ширина) могут быть рассчитаны по удлинению крыла А, представляющему собой отношение длины крыла к ширине. Можно принять: А = 11/13 для переднего крыла и А = 7/8 для заднего.
Один из размеров крыла - ширина или длина-задается из конструктивных соображений. При использовании стандартных профилей ширина крыла оказывается заданной.
Заключая этот краткий обзор, необходимо остановиться еще на одном очень важном обстоятельстве, которому многие любители не придают надлежащего значения, за что иногда дорого расплачиваются. Речь идет о необходимости понимания принципов работы подводного крыла.
Насколько со стороны все выглядит просто, настолько, по сути дела, все сложно. Подводное крыло подчиняется законам аэродинамики, как и крыло самолета, и гидравлики. Для того чтобы самостоятельно спроектировать хотя бы и маленькое крылатое судно, кроме знаний основ судостроения нужны определенные знания законов аэродинамики и гидравлики. Не надо пугаться! Нам, любителям, достаточны элементарные знания, но они обязательны. Мы не один раз видели, как мучались иные строители, стараясь во что бы то ни стало вывести свое судно на крылья, а крылья все отказывались поднимать, хотя и были сделаны аккуратно. Изменения угла атаки эффекта не давали. Приходилось с позором возвращаться к берегу - и уже в который раз! Золотые руки ничем не могли помочь, когда не хватало самых элементарных знаний о работе подводного крыла.
Некоторые из этих товарищей, например, были глубоко убеждены в том, что подъемная сила создается только за счет угла атаки крыла, подобно скользящей пластинке или глиссеру, и поэтому устанавливали крылья несимметричного профиля «вверх ногами» - выпуклой стороной вниз. Когда ничего не получилось, они считали причиной своего огорчения то, что сделали крылья слишком мало выпуклыми. Переубедить их было почти невозможно.
Всем тем, кто интересуется подводными крыльями и собирается их пристроить к своим судам, для начала необходимо хорошенько ознакомиться с литературой. Это позволит избежать многих (и в том числе грубых) ошибок, легче будет устранить дефекты и вести регулировку.
Считаем обязательным для всех, интересующихся крыльями, внимательное ознакомление с книгами «Суда на крыльях» (1960 г., Судпромгиз) М. А. Лучанского и А. А. Яновского; «Моторная лодка» (1962 г., Судпромгиз) Л. Л. Романенко и Л. С. Щербакова и «Морские суда на подводных крыльях» В. С. М у р у г о в а и О. В. Яременко (1962 г., «Морской транспорт»). Большую помощь окажут и материалы, помещенные в этом выпуске сборника «Катера и яхты».
Наша конструкция крыльевого устройства . В 1962 г. мы спроектировали и изготовили подъемно-откидные крылья для дюралюминиевой моторной лодки «Казанка» последнего выпуска. В нашем распоряжении имелись две такие лодки и два двигателя «Москва», поэтому были сделаны два комплекта крыльев (по одному на лодку) с незначительной разницей в некоторых элементах и размерах. За полтора летних сезона в самых разнообразных условиях на крыльях уже пройдено около 2000 км.
На рисунке приведен общий вид лодки с крыльями, установленными в рабочем положении.
Носовое крыло. Носовое крыльевое устройство показано на рисунке.
Нижняя и верхняя части составной стойки 2 отлить из алюминиевого сплава, а средняя, соединяющая их часть,- изготовлена из алюминиевой трубы. Нижняя часть, находящаяся в воде, профилирована; она отполирована до зеркального блеска и заканчивается разъемным обтекателем, предназначенным для крепления крыла 1 к стойке. Плоскость разъема обтекателя точно пригнана по профилю крыла, так как от этого зависит жесткость соединения. Крыло крепится к стойке (между частями обтекателя) двумя винтами М6 и одним М4. Впадины над головками винтов заполнены мастикой и покрыты лаком.
К стойке тремя винтами М6 прикреплена опорная пластинка 7, имеющая с одной стороны полукруглую выемку, которой она входит в выточенную канавку на опорной цапфе 8 нижней опоры 4. Радиус выемки на пластинке 7 соответствует внутреннему радиусу выточки цапфы (10), а толщина - ширине {4 мм). Пластинка охватывает немногим более четверти внутренней окружности цапфы и может поворачиваться вокруг ее продольной оси при изменении угла атаки, но удерживается от сдвига вдоль оси цапфы боковыми поверхностями канавки.
Во время движения сопротивление воды и подъемная сила крыла постоянно прижимают пластинки 7 к цапфам. Чтобы на стоянке или при заднем ходе пластинки не отходили от цапф, имеются Натяжные пружины 5; для откидывания крыла вперед необходимо пружины отцепить от бортов лодки.
Через точное отверстие литого наконечника на верхнем конце стойки проходит соединительный болт 9 верхней опоры 3.
К скулам лодки на трех болтах М6 крепятся отлитые из алюминиевого сплава нижние опоры 4 с ввинченными в них цапфами 8 (резьба цапф М10). Верхние опоры 3 также отлиты из алюминиевого сплава. Они размещены под отбортовкой верхней кромки бортов лодки и крепятся тремя болтами М6. Для возможности регулировки угла атаки крыла отверстие под соединительный болт 9 сделано в виде паза. Соединительный болт 9 сделан так, что, затягивая гайку, его можно закрепить в любом месте паза, не зажимая при этом наконечника стойки, которая всегда может свободно вращаться на шейке болта. Ширина паза точно соответствует диаметру болта 9 (0 10), а кривизна - радиусу R-480. Для определения величины угла атаки крыла на верхней опоре 3 нанесены деления, а на наконечнике стойки - штрих.
Носовое откидное крыльевое устройство в сборе
Поверхность крыла и нижней части стоек полировать
Чтобы откинуть крыло, т. е. поставить его в положение «убрано», необходимо:
1) отцепить пружину 5 от бортов лодки; при этом действием веса крыла стойки отойдут от цапф 8, вращаясь на болтах 9, и Станут вертикально;
2) вылезти на носовую часть лодки, взяться одной рукой за любую из стоек и поднимать крыло вперед до тех пор, пока оно не зацепится за двойной крючок (К на рис. 2) на носу;
3) подвесить свисающие концы пружин 5 на стойки или крыло. Если лодка готовится к стоянке или будет оставлена на длительное время без присмотра, необходимо надеть на крыло защитный чехол.
Наклон стоек на 21° вызван тем, что крыло должно находиться в определенном месте относительно центра тяжести лодки, а для получения требуемого радиуса поворота крыла нужны соответствующие длина стоек и положение центра поворота.
Кормовое крыло. Кормовое крыльевое устройство по своей конструкции и принципу действия отличается от носового. С целью сокращения времени на опускание и подъем крыла и двигателя, а также чтобы не делать выреза для двигателя в транце лодки, применена очень удобная схема: крыло, стойки и подмоторный щит объединены в один общий узел, размещенный непосредственно за кормой лодки. К лодке этот узел непосредственно не крепится, а вводится снизу в направляющие транцевой рамки и удерживается в ней двумя фиксаторами.
Транцевая рамка
Транцевая рамка (рис. 4) изготовлена из стального уголка 25X25 со стыковкой на электросварке и предназначена для удерживания кормового крыльевого узла в определенном положении. Вертикальные стойки 1 выполняют одновременно роль направляющих. При сборке и приварке стоек 1 к поперечинам 2 необходимо добиваться строгой параллельности и симметричности расположения стоек. Для крепления рамки к транцу лодки вверху приварены две шпильки 3, а внизу - два ушка 4 с отверстиями для прохода пальцев 5. Проушины 6 закреплены на транце у самого дна лодки на резиновых прокладках 7.
Шпильки 3 входят в несколько продолговатые отверстия в верхней части транца. Наклон рамки фиксируется затягиванием гаек; поворачивая таким образом рамку вокруг пальцев 5 на некоторый угол, можно регулировать угол атаки кормового крыла.
Невзаимозаменяемые стойки 2 кормового крыла 1 (рис. 5) отлиты из алюминиевого сплава и внизу заканчиваются разъемными обтекателями, предназначенными, как и у передних стоек, для крепления крыла. Нижняя часть стоек профилирована и отполирована до зеркального блеска. В средней и верхней частях стоек по обе стороны выполнено по несколько приливов, предназначенных для образования направляющих призм и оснований для фиксаторов и крепления подмоторного щита.
Фиксаторы 3 фиксируют положение (верхнее или нижнее) крыльевого узла в транцевой рамке, так как под действием пружины 7 стержень фиксатора 6 заходит в отверстия 8 (на рис. 4) на направляющей стойке. Для вывода стержня фиксатора из отверстия достаточно потянуть за тросик (от мотоцикла) 9 с кольцом 8 на конце. Все детали фиксаторов стальные.
Стальные поперечные тяги 4 служат для выбирания люфта в направляющих, а верхняя одновременно является рукояткой для поднимания и опускания узла. Резиновые подкладки на тягах служат для компенсации непараллельности направляющих 2. Подмоторный щит 5 изготовлен из деревянной доски и служит для крепления подвесного двигателя.
Собранный крыльевой узел вводится снизу в направляющие транцевой рамки и ставится на фиксаторы в верхние отверстия направляющих (или зажимается струбцинами), после чего окончательно выбирается свободный люфт в направляющих подвинчиванием гаек поперечных тяг.
Для лучшего скольжения призм стоек крыла по направляющим к ним приклеиваются текстолитовые прокладки (на чертежах не показано); направляющие и фиксаторы необходимо часто смазывать.
Чтобы при опускании в нижнее положение крыльевой узел не выпадал из направляющих, после введения крыльевого узла в направляющие при сборке их нижние концы перекрывают специальными предохранительными пластинками (9 на рис. 4) с резиновыми демпферами. Само собой разумеется, что легкость перемещения крыльевого узла по направляющим транцевой рамки зависит от точности и аккуратности изготовления деталей и сборки узла.
Подмоторный щит должен быть установлен на стойках крыла так, чтобы антикавитационная пластина подвешенного на нем двигателя «Москва» находилась на одном уровне с крылом и на расстоянии не менее 50 мм от задней кромки крыла. Это условие всегда должно выполняться.
В направляющих стойках транцевой рамки через втулки фиксаторов высверливают нижние и верхние отверстия для захода в них стержней фиксаторов. Нижние отверстия соответствуют рабочему положению крыла, а верхние - положению крыла «убрано». В рабочем положении крыло находится На 160 мм ниже киля лодки; в положении «убрано» крыло поднимается выше киля лодки на 15 мм и полностью скрывается за транцем. Таким образом ход крыльевого узла по Направляющим, то есть расстояние между отверстиями для фиксаторов в направляющих, составляет 175 мм. Для опускания кормового крыла в рабочее (нижнее) положение необходимо:
1) встать лицом к двигателю, просунуть указательные пальцы обеих рук в кольца привода фиксаторов и ухватиться за верхнюю поперечную тягу у стоек;
2) слегка приподнимая весь узел вверх, потянуть кольца; фиксаторы при этом легко выходят из зацепления.
3) плавно опускать вниз весь крыльевой узел, отпустив кольца, и ожидать характерного щелчка фиксаторов, заскакивающих в нижние отверстия направляющих;
4) проверить, полностью ли вошли фиксаторы.
Если фиксаторы вошли в отверстия направляющих неполностью, то это значит, что буртик стержня фиксатора находится в некотором удалении от направляющей втулки. Для полного ввода фиксатора достаточно дернуть за тягу несколько раз вверх.
Убирание (подъем) крыла производится аналогично, но, естественно, приходится приложить больше усилия.
При движении лодки в водоизмещающем режиме (с убранными крыльями) повышенное расположение двигателя (выше обычного), как показала практика, ходовых качеств лодки не ухудшает, а наоборот, на полном ходу несколько улучшает.
Установка готовых крыльев на лодку. Для установки крыльев лодку необходимо поставить на козелки (на высоте, удобной для работы) днищем вверх. Киль лодки должен быть строго горизонтальным (проверка ведется по слесарному уровню); крен должен быть устранен так, чтобы диаметральная плоскость лодки была перпендикулярна горизонтальной плоскости.
В первую очередь устанавливается кормовое крыло, а затем - носовое. Крылья устанавливают по уровню - горизонтально- с таким расчетом, чтобы элементы для регулировки угла атаки (для носового крыла соединительные болты, а для заднего - шпильки) находились в среднем положении. По отношению к горизонту и днищу лодки концы крыльев должны быть расположены симметрично. Передние кромки крыльев должны быть перпендикулярны килю лодки, а расстояния от них до киля - соответствовать указанным на чертежах. Перекос крыльев относительно друг друга не допускается.
При установке и проверке положения крыльев необходимо пользоваться струбцинами разных размеров и другими приспособлениями, обеспечивающими надежное удержание всего крыльевого устройства в нужном положении. Только после нескольких повторных проверок, убедившись в том, что все установлено правильно, можно приступить к сверлению отверстий в корпусе лодки для установки опорных точек. Отверстия для фиксаторов в направляющих транцевой рамки рекомендуется сверлить в самую последнюю очередь, после окончания регулировки и устранения люфта в направляющих.
Расположение нижней плоскости крыльев параллельно килю (и киль и крылья выставляются по уровню) соответствует теоретическому нулевому и оптимальному практическому углу атаки крыльев. Дело в том, что при движении лодки крылья, установленные на разных расстояниях от киля, выходят на примерно одинаковое расстояние от поверхности воды, а разница в расстоянии до киля (около 40 мм) образует дифферент лодки и, следовательно, наклон крыльев к горизонту воды, т. е. некоторый положительный угол атаки.
Если пойти на регулировку крыльев, то легко можно найти такое их положение, когда они не будут создавать подъемной силы и лодка будет продолжать двигаться не приподнимаясь и не зарываясь носом в воду. Это положение будет соответствовать действительному нулевому положению угла атаки крыльев (при условии соблюдения центровки лодки). Для нанесения делений на регулировочные элементы за нулевое положение может приниматься как теоретический,
так и фактический «ноль» - по усмотрению владельца лодки.
Изготовление крыльевого устройства. Для изготовления крыльев мы использовали листовую нержавеющую сталь толщиной 8 мм. Ножницами отрезали заготовки, по длине соответствующие размеру готовых крыльев, а по ширине - с припуском 2 мм. После правки заготовки передали на фрезеровку. Сначала производилась обдирка и снятие основного слоя металла по касательным к образующей профиля на универсально-фрезерном станке с применением универсальной поворотной головки с торцевой фрезой. После такой обработки верхняя часть крыльев принимала вид многогранника. Для окончательного образования профиля крыльев были применены профильные цилиндрические фрезы: одна для носового крыла, другая - для кормового. Профильные фрезы были изготовлены своими силами из быстрорежущей стали Р1В, причем их ширина соответствовала ширине крыльев и окончательная обработка профиля производилась сразу по всей его ширине на том же станке. Таким образом, точность профиля непосредственно зависела от точности изготовления фрезы. Нижняя поверхность крыльев не фрезеровалась.
Кормовое крыльевое устройство в сборе.
Поверхности крыла и нижней части стоек полировать.
(Большой формат)
В дальнейшем крылья подверглись слесарной обработке - зачистке поверхностей и кромок напильником и предварительной рихтовке,- а затем шлифовке и окончательной полировке войлочными кругами с применением различных паст. При этом соблюдалось направление шлифовки и полировки - поперек крыла от передней кромки к задней. Полировка крыльев производилась до тех пор, пока поверхность их не приобретала зеркального вида.
Отполированные крылья проходили гибку и тщательную рихтовку.
Изготовление крыльевого устройства не вызывает особых затруднений, так как все детали изготовляются обычными способами и универсальным инструментом в обычных мастерских, не исключая и литья из алюминиевых сплавов.
Следует отметить, что не надо слишком надеяться на совершенную «одинаковость» заводских стандартных корпусов лодок в отношении некоторых линейных и угловых размеров и конструктивного исполнения. Необходимо тщательно обмерить корпус и осмотреть конструкцию, чтобы можно было своевременно внести соответствующие коррективы в чертежи крыльевого устройства.
Подготовка двигателя «Москва». Перо, корпус редуктора, антикавитационную пластину и часть дейдвудной трубы (до разъема снизу) необходимо зачистить, убрав краску, ненужные выступы и неровности, и отполировать до блеска. Это сделать нетрудно, так как алюминиевый сплав полируется легко и хорошо. Нельзя ограничиться шлифованием (хотя бы и самой мелкой шкуркой): шлифованная поверхность быстро подвергается коррозии и обрастает. Если нет возможности качественно отполировать указанные части, лучше их после шлифовки покрыть хорошим водостойким лаком. Чем лучше отполирована поверхность, тем меньше сопротивление воды, меньше коррозия и облипание наносами. Это касается и стоек с обтекателями.
Рекомендуется после каждой поездки полированные поверхности стоек и двигателя слегка протереть чистой, смоченной в бензине тряпочкой и легко смазать маслом; это намного увеличивает долговечность полированных поверхностей.
Самое серьезное внимание должно быть уделено гребному винту: то и дело его приходится доводить, заправлять кромки и, конечно, хорошо полировать. Для более полного использования мощности двигателя хорошо иметь несколько отборных винтов с разным шагом (например, 270, 300 и 320 мм).
Для обеспечения успешного плавания на крыльях двигатель всегда должен быть хорошо отрегулирован. Целесообразно перевести двигатель на бензин А-72, для чего необходимо повысить степень сжатия с 6,1 до 7,0/7,2.
Испытания и плавание на крыльях. Перед началом испытаний надо обязательно проверить правильность установки и надежность крепления крыльев и крыльевого устройства. Напоминаем, что крылья должны быть установлены в теоретическое нулевое положение. Желательно, чтобы ось гребного винта была параллельна плоскости крыльев (для регулировки имеется устройство на самом двигателе).
День для испытаний следует выбирать хороший, безветренный. Испытания рекомендуется проводить вдвоем, без дополнительного груза (багажа), на глубоком и прямом участке водоема со спокойной и прозрачной водой. На берегу можно разбить контрольный участок для проверки скорости. Испытатель, являющийся одновременно рулевым, еще до этого должен научиться хорошо управлять лодкой и двигателем. Здесь мы должны предупредить, что грубые ошибки в управлении лодкой, которые зачастую допускаются новичками, могут привести к весьма нежелательным и печальным последствиям. На лодке, как обычно, должны иметься спасательные средства, если есть жилеты - их следует надеть.
Сначала необходимо прогреть двигатель и проверить, хорошо ли он работает; для этого можно пройти немного с «убранными» крыльями.
Рулевой садится на задней банке у двигателя, а пассажир - на средней банке. Бачок с топливом располагается между ними. Затем опускают крылья в рабочее положение и проверяют, полностью ли заскочили фиксаторы кормового устройства. Двигатель можно заводить еще до опускания крыльев, так как после этого он глубоко погружается в воду
и заводится хуже. Включив реверс и установив лодку по намеченному курсу, плавно увеличивают скорость. Если все сделано правильно, то по достижении скорости 20/23 км/час лодка начнет плавно выходить на крылья и резко набирать скорость. Процесс выхода на крылья можно проследить с лодки по постепенному перемещению образуемой корпусом волны от носовой части к корме; исчезновение этой волны соответствует моменту полного отрыва корпуса от воды и выходу на крылья. Начинается резкое нарастание скорости и оборотов двигателя.
Если лодка при подаче газа до «полного» на крылья не выходит, пассажиру следует переместиться ближе в корме; если и это не помогает, значит неправильно установлено носовое крыло. Надо несколько увеличить угол атаки (соединительные болты передвинуть к корме). Слишком большой угол атаки носового крыла приводит к выскакиванию крыла из воды с последующим срывом крыльевого режима, после чего все повторяется снова (как говорят, лодка «ставит козла» или «скачет козлом»).
Малый угол атаки кормового крыла обнаруживается по низкому расположению кормы лодки; иногда корма волочится по воде. Слишком большой угол атаки кормового крыла приводит к срыванию крыльевого режима и зарыванию лодки носом (при достижении определенной скорости). Отметим, что кормовое крыло в несколько раз менее чувствительно, чем переднее; это один из законов гидродинамики.
Если перемещение пассажира вдоль лодки между передней и средней банками существенно не влияет на крыльевой ход лодки, регулировку крыльев можно считать законченной. При наличии груза в багажнике или еще одного пассажира приходится немного увеличить угол атаки носового крыла.
Теперь можно приступить к измерению скорости и освоению вождения лодки на крыльевом ходе. На первых порах вождение лодки на крыльях кажется затруднительным и утомляющим.
Увеличение скорости требует повышенного внимания водителя, особенно в оживленных местах, где много различных судов, ограничительных знаков, рыболовов, купальщиков и т. п.
Главной трудностью является выполнение поворотов, требующее от водителя некоторого мастерства. О внезапных и крутых поворотах приходится позабыть вообще. Крылья, какого бы типа они ни были (особенно V-образной формы), сильно сопротивляются изменению курса и крену судна. Это заставляет судно идти на поворотах с большой циркуляцией. Если, например, производится левый поворот и двигателем (подвесным) корма лодки отводится направо, то переднее крыло также интенсивно заносит вправо нос лодки. В результате лодка начинает идти наискось и делает поворот очень медленно. Водителю приходится пересаживаться на левый борт лодки, чтобы преодолеть сопротивление крыла и создать крен на левый борт, после чего поворот начинает получаться Плавным, а циркуляция уменьшается. Как показали опыты, поворотливость лодки значительно улучшается, если под передним крылом установить небольшие вертикальные перья (как бы продолжение стоек), показанные на рис. 3 пунктиром и обозначенные цифрой 6.
Следует также иметь в виду, что быстро идущее на крыльях судно затормаживается гораздо медленнее, чем обычное водоизмещающее судно. После резкого снятия газа набегающий поток воды энергично откидывает двигатель и ставит его на фиксатор (если это «Москва»), а лодка продолжает скользить на крыльях до постепенной потери скорости, на что уходит порядочное расстояние. В таких случаях рекомендуется газ снимать постепенно и лучше пытаться изменить курс, что более эффективно.
Обгон и расхождение нужно производить очень осторожно, на малой скорости. Гребень образовавшихся волн лучше всего проходить на водоизмещающем режиме под углом, близким прямому. При несоблюдении этого правила можно поломать крылья, а при большой волне и вообще потерпеть крушение. Встреча лодки на скорости с большой волной равноценна столкновению с твердой резиновой стеной; если лодка и уцелеет, то экипаж наверняка очутится за бортом.
Большую опасность для крыльев представляют различные плавающие на поверхности воды предметы (обломки досок, поленья, бревна, пустые бутылки, сучья и т. д.). На поверхности тихой воды и в дневное время они хорошо заметны, но с появлением волн или темноты они словно скрываются под водой. Имея в виду большую засоренность некоторых водоемов, мы предостерегаем неопытных водителей: ходить на крыльях в ночное время или в тумане более чем рискованно и ни в коем случае не рекомендуется.
Водителю крылатой лодки следует помнить, что он управляет двумя страшными ножами, которые беспощадно режут все на своем пути. Поэтому надо строго придерживаться правил плавания по водным путям, следить за обстановкой, не ходить на полной скорости там, где поблизости купаются люди или наблюдается интенсивное движение судов и лодок.
Ходовые качества наших лодок. Многих, конечно, интересуют ходовые качества наших лодок. Каковы максимальная достигнутая скорость, грузоподъемность, управляемость и мореходность? Наконец, достаточна ли жесткость крыльев и крыльевого устройства? Подтвердилась ли целесообразность установки крыльев?
Отвечаем. Мы затратили немало времени и много потрудились, изготовляя крылья и устанавливая их на лодки, но, чтобы самим себе ответить на эти вопросы, затратили не меньше времени, подвергая крылья всесторонним, иной раз рискованным и жестким испытаниям. Мы плавали в хорошую погоду и в самые ненастные - с сильным ветром - дни; делали самые крутые повороты на большой скорости; на предельном ходу производили обгон и расхождения с различными судами; неоднократно врезались в волну, как в стену; подвергали лодку с полной нагрузкой необычной тряске на мелкой высокой волне. Наконец, мы нарочно наезжали на песчаные отмели. К тому же, происходили случаи, совершенно не предусмотренные нашей программой испытаний.
Готовясь к каждому очередному испытанию, мы не только обсуждали предстоящие наблюдения, но и обдумывали возможные последствия, принимали все меры предосторожности и даже специально тренировались. Это помогло нам сохранить в целости и лодку, и крылья, и самих себя. Зато мы хорошо проверили свою конструкцию, получили много ценных данных и богатый опыт вождения судна на крыльях. Это помогает нам создавать теперь еще более совершенную конструкцию для более мощных двигателей и значительно более высоких скоростей.
Подводная часть двигателей («Москва») и гребные винты были доведены и отполированы. Почти все испытания и дальнейшие плавания на крыльях проводились со стандартным винтом (шаг - 242 мм). При этом скоростные показатели были следующими при нормальных условиях плавания:
- наибольшая скорость с одним человеком при полном весе лодки 283 кг - 43 км/час;
- Скорость с двумя пассажирами при весе лодки 358 кг- 41 км/час;
- скорость с тремя пассажирами при весе лодки 450 кг - 38 км/час.
Необходимо отметить, что при максимальной скорости хода двигатель работает на сильно повышеннЬ1х оборотах и длительное движение на таком режиме недопустимо. Двигатель со стандартным винтом можно эксплуатировать в пределах скоростей 35-38 км/час. Для повышения скорости необходимо применить винт с большим шагом.
Предварительные испытания и подсчеты показывают, что с двигателем «Москва» при весе лодки не более 350 кг можно добиться наибольшей скорости 50 км/час и эксплуатационной скорости 45 км/час. Для этого необходимо подготовить двигатель и очень тщательно рассчитать и подобрать винт. При увеличении скорости свыше 40 км/час приходится считаться и с заметным сопротивлением воздуха, так как «Казанки» нового выпуска имеют значительную парусность.
Наибольшая грузоподъемность наших лодок на крыльевом режиме 250 кг, что соответствует 3 пассажирам, 25 кг груза и полному весу лодки 458 кг. С ухудшением условий плавания (ветер, волнение) грузоподъемность снижается до 208 кг и даже ниже (до полного веса лодки 350 кг). Если мы припомним показатель мощности, то это окажется совершенно естественным: ведь показатель 40 кг/л. с. является крайним. Как видно, мы его даже превысили.
Мореходность лодок хорошая. Лодка на крыльях легко преодолевает волну высотой до 0,35 м. При этом короткие и высокие волны преодолеваются очень хорошо, и крыльевой режим нарушается лишь в том случае, когда волна ударяет в нос лодки и сильно затормаживает ее, но лодка сразу же снова выходит на крылья. По-другому дело обстоит на длинных волнах, особенно таких, которые остаются за прошедшими против течения судами на расстоянии от 150 до 700 м за кормой. Они почти незаметны, но зато крыльевой режим срывают уверенно.
Жесткость конструкции вполне достаточна. Для подтверждения нашего вывода расскажем о нескольких случаях, которые не намечались программой испытаний и о которых, пожалуй, следовало бы «помалкивать». В один прекрасный день кормовое крыло на полной скорости врезалось в полуметровый кусок толстой доски с гвоздями. Последовал сильный удар и поднялся такой фонтан воды, что двигатель немедленно заглох, а водителя обдало брызгами. Однако крыло осталось невредимым, хотя в стойке был выломан большой кусок передней кромки (его пришлось потом вклеивать).
Однажды мы возвращались с реки Невежис и очень спешили. Смеркалось. Местами над рекой расстилался густой туман, еще больше ухудшавший видимость. То и дело запотевало ветровое стекло. На повороте мы слишком близко подошли к берегу, сначала пером двигателя и передним крылом задели гравийное дно, а затем и врезались в него так, что лодка остановилась, а мы по инерции перелетели через все банки в нос. Шпонку винта срезало. Лодка стояла крыльями на дне, не касаясь корпусом воды. Тем не менее оказалось, что ничего страшного не произошло. Пришлось подправить в нескольких местах передние кромки крыльев и винта и заменить шпонку. Немного сдвинулись с места соединительные болты на верхних опорах носового крыла. Через 15-20 минут мы уже снова пробовали идти на крыльях. Все было в порядке, но стало темно. Только поэтому крылья пришлось поднять, В память об этом случае на крыльях осталось несколько неустранимых рисок, но они совпадают с направлением движения и не мешают.
В подобных же условиях плохой видимости одному из нас «посчастливилось» (к большому стыду, разумеется) налететь на веху. Казалось, этого было более чем достаточно, чтобы разбить не только крылья, но и саму лодку, тем более, что веха была солидной (диаметром около 85 мм). Но нет: веху срезало крылом, и полутораметровый конец ее промелькнул над головой. Крыло осталось совершенно невредимым; на нем даже не удалось найти место удара.
Еще раз отметим, что нержавеющая сталь является пока незаменимым материалом. Ни легкие сплавы, ни пластмасса не выдержали бы таких испытаний.
Нас спрашивают: «Что вы получили от установки крыльев?» Во-первых, мы ничего «не потеряли». Сама лодка какой была, такой и осталась. На ней с успехом можно плавать, рыбачить, охотиться по-старому, так как крылья ничуть не мешают. Правда, добавился вес в 27 кг, но разве это играет роль при водоизмещающем плавании? Если лодку нужно перевозить, то за 10 минут крылья могут быть сняты с лодки вообще. А, во-вторых, получили мы не так уж мало (и использовано еще не все!): скорость возросла в среднем на 14 км/час; дальность плавания увеличилась практически больше чем вдвое; экономия топлива составляет около 40%. Разве этого мало?
Интересно отметить, что почти все многочисленные очевидцы наших плаваний изъявляют желание поставить крылья на свои лодки. Некоторые из них, имеющие по два двигателя, с удовольствием отказались бы от одного из них и приобрели вместо него крылья.
