Реактивный момент от гребного винта

Наверняка многие обращали внимание на то, что порой катер или мотолодка ведет себя более чем странно: в сторону одного борта поворачивает охотней, чем в сторону другого, на заднем ходу упорно движется прямо, несмотря на положенный на борт руль, а после переключения с переднего хода на реверс выставляется боком. Все перечисленное — проделки реактивного момента, создаваемого гребным винтом. Движитель этот, увы, далеко не совершенен, и с производимыми им побочными эффектами остается только мириться. Но все не так уж плохо: в ряде случаев их можно поставить себе на службу!

Как он проявляется?

Гребной винт создает два основных побочных эффекта, влияющих на управление лодкой и заметных, что называется, невооруженным глазом: это крен в противоположную вращению винта сторону и увод кормы в сторону его вращения. Кстати, сразу оговоримся: винт, который на переднем ходу вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны транца, принято именовать винтом правого вращения. Поскольку такие винты наиболее распространены, они и показаны на всех приведенных иллюстрациях.

Увод кормы наиболее заметно проявляется на малой скорости, особенно на заднем ходу. Как правило, мы его особо не замечаем, рефлекторно доворачивая руль или перекладывая румпель, но уже упомянутое быстрое переключение на реверс с переднего хода способно поставить лодку перпендикулярно к намеченному курсу. Короче говоря, увод кормы более всего дает о себе знать на переходных режимах — при смене направления движения, разгоне или снижении скорости. Длинные килеватые лодки лучше сопротивляются производимому гребным винтом эффекту, чем короткие и плоскодонные (рис. 1) — та же небольшая надувнушка даже с положенным на правый борт рулем на заднем ходу упорно стремится влево.

Еще один эффект, способный причинить судоводителю некоторые неудобства, характерен только для подвесных моторов и поворотно-угловых колонок — реактивный момент отклоняет их в сторону вращения винта, поворачивая вокруг оси баллера, отчего лодка "лежит на руле" (рис. 2). На классических катерах с наклонным дейдвудом такого не бывает, и если на штурвале или румпеле на ходу ощущается постоянная нагрузка, то причины надо искать в другом месте.

Откуда он берется?

Данная публикация не ставит своей целью теоретически обосновывать производимые гребным винтом побочные эффекты — подавляющее большинство ее положений взяты из судоводительского опыта. Тем более что даже крупные специалисты по гидродинамике растолковывают природу явления крайне осторожно. Но, прежде чем перейти к практической стороне дела, все же попробуем разобраться, какие силы помимо упора, приводящего лодку в движение, создает гребной винт и откуда они берутся.

Строго говоря, действием реактивного момента в чистом виде можно называть явление, которое лучше проиллюстрировать на простейшем опыте. Возьмите обыкновенный бытовой вентилятор, удерживая его на весу за корпус, и вставьте вилку в розетку. В момент включения моторчика вы сразу почувствуете, как он качнется в пальцах, стремясь провернуться в сторону, противоположную вращению пропеллера. Описанный эффект еще более ярко проявляется при использовании электродрели, особенно когда сверло немного подклинивает — дрель приходится крепко удерживать, чтобы она не провернулась вокруг сверла. Азбучная истина: любое действие рождает противодействие. То же самое происходит и при вращении гребного винта — реактивный момент стремится провернуть лодку вокруг оси гребного вала в сторону, противоположную его вращению (рис. 3).

Вот и первое объяснение, почему лодка на ходу кренится в противоположную вращению винта сторону. Крен, в свою очередь, способен вызвать и увод с курса — во-первых, центр сопротивления смещается в сторону борта, на который кренится лодка, а во-вторых, в противоположную сторону смещается создающий тягу винт (рис. 4), поскольку он установлен на колонке или дейдвуде на некотором расстоянии от днища лодки.

Но есть и иная причина, вызывающая точно такие же последствия — крен и увод с курса, а также "ответственная" за повышенную нагрузку на руле в случае использования подвесного мотора или поворотно-угловой колонки. Как уже отмечалось, эта сторона явления изучена еще не до конца, но кое-какие вполне логичные предположения сделать все-таки можно.

Очевидно, дело в том, что по каким-то причинам лопасти ниже гребного вала испытывают большее сопротивление, чем у поверхности. Поскольку винт вращается в плоскости, перпендикулярной ДП, на валу возникает поперечная составляющая сила, направленная в сторону вращения винта (рис. 5). Наиболее ярко этот эффект проявляется в случае с полупогруженным гребным винтом, лопасти которого выше вала вообще не испытывают сопротивления воды (рис. 6, в). Если совсем утрировать ситуацию, то можно представить его в виде расположенного перпендикулярно ДП лодки гребного колеса — совершенно понятно, куда будет стремится его вал. Результаты лабораторных испытаний в опытовом бассейне показывают, что боковая сила, создаваемая полупогруженным гребным винтом, может достигать величины его упора!

Ответственна эта возникающая на валу боковая сила не только за увод кормы (рис. 1), но и за крен — "в помощь" уже рассмотренному реактивному моменту (рис. 7). Колонка или дейдвуд образуют рычаг, поворачивающий корпус лодки вокруг некой оси, условно показанной на рисунках красным кружком.

Как его приручить?

Влияние реактивного момента гребного винта обязательно следует учитывать при маневрировании — радиус циркуляции в сторону левого борта на судне с винтом правого вращения меньше, чем в противоположную. В ряде случаев этим можно воспользоваться, обернув побочный эффект во благо.

Например, вам нужно развернуться в узком канале. Понятно, что с винтом правого вращения этот маневр следует осуществлять в сторону левого борта — как мы разворачиваем автомобиль на дороге (и на переднем, и на заднем ходу). Но есть и одна маленькая хитрость: перед разворотом нужно снизить скорость, чтобы лодка двигалась буквально "шепотом", и, переложив руль до упора влево, один-два раза резко и кратковременно прибавить газ. Набрать скорость лодка не успеет, а боковой увод проявит себя во всей красе. Таким приемом лодку можно развернуть буквально на месте (рис. 8).

Или, предположим, вы подходите к причальной стенке, а свободного места между стоящими у нее судами только-только хватает втиснуться боком. Призовем на помощь реактивный момент! На самом малом направляем лодку к причалу, чтобы ошвартоваться левым бортом. Последние метры движемся с минимальной скоростью по инерции и с небольшим упреждением включаем реверс, кратковременно прибавив обороты до среднего или даже полного. Корму притянет к причалу, как магнитом (рис. 9), причем перекладка руля может даже не потребоваться.

Не лишним будет и отработать в спокойной обстановке режим "экстренного торможения" — переключение с полного переднего хода на реверс. Здесь тоже есть одна тонкость: когда при использовании винта правого вращения корму на реверсе забрасывает влево, нос лодки, соответственно, катится вправо. Поскольку лодка некоторое время продолжается двигаться вперед, первым естественным побуждением бывает положить руль влево, как на переднем ходу. Но винт-то тянет назад, и на лодке с подвесным мотором или поворотно-угловой колонкой это только усугубит ситуацию — корму еще больше утащит влево (рис. 10, а), поэтому "парировать" занос следует поворотом руля вправо (рис. 10, б). Когда лодка остановится и пойдет назад, для движения по прямой руль нужно по-прежнему держать немного отклоненным вправо — на заднем ходу увод кормы проявляется намного заметней, чем на переднем.

Внимание! Включать передний ход или реверс следует только при оборотах холостого хода! Даже при использовании однорукояточного дистанционного управления, которое автоматически уменьшает обороты перед переключением, при переходе с переднего хода на реверс и обратно обязательно делайте небольшую задержку в "нейтрали", чтобы погасить инерцию коленвала. Если обороты в момент переключения окажутся чересчур высокими, есть риск погубить редуктор.

Так как поведение даже близких по размерам лодок может заметно отличаться, воздержимся от советов, на какой конкретно угол поворачивать руль, с какой скоростью должна двигаться лодка и до каких оборотов и на какой промежуток времени следует кратковременно "раскручивать" двигатель и, соответственно, винт. Многое зависит и от нагрузки, и от продольной центровки лодки. После двух-трех тренировок вы легко определите точные параметры самостоятельно.

Главное, что следует помнить — это чем ниже скорость и выше обороты винта, тем сильнее проявляется занос кормы в сторону его вращения.

Если лодка оборудована триммером — системой регулировки дифферента с дистанционным управлением, рекомендуем немного поэкспериментировать и оценить, насколько угол установки подвесного мотора или колонки влияет на увод кормы, тем более что необходимость в ювелирно точном маневрировании возникает обычно у берега, где мы приподнимаем мотор или колонку, чтобы поберечь винт на мелководье. Как правило, чем больше колонка "отпущена" от транца, тем заметнее увод кормы, поскольку при этом гребной винт приближается к поверхности воды, а то и частично выходит из нее (рис. 6). Кроме того, в таком положении винт создает меньший упор, чем в "занутренном". Этим обстоятельством вполне можно воспользоваться, однако не все так просто — чем больше мотор поднят из воды, тем больше риск подхвата винтом воздуха, особенно при повышенных оборотах двигателя и больших углах перекладки руля. При максимально поднятой колонке наилучших результатов можно добиться на малом газу, когда лопасти шлепают по воде, словно пароходные плицы.

Как с ним бороться?

Конечно, побочные эффекты работы гребного винта можно порой обратить во благо, но явления это все же вредные, и бороться с ними, безусловно, нужно. Не будем забывать о том, что помимо тех неудобств, которые причиняет судоводителю "асимметричность" поведения лодки, на преодоление реактивного момента бесполезно тратится и некая доля мощности. Увы, невзирая на все старания конструкторов, вряд ли он будет окончательно побежден. Речь может идти лишь о том, как уменьшить тяжесть его последствий.

Устранить создаваемый им ходовой крен проще всего — за счет перераспределения груза и пассажиров в лодке. Кстати, во многом по этой причине на большинстве лодок пост управления располагается на правом борту — чтобы вес водителя компенсировал крен, вызываемый влиянием реактивного момента и бокового увода (рис. 7).

Самый простой способ избавиться от нагрузки на штурвале или румпеле — увеличить трение в деталях дистанционного управления или подтянуть фрикцион баллера на подвесном моторе. Управление станет потуже, но зато избавит от возникновения нештатных ситуаций — например, если на полном ходу отпустить румпель того же "Вихря", мотор моментально повернется на правый борт, что может быть чревато столкновением с соседней лодкой или опрокидыванием. На современных моторах и колонках с выхлопом через ступицу винта имеется компенсатор — небольшой плавничок, расположенный на антикавитационной плите и отклоняющий поток воды в сторону увода кормы (рис. 11). Как правило, он установлен на круглой поворотной шайбе и регулируется. Определить оптимальный угол установки компенсатора можно только экспериментальным путем.

Внимание! Подбирая положение компенсатора при наличии триммера с дистанционным управлением, добивайтесь отсутствия нагрузки на штурвале и бокового увода при том положении мотора или угловой колонки, которое вы задействуете чаще всего — например, при откинутом для достижения максимальной скорости.

Дело в том, что в ряде случаев использование кнопок "Up" и "Down" способно поменять усилие на штурвале на прямо противопололожное — при полностью "поджатом" триммере руль некоторых лодок может тянуть не вправо, а влево. Возможным объяснением такого поведения могут быть какие-то особенности конкретного корпуса и, соответственно, срывающегося с него потока, а также "подпор" на антикавитационной плите, расположенной под отрицательным углом к нему.

Частично плавничок позволяет решить и проблему увода кормы, сопряженную с необходимостью перекладки руля на ходу, но все же действительно радикальным "лекарством" может быть только второй винт, вращающийся в противоположную первому сторону. В этом случае возникающие на обоих винтах поперечно направленные силы взаимно компенсируют друг друга. Наиболее распространенный вариант — двухмоторная (двухвальная) установка, имеющая немало собственных преимуществ (рис. 12). Так, например, при работе "враздрай" — передним ходом на одном борту и задним на другом — лодку можно развернуть буквально на месте. Специалисты рекомендуют следовать следующему принципу: "правый" винт — на правом борту, "левый" — на левом. С точки зрения маневренности в узкостях на малом ходу такая схема более выигрышна, поскольку при работе винтов "враздрай" составляющая поперечных сил на обоих валах направлена в сторону разворота, дополнительно способствуя его выполнению (рис. 13).

Винты противоположного вращения могут устанавливаться и соосно (рис. 14), прежде всего на поворотно-угловых колонках — например, "DuoProp" двигателей "Volvo Penta" или "Bravo III" моторов "MerCruiser". Конструктивно редуктор такой колонки сложней, чем у обычной, но практика показала, что на определенных режимах соосная установка гребных винтов обладает рядом преимуществ, причем не только с точки зрения компенсации реактивного момента.