При создании катера Вы допустили, по крайней мере, три принципиальные ошибки.
1. Неправильный выбор размерений и обводов корпуса
Из письма я понял, что за прототип своего катера вы приняли катер «Москвич», но сначала вы уменьшили его размеры (длину с 5 до 4,2 м; ширину с 2 до 1,5 м и высоту борта с 0,76 до 0,4 м), а после этого длину катера снова довели до 5 м. Так делать нельзя, поскольку из-за столь резкого изменения соотношений L/B и L/H получился, по сути дела, совсем новый катер. Для любителя, мало знакомого с основными принципами проектирования катеров, гораздо проще, а главное — надежнее подбирать и использовать готовые, уже проверенные корпуса, пригодные по обводам и размерениям для определенной скорости и мощности при заданной грузоподъемности 1.
Значительное уменьшение ширины катера при почти той же грузоподъемности должно неминуемо привести к увеличению осадки; это, а также и снижение высоты борта (чуть ли не вдвое) приведет к тому, что изменится положение скулы и весь характер обтекания носовой части катера. Носовая скула уже не рассекает и не отбрасывает мягко волну, а вероятнее всего, погрузилась в воду, создавая излишнее сопротивление и брызги, тем более, что перенос мотора почти на две шпации (около 800 мм) в нос, как и перемещение в нос сиденья водителя и самого водителя, нарушил дифферентовку катера и способствовал еще большему дифференту на нос. Мощности имеющегося двигателя, очевидно, будет недостаточно для преодоления увеличенного сопротивления, вызванного изменением осадки и дифферентовки.
Катер из-за увеличения осадки и сильного заужения кормы из полускользящего глиссера с обводами шарпи, каким является «Москвич», превращается в водоизмещающее судно с крайне невыгодными (погруженная скула) носовыми обводами. Неблагоприятное отношение L/B (3,3 вместо 2,5) будет этому способствовать.
Таким образом, несмотря на то, что полное водоизмещение катера (по вашим данным 400 кг — вес судна и 400— 500 кг — вес пассажиров и груза; итого — до 900 кг) меньше, чем водоизмещение «Москвича» (1100 кг), сопротивление его будет, вероятно, таким же, если не больше, а скорость меньше.
Бороться с получившимся увеличением сопротивления можно только изменением дифферентовки, т. е. в данном случае — перемещением грузов в корму (топливо, провизия, багаж), так как изменять обводы готового корпуса вряд ли целесообразно.
2. Неправильная установка двигателя
Существуют определенные правила ус-становки двигателя на глиссирующий катер. Рекомендую ознакомиться со стр. 101 и 102 книги В. А. Лазарева «Автомобильные двигатели в катеростроении» («Судпромгиз», 1961). В основном для получения хороших ходовых качеств глиссирующего катера необходимо, чтобы общий центр тяжести его грузов, включая и двигатель, был расположен в центре опорной поверхности днища, соприкасающейся с водой на ходу катера, или лишь немного впереди него. У вас это правило нарушено.
Заборники воздуха и размещение глушителей выполнены крайне неудачно. Воздух не засасывается непосредственно к цилиндрам двигателя, а попадает на глушители, нагревается и после этого распространяется по всему отсеку; скорость его падает. Таким образом, нагрев воздуха в отсеке и малая его скорость при обдувании цилиндров являются одной из причин перегрева двигателя.
Вы совершенно правильно указываете в письме на свои ошибки. Действительно, необходимо сделать подводные рукава, чтобы наружный воздух попадал непосредственно к цилиндрам. Глушители надо из отсека изъять так, как, например, это сделано на автомобиле «Запорожец» (глушители не только расположены внизу, но и полностью изолированы от отсека, где расположен двигатель).
3. Неправильный выбор гребного винта
Чтобы правильно выбрать гребной винт, необходимо оценить ожидаемую скорость катера (при выбранных обводах, размерах и весе катера с пассажирами и грузом) и используемую мощность двигателя при соответствующем (известном вам) числе оборотов гребного вала; см. например, ту же книгу, стр. 15—20.
Поскольку вы не знали передаточного числа вашей коробки передач, а следовательно, не знали числа оборотов гребного винта, вы действовали вслепую и, естественно, не могли получить хороших результатов. Следует подчеркнуть, что при использовании коробки передач от автомобильного мотора нет никакой необходимости использовать все передаточные отношения (скорости), да это и невозможно, так как гребной винт фиксированного шага может быть рассчитан только на одно передаточное отношение (только на одну скорость; см. ту же книгу, стр. 23). На других скоростях винт будет либо очень «легким», либо очень «тяжелым», в чем вы убедитесь ниже.
Чтобы действовать «с открытыми глазами», необходимо:
- знать, какое число оборотов развивает мотор (надо иметь тахометр);
- знать важнейшую характеристику вашего мотора — передаточное отношение той скорости коробки передач, на которой он будет постоянно работать.
- выкрутить свечи;
- на гребном валу сделать риску мелом;
- попросить кого-нибудь провернуть рукояткой коленчатый вал двигателя на 10 оборотов, включив коробку передач на первую скорость, а самому отсчитать число оборотов, сделанное при этом гребным валом;
- эту же операцию повторить на второй, третьей и четвертой скоростях и на заднем ходу.
Попытаюсь теперь нарисовать примерную картину работы выбранного вами винто-моторного комплекса на вашем катере. Эта картина будет ориентировочной, так как сделать это точно вообще невозможно, тем более, когда неизвестны передаточные отношения коробки передач, неизвестно какого года выпуска и, следовательно, какой мощности двигатель, неизвестна степень его изношенности, регулировки и т. д.
Тем не менее, надеюсь, что изложенное ниже позволит понять принципиальную сущность явлений и вы сможете улучшить пропульсивные качества катера в той мере, в какой это возможно.
Чтобы пример был конкретнее, заранее зададимся передаточными отношениями коробки передач. Я думаю, что не очень ошибусь, если предположу, что передаточные отношения вашей коробки передач примерно такие (проверка покажет): I скорость iI = 4; II скорость iII = 2,4; III скорость iIII = 1,5; IV скорость iIV = 1.
Рассмотрим теперь работу мотора и гребного винта на прилагаемом графике. Поскольку вы взяли гребной винт от катера «Москвич» (D = 260 мм, H = 200 мм), наносим на график точку работы мотора «Москвич», соответствующую мощности 23 л. с. при 3200 об/мин мотора (точка А). При этом гребной винт также развивает 3200 об/мин, так как он рассчитан на условия, что коробка передач мотора «Москвич» включена «напрямую» (IV скорость).
Через эту точку проводим винтовую характеристику мотора Б. По этой кривой изменяются мощность и число оборотов мотора при эксплуатации его на катере «Москвич». При этом, если мотор «Москвич» имеет максимальную мощность 35 л. с. (см. его внешнюю характеристику — кривая Г), то данный гребной винт при полностью открытой дроссельной заслонке может поглотить максимальную мощность 34 л. с. при 3650 об/мин (см. точку В пересечения внешней Г и винтовой В характеристик двигателя «Москвич»).
Поскольку вы используете мотор «Запорожец», нанесем на график его внешнюю характеристику (кривая Д) с учетом того, что ваш мотор первого выпуска и будучи новым развивал мощность максимум 21 л. с., а сейчас развивает только 20 л. с. при 4000 об/мин.
Напомню, что внешняя характеристика представляет собой кривую изменения максимальной мощности при различных числах оборотов мотора при полностью открытой дроссельной заслонке. Площадь графика ниже этой кривой является полем эксплуатационных мощностей. Мотор может эксплуатироваться в любой точке этого поля в зависимости от характеристик выбранного гребного винта. Работа на самой кривой нежелательна, так как снижается срок службы мотора.
Так вот, если передаточное число вашей коробки передач на IV скорости равно единице, т. е. число оборотов коленчатого вала мотора равно числу оборотов гребного винта, то при выбранном вами гребном винте от катера «Москвич» мотор «Запорожец» при полностью открытой дроссельной заслонке сможет развить только 15 л. с. при 2650 об/мин (точка Е) и будет перегружен по крутящему моменту.
Если передаточное число на IV скорости меньше единицы, мотор будет развивать еще меньшую мощность при меньшем числе оборотов (см. пунктирную кривую Б). В обоих случаях этот гребной винт будет «тяжелым» для данного мотора, неоптимальным.
При переключении на III скорость (см. кривую Ж; iIII = 1,5) гребной винт станет слишком «легким». Мотор легко разовьет максимальные обороты и будет работать на перегибе внешней характеристики (точка 3 на пунктирной кривой). Его мощность и число оборотов будут ограничиваться лишь пропускной способностью жиклеров карбюратора и падать из-за ухудшения наполнения цилиндров; еще ниже будет мощность мотора при переключении на II скорость (см. кривую К). И хотя мощность мотора на III скорости достигает примерно 17 л. с., скорость катера увеличивается мало, так как винт не создает достаточной тяги. Ведь хороший гребной винт характеризуется не только величиной снимаемой мощности, но и величиной тяги!
Эти данные хорошо согласуются с вашим опытом, изложенным в письме. Не сомневаюсь, что, не получая ожидаемой скорости, вы эксплуатировали мотор при полностью открытой дроссельной заслонке на максимальном числе оборотов и тем самым перегружали его. Вот вам вторая причина перегрева мотора.
Изложенное показывает, что при работе на IV скорости при iIV = 1,0 диаметр и шаг гребного винта необходимо уменьшить, по сравнению с гребным винтом от катера «Москвич», таким образом, чтобы он работал приблизительно по кривой И.
Если ваш мотор с новым винтом и при полностью открытой дроссельной заслонке разовьет 3600 об/мин (точка Л), значит винт выбран правильно, и скорость катера увеличится.
Чуть прикрыв дроссельную заслонку, вы облегчите работу мотора и получите длительную эксплуатационную мощность 18 л. с. при 3500 об/мин (точка М).
Для проверки этого можно попробовать (в качестве временной меры) аккуратно обрезать ваш гребной винт до диаметра 240—230 мм и провести ходовые испытания.
Обеспечить работу мотора на кривой И можно и при работе на III скорости (iIII = 1,5), но для этого диаметр гребного винта придется не уменьшать, а увеличивать. Возможность установки гребного винта большего диаметра должна быть проверена, так как надо иметь достаточно места для расположения винта под днищем.
Оценивая (грубо ориентировочно) элементы гребных винтов, получим, что:
1) на IV скорости (iIV = 1,0) нужен винт диаметром 215—220 мм и шагом 140—150 мм;
2) на III скорости (iIII = 1,5) диаметром 280—285 мм и шагом 220—230 мм.
После уточнения передаточных отношений винт следует выбрать расчетным путем.
Заканчивая, я хотел бы посоветовать изложенные предложения реализовывать по очереди, чтобы знать, какой эффект получается от каждого из них.