Главная страница Контакты Карта сайта Поиск по сайту:
Barque.ru
 
  • Судостроение
  • Моторы
  • Проекты
  • Спорт
  • Консультации
  • Кругозор
  • Истории
  • Главная / Судостроение / Моторные суда / 1986 год / Перспективы повышения экономичности моторных лодок
    Подкатегории раздела
    Парусные суда Моторные суда Технологии Экранопланы


    Поделитесь информацией


    Похожие статьи
    Перспективы применения стеклопластика для изготовления лодок
    Суровое испытание двух моторных лодок «Крым» с «Вихрями-М»
    Перспективы повышения рекордных скоростей парусников
    История и будущие перспективы электрических лодок
    Недорогие гаражи для хранения моторных лодок
    Сюжет для любителей «микро» моторных лодок
    Гонка моторных судов на Рейне 1907 года
    Гидродинамические характеристики спортивных гребных лодок
    Реальность и перспективы подвесного водомета
    Обзор зарубежных конструкций надувных лодок
    Зимнее хранение лодок и подготовка их к навигации
    Проблема шумности на малых моторных судах
    Детали деревянных корпусов лодок
    «Хулиганский флот» против немецких подводных лодок


    Перспективы повышения экономичности моторных лодок

    Год: 1986. Номер журнала «Катера и Яхты»: 124 (Все статьи)
              0


    Из письма читателя


    Новый «Запорожец» расходует 4.6 литра бензина на 100 км; экспериментальный автомобиль «Ситроен ЭКО-2000» — 2,3 л. Пятьдесят лет тому назад в КБ А. Н. Туполева был создан самолет «РД-25», на котором Чкалов и Громов совершили рекордные перелеты. Этот самолет при стартовом весе 11 т расходовал 50 л на 100 км при скорости 180 км/ч!

    На фоне этих цифр расход топлива 35—50 л на 100 км, что мы имеем на открытой глиссирующей мотолодке с подвесным мотором (и 55—65 л/100 км у лодки с каютой), просто пугает своей разорительной неэкономичностью. Каковы возможности снижения этих цифр?

    Попытаемся проанализировать: каковы перспективы повышения экономичности эксплуатации моторных лодок — наиболее универсальных и массовых в нашей стране судов, рассчитанных на полезную нагрузку 300—400 кг (3—4 человека) и скорость движения 30—40 км/ч.

    Прежде всего, от чего зависит расход топлива? Аналитическая зависимость, по которой можно определить расход, достаточно простая:


    где D — вес мотолодки с полезной нагрузкой, кг;
    g — удельный расход топлива, кг/л.с.·ч;
    η — общий пропульсивный КПД движителя, учитывающий КПД винта и потери упора за счет сопротивления подводной части подвесного мотора;
    К — гидродинамическое качество — коэффициент, показывающий, во сколько раз сила сопротивления воды движению лодки меньше силы веса;
    γ — удельный вес топлива, кг/л.

    Очевидно, что существенного повышения экономичности за счет снижения массы корпуса мотолодки и повышения пропульсивного КПД достичь невозможно. Масса корпуса и мотора современной мотолодки составляет 40—50% ее полного водоизмещения. Если даже и удастся уменьшить ее на 20—30% (а для этого необходимо переходить на новые материалы, другую технологию), это снизит путевой расход горючего всего на 6—15%. Общий пропульсивный КПД современного подвесного мотора достигает 50—55%. За счет повышения передаточного отношения редуктора и отработки формы подводной части мотора эту величину можно увеличить до 60—65% (на скоростях 30—40 км/ч), что повысит экономичность на 20%, но при этом несколько увеличится вес и габариты мотора.


    Гидродинамическое качество современных мотолодок составляет К=5÷6,5. Пожертвовав мореходностью лодки, его можно повысить только до 7—7,5.

    Информация об изображенииМотолодка на подводных крыльях
    Мотолодка на подводных крыльях
     
    Гораздо большие резервы повышения экономичности можно найти, переведя мотолодку в качественно другой режим движения — на подводных крыльях или воздушной подушке, в полет с использованием эффекта экрана. Теоретически гидродинамическое качество мотолодки с глубокопогруженными управляемыми крыльями может достигать K = 16÷26 на скоростях 65—35 км/ч соответственно. Качество судов с малопогруженнымн крыльями и крыльями, пересекающими поверхность воды, ниже (К = 8÷13), хуже также и их мореходность. Условное значение гидродинамического качества для судов на воздушной подушке скегового типа (с учетом затраты мощности на привод подъема) также достаточно высокое (К = 15).

    При относительно небольших скоростях (до 15—20 км/ч) становятся целесообразны водоизмещающие катамараны, качество которых достигает K = 10÷15 при высокой мореходности.

    Удельный расход топлива большинства двухтактных современных ПМ составляет g = 360÷390 г/л. с.·ч. Однако двухтактный двигатель очень чувствителен к режиму работы, изменению нагрузки, регулировке. Поэтому в реальных условиях эксплуатации удельный расход топлива превышает 400 г/л.с.·ч.

    Более экономичны четырехтактные двигатели (g = 220÷250 г/л.с.·ч.), причем расход топлива у них меньше изменяется в зависимости от условий эксплуатации.

    Современные высокооборотные дизельные двигатели расходуют 180—220 г/л.с.·ч. Однако высокий вес, сложность запуска делают эти двигатели неперспективными для мотолодок. Иное дело — так называемые адиабатические двигатели.


    В современных ДВС количество тепла, которое отводит система охлаждения, близко по величине к теплу, затраченному на полезную работу. Как известно, количество тепла, поступающего в стенки камеры при прочих равных условиях, пропорционально разности температур газа и стенок. У современных двигателей температура головки блока, поршня, цилиндра не превышает 300 °С, в то время как средняя температура газов в цилиндре в течение такта близка к 1000 °С. Если эти детали выполнить из жаропрочной керамики, то вследствие малой теплопроводности материала они нагреются практически до средней температуры газов и тепловые потери практически исчезнут. Такой двигатель может работать без принятой в настоящее время системы охлаждения, а удельный расход топлива его теоретически может составлять 60% от расхода существующих ДВС. Опытные образцы таких двигателей уже созданы за рубежом и у нас в стране.

    Воспользуемся теперь приведенной выше зависимостью для расчета расхода топлива мотолодки на 100 км пути для различных способов движения и двигателей. Полное водоизмещение мотолодки Примем равным 700 кг, расчетную скорость — 30—40 км/ч.

    Итак, по экономичности и эксплуатационным качествам весьма перспективной представляется мотолодка на глубокопогруженных управляемых крыльях.

    Попытаемся представить себе конструкцию такой лодки. Подводные крылья должны быть обязательно откидной конструкции, так как габаритная осадка на стоянке 0,7—0,8 м явно велика (осадка на ходу 0,4—0,45 м). Откидываться крылья должны и при встрече с препятствием. Кормовое крыло может откидываться за транец, носовое — убираться в специальную нишу-редан, который также улучшает выход мотолодки на подводные крылья.

    Информация об изображенииКатамаран на подводных крыльях
    Катамаран на подводных крыльях
     
    Во избежание поломок крылья должны откидываться не самими препятствиями, а принудительно, причем скорость их откидывания должна быть больше скорости движения лодки. Если этого не сделать, то крыло, которое по инерции может глубоко войти в препятствие (например, в топляк), при откидывании будет увлекать его вверх, что несомненно приведет к изгибу и поломке крыла. Аварийное откидывание, как и подъем крыла при подходе к берегу, лучше всего производить при помощи пневмоцилиндра с гидрозамком. Правда, для этого необходим гидронасос (он потребуется и для управления закрылками), а также маломощный компрессор с электрическим или гидравлическим приводом.

    В момент выхода на крылья закрылки устанавливаются в положение максимальной подъемной силы. Выход на крылья происходит на скорости 25 км/ч, при этом потребная мощность составляет 20 л. с. При движении в крыльевом режиме потребная мощность падает до 5—6 л.с. При этом необходимо увеличить шаг винта в 2,1—2,2 раза.


    Подвесной мотор крепится к специальному кронштейну, который при помощи гидроцилиндра может перемещаться вверх-вниз на 300 мм. Для управления закрылками можно использовать схемы, аналогичные устройствам для управления курсом судна. В этих схемах основной управляющий сигнал пропорционален разности углов заданного курса и действительного. Чем больше эта разность, тем на больший угол отклоняется руль, под действием которого судно поворачивает на требуемый курс. В тот момент, когда действительный курс совпадает с заданным, руль возвращается в диаметральную плоскость. Однако судно приобретает к этому моменту угловую скорость и по инерции «проскакивает» заданный курс. Квалифицированный рулевой чувствует судно и при подходе к заданному курсу заранее «одерживает» судно, перемещая руль в обратном направлении. Для того, чтобы автоматическая система управления так же смогла «одерживать» судно и исключить движение «змейкой», в ней должны учитываться угловые скорости поворота и даже угловые ускорения.

    Для катера на подводных крыльях необходимы три подобных устройства: для управления погружением носового и кормового крыльев и управления креном. Управление креном может осуществляться двумя — правым и левым — закрылками, которыми оборудуется одно из крыльев. При крене закрылки поворачиваются в разные стороны. Для работы такой системы необходимы акустические датчики глубины погружения крыльев, акселерометры, гироскоп. Сигналы от этих датчиков усиливаются, складываются и подаются на специальный электромагнит, который управляет гидравлическим распределительным устройством, подающим рабочую жидкость в ту или другую полость гидроцилиндров, управляющих закрылками. В настоящее время разработаны самонастраивающиеся схемы, которые позволяют поддерживать автоматически оптимальное управление при изменяющихся условиях (изменение нагрузки и центровки, волнение и т. п.). Для этого к схеме управления придется добавить новые функциональные блоки.

    При достаточно высокой точности датчиков и высоком быстродействии исполнительного механизма подобная система сможет управлять мотолодкой на волне, практически полностью исключая качку, но до тех пор, пока высота волны не сравняется с высотой стоек крыла. При большей волне мотолодка начнет испытывать удары корпусом о вершины волн. Но если заранее известны размеры волны, то можно таким образом организовать управление крыльями, чтобы при прохождении впадины крылья почти выходили на поверхность воды, а при прохождении вершины приподнимали корпус, чтобы исключить соударение его с волной. Это приведет к необходимости добавления новых функциональных блоков, схема получится громоздкая и ненадежная.


    Выручить могут цифровые методы на базе малогабаритных универсальных микропроцессоров. В этой системе сигналы, поступающие с датчиков в виде напряжения, пропорционального значению контролируемой величины, превращаются в цифровые, дискретные.

    Через определенные промежутки времени (около 0,01 сек) эти числа вводятся в процессор, где по заранее разработанной программе — алгоритму обрабатывается полученная информация и определяется значение управляющего сигнала, опять-таки в цифровом виде. Далее цифровой сигнал преобразуется в аналоговый и в виде напряжения поступает на управляющий электромагнит.

    Информация об изображенииСхема управляемого глубокопогруженного крыла
    Схема управляемого глубокопогруженного крыла
     
    Высокая точность, способность запоминать большой объем информации, простота перенастройки при изменении программы — основные преимущества цифровых схем на базе микропроцессоров. В настоящее время в промышленности для управления технологическими процессами используются ремиконты — универсальные высоконадежные микропроцессоры, в память которых уже заложен целый набор законов управления (т. е. весьма сложных программ). Подключение необходимого закона или их сочетания происходит при помощи дополнительного пульта.

    В настоящее время выпускается микро-ЭВМ БК 0010 — бытовой компьютер, быстродействие которого достаточно для наших задач. Размером с дипломат и стоимостью 550 руб. такая микро-ЭВМ в принципе уже сейчас может быть установлена на катере. Правда, в отличие от ремиконта в ней отсутствуют блоки преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно.

    Бурное развитие микроэлектроники позволяет надеяться, что в ближайшем будущем будут созданы еще менее габаритные и дешевые быстродействующие универсальные управляющие микро-ЭВМ, которые могут быть использованы и для управления мотолодкой на крыльях. Установив дополнительный датчик в районе форштевня, можно измерять высоту подходящей волны. А если в памяти ЭВМ имеются и размеры предыдущей волны, то можно разработать алгоритм, который с достаточной вероятностью определит полные размеры подходящей волны. Если ее высота будет больше предельной, то ЭВМ изменяет закон управления таким образом, чтобы предотвратить удар корпуса о вершину волны. Естественно, что в этом случае возникнет вертикальная и килевая качка. Однако ускорения при этом не будут превышать 1,5 g (g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения), что значительно меньше, чем у глиссирующих мотолодок.


    Возможно, что крылатая мотолодка, снабженная электронной системой управления, будет преодолевать волну высотой 1,0—1,5 м. Быстродействующая бортовая ЭВМ с достаточно большой памятью позволит автоматизировать управление шагом гребного винта и опережением зажигания, создать систему активного контроля за параметрами работы двигателя, решать задачи навигации и многое другое.

    Поскольку мотолодка на глубокопогруженных подводных крыльях имеет малое сопротивление воды, необходимо будет позаботиться о снижении аэродинамического сопротивления, так как при встречном ветре расход топлива может увеличиться в два и более раз. К слову сказать, такую мотолодку можно будет эксплуатировать и на сжиженном газе. Двух двенадцатилитровых баллонов суммарным весом 25 кг (стоимость заправки I рубль) хватит на 350 км!

    Конечно, для владельца современной мотолодки, все системы которой (за исключением мотора) состоят из пяти тросов ДУ, нескольких защелок и пары тумблеров, гидропневмопривод, ЭВМ — могут показаться элементами из весьма далекого будущего. По-видимому, такие же чувства испытывали и автомобилисты 30-х годов, когда от тормозов с механическим приводом переходили на гидравлические тормоза с вакуумным (пневматическим) усилителем, рулевое управление тоже снабдили гидроусилителями. Многие автомобили сейчас оборудуются электроникой, управляющей системами регулирования дорожного просвета, антиблокировочными системами, системами управления опережением зажигания и дозировкой топлива.

    Создание такой мотолодки — дело хоть и реальное, но не быстрое. Однако уже сейчас вполне реально построить крылатую мотолодку с расходом топлива 12—15 л на 100 км пути. На ней можно установить V-образные пересекающие поверхность крылья (средняя часть которых имеет авиационный профиль) или малопогруженное крыло с «чайкой». Размеры крыльев можно определить таким образом, чтобы на расчетной скорости 35—40 км/ч на крыльях реализовался коэффициент подъемной силы Су, соответствующий значению максимального качества (Су ~ 0,2÷0,25 — для сегментных участков; Су = 0,3÷0,4 — для аэродинамических профилей). Угол атаки крыла на ходу может изменяться вручную при помощи механической передачи (см. «КиЯ» №57) или гидропривода.

    Двухтактный подвесной мотор придется заменить легким автомобильным двигателем (например, от «Запорожца») с угловой колонкой и винтом регулируемого шага.

    Правда, на больших реках и озерах при высокой волне придется переходить на глиссирование или переходный режим движения с соответствующим увеличением расхода горючего. В этих условиях определенным преимуществом обладает крылатая мотолодка — катамаран, имеющая водоизмещающие обводы. При плавании на волнении на умеренных скоростях 15—22 км/ч расход топлива катамарана будет меньше, чем у глиссирующей мотолодки и практически не отличается от расхода топлива при движении на крыльях. Катамаран имеет высокие мореходные качества, мало чувствителен к перегрузкам, высокую живучесть; его можно эффективно использовать в виде моторного парусника.

    Таковы реальные перспективы повышения экономичности малых моторных судов, над которыми уже сегодня должны работать судостроители. В равной степени это относится и к мотолодкам и катерам народнохозяйственного назначения и к прогулочно-туристским судам.

    Тип суднаПутевой расход, л на 100 км
    Глиссирующая мотолодка с двухтактным ПМ48
    Глиссирующая мотолодка с четырехтактным ПМ и винтом повышенного КПД25
    Мотолодка с 4-тактным ПМ и малопогруженными подводными крыльями12
    Мотолодка на воздушной подушке скегового типа с 4-тактным ПМ12
    Мотолодка на управляемых глубокопогруженных крыльях с 4-тактным ПМ6
    Такая же мотолодка с адиабатическим двигателем4


    Понравилась ли вам эта статья?
    +5

    ПРЕДЫДУЩИЕ СТАТЬИ
    Работа дизеля на эмульсии из воды и мазута
    Новое поколение спасательных шлюпок
    Всегда ли хорош плавниковый киль?
    Как рассчитать оптимальный водомет
    Выбор, проверка и устранение деффектов парусов
    Вибрационно-резонансный метод оценки жесткости мачт
    Есть ли будущее у роторно-поршневых двигателей?
    Исправление дефектов парусов
    Новые технологии материалов из дерева
    Снижение бокового усилия мотора при полностью погруженном гребном винте
    Совершенствование свинцовых аккумуляторов
    Методы снижения усилия на руле при частично погруженном винте
    Попытка создания двигателя внутреннего сгорания без недостатков
    Многокорпусный парусник с наклонным парусом
    Скорость хода и мощность двигателя катера на подводных крыльях

    ТЕКУЩАЯ СТАТЬЯ
    Перспективы повышения экономичности моторных лодок

    СЛЕДУЮЩИЕ СТАТЬИ
    Об использовании армоцемента в отечественном яхтостроении
    Как снять теоретический чертеж с натуры
    Как применять эпоксидные и полиэфирные клеи
    Использование энергии волн для движения судов
    Перспективы развития двигателей внутреннего сгорания
    Новый вариант обводов быстроходного катера
    Тенденции строительства современных океанских яхт
    ЭВМ оказывает помощь проектировщику судов
    Амортизация днища катера для демпфирования ударных нагрузок
    Современные многокорпусные парусные суда: Катамараны
    Обводы корпуса с фанерной обшивкой
    Повышение безопасности гоночного судна
    Судно с малой площадью ватерлинии (СМПВ) без формул и графиков
    Современные многокорпусные парусные суда: Тримараны
    О выборе профиля стоек и подводных крыльев


    Ссылка на эту статью в различных форматах
    HTMLTextBB Code

    Комментарии к этой статье


    Еще нет комментариев



    Сколько будет 41 + 22 =

           



    Barque.ru © 2013 | Контакты | Карта сайта
    Судостроение: Парусные суда Моторные суда Технологии Экранопланы
    Моторы: Описание моторов Устройство моторов Самодельные моторы Тюнинг моторов Обслуживание моторов Дистанционное управление
    Проекты: Парусные яхты Парусные катамараны Парусные тримараны Моторные лодки Катера Туристические суда Рыболовные суда Виндсерфинги и лыжи Прицепы и трейлеры Прочие проекты
    Спорт: Новости спорта Парусные соревнования Водномоторный спорт Воднолыжный спорт Виндсерфинг Буерные соревнования Соревнования туристов
    Консультации: Полезные устройства Полезные советы Улучшение судов Улучшение моторов Опыт эксплуатации Техника плавания Разбор аварий Рыболовам
    Кругозор: Новые суда и устройства Интересные события Интересные факты Интервью Карты и маршруты Официальные данные Проблемы малого флота Яхт-клубы и стоянки Письма в редакцию
    Истории: Путешествия Туристические походы Знаменитые корабли Военная страничка Литературная страничка История флота Прочие истории