Пока что на гоночных яхтах можно встретить лишь компас и секундомер, так как промышленность не выпускает специальных легких и малогабаритных яхтенных приборов. Пользуясь чертежами, приготовленными новосибирским яхтсменом Л. А. Мединским, можно дополнительно оснастить яхту лагом, указателями дрейфа и вымпельного ветра, специальным компасом для гонок на олимпийской дистанции.
Следует заметить, что хотя по своим характеристикам самодельный лаг близок к промышленному образцу, чувствительность его (0,5 узла) и точность показания (1,5—2%) могут оказаться недостаточными при гонках в слабый ветер. Некоторым конструктивным недостатком прибора является большой диаметр вертушки (более 100 мм), тогда как вертушки электромеханических лагов, выпускаемых промышленностью, имеют диаметр 30—40 мм. Вариант крепления лага на форштевне не обеспечивает надежной защиты его от повреждений.
Конструкция датчика углов дрейфа представляется неработоспособной для длительной работы в морской воде, так как корпус потенциометра выполнен водопроницаемым. При изготовлении датчика важно обеспечить минимальное трение в опорах флажка, так как от этого зависит чувствительность прибора (обычно углы дрейфа гоночных яхт составляют 5—10°).
Самодельный лаг
Прибор позволяет производить измерения скорости дистанционно, так как датчик можно устанавливать независимо от расположения показывающего ррибора. Лаг обладает высокой чувствительностью (нижний предел измеряемой скорости ~0,3 м/сек), позволяет регистрировать изменения скорости порядка 1.5—2%, обладает достаточно линейной характеристикой.
Датчиком служит индукторный тахогенератор с возбуждением постоянным магнитом. Электродвижущая сила (ЭДС), возникающая при вращении тахогенератора, усиливается и регистрируется стрелочным прибором. Часть электрической схемы используется одновременно для измерения угла дрейфа. Устройство датчика поясняется схемой (рис. 1). Латунные лопасти 9 закреплены на латунной ступице 11, которая стопорным винтом 10 крепится на полуоси 7, изготовленной заодно с полюсными наконечниками. При вращении ротора магнитный поток от постоянного магнита 4, замыкающийся через корпус обтекателя 1, который является одновременно магнитопроводом, пульсирует благодаря наличию зубчатых полюсных наконечников 2, 3, 6, 7. Пульсации магнитного потока вызывают появление в обмотке 16 ЭДС, частота и амплитуда которой пропорциональны скорости вращения. Эта ЭДС через делитель, служащий для переключения пределов измерения скорости, подается на вход трехкаскадного усилителя на транзисторах.
Первый каскад усилителя для увеличения входного сопротивления собран по схеме с общим коллектором, остальные каскады — с общим эмиттером. После выпрямления двух-полупериодным мостовым выпрямителем усиленное напряжение измеряется стрелочным прибором. Для повышения стабильности и линейности усилитель охвачен отрицательной обратной связью. С целью расширения частотного диапазона и упрощения схемы усилитель имеет непосредственную связь между каскадами.
Постоянный магнит 4 может быть изготовлен из любого твердого магнитного материала (альни, альнико, феррит бария и т. д.). Корпус 1, полюсные наконечники статора 3 и 6, полюсные наконечники полуоси ротора 2 и 7 делают из нержавеющей магнитной стали любой марки; их можно изготовить и из обычных сталей, но в этом случае придется принимать меры для защиты деталей от коррозии. Для образования зубцов заготовки полюсных наконечников статора напрессовывают на наконечники ротора; затем по окружности их сопряжения сверлят 16 равноотстоящих отверстий диаметром 0,8 мм.
После этого наконечники ротора выпрессовывают, а отверстия в статорных наконечниках растачивают до окончательного размера ∅ 9,7+0,1 мм (в скобках на чертеже указан размер для напрессовки).
Детали 5 и 8 изготовляют из латуни. Обмотку 16 наматывают внавал проводом ПЭВ-0,05 на бумажный каркас до полного заполнения; к концам припаивают выводы из гибкого провода (например, ЛЭШО-10Х0,07) и закрепляют нитками. Готовую обмотку для защиты от влаги заливают эпоксидной смолой холодного отверждения или пропитывают пропиточными изоляционными лаками.
На наконечник 7 ротора напрессовывают нагретую до 100 150° С гильзу 5; в нее вставляют магнит 4 и в горячую запрессовывают наконечник 2. Штангу 13 ввинчивают в отверстие в корпусе, стык пропаивают. В корпус закладывают; задний подшипник 17 из фторопласта, наконечник статора 3, обмотку 16 (выводы просовывают в штангу). При установке наконечника 6 надо добиться, чтобы оси зубцов наконечников 2 и 7 и 3 и 6 совпадали одновременно; после этого наконечник 6 закрепляют в корпусе чеканкой. Далее корпус закрывают крышкой 8 с подшипником и закрепляют крышку стопорным кольцом 12. Ротор должен свободно вращаться в статоре.
Установка лопастей на ступице выполняется под углом 15° к поверхности торца; для разметки используется шаблон из жести. По разметке на глубину 1 мм пропиливают пазы, в которые затем вставляют лопасти и пропаивают место их крепления. Посаженная на полуось 7 ступица не должна задевать за корпус; место упора стопорного винта 10 в полуось засверливают и винт зачеканивают.
К выводам припаивают гибкий провод 15 в хлорвиниловой изоляции, после чего место спая изолируют и опускают в штангу. Отверстие в штанге заливают битумом 14.
Детали лага показаны на рис. 2, а крепление датчика на судне на рис. 3. Перед выходом штангу надевают прорезью на закрепленную на форштевне оковку и крепят винтом М4. Под действием силы тяжести и динамического напора штанга с датчиком отходит в крайнее нижнее положение и фиксируется шипом на оковке. При монтаже оковки надо следить за тем, чтобы ось датчика была расположена строго в ДП яхты. При подходе к берегу штанга с лагом может быть поднята в верхнее положение при помощи тросика, проведенного в кокпит.
Электрическая схема измерителя скорости и дрейфа показана на рис. 4. Для наладки усилителя желательно иметь звуковой генератор и осциллограф. На вход подается сигнал частотой 40—100 гц; подбором сопротивлений R и R2 устанавливается режим, при котором усилитель пропускает без нелинейных искажений сигнал до 50—70 мв на входе. Далее изменением сопротивления Rз надо добиться полного отклонения прибора при UВХ = 15÷20 мв. Отношение диапазонов выбрано 3:10:30:100; пределы устанавливаются подбором R3.
Градуировку в единицах скорости можно провести на мерной миле, в гидродинамическом лотке, буксировкой яхты за судном, скорость которого известна, и другими способами. Прибор может работать при напряжении питания от 5 до 3,7 в; показания при этом практически не меняются. Потребляемый от источника питания ток примерно 2 ма. Монтируется усилитель на гетинак-совой плате в водонепроницаемом чехле.
С помощью лага можно изучать влияние различных факторов на скорость яхты (см. статью В. Ф. Болховитинова «Не сторонитесь техники» в сб. «На яхтах», «ФиС», 1959 г.).
Измеритель угла дрейфа
Для измерения угла дрейфа используется реостатный датчик (рис. 5). При повороте ползуна датчика изменяется сопротивление; соответствующее изменение напряжения фиксируется стрелочным прибором.
Основным элементом датчике является флажок 9 с противовесом, вращающийся на оси 8. На этой же оси закреплено кольцо 10 с ползуном 11, скользящим по реохорду 12. Падение напряжения между средним выводом реохорда и ползуном, пропорциональное углу между ДП и направлением движения яхты (положением флажка), подается на стрелочный прибор.
Для основы реохорда используется медный провод ПЭВ-2 диаметром 1,0 мм, на который плотно, виток к витку, наматывают манганиновый провод ПЭВММ-0,06 с отводом от середины. Длина намотки должна соответствовать удвоенному пределу измерений. Обмотку проклеивают клеем БФ-2 и после сушки закладывают с клеем в канавку основания 14 и запекают. Концы и вывод от середины (петля) припаивают к контактным штырям 13, изготовленным из медной луженой проволоки ∅ 1,0 мм и запрессованным в отверстия основания. Тонкой шкуркой изоляция с выступающей части обмотки реохорда снимается.
Несущие трубки 4 впаивают в кольца 3, держатель 7 и корпус 15 мягким припоем. Основание 14 сажают на клею в корпус 15 так, чтобы отверстия в трубке 4 и основании (∅ 3 мм) совпали. Кольца 3 закрепляют установочными винтами 18 на той же штанге I, что и датчик скорости. Несущие трубки должны лежать в ДП яхты по направлению к корме. Затем протаскивают и припаивают к штырям 13 выводные концы 17 из гибкого провода в поли-хлорвиниловой изоляции. Вывод от ползуна делают петлей из гибкого (ЛЭШО-0,07Х10) провода.
Ползун изготовляется из полоски бериллиевой бронзы шириной 3 мм и толщиной 0,2—0,3 мм. Один конец полоски припаивают к основанию установочного кольца 10; на другом конце кернером выдавливают выступ, который скользит по обмотке реохорда. Еще лучше вместо выступа приклепать серебряный контакт. К оси 8 припаивают флажок из листовой латуни толщиной 0,5 мм, покрытый с передней стороны слоем припоя толщиной 2—3 мм в качестве противовеса. Добавляя или удаляя припой, надо добиться тщательной балансировки, причем проверку балансировки следует производить в воде.
В целях упрощения для измерителя дрейфа используют часть схемы лага, причем переход на измерение угла дрейфа производится переключением тумблера П2 (см. рис 4).
Для наладки переключатель П2, устанавливают в положение «Дрейф»; флажок 9 ставят строго в ДП. Поворачивая кольцо 10 с ползуном, следует добиться установки стрелки прибора в нулевое положение, после чего надо закрепить кольцо установочным винтом на оси. При плавном повороте флажка стрелка должна отклоняться без скачков. Рывки стрелки свидетельствуют о плохом контакте ползуна с реохордом (плохо зачищен реохорд или слабо прижат ползун). После наладки корпус 15 закрывают крышкой 16 с ограничителями; винт 6 крепят контргайкой 5.
Возможна другая схема включения датчика (на схеме обозначена буквой α), при которой прибор реагирует на знак угла дрейфа (O° посредине шкалы). При использовании этой схемы реохорд наматывают проводом ПЭВМЛЛ-0,1 без отвод; от середины. Наладка не отличается от наладки первого варианта схемы.
Перед измерением угла дрейфа надо, переключив П2 в положение «Дрейф», а П1 в положение «Пров.», регулировкой сопротивления R1 добиться отклонения стрелки прибора на всю шкалу, так как по мере разрядки напряжение батареи падает. Если это не удается сделать при полностью выведенном сопротивлении R4, надо сменить батарею.
Установив сопротивлением R4 рабочий ток, можно переходить к измерению. Градуировку прибора легко произвести при помощи любого угломерного инструмента.
Эскизы деталей датчика измерителя угла дрейфа приведены на рис. 6, а общий вид датчика лага и измерителя угла дрейфа показан на рис. 7.