Что же известно водномоторнику об этом показателе?
В заводской инструкции к подвесному мотору приведена величина часового расхода топлива при максимальной мощности, т. е. при полностью открытой дроссельной заслонке (полная нагрузка мотора) и предельно допустимой частоте вращения коленчатого вала. В публикациях по подвесным моторам имеется дополнительная информация — о часовом расходе при разных частотах вращения, но тоже с полностью открытой заслонкой, иначе говоря, на полном ходу мотолодки.
Однако для выбора маршрута намного важнее другой показатель — путевой расход топлива, например, на километр пройденного пути (или обратный ему показатель — путь, пройденный на литре или полном баке топлива; в последнем случае этот путь иногда называют запасом хода).
Заметим, что расход топлива на 100 км — важнейший паспортный параметр, характеризующий топливную экономичность мотоцикла или автомобиля. Зависимость этого показателя от скорости движения называют экономической характеристикой. Аналогичную зависимость для моторного судна мы тоже назовем экономической характеристикой.
На основании сведений о часовом расходе при полной нагрузке двигателя можно говорить, увы, лишь об экономической характеристике судна, идущего полным ходом. Увы — потому, что при полностью открытой дроссельной заслонке оптимальная топливная экономичность может не обеспечиваться. Но чтобы знать это, нужны скоростные характеристики двигателя при частичных нагрузках, которые для подвесных моторов нигде не опубликованы и неизвестно, имеются ли они вообще у заводов-изготовителей.
Заметим, что скорость полного хода и, следовательно — путевой расход горючего при полностью открытой дроссельной заслонке зависят от конкретных условий плавания: загрузки судна, его дифферента, наличия течения, ветра и т. п. Поэтому зависимость путевого расхода топлива от скорости судна, идущего полным ходом, назовем внешней экономической характеристикой.
Для того, чтобы по графику часового расхода топлива построить внешнюю экономическую характеристику, нужно знать взаимосвязь скорости хода с частотой вращения двигателя на полном газу. Разделив величину часового расхода на соответствующую ему скорость, можно получить искомую экономическую характеристику.
Вращение вала двигателя преобразуется в поступательное перемещение судна с помощью его «ходовой части» — движительного комплекса, например, гребного винта с трансмиссией. И взаимосвязь частоты вращения со скоростью хода — характеристика этого хомплехеа, зависящая как от параметров самого гребного винта, так и от факторов, определяющих его взаимодействие с корпусом судна — величины коэффициентов попутного потока и засасывания.
У легких глиссирующих мотолодок попутный поток и сила засасывания невелики, на эффективности гребного винта сказываются в основном заглубление осн винта и угол откидки мотора от транца. Для оценки экономичности влиянием корпуса на скорость такой мотолодки можно пренебречь, т. е. считать, что, независимо от обводов корпуса глиссирующей лодки, оснащенной конкретным подвесным мотором с определенным гребным винтом, на полном газу каждой частоте вращения коленчатого вала соответствует определенная скорость лодки. А это значит, что путевой расход топлива мотолодки однозначно определяется числом оборотов ее мотора. Можно даже проградуировать тахометр в единицах путевого расхода (например, в километрах запаса хода). А внешнюю скоростную характеристику подвесного мотора можно дополнить внешней экономической характеристикой, универсальной для любого типа лодки.
Конкретный вид графика внешней экономической характеристики зависит как от параметров двигателя, так и от гидродинамических характеристик гребного винта и передаточного отношения редуктора. Если часовой расход топлива зависит только от конструкции двигателя, то при замене штатного гребного винта изменяется и график путевого расхода, тогда как часовой расход при этом остается прежним.
Для построения внешней экономической характеристики подвесного мотора можно воспользоваться приведенными на страницах «Катеров и яхт» экспериментальными данными по гидродинамике конкретных подвесных моторов: «Вихрь-М» (статья М. Б. Масеева в «КиЯ» №46); «Нептун-23» (статья М. Б. Масеева и Э. Л. Чумахова в «КиЯ» №53); «Привет-22» (статья М. Б. Масеева, Ю. В. Пищулина и Э. Л. Чумахова в «КиЯ» №68). Среди этих данных есть и графики интересующих нас зависимостей для разных гребных винтов.
Информация об изображении
Рис. 1. Внешние экономические характеристики мотолодок со скоростными винтами
Зависимость часового расхода топлива от частоты вращения для мотора «Вихрь-М» можно найти в статье, опубликованной в «КиЯ» №46. Для моторов «Нептун-23» и «Привет-22» эти сведения есть в статьях в «КиЯ» №53 и №68, а также в «Справочнике по малотоннажному судостроению» (Судостроение, 1987).
Рис. 1. Внешние экономические характеристики мотолодок со скоростными винтами
Каждый из указанных моторов испытывался с несколькими гребными винтами. Приведенные на рис. 1 внешние экономические характеристики соответствуют тем винтам, которые дают наилучшую топливную экономичность. Таковыми оказались «скоростные» винты, рассчитанные на сравнительно высокие скорости хода легких мотолодок. У мотора «Вихрь-М» — это обычный штатный окрашенный винт (диаметр 0,24 м; шаг 0,3 м); у мотора «Нептун-23» — полированный винт с такими же параметрами; у мотора «Привет-22» — штатный окрашенный винт (диаметр 0,235 м, шаг 0,285 м).
На этом же рисунке приведена внешняя экономическая характеристика мотора «Вихрь-30» со штатным окрашенным винтом (рассчитана автором по данным статей в «КиЯ» №46 и №53, а также книги Е. Н. Семенова и Р. В. Страшкевича «Моторы «Вихрь» на лодке». Судостроение, 1978). Все моторы испытывались при глубине погружения винтов, соответствующей высоте транца мотолодки 400 мм.
В технических описаниях моторов часовой расход топлива приводят в единицах массы (кг). Чтобы перейти к единицам объема (литрам), нужно знать плотность бензина. Она существенно зависит, во-первых, от марки бензина (плотность бензина А-76 на 6,6% выше плотности бензина А-72) и от температуры (плотность понижается примерно на 1% с возрастанием температуры на каждые 10°С). Расчеты путевых расходов топлива произведены для бензина А-72; при температуре 20 С его плотность равна 0,738 г/см3, т. е. кг/л (Л. С. Васильева. Автомобильные эксплуатационные материалы, Транспорт, 1986).
На рис. 2 приведены графики зависимости пути, пройденного на одном литре (или килограмме) топлива, от скорости хода. Эти же графики характеризуют запас хода — расстояние, которое можно пройти на полном баке топлива. Объем топливного бака принят равным 22 л (стандартный бах моторов «Вихрь» и «Привет-22»). В таком баке при температуре 20°С содержится 16,2 кг бензина А-72.
С помощью графиков рис. 2 нетрудно оценить длительность работы мотора до выработки полного бака топлива. Например, при скорости порядка 30—35 хм/ч мотолодка с мотором «Вихрь-М» на полном баке топлива идет примерно 2 часа 10 минут. Мотор «Вихрь-30» намного прожорливее — ему бака хватает примерно на полтора часа. Наиболее «рачителен» мотор «Неп-туи-23» — это же количество топлива он растягивает на два с половиной часа.
Приведенные выше графики позволяют сделать вывод, что среди моторов со штатными скоростными винтами при одной и той же скорости хода наиболее экономичен «Нептун-23», наименее — «Вихри». Подчеркнем, что одна и та же скорость хода не означает одинаковую загрузку мотолодок с этими моторами. Последняя определяется тяговыми характеристиками моторов. В частности, в указанном диапазоне скоростей хода наибольшее тяговое усилие развивает мотор «Вихрь-30» (примерно на 40% больше, чем «Вихрь-М»), за ним идет «Неп-туи-23». Мотор «Вихрь-М» — на последнем месте. Любопытно, что при одной и той же величине запаса хода моторы «Вихрь-М» и «Вихрь-30» развивают примерно одинаковое тяговое усилие.
В «КиЯ» №68 приведены результаты ходовых испытаний одного и того же мотора «Привет-22» с пятью разными корпусами серийных мотолодок и различной загрузкой (корпуса лодок «Нептуи-2», «Казанха-5», «Казаиха-2М», «Днепр», «Прогресс»; загрузка — два и четыре человека). Регистрировались величины скорости хода и частоты вращения коленчатого вала. Это позволяет проверить справедливость вывода о том, что, с гидродинамической точки зрения, подвесной мотор можно «отторгнуть» от корпуса мотолодки. На рис. 2 приведены величины путевого расхода, рассчитанные по данным ходовых испытаний со штатным скоростным винтом. Совпадение результатов, полученных в опытовом бассейне и при натурных испытаниях, убедительно подтверждает вывод о «гидродинамической независимости» подвесного мотора.
Графики на рис. 3 и 4 позволяют сопоставлять внешние экономические и скоростные характеристики различных моторов: и у тех, и у других на оси абсцисс отложены значения частот вращения коленчатого вала. Для каждого мотора даны два графика: со штатным скоростным винтом и с лучшим из испытанных «грузовых» винтов (кроме «Вихря-30»), более полно использующих мощность мотора на загруженной мотолодке. У мотора «Вихрь-М» это полированный винт с шагом 0,24 м при таком же диаметре, у мотора «Нептуи-23» — «белый» винт от мотора «Мосхва-25» с диаметром, уменьшенным до 0,226 м (шаг 0,25 м), у мотора «Привет-22» — экспериментальный полированный винт (диаметр и шаг по 0,25 м, дисковое отношение 0,53).
На рис. 3 сопоставлены результаты, полученные для мотора «Привет-22» в опытовом бассейне и на ходовых испытаниях с одним и тем же грузовым винтом. Соответствие этих данных несколько хуже, чем для скоростного винта: у мотолодки «Днепр» (самая килеватая из испытанных) путевой расход во время испытаний на 8 % превысил данные опытового бассейна. На рис. 4 приведены аналогичные результаты для другого грузового винта, шаг которого увеличен до 0,25 м. В этом случае топливная экономичность, достигнутая на ходовых испытаниях, не хуже показателей опытового бассейна.
Как видно из рис. 3, при одной и той же частоте вращения путевой расход топлива для грузовых винтов значительно больше, чем для скоростных. Это естественное следствие назначения грузовых винтов, «поглощающих» большую мощность двигателя мотора; соответствующим образом уменьшается и запас хода.
Графики рис. 4 можно рассматривать как градуировочные для тахометра мотолодки. С их помощью непосредственно по показаниям тахометра можно определять длину маршрута на имеющемся запасе топлива.
В заключение подчеркнем, что все приведенные выше графики путевого расхода топлива построены для конкретных экземпляров моторов, которые испытывались в опытовом бассейне. Из-за разброса параметров серийных моторов значения путевого расхода у конкретных мотолодок могут несколько отличаться от приведенных на графиках. Однако общий характер полученных зависимостей сохраняется. Наконец, экономичность подвесного мотора ухудшается по мере износа и нарушения регулировок. Поэтому приведенные выше данные по путевому расходу топлива можно использовать для оценки степени износа и качества регулировки данного мотора: чем ближе расход топлива к этим данным, тем качество мотора выше.