Расход электроэнергии в плавании обычно выше, чем может показаться на первый взгляд. "Пик" потребления приходится, естественно, на ночное время. Приблизительно 2 А (при 12 В) берет интегральный мачтовый огонь с галогеновой лампой, а при использовании обычной лампы накаливания, и тем более при отдельных бортовых и топовом огнях потребляемый ток будет заметно больше. Это — по минимуму. Ведь электропитание необходимо еще и для освещения кают, а также для всевозможных электронных устройств — радиостанции, лага, эхолота, радара, карт-плоттера, навигационной системы, автопилота и, наконец, того же 12-вольто-вого холодильника, телевизора или магнитолы, если эти достижения цивилизации имеются в наличии. В среднем стоит ориентироваться на потребляемый ток в районе 3-5 А (суточный расход около 50 А/ч), хотя при интенсивном использовании всехперечисленных устройств эта величина может достигать и 10-12 А.
Но, как бы там ни было, даже при самом экономном использовании электроэнергии яхтенный аккумулятор обязательно нуждается в регулярной подзарядке. На большинстве яхт для этого приходится запускать двигатель или мотогенератор. Возместить 30-50 А/ч — долгое, шумное и недешевое дело, и "топливному" способу подзарядки хочется найти какую-то альтернативу. Одной из них может быть применение водяных турбин, приводимых в действие набегающим потоком при движении под парусами — своеобразных мини-гидростанций. В длительном плавании они позволяют практически не пользоваться двигателем для выработки электроэнергии.
За рубежом такие несложные устройства выпускаются в достаточных количествах и пользуются устойчивым спросом. Условно их можно разделить на четыре типа.
Генераторы с тросовым приводом
Это наиболее распространенный тип яхтенных "гидростанций" по той причине, что один и тот же генератор можно использовать как на ходу — с приводом от погруженной в воду крыльчатки, так и на стоянке, заменив привод на воздушный винт.
В "водном" варианте к достаточно длинному стальному валу с крыльчаткой привязывается 20-30-метровый трос (обычно толщиной 12 мм с оплеткой). Вращая трос, крыльчатка приводит в действие генератор, который, как правило, шарнирно устанавливается в районе транца на специальном поворотном кронштейне — в общем, используется тот же принцип, что и у автомобильного спидометра с приводом от вращающегося гибкого троса. Некоторые фирмы-производители (например, "Ampire", "Ferris", "Fourwi" и "Wind Baron") выпускают отдельные наборы, позволяющие превратить уже имеющийся ветрогенератор в "гидрогенератор".
Достаточно тяжелый вал удерживает крыльчатку в погруженном положении параллельно набегающему потоку воды, хотя на высоких скоростях нередко требуется дополнительный груз, препятствующий выходу вала на поверхность. Некоторые фирмы специально для скоростных яхт выпускают крыльчатки с увеличенным шагом. На невысоких скоростях, правда, они вращаются медленнее стандартных, и эффективность их менее высока.
Другое приспособление, препятствующее выходу крыльчатки на поверхность — массивный гидроплан, "топящий" ее не только за счет своего веса, но и под воздействием гидродинамических сил.
Благодаря относительной простоте конструкции немало подобных турбин изготавливается и самостоятельно. Самое сложное, пожалуй — это подобрать подходящую крыльчатку. Английский журнал Yachting World сообщает, что для этой цели часто используют гребные винты (например, от подвесных моторов), устанавливая их "задом наперед" — так, чтобы набегающий поток встречали те их поверхности, на которых у гребного винта создается упор. При этом, однако, отмечается, что проектировщики гребных винтов обычно не рассчитывают на их применение в качестве турбин. Очень многое зависит от формы лопастей, так что насколько эффективна такая "обратная установка", судить трудно.
При монтаже транцевого кронштейна на резиновые опоры или подвеске генератора на шнурах подобное устройство работает практически бесшумно, особенно по сравнению с ветрогенератором.
Основные минусы тросового привода — это вероятность его запутывания с прочими снастями (например, с вертушкой лага, рыболовной леской или просто свалившимся за борт шкотом), а также сложность выбирания вращающегося троса на ходу. Во-первых, это просто физически тяжело, особенно на высоких скоростях, а во-вторых, опасно. Чтобы остановить вращение крыльчатки, на трос заранее надевают коническую воронку. Перед тем, как выбирать трос, ее освобождают, и под воздействием набегающего потока она спускается по тросу к турбине и перекрывает лопасти.
Для предотвращения образования калышек (множественных петель) выбранный трос перед укладкой в бухту необходимо раскрутить в обратном направлении — занятие тоже достаточно муторное. На ходу турбина может зацепиться за какое-нибудь подводное препятствие или запутаться в водорослях... Кстати, чтобы генератор не сорвало с яхты в случае зацепа или попадания троса во вращающуюся крыльчатку, в общей цепи привода обычно предусматривают нечто вроде предохранителя — заранее рассчитанное "слабое место", в котором и происходит обрыв.
Буксируемые генераторы
Большинства этих проблем попросту не возникнет, если объединить турбину с генератором в одно целое и буксировать получившуюся конструкцию на жестком невращающемся шланге, внутри которого пропущены электрические провода. Подобные устройства совершенно бесшумны и значительно более удобны и надежны, чем приводимые гибким тросом.
Основной минус такой системы в том, что ее нельзя использовать в качестве ветрогенератора. Кроме того, генератор должен быть абсолютно водонепроницаемым и "держать" определенную глубину — а это заметно влияет на сложность его изготовления и цену.
Подвесные генераторы
Подвесные генераторы Следующим логичным шагом было бы вообще отказаться от гибкой "пуповины", связывающей генератор с яхтой. В результате получится нечто вроде подвесного электромотора (только развернутого винтом вперед), установленного на транце килевой яхты или между корпусами катамарана. Если его укрепить на раме-пантографе, как это сделано на английском Aquar UW, то перевод из походного положения в рабочее и обратно можно осуществлять за считанные секунды.
Однако с шумностью тут дела обстоят похуже, поскольку вибрация передается на борт напрямую. Кроме того, линии тока воды вблизи движущегося корпуса далеко не прямолинейны, и не факт, что место, в котором турбина будет работать с наибольшей эффективностью, удастся подобрать сразу. Нелегко также соблюсти и требования эстетики.
Генератор в этом случае тоже должен быть водонепроницаемым, хотя возможен и вариант, при котором он располагается над водой и приводится посредством редуктора и длинного вала. Можно, например, использовать для этого "ногу" от маломощного подвесника, переделанную под винт большего диаметра с большей площадью лопастей. Конечно, в этом случае неизбежны дополнительные потери на трение, зато не придется волноваться, что в самый ответственный момент из-за люфта подшипников в генератор попадет вода и он выйдет из строя. Да и обслуживать генератор (например, менять щетки) будет гораздо проще.
Стационарные генераторы
А что если вообще отказаться от всяких "навесных" приспособлений и использовать в качестве турбины гребной винт?
Большинство яхтсменов при ходе под парусами не дают винту вращаться. При наличии реверс-редуктора для этого достаточно включить передний или задний ход. Вращающийся на "нейтралке" винт, во-первых, шумит, во-вторых, способствует ненужному износу подшипников и сальников, а в третьих, как это ни странно, увеличивает сопротивление движению. Однако просто грех не использовать энергию, которая буквально лежит под ногами.
Единственная серьезная проблема — это добиться хорошей отдачи генератора при малых частотах вращения винта. В зависимости от скорости хода и шага винта, она обычно колеблется в пределах от 100 до 400 об/мин, в то время как большинство автомобильных и судовых генераторов начинают подзаряжать аккумулятор с 1200 об/мин. Таким образом, приходится использовать передачу (обычно ременную) с отношением 1:6 или даже 1:7. Шкив на гребном валу при этом вряд ли будет меньше полуметра в диаметре. Если для него попросту не найдется места, придется ставить двухступенчатую передачу. Небольшой совет опытных людей — при сборке подобной конструкции заранее наденьте на гребной вал и запасной ремень (закрепив его так, чтобы он не касался движущихся частей), иначе при необходимости замены основного вам придется снимать реверс-редуктор.
Современные генераторы обычно снабжены встроенным регулятором напряжения, выполняющим и функцию реле обратного тока, не позволяющего аккумулятору разряжаться через генератор при малых частотах вращения. В простейшем варианте его роль может выполнять обыкновенный выключатель, но в этом случае главное — не прохлопать момент, когда генератор вместо источника энергии начинает играть роль ее потребителя. Чтобы этого не случилось, стоит поставить на видном месте автомобильный амперметр, включенный в цепь зарядки последовательно, или, в случае с генератором переменного тока, сигнальную лампу или звуковой сигнализатор. Подсоединяются они между основным плюсовым выходом генератора и плюсовым же проводом питания обмотки возбуждения. Как только "плюс" на выходе генератора пропадает, сигнализация срабатывает.
И еще несколько слов о стационарных генераторах. Как уже упоминалось, гребные винты не рассчитаны на использование в качестве турбин, и получаемая от них энергия, что называется, лишь побочный продукт. Вот если бы установить привод генератора отдельно, со специально подобранной турбиной... Слишком сложно, скажете вы? Пожалуй, но подробные прецеденты все же имеются, если судить по публикации в том же Yachting World, где описывается подобная конструкция с отдельным дейдвудом, примененная на яхтах "Интермеццо" и "Интерлюдия". На "Интермеццо" дополнительный дейдвуд расположен параллельно основному, а на "Интерлюдии" — навстречу набегающему потоку. Для остановки турбины генераторы обеих яхт снабжены тормозными устройствами.
Что на выходе?
Чисто теоретически с ростом скорости яхты вырабатываемая генератором мощность должна расти в кубе. Однако в жизни все далеко не так стройно.
Всегда существует определенный минимум скорости (обычно около трех узлов), во многом зависящий от шага винта или крыльчатки, ниже которого генератор нельзя использовать для подзарядки (у винтов с малым шагом или мультипитчей здесь явное преимущество). Максимум отдачи также ограничен характеристиками винта и самого генератора с регулятором напряжения. Так что практически вырабатываемая мощность в определенных пределах растет более-менее пропорционально росту скорости.
Серьезные системы вроде Ferris или стационарного генератора, установленного на "Интермеццо", дают около 20 А на восьми узлах, 15 А на семи и способны обеспечивать необходимый "ночной" минимум в 4 А даже на скоростях ниже четырех узлов.
Более скромные аппараты, например, тот же подвесной "Aquar UW" или тросовый "Aquar 100", вырабатывают вдвое меньше, и для поддержания четырехамперного минимума требуют движения со скоростью около пяти узлов.