Любопытно отметить, что Рис имел полную возможность применить на своем «винтовом пропеллере» электромотор. Дело в том, что электромоторы для движения малых судов были применены, как это ни парадоксально звучит, гораздо раньше, чем двигатели внутреннего сгорания. Напомним, что еще в сентябре 1838 г. выдающийся физик и электротехник, член Петербургской Академии наук Б. С. Якоби демонстрировал на Неве 8,5-метровую электромоторную лодку. Двигалась она со скоростью порядка 5 км/час. Большую часть лодки занимала огромная батарея из соединенных последовательно и параллельно мокрых элементов Даниеля — Грове. Питаемый этой батареей электродвигатель приводил во вращение гребные колеса.
Первый же подвесной электромотор был сконструирован гораздо позднее — французом Густавом Труве, который демонстрировал его на Всемирной выставке в Париже в 1881 г. Электродвигатель постоянного тока, питаемый от батареи поташных элементов, размещался на баллере руля лодки и приводил во вращение трехлопастной гребной винт посредством простейшей цепной передачи.
В патенте В. Грискома (США, 1882 г.) управление лодкой предусматривается уже без помощи руля — только вращением вертикальной колонки гребного винта, однако сведений о реализации этого изобретения «в металле» мы не нашли. А вот моторы Труве, усовершенствованные американцем Ла Рошем, в течение нескольких лет выпускались и в США, и в Европе и успешно использовались на пятиметровых лодках. Правда, установка получилась очень громоздкой: весила около 80 кг и занимала площадь примерно 0,3 м2.
В 1885 г. другой американец С. Джонс разместил электромотор в герметической подводной части, причем закрепил гребной винт прямо на удлиненной оси ротора. Так появился прототип еще одной схемы подвесных лодочных электромоторов — с нижним расположением двигателя.
Из многочисленных последующих конструкций, далеко не все из которых получили реальное воплощение, отметим «портативный электрический винт», выпущенный в 1895 г. специальной «Американской Электрической Лодочной компанией» Ф. Аллена. Этот мотор также имел прямую передачу мощности на гребной винт от двигателя, размещенного на транце, очевидно, через вал с двумя шарниралли. Мотор весил уже всего 16 кг, вес питающих его электробатарей колебался от 45 до 150 кг. Лодка длиной 3—5,5 м шла под ним со скоростью 5—8 км/час.
Мотор Е. Дюбулея (Англия) отличался от патента Труве применением плоскоременной передачей на винт, заключенной в водонепроницаемый кожух, и отсутствием развитого пера руля.
В дальнейшем развитие подвесных лодочных электромоторов на долгие годы приостановилось, так как пс.явились гораздо более легкие и мощные бензиновые двигатели.
С другой стороны, препятствием для совершенствования электромоторных установок надолго стала проблема (увы — актуальная и в настоящее время) — отсутствие достаточно легких и малогабаритных источников тока. Недаром же кислотные свинцовые аккумуляторы Планте по сути дела дожили до наших дней! Тем не менее, самый принцип электродвижения небольшой прогулочной лодки время от времени привлекал внимание даже тех фирм, которые выпускали бензиновые подвесные моторы.
Так, в 1932 г. фирма «Эвинруд-Эльто» выпустила в продажу подвесной электрический мотор, который и сейчас выглядит вполне современным. Он предназначался для работы от автомобильной аккумуляторной батареи емкостью 80—100 а-час; этого хватало на беспрерывную 8-часовую поездку. Мощность мотора не указывалась, но следует полагать, что она была не более 0,2—0,4 л. с.
Прежде чем перейти к описанию моделей 60-х годов, попробуем оценить достоинства и недостатки подвесных лодочных электромоторов, сравнивая их с обычными — бензиновыми.
Большим преимуществом электромоторов является практически полная бесшумность их работы, что особенно ценно для рыбаков и охотников. Не менее важна и «безвредность» — отсутствие загрязнения воды продуктами сгорания, маслом и просто проливающимся бензином, наносящими огромный вред богатым рыбой водоемам. К бесспорным достоинствам подвесных электромоторов относится их полная пожарная безопасность: гореть практически нечему, не нужно хранить огнеопасные канистры с бензином. Исчезает и самый запах бензина! Добавим, что на лодке можно соблюдать идеальную чистоту, управлять судном буквально в белых перчатках.
Безусловные плюсы в пользу электромоторов — их надежность, безотказность в работе, простота устройства. Состоят они из небольшого числа узлов, не нужно заботиться об охлаждении двигателя, замене постоянно загрязняющихся свечей и других, часто довольно капризных и дефицитных деталей.
Моторесурс электромотора в десятки раз превышает узаконенные стандартами мизерные нормы для современных бензиновых подвесных моторов.
И наконец, пожалуй, основное: обслуживание электрических моторов и их эксплуатация настолько просты и безопасны, что их можно доверить любому подростку. Электромоторы просто созданы для того, чтобы выдавать их вместе с лодкой напрокат в наших зонах отдыха!
Это всё преимущества. Разговор о недостатках начнем со ссылки на курс общей физики. Одна лошадиная сила эквивалентна 736 вт электрической энергии. Диктуемое требованиями техники безопасности и возможностями компоновки источников постоянного тока — аккумуляторов напряжение равно 24 в. Ток, который должен потреблять мотор, чтобы развить при этом напряжении мощность в 1 л. с., можно определить, если 736 разделить на напряжение. Получаем 30 а; однако 12-вольтовой батарее для того, чтобы развить ту же мощность, понадобится уже ток в 60 а. Практически — это предельный разрядный ток длительного пользования для автомобильной аккумуляторной батареи стандартной емкости 60 или даже 100 а-час. Если заряда одного аккумулятора хватает примерно на 2 часа работы мотора мощностью 1 л. с., то при двух соединенных параллельно аккумуляторах емкость, а следовательно, и рабочее время увеличится вдвое. Но ведь и 4 часов работы мотора явно недостаточно; при мало-мальски продолжительных загородных поездках надо рассчитывать на необходимость работы в течение не менее 8—10 час. Приходится увеличивать количество батарей, что, помимо увеличения веса, сопряжено еще и с потерей полезного объема в небольшой лодке.
Следует заметить, что разрядный ток при запуске автомобильного двигателя (когда включается стартер) достигает сотен ампер, но работа его продолжается всего несколько секунд. При работе же лодочного мотора батарея разряжается хотя и меньшим, но все же достаточно большим током и притом постоянно, что приводит к ее преждевременному разрушению и необходимости замены. Стоимость батарей, какого бы типа они не были, сравнительно высока. Следует учитывать еще и стоимость расходуемой на зарядку электроэнергии (уместно заметить, что к. п. д. — отдача аккумулятора не превышает 50%). Вот почему в конечном счете стоимость пройденного по воде километра не так уж низка! Велик и вес аккумуляторов1.
При мощности 1 л. с. трудно ожидать скорости большей, чем 5—6 км/час даже на самой легкой небольшой лодочке! Практически же мощность серийных подвесных электромоторов, как мы увидим далее, только в редких случаях равна 1 л. с.; наиболее распространены моторы еще меньшей мощности, с которыми далеко не уедешь! Отсюда и основной недостаток электромоторов — возможность применения лишь для кратковременных выходов. Вот почему, нередко, отправляясь на охоту или рыбалку, электромотор захватывают в придачу к мощному бензиновому мотору, который используется для быстрой доставки к месту, богатому рыбой и дичью.
Познакомимся теперь с наиболее распространенными подвесными электромоторами, выпускаемыми в наши дни. Их можно разделить на две группы в зависимости от основной схемы. В первой — электродвигатель располагается наверху, как и в бензиновых подвесных моторах. Это позволяет создать обтекаемую подводную часть, в которой обычно располагается пара конических шестерен. В некоторых моделях отсутствуют и шестерни, поскольку вращение на винт передается при помощи гибкого валика. К размещенному в верхней части мотора электродвигателю можно, вероятно, предъявить менее жесткие требования (главным образом, с точки зрения изоляции и условий охлаждения).
Примером применения рассмотренной первой схемы может служить американский мотор «Дайнэмик», выпускаемый корпорацией «Ластер». В верхней части мотора расположен переключатель, позволяющий в зависимости от требуемой скорости работать от напряжения 6, 12, 18 и 24 в. При максимальном напряжении двигатель развивает мощность в 1 л. с., потребляя ток около 35 а. При напряжении 6 в мощность составляет всего 0,25 л. с., чего, впрочем, достаточно, чтобы идти на легкой пластмассовой или надувной лодке (с одним водителем) со скоростью до 4 км/час. Применены аккумуляторные батареи напряжением 24 в и емкостью 100—120 а-час. Реверс осуществляется поворотом мотора на 180°, при чем предусмотрено устройство, препятствующее откидыванию мотора на заднем ходу. Специальный гребной винт и предохранительный плавник, служащий одновременно как бы пером руля, позволяют свободно проходить по водорослям.
При другой схеме компоновки электродвигатель в герметическом (водозащищенном) исполнении помещается под водой и его вал служит одновременно гребным валом. Трудно сказать, какой конструкции следует отдать предпочтение, но мотор с подводным расположением двигателя получается конструктивно проще и весит несколько меньше. Увеличение сопротивления его подводной части при столь малых скоростях, конечно, значения не имеет. (Кстати, отметим, что осваиваемый в настоящее время первый отечественный подвесной электромотор Львовского завода сконструирован именно по этой второй схеме).
Остановимся несколько подробнее на двух наиболее совершенных современных моторах.
Американский мотор «Силвертрол» с подводным электродвигателем выпускается в двух вариантах, совершенно идентичных по техническим показателям. Модель «1-АВ» — это бортовой мотор (мотор-весло) для таких лодок, как байдарки; мотор типа «1-AS» крепится, как обычно, струбциной на транце, Мотор работает от автомобильной аккумуляторной батареи напряжением 12 в; возможно переключение на работу от половины элементов, т. е. на напряжение 6 в. С помощью трехпозиционного переключателя можно регулировать скорость (табл. 1) в довольно широком диапазоне. Несложно подсчитать мощность для каждого положения переключателя, но совершенно очевидно, что «Силвертрол» принадлежит к сравнительно маломощным моторам.
Вертикальная труба и гребной вал выполнены из нержавеющей стали, гребной винт — из стеклопластика; применены не требующие смазки нейлоновые подшипники. Выбор материалов и качества покрытий рассчитаны на эксплуатацию как в пресной, так и в морской воде. Для получения заднего хода мотор поворачивается на 180°. Предусмотрена возможность регулировки положения мотора по высоте и его угла наклона. «Силвертрол» выпускается как со стандартным (длина 610 мм), так и с удлиненным румпелем (762 мм), особенно удобным для надувной лодки. Габариты стандартной модели 331X951X140 мм.
Таблица 1
В настоящее время начат выпуск упрощенного мотора «Силвертрол-Юниор» (тип «S62»), переключатель которого может иметь только два положения. Несколько снижено число оборотов винта.
Моторы «Силвертрол», несмотря на простоту конструкции, довольно дороги. Стоимость стандартной модели (без источников питания) 130 долл., «Юниора» — 100 долл. Фирма выпускает электромоторы уже более 10 лет, причем за это время ежегодное их производство возросло почти в 2,5 раза. На все моторы дается двухгодичная гарантия.
Таблица 2
В Европе наиболее распространен разработанный Петером Фишером (ФРГ) мотор с верхним расположением электродвигателя. Первая модель (табл. 2) — «Фишер-Электрик Май-Ти-300» (12 в; 300 вт), имеет переключатель на две скорости с потреблением соответственно 17 и 25 а. Рекомендуемая фирмой емкость аккумуляторной батареи не меньше 50 a-час. Габариты мотора 980X180X500 мм; продажная цена — 690 марок ФРГ.
Вторая модель — «Фишер-Электрик 736А» развивает значительно большую мощность — до 1 л. с. при напряжении 24 в. При 12-вольтовой батарее его мощность снижается до 0,4 л. с. Для беспрерывной 4-часовой работы мотора на полной мощности фирма рекомендует батареи емкостью не менее 180 а-час. Интересно, что при ходе на пониженной мощности этого хватает уже на 14 час. работы. Редукция к винту 13 ; 25. Число оборотов электродвигателя в минуту при полной мощности 2500—2800, при пониженной 1600—1700. Диаметр винта 210 мм; шаг — 130 мм.
По внешнему виду моторы Фишера весьма напоминают стандартный бензиновый мотор мощностью в несколько л. с. Цена мотора «736А» 1200 марок ФРГ. Так же, как и «Силвертрол», моторы Фишера можно фиксировать в различных положениях относительно транца и поворачивать на 180°. В прошлом году подвесными лодочными электромоторами начали заниматься и наши предприятия. Созданный во Львове опытный образец, работающий от стандартной автомобильной аккумуляторной батареи напряжением 12 в, имеет мощность порядка 400 вт и весит около 10 кг. По конструкции он близок к «Силвертролу». Полное описание нового мотора будет приведено в одном из ближайших выпусков сборника.
В журнале «Турист» №7 (1969 г.) было напечатано сообщение о том, что готовится выпуск электрических подводных моторов на Псковском электротехническом заводе, однако их технические данные пока не публиковались. Известен и целый ряд самодельных конструкций (в этом номере сборника о своем моторе рассказывает ленинградец И. И. Кондрусик).
Следует, однако, заметить, что выпустить в торговую сеть бесспорно необходимый (в первую очередь рыбакам и охотникам) бесшумный мотор малой мощности — только одна сторона проблемы. Нужно подумать и о зарядке батарей. За рубежом на каждой из многочисленных станций обслуживания водномоторников имеется возможность произвести зарядку аккумуляторов, разумеется, не вынимая их из лодки. Поскольку часто электрические моторы эксплуатируются на лодках с бензиновыми моторами, оборудованными электростартерами и генераторами (с выпрямителями) для подзарядки стартерных аккумуляторов, практикуется и применение этих генераторов для зарядки аккумуляторов электромотора. Иногда прямо для питания таких моторов применяют имеющиеся стартерные аккумуляторы, что еще более упрощает задачу.
У нас пока дело обстоит значительно сложнее. Станций обслуживания (на воде), где можно было бы только заправиться бензином, и то очень мало, а о зарядке аккумуляторов до сих пор вообще не могло быть и речи. Мощных подвесных моторов с соответствующими зарядными генераторами тоже пока нет. Таким образом, придется таскать на берег тяжеловесные батареи! Следует добавить еще необходимость решения вопросов хранения аккумуляторов и ухода за ними. Ведь даже в течение долгих зимних месяцев, когда они не используются, все равно необходимы и постоянный уход и периодическая подзарядка.
Тем не менее, нам представляется, что электрический подвесной мотор, пусть даже и очень небольшой мощности, может найти в нашей стране массовое применение уже сейчас.
Вспомним хотя бы о бесчисленных наших городских парках и садах, многие из которых расположены по берегам рек, озер, водохранилищ. Имеющиеся на них лодочные станции неизменно пользуются большим успехом. А почему бы не организовать здесь прокат небольших двух-трехместных лодок, оснащенных электрическими подвесными моторами? Лодку с таким мотором в 0,25 или 0,5 л. с. можно спокойно доверить даже совершенно далекому от техники человеку. Обслуживание таких «электропрокатных» лодочных станций, в основном заключающееся в зарядке (конечно, у причала) аккумуляторов, мог бы производить буквально один электрик. А разве нельзя наладить прокат челнов и лодок с бесшумными моторами прямо на охотничьих базах, как правило расположенных непосредственно вблизи мест охоты или рыбалки?
Следует также иметь в виду, что уже сейчас наши конструкторы работают над проектами подвесных бензиновых моторов мощностью 50—70 л. с., оборудованных электрозапуском и зарядным устройством постоянного тока. Это значит, что появится и возможность подзарядки прямо на борту мотолодки или катера.
Примечания
1. Удельный вес наиболее распространенных у нас аккумуляторных батарей составляет: кислотных 0,8—0,9 кг/а-час, щелочных 1.5—1.9 кг/а-час. Следует заметить, что и вес самих моторов постоянного тока рассматриваемой мощности (1—2 л. с.) достаточно велик — до 20 кг/л. с.