Исследование гидродинамики мотора «Вихрь»

В опытовом бассейне ЦАГИ была выполнена работа по экспериментальному определению упора штатных гребных винтов и буксировочного сопротивления подводной части одного из самых популярных у нас подвесных моторов — «Вихря».

Установка позволяла проводить испытания при различных скоростях движения мотора, величинах погружения и углах наклона оси винта. Текстолитовая плита 2, на которую навешивался мотор 1, жестко закреплена на металлической раме 3, соединенной с массивной металлической плитой 4. При помощи одностепенного шарнира 5 и регулирующего талрепа 6 к плите 4 прикреплен кронштейн с тензодатчиком 7 динамометра упора (сопротивления). Кронштейн связан с подвижной буксирующей платформой 8, которую можно перемещать вертикально для регулировки положения мотора по высоте. Регистрировались число оборотов коленчатого вала работающего мотора, скорость движения буксировочной тележки с мотором, возникающие деформации.

Исследуемый диапазон скоростей был ограничен 40 км/час, что, практически, максимально достижимо при номинальных оборотах коленчатого вала со штатным винтом.

Результаты испытаний 25-сильного подвесного мотора «Вихрь-М» с серийным окрашенным трехлопастным винтом (диаметр D=0,24 м; шаг Н=0,3 м; дисковое отношение A/A_d=0,527; средний диаметр ступицы d₀=0,063 м) показали, что для скорости 36 км/час этот винт тяжел и двигатель не добирает до номинального числа оборотов около 850 об/мин. Иначе говоря, с этим винтом не используется около 5 л. с., т. е. пятая часть мощности, которую может дать мотор.

Простая полировка поверхностей лопастей обеспечила некоторое увеличение числа оборотов с одновременным ростом эффективной тяги — упора винта. Однако и в этом случае максимальную мощность мотора использовать не удалось. Потребовалось изменение геометрических характеристик винта.


Существенный выигрыш получается после уменьшения диаметра серийного (но с полированными лопастями) винта с 0,24 до 0,22 м. На скорости 40 км/час указанные меры обеспечивают увеличение упора примерно на 25% (упор такой же, как у серийного винта при скорости 32 км/час).

Другими словами, для более полного использования мощности подвесного мотора «Вихрь-М» на скоростях около 40 км/час целесообразно уменьшить диаметр штатного гребного винта до 0,22 м и отполировать лопасти. Эти меры не будут вредны и при эксплуатации глиссирующих мотолодок на скоростях выше указанной (например, при установке двух моторов).

Заметное увеличение эффективного упора дает и уменьшение шага серийного винта до 0,24 м с одновременной полировкой. Учитывая, что, согласно внешней характеристике, двигатель развивает мощность 25 л. с. при 5100 об/мин, можно считать этот винт оптимальным для подвесного мотора «Вихрь-М», устанавливаемого на глиссирующих мотолодках, максимальная скорость которых с обычной нагрузкой не превышает 32 км/час. Это будут распространенные «дюральки» типов «Казанка», «Прогресс», «Обь», когда на борту находятся четыре-пять человек. Для лодок, эксплуатируемых на скоростях, близких к 40 км/час, можно рекомендовать уменьшение шага серийного винта до 0,27 м.

Расчеты и анализ экспериментальных материалов позволяют сделать вывод о целесообразности применения на тяжелых лодках с максимальной скоростью движения 20—25 км/час винтов с еще меньшим шагом, развивающих при таких скоростях больший эффективный упор. В частности, можно рекомендовать уменьшение шага до 0,21 м при сохранении D=0,24 м.


При испытании винтов на малых скоростях — в диапазоне от 0 до 15 км/час при h_в=160 мм (Н_транца=400 мм) из-за недостаточного погружения оси винта наблюдалось просасывание атмосферного воздуха к лопастям, приводящее к падению эффективного упора. Аэрация лопастей прекращается при повышении скорости или увеличении погружения винта до h_в=220 мм; как показали испытания, при еще больших погружениях — вплоть до h_в=300 мм величина эффективного упора не изменилась. Это очень важно для реальных условий эксплуатации, когда при движении с малыми скоростями лодки имеют значительную осадку транцем.

Условия проведенных испытаний в опытовом бассейне ближе всего соответствовали случаю работы подвесного мотора на транце глиссирующей моторной лодки с почти плоскими кормовыми обводами. На режиме глиссирования, когда поток отрывается от нижней кромки транца и направлен почти горизонтально, обтекание винта «подвесника» происходит почти так же, как винта в свободной воде (т. е. без влияния корпуса лодки), погруженного на ту же величину h_в.

Это положение подтверждается известным, установленным экспериментально фактом слабого взаимодействия винта и глиссирующего корпуса. Характеризующие это взаимодействие коэффициенты попутного потока (обычно равный 0,01÷0,03) и засасывания (0,01÷0,03) невелики по значению, поэтому, пользуясь приводимыми кривыми эффективного упора Р_е и кривой буксировочного сопротивления W глиссирующей мотолодки, можно легко найти значения скорости движения, при которых Р_е=W.

Для определения сопротивления погруженной части подвесного мотора в программу испытаний были включены буксировочные испытания подвесного мотора «Вихрь» (20 л. с.) с обтекателем, установленным вместо гребного винта и имитирующим его ступицу. Одновременно велись наблюдения за обтеканием и брызгообразованием подводной части дейдвуда при различных погружениях.


Для сравнения испытывались подводная часть «Вихря», в течение нескольких лет находившаяся в эксплуатации и имеющая шероховатую поверхность, и совершенно новая. Рассмотрим результаты этих испытаний для.двух погружений 160 и 180 мм, которым соответствуют высоты транца 400 мм и 380 мм, рекомендуемые заводской инструкцией по эксплуатации мотора.

Буксировочное сопротивление при h_в=160 мм и скорости 36 км/час составило 10 кг, т. е. равно около 15% эффективной тяги винта-мотора «Вихрь-М». С увеличением погружения винта на 20 мм сопротивление возрастает из-за увеличения площади погруженной части мотора и более сильного забрызгивания его надводной части.

Из-за сравнительно тупых обводов носовой части дейдвуда с повышением скорости возрастает подъем струй; попадая на выступающие снизу крепежные болты и края разъема, струи создают брызги, которые на скоростях выше 35 км/час захлестывают даже капот мотора. (Разброс точек на графике объясняется неустановившимся характером брызгового потока).

Для выяснения источника брызгообразования были проведены дополнительные испытания при увеличенном до h_в=220 мм погружении винта. Оказалось, что в этом случае подпор струй увеличивает буксировочное сопротивление настолько и создает такое мощное брызгообразование, что нельзя эксплуатировать подвесной мотор даже на скорости 22 км/час.

Чтобы уменьшить брызгообразование, к нижнему фланцу разъема дейдвудной трубы прикрепили козырек, изогнутый по профилю разъема. Этот козырек служил своего рода «ловушкой» для потока, поднимающегося вверх по дейдвудной трубе.

По результатам наблюдений можно было сделать вывод, что такая мера препятствует распространению брызг вперед и вверх и заметно снижает забрызгивание кожуха мотора. Еще более эффективным оказался козырек-брызгоотбойник с клиновидным носком.

Как показали испытания, при установке брызгоотражателей величина буксировочного сопротивления практически не уменьшается, однако для устранения или существенного уменьшения забрызгивания пассажиров, расположенных в кормовой части лодки, а также самого мотора эта мера полезна. Необходимо, чтобы части дейдвуда мотора, пересекающие водную поверхность и расположенные вблизи нее, имели симметричные заостренные профили, подобные профилям стоек подводных крыльев. Для находящихся в эксплуатации моторов «Вихрь» можно рекомендовать применение одного из испытанных козырьков.