Гидродинамические испытания подвесного мотора «Прибой»

Несколько лет назад в опытовом бассейне ЦАГИ на установке, описанной в сборнике №46, была проведена работа по определению гидродинамических характеристик подвесного мотора «Прибой».

Предварительно на испытательном стенде завода была снята внешняя характеристика мотора (рис. 1).

При испытаниях в бассейне измерялся эффективный упор гребного винта Р_е (за вычетом сопротивления подводной части мотора) при постоянных скоростях движения буксировочной тележки и полностью открытой дроссельной заслонке, т. е. при максимально допустимой частоте вращения коленчатого вала мотора, которую позволяет развить гребной винт при заданной скорости.

Основные испытания проводились при погружении Оси винта h_b=132 мм (h_b/D=0,66; D — диаметр винта), которому при установке мотора «Прибой» соответствует высота транца лодки 380 мм. При скоростях до 10 км/ч для исключения просасывания атмосферного воздуха к лопастям винта погружение было увеличено до 192 мм (h_b/D=0,86). Это, кстати, соответствует реальным условиям, так как при движении с небольшой скоростью лодки имеют большую осадку транца, чем при выходе на режим глиссирования.

Мотор испытывался с двумя двухлопастными гребными винтами — штатным окрашенным и полированным; у каждого из них диаметр D=0,2 м; шаг Н=0,184 м; дисковое отношение А/А_d=0,36. Лопасть имеет сильно изогнутую саблевидную форму и плосковыпуклые сегменты в сечениях; характерны большие размеры хорд лопастей. Вблизи ступицы лопасть подрезана так, что остальная ее часть как бы нависает над ступицей; из-за невысоких пропульсивных качеств такая форма лопасти применяется крайне редко (рис. 2). Зато обтекатель корпуса редуктора имел весьма умеренные размеры по отношению к диаметру винта, а также относительно небольшую толщину профиля сечений под антикавитационной плитой (это положительно влияет на снижение буксировочного сопротивления и условия работы гребного винта). Однако толщина сечений, расположенных ближе к обтекателю, несколько велика.

Тем не менее при испытаниях было отмечено хорошее обтекание, несильное брызгообразование, а также сравнительно незначительное буксировочное сопротивление дейдвуда «Прибоя», которое может быть оценено зависимостью W=0,086V² кгс, где V — скорость (м/с); для дейдвуда «Нептуна-23», например, буксировочное сопротивление существенно выше (W=0,175V²).

Результаты испытаний представлены на графиках рис. 3—5 (в размерных и безразмерных величинах) при работе мотора на полном газе и при дросселировании мотора с окрашенным винтом с постоянной частотой вращения 3000 об/мин.


Обращает на себя внимание низкое максимальное значение пропульсивного КПД «Прибоя» (η_{e max}=0,37) по сравнению с КПД (η_{e max}=0,48) «Нептуна-23» со штатным окрашенным винтом D=0,23 м и Н=0,28 м. Это обстоятельство не может быть объяснено худшим взаимодействием гребного винта с дейдвудом, так как отнесенные к диаметру винта толщины сечений частей дейдвуда, расположенных впереди винта, у «Прибоя» заметно меньше, чем у «Нептуна-23», а буксировочное сопротивление дейдвуда «Прибоя» на скорости 21 км/ч, соответствующей η_{e max} составляет около 12% эффективного упора. У мотора «Нептун-23» на преодоление сопротивления дейдвуда затрачивается соответственно 15,5% упора винта.

Отсюда следует, что низкие максимальные значения пропульсивного КПД штатного винта «Прибоя» связаны с невысоким максимальным КПД самого винта. Это является результатом неудачного выбора формы лопасти, у которой части, расположенные на радиусах более 50 мм и имеющие большие хорды сечений, работают неэффективно.

Таким образом, при использовании мотора «Прибой» на небольших резиновых лодках или, например, на «Романтике», на которых с одним человеком на борту можно достичь скоростей, близких к 20 км/ч, целесообразно устанавливать трехлопастной винт с обычной симметричной формой лопасти или с небольшой саблевидностью.

Такой скоростной винт имеет элементы: D=0,2 м; H=0,195 м; H/D=0,98; A/A_d=0,35; z=3.

Согласно расчету, с этим винтом на скорости 20 км/ч можно получить Р_е=37 кгс и η_e=0,55 вместо Р_е=28 кгс и η_e=0,4 при использовании Штатного полированного винта.

Попутно отметим полезность полировки скоростного винта, так как благодаря этому на скорости 20 км/ч и выше упор винта и пропульсивный КПД возрастают на заметную величину.


Для многих тихоходных лодок хозяйственного назначения, оснащаемых мотором «Прибой», основным режимом является движение на скоростях 8—10 км/ч. При этом со штатным винтом мотор развивает только 3600 об/мин и использует мощность 3,8 л. с., т. е. не добирает 900 об/мин и свыше 25% мощности. Значит, штатный винт для этого режима не подходит.

Согласно расчету, при существующей редукции оборотов и диаметре винта, при использовании полной мощности на допустимом числе оборотов 4500 об/мин и максимальной скорости лодки 8 км/ч будет оптимален трехлопастной винт (рис. 6) со следующими элементами: Н=0,155 м; H/D=0,77; А/А_d=0,35. Мотор с таким винтом будет располагать эффективным упором Р_е=50 кгс, т. е. на 11 кгс (или на 25%) большим, чем со штатным. Для лодки «Романтика», например, такая замена винта обеспечивает возможность увеличения полезной грузоподъемности на 60—80 кг.

Таким образом, испытания мотора «Прибой» отчетливо показали нерациональность применения гребных винтов с сильно изогнутой саблевидной формой лопастей. Этот вывод в равной мере относится к моторам «Салют», «Спутник» и подвесному электромотору «Снеток», лопасти винтов которых имеют сходную форму. Например, у «Снетка» неудачный подбор формы лопасти сокращает на 1 час непрерывную работу мотора от одной зарядки аккумуляторной батареи, которая составляет всего 3,5—4 часа.

Испытания позволили определить характер изменения пропульсивного КПД при числах оборотов, превышающих допустимые 4500 об/мин, для которых отсутствует внешняя характеристика мотора. С увеличением частоты вращения η_е быстро падает до нуля.

Для определения влияния наклона мотора относительно транцевой доски лодки (или углов наклона оси гребного винта к направлению движения) на величину эффективного упора были проведены испытания мотора при двух углах наклона оси винта φ=±10°. В нулевом положении ось винта располагалась по направлению движения мотора.

Результаты испытаний показали практически слабое влияние изменения угла наклона мотора в указанных пределах на эффективный упор винта. Объясняется это тем, что увеличение сопротивления антикавитационной плиты и обтекателя корпуса редуктора, вследствие их расположения под углом к направлению движения мотора, компенсируется возрастанием упора гребного винта, находящегося в косом потоке из-за наклона его оси.

Была отмечена тенденция к засасыванию атмосферного воздуха к лопастям винта при большем угле откидки мотора, т. е. при более близком расположении винта к поверхности воды, по сравнению с φ=±10°.