Угловая колонка «Дуо-проп» с двумя соосными гребными винтами

В конце 1982 г. шведская фирма «Вольво-Пента» опубликовала результаты работ, начатых двумя годами раньше, которые были посвящены исследованию резервов повышения коэффициента полезного действия и экономичности фирменных установок с поворотно-откидными угловыми колонками «Акваматик». Еще через полгода новые колонки с индексом «Дуо-проп», снабженные двумя соосными и вращающимися в противоположных направлениях гребными винтами-тандем, стали самым интересным экспонатом крупнейших европейских выставок лодок и моторов в Лондоне, Париже, Дюссельдорфе и Хельсинки. При одинаковой мощности двигателя «Дуо-проп» развивал больший на 10—15% упор, чем серийный «Акваматик». Скорость 6,7-метрового пластмассового катера «Винди» водоизмещением 1,9 т, оснащенного двигателем «AQAD» мощностью 110 л. с., возросла с 45,18 до 46,11 км/ч. При этом часовой расход топлива сократился с 24,1 до 22,2 л, т. е. на 8%. Улучшились и стартовые свойства катера: с двойным винтом скорость до 37 км/ч можно развить за 12 с, тогда как с обычным это удается сделать за 20 с.

Повысить КПД гребного винта на 10% в наше время очень сложно. Даже при самом тщательном проектировании винта и его доводке редко удается достичь КПД, равного 70%. Это значит, что 30%, а на практике и гораздо больше — 40—50% мощности двигателя затрачивается не на движение судна вперед, а на закручивание отбрасываемого винтом потока в том направлении, в котором вращается винт, на трение лопастей о воду и на создание вихрей, срывающихся с концов лопастей. При большой скорости вращения винта и величине упора, развиваемого им, на лопастях возникает кавитация. Когда на лопасти образуется сплошная полость, заполненная парами воды, КПД винта и упор резко падают. Чтобы избежать этого, необходимо либо заменить гребной винт винтом большего диаметра с большой поверхностью лопастей и с меньшей частотой вращения, либо специальным суперкавитирующим винтом.

Использовать энергию, затрачиваемую на закручивание потока за винтом, конструкторы пытаются при помощи различного рода контрпропеллеров и направляющих аппаратов, устанавливаемых как перед винтом, так и за ним. Не нова и идея соосных вращающихся в разные стороны винтов. Сохранились сведения о патенте, выданном в Англии в 1836 г. Джону Эриксону на лопастной движитель, представляющий собой два гребных винта, расположенных на одной оси и вращающихся в разных направлениях. Задний винт должен был вращаться в 1,2 раза быстрее, чем передний; число лопастей было одинаковое.


Через два года идею Эриксона удалось претворить в жизнь — был построен небольшой пароходик с 30-сильной машиной. При его строительстве пришлось решать ряд довольно сложных по тем временам технических задач: изготовить полый гребной вал и надежные уплотнения для расположенного внутри него вала заднего винта. Когда пароходик начали эксплуатировать, выяснилось, что он не только не имеет преимуществ в скорости перед судами, оснащенными обычным винтом, но и отличается худшей комфортабельностью. Поскольку у обоих винтов было равное число лопастей, то за один оборот лопасти перекрывали друг друга несколько раз. В результате получался гидродинамический удар и работа винта сопровождалась сильной вибрацией гребного вала и всего корпуса. Кончилось тем, что владелец парохода приказал снять один винт.

Впоследствии винты-тандем неоднократно использовались на больших и малых судах. Они прочно утвердились на торпедах, где важно отсутствие реактивного момента, под влиянием которого цилиндрический корпус торпеды, снабженной обычным гребным винтом, получает вращение вокруг продольной оси и уходит в сторону с заданного курса. Установка второго винта на многотоннажных судах-гигантах позволила уменьшить диаметр оптимального винта и благодаря почти удвоенной поверхности лопастей избавиться от кавитации. Попутно удалось повысить КПД движителя и снизить вибрацию.

У «Дуо-проп» семь лопастей — три на переднем винте и четыре на заднем. Благодаря этому задний винт при одинаковой площади лопастей с передним имеет меньший диаметр. Задний гребной винт как бы вмонтирован в сужающийся к корме конус, описываемый вихрями, которые срываются с лопастей переднего винта. Вращаясь в противоположном направлении, задний винт раскручивает поток за передним винтом, и вода покидает движитель с меньшими радиальными скоростями — большая ее масса отбрасывается прямо по оси винта назад. Следовательно, возрастает полезный упор, движущий судно вперед, практически исчезает реактивный момент, отклоняющий судно с курса и придающий ему крен, который особенно заметен на катерах с обводами «глубокое V». Уменьшаются и концевые потери на лопастях, обусловленные перетеканием воды через кромки лопастей из зоны повышенного давления на нагнетающей поверхности на засасывающую поверхность, где действует разрежение. Это результат уменьшения диаметра винтов и удельной гидродинамической нагрузки, которая распределяется на семь лопастей.


«Дуо-проп» вращается медленнее обычного винта — передаточное число колонки увеличено так, что частота вращения составляет всего 70% для одиночного гребного винта. Благодаря меньшей окружной скорости потери на трение лопастей о воду уменьшаются примерно на половину.

Конструктивное исполнение колонки для соосных винтов не представляло большой сложности. Реверсивная передача с коническими шестернями и патентованной муфтой «Вольво-Пента» расположена в верхней части колонки. Вертикальный вал снабжен на нижнем конце конической шестерней, находящейся в постоянном зацеплении с шестернями наружного и внутреннего гребных валов. Поскольку упор распределяется между двумя валами, конструктивные размеры гребных валов и нижних шестерен могут быть уменьшены по сравнению с одновинтовой колонкой. Диаметр корпуса нижнего редуктора колонки с «Дуо-проп» получился на 15 мм меньше, что также способствует повышению КПД винтов. Другое изменение конструкции по сравнению с одновинтовой колонкой — смещение плавника вперед относительно вертикальной оси поворота колонки, чтобы обеспечить требуемое пространство для размещения двух винтов. Масса колонки увеличилась всего на 2 кг.

Элементы гребных винтов — диаметр, шаг, площадь лопастей, толщина профиля тщательно подбираются при испытаниях большого числа катеров. Заметим, что фирма не продает винты или колонки отдельно от двигателя.

«Вольво-Пента» снабжает новыми колонками два дизеля с турбонаддувом — четырехцилиндровый «AQAD ЗО/DP» мощностью 81 кВт (110 л. с.) при 3800 об/мин и шестицилиндровый «AQAD40/DP» мощностью 121 кВт (165 л. с.) при 3600 об/мин. Масса первой установки с колонкой — 422 кг, второй — 520 кг; передаточное отношение трансмиссии соответственно 1 : 2,30 и 1:1,95.

Благодаря повышенному КПД соосных гребных винтов дизельные установки с «Дуо-проп» позволяют снять с дизеля почти такую же удельную мощность (лошадиных сил на кг массы двигателя), как и с легких бензиновых двигателей. Общий экономический эффект от применения дизеля с соосным винтом с лихвой превышает затраты на приобретение установки, которые на 15—20% выше, чем стоимость серийного «Аква-матика».