Учитывая пожелания читателей, публикуем достаточно подробные чертежи более простого и технологичного крыльевого устройства, которое может быть установлено как на «Прогрессе», так и — после небольших переделок — на других мотолодках.
Наш читатель В. И. Индутный из Киева уже более четырех лет ходит на «Прогрессе» с крыльями, сделанными из нержавеющей стали сварными. С помощью рычажного устройства переднее крыло может откидываться, а кормовое — подниматься по направляющим. Под мотором «Вихрь» с винтом, имеющим шаг 360 мм, его «Прогресс» с двумя пассажирами на борту идет со скоростью 55 км/ч, без ударов преодолевает волну высотой 0,3 м. При большем волнении кормовое крыло поднимается и лодка глиссирует уже на одном носовом крыле.
Как правило, отрегулировать крыльевой комплекс из носового и кормового крыльев очень сложно, поэтому некоторые любители, решившие поставить свое судно на крылья, удовлетворяются только одним носовым крылом. Регулировка его легче, а скорость мотолодки лишь не намного меньше, чем с двумя крыльями. Например, наш читатель М. С. Шпилев из г. Энгельса на «Прогрессе» с одним носовым крылом проплавал уже шесть навигаций и отмечает легкость выхода на режим, высокие скоростные качества, заметную экономию горючего.
Предлагаемая крыльевая схема, состоящая из носового и кормового глубоко погруженных крыльев, пересекающих свободную поверхность воды, обладает более высокими мореходными качествами, чем схема, примененная Г. Д. Гонченко, но увеличивает габаритную осадку по носовому крылу примерно на 200 мм. Возможность саморегулирования возникающей на крыльях подъемной силы за счет изменения их погруженной площади при изменении нагрузки лодки позволяет, как показали испытания, обходиться без ручной регулировки углов атаки крыльев на ходу. (Некоторая корректировка углов атаки может понадобиться лишь при крайних случаях нагрузки и центровки). Это позволило существенно упростить узлы крепления крыльев. В то же время предлагаемая конструкция крепления может быть использована и в случае применения схемы Г. Д. Гонченко. Правда, при этом придется перед выходом изменять углы установки носового крыла в зависимости от нагрузки, переставляя его по заранее сделанным меткам. Кроме того невозможность дистанционного управления углами атаки на ходу может отразиться на скоростных качествах лодки и в первую очередь на продолжительности выхода на крылья. (Для желающих применить схему Г. Д. Гонченко приводятся чертежи еще одного варианта мало погруженного крыла).
Информация об изображении
Испытания описываемого крыльевого устройства на мотолодке водоизмещением 690 кг
Крылья разработаны для «Прогресса». При установке их на других лодках следует выдерживать соотношение расстояний от ЦТ лодки (с расчетной загрузкой) до носового и кормового крыльев в пределах 1,1—1,25. Для «Прогресса» это соотношение должно быть равно 1,13.
Испытания описываемого крыльевого устройства на мотолодке водоизмещением 690 кг
Рассмотрим два наиболее часто встречающихся варианта использования лодок типа «Прогресс»: 1) нагрузка 4 чел., один мотор мощностью 25 л. с. и 2) полная нагрузка 5 чел., два мотора суммарной мощностью 40—50 л. с. Для первого варианта полное водоизмещение лодки с учетом веса крыльев составит около 640 кг при отстоянии центра тяжести от транца х=1,55 м; для второго — около 780 кг и 1,35 м.
Если принять, что гидродинамическое качество крыльев К=12, а сопротивление подводной части мотора на скорости 50 км/ч равно 25 кг, расчетная скорость при ходе на крыльях в первом варианте составит 52 км/ч, а во втором, при мощности 50 л. с., — около 58 км/ч. Интересно, что при установке двух «Вихрей», т. е. увеличении мощности с 25 до 40 л. с., скорость лодки в первом варианте нагрузки (4 чел.) возрастает всего на 2,5 км/ч — вот цена плохо обтекаемой подводной части подвесного мотора! (Недаром Г. Д. Гонченко, для того чтобы получить на своей лодке столь высокие скорости, пришлось использовать самодельный трехцилиндровый «8ихрь», т. е. установить в 1,5 раза большую мощность на одну «ногу»). Если учесть еще, что двухмоторная установка неизбежно оказывается и вдвое более «прожорливой», то будет очевидна нецелесообразность ее применения на крылатых лодках.
Нагрузка между носовым и кормовым крыльями распределена следующим образом: Ан=300 кг; Ак=340 кг, а площади крыльев при заданном погружении составляют Sн=Sк=0,154 м2; при этом коэффициенты подъемной силы соответственно равны Сун=0,18 и Сук=0,21 (для схемы Г. Д. Гонченко: Sн=0,16 м2; Sк=0,175 м2; Сун=0,17; Сук=0,19). Указанные значения соответствуют существующим рекомендациям и обеспечивают удовлетворительные ходовые качества при использовании обеих схем.
Прочность почти плоских мало погруженных крыльев по схеме Г. Д Гонченко может быть обеспечена только применением стали. Однако использование этого материала приводит к тому, что и вес крыльевого устройства и трудоемкость обработки крыльев оказываются большими. Обычная конструкционная сталь быстро ржавеет, а замена ее нержавеющей сталью еще больше усложняет обработку поверхностей. Лакокрасочное же покрытие на поверхности мало погруженных крыльев, как правило, недолговечно.
Использование V-образного носового крыла существенно повышает прочность конструкции, а это позволяет делать крылья из несколько менее прочного, но зато легкого коррозионно-стойкого, сравнительно легко обрабатываемого и сваривающегося алюминиево-магниевого сплава АМг-5.
Обработка плоскостей сегментного профиля может производиться фрезерованием или строганием полосы по заданным ординатам с оставлением соответствующих припусков на ручную обработку (опиловку, шлифовку и полировку с постоянной проверкой профиля по шаблонам). В связи со значительным размахом носового крыла потребуется использование станка с большим размером стола; как выход из положения можно допустить изготовление носового крыла из двух частей длиной около 500 мм с последующей сваркой.
Для упрощения и уменьшения объема станочных работ можно использовать и такой способ. Лист размером 1000х900 толщиной 12 мм на гибочных вальцах изгибают по цилиндру с наружным диаметром 460 мм. Затем, разрезав цилиндр по образующим на полосы шириной 150 мм, проверив прямолинейность, а в случае необходимости — отрихтовав, к внешней стороне каждой полосы крепят на прихватках отрезки швеллера № 10 длиной 400 мм для возможности обработки плоской нагнетающей поверхности крыла на станке. Сборку следует производить на ровной плите, обеспечивая строгую прямолинейность и горизонтальность заготовки. Заготовка устанавливается параллельно кромке стола фрезерного или строгального станка и производится сразу чистовая обработка нагнетающей плоскости, входящих и выходящих кромок профиля. Обработка верхней профилированной поверхности производится уже только вручную по металлическому шаблону, изготовленному с допуском ±0,1 мм.
Обработанные по профилю заготовки правятся и проверяются на прямолинейность по длине и отсутствие закрутки плоскостей в соответствии с допусками, указанными в чертеже.
Обработка заготовок стоек несколько проще, так как выполняется на меньшей длине и допустимы большие отклонения по профилировке.
Сборку крыльев следует производить в постели-кондукторе. Кондуктор можно изготовить из деревянных брусков с таким условием, чтобы он был достаточно жестким и обеспечивал необходимую точность заданных размеров. Предварительно надо откорректировать установочные размеры носового крыла, приведенные на чертежах, по корпусу лодки — проверить совпадение основных размеров, формы крыла и обводов корпуса. При обнаружении какой-либо несогласованности она устраняется пригонкой кондуктора.
После такой проверки кондуктора можно приступить к сборке крыла — изгибать его стойки, торцы плоскостей и стоек подгонять под сварку. Поверхности крыльев и участков стоек, находящихся в воде, следует сразу после подгонки по кондуктору отшлифовать и отполировать. Выполнять обработку этих деталей по отдельности гораздо проще, чем конструкции в целом; после сварки придется шлифовать и полировать только небольшие участки в районе швов. Сварку надо выполнять за несколько проходов и чередуя проходы с одной и другой стороны шва, чтобы уменьшить разогрев и исключить возможные сварочные деформации, вызывающие отклонения размеров конструкции.
Для упрощения доводки профиля и поверхности крыльев и стоек полировку можно заменить окраской с предварительной шпаклевкой поверхностей. Следует иметь в виду, что для этого должны применяться только высококачественные материалы. Можно рекомендовать эпоксидную шпаклевку и прочные синтетические эмали с обязательной последующей шлифовкой и полировкой слоя покрытия. Краска, естественно, не должна искажать профиль крыла. (Разумеется, все эти работы выполняются после сварки крыльев.)
Носовое крыло крепится на лодке при помощи верхних — палубных кронштейнов с эксцентричными втулками и двух нижних упоров стоек, расположенных на бортах выше скулы в районе шп. 1—2а.
Эксцентричные втулки верхних кронштейнов устанавливаются на текстолитовых прокладках толщиной 1 мм, необходимых для того, чтобы исключить «прикипание» втулок при коррозии. Листовой текстолит можно заменить фторопластом, капролоном, полиэтиленом. При отсутствии названных материалов можно собрать втулку и без прокладок, обеспечив возможность регулярной смазки этих узлов и соответственно откорректировав посадочные размеры. После полной затяжки болтов втулки должны вращаться в кронштейне туго. Риски на торце фланца втулки служат для контроля изменения углов атаки во время эксплуатации лодки. Поворот эксцентричной втулки на 15 соответствует изменению угла установки крыла около 20', а поворот на 180° — к изменению угла установки крыла на 2,5°.
Собрав верхние узлы крепления так, .чтобы эксцентричные втулки были повернуты в нос на 30° от верхнего положения осей поворота крыла, их следует закрепить в отверстиях стоек и выставить крыло на шп. 1. Стойки крыла должны проходить у планширя и по борту с минимальным зазором. Разметив и просверлив в кронштейнах отверстия под винты крепления, просверлите затем по одному отверстию в палубе (ближе к ДП), чтобы «наживить» кронштейны. Устанавливая выравнивающие прокладки, например из фанеры, добивайтесь горизонтальности оси поворота крыла.
Для выравнивания площадок под кронштейнами (на высоту прокладок) можно использовать бужировку. Размешав в эпоксидной смоле древесные опилки, нанесите слой этой массы толщиной 5—10 мм и, прижав кронштейны установочными болтами, выровняйте клинышками их площадки. Излишки бужировки уберите. После отверждения смолы просверливайте остальные отверстия в палубе и устанавливайте винты крепления кронштейнов.
Для изготовления и установки нижних упоров крыло необходимо установить под начальным углом атаки. Протянув тонкую нить, параллельную ДП, от среза транца под стойкой носового крыла, поверните носовое крыло так, чтобы расстояние от носовой кромки крыла до нити, касающейся кормовой кромки плоскости, было равно 8 мм; временно зафиксируйте крыло в этом положении. Этот угол установки будет соответствовать углу атаки крыла 2° при расчетной посадке лодки во время движения на крыльях.
Из полосы 100X600 толщиной 3 мм вырежьте и согните по месту подкрепление упора. Изготовьте по месту упорную и ограничительную планки. В районе упорной планки из соснового бруска вырежьте заполнитель; снизу — между бортом и подкреплением — плотно подгоните заполнитель и закрепите его шурупами. Стойка крыла должна легко выходить из упора при откидывании крыла в нос и жестко удерживаться упором при крайнем кормовом положении. Аналогично устанавливается упор на второй стойке.
В кормовом положении крыло должно удерживаться пружинами; для этого вполне подойдут обычные дверные пружины. Один конец пружины крепится за простейший обушок, закрепленный на планшире в корму от крыла, другой — за винт на стойке крыла (при подъеме крыла этот конец переносится на проточку на оси поворота).
После того как все узлы крепления крыла будут поставлены на место, следует установить рычаг подъема крыла. Поворотом эксцентриков углы установки крыла уменьшаются до крайнего положения, размечаются и сверлятся отверстия под заклепки крепления рычагов к стойкам (поперечина рычаге при этом должна быть прижата к палубе).
В поднятом положении крыло удерживается тросиком со скобой, который крепится за поперечину рычага и центральную стойку стекла или за швартовные утки.
В следующем номере сборника будут приведены чертежи кормового крыла, а также некоторые рекомендации по регулировке углов атаки крыльев и выбору элементов гребного винте для крылатой лодки.
В принципе можно применить и однокрылый вариант; о преимуществах такой схемы уже говорилось в сборнике (см. сборник №50). Однако при этом следует иметь в виду, что углы установки крыла, изготовленного по приведенному нами чертежу, должны быть на 2° меньше; следовательно, при выборе начального положения крыла расстояние от носика до натянутой нити должно быть не 8 мм, а 2 мм.
Установка крыльев на лодке с подвесным мотором всегда требует некоторого увеличения заглубления гребного винта. Добиться этого, уменьшая высоту транца, на серийной лодке сложно, поэтому использование Г. Д. Гонченко выносного кронштейна представляется Удачным решением и сохранено в предлагаемой схеме. На этом кронштейне, обеспечивающем заглубление оси гребного винта на 80 мм больше, чем при стандартной высоте транца, и устанавливается кормовое трапециевидное глубоко погруженное крыло.
Отметим, что, как и для носового крыла, принятая конструкция узла крепления позволяет установить и мало погруженное кормовое крыло, используемое в схеме Г. Д. Гонченко.
Кронштейн изготовляется из легкого сплава марок АМг-5 или Д16Т. Можно сделать его клепаным или сварным (сварка позволит существенно упростить конструкцию). Транцевый лист, подкрепленный угольником и мощной сосновой подмоторной доской, сверху для усиления имеет отгиб, охватывающий рабочую кромку доски; это одновременно обеспечивает хорошую страховку мотора при возможном ослаблении струбцин. Транцевый лист крепится к транцу лодки двумя боковыми листами и двумя нижними бракетами. На боковых листах до сборки устанавливаются планки вертикальных пазов, по которым должны свободно скользить головки нижних упорных винтов стоек крыла. Нижние упорные планки устанавливаются при сборке кронштейна, верхние — окончательно крепится при установке крыла. Собранный кронштейн крепится на транце лодки болтами М6, причем места сверлений под болты следует согласовать с расположением набора транца лодки. Для обеспечения водонепроницаемости болты желательно обмотать пенькой и поставить на краску.
Изготовление кормового крыла принципиально не отличается от рассмотренного в первой части статьи изготовления носового крыла (естественно, поскольку профили одинаковы, заготовки для обоих крыльев делаются одновременно).
Готовое крыло крепится на кронштейне нижними упорными винтами (на стойках), скользящими по пазам при подъеме крыла, и штырями, входящими в отверстия верхних скоб.
На верхних концах стоек устанавливаются эксцентриковые регулировочные втулки (подобные имеющимся на носовом крыле), которые обеспечивают изменение углов установки кормового крыла на 4°. Втулки должны проворачиваться в стойках достаточно туго, чтобы не было произвольного изменении угла атаки под нагрузкой — при ходе на крыльях: усилие на рукоятке ключа при их повороте должно быть не менее 8—10 кгс. Необходимая посадка втулок обеспечивается подбором толщины прокладок.
Положение нижних упорных винтов на стойках находится при установке крыла на лодку. Развернув эксцентрики так, чтобы отверстия дли штырей были в верхнем положении, крыло закрепляют под начальным углом установки. Этот угол определяется следующим образом: каждая из наклонных плоскостей всей своей поверхностью должна касаться нити, протянутой над стойками от кормового до носового крыла, а расстояние (по высоте) от носовой кромки кормового крыла до нити, протянутой в ДП между кормовыми кромками носового и кормового крыльев, должно составлять около 8 мм.
При этом положении крыла размечают отверстия в стойках под нижние упорные винты; следует обратить внимание на то, чтобы между головками винтов и нижними упорными планками пазов был зазор 2—3 мм. Установив упорные винты и заведя их в пазы кронштейна, следует разметить отверстия в стойках, предназначенные для фиксации крыла в поднятом положении. Разметку рекомендуется производить так: вынув штыри из скоб и вставив их в отверстия на верхних концах стоек, поднять крыло в крайнее верхнее положение и через отверстия в скобах на стойках разметить отверстия диаметром ∅10,2 мм для штырей. (В эксцентриках просверлено по два отверстии ∅10,2 мм: одно из них служит для установки штыря, а другое используется для поворота эксцентрика ключом при изменении углов атаки. При перестановках крыла не путайте эти отверстия!)
Перед спуском на воду следует еще раз убедиться в правильности расположения и надежности креплении крыльев. Первый выход делайте, приняв начальные углы установки крыльев. Обратите внимание на отсутствие «закрутки» плоскостей крыльев и симметричность углов установки.
Обычно катер с правильно изготовленными крыльями быстро выходит из воды и легко движется на крыльях; при этом требуется лишь небольшая доводка (подбор оптимальных углов атаки) дли получении устойчивого движения во всем диапазоне скоростей. Уточнив углы установки крыльев, необходимо всесторонне испытать судно: установить его скоростные, мореходные и маневренные качества, убедиться в полной безопасности плавания на нем. Водоизмещение катера должно при этом соответствовать расчетному. Во время испытаний на нем не должно быть лишних людей: вполне можно обойтись силами двух человек. Загрузка регулируется при помощи балласта (металлических чушек, мешков с песком), размещаемого и надежно закрепляемого на штатных местах пассажиров. Рекомендуется для контроля взвесить катер и определить положение его центра тяжести по длине.
Во время испытаний необходимо соблюдать следующие правила:
- первые выходы следует проводить при тихой погоде, проверив исправность двигателя и систем управления;
- все участники испытаний должны уметь плавать и иметь индивидуальные спасательные средства;
- загрузка катера должна быть такой, чтобы крен на плаву не превышал 1°;
- перед началом разгона лодки необходимо убедиться, что путь свободен и нет опасности внезапного появления на курсе других судов, плавающих людей и предметов; нельзя проводить испытания в местах скопления других судов и буйков, в непосредственной близости от пляжей, на узких и мелководных фарватерах, в местах, засоренных топляками, мусором;
- набор скорости необходимо производить постепенно; перед каждым новым увеличением скорости хода необходимо убедиться в нормальной работе рулевого устройства и достаточной устойчивости лодки на прямом курсе и при маневрировании; при опасных явлениях (внезапно увеличивающийся крен, зарывание корпуса, потеря устойчивости на курсе и управляемости) скорость хода необходимо уменьшить и выяснить причины, вызывающие эти явления.
При испытаниях могут встретиться несколько характерных случаев.
1. Лодка не выходит на крылья (она должна выйти сначала на носовое, а затем и на кормовое крыло). Причиной может быть малый угол атаки носового крыла. Необходимо попробовать изменить центровку или, если это не дает результатов, постепенно (по 15—20') увеличить угол установки носового крыла; одновременно можно несколько — на 10—20' — уменьшить угол установки кормового крыла. Угол атаки носового крыла следует подобрать так, чтобы лодка легко выходила и устойчиво двигалась на нем с дальнейшим увеличением скорости.
2. При продолжении разгона лодка, идущая на носовом крыле, не выходит на кормовое. Устранить этот недостаток можно, увеличивая угол установки кормового крыла. Если при этом лодка перестанет выходить и а носовое крыло, следует увеличить и его угол атаки.
3. После выхода на крылья их погружения отличаются от расчетных (стойки носового крыла должны выходить из воды на 20—30 мм, концы плоскостей кормового крыла — на 80—100 мм). Уменьшение погружения крыльев крайне нежелательно, так как может привести к опасному снижению поперечной остойчивости мотолодки. Для регулировки погружения крыльев их углы атаки следует постепенно (по 10') увеличивать или уменьшать.
4. При разгоне наблюдается плавное увеличение погружения носового крыла. Угол атаки носового крыла следует увеличить, а кормового — уменьшить. Если появляются резкие провалы — угол атаки носового крыла чрезмерен, что приводит к срывам потока и потере подъемной силы. Для ликвидации провалов угол атаки носового крыла следует уменьшить, а кормового — увеличить.
5. При выходе на крылья появляется небольшой крен. Чтобы лодка шла без крена, надо увеличить на 5—10' углы атаки крыльев со стороны крена или уменьшить на ту же величину с противоположного борта.
После того как вы добились устойчивого движения на крыльях при полной скорости и расчетном водоизмещении, следует провести аналогичные испытания лодки — при выбранных углах атаки и с подбором оптимальных углов атаки — при других нагрузках. (Выбор оптимальных условий движения может выполняться и при помощи изменения центровки лодки по длине). Рекомендуется сразу же составить таблицу оптимальных углов установки крыльев в зависимости от нагрузки, а в дальнейшем пользоваться ею во время повседневной эксплуатации лодки.
После испытаний дли выбора углов установки крыльев следует провести комплекс маневренных и мореходных испытаний, чтобы объективно и всесторонне оценить эксплуатационные возможности лодки.
Испытания являются одновременно и проверкой прочности крыльевого устройства. После мореходных испытаний лодку и крылья необходимо тщательно осмотреть. При обнаружении поломок, трещин и деформаций следует выяснить причины их появления и усилить конструкции соответствующего узла.
Только после проведения всесторонних испытаний катер можно считать годным к повседневной эксплуатации. Следует помнить, что при любых выходах на крылатом судне необходимо повышенное внимание к обеспечению безопасности плавания. Особенно опасны встречи с плавающими предметами и посадка на мель. Удар на скорости 50 км/ч приводит не только к поломке крыльев или опасному крену и заливанию лодки, но и к резкому смещению грузов и пассажиров. Мгновенная остановка на такой скорости равносильна удару при падении с четвертого этажа.
Следует предупредить любителей и еще об одной опасности. Из-за повышенных скоростей крылатой лодки подвесной мотор со стандартным гребным винтом неминуемо будет развивать обороты значительно больше номинальных, а это обязательно в конце концов приведет к серьезным поломкам двигателя. Приводим чертежи гребного винта (для подвесного мотора «Вихрь»), который позволит избежать этой опасности. Средний шаг этого винта увеличен, по сравнению со стандартным, на 20%. Для предотвращения подсасывания воздуха к винту шаг винта сделан радиально-переменным. Для упрощения технологии винт рекомендуется сделать двухлопастным, стальным. При изготовлении из легкого сплава толщины сечений лопастей винта должны быть увеличены не менее чем в 1,5 раза. Такой винт особенно необходим при эксплуатации лодки при неполной загрузке или в двухмоторном варианте.