Насадка на гребной винт подвесного мотора

В №41 сборника за 1973 г. в статье «Потерянные силы» приводился отчет по испытаниям и рекомендации по использованию и подбору гребных винтов для подвесных моторов, установленных на относительно тяжелых лодках, двигающихся с умеренными скоростями (26—36 км/ч). Эти испытания, проведенные ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова и редакцией сборника, убедительно показали, как важно заставить работать движительный комплекс в оптимальном режиме, использовать полную мощность двигателя.

Известно, что наиболее эффективным способом достижения этой цели является выбор оптимальных параметров гребного винта: диаметра, шага и числа оборотов. Однако на практике всегда имеется ряд конструктивных ограничений, не позволяющих применить наиболее эффективный винт. Например, на подвесном моторе диаметр нового винта не может быть большим, чем у штатного, а обороты нельзя изменить — они заданы передаточным отношением редуктора. Остается оперировать шагом гребного винта в зависимости от скорости: при большой нагрузке и уменьшении скорости шаг винта также должен уменьшаться, а для больших скоростей — увеличиваться.

Однако такое решение вопроса далеко не всегда оправдано: для использования моторов на лодках надо иметь по крайней мере 4—5 вариантов винтов в зависимости от водоизмещения, а самостоятельное изготовление даже одного для многих любителей — проблема. Эффективность же (КПД) гребного винта, имеющего ограниченный диаметр и заданное число оборотов, на малых скоростях падает. Как выход может быть рекомендовано применение кольцевой насадки на гребной винт.

Насадка, охватывающая с достаточно малым зазором концы лопастей, вызывает увеличение скорости протекания потока воды в диске винта, что равносильно переходу на большие скорости движения, на которых винт более эффективен. Благодаря малому зазору между поверхностью насадки и концом лопасти уменьшается перетекание жидкости через край лопасти, что также несколько повышает КПД винта. Кроме того, на насадке, находящейся в потоке, вызванном работающим винтом, при определенных условиях может создаваться некоторый дополнительный упор.


Профиль насадки, обтекаемый под некоторым углом атаки, работает как элемент крыла. Образующаяся на этом профиле гидродинамическая сила может быть разложена на осевую и радиальную составляющие. Радиальная составляющая вызывает силы, сжимающие насадку, осевая — в зависимости от направления ее действия — создает либо силу сопротивления, либо дополнительную силу тяги. Направление и величина осевой силы зависят от угла атаки, который определяется режимом работы винта — чем меньше скорость движения судна и больше удельная нагрузка на винт, тем больше угол атаки и тем вероятнее, что осевая сила будет увеличивать тягу. С ростом скорости уменьшается сужение струи перед винтом, углы натекания потока на профиль насадки уменьшаются и осевая сила меняет свое направление — начинает уменьшать тягу движительного комплекса.

Очевидно, что применение движительного комплекса винт — насадка сопровождается повышением пропульсивных качеств судна до тех пор, пока потери мощности на преодоление сопротивления насадки не превысят увеличение КПД винта, достигнутого с ее помощью.

Кроме того, насадка препятствует оголению лопастей гребного винта в условиях волнения и сглаживает колебания числа его оборотов, обеспечивая тем самым более спокойный режим работы двигателя. Режим работы винта в насадке в меньшей степени зависит от скорости хода судна, что позволяет сохранять почти неизменное число оборотов двигателя в широком диапазоне изменения скорости хода при разной загрузке судна.

Особенно эффективна насадка в случае применения винта малого диаметра, когда его удельная нагрузка на малых скоростях существенно повышается.


Гидродинамические расчеты показали и еще одно немаловажное преимущество насадки — штатные винты подвесных моторов могут использоваться с ней без существенных переделок.

Результаты расчетов тяги подвесных моторов «Ветерок-8», «Ветерок- 12», «Вихрь», откорректированные по результатам, полученным при испытаниях насадки на моторе «Вихрь» (20 л. с.), приведены на графиках. Для сравнительной оценки эффективности применения насадок на тех же графиках приведены данные по предельной тяге моторов со штатными винтами, а также с винтами, имеющими специально подобранный шаг.

Как видно из приведенных зависимостей, на малых скоростях хода предельная тяга комплекса винт — насадка намного превосходит тягу моторов со штатными винтами. При этом обороты двигателя значительно повышаются, приближаясь к номинальным (следовательно, полнее используется мощность мотора). На больших скоростях винт в насадке начинает проигрывать обычному винту. Для моторов большой мощности это следует учитывать, т. е. применять насадку только для тяжелых лодок водоизмещением более 600 кг на скоростях не более 27—29 км/час. Установка насадок на моторы малой и средней мощности практически во всем диапазоне скоростей движения существующих лодок (водоизмещением свыше 300—400 кг) всегда целесообразна.

Для проверки пропульсивных качеств насадок была изготовлена кольцевая насадка к подвесному мотору «Вихрь» и проведены сравнительные испытания на мотолодке — буксировщике для воднолыжников, серийно выпускаемой Ленинградским экспериментальным заводом спортивного судостроения. Во время испытаний проводился замер времени прохождения мерного участка и число оборотов двигателя с разной нагрузкой лодки при установке насадки и со штатным винтом. При установке насадки штатный винт обрезался до диаметра D=230 мм. Испытания показали выгодность установки насадки до скорости хода около 28 км/час.


Насадку можно изготовить из самых разных материалов и различными способами. Например, можно выклеить ее из стеклопластика, формуя на пенопластовом (из пенопласта ПС-4 или ПХВ-1) или деревянном разъемном болване. Снаружи болван обрабатывается по внутреннему профилю насадки на токарном станке. Профилированная поверхность тщательно шлифуется, натирается и располировывается воском или парафином.

Уложив на болван 3—4 слоя стеклоткани АСТТ, промазанной эпоксидной или полиэфирной смолой, наматывают пеньковую веревку, также заранее пропитанную смолой. Профиль насадки проверяется шаблоном наружной поверхности. Оставив зазор между шаблоном и выклеиваемой насадкой (слоями веревки) 2—3 мм, снова укладывают 4—6 слоев стеклоткани. После того, как связующее затвердеет, болван с за-формованной насадкой устанавливают на токарном стайке и обрабатывают по наружной поверхности в соответствии с шаблоном, а затем на фрезерном обрабатывают поверхность установочной площадки.

Сняв насадку с болвана (деревянный болван придется разобрать и выбить половинки формы через заранее просверленные отверстия в дереве; пенопласт растворяют ацетоном или бензином, либо вырезают), аккуратно обрезают излишки стеклопластика у ее кромок. Прошпаклевав, зашкурив и окрасив насадку, надо добиться точности профилировки ±0,3 мм, а ее поверхность тщательно отполировать.

Вручную прорезаются вырезы для стойки редуктора и выступа водозаборника мотора. Лопасти штатного винта обрезаются по диаметру на токарном станке или просто напильником по риске, сделанной на лопастях штангенциркулем. Диаметр винта делается на 4—5 мм меньше, чем внутренний диаметр насадки.

Насадка выставляется относительно диска гребного винта так, чтобы зазор между концами лопастей и насадкой был не менее 1—1,5 мм. В случае необходимости используют подкладки между «кавитационной» плитой и площадкой насадки; сверлятся отверстия болтов крепления насадки и устанавливается нижний кронштейн крепления насадки к «шпоре» мотора.

Необходимо предупредить любителя: повышенная тяга моторов с насадками создает повышенные нагрузки на подвеске моторов. Поэтому не следует резко увеличивать обороты двигателя, нужно особо тщательно затягивать винты струбцин и проверять затяжку болтов подвески двигателя. В отдельных случаях на особо тяжелых лодках желательно тем или иным способом усилить детали подвески.