Однако известен1 еще один способ определения буксировочного сопротивления, использующий конструктивные особенности обычного подвесного мотора.
Способ этот основан на том, что в общем случае тЯга подвесного мотора может быть принята равной сопротивлению воды движению судна. Для замера же тяги мотора служит динамометр; в данном случае использовано специальное гидравлическое преобразующее устройство — месдоза — закрепляемое на транце мотолодки. «Нога» работающего мотора, упираясь в шток месдозы, связанный с диафрагмой, передает на нее тягу — создает давление в гидравлической системе, замеряемое образцовым манометром, проградуированным в килограммах.
По нашему мнению, этот способ забыт совершенно незаслуженно, так как сравнительно прост и позволяет получить в натурных условиях вполне достоверные результаты, не требующие какого-либо дополнительного пересчета. Используя месдозы с различным диаметром толкателя, можно определять упор подвесных моторов практически любой мощности. Рекомендуя читателям ознакомиться со статьей Л. М. Кривоносова, считаем целесообразным сообщить об опыте применения и о дальнейшем практическом усовершенствовании этого способа.
Для испытаний нами применялись месдозы двух конструктивных типов: диафрагменная (рис. 1) и сильфонная (рис. 2).
Диафрагменная месдоза конструктивно очень проста и выполняется разборной. Детали ее изготавливаются из стали или латуни, а сама диафрагма — из листовой маслостойкой резины толщиной 2—3 мм. Наиболее вероятная причина выхода месдозы из строя — разрыв диафрагмы — легко устраняется даже в полевых условиях путем замены диафрагмы. К недостаткам диафрагменной месдозы следует, отнести сравнительную трудность обеспечения герметичности соединения корпуса с диафрагмой и малый ход толкателя, ограничиваемый допустимой деформацией самой диафрагмы. Последнее обстоятельство заставляет особенно тщательно следить за отсутствием воздуха в гидравлической системе, так как его появление приводит к погрешностям в измерениях.
Сильфонная месдоза не имеет этого недостатка: герметичность обеспечивается надежным соединением сильфона с деталями устройства пайкой. Кроме того, сильфонная месдоза не так чувствительна к наличию в системе незначительного количества воздуха благодаря большему ходу, допускаемому самим сильфоном. Однако эта конструкция сложнее в изготовлении и сборке.
Особо следует остановиться на методике градуировки устройства. Описанный в статье Л. М. Кривоносова способ градуировки манометра на берегу путем нагружения «ноги» мотора (в направлении оси винта) грузами при помощи блока при всех его достоинствах следует признать, однако, довольно громоздким. Этот недостаток будет особенно сказываться при проведении большого объема сравнительных испытаний различных мотолодок и моторов.
Нами был применен другой, более простой способ градуировки по тяге на швартовах (рис. 3). Этот способ позволяет с минимальными затратами времени и усилий не только производить градуировку непосредственно перед началом ходовых испытаний, но и периодически контролировать стабильность работы системы на всех этапах измерений.
Схема сил при описываемом способе градуировки такова (рис. 4). В точке O2 (упорный подшипник гребного винта мотора) приложена сила тяги винта Ре. В точке О1 (швартовная утка) приложена сила реакции Т швартовного конца. Эта пара сил создает момент, который дифферентует лодку на корму. В результате дифферента центр величины перемещается в корму, а сила тяги Ре раскладывается на горизонтальную составляющую Рх и вертикальную Ру. Составляющая Ру, сила поддержания γV и сила веса D создают уравновешивающий момент, который удерживает лодку с некоторым углом дифферента г]). При увеличении тяги увеличивается дифферент, центр величины еще более смещается в корму, в результате чего опять наступает статическое равновесие.
Следует подчеркнуть, что угол дифферента вносит лишь весьма незначительную погрешность (менее 1 % при дифференте 8°), которой можно пренебречь. Таким образом будем считать, что динамометр фиксирует силу тяги винта Ре.
Последовательность градуировки по предлагаемому способу состоит в следующем. При выключенном двигателе (тяга равна нулю) отмечаем показание манометра, соответствующее составляющей массы мотора, передаваемой на месдозу. Затем двигатель запускается и включается передний ход при минимальном открытии дроссельной заслонки. После того, как швартовы обтянулись и лодка уравновесилась, снимаются первые показания динамометра и соответствующие ему показания манометра и заносятся в таблицу. Затем увеличивается частота вращения двигателя и, когда она стабилизируется, делается второй замер.
Так, при последовательном ступенчатом увеличении частоты вращения двигателя до максимально возможной в швартовном режиме снимаются попарно,, показания динамометра и манометра. Весьма желательно каждый раз фиксировать и частоту вращения, замеренную тахометром. Затем те же измерения производятся в обратном порядке, т. е. при последовательном ступенчатом уменьшении частоты вращения двигателя до полной остановки. По результатам замеров строится график, который затем и используется для перевода показаний манометра в величину тяги (буксировочного сопротивления) при проведении ходовых испытаний (рис. 5).
Месдоза дает зависимость показаний манометра от эффективной тяги Ре мотора, т. е. от полного упора винта за вычетом сопротивления погруженной части мотора. Следовательно, на установившемся режиме манометр будет показывать величину эффективной тяги винта, равной величине буксировочного сопротивления «голого» корпуса мотолодки. Из этого следует, что измеренная величина буксировочного сопротивления лодки не зависит от того, с каким мотором и винтом были проведены испытания; необходимо лишь соблюдать постоянство нагрузки и правильную центровку лодки.
С помощью месдозы могут быть построены кривые буксировочного сопротивления мотолодки (рис. 6,а) и кривые тяги мотора с различными винтами или нагрузкой в зависимости от скорости хода (рис. 6,6). Буксировочное сопротивление мотолодки при одном фиксированном значении нагрузки определяется на мерном участке, где фиксируется скорость хода лодки при нескольких числах частот вращения двигателя. При каждом значении частоты вращения двигатель развивает соответствующую тягу (Ре1, Ре2 и т. д.) и сообщает лодке соответствующую скорость в установившемся режиме (v1, v2 и т. д.).
Зафиксированные при помощи манометра месдозы величины тяги и соответствующие им скорости дают на графике ряд точек. Соединив их плавной линией, получаем кривые буксировочного сопротивления. Испытания рекомендуется проводить, сначала последовательно увеличивая скорость хода до максимальной, а затем так же последовательно уменьшая ее до исходной. Этот прием значительно увеличивает надежность эксперимента. Во время испытаний необходимо тщательно сохранять постоянство нагрузки лодки и ее центровку.
Получение кривой тяги мотора в зависимости от скорости производится при одном режиме работы двигателя (обычно на полном ходу), но при различных водоизмещениях лодки, т. е. соответственно, при различных величинах буксировочного сопротивления (Re1, Re2 и т. д.) и скоростях хода. Измеренные мес-дозой при каждом водоизмещении величины тяги и скорости будут давать на графике ряд точек. Соединение всех точек плавной кривой дает зависимость тяги мотора (или проверяемого гребного винта) от скорости.
При проведении Всесоюзным научно-исследовательским институтом технической эстетики комплексной экспертизы отечественных и зарубежных моторов в составе датчиковых устройств установки для определения основных параметров системы мотор — мотолодка была применена сильфонная месдоза. При этом к гидравлической системе параллельно с образцовым манометром был дополнительно подсоединен манометрический датчик давления, позволяющий производить запись градуировочных данных и кривую буксировочного сопротивления автоматически при помощи шлейфового осциллографа.
Примечания
1. См. статью Л. М. Кривоносова «Способ измерения сопротивления малых катеров в открытом водоеме», «Судостроение», № 6, 1960 г.