Для "Вихря-30" со штатным окрашенным гребным винтом (ГВ) оценки скорости хода и топливной экономичности на серийных мотолодках (МЛ) различных типов и при их разной загрузке в свое время были приведены автором в "КиЯ" №168, №171, №173. Ниже такие же ходовые характеристики даны для целого семейства "вихревских" ГВ (табл. 1). Это позволяет получить достаточно объемное представление о возможностях и предпочтительных областях применения "Вихря-30" с разными ГВ.
На рис. 1 приведены результаты расчетов. Нумерация кривых на рисунке соответствует номерам ГВ в табл. 1.
Какие же выводы можно сделать об особенностях использования ГВ на моторе "Вихрь-30"?
Информация об изображении
Рис. 1. Графики зависимостей эффективного упора и частоты вращения от скорости хода
Прежде всего заметим, что ГВ № 3 и 4 с измененными по отношению к "базовому" штатному ГВ № 2 геометрическими параметрами являются "гидродинамически легкими" ("КиЯ" №31), из-за чего с ними, в частности, достигаются лишь более низкие предельные скорости.
Рис. 1. Графики зависимостей эффективного упора и частоты вращения от скорости хода
Далее. Упор в зависимости от скорости хода наших по-разному "облегченных" ГВ изменяется по отношению к "базовому" ГВ тоже по-разному. Так, у ГВ № 3 с уменьшенным диаметром упор начинает ощутимо (более чем на 1%) возрастать при понижении скорости примерно с 34 км/ч; при скорости 18 км/ч прирост упора достигает 7%. А у ГВ № 4 с уменьшенным шагом прирост упора более значителен: в диапазоне скоростей от предельно допустимой (26 км/ч) до 18 км/ч он составляет от 4 до 20%. При этом ощутимое преимущество грузового ГВ № 4 перед обрезанным ГВ № 3 наблюдается только при скорости ниже примерно 24 км/ч (рис. 1).
Наконец, поскольку полировка ГВ снижает его предельно допустимую скорость (см. табл. 1), формально ее можно рассматривать как еще один прием гидродинамического облегчения ГВ. Однако в отличие от изменения геометрических параметров ГВ полировка дает весьма ощутимый прирост упора во всем диапазоне скоростей: 14-12% при скоростях 20-40 км/ч.
Все это позволяет дать конкретные рекомендации по применению различных ГВ на ПМ "Вихрь-30" с целью достижения наибольшей величины упора и, соответственно, скорости хода.
Во-первых, при штатном полированном ГВ № 2 на скорости хода выше 34 км/ч (частота вращения 4500 об/мин) нет смысла заменять этот ГВ гидродинамически облегченными ГВ № 3 и 4.
Во-вторых, сменный грузовой ГВ № 4 на скорости хода ниже 24 км/ч (частота 4900 об/мин) всегда более эффективен, чем обрезанный ГВ № 3 и, тем более, штатный полированный ГВ № 2. В то же время на скоростях хода от 24 до 34 км/ч (частоты от 4300 до 4850 об/мин) именно этот обрезанный ГВ № 3 является оптимальным. Наконец, во всем этом диапазоне скоростей хода полировка ГВ всегда приводит к существенному выигрышу в величине упора и скорости хода.
На рис. 2 приведены зависимости "тяговой" топливной экономичности ("КиЯ" №173) от скорости хода для наших ГВ. Этим графикам соответствует табл. 2 параметров экономичного полного хода, включающая в себя также 3%-ные интервальные оценки, аналогичные приведенным в "КиЯ" №173 для других отечественных ПМ.
Главная особенность графиков на рис. 2 — их принципиальное различие для штатных ГВ № 1 и 2, с одной стороны, и гидродинамически облегченных ГВ № 3 и 4, с другой. Если у штатных ГВ наилучшая топливная экономичность е0 достигается при скорости хода v0 (частоте вращения) меньшей, чем предельно допустимая vпр (см. также "КиЯ" №173), то у ГВ, гидродинамически облегченных за счет изменения их геометрии, наилучшая топливная экономичность наблюдается при предельно допустимой скорости (частоте вращения).
Сопоставление данных по упору и "тяговой" топливной экономичности показывает, что приведенные выше рекомендации по применению различных ГВ сохраняются и с учетом требований к топливной экономичности — возможное ее ухудшение не выходит за пределы 3%-ного допуска.
Какие же конкретные выводы об экономичных режимах работы на полном ходу можно сделать на основе табл. 2?
Во-первых, можно сравнить между собой различные ГВ по уровню, образно говоря, "потерянных сил, скорости и литров" ("КиЯ" №41). Так, больше всего мощности недобирает штатный окрашенный ГВ № 1 — около 6% максимальной (порядка 2.0 л.с.); меньше (около 1 л.с.) недобирает ГВ № 2, в то время как у гидродинамически облегченных ГВ № 3 и 4 недобора мощности нет.
Несколько больше разница по потерям скорости: если у штатных ГВ № 1 и 2 эти потери составляют соответственно около 30 и 20%, то облегченные ГВ № 3 и 4 работают на предельных для них скоростях.
По "тяговой" топливной экономичности лидируют ГВ № 2 и 3: они на 10% экономичнее грузового ГВ № 4. Но, увы, эти лидеры все же существенно (примерно на 20%) уступают ПМ "Нептун-23" и "Привет-22" даже с их штатными окрашенными ГВ ("КиЯ" №173).
Наконец, табл. 2 позволяет наглядно увидеть, какой именно выигрыш в скорости и топливной экономичности дает полировка штатного ГВ при движении МЛ экономичным полным ходом. Если в этом случае выигрыш в скорости составляет 6%, то выигрыш в топливной экономичности еще больше — 9%. При этом доля "потерянных сил" уменьшается вдвое (и в 3%-ном интервале экономичной скорости тоже).
Заметим, что по сравнению с данными "КиЯ" №173, уточненные гидродинамические расчеты несколько понизили для штатного окрашенного ГВ величину экономичной скорости полного хода, а также 3%-ного интервала для этой скорости.
Перейдем к оценке конкретных ходовых возможностей "Вихря-30" с разными ГВ на примерах ряда отечественных серийных МЛ ("КиЯ" №168). Напомним, что для части из них ("Крым", "Днепр", "Серебрянка") кривые буксировочного сопротивления были получены в опытовом бассейне ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, исходя из представления о ПМ как неотъемлемой части корпуса МЛ (независимо от режима движения — глиссирующего или водоизмещающего). Это отличается от подхода автора, при котором ПМ в режиме глиссирования рассматривается как независимый толкач-буксировщик ("толкач на транце" — см. "КиЯ" №143 и №173). В связи с этим в указанные кривые буксировочного сопротивления были внесены поправки, исключающие сопротивление подводной части "Вихря".
Для того чтобы полнее представить ходовые возможности "Вихря-30", дополнительно рассмотрены также более тяжелые глиссирующие МЛ "Кафа-2500" ("КиЯ" №36) и испытанная там же в ЦНИИ МЛ "Роса" (по проекту Л.Г. Махаринского и Ю.А. Голдобина: длина — 5.0 м; ширина на миделе — 1.61 м; килеватость на транце и на миделе — 14°).
В табл. 3 для каждого из "вихревских" ГВ, соответствующих табл. 1, приведены скорости хода МЛ при определенном водоизмещении D и центровке xg, а также величины "транспортного" показателя топливной экономичности Е, который учитывает гидродинамическое качество данной МЛ и равен транспортной работе, произведенной МЛ на 1 л топлива ("КиЯ" №171 и №173). Прочерк в графе скорости означает, что с данной загрузкой МЛ не выходит на глиссирование. В скобках указаны скорости, которые выше предельно допустимой для данного ГВ. Центровка характеризуется расстоянием от центра тяжести до транца, выраженным в долях наибольшей длины МЛ.
Кстати, сравнение данных табл. 3 с аналогичными данными, приведенными в "КиЯ" №168, показывает, что введение упомянутых выше поправок, исключающих сопротивление подводной части "Вихря" для МЛ "Крым", "Днепр" и "Серебрянка", повысило оценки скорости их хода под ПМ "Вихрь-М" со штатным окрашенным ГВ № 1 в среднем почти на 20%.
Данные табл. 3 свидетельствуют, что на практике уменьшение диаметра штатного ГВ у "Вихря-30" редко оказывается целесообразным. А вот уменьшение шага расширяет сферу применения "Вихря-30" на область глиссируюших МЛ большого водоизмещения. Хотя, по-видимому, желателен не столь радикальный переход от "штатного" шага 0.3 м к шагу 0.24 м (что подтверждают и данные этой же табл. 3 по грузовому ГВ № 4 на менее мощном "Вихре-М"). К сожалению, данные гидродинамических испытаний сменного "вихревского" грузового ГВ с шагом 0.282 м ("КиЯ" №112) отсутствуют.
Значения (табл. 3) "транспортной" топливной экономичности конкретных МЛ подтверждают общий и достаточно парадоксальный вывод, сделанный в "КиЯ" №171, о том, что этот показатель растет с увеличением водоизмещения (загрузки) глиссирующей МЛ. Кроме того, еще раз подтверждается вывод о том, что более мощный "Вихрь-30", увы, уступает по транспортной экономичности "Вихрю-М" (по крайней мере, с ГВ № 1). Наконец, как видно из табл. 3, уменьшение диаметра ГВ не дает выигрыша в транспортной экономичности.
Из табл. 3 следует, что полировка даже не в экономичном режиме полного хода благоприятно сказывается не только на скорости — ее средний прирост для МЛ таблицы составляет 5%, но и на "транспортной" топливной экономичности; прирост последней равен в среднем 3.2%.
В табл. 4 приведены, образно говоря, оценки гармоничности "союза винта и корпуса" ("КиЯ" №82) для "вихревских" ГВ и корпусов рассмотренных выше конкретных МЛ. При заданной скорости хода этот союз можно характеризовать, с одной стороны, недобором мощности по сравнению с предельной скоростью Vup ("потерянные силы"), с другой — недоиспользованием ресурса топливной экономичности по сравнению с оптимальной экономичной скоростью v0 ("потерянные литры").
Сведения о потерях мощности и экономичности, приведенные в табл. 4, выражены в процентах по отношению к паспортной максимальной мощности и наилучшей топливной экономичности е0 из табл. 2. Если считать, что 3%-ные допуски на величины потерянных сил и литров характеризуют "гармоничный" союз винта и корпуса, то выделенные в табл. 4 значения относятся к неудачным парам "винт—корпус".
Как видно из табл. 4, практически все МЛ под "Вихрем-М" со штатным ГВ № 1 "глубоко несчастливы в своем союзе": недобор мощности у этих пар порядка 20%(!), хотя с топливной экономичностью дело обстоит относительно благополучно. У "Вихря-30" с этим же ГВ № 1 существенно меньше средний недобор мощности — около 8% при практическом отсутствии потерь экономичности.
Полировка штатного ГВ, как и следовало ожидать, благотворно сказывается в первую очередь на использовании мощности — теперь потеря мощности равна в среднем всего лишь 2.8% (стала меньше в 3 раза!).
Наиболее гармоничен союз винта и корпуса у сильно загруженных МЛ под ПМ "Вихрь-30" с обрезанным ГВ № 3; для МЛ "Прогресс-2", "Казанка-5" и "Воронеж" с максимальной загрузкой потери мощности вообще отсутствуют. Единственное исключение — не очень удачный корпус "Кафы-2500", для которого потери мощности и экономичности превышают 10%. Правда, здесь ситуацию исправляет грузовой ГВ № 4 "Вихря-30", который является также единственным "союзником" МЛ "Роса" с водоизмещением почти в тонну (950 кг), обеспечивая в обоих случаях незначительные потери мощности.
Итак, материал настоящей статьи, вместе с публикациями в "КиЯ" №168, №171 и №173, дает нашему водномоторнику достаточно полное, как надеется автор, представление о ходовых характеристиках основных отечественных ПМ в сочетании с серийными отечественными МЛ. Возникает закономерный вопрос: а как быть с зарубежными ПМ и МЛ? Ведь информации об испытаниях этих ПМ и МЛ в опытовом бассейне, насколько известно автору, нет, и вряд ли она будет доступна, даже если фирмы-производители ею располагают. Где же выход?
Для МЛ такой выход почти очевиден — построение кривой буксировочного сопротивления на ходовых испытаниях, когда буксирный трос снабжен динамометром, так, как это было сделано, например, в "супертесте" на мерной миле "КиЯ" (№174) для надувных МЛ "трехметрового" класса. (Жаль только, что водоизмещение измерялось условными единицами — количеством человек, из-за чего нельзя, например, оценить гидродинамическое качество этих МЛ).
Оказывается, достаточно простой выход есть и для ПМ! И здесь нам тоже поможет журнал "КиЯ": в №84 за 1980 г. описан способ измерения упора ПМ (и, естественно, сопротивления глиссирующей МЛ, которое равно величине упора) с помощью датчика давления, помещенного между "ногой" ПМ и транцем МЛ. Этот способ был предложен инж. Л.М. Кривоносовым еще в 1960 г.! Поистине, новое — это хорошо забытое старое.
Хотелось бы надеяться, что найдется организация, заинтересованная в получении оценок ходовых возможностей зарубежных ПМ и МЛ — хотя бы с целью аргументированной рекламы. Автор с удовольствием примет участие в такой работе.