Автор еще в "КиЯ" №171 и №173 предложил "транспортный" показатель топливной экономичности МЛ и показал связь его с техническими характеристиками ПМ. Между прочим, во всей подшивке "КиЯ" (№111) удалось найти только один единственный, достаточно курьезный, пример нетранспортного использования ПМ для борьбы с кислородным голоданием рыбы с помощью стационарно закрепленных ПМ — своего рода "водяных вентиляторов".
Что же такое "транспортные" характеристики ПМ и как они связаны с привычными техническими (мощность, частота вращения, расход топлива, геометрия гребного винта) и гидродинамическими (упор, пропульсивный коэффициент) показателями?
МЛ как транспортное средство характеризуется водоизмещением D (и, соответственно, грузоподъемностью), скоростью хода v, часовой транспортной работой Т (т. е. мощностью "транспортировки"), топливной экономичностью E в виде транспортной работы на литре топлива ("КиЯ" № 171), а также эксплуатационной эффективностью Э — транспортной работой, отнесенной к единице мощности ПМ (см. например, В. К. Елисеев и В. А. Хилькевич. "Пособие водителю-мотористу маломерного судна", Киев, Техника, 1990).
С помощью последнего показателя, в частности, оценивают результаты испытаний серийных прогулочных судов, а в теории транспортных средств по этому показателю определяют скорость движения, наиболее выгодную по затратам мощности (см. Ю. Мацкерле. "Автомобиль сегодня и завтра", Л.-М., Машиностроение, 1980). В нашем случае этот показатель характеризует уровень конструктивных решений ПМ, обеспечивающих, образно говоря, степень его "гидродинамической приспособленности" к данному корпусу МЛ.
Благодаря гидродинамической независимости ПМ и корпуса глиссирующей МЛ ("КиЯ" №143) "транспортные" показатели, характеризующие Мл "в целом", можно выразить через технические и гидродинамические параметры ПМ и корпуса МЛ по отдельности, а именно ("КиЯ" №173):
где К — гидродинамическое качество корпуса МЛ; Р, η и g — соответственно упор, буксировочный КПД (пропульсивный коэффициент) и удельный расход топлива.
Все эти параметры зависят от скорости хода v, которая у глиссирующих МЛ однозначно связана с частотой вращения n коленчатого вала ПМ ("КиЯ" №143). Поэтому и "транспортные" показатели зависят от частоты вращения, и их можно считать такими же характеристиками ПМ, как, например, топливная экономичность ("КиЯ" №173). Иными словами, если поочередно навешивать разные ПМ на один и тот же корпус глиссирующего судна, то одна и та же скорость хода v (частота вращения n) будет достигаться при строго определенной величине водоизмещения D, но различных значениях часовой транспортной работы Т, эксплуатационной эффективности Э и топливной экономичности Е.
Поэтому набор таких "транспортных" характеристик полезен не только для водномоторников, уже состоявшихся или будущих, но и производителей ПМ, особенно дилеров, рекламирующих и продающих ПМ. Действительно, по транспортным характеристикам водномоторник может оценить потенциальные возможности имеющейся или будущей МЛ, производитель ПМ получает, например, возможность уточнить рейтинг своей продукции, а дилер — построить свою рекламную кампанию на достаточно объективных данных, изложенных на языке, понятном покупателю.
Возникает естественный вопрос: как выбрать тестовый корпус МЛ для оценки транспортных характеристик ПМ? Можно "взять" корпус некоторой конкретной МЛ, но какой именно? Чтобы "никому не было обидно", мы в качестве тестового рассмотрим, как модно нынче говорить, "виртуальный" корпус, гидродинамическое качество которого усреднено для определенного класса реальных МЛ, например, по системе ГОСТ 19105—79 (ее грузоподъемность — до 400 кг, длина — 4.0-5.0 м; усредненное гидродинамическое качество изменяется от 6.8-6.9 при скоростях 18-26 км/ч до 4.6 — при 44 км/ч).
На рис. 1 приведен график зависимости гидродинамического качества К от скорости v, усредненный по буксировочным кривым для отечественных серийных МЛ "Прогресс-2", "Днепр", "Казанка-5", "Крым", "Воронеж" и МКМ ("Херсонка"), которые соответствуют по классификации упомянутого ГОСТ наиболее распространенному пятому типу прогулочных судов. В частности, средняя длина указанных МЛ — 4.3 м (4.1-4.65 м), среднее относительное удлинение — 2.75 (2.7-2.S); буксировочные кривые отобраны для МЛ с оптимальной центровкой (см. "КиЯ № 168). Угол килеватости у всех МЛ, кроме "Днепра", в среднем — 4.5° (27.5°), у "Днепра" — 14.5°.
"Навешивать" на наш "виртуальный" корпус пятого типа будем ПМ "Вихрь-М", "Нептун-23" и "Привет-22" (результаты их испытаний в опытовом бассейне — см. "КиЯ" №173), а также "Вихрь-30", данные для которого получены автором путем пересчета экспериментальных характеристик "Вихря-М" ("КиЯ" №180). Все гребные винты (Гв) этих ПМ — штатные, окрашенные, для "Вихря-30" дополнительно рассмотрен полированный штатный ГВ.
Графики на рис. 2 показывают, что, как и следовало ожидать, самый мощный "Вихрь-30" обеспечивает при скорости полного хода самую большую грузоподъемность, а именно: с полированным штатным ГВ он способен "толкать" тестовую МЛ водоизмещением почти в 1 т (900 кг) со скоростью 23 км/ч. Правда, при этом коэффициент использования мощности (см. "КиЯ" №173) равен 0.83, т. е. теряется почти пятая часть паспортной мощности ПМ.
Со штатным окрашенным ГВ результаты у "Вихря-30" немного ниже: 830 кг при скорости 24 кг/ч и коэффициенте использования мощности, равном 0.8. Вообще же в диапазоне скоростей 20-40 км/ч полировка ГВ у "Вихря-30" дает прирост водоизмещения примерно на 10-15%.
Как видно из этого же рисунка, 25сильный "Вихрь-М" по грузоподъемности является, увы, аутсайдером, пропуская вперед менее мощные ПМ "Привет-22" и "Нептун-23". Так, в указанном диапазоне скоростей "Вихрь-30" выигрывает у "Вихря-М" 35-50% грузоподъемности, а "Нептун-23" при 23-34 км/ч — не менее 20%! При этом коэффициент использования мощности у "Нептуна-23" не ниже 0.9, т.е. доля "потерянных сил" у него не превышает 10%!
Наконец, наибольшая грузоподъемность любого ПМ обеспечивается при скоростях хода ниже 25 км/ч и существенно (примерно вдвое) уменьшается с увеличением скорости до 40 км/ч.
Для водномоторника более наглядной представляется табл. 1, показывающая, какую скорость хода развивает тестовая МЛ с разными ПМ в зависимости от загрузки. В скобках указаны значения скорости, которые выше предельно допустимой для данного ГВ, соответствующей максимальной частоте вращения коленвала ПМ.
Из табл. 1 видно, например, что при водоизмещении 500-650 кг "Вихрь-30" (с окрашенным ГВ) обеспечивает скорость хода в среднем выше на 33%, чем "Вихрь-М" (с таким же ГВ) и всего на 20%, чем "Нептун-23". Иначе говоря, средняя скорость "Нептуна-23" выше, чем его "традиционного соперника" "Вихря-М", на 20%, в то время как паспортная мощность ниже почти на 10%!
Правда, корректнее говорить не о паспортной, а о фактической мощности ПМ при определенной скорости хода. В данном случае у "Нептуна-23" коэффициент использования мощности лежит в интервале 1.0-0.95, а у "Вихря-30" — в интервале 0.96-0.94. Иными словами, относительно использования мощности оба ПМ в этих случаях находятся примерно в равных условиях. У "Вихря-М" этот коэффициент изменяется в интервале 0.8-0.68, т. е., например, при водоизмещении 650 кг не используется более 30% мощности ПМ (у "Нептуна-23" — 5%). Так что и здесь "Нептун-23", образно говоря, "впереди планеты всей!" (см. "КиЯ" №168, №171 и №173).
Перейдем к анализу часовой транспортной работы (рис. 3). Эта величина максимальна при некотором значении скорости хода. Так, наиболее полно реализуются транспортные возможности ПМ у "Вихря-М" при v=28.0 км/ч (и n=3790 об/мин), у ПМ "Привет-22" — при v=30.0 км/ч (n=4080 об/мин), у "Нептуна-23" — при v=29.0 км/ч (n=4680 об/мин). У "Вихря-30" максимум транспортной работы достигается при скорости 30 км/ч как с окрашенным, так и с полированным ГВ, но частота вращения в первом случае равна 4200 об/мин, а во втором — 4330 об/мин.
Максимальную транспортную работу (Т=24.0 т.км) обеспечивает "Вихрь-30" с полированным ГВ, у "Вихря-М" этот показатель на треть меньше (всего 16.0 т. км), "Привет-22" и "Нептун-23" занимают промежуточные позиции (см. рис. 3), причем "Нептун-23" "обходит" "Вихрь-М" почти на 20%. При водоизмещении 500-650 кг (табл. 2) различие в транспортной работе у "Вихрей" вдвое меньше, однако у "Нептуна-23" и "Вихря-М" соотношение этих величин остается прежним.
Эксплуатационная эффективность Э максимальная при определенной скорости хода, а именно: у ПМ "Привет-22" Э=3.7 при 29.0 км/ч, у "Нептуна-23" Э=3.3 при 27.0 км/ч, у семейства ПМ "Вихрь" Э=3.0-3.2 при скоростях 25.0-28.0 км/ч.
Здесь "Нептун-23" впервые уступает свое традиционно первое место ПМ "Привет-22", а именно: у ПМ "Привет-22" на 10% более экономно тратится мощность на перемещение тестовой МЛ со скоростью 29 км/ч, чем у "Нептуна-23" со скоростью 27 км/ч. Однако при этом водоизмещение МЛ под "Нептуном-23" 700 кг, а под ПМ "Привет-22" — 630 кг, что на 10% меньше.
Но сегодня, пожалуй, самая главная для водномоторника "транспортная" характеристика ПМ — топливная экономичность E ("КиЯ" №171, №173). Как видно из рис. 4, значения E максимальны при определенной скорости (табл. 3). По этому показателю "Нептун-23" вне конкуренции — значение E у него на 5% больше, чем у ПМ "Привет-22", и в среднем более чем на 30% выше, чем у ПМ семейства "Вихрь"!
Если установить 3%-ный "допуск" на практически приемлемое ухудшение показателя Е0 (см. "КиЯ" №173), то для ПМ "Вихрь-М" и "Вихрь-30" с окрашенными ГВ наиболее экономичным является режим движения в интервале скоростей 23.0-31.0 км/ч (табл. 4). Но при этом, естественно, различны водоизмещение (грузоподъемность) и транспортная работа тестовой МЛ с этими ПМ. В частности, для "Вихря-30" и водоизмещение, и транспортная работа выше примерно на 30-40%.
Таким образом, табл. 3 и 4 наиболее полно характеризуют транспортные возможности отечественных ПМ — из тех, "кому за двадцать", — применительно к наиболее распространенному классу отечественных МЛ пятого типа по ГОСТ 19105—79.
Точно так же можно оценивать транспортные возможности и других МЛ с ПМ, в том числе зарубежных. В "КиЯ" №83 приведена методика гидродинамического эксперимента с ПМ в процессе обычных ходовых испытаний с помощью датчика давления, помещенного между "ногой" ПМ и транцем МЛ, а в "КиЯ" №108 рассмотрен вариант такой методики с использованием обычного динамометра.
Подведем кратко итоги.
1. Благодаря гидродинамической независимости корпуса МЛ и ее ПМ конструктивные параметры последнего однозначно связаны с "транспортными" характеристиками МЛ: скоростью хода, грузоподъемностью (водоизмещением), часовой транспортной работой, топливной экономичностью (транспортной работой на 1 л топлива), эксплуатационной эффективностью (транспортной работой, отнесенной к единице мощности ПМ).
2. Для оценки транспортных характеристик ПМ в качестве тестового корпуса МЛ предлагается использовать "виртуальный" корпус с гидродинамическим качеством, усредненным по определенному классу реальных МЛ.
3. Для рассмотренной тестовой МЛ часовая транспортная работа и "транспортная" топливная экономичность достигают максимальных значений при определенных, но, вообще говоря, не одинаковых скоростях хода, которые для отечественных ПМ ("Вихрь-М", "Вихрь-30", "Нептун-23", "Привет-22" со штатными ГВ) находятся в диапазоне 28-30 км/ч.
4. Среди упомянутых выше ПМ с окрашенными ГВ безусловным лидером по топливной экономичности является "Нептун-23"; по грузоподъемности (водоизмещению) и часовой транспортной работе он уступает только ПМ "Вихрь-30" и оставляет позади более мощный "Вихрь-М". Однако по минимальным затратам мощности ПМ на единицу транспортной работы лидирует ПМ "Привет-22". Иначе говоря, "Привет-22", уступая "Нептуну-23" по эффективности сжигания топлива, по "транспортной" эффективности в целом больше остальных соответствует тестовой МЛ.
Заметим, что на "виртуальный" корпус МЛ можно "навешивать" и любые другие ПМ (для которых известны зависимости упора и частоты вращения от скорости хода), чтобы определить их транспортные характеристики.