ВЕЗДЕХОДНЫЕ ЛОДОЧНЫЕ МОТОРЫ # 3. КОЛЕСО ИЛИ ПРОПЕЛЛЕР?

Идея подвесного лодочного мотора с гребными колесами у меня возникла совершенно случайно, когда в одном из хозяйственных магазинов я увидел приставку к садовому триммеру, предназначенную для рыхления почвы. Несложное устройство представляло собой червячный редуктор с передаточным отношением 1:30 и две стальные фрезы. А что если вместо них установить колеса с лопастями и превратить мотокосу в ПЛМ для вездеходного «парохода»?

ПО РЕКЕ НА КОЛЕСАХ

Помню, много лет назад в журнале «Катера и яхты» описывалась конструкция, предложенная одним изобретателем-самодельщиком. Он соорудил колесный водный движитель из трех байдарочных весел, который вращался от педального велосипедного привода. В результате скорость лодки увеличилась почти в два раза против обычной гребли. Поделившись этой информацией с соседом-одноклассником, увлекавшимся водным туризмом, я получил ответ, что это неспортивно. Возможно, поэтому дальнейшего продолжения это направление у нас тогда не получило. Сейчас же, в поисках чего-нибудь подобного, но с моторным приводом, я перерыл весь интернет, и нашел только конструкцию силовой установки, имеющую американское происхождение. Однако мне она не понравилась своей громоздкостью.

Очень интересны построенные недавно в Нижнем Новгороде мелкосидящие прогулочные суда типа «Сура», использующие в основе изобретение инженера Е.В. Фальмонова. Заднеколесный теплоход не имеет руля классического типа. Управление по курсу осуществляется независимо работающими гребными колесами с гидроприводом. Для создания боковой составляющей упора лопасти колеса (плицы) установлены под углом. Движительно-рулевой комплекс Фальмонова обеспечивает отличную проходимость по мелководью и непревзойденную маневренность. Суда типа «Сура» с компьютерным управлением приводом колес могут разворачиваться на месте без применения каких-либо подруливающих устройств. А если, предположим, что такое плавсредство село на мель, то имеется возможность опустить колеса до упора в грунт, снимая тем самым часть весовой нагрузки с кормы.

Нечто подобное, в сильно уменьшенном варианте, разумеется, решил сделать и я. В конструкции используется укороченная штанга от мотокосы, а в качестве подвески — проверенные временем струбцины ПЛМ «Салют», дополнительно оборудованные регулируемым упором для штанги.

Необходимый диаметр гребного колеса вычислить несложно. Четырехтактный триммерный моторчик Zongshen S35 развивает максимальную мощность в 1 л.с. при 6500 об/мин, то есть примерно при 108 с^·1. Колесо будет иметь частоту вращения 108/30 = 3,6 с^·1. Чтобы уверенно преодолеть течение 1 м/с, желательно иметь скорость лодки не менее 2-3 м/с. С учетом неизбежного проскальзывания окружную скорость гребного колеса можно принять равной примерно 5 м/с. Соответственно, радиус колеса, на котором находится равнодействующая упора, должен быть не менее 5/(2тт·3,6) = 0,22 м. Получается, что диаметра гребного колеса около 500-600 мм вполне должно хватить. Подобные приблизительные расчеты подтверждает и статья И. Жукова «Мини-мокик на суше и… воде» (см. «М-К» № 7-1978), где для веломоторчика V-50 близкой мощности предлагается гребное колесо диаметром 500 мм. Стоит заметить, что возможные ошибки в этих расчетах легко исправить изменением заглубления колеса или, в крайнем случае, варьируя ширину плиц.

Это же позволяет использовать один и тот же движитель для разных моторов мощностью от 1 до 3 л.с.

Определившись с размерами колес, я приступил к их проектированию и изготовлению, что, надо признаться, далось не просто. Один вариант был забракован из-за большой массы, другой из-за непрочности. Окончательная версия собрана на винтах М5 из дюралюминиевого уголка 40x40x3 мм (это внутренние детали лопастей) и дюралюминиевого же швеллера 40x25x2 мм (внешние детали). Плицы выполнены из листового стеклотекстолита СТЭФ толщиной 2 мм. Особенность конструкции колеса, обеспечивающая его легкость, заключается в том, что в нем отсутствует физическая ось (геометрическая, конечно, имеется). Жесткость и прочность колесу придают стеклотекстолитовые плицы размером 160×200 мм, расположенные на лопастях, установленных под углом 60 градусов друг к другу. В результате масса одного гребного колеса в сборе со стальной ступицей от садового рыхлителя составляет всего 3,1 кг. Диаметр колеса 570 мм.

Масса конструкции в варианте с четырехтактным триммерным моторчиком Zongshen S35 мощностью 1 л.с. составила 14,5 кг, из которых 3,2 кг приходится на штангу с редуктором, по 3,1 кг на каждое колесо, 4,0 кг на двигатель, и 1,1 кг на все остальное: подвеска, рукоятка управления, ограждение.

На чертеже общего вида получившегося у меня колесного лодочного мотора мощностью 1-3 л.с. не показано ограждение колес, сделанное из легкого пластикового подкрылка для двухскатных колес грузовика. На нем я написал «Севрюга», поскольку считаю, что после фильма «Волга-Волга» все колесники должны называться только так!

Установку я повесил на транец лодки «Стрингер-265». Оптимальное заглубление гребного колеса составляет примерно 2/3 высоты плиц. Расчетный упор движителя «на швартовых» при частоте вращения односильного мотора 6000 об/мин равен примерно 25 кгс. Для сравнения, «Салют» с 2 л.с. создает упор около 20 кгс. Таким образом, на малых скоростях КПД гребного колеса превосходит этот показатель для гребного винта, что для судостроителей, конечно, не секрет. Мощность, требуемая для вращения колес, очень сильно зависит от их заглубления. Поэтому угол наклона мотора необходимо подстраивать в зависимости от загрузки лодки. Интересно, что из-за малых скоростей плиц относительно воды, колесо, в отличие от винта, не должно быть обтекаемым. На старых колесных пароходах в качестве гребных лопастей использовали обычные деревянные доски.

«КОСИЛКА» С ПРОПЕЛЛЕРОМ

Рассказ о моих вездеходных лодочных моторах был бы неполным без аэролодки, а точнее, ПЛМ с воздушным винтом. Подобные небольшие моторы мощностью 4-5 л.с. выпускались в 50 — 60-е годы в США, но потом были практически забыты. Дело в том, что вода в 800 раз плотнее воздуха, и тяга обычного гребного винта, или его упор, как говорят судостроители, примерно вдвое выше, чем воздушного винта, приводимого в движение мотором той же мощности. Также в «минус» воздушному винту идут высокая шумность и потенциальная опасность, поэтому к созданию малой аэролодки я всегда относился отрицательно. Если бы не одна случайность…

Несколько лет назад нашему НИИ выделили под мастерскую помещение бывшего СКБ-203 МАИ, специализировавшегося на разработке ДВС малой мощности для авиамоделей и беспилотников. В 2000-е годы СКВ «тихо и мирно» прекратило существование из-за того, что все сотрудники вышли на пенсию, поэтому часть его имущества досталась нам в наследство. В частности, несколько развешенных по стенам небольших пропеллеров. Один из них, диаметром 720 мм, как мне показалось, я где-то видел ранее. И действительно! Он был сделан точно по чертежам журнала «Моделист-Конструктор» и предназначался для мотора от бензопилы «Дружба» мощностью около 4 л.с. (Чертежи этого пропеллера и конструкцию аэромотора можно найти в статьях С. Киркина «Ранцевый аэродвижитель» («М-К» № 1-1968) и И. Ювенальева «Мотор для Карлсона» в «М-К» № 1-1979.)

Двухтактный триммерный моторчик Huasheng 1E48F-E рабочим объемом 72 см³ и мощностью 3-4 л.с. к тому времени у меня уже был, оставалось приспособить мотокосу под воздушный винт. Но в этот раз я решил не строить новую конструкцию полностью с нуля, а сделать аэродвижитель как сменный модуль к описанному выше колесному подвесному мотору. Вместо червячного редуктора с передаточным отношением 1:30 устанавливается «родной» (от мотокосы) шестеренчатый конический редуктор с передаточным отношением 1:1,33.

Особого внимания при создании аэродвижителя требует ограждение пропеллера. К счастью, мне не приходилось видеть людей, травмированных воздушным винтом, но работая в МАИ, страшных историй на этот счет я слышал много. Конструкцию ограждения можно заимствовать из указанных статей. Самый простой и достаточно эффективный вариант выполнен из двух дюралюминиевых гимнастических обручей диаметром 750 мм, обтянутых стальным тросиком. Интересно, что сейчас подобные обручи для спорта можно заказать любые, диаметром от 600 до 1300 мм. Масса установки составила 1,95 кг.

Когда конструкция была уже собрана, я столкнулся с неприятной неожиданностью. Оказывается, конический шестеренчатый редуктор мотокосы устроен таким образом, что его выходной вал вращается в «неправильную» сторону, и при насадке на него имеющегося в моем распоряжении пропеллера, под который все и делалось, он будет не толкающим, а тянущим. Конечно, можно было бы по тем же чертежам выпилить аналогичный пропеллер противоположного вращения, но в наше время есть более простые пути. Воздушные винты подобного типоразмера (под моторчики мощностью 1-3 л.с.) считаются авиамодельными и продаются по вполне доступным ценам. Поэтому я просто приобрел пропеллер китайского производства диаметром 24 дюйма (610 мм) и шагом 10 дюймов (254 мм).

Впрочем, расчет винта сейчас тоже не проблема. Достаточно скачать бесплатную программу Propselector, которая по заданным диаметру, шагу, количеству лопастей и частоте вращения винта рассчитывает необходимую для этого пропеллера мощность двигателя и получаемую тягу. Результаты таких расчетов применительно к имеющемуся у меня пропеллеру и трем мотоголовкам показаны на диаграмме. Видно, что в самом мощном варианте — 4 л.с. при 8000 об/мин — тяга составит всего 14 кгс. А как уже упоминалось, 2-сильный лодочный моторчик «Салют» создает тягу 20 кгс (правда, уменьшающуюся с ростом скорости).

«БЕНЗОКОЛЕСНИК» ПРОТИВ «АЭРОГЛИССЕРА»

Для ходовых испытания моих новых конструкций мы отправились в излюбленное место в верховьях Москвы-реки. Течение здесь небыстрое, около 1 м/с, но русло настолько заросшее, что в лоциях для туристов-байдарочников этот участок считается непроходимым против течения.

Первым на лодку был установлен подвесной мотор с воздушным винтом. И в целом, результаты испытаний меня порадовали. Я опасался, что расчетной тяги 14 кгс не хватит для движения по плотно заросшему травой водоему. Оказалось, что боялся напрасно: тяги вполне достаточно, лодка даже с легкостью перескакивала через полузатопленные бревна. Скорость на чистой воде достигает 10 км/ч, что даже больше, чем под «Салютом». Видимо, сказываются отсутствие сопротивления подводной части мотора и вертикальная составляющая тяги пропеллера, разгружающая корму лодки. На поворотах надо быть осторожным, лодка довольно сильно кренится наружу траектории, это тоже результат приложения тяги на значительной высоте.

Но главный недостаток аэромотора — это шум! Пропеллер «орет» заметно громче отнюдь не тихого 4-сильного «двухтактника». Покатавшись примерно полчаса, я сошел на берег со звоном в ушах и даже не стал предлагать супруге повторить заезд, а решил сразу переходить к испытанию альтернативной конструкции. Означает ли это, что я отрицательно отношусь к аэролодкам? Нет, конечно, но считаю, что из-за более низкого КПД мощность «аэромотора» должна быть не меньше 10 л.с., а крепление — стационарным (хотя, возможно, и разборным). Принятое на обычных лодочных моторах крепление на струбцинах к транцу не обеспечивает должной безопасности.

Трансформация аэролодки в «бензоколесник» потребовала не более получаса. Редуктор в сборе с пропеллером был заменен на «тихоходный» червячный редуктор с гребными колесами, подвеска мотора была развернута на 180 градусов, а самый мощный двухтактный 4-сильный двигатель заменен на почти бесшумный, по сравнению с ним, четырехтактный 1-сильный.

На воде «колесник» произвел сильное впечатление! Скорость на чистой воде поменьше, конечно, всего 5-6 км/ч, но проходимость по заросшим участкам водоема не ниже, а выше, чем у аэролодки. При попадании под плицы какой-либо преграды, травы, коряги, или касания дна на мелководье, скорость не снижалась, а увеличивалась, поскольку колесо отталкивалось от более твердой точки опоры. У меня были понятные опасения за прочность колеса и его плиц, но они не подвели: конструкция дюралюминиевого каркаса оказалась удачной, а стеклотекстолит — весьма прочным материалом. Несколько запасных плиц я заготовил заранее, но они не пригодились. Управляемость тоже оказалось вполне приемлемой, не хуже, чем у обычного подвесного мотора.

На следующий день мы с женой прошли на этом «бензоколесном» судне под мерное шлепанье лопастей от Красного Стана до впадения Рузы и обратно, получив настоящее удовольствие. Без сомнений, могу рекомендовать такую конструкцию всем желающим. Так как она не имеет аналогов, можно было бы озадачиться получением на нее патента, но их у меня и по основной работе достаточно.

КАТЕР «ИДЕТ» ПО БОЛОТУ: ВЫВОДЫ

Сравнительные характеристики вездеходных лодочных моторов

В уже упоминавшемся в первой статье (см. «М-К» № 10-2018) американском обзоре вездеходных водных движителей конкретных выводов сделано не было. Каждый тип ПЛМ имеет свои «плюсы» и «минусы», и свою область применения. Я тоже, пожалуй, не буду делать категоричных заключений. Вместо этого предлагаю сравнить преимущества и недостатки сделанных и испытанных мною конструкций, для чего ряд их эксплуатационных параметров я оценил по «школьной» пятибалльной системе. Результаты сведены в таблице, которую и привожу. Интересно, что по сумме баллов побеждает все же водомет, несмотря на более чем посредственную проходимость по заросшим водоемам. Сказываются его отличные массогабаритные показатели, удобство управления и безопасность. Планируя будущие дальние путешествия, я бы взял в качестве запасного моторчика именно маленький водомет, а для покатушек по подмосковным речкам — «колесник» или мотор-весло, у которого проходимость похуже, зато скорость выше.

Григорий ДЬЯКОНОВ

Этим материалом мы завершаем цикл статей о самодельных подвесных лодочных моторах. Возможно, некоторые из описанных конструкций вы захотите повторить или, взяв их за основу, сделать что-то свое. Чтобы проще было ориентироваться в многообразии рассмотренных тем, приводим список публикаций:

«Самодельные лодочные моторы», часть 1 (с 2-тактными двигателями от садовых триммеров) — № 5-2018; часть 2 (с 4-тактными двигателями от газонокосилок) — № 6-2018; часть 3 (гибридные ПЛМ) — №7-2018; часть 4 (гибридные ПЛМ) — № 8-2018; «Вездеходные лодочные моторы», часть 1 (микроводометные ПЛМ) — № 10-2018; часть 2 (мотор-весло) — № 11-2018; часть 3 (ПЛМ с гребным колесом и аэродвижителем) — № 12-2018.

Поделитесь собственным опытом с другими читателями-самоделыциками! Интересным техническим решениям всегда найдется место на страницах «Моделиста-конструктора»!