ГЛИССИРУЮЩИЙ… АВТОМОБИЛЬ

Любопытные взгляды сопровождают этот экипаж повсеместно. И неудивительно — слишком уж непривычно выглядит в потоке автомобилей… катер на колесах. Речь идет о транспортном средстве, существующем пока что в единственном экземпляре,— о глиссирующей амфибии «Тритон». Построен он человеком, который, казалось бы, очень далек от техники. Д.Т. Кудрячков — не конструктор, а профессиональный музыкант, долгое время работавший в Московском академическом музыкальном театре имени К.С. Станиславского и В.И. Немировича-Данченко.

Тем не менее Дмитрий Трофимович проявил несвойственный его профессии талант инженера и изобретателя, чтобы решить очень непростую задачу: заставить полноразмерный автомобиль не только плавать, но и глиссировать (а при желании и вовсе трансформировать его в «чистый» катер).

Так появились оригинальные подвески колес с быстроразъемными шарнирами, необычный рулевой привод и парадоксальные «сухие» разъемы тормозной гидросистемы, до того не встречавшиеся в транспортной технике.

Ходовые испытания подтвердили работоспособность и надежность всех систем и агрегатов амфибии. Положительное экспертное заключение специалистов НАМИ послужило основанием для регистрации «Тритона» в ГАИ. В свою очередь, Государственная инспекция по маломерным судам (ГИМС) допустила его и к плаванию по всем внутренним водным путям разряда «Л» и «Р». С тех пор амфибия верой и правдой служит своему хозяину вот уже который год.

В электронной и печатной прессе появлялись сообщения о «Тритоне». Однако нынешняя публикация — наиболее полная. Она раскрывает логику поиска оригинальных технических решений, позволивших создать транспортное средство, равноценное по своим эксплуатационным свойствам как на суше, так и на воде. Вместе с подробным описанием представлен и обширный графический материал, который даст заинтересованным читателям и, возможно, последователям не только представление о сути оригинальных конструкторских находок Д.Т. Кудрячкова, но и, может быть, толчок к решению собственных технических задач.

Удивление, как известно,— начало всякой философии. Для меня тоже все началось с удивления или, что вернее, с вопроса: неужели автомобиль-амфибия навсегда останется неполноценным транспортным средством? Почти сто лет сопутствуют ему два «родимых пятна»: малая скорость на воде и несоответствие требованиям безопасности плавания (низкий надводный борт, плохая маневренность, нулевая мореходность). В результате — запрет водной инспекции на его эксплуатацию наравне с судами одноцелевого назначения.

В чем дело? Что мешает колесной амфибии быть на воде быстроходным катером? Оказалось, многое.

Прежде всего — привычный автомобильный дизайн. От него надо отказываться. В отличие от плавающего автомобиля, который на воде имеет скорость 7 — 9 км/ч даже с заводским кузовом, корпус настоящей амфибии должен соответствовать условиям новой «среды обитания», то есть бескомпромиссно повторять обводы днища быстроходного катера.

Архитектура надводной части может быть практически любой, но опять же — с учетом особенностей эксплуатации на воде. Так, например, желательна обычная в катеростроении палуба с малым уклоном, поскольку она — рабочее место при шлюзовании, швартовке к пирсу или подходе к необорудованному берегу.

Дальше. Ничего не должно мешать корпусу глиссировать. Всю автомобильную ходовую часть — колеса, элементы рулевого привода и трансмиссию необходимо убирать из воды полностью. Копромиссы здесь исключены. Любые обтекатели, экраны или частичное поджатие колес добавят скорости не более 2—3 км/ч, и амфибия по-прежнему останется пусть плавающим, но — автомобилем.

И последнее. Если для автомобиля даже значительное превышение рекомендованной грузоподъемности мало сказывается на его ходовых качествах, то для амфибии реализация режима глиссирования требует жесткого согласования ее полного веса с мощностью двигателя. Существует порог, переступать который недопустимо: если величина удельной нагрузки на двигатель больше критической, амфибия перестает быть глиссирующей.

В нашем случае этот порог — 22 кг/л.с., причем из-за особо тяжелых условий эксплуатации двигателя на воде в расчет берутся только 80% его номинальной мощности.

Предварительные прикидки показали, что по гидродинамическим требованиям и по условиям обитаемости габаритные размеры корпуса «Тритона» не могли быть меньше сложившегося в катеростроении типа «минимального катера с автомобильным двигателем» длиной около 5 и шириной 2 м. При этом выходило, что вес снаряженной амфибии с автомобильной начинкой на 300 кг превысит вес каютного катера сопоставимых размеров (1000 кг). Таким образом, при полном водоизмещении 1300 кг можно было использовать двигатель ГАЗ-21 с ограничением до 80% номинальной мощности. Получающаяся при этом удельная нагрузка 22 кг/л.с. не превышала пределов, ограничивающих возможность глиссирования.

Вот чем объясняются конструктивные особенности и компоновка «Тритона».

КОРПУС

Остроскулые обводы корпуса с небольшим развалом бортов имеют умеренную килеватость (5% на транце). Борта в местах подвесок колес вертикальны. Носовым ветвям шпангоутов придан очень большой развал, что позволило получить просторную, почти прямоугольную в плане палубу. Отмечу, что на теоретическом чертеже (и в таблице плазовых ординат) скуловые брызгоотбойники, вертикальные участки бортов в районе подвесок и погибь носовых шпангоутов для упрощения не показаны.

Конструктивно корпус амфибии — несущий. Точнее, применена его разновидность — несущее днище, нижняя часть которого представляет собой сплошную коробчатую платформу, состоящую из отсеков-шпаций.

Силовой набор корпуса выполнен по продольно-поперечной схеме с применением дуба и сосны. Шпангоуты собраны на кницах с обеих сторон. Топтимберсы имеют переменное сечение с уширением к скуле. Балки продольного набора и листы обшивки (авиационная фанера различной толщины) состыкованы «на ус». Корпус снаружи оклеен стеклотканью. Все соединения выполнены эпоксидным клеем с опрессовкой шурупами или струбцинами. Метизы применялись только оцинкованные или кадмированные. Внутренние поверхности корпуса покрыты эпоксидным лаком. Непотопляемость его обеспечена герметизацией форпика и секций несущего днища.

Наклон транца согласован с углом установки водомета и равен 6 градусам к вертикали. На транце смонтирован жесткий трап: он удобен на воде и на суше и одновременно служит ограждением радиаторов, глушителя и реверсивно-рулевого комплекса водомета.

Корпус сделан полностью закрытым — без кокпита и бортовых потопчин (узких участков палубы вдоль борта). Вместо них — сквозной центральный проход вдоль оси амфибии. При открытой крыше он соединяет носовой и кормовой участки палубы. Для этого средняя створка ветрового стекла откидывается, а задняя дверка и панели крыши складываются в компактный пакет и крепятся справа по борту.

ТАБЛИЦА ПЛАЗОВЫХ ОРДИНАТ

Так как на корпус предстояло навесить массу «ненужных» обычному катеру узлов и агрегатов, особенно остро встала проблема снижения веса. На всех этапах работы тщательно обосновывался как выбор применяемых материалов, так и размеры и сечения деталей.

Важным резервом снижения веса было многоцелевое использование конструктивных элементов при условии рационального их взаиморасположения. Например, вертикальные лонжероны несущего днища служат и стенками рундуков; они же, будучи усиленными в кормовой части, составляют основу подмоторного фундамента. Различная величина шпаций (400, 550, 600 мм) не только строго увязана с планировкой внутреннего пространства, но и исключает дублирование поперечного набора, поскольку согласована с установочными размерами агрегатов ходовой части. Опорные узлы подвесок колес подкреплены двумя парами усиленных шпангоутов, а два пиллерса по сторонам центрального прохода частично разгружают силовой набор крыши и одновременно служат опорой для мачты дополнительного парусного вооружения.

КАЮТА

Отказ от бортовых потопчин позволил расширить каюту от борта до борта, что значительно увеличило полезный ее объем. Внутреннее пространство условно делится на две части: ходовую трубку, границей которой служат спинки передних сидений и пиллерсы, и салон с расположенным в корму от него камбузом и шкафом для одежды.

Передние сиденья — места водителя и штурмана — имеют неразборный дюралевый каркас и могут устанавливаться в двух уровнях с разницей по высоте в 400 мм. Нижнее положение обычное — «автомобильное»; верхнее используется только на воде для улучшения обзора в сложных условиях плавания. Для этого над сиденьями проделаны люки. Крышки их откидываются назад, а противосолнечные козырьки, повернутые наверх, защищают лицо водителя от встречного потока воздуха, весьма значительного на скорости 40—50 км/ч.

Шесть сидений в салоне расположены вдоль бортов на рундуках; четыре из них снабжены шарнирами и легко трансформируются в полноразмерное двуспальное место поперек корпуса. Для снижения веса все сиденья изготовлены из плит пенопласта ПХВ-1 толщиной 50 мм, покрытых поролоном и обшитых кожзаменителем.

Снаряжение и запас продуктов хранятся в двенадцати рундуках и обширном багажнике в форпике (над бензобаком). Кроме того, имеются бортовые карманы и штурманский «саквояж» для маршрутных карт, бинокля, кинофотоаппаратуры и мелких вещей.

Вентиляция салона естественная — через приоткрытые или полностью открытые в любом сочетании люки, дверцы и панели крыши над центральным проходом.

Несколько слов о камбузе. По существу, в салоне его как бы нет, поскольку при задвинутом в нишу столе он закрыт и похож на расположенный напротив шкаф для одежды. Однако в нем достаточно места для двух «Шмелей», выдвижной раковины с краном от бачка питьевой воды и всякой кухонной утвари. В нишах объемной дверки хранятся термос, мелкая посуда, специи, чай, кофе, сахар.

СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Двигатель ГАЗ-21, коробка перемены передач с дифференциалом от «Запорожца» и самодельный редуктор представляют собой единый силовой блок. Он установлен на пяти резиновых подушках вплотную к транцу, над водометом. При такой компоновке предельно сокращается длина моторного отсека.

Доступ к храповику коленвала — через отверстие в транце, перекрываемое подпружиненной крышкой с уплотнением.

Система охлаждения двигателя двухконтурная. Кормовое расположение его потребовало ряда дополнений: для более интенсивного обдува водяного радиатора установлен направляющий кожух; штатная четырехлопастная крыльчатка вентилятора заменена легкой шестилопастной, развернутой в обратную сторону; дополнительно установлен маслорадиатор от ГАЗ-51. Воздух поступает к ним через отдельный палубный воздуховод и частично через широкий зазор между транцем и кожухом вентилятора.

При работе водомета на плаву автоматически подключается второй — внешний контур охлаждения, состоящий из водяного теплообменника, врезанного в магистраль между радиатором и водяным насосом. Забортная вода поступает также в змеевик охлаждения масла в картере двигателя и в рубашку редуктора.

Коллектор выхлопных газов, заключенный в легкий кожух, охлаждается на суше и на воде двухскоростным центробежным электровентилятором, управление которым сблокировано с педалью «газа». При прогреве двигателя вентилятор отключен. На средних оборотах он включается на малую скорость и на высоких (свыше 2500 об/мин) — на большую.

Выхлопные газы выводятся наружу через трубу, имеющую перед транцем компенсационную проставку — сильфон, который поглощает вибрацию двигателя. За транцем — глушитель, жестко закрепленный под нижней ступенькой трапа.

В моторный отсек воздух поступает через воздухозаборники, расположенные по обеим сторонам каюты. По корабчатым трубам он направляется к двигателю и редуктору и отводится затем через специальные решетки в транце.

Для передачи мощности водомету и коробке передач применен шестеренчатый редуктор. Передаточное отношение его 19:18. Шестерни прямозубые с модулем 3 мм и термической обработкой до 48—52 HRC. Шума от таких шестерен, по сравнению с косозубыми, побольше (на 8—10 дБ), однако применение их позволило уменьшить габариты и вес редуктора. (Позже шестерни все-таки были заменены на косозубые, хотя втиснуть их в старый корпус было нелегко.)

Корпус редуктора сварной. Все отверстия и посадочные места обрабатывались на расточном станке. На боковые стенки и дно редуктора наварена рубашка водяного охлаждения.

Управление редуктором выведено на сектор «водомет — нейтраль — колеса», расположенный справа от водителя, рядом с рычагом переключения передач. Здесь же рукоятка реверса водомета.

В линию управления коробкой передач введен «пантограф» — своеобразный промежуточный узел, необходимый потому, что вал управления, проходящий под сланями, и шток ползуна коробки находятся на разной высоте.

ВОДОМЕТ

Водометный движитель «Тритона» изготовлен из нержавеющей стали. За основу принята конструкция, описанная в журнале «Катера и яхты» № 11 и 25. Разумеется, с существенными изменениями: расширено входное отверстие водовода; установлен смотровой лючок; обтекатель спрямляющего аппарата удлинен; в съемной (на резьбе) части обтекателя расположены подшипники и сальники задней опоры вала; сечения лопастей ротора и спрямляющего аппарата уменьшены вдвое; зазор между обечайкой и лопастями ротора выдержан 0,4 мм; значительно облегчен реверсивнорулевой комплекс.

Водовод сварен из двух симметричных половин, выколотка которых была значительно облегчена благодаря предварительным продольным надрезам на будущей цилиндрической части заготовок. Половины, пригнанные встык и стянутые на болване проволочными бандажами, сварены за один проход. Эта технология, по-моему, дает наименьшие искажения геометрии водовода и предельно сокращает длину сварных швов.

ХОДОВАЯ ЧАСТЬ

Поскольку ни одни заводские подвески колес не были пригодны для «Тритона», пришлось самостоятельно изготовить независимые однорычажные подвески сварной конструкции с заложенными в них еще при изготовлении установочными углами наклона шкворня, развала передних колес и угла сходимости задних. Угол сходимости передних колес регулируется поперечной тягой внутри корпуса.

Оси рычагов всех подвесок полые, с большим внутренним диаметром. Такими они сделаны для того, чтобы в передних свободно двигались боковые тяги рулевого управления, а в задних помещались карданные шарниры, звездочки и подшипники с эксцентрическими корпусами, регулирующими натяжение цепей.

При установке на амфибию оси рычагов подвесок вводятся в гнезда-опоры с запрессованными в них капроновыми втулками и поворачиваются в рабочее положение. Эти узлы представляют собой быстроразъемные шарнирные соединения, напоминающие байонет. Но если при обычном байонетном соединении детали неподвижно фиксируются относительно друг друга, то оси рычагов подвесок «Тритона» имеют радиальную свободу в неразъемном секторе до 1 70 градусов, чего с избытком хватает и для колебательного цикла их работы, и для подъема колес из воды на высоту выше ватерлинии.

Пружины и гидравлические амортизаторы выбраны одинаковыми для обеих пар подвесок — от автомобиля ЗАЗ-968. Верхними опорами пружин и амортизаторов служат специальные ловушки, в которые задвигаются по направляющим и защелкиваются штифтами башмаки пружин.

На воде подвески с колесами поднимаются вдоль бортов тросовой лебедкой. Таким образом, «Тритон», в отличие от других амфибий, может находиться на плаву неограниченное время, поскольку все агрегаты ходовой части не корродируют и не обрастают водорослями и в любое время готовы к использованию на суше.

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Выполнено на базе соответствующего механизма «Запорожца». Правда, с существенными дополнениями из-за применения принципиально иной схемы рулевого привода, суть которого — в совмещении продольной оси боковых тяг с осью качания рычагов подвесок и в передаче усилий» на поворотные кулаки через коромысла, имеющие опору на рычагах подвесок. В таком виде каждая подвеска с пружиной, амортизатором и элементами рулевого привода представляет собой единый монтажный блок, не требующий какой-либо регулировки при установке на корпус.

Кинематика этой схемы, в отличие от всех других схем автомобильного рулевого привода, позволяет беспрепятственно и без нарушения установочных углов колес поднимать их на необычную высоту — 700 мм.

Вал рулевого механизма имеет устройство с кулачковой муфтой, включающее в работу или барабан тросового привода створок водомета, или механизм управления колесами.

Все коммуникации дистанционного управления двигателем, коробкой передач, редуктором, реверсом водомета, а также тросы стояночного тормоза и спидометра проходят под сланями салона.

ТРАНСМИССИЯ

К бортам в район опор задних подвесок от коробки передач идут полуоси с карданами, соединенными с осями ведущих звездочек цепной передачи. Втулочнороликовые цепи (их по две на каждое колесо) работают внутри герметичных трубчатых рычагов задних подвесок в масляной ванне. Натяжение их регулируется поворотом эксцентрических корпусов подшипников.

Благоприятное распределение массы «Тритона» на колеса достигнуто благодаря наклону передних и задних подвесок назад. Это дает также плавный ход, поскольку на неровностях дороги подвески испытывают меньшие динамические нагрузки.ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА

Здесь тоже в полном объеме использована тормозная система «Запорожца»: ножной гидравлический привод раздельный — на передние и задние колеса, а ручной тросовый (стояночный) — только на задние.

Для упрощения установки или демонтажа подвесок в гидросистеме мной применено другое быстродействующее соединение — «сухой» разъем гидромагистрали, позволяющий соединять или разъединять тормозные шланги колес без потери тормозной жидкости и без последующей трудоемкой прокачки всей системы.

Таких разъемов на «Тритоне» четыре. Каждый из них состоит из двух полусфер, перекрытых эластичными мембранами: бортовой (ею окончивается трубопровод внутренней магистрали) и ответной (расходной), закрепленной на конце трубопровода колеса. К бортовым ответные поджимаются накидными гайками.

При нажатии на тормозную педаль обе мембраны деформируются, выдавливая жидкость из расходной полусферы в рабочий гидроцилиндр колеса — происходит торможение.

Объем расходной полусферы в 3,5 раза больше объема, используемого в рабочих гидроцилиндрах, следовательно, любые эксплуатационные потери будут компенсированы. При отсутствии тормозной жидкости в какой-либо полусфере (или даже во всех четырех) тормозная система не отказывает: при нажатии на педаль под действием давления в магистрали мембраны пробиваются насквозь, и тормозная жидкость, свободно перетекая из внутренней во внешнюю магистраль, выполняет свою работу как в обычной гидросистеме автомобиля.

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

Оно полностью автомобильное, хотя световая сигнализация выполнена по двум схемам с переключателем «земля» — «вода». Фары оставлены и в схеме «вода» с тем, чтобы пользоваться ими при подходе к берегу в темноте. Передние указатели поворота работают и как огни-отмашки. Обе схемы снабжены отключателями «массы».

Фары, подфарники и отличительные огни «утоплены» в нишах по краям палубных выносов и хорошо защищены нависающими участками носовой палубы.

Штатные указатели режима работы двигателя дополнены электронным тахометром и «водоспидометром», в качестве которого использован манометр со шкалой, переградуированной в километры. Возможен и контроль температуры масла в двигателе. Для этого датчик ТМ-101, установленный в маслоподдоне, время от времени подключается двухпозиционным тумблером на приборном щитке к прибору указателя температуры воды.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ АМФИБИИ «ТРИТОН»

Габариты: длина, мм 5450
ширина, мм 2200
высота, мм 1700
База/колея, мм 2600/2060
Дорожный просвет, мм 220
Радиус поворота, мм 7000
Полная масса (водоизмещение), кг 1300
Распределение массы на оси, % 50/50
Мощность двигателя: номинальная, л. с 75
допустимая на воде, л. с 60
Максимальная скорость: на шоссе, км/ч 90—110
на воде, км/ч 36—50
Водомет: одноступенчатый, диаметр ротора, мм 219
шаг ротора, мм 215
Расход топлива: на шоссе, л/100 км 12
в режиме глиссирования, л/100 км 18
Вместимость каюты в гостевом варианте, чел 8
Число мест при движении 4

На щиток выведены также кнопки ручного управления «газом» и воздушной заслонкой карбюратора.

Благодаря перечисленным «усложнениям», которыми оснащена амфибия (быстроразъемные соединения и др.), ее предельно просто превратить в «чистый» катер. Сняв подвески, например, можно буксировать воднолыжников или взять на борт еще двух пассажиров или дополнительный запас топлива, продуктов, снаряжения, так как без подвесок грузоподъемность (водоизмещение) амфибии увеличивается на 170 кг.

Для этого достаточно отвернуть четыре накидные гайки «сухих» разъемов, отсоединить от маятниковых рычагов боковые тяги и расшплинтовать наружные концы тросов ручного тормоза. Такую несложную операцию мы проводим практически каждый раз, когда на месяц-полтора выезжаем летом на Московское море.

Д. КУДРЯЧКОВ