ПО СЛЕДУ ЮВЕНАЛЬЕВА

С Александром Николаевичем Маркиным мы познакомились на выставке «Мотозима — 2018» (см. «М-К» № 12-2018), где он представил сразу несколько аэросаней, сделанных своими руками. Договорились, что как только выпадет снег, встретимся снова, чтобы подробнее разузнать о конструкциях его машин. Ну и, что греха таить, хотелось мне самому, конечно, «прохватить» на необычном транспорте — так и виделось, как несусь по полям в вихрях снежной пыли…

Но снега в начале декабря в Подмосковье оказалось до обидного мало. Стальные подрезы лыж, призванные улучшать курсовую устойчивость и управляемость аэросаней, скребли по смерзшемуся грунту, упирались, исключая всякую возможность добраться за разумное время до более-менее сугробистых мест. Поэтому, так или иначе, но рассказать о собственных впечатлениях и ходовых испытаниях машин на этот раз, к сожалению, не получится. Возможно, мы еще выберемся за город — зима — то продолжается, ну а пока остановимся на технических особенностях аэросаней Маркина.

«Заболел» этим зимним транспортом Александр Николаевич давно, еще в 1990-х годах. Попалась ему на глаза одна из книжек Игоря Ювенальева — фаната аэросаней, и пропал покой. Стоит ли говорить, что и все выпуски «М-К» за разные годы, в которых были публикации по данной теме, аккуратно коллекционировались. «Честно говоря, я сам-то ничего принципиального не придумал, все брал из соответствующей литературы», — признается Александр Николаевич. Первая машина была с оппозитным двигателем от «Урала». Потом появилась с «движком» от японского мотоцикла. Те аэросани были с тремя лыжами и, по словам Маркина, они практически были неуправляемыми и не отличались хорошей устойчивостью, поэтому появилось желание перейти на схему с четырьмя опорами.

ВЕРХОМ НА ТОРПЕДЕ

Конструкция, которую мы вывели из ангара первой, удивила и озадачила одновременно. С одной стороны, все очень просто: сигарообразный дюралюминиевый корпус поставлен на лыжи, в его задней части находится двигатель, вращающий воздушный винт, а посередине сидит пилот. Но как автору удалось сделать такой корпус — аккуратно проклепанный сотнями заклепок, с продольными усилителями, и даже с каким-то хитрым наполнителем между внешней и внутренней обшивками? Оказалось, что его заготовкой послужила хвостовая часть от списанного вертолета Ми-8. Просто отрезали нужный кусок, вскрыли его сверху на три четверти длины и… корпус готов!

Сзади установили подрамник, сваренный из стальных профилей 20×40 мм и усиленный подкосами сечением 20×20 мм. Пространственная конструкция, изготовленная по месту без каких-либо чертежей, держит и двигатель от ВАЗ-2108, и обойму с подшипниками под вал винта. Оси вращения коленвала и винта разнесены по вертикали на 500 мм. Крутящий момент двигателя через штатное сцепление передается на вал нижнего, ведущего, шкива поликлиновой ременной передачи. Толстый ремень, рассчитанный на передачу всех 94,8 Нм крутящего момента, развиваемых мотором, имеет ширину 75 мм. Верхний шкив немного больше в диаметре, то есть момент на винте незначительно повышается, а обороты его уменьшаются по отношению к оборотам ДВС. Привод сцепления осуществляется рычагом, находящемся справа от сиденья пилота, наподобие автомобильного «ручника». Вытянул рычаг, разомкнул сцепление — вращение на винт не передается.

В прежние годы, когда многие в нашей стране увлекались постройкой аэросаней, винты обычно энтузиасты делали своими руками — выстругивали из дерева или выклеивали — не зря же в литературе того времени приводились профили лопастей и другие полезные данные для их изготовления. Сейчас настала другая пора, когда можно использовать готовые фирменные высококачественные винты. Так Маркин и поступил. Приобрел отечественный двухлопастной винт левого вращения ВКТ-72/172НЗ. Он сборной конструкции, состоящий из пластиковых лопастей и разъемной дюралюминиевой втулки. Лопасти выклеены в металлической матрице из углеткани, пропитанной эпоксидными смолами при высоких давлении и температуре. Оболочка лопасти наматывается по схеме монокок с переменным числом слоев ткани по ее длине и с чередованием углов наклона волокон к ее оси. На комли лопастей нанесены лимбы для отсчета углов установки по базовому сечению на радиусе 600 мм, то есть шаг винта можно менять, добиваясь оптимального соотношения тяги и оборотов для конкретной модели аэросаней. Втулка винта состоит из двух половин — верхней и нижней, соединяемых четырьмя болтами М8х90 с самоконтрящимися гайками. На нижней половине втулки выполнен фланец с центрирующим отверстием диаметром 25,4 мм для установки винта на вал силовой установки. Фланцы стягиваются шестью болтами М8х21. Переставить винт с одних аэросаней на другие можно за несколько минут. Подробные технические характеристики этого винта приведены ниже.

Технические характеристики винта ВКТ-72/172НЗ

Тип — регулируемый, фиксированного шага

Число лопастей — 2

Направление вращения – левое (против часовой стрелки, глядя в направлении движения)

Максимально допустимая частота вращения, об/мин — 3000

Максимальная мощность силовой установки, кВт — 48

Диаметр винта, мм  — 1715

Ширина лопасти (максимальная, на R-0,75), мм — 108

Диапазон регулировки углов установки лопастей на R=620 мм, град — 10-20

Масса винта в сборе, кг — 3,65

Момент инерции винта, кг·см² — 3600

Начальный ресурс, ч — 600

От редакции. Как видно из технических данных винта, его максимально допустимая частота вращения составляет 3000 об/мин, между тем автомобильный двигатель способен развить большие обороты. По словам А. Маркина, проконсультировавшегося с производителями винта, незначительное превышение нормы допускается, поэтому он не придает значения указанной нестыковке параметров. Однако, мы все-таки советуем самодеятельным конструкторам аэросаней внимательнее относиться к вопросу подбора винта по оборотам.

Задние лыжи незамысловаты: к дюралюминиевому профилю 50×50 мм приклепана подошва (тоже из Al-сплава) шириной 250 мм и длиной 1800 мм, разумеется, загибающаяся кверху в передней части. По периметру выполнена отбортовка, придающая лыже дополнительную жесткость. В средней части, с незначительным смещением к пятке, как того требует теория, к центральному профилю болтами крепится стойка, состоящая из двух наклонных опор, образующих треугольник, в вершине которого приварена втулка, надевающаяся на ось качания лыж. Цилиндрические оси с резьбой под гайку на конце (где для безопасности ставится шплинт) приварены к довольно мощной стальной поперечине прямоугольного сечения. К ней через обрезанные пружины от мотоциклетной подвески и короткие стойки крепится кузов аэросаней. Подвеской это не назовешь, скорее — небольшой демпфер, слегка уменьшающий тряску при езде по неровной поверхности. Ход — всего пара сантиметров, так что по кочкам лучше не гонять. Правда, стойки передних лыж подрессорены по-настоящему — тут стоят полноценные амортизаторы с пружинами мотоциклетного типа.

Лыжи качаются на двух поперечных параллельных рычагах, согнутых из стальной трубы, причем независимо друг от друга. Стойки крепятся к рычагам подвески (здесь такое определение вполне уместно) с использованием жигулевских шаровых опор. Передние лыжи — пластиковые, от снегохода.

В рулевом управлении применена рейка от автомобиля «Ока». Тормоза как такового, конечно, нет (по словам Александра Николаевича, сани и так имеют небольшой выбег после сброса газа), однако на правом борту имеется длинная штанга, похожая внешне на грабли. Рычаг качается на оси в средней части, пружина постоянно подтягивает его нижнюю часть вверх. Если пилот потянет верхнее плечо рычага на себя, то пружина растянется, а зубчатая поперечная лопатка, приваренная на другом конце штанги, врежется в снег. Это простое приспособление нужно не столько для торможения на ходу, сколько для удержания саней на подъеме, чтобы они не откатывались назад при сброшенных оборотах воздушного винта.

«Вазовский» мотор, как известно, имеет жидкостное охлаждение. Автомобильный радиатор установлен за спинкой кресла пилота, для его обдува предусмотрены жабры по бокам корпуса, направляющие встречный воздух на радиатор. К тому же есть и электрический вентилятор, обдувающий соты.

Топливный бак — пластиковый, от катера, он размещен под сиденьем. Ревет мотор громко, поскольку глушитель не предусмотрен, от него осталась только обрезанная приемная труба («штаны»), выводящая выхлоп под днище корпуса.

Последним штрихом в описании этой модели аэросаней Маркина может послужить цилиндрическая крышка, закрывающая корпус спереди. Интересуюсь у конструктора, что это за медный таз такой. Оказалось, что почти так и оно есть, даже еще веселее: в качестве передней крышки использован… латунный церковный подсвечник! Нет, конечно, никакой храм Александр Николаевич не разорял, просто неподалеку от его места жительства находится комбинат по производству церковной утвари, там и нашлась подходящая деталь. Открутив три винтика, крепящие эту крышку, можно увидеть автомобильный аккумулятор, необходимый для запуска двигателя стартером.

В ТЕПЛЕ И УЮТЕ

Возможно, однажды прилежный ученик и последователь дела инженера Ювенальева изрядно продрог, катаясь на своих аэросанях-«торпеде», поэтому следующую машину он решил делать с полностью закрытой кабиной. Опять-таки «изобретать велосипед» он не стал, а взял за основу эскиз саней, приведенный в книге своего учителя. Впрочем, тут тоже ничего особо сложного нет. Сначала выкроил из фанеры эскизы боковины, по нему на заводе согнули из дюралюминиевого профиля 30×50 мм две рамки. Вырезав по размеру усилители из того же профиля, Александр Николаевич, используя уголки в качестве стыковочных элементов, приклепал их к рамкам-боковинам, а также соединил их между собой. Затем все стыки были проварены аргоновой сваркой.

Кабина имеет две двери: одну с левой по ходу движения стороны, она для пилота, вторую — справа, ближе к корме, она предназначена для пассажира. В отличие от всех предыдущих своих моделей, эти аэросани Маркин решил сделать с местом для еще одного человека.

Получившийся каркас частично обшит снаружи листами титана. Дорогостоящий материал был приобретен «по случаю», хотя сошел бы и привычный дюралюминий, но так «круче», конечно! Оконные проемы закрыты прозрачным поликарбонатом, лобовое стекло сделано изогнутым, загибающимся в верхней части. Внутри салон отделан листами простой фанеры, она же уложена на пол. Кресло пилота позаимствовано у автомобиля, для пассажира сзади предусмотрена небольшая прямоугольная банкетка.

Делая эти сани, Александр Николаевич понимал, что они получаются немного перетяжеленными, поэтому решил использовать более легкий двигатель, чем «вазовский». Поиски по окрестностям вывели на мотор от старенького «Фольксвагена-жука» — оппозитный 4-цилиндровый воздушного охлаждения. «Движок» оказался в рабочем состоянии, разве что штатный генератор постоянного тока вышел из строя, и найти ему замену не удалось. В итоге на отдельном кронштейне сбоку просто установили современный жигулевский генератор и подобрали приводной ремень нужной длины. А старый неисправный генератор теперь служит только валом привода вентилятора принудительного воздушного охлаждения цилиндров.

Топливный бак (как и в предыдущей модели — от катера) изначально был установлен внизу, под мотором, но насос не «тянул» бензин к карбюратору. Пришлось расшить заднюю стенку кузова и поместить бак в салон, подняв его на высоту двигателя. Эстетика несколько пострадала, а пассажир теперь упирается в бак затылком, но это мелочи — главное, что все заработало!

Выкатив сани из ангара и горя желанием куда-нибудь поехать, воздушный винт мы переставили с открытой машины. Причем, привод винта здесь реализован проще: он находится на одной оси с коленвалом, соединяясь с ним также через штатное сцепление с механическим, тросовым приводом от рычага под правой рукой пилота. К «колоколу» винтами крепится обойма для пары подшипников вала винта. Она сварена из стального профиля 20×20 мм и кусочков листовой стали, вырезанных и подогнанных по месту. Внешний вид данного узла однозначно говорит о том, что он делался по наитию, без каких-либо чертежей. Не самая правильная практика, наверное, но весьма распространенная среди самодельщиков и зачастую оказывающаяся вполне жизнеспособной.

В основном конструкция шасси аналогична той, что применяется на санях открытого типа. Но есть и некоторые отличия. Так, задние лыжи имеют центральное ребро жесткости не из алюминиевого сплава, а деревянное, а подошва изготовлена из нержавейки. Передние лыжи также от снегохода, но подвеска здесь уже не рычажная, а телескопическая, с внешней пружиной, как на снегоходах некоторых утилитарных моделей. Балка задних лыж слегка подпружинена. Кстати, колея лыж совпадает с той, что выбрана для открытых аэросаней, хотя визуально она кажется больше (видимо, в заблуждение вводит широкий кузов). Решение продиктовано исключительно необходимостью перевозки техники на имеющемся в наличии прицепе к легковому автомобилю: сани должны вставать между бортами. В рулевом управлении также используется рейка от «Оки».

Вот такие аэросани сделал своими руками Александр Николаевич Маркин из подмосковной Клязьмы. Когда журнал выйдет из печати, он уже будет, скорее всего, рассекать на своих конструкциях по снежным просторам родной Брянщины. По его словам, там настоящее раздолье для этого вида транспорта. Кстати, он конструирует аэросани исключительно ради удовольствия, и чтобы катать внуков. И никакой иной, практической цели, тут не преследуется. Есть у Александра Николаевича хороший, мощный финский снегоход, но он считает, что «на нем скучно, совсем не тот драйв!» Сложно с ним не согласиться!

АЭРОСАНИ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Мощность силовой установки, тяга воздушного винта, вес аэросаней, размеры лыж — все эти параметры влияют на ходовые качества машины. Мало того, они взаимосвязаны, и, прежде чем браться за инструменты и материалы, следует провести теоретический расчет, чтобы не получилось так, что сани не едут или, наоборот, стремятся в полет, норовя оторваться от земли.

Проверим теорию практикой (или наоборот) применительно к открытым аэросаням Маркина. Для этого, разумеется, воспользуемся работами Игоря Ювенальева. Вначале следует определить, какими ходовыми свойствами должны обладать аэросани, то есть задаться отвлеченным коэффициентом К, так называемым «Качеством», и определяющим проходимость машины. Эта условная численная величина, относительно определяющая значение коэффициента трения подошв лыж о снег, который сани могут преодолевать. Маркин взял коэффициент, близкий к максимально возможному значению — 0,35. Двигатель от «восьмерки» развивает мощность 64 л.с. Воздушный винт ВКТ-72/172НЗ имеет диаметр 1715 мм.

По номограмме, приведенной в книге Ювенальева, для определения тягового усилия винта по мощности и диаметру можно выяснить, что тяга Т равна примерно 175 кг. Тогда ходовой вес G_x аэросаней (с учетом веса пилота, запаса горючего и т.д.) составит

Т/К= 175 /0.35 = 500 кг.

Для лыж с дюралюминиевой подошвой (спереди у саней Маркина пластик) можно взять поправочный коэффициент 0,79. Получаем,

G_хл = 500 / 0,79 = 633 кг.

В статике расчетный вес саней надо принять меньшим на 45-50%. Таким образом,

G_cт = 320…350 кг.

Необходимая площадь лыж F_т рассчитывается по формуле

F_т = G_хл / 500 = 633 / 500 = 1,27 м²,

где 500 — это допустимое давление лыж на снег в кг/м². Передние лыжи на машине Маркина от снегохода, площадь их опоры можно примерно прикинуть, зная размеры. А в результате получается 0,22 м² на лыжу, то есть 0,44 м² на пару. Тогда на заднюю часть саней, более тяжелую, поскольку там находится силовая установка, приходится 1,27 — 0,44 = 0,83 м2, или 0,415 м² на одну лыжу. Опорная площадь лыжи, исходя из ее размеров, рассчитывается по формуле

F_зад = (L-l_n/2+l₃) x b

где L — полная длина лыжи,  l_n — длина загнутого носка, l₃ — длина скругленной пятки, b — ширина лыжи. Подставив в формулу реальные размеры задней лыжи, получим

F_зад· =(1,8 -0,25/2+0) х 0,25 = 0,42 м².

Как видим, это весьма близко к теоретически рассчитанной площади контакта. Вес мотора ВАЗ-2108 с винтом и навеской можно принять равным 150 кг. Тогда на все остальное придется 350 — 150 = 200 кг. Вычтем вес пилота и топлива — это около 100 кг. Тогда на корпус, лыжи, каркас, подвеску останется тоже 100 кг. Пожалуй, аэросани несколько перетяжелены, и сам конструктор, кстати, с этим согласен. Однако в целом его машина укладывается в теоретический расчет, поэтому для езды она пригодна, о чем и свидетельствует опыт Александра Николаевича. Что же касается приведенных здесь выкладок, то они, конечно, самые приблизительные и есть еще большое количество параметров, которые необходимо учитывать, приступая к постройке аэросаней.

Андрей ФАРОБИН