ТУМАН, РОЖДАЮЩИЙ СКОРОСТЬ

Катер, стоявший у причала, ничем особенным не привлекал внимания. Разве что вместо подвесного мотора на нем была двигательная установка с воздушным винтом сравнительно небольшого диаметра — у глиссеров он обычно гораздо больше. Двигатель, до этого работавший на малом газу, прибавил обороты, взвыл, н вдруг плоскость винта выбросила из себя плотное туманное облако. Глиссер, резко набирая скорость, вышел на редан и через пару минут скрылся из глаз, оставив позади медленно опадающий след.

Такими представляются испытания нового комбинированного аэрогидродвижителя, созданного группой энтузиастов из лаборатории технического творчества ПТУ № 33 под руководством Александра Михайловича Иванова. Основное его отличие от существующих таково: он объединяет в себе достоинства известных движителей — водометного и воздушного винта, хотя сходство с водометом очевидно только на первый взгляд.

Прежде чем рассказывать о конструкции нового движителя, давайте разберем достоинства и недостатки уже упоминавшихся.

Первый по своей сути есть не что иное, как работающий в кольцевом канале винт со всеми его достоинствами и недостатками. О достоинствах говорить не приходится — они общеизвестны, а вот недостатки… Ограниченная скорость вращения из-за кавитационных явлений, падение коэффициента полезного действия по мере нарастания скорости потока воды, значительная сложность конструкции.

Не без недостатков и второй — значительный диаметр, а значит, и повышенная опасность для окружающих, несмотря на различного рода ограждения; неравномерность характеристики: зависимости упора на винте от скорости. Дело в том, что винт обычно рассчитывается под оптимальную крейсерскую скорость судна, следовательно, на месте (при нулевой скорости) он не разовьет максимальной тяги. Настраивать же его на различные режимы можно только при наличии устройства для изменения угла установки лопастей. К тому же конструкция ВИШ (винта изменяемого шага) сложна.

Рис. 1. Принцип работы аэрогидродвижителя.

Как нам кажется, эти противоречия перестанут существовать, если применить движитель, разработанный в нашей лаборатории. Он представляет собой обычный воздушный винт, в плоскость вращения которого впрыскивается вода. Очевидно, это в корне изменит физику работы винта. В принципе здесь возможны три варианта. Первый — когда подаваемая к винту жидкость частично или полностью попадает на лопасти винта. Лопасть, встречаясь с каплями воды, отбрасывает их в сторону, противоположную направлению движения судна. Поскольку плотность воды примерно в 800 раз больше плотности воздуха, то, значит, и размеры такого винта несколько уменьшатся по сравнению с чисто воздушным. Но первый случай, вообще говоря, маловероятен, поскольку на практике далеко не вся жидкость попадает на лопасти.

Второй режим — когда вода впрыскивается сразу за плоскостью винта, то есть на лопасти не попадает ни капли жидкости. Эффект наблюдался и в атом случае, хотя физическая картина работы винта несколько иная. Воздух, обтекая крошечные частички жидкости, в конце концов увлекает их за собой, изменяя их скорость от практически нулевой до скорости воздушного потока. Частицы жидкости выступают в данном случае как комплекс миниатюрных экранов. Вспомните хотя бы работу вертолета вблизи земной поверхности: общеизвестно, что тяга, развиваемая ротором, в этих условиях гораздо выше, чем тяга на высоте, превышающей линейные размеры ротора.

Наконец, третий режим — комбинация первого и второго. Он интересен тем, что при конструктивной привязке движителя оказался основным.

Что же такое аэрогидродвижитель, каким мы его себе представляем? В идеальном случае — это воздушный винт с четырьмя лопастями. Каждая имеет внутренний канал, заканчивающийся сопловыми отверстиями в задней кромке лопасти. В полости подается забортная вода. При вращении винта образующаяся центробежная сила начинает гнать воду к концам лопастей, то есть винт работает как обычный центробежный насос. Выбрасываемая через сопла вода частично попадает на лопасти и отбрасывается назад, а в основном образует непосредственно за винтом некое подобие тумана, каждая его частичка, как мы уже говорили, играет роль элементарного экрана.

Рис. 2. Принципиальная схема судна с аэрогидродвижителем.

И как следствие — из-за увеличения массы отбрасываемых частиц и возникновения экранного эффекта — некоторое повышение коэффициента полезного действия винта и, что важно, возможность значительно уменьшить длину лопастей при сохранении тяговых характеристик.

Интересно, что появляется возможность регулировки тягового усилия на винте с помощью подачи в плоскость его вращения большего или меньшего количества воды. В какой-то степени это эквивалентно изменению угла установки лопастей в ВИШ.

Может сложиться впечатление, что мы излагаем здесь всего лишь теорию, не подкрепленную экспериментом. Это далеко не так; нами построены несколько модификаций, причем одна из них — на базе двигателя ПД-10 — была опробована на мотолодке типа «Казанка» и показала неплохие результаты.

Еще один перспективный вариант — электродвигатель с винтом, расположенным на подвижном основании (для замера тяги динамометром), совмещенный с кольцевой трубой с отверстиями-соплами, направленными во внутреннюю часть кольца. Эта наша разработка предназначена для замера тяги движителя при впрыскивании жидкости в различные области воздушной струи, а также в плоскость, расположенную непосредственно перед винтом.

Сложным для решения вопросом при проектировании нового движителя является проблема максимального уменьшения гидравлических потерь на трение в трубопроводе, подводящем воду к винту. Как нам кажется, помимо общепринятых методов — стремления избегать резких утолщений или сужении труб, крутых поворотов, здесь может быть применен еще один способ борьбы с жидкостным трением. Уменьшения коэффициента поверхностного натяжения воды можно добиться с помощью полимерных присадок. Они вводятся непосредственно при входе воды в заборные патрубки. Количество вводимых присадок относительно массы воды невелико, а эффективность их весьма значительна.

Область применения такого аэрогидродвижителя представляется нам достаточно обширной: суда на воздушной подушке и подводных крыльях, глиссеры… Словом, там, где есть воздушный винт. Кстати, говоря о судах на воздушной подушке, мы имеем в виду использование нашего движителя не только на маршевом двигателе, но и на вентиляторе, непосредственно создающем воздушную подушку.

А. ИВАНОВ