ВЕЗДЕХОДНЫЕ ЛОДОЧНЫЕ МОТОРЫ

ЧАСТЬ 1. МИКРОВОДОМЕТЫ. Просматривая недавно старые журналы «Катера и Яхты», я наткнулся на интересную статью «Катер идет по болоту», представляющую собой краткую перепечатку из американского издания Marine Technology 1968 года. Оказывается, что еще 50 лет назад американцы исследовали в условиях мелководных заросших водоемов несколько типов движителей, таких как водомет, специальный болотоходный гребной винт, воздушный винт и гребное колесо. Забавное совпадение — ведь конструированию, тестированию и изучению особенностей именно этих движителей я посвятил последние три года.

Началось все с того, что в конце сезона 2014 года я стал обладателем сразу трех «гибридных» лодочных моторов, которые купил на kateramotori.ru: малого с 3-сильной двухтактной мотоголовкой со складным дейдвудом от «Спутника», среднего «Нара» с 4-сильной четырехтактной мотоголовкой и большого ПЛМ с 6-сильной четырехтактной мотоголовкой на «ноге» от «Ветерка». Кроме того, в кладовке лежал оказавшийся на тот момент «лишним» двухтактный триммерный моторчик рабочим объемом 52 см3 и мощностью около 2 л.с. Придумывая для него применение, я решил сделать «гибрид» на «ноге» малого водомета «Микроша», предназначенный для небольших «байдарочных» речек типа знакомой с детства подмосковной Истры.

Сразу необходимо сказать о некоторых особенностях водометов. Известно, что при небольших скоростях судна, примерно до 60 км/ч, к.п.д. водометного движителя существенно ниже, чем у гребного винта той же мощности. Объясняется это очень просто, на уровне знаний школьной физики. Коэффициент полезного действия любого реактивного движителя, в том числе и водомета, есть отношение полезной мощности к полной. Еще в 1928 году будущий академик Б.С. Стечкин показал, что к.п.д. реактивного движителя выражается формулой n = 2V/(V+W), где V — скорость транспортного средства (водометного катера или реактивного самолета — безразлично), а W — скорость реактивной струи. Из формулы Стечкина следует, что движитель, работающий по реактивному принципу, наиболее эффективен, когда скорость струи близка к скорости транспортного средства, и совершенно неэффективен при малых скоростях движения. В частности, поэтому реактивные самолеты вертикального взлета и посадки крайне неэкономичны, в то время как вертолеты, держащиеся в воздухе за счет отбрасывания огромного объема воздуха с относительно небольшой скоростью, широко и успешно применяются.

В случае водометов этот небольшой экскурс в теорию показывает, что осевые насосы, рассчитанные на большие расходы воды при относительно небольшом напоре, значительно эффективнее центробежных. Приближенно можно принять, что водометный ПЛМ с центробежным насосом («улиткой») эквивалентен по полезной мощности вдвое меньшему мотору с обычным гребным винтом.

В случае осевого насоса это соотношение немного лучше.

Водометные моторы во многом проще винтовых, ведь у них нет редуктора, но значительно сложнее в конструировании и доводке. Почти все ошибки в расчете традиционного мотора можно исправить правильным подбором винта, в то время как у водомета водовод, импеллер, спрямляющий аппарат и сопло — это гидродинамически сбалансированная система, и, допустив ошибку при ее создании, исправить ее потом очень трудно.

СЛАВНОЕ СЕМЕЙСТВО «МИКРОШИ»

Отечественные подвесные водометы типа «Микроша» имеют давнюю и очень интересную историю. В СССР путешествия на байдарках были, пожалуй, самым распространенным видом водного туризма. В попытках «моторизовать» этот вид транспорта туристы-самоделыщики использовали чаще всего велосипедные моторчики Д-4 и Д-5 мощностью около 1 л.с. Одной из самых интересных конструкций был микроводомет «Гном» О.В. Гаврилова, даже выпущенный в 1969 году небольшой серией на одном из ленинградских заводов. ПЛМ Гаврилова представлял собой двигатель Д-5, приводивший в движение 6-лопастную центробежную крыльчатку (импеллер). Большим преимуществом «Гнома», как и других подвесных водометов, была простота конструкции и малая масса (менее 5 кг), обусловленная отсутствием тяжелого и не всегда надежного конического редуктора. На испытаниях «Гном» разгонял деревянную прогулочную гребную лодку до скорости 5-6 км/ч.

В 1969 году было опубликовано описание самодельного «байдарочного» водомета Н.С. Иванова с тем же двигателем Д-5, но уже с осевым четырехлопастным импеллером диаметром 83 мм и шагом 60 мм. Конструктор сделал совершенно правильный вывод, что «при малых скоростях движения (примерно до 10 км/ч), на которые и рассчитаны обводы байдарки, для получения приемлемого к.п.д. водометного движителя необходимо обеспечить возможно больший расход воды при малой скорости выхода ее из сопла. Использование в таких условиях центробежного насоса, дающего, наоборот, большой напор при малом расходе, нецелесообразно…» Масса моторчика составляла около 9 кг. Трехместная байдарка «Салют» с полной нагрузкой разгонялась с ним до 9,5 км/ч. В 1973 году на Уфимском заводе РТИ была предпринята первая попытка наладить серийное производство подобных микроводометов.

В дальнейшем таких попыток было довольно много. Моторчик менял прописку, то есть изготовителей, и имена, называясь то «Мул», то «Анкор», «Оса», «Микроша», «Кальмар» или «Медуза». Но это была практически одна и та же конструкция с велосипедным двигателем мощностью 1,0 — 1,5 л.с., позднее — с импортным четырехтактным мощностью 2 л.с., и с осевым насосом с диаметром импеллера 83 мм. Может, это и неплохое наследство, так как производители утверждали, что гидродинамика водомета рассчитывалась в ЦАГИ. «Микроша» с отечественным двигателем Д-10С и «Кальмар» с японским двигателем Honda GXV50 выпускались северодвинским оборонным заводом «Полярная звезда» серией 120 — 150 шт. в месяц. Сегодня на рынке присутствует аналогичная «Медуза» производства ООО «Лодочные моторы Урала» (Екатеринбург), отличающаяся только тем, что она получила, наконец, стандартную для лодочных моторов подвеску на струбцинах.

Найти сейчас на вторичном рынке «Микрошу» за «недорого» оказалось довольно трудно, намного сложнее, чем выпускавшиеся массовыми сериями «Салют» или «Ветерок», но осуществимо. Конструкция получившегося у меня «гибрида» с триммерной мотоголовкой и центробежным сцеплением показана на чертеже. Вертикальный вал представляет собой обрезок шлицевого вала мотокосы с напрессованной на него торцевой головкой на 13 мм. Подвеска мотора, регулируемая по высоте, от «Микроши» со струбцинами от «Салюта». Румпель -раздвижной с рукояткой управления от мотокосы на поворотном кронштейне от рычага включения раздаточной коробки УАЗ-452.

Отверстие для трубки водяного охлаждения заглушено резьбовой шпилькой. Без нее струйка воды била из отверстия на высоту более метра. Это навело на мысль использовать водомет в качестве водяного насоса. Для этого на сопло надевается переходник для шланга, сделанный из пыльника ШРУСа «Нивы». При использовании «Микроши» в качестве мотопомпы его производительность на полной мощности достигает примерно 10-15 литров в секунду.

Сухая масса моторчика составила 8,1 кг, то есть он на 1,5 кг легче, чем «Микроша» с двигателем Д-1 ОС. В целом же установка новой мотоголовки на «ногу» от «Микроши» не составила большого груда, но дальнейшая доводка получившегося «гибрида» оказалась далеко не простой. В поисках оптимального варианта были заменены три различных двигателя.

ХОДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Проверка «Микроши» с двухтактным триммерным моторчиком рабочим объемом 52 см3 и мощностью около 2 л.с. проводились на Истре. Первое впечатление — довольно медленно и шумно, скорость 5-6 км/ч, хотя к тому, что она будет ниже, чем у винтового аналога, 2-сильного «Салюта», я был готов. Хуже был резкий срыв потока при попытке дать полный газ. Неужели кавитация? Не верилось, что всего 2 л.с. могут довести поток воды до холодного вскипания. Оказалось, могут! Расчеты с помощью справочников по гидродинамике показали, что на импеллере диаметром 83 мм первые признаки кавитации могут иметь место при частоте вращения в диапазоне 4000 — 5000 об/мин. Двухтактные триммерные моторчики легко развивают 6000 — 8000 об/мин, при этом с ростом оборотов, как это видно из моментной характеристики, крутящий момент растет. Более подходящим был бы четырехтактный двигатель с пиком крутящего момента при меньшей частоте вращения, а пока пришлось ходить «вполгаза», примерно на тех же 1,5 л.с., что и у «Микроши», но при этом пробуксовывало и грелось сцепление.

Выявилось также, что водомет очень чувствителен к глубине погружения, поэтому все вариации на тему «Микроши» имеют регулируемую по высоте подвеску. Оптимально уровень воды в статике должен находиться на середине сопла, при отклонении более чем на 50 мм в ту или иную сторону тяга резко падает.

В целом испытания показали, что самые сильные качества водомета — это компактность и маневренность. При повороте «Микроши» на 90 градусов легкая лодка начинала вращаться вокруг вертикальной оси, делая один полный оборот за две секунды! Продемонстрировав несколько таких трюков, я отправился вверх по течению, довольно резво двигаясь до… первого травянистого переката, где в полной мере проявился главный недостаток водомета — чувствительность к засорению входной решетки. Достаточно было попасть на нее одной травинке, как поток срывался в кавитацию, моторчик взвывал на высоких оборотах, и тяга пропадала. Откинуть его и убрать подлые водоросли занимало всего несколько секунд, а благодаря центробежному сцеплению и способности триммерного мотора работать в любом положении, можно было даже не глушить его. Однако лодочка все же успевала скатиться по течению вниз. Преодолев таким образом два переката, на третьем мы сдались…

В следующий сезон на «Микрошу» была установлена четырехтактная «газонокосилочная» мотоголовка Zongshen NP100 рабочим объемом 99 см3 и мощностью около 3 л.с. По своим характеристикам этот двигатель довольно близок к Honda GXV50, который штатно устанавливается на «Кальмар» и «Медузу». Новый вариант водомета показал значительно лучшую устойчивость к кавитации. Можно было смело давать двигателю полный газ и никаких неприятностей с водометом не происходило. Он просто не «раскручивался» выше 3000 об/мин и, соответственно, мощность двигателя не превышала 1,5 л.с., а скорость лодки была все те же 5-6 км/ч. При этом масса моторчика возросла с 8,1 до 11,6 кг, то есть он существенно потяжелел примерно при тех же характеристиках.

Еще через год Zongshen NP100 был переставлен на более подходящую для него винтовую «ногу», а на «Микрошу» вернулась легкая триммерная мотоголовка, но уже менее шумная, четырехтактная — Zongshen S35 рабочим объемом 31 см3 и мощностью около 1 л.с. (лучше использовать немного более мощный Zongshen S40 рабочим объемом 35 см3). Так как у S35 пик крутящего момента смещен с 3000 до 4000 об/мин, импеллер был облегчен спиливанием двух «лишних» лопастей. Интересно, что такую же операцию проделали и создатели «Медузы». Теперь мотор, не имея избытка мощности и крутящего момента, самопроизвольно в кавитацию уже не срывается. Но при попадании на траву засорение водовода и срыв потока происходят почти так же быстро.

Основные характеристики легких водометных лодочных моторов

Таким образом, я сделал для себя вывод, что маломощный водомет очень хорош для мелких чистых речек с песочком и блестящими камешками, а таковых в Подмосковье немного. Зато их в избытке на Русском Севере, где мы любим проводить отпуск.

В интернете встречается немало положительных отзывов об аналогичных ПЛМ «Кальмар» и «Медуза» с японской мотоголовкой Honda, но все они исходят от туристов-водников, сплавляющихся по порожистым рекам. Действительно, здесь малый вес, надежность «Хонды», маневренность и управляемость очень востребованы. Отличный легкий моторчик, но для движения… по течению.

Григорий ДЬЯКОНОВ

(IТродолжение следует)