С. А. Лебедев
Журнал КиЯ №11 1967г
Так как под днищем нет выступающих подводных частей, можно выброситься на небольшой скорости (по инерции) на пологий берег. Это качество может оказаться особенно Ценным при эксплуатации катера в районе морского побережья, где приходится ежедневно вытаскивать катер на берег или искать закрытую стоянку для ночлега. Еще одно преимущество водомета — это возможность использования скоростного напора сопла для откачки воды из корпуса путем эжекции.
При проектировании катера были использованы прототипные схемы гидрореактивных движителей, разработанные в ЦКБ по судам на подводных крыльях.
Корпус имеет остроскулые обводы с развалом бортов в носовой части и небольшим завалом в корме. Начиная от шп. 6 и до транца ширина по скуле остается постоянной, что способствует нормальному глиссированию при перегрузке пассажирами). Транец наклонен на 6°. Днище выполнено без отгиба в кормовой части, который на данном каре создавал бы лишнее сопротивление и соответственно вызывал снижение скорости хода носовой части катера между форштевнем и шп. 2 расоложен форпик, отделенный переборкой, в которой сделан лаз с водонепроницаемой крышкой.
Теоретический чертеж катера.
Общее расположение катера и разрез по ДП.
| Длина наибольшая, м | 4,73 |
| Ширина » , м | 1,77 |
| Высота борта на миделе, м | 0,67 |
| Осадка габаритная (на плаву), м | 0,2 |
| Осадка на ходу, м | 0,1 |
| Водоизмещение полное, т | 1,0 |
| Водоизмещение порожнем, т | 0,55 |
| Пассажировместимость, чел | 5 |
| Двигатель — «М20» («Победа») | 52 л. с. |
| Расход топлива на 100 км при полной нагрузке катера, л | 40 |
| Скорость хода, км/час: с 2 чел | 49,6 |
| Скорость хода, км/час: с 4 чел | 45 |
| Скорость хода, км/час: с 5 чел | 43 |
В кокпите устанавливаются пять съемных сидений. На ночь сиденья легко убираются в моторный отсек, и в кокпите достаточно удобно размещаются четыре спальных места. В кокпите имеются съемные слани.
На бимсе шп. 3 расположен приборный щиток, на который выведены рукоятка привода дроссельной и воздушной заслонки карбюратора, замок зажигания и приборы контроля за работой двигателя (с автомашины «Победа»). Слева от рулевой колонки расположен рычаг реверса. Привод заслонок карбюратора осуществлен при помощи стальной пружинной проволоки, помещенной в трубку 4X1,5 мм.
Двигатель полностью размещается в моторном отделении; выступает лишь пламегаситель карбюратора, который прикрывается вытяжным вентиляционным козырьком. На палубе моторного отделения расположены два приточных вентиляционных козырька 9. Вентиляция моторного отделения происходит за счет воздушного скоростного напора, возникающего при движении катера. Благодаря достаточной ширине катера в моторном отделении образуется довольно объемистый багажник.
Обшивка выполнена из бакелизированной фанеры марки БФС толщиной 5 мм (листы 5000X1200); набор — сосновый. Можно применить также авиационную водостойкую фанеру марок БС-1, БП-1 или БПС-1 с соответствующим защитным покрытием от набухания.
Днищевые и бортовые ветви шпангоутов нарезаны из реек 22X50 (в корму от шп. 6 25x50). Сечения связей набора следует выбирать так, чтобы вес катера не превышал 200—220 кг. Обшивку лучше приклеить к набору эпоксидной смолой ЭД-5 или ЭД-6 и закрепить оцинкованными шурупами 4x30 мм. Кницы шпангоутных рамок нарезаны из листового дюраля, поставлены с двух сторон рамки и скреплены винтами М4Х30, концы которых расклепываются на гайках.
По конструкции корпус нашего катера ничем не отличается от корпусов обычных катеров. Поэтому в принципе можно использовать конструктивные рабочие чертежи любого другого фанерного глиссирующего катера таких же размерений и веса.
Можно построить катер и из дюраля: для днища нужны листы 6=1,8 мм, для бортов 6 = 1 мм; скорость хода дюралевого катера может быть выше, чем деревянного.
Технология постройки корпуса также совершенно обычная. Начинать надо с вычерчивания шпангоутов на плазе. Стапель можно сделать из доски 40X150X5000, закрепив ее на высоте 0,5 м. Верхняя кромка стапеля является основной линией корпуса; к стапелю временно прикрепляют киль и форштевень. Сборка корпуса для упрощения производится вниз килем. Все шпангоуты ставят на киль строго по струне, натянутой в диаметральной плоскости. При сборке шпангоутных рамок следует заранее отбить положение ДП на шергень-планках и флорах. Шпангоуты крепят к килю двумя уголками 30X30X3 и выверяют по шланговому уровню, после чего приступают к установке продольного набора корпуса. Начинать следует со скулового стрингера. Привальный брус мы гнули по месту из сырого материала, сделав перерыв 2—3 дня (до закрепления к набору) для просушки.
Обшивка бортов и палубы не представляет трудности, так как фанера хорошо ложится на все шпангоуты. Для обшивки днища надо разобрать стапель и перевернуть уже жесткий корпус катера вверх килем. При подгибе фанеры в носовой части корпуса следует пропарить фанеру в течение 4 часов или сделать соответствующие надрезы в листе (впоследствии надрезы заделываются).
Двигатель устанавливается на фундаментные брусья, проходящие от шп. 7 до транца. Сечение брусьев 50X60; материал— ясень или дуб. Расстояние между ними 950 мм. Двигатель установлен под углом 6° к основной линии корпуса, т. е. по наклону валовой линии движителя.
Упор от ротора водомета передается через вал и промежуточный валик на упорный подшипник, расположенный в одном корпусе с радиальным подшипником. Корпус подшипников имеет центровочную проточку 116 С3, которая входит в отверстие картера двигателя (место подсоединения штатной коробки передач) и крепится к картеру четырьмя болтами. Подшипники смазываются солидолом при помощи шприца через ввернутую в корпус шариковую масленку.
Расположение корпуса подшипников на картере двигателя вызвано тем, что при ходе на большой волне происходит некоторая деформация, или «качка», двигателя, хотя он и жестко закреплен к корпусу катера. При принятой конструкции колебание вала водомета происходит совместно с колебаниями двигателя и компенсируется резино-металлическим подшипником. Установка корпуса подшипников отдельно от двигателя потребует более тщательной центровки валовой линии и обеспечения достаточной жесткости корпуса катера.
К передним опорам двигателя прикреплены сварные стойки, которые крепятся к фундаментным брусьям. Задняя опора двигателя ложится на дюралевый уголок 50X60 (/= 1050 мм), соединяющий фундаментные брусья. Сливная пробка поддона двигателя почти ложится на киль корпуса (зазор 20 мм), поэтому необходимо предусмотреть поршневой насос для откачки (смены) масла.
При установке двигателя «М-21» («Волга») его следует подвинуть ближе к мидель-шпангоуту или изменить наклон валовой линии водомета до 7°, так как у этого двигателя больше расстояние от пробки поддона до оси коленчатого вала.
Двигатель «ГАЗ-69» можно ставить на фундамент корпуса без переделок валовой линии водомета. Для удобства запуска двигателя «М-20» его стартер следует заменить стартером от двигателя «М-21» с электромагнитным включением.
Охлаждение двигателя выполнено по одноконтурной схеме. Вода из сопла водомета за счет избыточного давления подается к водо-масляному холодильнику по трубе 20X1. Фильтр очистки состоит из 5—6 проволок 0 1 мм, сплетенных накрест между собой и помещенных в трубку 20X1. Из водо-масляного холодильника вода поступает в рубашку выхлопного коллектора, изготовленную из листовой стали 6 = 1,5 мм и приваренную газовой сваркой (присадочный материал — латунь). Из рубашки коллектора вода поступает к штатной помпе охлаждения двигателя и выходит через отверстие в крышке цилиндров. Выброс горячей воды осуществляется в газовыхлопную трубу, что способствует уменьшению шума выхлопа.
Перед сливом в газовыхлопную трубу установлен проходной пробковый кран Dу = 20, при помощи которого регулируется расход проходящей воды для поддержания постоянной температуры двигателя. Соединение труб охлаждения дюритовое.
Водо-масляный холодильник включен в систему смазки двигателя параллельно. На входном масляном трубопроводе, перед водо-масляным холодильником, поставлены дросселирующий клапан на 1 кгс/см2 (от двигателя «ГАЗ-51») и проходной пробковый кран.
Бензин из бензобака подается по медной трубке 8x1, на которую поставлены фильтр и разобщительный кран Dу = 8. Бензобак изготовлен из оцинкованного железа d = 0,6 мм с замком, который пропаивается. Бак крепится на хомутах к палубе, между транцем и шп. 9. На случай течи бензина под баком установлен поддон, из которого топливо сольется по дренажной трубе за борт.
Газовыхлоп выполнен из стальной трубы 50X2, проходящей через транец на резиновых прокладках. С транцем труба жестко не соединена. На конце газовыхлопной трубы установлена захлопка, которая предотвращает случайное попадание воды (при сильной волне) в систему газораспределения двигателя. Вывод трубы газовыхлопа от основной линии корпуса катера расположен на 250 мм.
Корпус катера покрывается эпоксидной смолой ЭД-5 с добавлением красителя. Днище следует покрыть особенно тщательно для уменьшения сопротивления движению.
Состав черной краски для днища: смола ЭД-5 —100 г; полиэтиленполиамин — 12 г; кузбасслак черный — 30 г.
Состав белой краски: смола ЭД-5—100 г; полиэтиленполиамин— 12 г; дибутилфталат—12—14 г; белила сухие цинковые — по цвету.
Водометный движитель. Водозаборник подает воду к ротору (рабочему колесу), за которым расположены спрямляющий аппарат, устраняющий закручивание струи ротором, и сопло.
В приемном отверстии водозаборника расположены две пластинки, защищающие движитель от попадания посторонних предметов.
Водозаборник. Водозаборник представляет собой трубу с плавными обводами и диаметром цилиндрической части 220 мм. Водозаборник на «Каме» сварной из алюминиевого сплава АМг (или АМц) толщиной 3 мм. Можно выполнить водозаборник и из листовой нержавеющей стали d = 1,5/2 мм, стеклопластика (смотри статью в пятом выпуске сборника) или даже из Ст. 3 (6=2 мм) с последующим покрытием (оцинковка или нанесение специального грунта). Алюминиевый водозаборник намного легче, что способствует достижению больших скоростей.
Рекомендуемая последовательность операций при изготовлении водозаборника такова:
1. Изготовление шаблона из сосновых реек по теоретическому чертежу водозаборника;
2. Выколотка по шаблону двух половин водозаборника из листа;
3. Подготовка и подгонка нижнего фланца водозаборника по днищу корпуса катера;
4. Сварка двух половин водозаборника между собой и нижним фланцем;
5. Приварка транцевого фланца к обечайке и их расточка по размерам конструктивного чертежа;
6. Подгонка обечайки к трубе водозаборника 2 и их сварка; при этом необходимо выдержать угол наклона фланца 6° по отношению к основной линии водозаборника. Неперпендикулярность плоскости К оси вала водозаборника допускается не более 0,3 мм в габаритах детали по оси;
7. Выставить и приварить по струне дейдвудный патрубок точно по оси фланца и обечайки.
Несоосность оси патрубка 6 и обечайки 3 допускается не более 1,5 мм.
8. Окончательно зачистить сварные швы и приварить полосы защитной решетки к водозаборнику. Внутренняя поверхность водозаборника должна быть чистой, без вмятин.
При подготовке к установке водозаборника в днище и транце катера делают соответствующие вырезы. Заводят водозаборник на место так, чтобы нижний фланец был снаружи обшивки днища; под фланец ставится прокладка из тиоколовой ленты или иного герметика (можно мешковину на масляной краске). Фланец крепят к днищевой обшивке винтами с потайной головкой М6Х15 с шагом 80 мм. Фланец 4 к транцу крепят винтами М8Х30.
После установки водозаборника разрезанный шп. 9 следует состыковать с корпусом водозаборника при помощи приваренных к нему планок и накладки, скрепляемой со шпангоутом винтами.
Ротор (рабочее колесо). Ротор четырехлопастной с шагом 210 мм, латунный (Л62); изготовляется по шаговым угольникам сварным или литым. Он может быть сделан также из нержавеющей стали, алюминиевого сплава или просто из Ст. 3 с последующей оцинковкой, однако желательно избегать применения разнородных металлов, дающих электролитическую пару с водозаборником. На ступице ротора нарезана резьба М48ХЗ для навинчивания съемника ротора. Зазор между лопастями ротора и обечайкой водозаборника должен быть равен 0,5—1 мм на сторону.
Изготовление ротора начинается с изготовления комплекта шаговых угольников и разметочной плиты со штырем под отрокернить; на каждом угольнике выбить мерку — радиус, «низ» и «верх», допуски на размеры угольников ±0,3 мм. Вытачивают ступицу, ставят ее, надевая на штырь, на разметочную плиту, установив кольцевую прокладку высотой 15 мм (см. схему «а»). Затем устанавливают по соответствующим радиусам, размеченным на плите, нижние шаговые угольники и крепят их. Вырезают заготовки лопастей, выгибают их, подгоняя по нижним шаговым угольникам, а затем протачивают лопасти к ступице. После сварки ротор в сборе к окончательной обработке поверхности лопастей.
Закончив окончательную подгонку к нижним шаговым угольникам, выбирают профиль лопастей сверху с подгонкой по верхним шаговым угольникам. Радиус сопряжения лопастей со ступицей надо плавно уменьшить от наибольшего значения на середине до R = 5 мм у кромок. Трещины, раковины, свищи и сыпь на обработанных поверхностях не допускаются.
Допускаемые отклонения: по диаметру ротора ±0,5 мм; по шагу ротора ±0,2 мм; по толщине профиля ±0,2 мм.
После окончательной полировки ротора необходимо произвести его балансировку (балансировочный груз 5 г). Выбирать металл при балансировке надо с внутренних поверхностей ступицы ротора.
Шаговые угольники для изготовления четырехлопастного ротора Н—210 мм и схема (а) их установки по отношению к ступице ротора.
1 — обтекатель ступицы ротора; 2 — ступица ротора; 3 — верхний шаговый угольник; 4 — нижний шаговый угольник; 5 — разметочная плита; 6 — прокладка под ступицу; 7 — штырь.
Сопло: а — построение профиля спрямляющей лопатки; б — резино-металлический подшипник.
На выходе сопла предусмотрены съемные конусные кольца, которые крепятся стопорными винтами М5. Эти кольца служат для регулировки загрузки двигателя; уменьшением или увеличением внутреннего диаметра вставляемого кольца можно уменьшить или увеличить упор движителя. При малой нагрузке катера можно поставить кольцо с меньшим диаметром; для тяжелой нагрузки — с большим диаметром. Кольца вытачиваются из алюминиевого сплава АМг.
На чертеже сопла показано регулирующее кольцо с внуренним диаметром 154 мм, при котором и были получены приведенные выше скоростные характеристики катера. 154 мм выполнить выходное отверстие сопла диаметром мм без вставного кольца. При установке не «М-20», какого-либо другого двигателя необходимо иметь комплект колец с внутренними диаметрами 160, 145 и 140 мм.
Изготовление сопла производится в такой последовательности:
1. Подготовить заготовку переднего фланца 5 и свальцевать конусную заготовку для проточки обечайки 4;
2. Приварить фланец 5 к конусной обечайке 4;
3. Проточить внутреннюю полость обечайки по размерам;
4. Выточить ступицу сопла 6 (без окончательной расточки отверстия под корпус подшипника);
5. Сделать шаблоны из листовой стали 6=2 мм для изготовления спрямляющих лопаток 7;
6. Выгнуть и обработать по шаблонам спрямляющие лопатки 7;
7. Подогнать лопатки 7 по ступице и приварить их к ней;
8. После приварки лопаток к ступице, проточить их по наружному диаметру с подгонкой по корпусу обечайки сопла;
9. Вставить спрямляющие лопатки со ступицей в корпус обечайки сопла, выверить перпендикулярность и соосность, и произвести их приварку;
10. Окончательно проточить внутренний размер ступицы сопла и фланца 5.
Внутренняя поверхность сопла должна быть чистой и с плавными поверхностями. Неперпендикулярность плоскости К оси сопла допустима не более 0,1 мм.
Резьбу М6 в ступице 6 надо сверлить по отверстиям резино-металлического подшипника.
Между кромками лопастей ротора и кромками спрямляющих лопаток сопла предусмотрен зазор 12 мм для того, чтобы засасываемая в водозаборник галька пролетала в этом зазоре, а не заклинивала лопатки, что может привести к задирам и поломкам. Этот зазор можно выполнить и равным 2—3 мм; в этом случае лучше будут срезаться ротором попадаемые в водозаборник сучки, ветки и другие подобные предметы, так как они не будут застревать на спрямляющих лопатках, но будет больше опасность поломки кромок лопастей и лопаток от гальки. Для отбора воды для охлаждения двигателя в нижней части сопла после спрямляющих лопаток приварена трубка 20X1.
Рули и гидрореверс. Управление катером на переднем ходу осуществляется посредством двух створок переднего хода. Левая створка 18 приводится в движение сектором 24, который соединен с нею при помощи сварки. Створки приварены ко втулкам 3 и вращаются вокруг оси 21. Левая и правая створки соединены между собой поперечной тягой 12. Сектор 24 соединен штуртросовой проводкой со штурвалом в кокпите.
Устройство заднего хода состоит из двух створок 10 и 11, коробки 7 и приводного устройства. К каждой створке приварены две втулки 4, насаженные на ось 21 и застопоренные штифтами 1 (эти штифты надо раскернить и запилить заподлицо с наружной поверхностью втулок). Такими же штифтами каждая качалка 15 закреплена на оси 21. Качалки 15 соединены двумя тягами 14, к которым прикреплен трос 16, приводимый в движение из кокпита катера при помощи рычага с сектором. Ход троса 140 мм. Для удержания створок 10 и 11 при заднем ходе катера служит пружинная защелка 17 (см. А—А), которая открывается при помощи тросика 23, помещенного в трубку 22.
На переднем ходу катера створки 10 и 11 прижаты к створкам переднего хода и свободно поворачиваются совместно с ними. Для движения задним ходом необходимо уменьшить число оборотов двигателя и при помощи рычага реверса натянуть трос 16, который приведет в движение качалки 15 и развернет обе створки заднего хода, перекрывая выход струи. При закрытии створок заднего хода защелка 17 приподнимается самими створками, а затем удерживает их в закрытом положении при увеличении числа оборотов двигателя (движение задним ходом), не требуя каких-либо усилий. Вода из сопла водомета направляется через щель в нижней части коробки 7 под транец катера, вызывая при этом
движение катера задним ходом. Зазор между створками заднего хода и всеми втулками не более 0,1 мм.
Катер управляется и на заднем ходу. Для этого на створках переднего хода 18 и 19 приварены толкатели 2. При перекладке штурвала толкатели частично приоткрывают од| из створок заднего хода (см. Б—Б), благодаря чему происходит поворот катера. Зазор приоткрытия створок 2—3 м. Возвращение створок заднего хода в исходное положение происходит под действием струи при освобожден: троса защелки ручкой привода защелки, расположенной рычаге реверса заднего хода.
Холостую работу двигателя (без хода катера) можно ос ществить при закрытых створках, за счет малых оборотов двигателя или частичного приоткрытия створок заднего ход (посредством рычага реверса). Проход тросиков через транец корпуса катера нужно выполнить на резиновых прокладках, которые поджимаются алюминиевыми накладкам!
Работа гидрореверса проверена на нескольких катер, с водометными движителями, разработанных в ЦКБ по суда! на подводных крыльях: недостатком этой схемы является то, что необходимо первоначальное усилие для закрытия створок заднего хода; кроме того, происходят потери напор через щель между створками.
При движении задним ходом можно, не сбавляя обор! тов двигателя, дать передний ход; достаточно открыть защелку 17.
Можно также применить гидрореверс, описанный в статье Э. Клосса, но он выступает за основную линию корпуса катера вниз, вызывая лишнее сопротивление на переднем ход* и имеет большие габаритные размеры.
Валопровод. Вал водомета 9 выполнен из нержавеющй стали 2X13; выход его из водозаборника заканчивается корпусом самоцентрирующего сальника 23, набитым пропитаной пенькой.
Несоосность 22 и 30 С не должна быть более 0,1 мм Корпус сальника закреплен в дюритовом шланге 22, что необходимо для самоцентровки. Дюритовый шланг крепил двумя хомутами 21. Накидная гайка нажимает на сальниковую набивку грунд-буксой 25 и контрится стопорной планкой 16.
Заключение. Описываемый водометный движитель обеспечивает получение указанных скоростей только на корпусе, построенном по приводимому теоретическому чертежу при соблюдении весовых ограничений.
Указанная скорость катера была получена при первом же выходе весной 1966 г. без каких-либо изменений водометного движителя. Двигатель при полной скорости катера работал сравнительно легко, без перегрузки, поэтому эксплуатацию его на полкой мощности в режиме глиссирования можно считать вполне приемлемой. По окончании навигации было проверено состояние двигателя и водометного движителя; износ всех деталей соответствовал существующим нормам выработки.
.jpg)
«Кама» на ходу.
Предвидя вопросы читателей о возможности установки нескольких наиболее распространенных в катеростроении двигателей с данным водометом на катере типа «Кама» отметим следующее.
1. Двигатель «ГАЗ-69» ставится без всяких изменений движителя, кроме небольшой регулировки выходного сечения сопла вставными кольцами. Для снятия полной мощности двигателя и получения наибольших скоростей катера рекомендуется изменить шаг ротора на H=220 мм.
2. Двигатель «М-21» («Волга») можно эксплуатировать с ограничением по мощности (при оборотах коленчатого вала 3500—3600, что соответствует 60 л. е.). Это хорошо сказывается на продлении моторесурса, так как данный двигатель имеет большое число оборотов, по сравнению с двигателями «ГАЗ-69», «ГАЗ-51» и «М-20», и длительная эксплуатация его на полной мощности не рекомендуется. Если все-таки потребуется снимать всю мощность двигателя, придется увеличить шаг ротора до 220 мм и регулировать выходное сечение сопла.
3. Для двигателя «МЗМА-407» при числе оборотов около 3500 следует уменьшить шаг до 200 мм.
При использовании водометного движителя с другими двигателями придерживаться числа оборотов вала 3600—3500 и мощности не менее 50 л. с. Каждый новый вариант установки требует новой проработки и проведения испытании, поэтому дать гарантии заранее просто невозможно.
В заключение хочу отметить, что катера-водометы полумают все более широкое распространение среди многочисленных наших туристов, любителей рыбалки и охоты. У нас в Горьком, уже появилось много катеров с водометами и все они вполне оправдывают надежды строителей.