Водометный движитель катера «Грант»

Главная Проекты

3а основу при разработке чертежей моего катера был принят проект «Суперкосатки», в которой, на мой взгляд, удачно совмещаются два таких противоречивых качества, как скорость и мореходность. В достоинствах катеров этого типа я убедился, совершив несколько плаваний на судах моих товарищей по стоянке. К этому времени я располагал уже некоторым опытом эксплуатации катеров типа «Хмур» и «Спорт», который также постарался учесть, проектируя свое новое судно.
Все предыдущие мои катера имели обычную установку с гребным винтом. Из-за обилия в наших северных водах топляков, мелей и каменных луд приходилось менять винты иногда по пять раз за навигацию.

Нередко надо было заменять при этом и погнутые гребные валы. На новом катере я решил сделать движитель более надежным и «живучим» — установить откидную поворотную колонку или водомет.

По чертежам ЦМК ДОСААФ я изготовил колонку типа ПОР-2с конструкции Г. М. Строгонова и одновременно приступил к проектированию водомета: хотелось на практике сравнить движители обоих типов и выбрать лучший. Случайная «встреча» колонки с подводным камнем при одном из первых же плаваний решила эту проблему: нижний редуктор остался на дне, а мне пришлось автобусом добираться 325 км до Ленинграда — за новым редуктором (хорошо, что он был у товарища, с которым мы сообща делали две одинаковые колонки). Так катер «Гранд» стал водометным.

Ссылка на увеличенное изображение

Несколько слов о катере. Корпус «Суперкосатки» пришлось удлинить на 1 м, увеличив каждую теоретическую шпацию на 120 мм, и соответственно сделать шире на 100 мм.

Для удобства монтажа водометного движителя, начиная со шп. 6 в корму сделана клиновидная лыжа с максимальной шириной на транце 450 мм. Так как было решено выклеивать два одинаковых корпуса из стеклопластика, то сначала пришлось изготовить болван. Толщина обшивки готового практически безнаборного корпуса на бортах составила 6 мм, на днище — 9 мм. Форпиковая водонепроницаемая переборка, установленная на 1300 мм от форштевня, выгораживает отсек для шкиперского имущества. В каюте по бортам установлены диваны-рундуки, а на форпиковой переборке закреплен откидной столик 800 X 600. На ночь здесь оборудуется сплошное спальное место размером 2,0 X 1,8 м, на котором свободно размещаются четыре человека (в стенках рундуков сделаны вырезы, в них вставляют поперечные бруски, на которые укладываются съемные спинки диванов). Стенки каюты и подволок обшиты поролоном, затем оклеенным кожзаменителем.

Ссылка на увеличенное изображение

В кокпите с размерами в плане 1,7 X 1,2 м размещены: откидное сиденье водителя; поперечный диван-рундук; по правому борту — откидной камбузный столик, за которым оборудованы полки для посуды, примуса «Шмель» и прочего кухонного инвентаря. Часть крыши рубки, защищенная лобовым стеклом, используется как штурманский столик. В непогоду кокпит закрывается откидным тентом.

На пульте управления установлены: штурвал; замок зажигания; тумблеры (отличительных огней, отмашек, фары-прожектора и сирены); указатели уровня топлива, температуры воды, давления масла; электротахометр, амперметр.

Два топливных бака (по 100 л) размещены под еланями в кокпите. Заливочные горловины выведены через палубу (и снабжены герметичными пробками), а воздушные трубки — за борт.

Ссылка на увеличенное изображение

Моторный отсек 1,8 X 1,5 м отделен от кокпита герметичной пенопластовой переборкой, оклеенной стеклотканью с обеих сторон. Бимсы сделаны из сосновой доски толщиной 22 мм. Палубный люк над двигателем перекрыт двустворчатой складной крышкой. Борта обшиты слоем пенопласта толщиной 120 мм и оклеены стеклотканью. Здесь же в моторном отсеке размещаются четыре канистры для горючего, канистра с маслом, огнетушитель и инструмент.

На двигателе «М-21» вместо штатного установлен новый охлаждаемый коллектор, заменены опоры. Система охлаждения выполнена по двухкон- турной схеме, которая отличается от традиционной тем, что помпа забортной воды отсутствует, а водо-водя- ной и водо-масляный холодильники изготовлены прямоточными, т. е. в одной трубе. Вода в холодильник поступает самотеком через кингстон, установленный на днище, и выбрасывается наружу через патрубок в транце. В выхлопной коллектор вода поступает под действием повышенного давления в кормовой части водовода движителя. Палуба катера сделана из фанеры и оклеена двумя слоями стеклоткани. Непотоплямость обеспечивается вклеенным в корпус пенопластом общим объемом 0,45 м3.

Ссылка на увеличенное изображение

Катер получился комфортабельным, удобным в обслуживании, позволяющим проходить по мелководью. В то же время он достаточно мореходен: за два года плаваний по Свири, Ладоге и Неве мне не раз приходилось ходить на волнении в 4—5 баллов. Катер не выскакивает из воды; водомет на волне работает устойчиво, без срывов, воздух не подсасывает. Управляемость и устойчивость на курсе — хорошие; при прямо поставленном руле катер сохраняет направление своего движения. «Гранд» обладает высокой остойчивостью; даже когда два человека встают на один борт, крен незначителен.

Скорость с четырьмя и большим количеством пассажиров не измерялась, но могу сказать, что катер выходит на глиссирование даже с 10 человеками на борту. Нормальный состав экипажа при сколько-нибудь дальних походах — не более пяти человек (по числу спальных мест).

Расход топлива—20 л/ч; таким образом, полного запаса топлива хватает на 400 км.
Остановлюсь подробнее на конструкции водомета.
Приступая к его проектированию, я ознакомился с опубликованными конструкциями Э. Э. Клосса, С. А. Лебедева, Н. Ф. Иванова и др., а также с водометами, изготовленными по чертежам других авторов и находящимися в эксплуатации. Так, на «Суперкосатках» ленинградцев Е. Я. Усанова и А. А. Ресина установлены удачные водометные движители с двигателем «М-21»; эти катера развивают скорость 45—48 км/ч.

Ссылка на увеличенное изображение

Собралась группа из шести человек, решившая строить одинаковые установки. Мы изготовили шесть двухступенчатых водометов с диаметром ротора 220 мм и шагом 215 мм, однако на свой катер я такой водомет устанавливать не стал, так как в это время появилась статья С. А. Калинина и А. С. Братишко об усовершенствованном водомете с лопаточным поджатием струи. После консультации у самого А. С. Братишко я смог выполнить рабочие чертежи такого водомета, которые здесь публикуются.

В движителе, установленном на катере «Гранд», поджатие струи в цилиндрическом выходном сопле осуществляется клиновидными поджимными лопатками, подобными тем, что были предложены А. С. Братишко. Отличие в том, что лопатки эти сделаны регулируемыми, чтобы проще было подбирать наиболее благоприятный режим работы двигателя, добиваясь получения максимальной скорости. Правда, показанные на чертеже лопатки мною еще испытаны не были. При доводке своего водомета я добивался повышения скорости катера путем уменьшения или увеличения толщины лопаток более трудоемким способом — опиливая их драчевой пилой или наклеивая на них новые слои стеклоткани. С первыми лопатками, имеющими толщину на кормовой кромке 38 мм, я получил скорость 30 км/ч при 3500 об/мин. Когда я снял с каждой лопатки по 1 мм толщины, скорость упала до 27 км/ч. Это послужило поводом для увеличения размера: при толщине лопаток 42 мм и была достигнута скорость 40 км/ч, которая меня удовлетворила. На лопатках предлагаемой конструкции подобрать наивыгоднейший режим будет, конечно, проще.

Ротор закреплен не непосредственно на валу движителя, а на отдельной оси, установленной консоль- но на шарикоподшипниках в спрямляющем аппарате. Если для замены ротора на движителе А. С. Братишко необходимо разбирать весь узел, то в описываемой конструкции, где ротор крепится к фланцу оси с торца, достаточно отвернуть 4 болта М10. 8 носовом конце оси ротора сделана полость квадратного сечения, в которую свободно вставляется вал движителя (без какого-либо крепления). Такое соединение создает наиболее благоприятные условия для работы вала, поскольку он передает только крутящий момент и не испытывает продольной нагрузки от упора движителя. Корпус водомета также разгружен от радиальных и осевых нагрузок: их воспринимает транец катера.

Ссылка на увеличенное изображение

Чем короче водовод, тем меньше потери на трение. При проектировании водовода я взял за основу уже испытанный и хорошо работающий водомет Е. Я. Усанова, а также укороченный водозаборник водомета фирмы «Гамильтон», о котором сообщалось в «КЯ» № 71. Водовод получился коротким, но с достаточно плавным входом и поворотом потока.
Кормовой конец водовода крепится не непосредственно к транцу, а к патрубку. Благодаря такому решению упрощается монтаж установки. Сначала фланец водовода крепится к патрубку, затем патрубок поджимается к транцу, уже после этого в днище корпуса катера и фланцах водовода сверлятся (через отверстия в защитной решетке) отверстия под крепежные болты. Надо добавить, что внизу фланец патрубка выступает на 8—10 мм ниже днища: это способствует увеличению скорости (эффект также проверен А. С. Братишко).

А. С. Братишко и С. А. Калинин рекомендуют устанавливать защитную решетку во входном сечении водовода под углом к потоку. По моему мнению, рациональнее расположить решетку параллельно днищу и заподлицо с ним. В этом случае решетка оказывается расположенной в зоне с минимальными скоростями потока, сопротивление ее будет наименьшим. Защитные функции также выполняются ею наилучшим образом, а вот при установке решетки под углом в водовод больше набивается трава и плавающий мусор. Кроме того, защитная решетка, установленная в плоскости днища, выполняет роль «сливника». К ней по бокам входного отверстия приварены два плавничка (таких же, как на водометах «Беркли», способствующих повышению устойчивости катера на курсе и предотвращающих прорыв пузырьков воздуха в водозаборник (явление крайне нежелательное).

В подшипнике скольжения, расположенном на внутреннем конце валопровода, предусмотрена смазка. Манжета установлена со стороны водовода и не только уплотняет вал, но и защищает подшипник от попадания в него песка и других мелких частиц.

Управление на переднем ходу осуществляется обычным балансирным рулем. Для заднего хода поток воды при помощи реверсивного устройства направляется под днище. У реверсивной заслонки имеется «язычок», нажимая на который рулем, можно заслонку закрыть и удерживать в горизонтальном положении. На переднем ходу при перекладке руля свыше 30° на борт заслонка открывается и происходит торможение, при повороте же руля на 90° — дается задний ход.

Весь движитель выполнен как самостоятельная конструкция с собственной подшипниковой системой; благодаря этому упрощается монтаж линии вала, его можно выполнять независимо от двигателя. В соединении вала движителя с маховиком двигателя применена эластичная муфта, благодаря чему снижаются требования к точности центровки двигателя.

Теперь об изготовлении отдельных деталей и узлов движителя.

Водовод. Чтобы избежать значительных гидравлических потерь, необходимо обеспечить максимально возможную плавность и чистоту обтекаемых потоком поверхностей. Эти требования проще выполнить при выклеивании водовода из стеклопластика. Стеклопластиковые водоводы получаются легче металлических и проще в эксплуатации — не корродируют, не требуют периодической окраски.

Водовод представляет собой трубу-переходник с плавными обводами, имеющую диаметр цилиндрической части 230 мм и входное прямоугольное окно 487 X 240. Цилиндрическая часть в месте установки ротора и спрямляющего аппарата сделана из металла — нержавеющей стали, титана, латуни или бронзы (алюминий и его сплавы нежелательны из-за сильной коррозии). К кормовому фланцу водовода до его за- формовки желательно приварить шпильки М8.

Если предполагается выклеивать несколько водоводов, болван для формования стоит сделать разъемным, при изготовлении одного водовода — лучше изготовить болван цельным из пенопласта. Во всех случаях рабочая поверхность болвана должна быть тщательно выровнена, зашпаклевана и отполирована. Приспособление состоит из фланца, вала, патрубка, фланца водовода, стойки с центрами и основания. Основание должно быть достаточно жестким; оно подкрепляется продольными брусками, которые на рисунке не показаны.

Для формования смотрового лючка делается деревянная пробка диаметром 120 мм с конусностью 1 : 10 и обязательно с буртиком, чтобы пробка, которая будет заформовываться, имела упор. Только в этом случае пробка будет устанавливаться строго заподлицо с поверхностью водовода. Высоту пробки надо делать такой, чтобы смотровой лючок был расположен выше ватерлинии. Она крепится на болване при помощи пластилина.

Я попробовал обойтись без пробки, поставив только крышку, как в водомете фирмы «Гамильтон».
Вибрация и шум при работе движителя были настолько сильны, что на катере стало страшно находиться. После установки пробки вибрация и шум прекратились.

Приспособление собирается по приводимому чертежу. Высота центров указана для угла наклона оси вала 3° 30. Чем меньше угол наклона, тем эффективнее работа водомета. Мне уменьшить этот угол не удалось, так как высота двигателя от пробки до оси коленчатого вала составляет 215 мм.

На собранный болван наносится толстый слой восковой мастики для пола (можно — воска). В течение двух часов этот слой просушивается, затем полируется суконкой.

Раскраивать стеклоткань лучше всего по бумажной выкройке, сделанной с таким расчетом, чтобы один кусок ткани покрывал всю поверхность болвана. Желательно применять стеклоткань тонкого переплетения (марок Т1 и Т2) или стеклянную сетку СЭ. В качестве связующего я использовал эпоксидную смолу ЭД-5.

Чтобы работать без спешки, связующего надо приготавливать столько, сколько идет на один слой. У меня на один слой затрачивалось 0,7 л эпоксидного клея. Всего на болван было наложено 7 слоев стеклоткани. При выклеивании водовода рядом с пробкой заделываются два болта крепления металлической планки-накладки.

Для полной полимеризации стеклопластика водовод выдерживается на болване двое суток. Затем деревянная пробка лючка вынимается, гнездо смазывается мастикой и выклеивается крышка лючка (заформовывается обрезками стеклоткани с эпоксидной смолой); при этом сразу же устанавливается на болты заранее подготовленная металлическая планка, которая приформовывается к краям стеклопластиковой крышки.
Еще через два дня приспособление можно разбирать и выколачивать болван. Водовод готов.

Ротор. Четырехлопастное рабочее колесо с шагом лопастей 215 мм и диаметром 229 мм делается литым из алюминиевого сплава АЛ28 или бронзы. Я изготовил два ротора— один с наклоненной на 15° к вертикали лопастью (в продольном сечении), второй—традиционного типа. Дисковое отношение равно 1 в обоих случаях. Сказать уверенно, какой лучше, я не могу, так как все время менял поджимные лопатки.

Поджимные лопатки. Как уже упоминалось, поджимные лопатки сделаны регулируемыми. Для их изготовления необходимо сделать модель из дерева или алюминиевого сплава. С этой целью вырезается кольцо высотой 140 мм с внутренним диаметром 100 мм и наружным — 230. Из этого кольца и вырезается модель лопатки по размерам, приведенным в чертеже. Затем по этой лопатке изготавливаются шаблоны внутренней и наружной стенок, по которым вырезаются заготовки из листовой нержавеющей стали толщиной 2 мм.

Сварку лопаток лучше всего производить на оправке, выполненной по размерам обтекателя спрямляю» щего аппарата, только с гладким внутренним отверстием диаметром 70 мм. Сварив лопатки, надо их закрепить на оправке болтами М8 и проточить по наружному диаметру с таким расчетом, чтобы зазор между внутренней поверхностью патрубка спрямляющего аппарата и лопатками был не более 0,1 мм. Это гарантирует надежную работу водомета.
Защитная решетка. Ее можно сделать сварной из титанового сплава или нержавеющей стали «Сливник» выполняется за счет фасок под углом 45°. В днище катера по решетке делаются прорези, в которые надо утопить выступающие концы полос решетки. Затем по решетке, как по кондуктору, сверлятся отверстия.
Эластичная муфта. Муфта включает упругий элемент из прорезиненной ткани. Во фланце полумуфты, которая крепится к маховику двигателя, необходимо просверлить отверстия для тех же пальцев, которыми маховик крепится к коленчатому валу. Эти отверстия смещены, чтобы маховик занимал строго определенное положение. Поэтому отверстия в полумуфте должны обрабатываться по маховику, как по кондуктору.

При центровке вала движителя с двигателем одна полумуфта крепится к маховику двигателя, другая свободно устанавливается на вал движителя. При соприкосновении полумуфт можно определить, какой имеется излом осей валов двигателя и движителя. Надо добиваться полного совпадения полумуфт по торцам и по диаметрам. После этого можно устанавливать диски, вырезанные из прорезиненной ткани общей толщиной 12—15 мм. Такая муфта работает весьма надежно.
Переходной патрубок. Его лучше изготовить сварным из нержавеющей стали. Сварка производится сплошным водонепроницаемым швом.
Контур фланца, прилегающего к транцу, может отличаться от указанного. На моем катере очертания фланца определились тем, что требовалось закрыть отверстие от вала колонки, которая была расположена выше водомета.