Расчёт водомётного движителя

Действительно, при наличии крупного водоизмещающего катера решение принималось, как правило, в пользу стационарного варианта. Однако и в настоящее время, несмотря на появление импортных подвесников практически любой мощности насущность проблемы для подавляющего большинства любителей осталась прежней. Дело в том, что цена мотора с водометной приставкой, пригодного для установки на достаточно большой катер (водоизмещением 1000-1500 кг), в несколько раз превосходит затраты на установку стационарного двигателя. Различия становятся более ощутимыми при использовании отечественных подвесных моторов.

Здесь не имеет смысла перечислять хорошо известные каждому водномоторнику преимущества и недостатки подвесных моторов по сравнению со стационарными двигателями. Более актуальным представляется анализ возможных результатов, которые можно получить при оборудовании стационарным водометом катера с конкретными характеристиками. Прежде всего, необходимо как можно точнее спрогнозировать влияние веса двигателя и его расположения на скорость катера и экономичность силовой установки.

Для этого вначале следует напомнить значения основных величин и безразмерных коэффициентов, используемых при расчетах в гидродинамике катеров. Так, гидродинамическим качеством называется величина, обратная коэффициенту глиссирования (ε). Этот коэффициент, в свою очередь, определяется следующим соотношением:

ε = R/D,

где R — сила сопротивления, направленная против хода катера, a D — вес катера или его водоизмещение. Таким образом К = 1/ε. СВ — коэффициент динамической нагрузки или удельная нагрузка при глиссировании определяется из соотношения

где ρ — массовая плотность воды, V — скорость судна м/сек, В — ширина глиссирующей поверхности днища, м, D — водоизмещение, т.

Из других показателей здесь упоминаются следующие: β — угол килеватости днища, ψ — угол ходового дифферента и m∆ = Xg/B — относительная центровка катера, где Xg — расстояние от центра тяжести до транца, м. Теоретически влияние центровки и удельной нагрузки на ходовые качества катера можно определить с помощью несложных расчетов с использованием экспериментальных данных (рис. 25-27).

Рис. 26. Зависимость гидродинамического качества от удельной нагрузки и центровки. (β = 12°)
1 — β = 12°; 2 — β = 17° 30'; 3 — β = 22° 30'

Рис. 27. Зависимость гидродинамического качества от удельной нагрузки при оптимальных углах атаки для плоско-килеватых профилей.

Известно, что величину гидродинамического качества можно также получить в зависимости от m — величины, характеризующей центровку, и Св — коэффициента удельной нагрузки. Например, катер длиной 5 м при ширине 1,8 м и общей массе 1000 кг под двумя «Нептунами-23» развивает скорость 36 км/час. Для этого примера в случае использования подвесных моторов гидродинамическое качество корпуса составит 7-7,2 при угле килеватости β = 12°, m = 1,2-1,4 и Вск = 1,6 м. При этом сопротивление корпуса составит около 140 кг, а мощность, необходимая для движения со скоростью 36 км/час — менее 50 л. с.

Тот же корпус, нос двигателем, установленным внутри, будет иметь смещенный к носу центр тяжести и в результате повышенное качество. Дифферент на корму уменьшится, катер станет более быстроходным и будет легче выходить на глиссирование. Для уменьшения мощности двигателя, потребной для выхода на глиссирование, можно еще более сместить центр тяжести в нос — перенести в носовые отсеки катера топливные баки и т. д. Эти меры позволят снизить сопротивление и величину m и соответственно повысить гидродинамическое качество.

Следующая конструктивная мера — удлинение корпуса путем установки пустотелых транцевых плит большого объема.

Следующим важным моментом является максимизация пропульсивного КПД. Эта цель достигается целым комплексом мер, снижающих потери КПД установки. Как уже указывалось, к ним относятся потери на входе в водовод, потери на повороты потока и потери на трение по длине. Кроме того, на КПД насоса существенное влияние оказывает степень разгона потока перед диском ротора. Например, при частоте вращения ротора 2800 об/мин увеличение скорости потока перед ним существенно повышает КПД насоса, но одновременно с этим увеличивается вероятность кавитации. Еще большее значение имеет давление в потоке воды на срезе сопла водомета. Необходимо, чтобы это давление было равно атмосферному. Даже небольшое отклонение в ту или иную сторону ведет к потере тяги. Так, разница в 0,1 атм. может вызывать потерю тяги до 60 кгс, что эквивалентно потери мощности около 12-14 л. с.