Ragefish.ru

Подводные крылья своими руками

Подводные крылья

Пущенная на воды озера Маггиоре, лодка с надстроенными «крыльями», созданная итальянским изобретателем, достигла небывалой для 1906 года скорости – 68 км/ч. Двигатель лодки обладал мощность всего 60 лошадиных сил и приводил в движение два воздушных винта, вращающихся в противоположных направлениях.

Принцип действия

Подводные крылья – это устройства, входящие в конструкцию корпуса корабля, выполненные в виде крыльев (отсюда и название). Их основным назначением является уменьшение силы трения и сопротивления воды, корпусу корабля, а также уменьшение осадки судна. Принцип действия подводных крыльев, аналогичен крыльям летательных аппаратов. При больших скоростях, за счет изгиба крыла, корабль поднимается над водой. Погруженными остаются лишь крылья и двигатели. Оптимальная сила выталкивания судна зависит от его скорости. Так как плотность воды больше плотности воздуха в 800 раз, то и площадь крыла, как и скорость корабля, при той же силе выталкивания, что и у самолета, будет меньше в 800 раз.

Подобные суда способны перемещаться по воде в двух режимах:

  • В режиме обычного корабля. Каждый тип судна на подводных крыльях имеет расчетную скорость, при которой выталкивающая сила поднимает корпус корабля над водой (аналогично взлетной скорости самолета). До достижения этой скорости, судно погружено в воду, в соответствии с законом Архимеда. При этом сильно увеличивается осадка, так как крылья увеличивают ее. Для решения этой проблемы, применяются складные крылья и поднимающиеся винты.
  • В режиме судна на подводных крыльях. Достигая скорости выталкивая, корабль поднимается над водой, за счет уменьшения силы трения, скорость резко возрастает, а осадка становиться минимальной.

Существуют два основных типа подводных крыльев:

Крыло частично погруженное в воду. При увеличении площади соприкосновения с водой подобных крыльев, увеличивается и создаваемая ими выталкивающая сила. Благодаря этому свойству, судно более устойчиво при возникновении волн. Для улучшения плавности движения корабля при сильном волнении, частично погруженные крылья можно оснастить закрылками с автоматическим управлением.

Полностью погруженное (U-образно) крыло. Управление выталкивающей силой при полном погружении крыла в воду, осуществляется путем изменения угла атаки (поворот крыла целиком) или отклонением закрылок, которые расположены на неподвижном крыле, вдоль задней кромки. Регулирование положения судна над водой, обеспечивается системой автоматического управления. Компьютер управления, отслеживает положение судна и автоматически осуществляет его балансировку.

Подводные крылья могут располагаться по-разному, как относительно друг друга, так и относительно корпуса судна.

Всего существует три типа, применяемых в практике, компоновок подводных крыльев:

  1. Расположение крыла аналогично авиационному (самолетная компоновка). При таком положении, крыло больших размеров (главное), расположено перед метацентром корабля, а крыло меньших размеров (второстепенное), находится позади центра тяжести. Крылья такого типа применяются на малых судах, с небольшой осадкой.
  2. Расположение крыла по схеме – «утка». Такая конструкция предполагает размещение меньшего крыла перед основным (напоминая по форме утку). Применяются аналогично «авиационным».
  3. Тандемная схема. Тандемные крылья равнозначны между собой и расположены спереди и сзади метацентра судна, на одинаковом от него расстоянии. Подобная схема используется в конструкции крупных, мореходных судах на подводных крыльях.

Двигательные установки судов на подводных крыльях

Для выхода на глиссаду (то есть достижения скорости, достаточной, что бы «встать» на крылья), судно должно обладать мощным двигателем. На судах с подводными крыльями применяются двигатели внутреннего сгорания (дизельные) и газотурбинные установки. Совместно с ними применяются водометные и винтовые движители. Крупнотоннажные суда оснащаются движителями обоих типов, переключающихся в зависимости от режима движения корабля, чаще всего они приводятся в действие газотурбинными установками.

Особенности движения крыла в воде

При движении подводного крыла в воде, на его верхней поверхности образуется зона пониженного давления. Это способствует возникновению воздушных пузырьков, этот эффект называется – кавитацией. Схлопываясь, воздушные пузырьки способны повредить крыло. Область низкого давления, достаточная для возникновения пузырьков, образуется при достижении судном определенной скорости.

По возникновению кавитации, подводные крылья делятся на два типа:

  • Бескавитационныые крылья. Их максимальная скорость, ниже скорости, необходимой для возникновения кавитации.
  • Суперкавитирующие. Крылья для сверхскоростных судов. Профиль крыла выполнен таким образом, что кавитационные пузырьки схлопываются на расстоянии от поверхности крыла.

В 1956 году был разработан новый тип профиля крыла, призванный стать независимым от кавитации. Он представляет собой симметричный клин. При движении в жидкости на его гранях возникает положительное динамическое давление. На его внешней выпуклой стороне давление уменьшается, а на вогнутой – повышается. В области высокого давления, возникающей на выпуклой стороне искривленного клина, эффект кавитации отсутствует, а при больших углах атаки крыла, отгибы задних кромок затягиваю возникновение кавитации.

Особенности применения подводных крыльев

Внедрение подводных крыльев привело к изменению архитектуры использующих их судов. Для уменьшения аэродинамического сопротивления корпуса, суда данного типа стали обтекаемых форм. Из-за малой грузоподъемности, основное назначение таких кораблей стала перевозка пассажиров и экскурсии, их внутреннее расположение салона, соответствует салону самолета.

Рулевая рубка (капитанский мостик) располагаются в носовой части корабля для улучшения обзора при прохождении извилистых рек. Хозяйственные помещения, размещаются между пассажирским салоном и машинным отделением, тем самым ослабляя шум двигателей (проникающий в салон) и повышая комфорт пассажиров.

Для проектирования судов на подводных крыльях, были разработаны новые методики разработки корпуса. С учетом увеличенного изгибающего момента. К тому же, особенности эксплуатации предполагают сильные удары волн о корпус, в режиме глиссирования судна.

Читать еще:  Нахлыстовые мушки

Все эти факторы определяются конструкцией крыльевого устройства, особенно носового. В результате применения подводных крыльев, разработанных под руководством доктора технических наук, профессора Н.В. Маттеса, удалось снизить динамические нагрузки на корпус до 50 – 60%.

Подводные крылья и корпус судна, в среднем составляют 45 – 55% от его порожнего веса. Поэтому оптимальными материалами для создания глиссеров являются легкие и прочные сплавы алюминия и нержавеющая сталь, для изготовления крыльев. В настоящее время на многих малых судах применяются крылья из стеклопластиков с армированием, позволяющие значительно уменьшить вес судна.

Технология изготовления судов на подводных крыльях очень дорогая. Поэтому в отдельных случаях, конструкторы идут на ухудшение гидродинамических характеристик, уменьшая стоимость постройки корабля. Например, клепаные сочленения корпусов заменяются сварными соединениями. Это утяжеляет конструкцию в целом, но многократно снижает трудоемкость и стоимость работ.

Способы управления подводными крыльями

Управление выталкивающей силой на судне с подводными крыльями осуществляется изменением угла атаки крыла, либо закрылками. В настоящее время, все системы управления – автоматизированы. Оператор производит лишь грубое управление – поворот, замедление и ускорение судна, а стабилизацию движения обеспечивает центральный процессор управления судном. Получая информацию о положении судна с датчиков, он передает сигналы на изменение угла атаки крыла или закрылок. Удерживая судно в заданном оператором положении. Для глиссеров применяются только самые быстродействующие процессоры и датчики, так как время прохождения и обработки сигнала на больших скоростях, должно быть минимально.

Для чего необходимо гидрокрыло на лодочный мотор?

Современную рыбную ловлю уже нельзя представить без хорошего плавательного средства, в частности моторной лодки.

Именно она позволяет рыбаку существенно сократить время, чтобы добраться в конкретное место, и уровень комфорта при наличии такого аппарата значительно повышается.

Зачастую, такие средства передвижения оснащаются подвесным мотором, мощность которого варьируется от 15 до 50 л. с. и свыше.

Чтобы усовершенствовать технические характеристики лодочных двигателей, инженеры разработали специальное приспособление – гидрокрыло.

Конечно, при всех своих достоинствах, это изобретение имеет и свои недостатки. Прежде, чем устанавливать гидрокрыло, желательно изучить все его нюансы.

Что собой представляет?

Наличие гидрокрыла как дополнительного оборудования на лодочном моторе дает возможность не только решить трудности с выравниванием плавсредства на водной поверхности, но и упрощает процесс перевода судна на глиссирование.

Проще говоря, это своеобразный тюнинг моторной лодки.

Выделяют 2 основных типа:

  1. Монокрыло. Это устройство, состоящее из цельной пластины, устанавливают исключительно на моторы со средней и максимально высокой мощностью (из-за конструктивных особенностей).
  2. Стандартное гидрокрыло. Это устройство, состоящее из 2 раздельных крыльев, применяется для оснащения двигателей с малой мощностью. Как правило, их устанавливают на подвесные лодочные моторы.

Производители классифицируют такие устройства по мощностному показателю:

  1. К 1 группе относятся гидрокрылья, которые предназначены для оборудования двигателей с мощностью до 25 л. с.;
  2. Ко 2 группе – 25-50 л. с.;
  3. К 3 группе – моторы с мощностью выше 50 л. с.

Преимущества и недостатки

К положительным качествам гидрокрыльев относятся:

  1. Ускоренный выход на глиссирование. Учитывая исследования экспертов, где было доказано, что период перехода в режим глисса сократился на 15-20%, указывает на целесообразность данного оборудования.
  2. За счет повышения площади самой антикавитационной плиты, улучшаются показатели курсовой устойчивости плавсредства, что способствует максимальному контролю над поведением судна на водной поверхности.
  3. Наличие гидрокрыла исключает чрезмерное задирание носа судна. Прежде всего, это заметно при резком увеличении количества оборотов на двигателе.
  4. Уровень комфорта на средстве передвижения хорошо ощутим, в лучшую сторону.
  5. Наличие такого дополнительного приспособления не допускает попадания воздуха в крутящий механизм.
  6. Несмотря на все плюсы гидрокрыльев, стоит отметить и негативные стороны:
  7. Снижение максимальной скорости плавсредства на 507 км/ч, что было установлено опытным путем. Хотя в целом такой нюанс нельзя считать существенным недостатком, но знать о нем нужно.
  8. Время на очистку гребного винта уходит намного больше: при плавании по мелководью, винт засоряется водной растительностью, а гидрокрыло препятствует свободному доступу к этой части двигателя.
  9. При оборудовании маломощных моторов, значительных результатов можно не почувствовать, как и сверхмощных изделий. Чтобы не разочароваться в установке данной модификации, рекомендуется изначально ознакомиться с инструкцией конкретной модели.

Как изготовить своими руками?

Чтобы самостоятельно изготовить гидрокрыло, понадобятся элементарные слесарные навыки и следующие составляющие:

  1. Инструменты: лобзик или болгарка, грунт, краска, болты с диаметром 6 мм 4 штуки.
  2. Материал: дюралевая пластина с толщиной 3 мм, длиной 300 мм, шириной 260 мм. Как вариант можно использовать снеговую лопату.

Пошаговая инструкция:

  1. На пластине делаются соответствующие разметки под ногу мотора, под отверстия, которые нужны для крепления гидрокрыла к антикавитационной плите лодочного мотора.
  2. По краям пластины делаются специальные скаты, чтобы улучшить обтекание воды, края скругляются.
  3. Готовое изделие грунтуется и красится, чтобы избежать преждевременной порчи гидрокрыла.
  4. Крепится гидрокрыло на 4 болта.

Как выбрать?

Выбирая гидрокрыло на лодочный мотор, рекомендуется обратить внимание на:

  1. Упаковку товара, она должна быть целая, без видимых потертостей и повреждений. Подлинный товар имеет надежную упаковку.
  2. Качество изделия.
  3. Гарантию товара.
  4. На угол атаки.

Устанавливать модернизированное оборудование на двигатель с суммарной мощностью до 6 л. с. не эффективно. Это касается и моторов с мощностью свыше 50 л. с.

Читать еще:  Как сделать балык из толстолобика

Лучшие модели

Среди востребованных изделий выделяют:

Гидрокрыло Easterner

От Тайваньского производителя.

Это бюджетный вариант, его стоимость составляет 1220 рублей. Устройство предназначено для лодки с двигателем от 8 до 50 л/с.

В качестве материала использована пластмасса черного цвета. Размеры устройства 194×174 мм. В комплекте прилагаются специальные крепежные элементы.

Гидрокрыло от торговой марки Sport Marine (США)

Стоимость изделия варьируется в пределах 4000-5000 рублей. Устройство специально разработано для двигателей с мощностью до 300 л/с.

Чтобы установить его, не требуется сверлить антикавитационную плиту.

Гидрокрыло SE sport SES400

Цена 6220 рублей. Устройство устанавливается на моторы с мощностью свыше 40 л/с. Размеры 40,6×43,2 см.

В комплекте есть все необходимое для крепления такого приспособления, а также есть специальный переходник для установки его без сверления отверстий.

Как установить?

Сам процесс установки гидрокрыла не вызывает особых сложностей, главное, чтобы человек имел хотя бы элементарные познания в строении лодочного мотора.

К примеру, основной упор делается на антикавитационную плиту, нужно понимать, как она выглядит и как к ней закрепить гидрокрыло.

Из практики опытных судоходов, можно сделать вывод, что специальные комплекты, предназначенные для монтажа, существенно облегчают процесс.

В качестве альтернативы можно просверлить соответствующие отверстия под нужный диаметр болтов. Но здесь следует знать, что пластина может повредиться и прийти в негодность. Лучше использовать первый метод.

Процесс монтажа состоит из:

  1. Обезжиривания поверхности, удаления пыли, излишней смазки, посторонних частиц. Тщательно просушить.
  2. После проведенных подготовительных работ, можно начинать приклеивать специальные прокладки к поверхности. Желательно все действия производить в помещении с температурой воздуха свыше 18 градусов, либо на улице в жаркую погоду, что благоприятно влияет на качество склеивания и плотность прилегания прокладок.
  3. Затем, устанавливается верхняя пластина.
  4. Следующим шагом, фиксируется нижняя часть конструкции и по завершении все элементы соединяются болтами. Если применяется комплект для крепления, то вместо болтов нужно будет использовать резиновые шайбы (они есть в комплекте).

Советы:

  1. Устанавливать гидрокрыло на лодочном моторе целесообразно, чтобы повысить уровень комфорта плавсредства.
  2. Выбирать гидрокрыло нужно в соответствии с возможностями двигателя.
  3. Для качественного монтажа, рекомендуется использовать комплект типа Sport Clip.

Подводные крылья своими руками

Двухместная моторная лодка на подводных крыльях предназначена для прогулок и туристских путешествий по рекам и озерам и имеет следующие основные характеристики:
Длина, м 3
Ширина корпуса, м 1,05
Ширина габаритная, м 1,3
Высота габаритная (без обтекателя), м 0,5
Вес корпуса с крыльями, кг 40
Полное водоизмещение, кг 230
Скорость, км/час 50—60

На лодке установлен подвесной мотор «Москва» мощностью 10 л. с. Лодка оборудована рулевым управлением со штурвалом автомобильного типа и дистанционным управлением дроссельной заслонкой («газом») и реверсом мотора. Чтобы при посадке пассажиров, швартовке лодки и запуске двигателя штурвал не мешал, его откидывают вверх на кронштейне. Управление газом выведено на педаль под правую ногу водителя. Ручка переключения реверса расположена справа на обносе кокпита.

От брызг и ветра защищает съемный козырек, глубоко охватывающий пассажирский кокпит. В кормовом кокпите-багажнике, закрываемом обтекателем из декоративного пластика, расположен топливный бак; сюда же укладывают шасси и инструмент.

Благодаря небольшим габаритам и весу лодку можно перевозить в кузове или на крыше автомобиля, на прицепе за мотоциклом или велосипедом, либо просто вручную на съемном шасси. Это шасси можно снимать и устанавливать как на суше, так и на плаву, что очень удобно при эксплуатации лодки на водоемах с отлогим берегом. Шасси крепится к корпусу в районе центра тяжести лодки стальным тросом с «лягушкой». Колеса шасси — пневматические (размером 81/2Х2″) от детского самоката. Для перевозки лодки за мотоциклом следует усилить конструкцию шасси и применить колеса большего размера.

Одной из основных задач, решаемых при проектировании и постройке лодки, было создание корпуса наименьшего веса при достаточной прочности. Применена поперечная система набора. Шпация (практическая) по днищу в носовой части — 250 мм, в кормовой — 333 мм. По борту и палубе шпангоуты установлены через один, так как расстояние между стрингерами не превышает 200 мм. Дополнительное повышение прочности и жесткости конструкции получается благодаря значительной погиби обшивки. Сиденье включено в несущую конструкцию корпуса и служит дополнительной опорой для днищевого перекрытия и бортов. Спинка сиденья является водонепроницаемой переборкой, повышающей безопасность плавания в случае пробоины.


Теоретический чертеж

Схема установки крыльев на моторной лодке:
а —сечение основных плоскостей 1 и 6; 6 —сечение дополнительных плоскостей 2, 3, 4 и 5; в —сечение стоек носового крыла; г —сечение стоек кормового крыла. ПП – ось поворота; А—узел соединения плоскости крыла (сталь Ст. 3) со стойкой (дуралюмин Д16-Т); Б — узел соединения стойки носового крыла; (7 — верхняя часть стойки дуралюмин Д16-Т; 8—нижняя часть стойки — сталь Ст. 3; 9—заклепки d=4 из сплава В65).


Узлы крепления крыльев к корпусу.
23 — выравнивающая дуралюминовая прокладка; 24 — бортовая стойка; 25 — средняя стойка; 26 — дуралюминовая прокладка d =4 мм; 27 — дуралюмниовый угольник 45×25×2.5; 25 — заполнитель, сосна; 29 —кронштейн Д16-Т, d=4 мм; 30—угольник Д16-Т, 30X30Х3; 31— прокладка для подбора угла установки; 32 — бортовой наклонный кронштейн; 33— скула (остальные обозначения см. конструктивный чертеж корпуса).

Читать еще:  Thermacell отзывы

Для облегчения конструкции транец сделан пустотелым, состоящим из двух вертикальных подмоторных брусьев, зашитых с обеих сторон фанерой. Упор от двигателя, передаваемый на транец, воспринимается днищевой обшивкой и двумя продольными кницами, перевязанными с днищем и палубой.

Применение рациональных конструкций и совмещение элементов набора с подкреплениями под устройства позволили получить очень легкий корпус весом 32 кг. Заметим, что при более тщательном подборе материала вес корпуса может быть снижен до 25 кг.

При постройке корпуса были применены широко распространенные материалы. Обшивка выполнена из фанеры БС-1 толщиной 4 мм; набор—из ели и березы (подмоторные и привальные брусья, скуловые накладки). Для подкреплений использованы бук и фанера толщиной 10 мм. Крепеж — стальные шурупы (основной размер 2,5X12). Все соединения выполнены на клее БФ-2. После сборки корпус зашпаклевали, ошкурили и окрасили.

Особое внимание было уделено подводным крыльям.

Моторная лодка, подготовленная для перевозки
В момент фотографирования на лодке установлен один из первоначальных вариантов крыльевого устройства

Исходя из необходимости обеспечения высоких скоростных и мореходных качеств лодки и удовлетворения конструктивных и прочностных требований была выбрана четырехточечная схема с малопогруженными крыльями.

На лодке было опробовано несколько крыльевых схем, имеющих принципиальные и конструктивные отличия. Принята была схема, показавшая наилучшие результаты; она и показана на приводимых нами чертежах.

Высокая относительная скорость движения лодки заставила пойти на включение в схему дополнительных стартовых плоскостей, обеспечивающих выход лодки на крылья на меньших скоростях и этим уменьшающих горб сопротивления. На расчетной скорости 35—40 км/час эти плоскости полностью выходят из воды и на тихой воде с поверхностью не соприкасаются; при движении на волнении они периодически входят в воду и предотвращают проваливания лодки, что значительно улучшает ее мореходные качества.

При проектировании крыльев были поставлены следующие дополнительные требования:
1) обеспечить наименьший вес крыльев при условии высокой прочности и жесткости конструкции;
2) упростить конструкцию и, в частности, уменьшить число сварных соединений для возможности изготовления крыльев любителями.

Основные и дополнительные плоскости выполнены стальными, стойки и кронштейны — дуралюминовыми. Соединение плоскостей со стойками осуществлено «в шип» с последующим расклепыванием концов шипов.

Поверхность крыльев после опиловки по шаблону отшлифовали и окрасили, после чего снова вторично отшлифовали и отполировали.

Общий вес носового и кормового крыльевых устройств равен 7,5 кг. Крепление крыльев позволяет легко изменять углы установки, а следовательно, и углы атаки крыльев, подбирая их оптимальное значение. Данная конструкция дает возможность установить механизм для изменения углов атаки крыльев на ходу. Крылья могут быть легко сняты с лодки, что позволяет использовать ее как бескрылую.

Схема установки лодки на шасси.

Опытная эксплуатация лодки показала ее высокие скоростные и мореходные качества. Лодка устойчиво двигается на крыльях при полной нагрузке. Подъем корпуса над водой составляет в корме 100—120 мм, в носу — 200 мм. Широко разнесенные основные плоскости крыльев (1 и 6—на схеме установки крыльев), имеющие наклонные стабилизаторы (4) и дополнительные стартовые плоскости (2, 3, и 5), обеспечивают хорошую остойчивость и устойчивость движения при ходе как на тихой воде, так и на волнении с высотой волны до 0,5 м. Чистого движения на крыльях на максимальном волнении, по-видимому, не происходит; корпус лодки периодически замывается волнами, однако резких торможений, ударов корпуса о воду и проваливаний корпуса не наблюдается. Движение сопровождается плавными продольными и поперечными покачиваниями.

В настоящее время на лодке установлен гребной винт, спроектированный из расчета преодоления горба сопротивления. Так как точных данных о величине сопротивления в момент выхода лодки на крылья не было, винт был выбран с некоторым запасом по тяге на этом режиме и на расчетном режиме полного хода оказался несколько «легким». Однако благодаря этому при движении на волнении.

несмотря на значительное возрастание сопротивления лодки, скорость ее падает незначительно. Можно считать, что установленный гребной винт (D = 175 мм; H = 340 мм; А/Ad=0,3) годен для повседневной эксплуатации такой лодки.

Полученные скоростные показатели, очевидно, могут быть значительно улучшены подбором соответствующего винта и установкой механизма изменения углов атаки крыльев на ходу лодки (в зависимости от нагрузки лодки и высоты волны). При этом, по-видимому, следует применить винт, имеющий: D =170 мм; H = 400 мм; A/Ad = 0,55.

Кроме того, для повышения скорости лодки желательно провести следующие мероприятия, снижающие сопротивление подводной части мотора: полировку поверхности подводной части кронштейна; переделку козырька газовыхлопа и водоприемника; установку новой гайки-обтекателя на гребной винт; замену крепежных винтов с выступающими головками на винты с потайными головками. Эти мероприятия несложны и работу самого мотора не ухудшают.

В. В. Вейнберг
Журнал КиЯ №2 1964г

Запись опубликована 15.05.2009 в 09:02 в следующих рубриках: Проекты моторных лодок. Вы можете отслеживать обсуждение записи, используя ленту RSS 2.0. Вы можете оставить комментарий, или трекбек с Вашего сайта.

Комментарии (2) на “Моторная лодка на подводных крыльях”

Очень заинтерисовался этой модэлью, отправте проект пожалусто, если получится, то попробую сложнее.

Решил попробовать. Буду очень благодарен за чертежи. Это возможно?

Оставить комментарий

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector