Общее устройство и типы водометов

  Интерес, проявляемый судостроителями-любителями к водометным катерам, не случаен. Такие суда обладают ощутимыми преимуществами перед катерами, снабженными приводом на винт, или мотолодками с подвесными моторами.

  Прежде всего, это лучшие кавитационные характеристики водомета, у которого явление кавитации начинает проявляться при более высокой скорости обтекания лопастей ротора, чем это происходит в случае гребного винта. Благодаря отсутствию выступающих частей — кронштейнов, рулей, гребных валов — водометная установка вызывает меньшее сопротивление воды движению судна.

  Реверсивно-рулевое устройство (РРУ) обеспечивает катеру хорошую управляемость на различных скоростях, высокие маневренные качества и эффективный реверс.

  В отличие от винтовых катеров, управляемость которых зависит от поступательной скорости движения (чем выше скорость, тем лучше катер слушается руля, но возрастает радиус циркуляции), боковое усилие водометной струи, поворачивающей катер, может быть максимальным на любой скорости или вообще без хода. Водомет также позволяет с ходу преодолевать небольшие перешейки, заросшие травой или мелким кустарником, что, конечно, недопустимо с винтовой установкой.

  Водометные движители работают с пониженным уровнем шума и не вызывают СИЛЬНОЙ вибрации корпуса, обеспечивают хорошую экономичность эксплуатации судна.

    Идея создания водометного движителя появилась значительно раньше, чем был изобретен гребной ВИНТ. Еще в 1784 г. Джемс Рамсей продемонстрировал на реке Потомак первый пароход с водометным движителем. Известны также результаты испытаний, которые в 1867г проводил военно-морской флот Англии. На канонерской лодке длиной 50 метров, оснащенной центробежным водометом была установлена паровая машина мощностью 760 л.с. Этот двигатель при частоте вращения 40 об/мин приводил в действие насос, ротор которого имел диаметр около 4,25 м. Канонерка с такой установкой развивала скорость 17,2 км/час.

  После этого были проведены многочисленные исследования и натурные испытания разнообразных конструкций водометов. Последним решением, имеющим принципиальное значение в этой области, пожалуй, оказалась идея Гамильтона, который в 1953 г. поднял сопло своего центробежного водомета над водой и таким образом получил значительный прирост скорости (с 18до 27 км/час на его катере).

Водометный движитель действует аналогично гребному винту: вода всасывается спереди, лопатки насоса, подобно лопастям винта, придают ей ускорение, после чего вода выталкивается за корму. Любой такой движитель состоит, как правило, из насоса (винта) с валом, водометной трубы (водовода), спрямляющего аппарата (контрпропеллера) и реверсивно-рулевого устройства. При вращении насоса на  засасывающей стороне его лопастей, как и гребного винта, возникает разрежение, благодаря которому вода по приемной трубе (водозаборнику) поднимается к колесу насоса. Здесь, получив некоторое ускорение, вода выбрасывается через сопло, выходное сечение которого несколько меньше, чем диаметр трубы насоса.

  Применение водометных движителей на скоростных судах, как известно, сопряжено с определенными сложностями. Большое значение имеет, например, то обстоятельство, что не все, даже важнейшие элементы водомета, могли быть определены расчетом: чуть ли не в каждом случае — для каждого конкретного сочетания корпуса и силовой установки - требовалось проводить обширные эксперименты, варьируя различными параметрами движителя (диаметр и шаг ротора, сужение сопла, форма входного отверстия и сопла и т. п.).

  Оказалось, что существуют свои тонкости и в выборе обводов корпуса. При установке под днищем обычного гребного винта линия действия его упора чаще всего проходит ниже центра тяжести катера; под действием этой силы судно приобретает ходовой дифферент на корму, благодаря чему соответственно уменьшается смоченная поверхность корпуса на ходу.

  Водометный же движитель располагается внутри корпуса—над днищем катера, поэтому данный эффект если не исчезает, то существенно уменьшается. Таким образом, катер, рассчитанный на движение при помощи гребного вита, при установке водомета идет с меньшим ХОДОВЫМ дифферентом и имеет большую смоченную поверхность корпуса, следствием чего является известная потеря скорости. Кроме того, корпуса с сильно заостренной носовой оконечностью и большой «закруткой» (изменением угла килеватости по длине глиссирующей части днища) при установке водомета оказываются неустойчивыми на курсе, плохо управляются па поворотах. Выяснилось, что на водометных катерах недопустимы подпорные клинья или отгибы днища вниз у транца.

  В силу неразрывности потока для прохода той же массы воды через меньшее сечение за одинаковое время скорость потока увеличивается, чем и создается упор движителя.

  В настоящее время на водометных катерах применяют водозаборники двух типов: статические и динамические, или полнонапорные (рис. 1).

Большинство водоизмещающих и глиссирующих катеров, крылатых и скеговых судов на воздушной подушке оборудованы водозаборниками статического типа, у которых приемное отверстие размещено в обшивке корпуса катера параллельно набегающему потоку. Такая конструкция обеспечивает небольшое гидравлическое сопротивление в широком диапазоне скоростей потока. Характерным является также небольшая высота подъема выходного сопла и одно поворотное колено в водоводе. Однако, как показали испытания катеров, оборудованных водометами со статическим водозаборником, их мореходность ограничена попаданием воздуха в движитель, при частичном оголении приемного отверстия приводит к снижению тяговых характеристик.

  У полнонапорных водозаборников плоскость входного отверстия размещена перпендикулярно набегающему потоку. Применение таких водозаборников (для них характерно наличие двух поворотных колен) позволяет сократить длину движителя с надводным выбросом струи и сделать ее независимой от глубины погружения приемного отверстия. Наряду с этим имеются значительные трудности в определении расчетным путем гидравлического сопротивления этих водозаборников.

  За рабочим колесом водометного движителя располагается напорный канал - сопло, формирующее струю для обеспечения тяги. Площадь на срезе сопла меньше, чем на входе в него, поскольку рабочее колесо создает повышенное давление, которое необходимо преобразовать в кинетическую энергию выбрасываемой струи, т.е. обеспечить приращение скорости. Сопло может ныть сделано либо с внешним поджатием — в этом случае в конце проточной части предусматривается сужение наружного трубопровода, либо с внутренним поджатием, которое осуществляется расширением центрального тела, являющегося продолжением ступицы спрямляющего аппарата.

  При выборе формы и геометрических элементов выходного сопла стремятся обеспечить плавный отвод жидкости от насоса, необходимое гидравлическое сечение, т.е. площадь выходного отверстия, максимально возможную устойчивость и минимальные гидравлические потери. Для сокращения длины движителя в некоторых конструкциях совмещают сопло со спрямляющим аппаратом рабочего колеса. Такая компоновка позволяет уменьшить диффузорность потока и снизить гидравлические потери.

  У водометных движителей в отличие от гребных винтов нельзя изменять направление силы упора путем изменения направления вращения рабочего колеса. Поэтому эти движители оборудуются специальными реверсивными устройствам и, отклоняющими реактивную струю на ~ 180°, что приводит к изменению направления действия силы реакции струи, а значит, и направления тяги движителя. Поскольку эти устройства используются также и для управления катером, их обычно называют реверсив-но-рулевыми (РРУ).

Конструктивно, осевые насосы могут быть выполнены по одноступенчатой или многоступенчатой схемам (рис. 2).

Существуют также водометы с так называемым диагональным насосом (Рис. 3).

  Полемика о целесообразности применения водометных движителей на катерах и мотолодках продолжается не один десяток лет. Например, в нашей стране, начиная еще с 60-х годов, когда появились первые проекты отечественных подвесных водометных моторов, конструкторы и производственники не приходят к общему мнению по этому вопросу.

  Поскольку тема весьма актуальна и посей день (приверженцев той и другой точки зрения всегда было достаточно), стоит несколько подробнее остановиться на аргументах сторон.

Излишне говорить, что к сторонникам промышленного производства водометов в основном относятся те водномоторники, которые вынуждены часто преодолевать перекаты, мели, заросшие травой участки водоемов. Действительно, мелких, порожистых, засоренных молевым сплавом леса рек и речушек у нас великое множество. Количество их постоянно возрастает в связи с прогрессирующим обмелением. Использовать в этих условиях самую удобную и доступную силовую установку — подвесной мотор — в большинстве случаев невозможно. На помощь может прийти только водомет, который незаменим на таких маршрутах.

  Наряду с известными преимуществами водометов (небольшая осадка судна, отсутствие выступающих за габариты днища частей) им присущи и определенные недостатки. Среди них основным и являются значительные потери мощности от трения воды о стенки водовода, в направляющих аппаратах и в решетке всасывания. Кроме того, следует учитывать, что в насос даже на самых высоких скоростях должна поступать вода, а не смесь воды с воздухом. Если днище лодки слишком плоское или имеет обратную килеватость, как, например, у саней Фокса, то воздух засасывается довольно легко. При наличии пузырей воздуха в воде упор водомета резко снижается.

Следует также учитывать и своеобразное поведение катера с водометом па малом и среднем ходу. Увеличение и снижение скорости катера с обычным гребным винтом происходит почти пропорционально частоте вращения двигателя. Совсем по-другому ведет себя водометный движитель. Высокая скорость выброса струи достигается благодаря создаваемому в насосе давлению, а также правильно подобранному диаметру выходною сопла. Чтобы струя вызывала наибольший реактивный эффект, вся установка, состоящая из двигателя, насоса и выпускного сопла, должна быть рассчитана на максимальные мощность и частоту вращения двигателя. Как только частота вращения снижается, и катер теряет скорость, давление в системе начинает прогрессивно уменьшаться, так как диаметр сопла отрегулирован на максимальную частоту вращения. В результате скорость снижается в значительно большей степени, чем частота вращения двигателя. Другими словами, на водомете очень трудно (а порой и невозможно) получить промежуточные величины скоростей. Например, при плавном увеличении оборотов катер вначале будет идти со скоростью 15 км/час, а в какой-то момент режим скачком повысит скорость до 50 км/час. Это может происходить даже при очень незначительном повышении оборотов. Такая же картина может наблюдаться и при снижении оборотов двигателя.

  Для наглядности можно сравнить режимы работы винтовой и водометной установок при разных скоростях движения. Напри мер, при 4000 об/мин 2 лодки, оборудованные гребным винтом и водометом, имеют скорость около 60 км/час, при снижении частоты вращения до 2000 об/мин скорость лодки с гребным винтом равна 27 км/час, а с водометным движителем — лишь 1 • км/час. Такую особенность отражает ступенчатая форма диаграммы зависимости скорости катера от частоты вращения, характерная для водометов (рис. 4).

2006 дизайн и программирование сайта FLexxx