Что такое сила тяги лодочного мотора (6 видео)

Замеры тяги мотора — сопротивления лодки при помощи месдозы

Одной из самых важных характеристик, необходимых при проведении исследований системы лодка — мотор — гребной винт, является зависимость буксировочного сопротивления лодки от скорости хода. Эта зависимость может быть определена приближенно — при помощи расчетов или более точно — путем буксировочных испытаний (натурных или модельных) в опытовом бассейне. И тот и другой способы весьма трудоемки и, пожалуй, под силу лишь специализированным организациям.

Однако известен 1 еще один способ определения буксировочного сопротивления, использующий конструктивные особенности обычного подвесного мотора.

Способ этот основан на том, что в общем случае тЯга подвесного мотора может быть принята равной сопротивлению воды движению судна. Для замера же тяги мотора служит динамометр; в данном случае использовано специальное гидравлическое преобразующее устройство — месдоза — закрепляемое на транце мотолодки. «Нога» работающего мотора, упираясь в шток месдозы, связанный с диафрагмой, передает на нее тягу — создает давление в гидравлической системе, замеряемое образцовым манометром, проградуированным в килограммах.

По нашему мнению, этот способ забыт совершенно незаслуженно, так как сравнительно прост и позволяет получить в натурных условиях вполне достоверные результаты, не требующие какого-либо дополнительного пересчета. Используя месдозы с различным диаметром толкателя, можно определять упор подвесных моторов практически любой мощности. Рекомендуя читателям ознакомиться со статьей Л. М. Кривоносова, считаем целесообразным сообщить об опыте применения и о дальнейшем практическом усовершенствовании этого способа.

Для испытаний нами применялись месдозы двух конструктивных типов: диафрагменная (рис. 1) и сильфонная (рис. 2).

Диафрагменная месдоза конструктивно очень проста и выполняется разборной. Детали ее изготавливаются из стали или латуни, а сама диафрагма — из листовой маслостойкой резины толщиной 2—3 мм. Наиболее вероятная причина выхода месдозы из строя — разрыв диафрагмы — легко устраняется даже в полевых условиях путем замены диафрагмы. К недостаткам диафрагменной месдозы следует, отнести сравнительную трудность обеспечения герметичности соединения корпуса с диафрагмой и малый ход толкателя, ограничиваемый допустимой деформацией самой диафрагмы. Последнее обстоятельство заставляет особенно тщательно следить за отсутствием воздуха в гидравлической системе, так как его появление приводит к погрешностям в измерениях.

Сильфонная месдоза не имеет этого недостатка: герметичность обеспечивается надежным соединением сильфона с деталями устройства пайкой. Кроме того, сильфонная месдоза не так чувствительна к наличию в системе незначительного количества воздуха благодаря большему ходу, допускаемому самим сильфоном. Однако эта конструкция сложнее в изготовлении и сборке.

Особо следует остановиться на методике градуировки устройства. Описанный в статье Л. М. Кривоносова способ градуировки манометра на берегу путем нагружения «ноги» мотора (в направлении оси винта) грузами при помощи блока при всех его достоинствах следует признать, однако, довольно громоздким. Этот недостаток будет особенно сказываться при проведении большого объема сравнительных испытаний различных мотолодок и моторов.

Нами был применен другой, более простой способ градуировки по тяге на швартовах (рис. 3). Этот способ позволяет с минимальными затратами времени и усилий не только производить градуировку непосредственно перед началом ходовых испытаний, но и периодически контролировать стабильность работы системы на всех этапах измерений.

Схема сил при описываемом способе градуировки такова (рис. 4). В точке O₂ (упорный подшипник гребного винта мотора) приложена сила тяги винта Р_е. В точке О₁ (швартовная утка) приложена сила реакции Т швартовного конца. Эта пара сил создает момент, который дифферентует лодку на корму. В результате дифферента центр величины перемещается в корму, а сила тяги Р_е раскладывается на горизонтальную составляющую Р_х и вертикальную Р_у. Составляющая Р_у, сила поддержания γV и сила веса D создают уравновешивающий момент, который удерживает лодку с некоторым углом дифферента г]). При увеличении тяги увеличивается дифферент, центр величины еще более смещается в корму, в результате чего опять наступает статическое равновесие.

Следует подчеркнуть, что угол дифферента вносит лишь весьма незначительную погрешность (менее 1 % при дифференте 8°), которой можно пренебречь. Таким образом будем считать, что динамометр фиксирует силу тяги винта Р_е.

Последовательность градуировки по предлагаемому способу состоит в следующем. При выключенном двигателе (тяга равна нулю) отмечаем показание манометра, соответствующее составляющей массы мотора, передаваемой на месдозу. Затем двигатель запускается и включается передний ход при минимальном открытии дроссельной заслонки. После того, как швартовы обтянулись и лодка уравновесилась, снимаются первые показания динамометра и соответствующие ему показания манометра и заносятся в таблицу. Затем увеличивается частота вращения двигателя и, когда она стабилизируется, делается второй замер.

Так, при последовательном ступенчатом увеличении частоты вращения двигателя до максимально возможной в швартовном режиме снимаются попарно,, показания динамометра и манометра. Весьма желательно каждый раз фиксировать и частоту вращения, замеренную тахометром. Затем те же измерения производятся в обратном порядке, т. е. при последовательном ступенчатом уменьшении частоты вращения двигателя до полной остановки. По результатам замеров строится график, который затем и используется для перевода показаний манометра в величину тяги (буксировочного сопротивления) при проведении ходовых испытаний (рис. 5).

Читайте также: Сборка мотора от восхода 3м

Месдоза дает зависимость показаний манометра от эффективной тяги Ре мотора, т. е. от полного упора винта за вычетом сопротивления погруженной части мотора. Следовательно, на установившемся режиме манометр будет показывать величину эффективной тяги винта, равной величине буксировочного сопротивления «голого» корпуса мотолодки. Из этого следует, что измеренная величина буксировочного сопротивления лодки не зависит от того, с каким мотором и винтом были проведены испытания; необходимо лишь соблюдать постоянство нагрузки и правильную центровку лодки.

С помощью месдозы могут быть построены кривые буксировочного сопротивления мотолодки (рис. 6,а) и кривые тяги мотора с различными винтами или нагрузкой в зависимости от скорости хода (рис. 6,6). Буксировочное сопротивление мотолодки при одном фиксированном значении нагрузки определяется на мерном участке, где фиксируется скорость хода лодки при нескольких числах частот вращения двигателя. При каждом значении частоты вращения двигатель развивает соответствующую тягу (Р_е1, Р_е2 и т. д.) и сообщает лодке соответствующую скорость в установившемся режиме (v₁, v₂ и т. д.).

Зафиксированные при помощи манометра месдозы величины тяги и соответствующие им скорости дают на графике ряд точек. Соединив их плавной линией, получаем кривые буксировочного сопротивления. Испытания рекомендуется проводить, сначала последовательно увеличивая скорость хода до максимальной, а затем так же последовательно уменьшая ее до исходной. Этот прием значительно увеличивает надежность эксперимента. Во время испытаний необходимо тщательно сохранять постоянство нагрузки лодки и ее центровку.

Получение кривой тяги мотора в зависимости от скорости производится при одном режиме работы двигателя (обычно на полном ходу), но при различных водоизмещениях лодки, т. е. соответственно, при различных величинах буксировочного сопротивления (R_e1, R_e2 и т. д.) и скоростях хода. Измеренные мес-дозой при каждом водоизмещении величины тяги и скорости будут давать на графике ряд точек. Соединение всех точек плавной кривой дает зависимость тяги мотора (или проверяемого гребного винта) от скорости.

При проведении Всесоюзным научно-исследовательским институтом технической эстетики комплексной экспертизы отечественных и зарубежных моторов в составе датчиковых устройств установки для определения основных параметров системы мотор — мотолодка была применена сильфонная месдоза. При этом к гидравлической системе параллельно с образцовым манометром был дополнительно подсоединен манометрический датчик давления, позволяющий производить запись градуировочных данных и кривую буксировочного сопротивления автоматически при помощи шлейфового осциллографа.

Содержание

Самый мощный электромотор для лодки
Бензиновый и электрический моторы для лодки
Какая бывает мощность
Потребляемая мощность, на валу и на винте
Тяга лодочного электромотора
Потери мощности в лодочном электромоторе
Виды электромоторов
Подвесные
Pod электромоторы
Бортовые лодочные электромоторы
Электромоторы для профессионального использования
Надежность
Экономичность
Задайте вопрос,
🎬 Видео

Видео:Регулируемая тяга для управления подвесным лодочным моторомСкачать

Самый мощный электромотор для лодки

Какой лодочный электромотор считать самым мощным? Тот, который потребляет большую мощность от аккумуляторной батареи? Или может быть тот, который легко толкает вперед даже тяжелую лодку, потребляет маленький ток и долго работает от аккумуляторов?

Видео:Высота установки ЛОДОЧНОГО МОТОРА на ТРАНЕЦ. Как увеличить скорость лодки?Скачать

Бензиновый и электрический моторы для лодки

Лодочные электромоторы могут развивать ту же тягу, что и двигатели внутреннего сгорания обладая при этом значительно меньшей мощностью на валу. Это происходит благодаря различной форме кривых крутящего момента электрического и бензинового двигателей. У двигателя внутреннего сгорания график крутящего момента имеет выраженный пик, из-за которого максимальный момент доступен только в ограниченном диапазоне оборотов вала. Зависимость крутящего момента от оборотов у электродвигателя гораздо более плоская и его достаточно при любой частоте вращения

Максимальный крутящий момент и мощность – это важные характеристики двигателя. Момент определяет способность быстро ускоряться и тянуть груз, а мощность (приведенная к весу) максимальную скорость. Крутящий момент зависит от числа оборотов вала. У разных типов двигателей эта зависимость имеет свой вид. У электродвигателя скорость преобразования энергии от аккумуляторной батареи не связана с частотой вращения вала. В двигателях внутреннего сгорания с ростом числа оборотов давление и температура возрастают и достигают оптимального сочетания при определенной частоте вращения на которую и приходится пик крутящего момента.

Пологая характеристика момента позволяет устанавливать на лодочные электромоторы более эффективные гребные винты. КПД гребного винта у некоторых электромоторов для небольших лодок в три раза выше, чем у подвесных бензиновых двигателей того же класса.

Видео:Какой винт поставить? Скоростной или грузовой? Ремонт лодочных моторов.Скачать

Какая бывает мощность

Производители лодочных моторов используют разные виды мощности. Встречаются мощность на валу, потребляемая мощность и даже тяга. Поэтому прежде чем сравнивать лодочные электромоторы различных марок нужно привести имеющиеся данные к «общему знаменателю»

Единый критерий для сравнения важен. Мощности, измеренные в разных местах, существенно отличаются друг от друга. Мотор, развивающий на валу 4 л. с., на винте выдает всего 1 л.с.

Потребляемая мощность, на валу и на винте

Потребляемая мощность – часто используется как характеристика электродвигателя для лодки (мощность = ток х напряжение). Измеряется в Ваттах или лошадиных силах. Производители бензиновых или дизельных лодочных моторов этот вид мощности не используют. Однако для двигателя внутреннего сгорания потребляемую мощность также можно посчитать, если умножить теплотворную способность топлива на его расход.

Читайте также: Мотор для радиоуправляемых автомобилей

Мощность на валу – используют производители подвесных бензиновых лодочных моторов. Этот вид мощности считается также как у автомобиля (мощность = крутящий момент х угловая скорость). Единица измерения – лошадиные силы или ватты. Мощность на валу учитывает потери в редукторе, но не учитывает потери на винте, которые составляют от 20 до 70%.

Мощность на винте – более ста лет служит общепринятой характеристикой двигателя в судостроении. Учитывает все потери мощности и определяет энергию, передаваемую лодке двигателем.

Тяга лодочного электромотора

Во время вращения винта на поверхностях лопастей возникает подъемная сила. Составляющая этой силы направленная по оси движения лодки называется упором или тягой. Она характеризует ту часть подъемной силы, которая толкает судно вперед.

Полезная мощность, производимая лодочным винтом, равна его тяге, умноженной на текущую скорость лодки. В характеристиках электромоторов производители всегда указывают максимальное значение тяги. Сделать по ней вывод о мощности электромотора на винте без установки датчиков и проведения измерений нельзя.

Тягу определяют в ходе испытаний, во время которых лодку соединяют с пирсом динамометром и заставляют двигаться вперед. Проверку проводят на спокойной воде, в безветренную погоду, на достаточной глубине и расстоянии от берега. Для носовых лодочных электромоторов значение тяги чаще всего указывают в фунтах силы (lbs).

Видео:Настройка тяги скорости на Ханкай 9.8 принцип работы!Скачать

Потери мощности в лодочном электромоторе

Общая эффективность силовой установке на лодке с двигателем внутреннего сгорания около 15%. Для судна с электромотором такой показатель – непозволительная роскошь. Считается, что лодочный электродвигатель работает эффективно, если с учетом потерь на винте его КПД около 50 %. При этом КПД электромотора должен быть не менее 80%, а винта не мене 63%.

Потери мощности пропорциональны сопротивлению проводника и квадрату протекающего через него тока. Если ток возрастает вдвое, потери возрастают в четыре раза. Если ток растет в десять раз, потери увеличиваются в сто. Уменьшить ток и потери можно, если повысить напряжение в цепи.

Общепринятое на сегодня напряжение мощных лодочных электромоторов 48 вольт, но для небольших лодок подходят и 24-вольтовые модели. При силе тока 50 А максимальная мощность электромотора в 12-вольтовой системе составит 600 Ватт, а в 24 Вольтовой – 1200 Ватт

Второй способ снизить потери в цепи постоянного тока – это увеличить сечение кабеля. Правильно подобранный кабель повышает эффективность и безопасность электрической системы, устраняет локальный перегрев и снижает потери энергии.

Высокий КПД имеет винт с большим диаметром, шагом и низкой скоростью вращения. Однако с таким винтом может работать только мотор, развивающий высокий крутящий момент.

Редуктор служит источником дополнительного шума и потерь. В профессиональных электромоторах их стараются не использовать

Большинство гребных винтов для подвесных моторов небольших лодок созданы на основе испытаний проведенных еще в 1940–1960-х годах прошлого века. Общие принципы проектирования, появившиеся тогда, систематизированы в виде таблиц и графиков и используются изготовителями до сих пор.

При разработке современных винтов используют другой подход. Сначала на компьютере создают трехмерную модель, а затем шаг и кривизну профиля винта оптимизируют для каждого сечения с учетом изменяющихся вдоль диаметра условий обтекания потоком воды. Винты этого типа называют винтами с переменным шагом. Их потери меньше, а КПД выше.

Видео:Рулевая тяга для фиксации вспомогательного лодочного мотораСкачать

Виды электромоторов

Подвесные

Подвесные электромоторы устанавливают на транце или реже на носу лодки. В стандартном исполнении электромотор соединяется с системой рулевого управления, в моделях с румпелем лодкой управляют поворачивая двигатель. Мощность румпельных электромоторов варьируется от 1 до 4 кВт, а у моделей с рулевым управлением достигает 15 кВт.

Как правило мощные подвесные электромоторы рассчитаны на напряжение 24-48 Вольт. 24 вольтовый электрический двигатель мощностью 2,2 кВт развивает на винте тягу 124 lbs и сопоставим по этому показателю с подвесным бензиновым мотором мощностью 6,5 л.с. Двигатель мощностью 15 кВт эквивалентен бензиновому мотору 35 л.с

В подвесных лодочных электромоторах используют асинхронные двигатели переменного тока или синхронные двигатели на постоянных магнитах. Оба типа двигателей бесщеточные, не имеют изнашивающихся частей и не требуют обслуживания.

Pod электромоторы

POD электромоторы подходят как для однокорпусных лодок и катеров, так и для катамаранов

Фиксированные POD электромоторы бывают мощностью от 1 до 25 кВт. Они подходят как для небольших лодок, сдающихся в прокат, так и для судов весом несколько тонн

Электромотор состоит из блока управления и гондолы внутри которой установлен асинхронный или BLDC электродвигатель. Гондола аэродинамической формы крепится к днищу судна фланцами из нержавеющей стали между килем и рулем. Чтобы избежать вибрации на руле, вызванной турбулентностью за винтом, и снизить сопротивление потоку воды гондолу стараются располагать ближе к килю.

Читайте также: Какое масло для мотора b5244s

Фиксированный (слева) и поворотный Pod электромоторы. Внутри корпуса, находящегося под водой, находится только двигатель. Электроника и органы управления расположены на борту судна

Производится две модификации POD электромоторов — фиксированная и поворотная. Поворотная модель соединяется с системой рулевого управления или румпелем и обеспечивает более высокую маневренность судна

Электрические лодочные моторы типа Pod выпускаются мощностью от 1 до 25 кВт.

Бортовые лодочные электромоторы

В бортовой силовой установке электродвигатель устанавливают внутри судна и соединяют с винтом валопроводом. Бортовым моторам требуется принудительное охлаждение. В зависимости мощности электродвигателя оно может быть воздушным или водяным.

Установка бортового электромотора на лодку сложнее чем подвесного или POD. Дополнительно потребуется вал, муфта, сальник, втулка Гудрича (дейдвудный подшипник), дейдвудная труба. Валы электромотора и винта необходимо центрировать – они должны иметь общую ось. При неправильной установке возможны протечки через сальник

Видео:Миф о винтах Как подобрать гребной винт для лодочного мотора Реальные замеры. Перекрут НедокрутСкачать

Электромоторы для профессионального использования

Если лодка или катер используется для перевозки туристов, организации экскурсий или водных прогулок, то электрическая установка может оказаться выгоднее двигателя внутреннего сгорания. Экономия достигается из-за более низкой стоимости энергии и практически нулевых затрат на техническое обслуживание.

Установка подвесного лодочного электромотора для профессионального использования Aquamot на небольшой катамаран

Сравнение показывает, что при коммерческой эксплуатации судна переход с бензинового на электрический двигатель окупается за 1-2 года. Однако для этого профессиональный лодочный электромотор должен отвечать определенным требованиям:

Иметь высокий КПД – это позволит эксплуатировать его с аккумуляторной батареей меньшей емкости, снизит первоначальные затраты, время зарядки и стоимость потребляемой электроэнергии
Быть простым и надежным — электромотор должен выдерживать ежедневную интенсивную нагрузку и иметь минимум лишних функций. Дополнительные возможности, такие как встроенный компьютер c GPS, повышают цену и могут стать источником неисправностей в будущем.
Стоимость ремонта и технического обслуживания в течении периода эксплуатации должна быть минимальной Катамаран с установленным лодочным электромотором отправляется к месту эксплуатации

Надежность

Корпуса профессиональных лодочных электромоторов отливают из алюминия, а затем дополнительно наносят многослойное антикоррозионное покрытие. Вал делают из нержавеющей стали, а винт из бронзы. Для защиты от коррозии устанавливают жертвенный анод

В мощных электромоторах для лодок используют асинхронные двигатели переменного тока или BLDC PM электродвигатели, которые также называют вентильными. Питание вентильных двигателей осуществляется от импульсных источников энергии. При этом импульсы напряжения подаются на обмотки статора в заданные моменты времени – при определенном положении ротора относительно статора. Положение ротора определяют датчики, которые, как и импульсный источник питания, в моторах небольшой мощности находятся на печатной плате, расположенной внутри подводной части электромотора.

Зеленая плата в центре электромотора — электронный коммутатор, который заменяет щетки и кольца. Слева та же плата в увеличенном виде. В окружении воды электронные компоненты иногда работают не стабильно и отказ всего одного элемента на плате влечет за собой выход из строя всего электромотора. Заменять приходится плату целиком — это увеличивает стоимость ремонта, время простоя электромотора и срок его окупаемости при профессиональном использовании

Внутри корпуса трехфазного асинхронного двигателя дополнительных электронных компонентов нет. На долговечность двигателя влияют только подшипники и обмотки, однако качество этих элементов в настоящее время таково, что асинхронные двигатели служат до 50 000 часов без осмотра и ремонта. Асинхронные двигатели просты, надежны и эффективны. КПД мощного электродвигателя 85-92%, что на 30% выше, чем у двигателя постоянного тока, и на 40-50% больше, чем у двигателя внутреннего сгорания.

Система безопасности электромотора для коммерческих лодок имеет как механические, например, заданный предел прочности киля, так и электронные средства защиты. Электромотор отключается при перегрузке по току, при пониженном и повышенном напряжении аккумуляторов

Экономичность

Высокий КПД достигается только при последовательном и тщательном улучшении всех элементов электромотора. Потерь мощности стараются избежать во всех узлах. Воздушный зазор в двигателе, конструкция ротора, изоляция обмоток оптимизируют на компьютере так, чтобы электродвигатель подходил для использования на лодках.

Корпуса двигателей и винты проектируют по тем же правилам, что и в коммерческом судостроении. Сначала рассчитывают обтекание подводных частей по трехмерной модели, а затем результаты проверяют на натурных гидродинамических испытаниях.

Редуктор, который устанавливают на некоторых моделях лодочных электромоторов не используют. Вместо этого вал электродвигателя напрямую соединяют с винтом, и конструируют двигатель таким образом, чтобы его обороты совпадали с оптимальными для винта

В результате во время движения электромотор не теряет мощность, не создает дополнительное сопротивление и способен долго работать на одной зарядке аккумулятора