Движители и двигатели для моделей судов (стр. 1 )

Движители и двигатели для моделей судов

Движение самоходных моделей судов осуществляется чаще всего с помощью гребных винтов. Изготовление их не сложно, однако, прежде, чем приступить к нему, полезно ознакомиться с геометрией винта.

Рис. 47. Виды гребных винтов

Гребной винт имеет две, три, четыре, пять, шесть лопастей, укрепленных радиально на ступице винта (рис. 47). В зависимости от назначения и условий работы гребные винты применяют широколопастные и узколопастные.

При вращении гребного винта, установленного в корме модели судна, лопасти отбрасывают воду, и реакция этой массы воды передается на лопасти гребного винта, а через них — на гребной вал и упорный подшипник (если последнего нет, то на подшипники двигателя, закрепленного в корпусе судна). Этот упор уравновешивает сопротивление воды движению модели и заставляет модель двигаться.

Рис. 48. Схема сил, действующих на движущуюся модель судна

Действие сил на движущуюся модель судна показано на рис. 48.

Диаметр окружности, описываемой крайними точками лопастей, называется диаметром гребного винта — Dв; путь, проходимый крайней точкой лопасти за один полный оборот вокруг оси, называется геометрическим шагом гребного винта Н. Но это относится к винту, если рассматривать его как бы ввинчивающимся в гайку.

В действительности, винт за один оборот перемещается в воде на величину поступи hр. Расстояние, обозначаемое Sp, называется скольжением. Гребной винт, находясь в воде, как бы проскальзывает благодаря податливости среды — воды.

Рис. 49. Геометрические характеристики и конструктивные элементы гребного винта

Площадь круга, описываемая какой-либо крайней точкой лопасти гребного винта за один полный оборот вокруг оси, называется площадью диска винта Ад. Элементы гребного винта приведены на рис. 49.

Отношение спрямленной площади всех лопастей к площади диска винта называют дисковым отношением и=A/Aд.

Свободный конец лопасти называется краем, часть лопасти в месте ее соединения со ступицей — корнем.

Засасывающая поверхность лопасти винта обращена в нос модели судна, нагнетающая — в корму. Если на модели установлено два гребных винта, то один должен быть правого вращения (по часовой стрелке), другой — левого (против часовой стрелки), если смотреть на удаляющуюся модель.

Для моделей судов с высокооборотными двигателями без редукторов: резиномоторами, двигателями внутреннего сгорания, высокооборотными паровыми турбинами и электродвигателями с числом оборотов 3000—4000 в минуту следует применять двух-и трехлопастные винты.

Диаметр гребного винта нужно выбирать в пределах от 0,5—0,7 Т — осадки модели судна.

Дисковое отношение и рекомендуется брать как можно большим, около 0,9. Шаговое отношение H/Dв можно принимать равным 0,9—1,0 для установок с механическими двигателями и до 1,1 при установке резиновых двигателей. Диаметр ступицы допускается в пределах до 0,2 D винта.

Рис. 50. Сечения и контуры лопастей гребных винтов

Если установить зубчатую передачу, то можно снизить число оборотов гребных винтов примерно вдвое, что существенно улучшит ходовые качества модели судна. Контуры лопастей гребных винтов могут быть симметричными и несимметричными. В зависимости от назначения гребных винтов профили их сечений бывают сегментные, авиационные и клинообразные (рис. 50). Для низкооборотных гребных винтов применяются авиационные сечения лопастей; для среднеоборотных — сегментные, а для повышенных оборотов, измеряемых несколькими тысячами в минуту, как например на скоростных моделях судов — клинообразные.

Форму лопасти можно выбрать, сделав небольшой расчет. Средняя ширина лопасти вычисляется по формуле:

Ширина лопасти на радиусе r определится по другой формуле:

Приводим пример расчета формы лопасти гребного винта модели судна.

Основные элементы

Форма лопасти, рассчитанная по формуле, показана на рис. 51.

Расчет дан в табл. 4.

Рис. 51. Форма лопасти, рассчитанная по формуле

Для лучшего использования правильно подобранного гребного винта модели судна, нужно так расположить движители, чтобы обеспечивался хороший подток воды к винтам.

На модели можно установить один, два, три, четыре гребных винта. Примеры размещения гребных винтов показаны на рис. 52. Нельзя допускать, чтобы диски гребных винтов касались или пересекались в поперечной плоскости. Расстояние между ними не должно быть меньше 0,05—0,08 Dв (если смотреть со стороны кормы в нос). Зазор между кромкой винта и корпусом не должен быть меньше 0,12—0,18 Dв. Если гребной винт расположен в окне ахтерштевня модели грузового судна, то расстояния между лопастями и кромками, с одной стороны, и ахтерштевнем, с другой, должны быть такими, как указано на рис. 53. Нижние пределы зазоров, показанные на рис. 53, применяются для моделей тихоходных судов с малым числом оборотов гребных винтов, верхние — для быстроходных судов с большими числами оборотов.

Рис. 52. Размещение гребных винтов

Простейший трехлопастный винт можно изготовить следующим образом. На пластинке жести или латуни толщиной 0,5—1,0 мм циркулем проводится окружность, диаметр которой равен диаметру гребного винта. В зависимости от числа лопастей окружность делят на 3—4 части, точки деления соединяют с центром (рис. 54). Затем очерчивают контур каждой лопасти по заранее заготовленному шаблону и аккуратно вырезают ножницами, не доводя прорезей до центра на 4—5 мм. Края лопастей закругляют напильником и заостряют входящие кромки. В центре просверливают отверстие диаметром 1 мм. Затем каждую лопасть слегка изгибают и поворачивают на одинаковый угол (30—35°).

Рис. 53. Допускаемые зазоры между корпусом и кромками гребных винтов

В качестве гребного вала используют велосипедную спицу. Для повышения эффективности винта на конец вала поставьте конический обтекатель из пластмассы или металла. Обтекатель закрепите клеем АК-20 или БФ-2.

Коэффициент полезного действия гребного винта, построенного описанным способом, не очень высок. Для быстроходных моделей гребной винт надо сделать иначе. Определив контур лопасти по расчету, вырезают шаблон с припуском в корневом сечении в 1 мм, который затем очерчивают на куске латуни толщиной 1,0—1,5 мм, и вырезают заготовки лопастей, сжатые вместе. Лопасти обрабатывают в тисках или струбцинах. Выколотку лопастей, придание им одинаковой выпуклости производите на специальном шаблоне — куске твердого дерева, в торце которого сделана выемка, в точности повторяющая поверхность лопасти. Затем лопасти обработайте напильником. Входящую кромку сделайте острой, выходящую — тупой. На лопастях не должно быть никаких выбоин и неровностей. Закончив с лопастями, приступайте к изготовлению ступицы и обтекателя; их надо выточить на токарном станке. Разметив на ступице расположение лопастей, ножовкой сделайте прорези под углом в 45°, в эти прорези впаивайте лопасти. Сделать это лучше всего с помощью специального монтажного приспособления, обеспечивающего точность установки лопастей и их крепления. После установки ступицы и лопастей производите пайку, желательно твердым припоем. Концы лопастей разворачивайте на 10—15° по отношению к положению лопасти у корня. Схема изготовления гребного винта показана на рис. 55.

Рис. 54. Изготовление простейшего гребного винта

Моделистам, знакомым с литейными работами, можно рекомендовать высококачественный способ изготовления литого гребного винта. Модель винта делают из какого-либо твердого дерева — бука, ясеня, граба или из пластмассы. Последовательность изготовления гребного винта из дерева показана на рис. 56. Очень хорошо отлить гребной винт из латуни, алюминия, а для декоративных моделей — из легкоплавких металлов. Для изготовления гребного винта из пластмассы наиболее подходящей (и доступной для приобретения) является пластмасса типа АКР-7, употребляемая в зуботехнических работах. Она состоит из порошка и жидкости. Смесь хорошо заполняет форму; гребной винт из этого материала достаточно прочен.

Рис. 55. Изготовление металлического гребного винта

Процесс изготовления винта следующий: рассчитав его элементы, сделайте модель из какого-либо легкообрабаты-ваемого материала (дерева, пенопласта), затем, в зависимости от диаметра винта, сколотите из фанеры два квадратных ящичка высотой 50—60 мм, со сторонами, на 25—30 мм превышающими диаметр гребного винта. Ящички по размерам должны быть одинаковы и сделаны очень аккуратно, без щелей. Затем из гипса сделайте пресс-формы (рис. 57), по гипсовым пресс-формам отлейте точно такие же, но из воска или парафина и уже по ним отлейте пресс-формы из какого-либо легкоплавкого сплава. Наиболее качественными будут латунные пресс-формы.

Рис. 56. Изготовление гребного винта из дерева (пластмассы)