Это представление необходимо хотя бы для ответа на следующие вопросы. Владельцу мотолодки важно, например, знать, является ли режим работы ПМ на максимальной мощности наиболее экономичным? А если нет, то при какой именно частоте вращения на полном газу достигается наибольшая экономичность? Как для данной загрузки лодки подобрать параметры сменного ГВ или мультипитча, чтобы при полностью открытой дроссельной заслонке расход топлива был минимальным?

А покупателю — начинающему судоводителю — хотелось бы заранее знать, какова будет наиболее экономичная скорость полного хода его будущей глиссирующей мотолодки (а заодно и ее транспортные возможности) с тем или иным ПМ.

Наконец, для изготовителя важна объективная оценка степени совершенства выпускаемого ПМ как движительного комплекса — хотя бы для рейтинга.

В паспортах ПМ приведена величина часового расхода топлива при максимальной мощности и предельно допустимой частоте вращения коленчатого вала. В публикациях для некоторых ПМ можно найти зависимости часового расхода (или удельного, т.е. расхода, отнесенного к единице мощности) от частоты вращения при полностью открытой дроссельной заслонке. Увы, эти данные характеризуют всего лишь только сам двигатель ПМ, позволяя сравнивать его по топливной экономичности, например, с бензопилой или мотопомпой — не более того.

В общем, это и понятно. Ведь наши изготовители ПМ — это, как правило, моторостроительные заводы, “приделавшие” к хорошо знакомому мотоциклетному двигателю “ногу”, то бишь ходовую часть, в виде ГВ с трансмиссией. А сама эта ходовая часть — уже область знаний специалистов иного, “кораблестроительного” профиля.

Как известно, у наших серийных глиссирующих МЛ корпус не оказывает влияния на работу ПМ. Исходя из этого, автор в свое время предложил (см. “КиЯ” № 143) оценивать топливную экономичность ПМ величиной путевого расхода топлива. Однако такой подход лишь частично отражает конкретные движительные возможности ПМ, не учитывая, например, различия в тяговых усилиях ПМ при одинаковых путевых расходах.

С “кораблестроительной” точки зрения, гидродинамическая независимость ПМ и корпуса МЛ позволяет рассматривать ПМ как судно-толкач, выполняющее работу по буксировке корпуса МЛ. Значит, можно перейти к предложенному автором в “КиЯ” № 171 более общему подходу к оценке топливной экономичности. А предлагалось измерять ее величиной “тяговой” работы, выполненной на одном литре или, как принято у моторостроителей, на одном килограмме топлива. Напомним, что 1 кг бензина А-72 имеет объем 1.36 л, а А-76 — 1.45 л при температуре 20°С.

Наш “толкач на транце” в течение часа производит тяговую работу, равную произведению эффективного упора Р (см., например, “КиЯ” № 46) на скорость хода v. Тогда предлагаемый показатель топливной экономичности ПМ будет выражаться формулой

e = P·v/G,

где G — часовой расход топлива.

Подчеркнем, что показатель e характеризует ПМ в целом, т.е. и двигатель, и ходовую часть. Действительно, его можно выразить через величины пропульсивного коэффициента (см., например, “КиЯ” № 53) и удельного расхода топлива:

h = P·v/N, g = G/N,

где N — мощность при данной скорости хода:

e = h/g кВт·ч/кг.

Строго говоря, для нашего “толкача на транце” коэффициент h — это буксировочный КПД, поскольку он учитывает потери мощности ПМ на буксировку самого себя. Этот коэффициент характеризует “качество” ГВ с приводом, а удельный расход g — эффективность сжигания топлива в двигателе ПМ. Так что, чем лучше пропульсивные (“движительные”) качества ПМ (больше коэффициент h) и чем экономичнее его двигатель (меньше расход g), тем выше экономичность ПМ в целом (больше показатель e).

Рис. 1. Графики зависимостей “тяговой” работы ПМ e, выполненной на 1 кг топлива, от частоты вращения n коленчатого вала у моторов: 1 — “Нептун-23” со штатным окрашенным ГВ (диаметр 0.23 м ґ шаг 0.28 м); 2 — “Привет-22” со штатным окрашенным ГВ (0.235 ґ 0.285); 3 — “Вихрь-30” со штатным окрашенным ГВ (0.24 ґ 0.3); 4 — “Вихрь-М” со штатным окрашенным ГВ (0.24 ґ 0.3) и 5 — с грузовым полированным ГВ (0.24 ґ 0.24).

На рис. 1 приведены зависимости показателя топливной экономичности e от частоты вращения n для четырех наших ПМ. Для “Вихря-М” все исходные данные взяты из “КиЯ” № 46, для “Нептуна-23” — из № 53, для “Привета-22” — из № 68. Для двух последних дополнительно использованы сведения об удельном расходе топлива из “Справочника по малотоннажному судостроению” (Судостроение, 1987). Для ПМ “Вихрь-30” гидродинамические данные пересчитаны автором на основе материалов из “КиЯ” № 46. Все показатели относятся к ПМ со штатными окрашенным ГВ; для “Вихря-М” дополнительно рассмотрен вариант с грузовым полированным ГВ (см. “КиЯ” № 168).

Приведенные графики позволяют сделать следующие выводы общего характера.

Во-первых, на полном газу, т.е. при полной нагрузке двигателя, наилучшая топливная экономичность e0 (по крайней мере, у отечественных ПМ со штатными ГВ) достигается при частоте вращения n0, меньшей, чем паспортная предельно допустимая nm (соответствующая максимальной мощности). А это значит, что в экономичном режиме ПМ “не добирает” сколько-то “потерянных сил” (см. “КиЯ” № 41). И возникает, образно говоря, дилемма: “потерянные силы — потерянные литры”. Оценивать ее количество позволяют приведенные графики и соответствующая им табл. 1, где недобор мощности и скорости характеризуют коэффициенты

m0 = N0/Nm и c0 = v0/vm,

где Nm и vm — значения величин мощности и скорости при предельно допустимой частоте вращения. Например, у ПМ “Вихрь-30” в экономическом режиме недобор мощности составляет 4%, а при максимальной мощности потеря экономичности (“потерянные литры”) — 10%.

Сказанное подводит к выводу, что для комплексной оценки топливной экономичности ПМ желательно учитывать не только величину показателя e0, но и соответствующие значения коэффициентов использования мощности m0 и скорости c0. Чем ближе эти коэффициенты к единице и чем больше показатель e0, тем совершеннее ПМ.

Как и следовало ожидать, топливная экономичность ПМ сильно зависит от параметров сменных ГВ, “сдвигающих” график на рис. 1. У “Вихря-М”, например, замена штатного ГВ грузовым приводит к увеличению частоты вращения n0 экономичного режима почти на 20% и уменьшению в этом режиме доли “потерянных сил” с 20% до 4%.

Между прочим, “сдвигать” график топливной экономичности можно не только при помощи набора сменных ГВ или регулировки мультипитча, но и за счет изменения передаточного отношения редуктора ПМ при одном и том же ГВ. Кто знает, быть может это послужит когда-то стимулом к разработке для ПМ, например, двухскоростной передачи (“КиЯ” № 168)!

Заметим, наконец, что предложенный показатель e можно рассматривать как вариант так называемого термического КПД любого движительного комплекса, когда тяговую работу относят к теплотворной способности топлива. При 100%-ном термическом КПД показатель e равен примерно 12 кВт·ч/кг; другими словами, для наших ПМ этот КПД не превышает 10%, что, увы, примерно столько же, как у жидкостных реактивных двигателей, и в несколько раз меньше, чем у колесного транспорта.

Какие же выводы по конкретным ПМ можно сделать на основании приведенных графиков и таблицы?

Как известно, “Нептун-23” — рекордсмен по критериям путевого расхода (“КиЯ” № 168) и “транспортного” показателя топливной экономичности (“КиЯ” № 171). Остается он таковым и при предложенной комплексной оценке, лидируя по всем параметрам табл. 1. При практически одинаковой величине e0 “Нептун-23” в экономичном режиме полного хода недобирает всего 250 об/мин и 4% мощности против 700 об/мин и 7% мощности у “Привета-22”.

По показателю e0 семейство “Вихрей” далеко позади: он у них меньше почти на 40%! Причины столь существенного различия связаны и с двигателем, и с ходовой частью: у “Вихрей” в экономичном режиме удельные расходы g выше, а пропульсивные коэффициенты h ниже в среднем на 15%.

Уже стало традицией сравнивать между собой близкие по мощности ПМ “Вихрь-М” и “Нептун-23” (см., например, “КиЯ” № 53 и 168). И в нашем случае более мощный “Вихрь-М” уступает “Нептуну-23”. У последнего частота вращения в экономичном режиме выше на 750 об/мин, а коэффициенты использования мощности и скорости больше соответственно на 17% и 43%!

Предложенный подход позволяет легко объяснить эти преимущества “Нептуна-23”: у него в экономичном режиме удельный расход g0 ниже на 23%, а пропульсивный коэффициент h0 выше на 8% (табл. 1). Кстати, еще в “КиЯ” № 53 была указана одна из причин худших пропульсивных качеств “Вихрей” — малое расстояние между ГВ и корпусом редуктора.

Отметим, что по величине часового G0 и удельного g0 расходов в экономичном режиме (табл. 1) тоже лидирует “Нептун-23”, в то время как на последнем месте оказывается “Вихрь-30”. Хотя при этом скорость “Вихря-30” выше почти на 20%, зато путь, пройденный на литре топлива, меньше на 40%.

Как видим, и при более скрупулезном подходе “Нептун-23” возглавляет рейтинг наших ПМ по топливной экономичности. Это свидетельствует либо о счастливой случайности, либо о хорошей “кораблестроительной” интуиции создателей этого ПМ. Как бы то ни было, лишний раз убеждаешься в том, что “Нептун-23” весьма удачное детище его разработчиков!

Приведенные для семейства “Вихрей” данные любопытны еще и тем, что позволяют увидеть, каков “механизм” влияния на топливную экономичность замены ГВ (в частности, штатного на грузовой), а также установки на прежнюю “ногу” более мощной “моторной головки”.

Как видно из рис. 1, замена штатного ГВ грузовым “сдвигает” график топливной экономичности в область более высоких частот вращения: последняя для грузового ГВ возрастает на 700 об/мин (почти на 20%). Это приводит к существенному улучшению параметров экономичного режима — коэффициенты использования мощности и скорости увеличиваются на 17% и 38% соответственно. А тяговое усилие при этом даже больше, чем у “Вихря-30” (на 3%). Причем форма графика на рис. 1 остается почти такой же, как у штатного ГВ.

Иначе обстоит дело при замене двигателя на более мощный: изменяются не только параметры экономичного режима, но и форма графика — он как бы “сплющивается”, почти перекрывая графики со штатным и грузовым ГВ для менее мощного двигателя “Вихря-М”. Так что в смысле топливной экономичности можно сказать, что “Вихрь-30” с одним штатным ГВ почти эквивалентен “Вихрю-М” с набором сменных ГВ: штатным и грузовым.

Как видим, иногда существенную роль играет и ширина “холмов” на рис. 1, указывать которую можно, установив некоторый “допуск” на практически приемлемое ухудшение показателя e0. Если выбрать, например, 3%-й допуск, то у “Нептуна-23” экономичный режим можно считать практически совпадающим с режимом максимальной мощности (рис. 1).

Такие 3%-е интервальные оценки топливной экономичности приведены в табл. 2. В этом случае у “Нептуна-23” со штатным ГВ и “Вихря-М” с грузовым ГВ можно пренебречь “потерянными литрами” в диапазонах скоростей 27-34 км/ч и 23-30 км/ч соответственно, хотя доля “потерянных сил” может достигать 8% у обоих ПМ. А “Вихрь-30” в экономичном режиме (скорости 27-42 км/ч) может не добирать 2-14% мощности, хотя у “Вихря-М” со штатным ГВ этот недобор еще больше: 14-25% при скоростях 25-36 км/ч.

Рис. 2. График зависимости гидродинамического качества К отечественных мотолодок от скорости хода v: 1 — усредненные значения; 2 — диапазон разброса значений.

Таким образом, при предложенном “тяговом” показателе топливной экономичности в рейтинге наших ПМ по-прежнему (см. “КиЯ” № 168 и 1712) лидируют “Нептун-23” и “Привет-22”. (В “КиЯ” № 171 из рейтинга по “транспортному” показателю выпал “Привет-22”, поскольку на графике кривая 2 относится не к “Вихрю-М”, а к “Привету-22” со штатным окрашенным ГВ, за что автор приносит извинения читателю.) Но в семействе “Вихрей” роли перераспределились: теперь лучшим среди них оказался “Вихрь-30” со штатным ГВ.

Какие же практические задачи для водномоторников-потребителей и заводов-изготовителей можно решать, исходя из предлагаемой точки зрения на топливную экономичность ПМ?

Изготовителю ПМ все сказанное выше позволяет дополнить традиционный часовой G и удельный g расходы топлива новым, комплексным показателем топливной экономичности e в виде тяговой работы, выполняемой на килограмме (литре) топлива. “Связкой” между традиционными и предложенным показателями служит пропульсивный коэффициент h, характеризующий движительные возможности ГВ с приводом.

Таблица 1. Параметры экономичного полного хода

Таблица 2. Интервалы параметров экономичного полного хода при 3%-м допуске на величину e0 тяговой работы ПМ на 1 кг топлива

Таблица 3. Рекомендуемое водоизмещение и транспортная работа на 1 л топлива у МЛ при экономичной скорости хода

D0 и Е0 — номинальное водоизмещение и соответствующая транспортная работа; Dгар и Егар — наименьшие гарантированные значения параметров D и Е; Dпр и Епр — предельно возможные значения параметров D и Е.

Наиболее полную информацию о топливной экономичности ПМ как “толкача на транце” дает график зависимости показателя e от частоты вращения n, которая у глиссирующих МЛ однозначно определяет и скорость полного хода с данным ПМ. В паспорте ПМ, как минимум, достаточно указывать максимальную величину e0 “тягового” показателя при соответствующей частоте вращения no коленчатого вала.

Желательно, однако (особенно при наличии комплекта сменных ГВ), приводить и интервальные оценки, подобные табл. 2. Это дает водномоторнику намного большую свободу выбора режима движения.

Подчеркнем, что вся эта паспортная информация имеет смысл только при возможности контролировать частоту вращения ПМ. Отсюда еще одна рекомендация изготовителям ПМ: ввести в комплект поставки к ПМ тахометр, в идеальном случае — со специальной шкалой диапазонов экономичных режимов для всего набора сменных ГВ (у автомобилистов подобный прибор называют эконометром).

Водномоторник со стажем, имея такие паспортные данные, сможет по показаниям тахометра определять, достигается ли на полном ходу наилучшая экономичность, а если нет — сможет или скорректировать загрузку МЛ, или заменить ГВ на более экономичный для данной загрузки.

А водномоторник-новичок, который еще только выбирает ПМ, на основании этих данных может даже оценить, в каком диапазоне водоизмещений его будущей МЛ будет обеспечена наилучшая топливная экономичность! Ведь водоизмещение (вес) судна D, как известно, выражается через эффективный упор P и гидродинамическое качество K формулой:

D = K · P.

Величина упора P при экономичном ходе приведена в табл. 1, а для коэффициента K у МЛ обычно принят интервал значений 5-6.5 (“КиЯ” № 124).

В действительности у наших глиссирующих МЛ этот интервал несколько шире и гидродинамическое качество довольно существенно зависит от скорости хода. График такой зависимости, усредненной автором по более чем двум десяткам кривых буксировочного сопротивления (“КиЯ” № 168), приведен на рис. 2. Так что в диапазоне скоростей от

5 м/с (18 км/ч) до 12 м/с (около 44 км/ч) разброс значений K у отдельных типов МЛ составляет 2.8-7.4 (в среднем 4.2-6.3).

Тогда паспорта наших ПМ можно дополнить (табл. 3) информацией о рекомендуемом (наименьшее гарантированное, номинальное и предельно возможное) водоизмещении МЛ, а следовательно, о предполагаемой величине “транспортного” показателя Е топливной экономичности МЛ. кстати, последний легко связать с предложенным “тяговым” показателем e:

E = K · e.

Так что величина транспортной работы, произведенной МЛ на одном литре топлива, как и следовало ожидать, сводится, образно говоря, к удельному расходу g, “скорректированному” по гидродинамическим характеристикам корпуса МЛ (гидродинамическое качество К) и “ноги” ПМ (пропульсивный коэффициент h):

E = K·h/g.

Итак, быть может, когда-нибудь в рекламном блоке на страницах “Катеров и яхт” мы прочтем, например, о ПМ “Нептун-23”, что “наилучшая топливная экономичность 1.2 кВт.ч/кг обеспечивается при частоте вращения коленчатого вала 4750 об/мин и скорости полного хода

30 км/ч; рекомендуемое водоизмещение МЛ в среднем 560 кг (в зависимости от обводов корпуса может колебаться в пределах 420-670 кг) при объеме транспортной работы на одном литре топлива

2 ткм/л (1.5-2.4 ткм/л) и путевом расходе 3.5 км/л.

А сменный ГВ, например, грузовой для “Вихря-М”, будет сопровождаться указанием: “рекомендуемая частота вращения коленчатого вала на полном ходу 4500-4900 об/мин при гарантированных топливной экономичности не ниже 0.8 кВт.ч/кг и путевом расходе не менее 2.3 км/л”.

В заключение одно замечание общего характера. Все приведенные выше графики и таблицы построены для конкретных экземпляров ПМ, которые испытывались в опытовом бассейне. Из-за разброса параметров серийных ПМ их оценки топливной экономичности могут несколько отличаться, однако общий характер полученных зависимостей и выводов сохраняется.

Наверх