Испытания гидродинамики серийного мотора «Нептун-23»

В 46 номере сборника за 1973 г. мы познакомили читателей с проведенными в опытовом бассейне ЦАГИ исследованиями гидродинамики подвесного лодочного мотора «Вихрь». В дальнейшем работа эта была продолжена, но уже с другим популярным в стране мотором — «Нептун-23». В настоящей статье М, Б. Масеев и Э.Л. Чумаков рассказывают о проведенных испытаниях и дают рекомендации по применению гребных винтов на «Нептуне-23» на лодках с различными скоростями движения.

На установке, подробно описанной в №46 сборника, в опытовом бассейне ЦАГИ были проведены испытания серийного мотора «Нептун-23», предоставленного Московским машиностроительным заводом «Красный Октябрь». Предварительно на испытательном стенде завода была снята внешняя характеристика мотора. В процессе испытаний в бассейне измерялся эффективный упор винта Ре (упор за вычетом сопротивления подводной части мотора) при постоянных скоростях движения буксировочной тележки и полностью открытой дроссельной заслонке, т. е. при максимально достижимых для заданной скорости оборотах коленчатого вала мотора, которые позволяет развить гребной винт.

Испытания проводились с тремя гребными винтами: двумя штатными и грузовым «белым» от мотора «Москва-25» с несколько уменьшенным диаметром (см. таблицу). Причем каждый винт был подготовлен для испытаний в двух вариантах: окрашенный и отполированный. Испытания проводились при погружении оси винтов, равном 168 мм, которому у мотора «Нептун-23» соответствует высота транца моторных лодок 400 мм. В диапазоне скоростей от 0 до 15 км/ч для ослабления просасывания атмосферного воздуха к лопастям винта погружение было увеличено до 228 мм и 268 мм.


Результаты испытаний представлены на графиках в размерной (рис. 2) и безразмерной форме (рис. 3). Из них видно, что с полированными винтами с шагом 0,3, 0,28 и 0,25, не превышая номинальных чисел оборотов коленвала мотора, можно получить скорости 44, 34 и 24 км/час соответственно.

Причем на скоростях до 20—25 км/ч упор винта № 3 значительно выше упора винтов № 1 и 2. И поэтому в этом диапазоне скоростей, для более полного использования мощности мотора, целесообразно пользоваться «белым» винтом от мотора «Москва-25». Этот винт и для «Нептуна-23» будет «грузовым».

Наиболее подходящим для сравнительно легких глиссирующих лодок со средней загрузкой (например, «Казанка» с 4 человеками на борту) является гребной винт № 2 — он, кстати, и поставляется с «Нептуном-23» как основной. Оптимальная скорость с этим винтом 30-34 км/час. Винт № 1 позволит «Казанке» с одним водителем двигаться со скоростью до 40 км/час, но на больших скоростях упор этого винта также значительно уменьшается — винт этот для «Нептуна-23» «скоростной».

Нами был испытан и еще один гребной винт — от мотора «Кресчент-25» с диаметром и шагом равными 0,229 м. Этот винт наиболее подходит для водоизмещающих или движущихся в переходном режиме глиссирующих лодок в диапазоне скоростей от 0 до 22 км/час. Упор этого винта на швартовах на 23, а при скорости 22 км/час на 11 кг выше, чем у «белого» винта «Москвы-25».

Представляет интерес сопоставление пропульсивных качеств подвесных моторов «Нептун-23» и «Вихрь-М» (рис. 4). штатные скоростные винты которых имеют одинаковые диаметр и шаг, а мощность почти одинакова.


При движении с большими скоростями комплекс мотор — корпус дейдвуда — винт «Нептун-23» н по эффективному упору и по к. п. д. имеет заметное преимущество перед «Вихрем-М» несмотря на то, что максимальная мощность последнего на 2 л. с. больше.

Дополнительными испытаниями было установлено, что одна из причин этого — худшее взаимодействие винта и корпуса дейдвуда мотора «Вихрь-М» из-за малого расстояния между ними.

Испытания «Нептуна-23» еще раз подтвердили (такая закономерность была характерна также для «Вихря-М»), что полировка лопастей приводит к росту эффективного упора и пропульсивного к. п. д. винта по сравнению с таким же винтом, но окрашенным (см., например, на рис. 2 кривые для винта с D=0,24 м и Н=0,3 м).

Интересна энергетическая оценка полировки винта по приросту эффективного упора. Так, например, для штатного винта с D=0,24 м и Н=0,3 м, прн движении лодки с «Нептуном-23» со скоростью 36 км/час (V=10 м/сек) прирост эффективного упора за счет полировки винта составляет ΔP_e=8 кг (см. рис. 2), на что потребовалась бы затрата мощности


т. е. полировка гребного винта энергетически эквивалентна увеличению мощности мотора почти на 10%.

Обращают на себя внимание вообще относительно небольшие максимальные значения пропульсивного к. п. д. подвесных моторов с испытанными винтами по сравнению с к. п. д. этих же винтов в свободной воде. Так, например, для «Нептуна-23» с полированным винтом D=0,24 м и Н=0,3 м максимальный η_e=0,54 (рис. 2), а в свободной воде винт имеет, согласно графикам Папмеля, η_e=0,7.

Для выяснения причин этого были специально проведены буксировочные испытания моторов «Нептун-23», «Вихрь-М» и «Нептун» без винта (вместо него устанавливался обтекатель) в диапазоне скоростей от 0 до 36 км/ч. Результаты этих испытаний показывают, что сопротивление погруженной части мотора «Нептун-23» составляет при скорости 36 км/ч величину, равную 20% эффективного упора, который был получен при работающем штатном винте на той же скорости. Это обстоятельство служит одной из основных причин относительно небольшого значения пропульснвного к. п. д. «Нептуна-23» с серийными винтами. Сопротивление подводной части корпуса мотора «Нептун-23» заметно больше, чем у «Нептуна», из-за большей боковой площади дейдвуда, большего диаметра корпуса редуктора и толщины сечений дейдвуда между редуктором и антикавитационной плитой. Кроме того, на «Нептуне-23» дополнительно установлена верхняя брызгоотражающая плита, которая, как показали наблюдения, хорошо отбрасывает в стороны и вперед струи и брызги, однако замывание ее нижней поверхности дает дополнительное сопротивление.

Вообще необходимо отметить, что относительно большие толщины сечений дейдвуда с закругленными вместо заостренных выходящими кромками неблагоприятно сказываются на работе гребного винта. Усугубляется это также шероховатостью поверхности дейдвуда, не обработанной после литья.

Было проверено также влияние боковых прорезей на стенках проставки для забора воды в систему охлаждения на сопротивление подводной части. Прорези, площадь которых мала по сравнению с боковой площадью погруженной части, при скорости до 40 км/час практически ощутимого увеличения сопротивления не создают. Поэтому использование водоразборников испытанного типа можно считать вполне приемлемым.