Руль на траверзе

Носовые подруливающие устройства, установленные поперечно в носовой части в туннеле, обеспечивают удобство для менее опытных и привыкших к комфорту шкиперов: коротким нажатием кнопки рулевой может маневрировать точно и быстро в нужном направлении даже в узких переходах и при быстро меняющемся ветре. Беспокойство у руля и слишком быстрое изменение направления тяги, которые приводят к громким протестам со стороны коробки передач, ушли в прошлое – теперь человек и материалы защищены.

Для того, чтобы носовое подруливающее устройство работало должным образом и не отказало в самый неподходящий момент, решающее значение имеют правильные размеры. Некоторые производители пытаются в табличной форме проанализировать пригодность конкретных девайсов в зависимости от длины лодки. Эта информация может служить лишь приблизительной отправной точкой, так как нужно учитывать слишком много аспектов и учитывать конструкцию: не только длина судна, но и форма корпуса (длинный или короткий киль), водоизмещение, парусность и, не в последнюю очередь, форма передней части влияют на выбор правильного винта. При возникновении сомнений, чтобы себя обезопасить, нужно придерживаться следующей рекомендации: лучше взять двигатель на один номер мощнее, чем идти на граничных показателях.

Наиболее важным является разместить туннель как можно дальше в носовой части лодки. Тогда плечо рычага относительно центральной точки судна является настолько длинным, насколько это возможно, что обеспечивает эффективную работу подруливающего устройства с наименьшим количеством сбоев. Если туннель установлен слишком близко к миделю, вращательное движение приводит к боковому смещению всей лодки. Как минимум, вращение существенно замедлится и станет вялым, маневрировать станет гораздо сложнее, и это будет занимать много времени.

Поэтому туннель с относительно небольшим диаметром потенциально может быть лучше, чем туннель большого диаметра. Это также дает преимущество в ситуациях, где нужно сэкономить пространство, например, в случае, когда достаточно плоский корпус не располагает достаточной глубиной в зоне, где можно было бы разместить руль.

В то же время необходимо учитывать несколько особенностей при установке: расстояние между верхней кромкой туннеля и ватерлинией в идеале должно равняться, по меньшей мере, диаметру туннеля. В противном случае винт может затягивать много воздуха, что резко снижает эффективность, а также производит много шума.

Конструкция края туннеля в корпусе оказывает большое влияние, с одной стороны, на гидродинамическое сопротивление корпуса в воде, а с другой стороны, на эффективность двигателя или винта. За острыми краями туннеля с малым радиусом циркулирующая вода резко стопорится, что приводит к снижению скорости. Есть два способа устранения этого эффекта, или, по крайней мере, его снижения: если края туннеля заламинировать по направлению к носу и к корме, при этом их закруглив, что составляет около 1/10 радиуса туннеля, вода течет более гладко вокруг отверстия в корпусе, а скорость не уменьшается. Другой вариант заключается в том, что можно установить спойлер перед местом разреза корпуса. С этой целью трубка туннеля не устанавливается на одном уровне с корпусом, а с левого и правого борта оставляется 20­30 миллиметров. Пространство между корпусом и трубой примерно на 60 миллиметров в длину заполняется эпоксидной массой, так что фактически возникает небольшой пандус – как раз в том месте, где вода проходит мимо трубы. Здесь тоже край должен быть сконструирован с достаточным радиусом.

Круглые впускные края на входах в туннель имеют еще один положительный эффект: вода более равномерно и линейно всасывается через края в туннель во время вращения носового подруливающего устройства. В туннеле происходит меньше завихрений и, таким образом, винт может работать более эффективно. Нужна ли в носовой части для подруливающего устройства собственная батарея, и, возможно, даже с собственным зарядным устройством, или есть ли необходимость прокладывать от существующих батарей к электродвигателю кабель – эти вопросы требуют размышлений. Электродвигатель подруливающего устройства потребляет за относительно короткий период времени ток высокого напряжения, поскольку он может обеспечить работу стартерной батареи. Таким образом, если расстояние от батареи двигателя к носовой части не такое большое (где потребовались бы большие сечения кабелей с целью предотвращения резкого падения напряжения между аккумулятором и электродвигателем), это решение было бы наиболее простым и дешевым. Наконец, двигатель всегда работает на высоких оборотах холостого хода при совершении маневров в порту и всегда вместе с носовым подруливающим устройством, в этом случае полный заряд будет обеспечен. Отдельная аккумуляторная батарея в носовой части имела бы преимущество, заключающееся в том, что через все судно не нужно было бы тянуть петли толщиной в большой палец, а кабель зарядного устройства все равно был бы проложен, при условии, если маленькое зарядное устройство не помещается в носовой части. Еще одним преимуществом аккумулятора соответствующего размера является возможность его совместного использования с якорной лебедкой.

Двигатель должен быть расположен так, чтобы винт находился в центре туннеля, чтобы добиться справа и слева равномерного упора. Так как эти значения могут существенно отличаться из­-за конструкции винта и расположения в водном потоке шестерни, некоторые производители рекомендуют установить винт не совсем по центру, что может немного скомпенсировать неравное соотношение. К техническому оснащению производители подходят совершенно по­разному. Аноды, если в них есть необходимость согласно типа конструкции, для обеспечения лучшей защиты от потерь в одних моделях прикручиваются между винтом и редуктором, в других моделях они непосредственно устанавливаются на конце втулки крыльев. Это облегчает замену, так как не нужно удалять весь виток. При максимальной энергии в аноде даже нет необходимости, поскольку подводная часть двигателя выполнена полностью из композитного пластика с винтами из нержавеющей стали или пластмассы.

Сам винт затягивается на валу по­-разному: сильное перо вставляется поперек вала и передает силу так же уверенно, как длинный неподвижный сухарь или вал с грубыми зубьями. Но есть тенденция легкой деформации штифта, и это усложняет снятие винта во время проведения технического обслуживания. Единственным слабым местом в системе при заклинивании винта является предохранительный штифт в двигателе, который располагается на месте, где трансмиссионный вал входит в зацепление с электродвигателем. Этот предохранительный штифт ломается, чтобы избежать повреждения двигателя. В этот переходный момент у определенных производителей можно найти крутильно­упругие муфты, которые должны снижать вибрацию и уменьшать уровень рабочего шума.

Кроме того, эта акустическая развязка защищает двигатель и редуктор, поэтому применение этой детали вполне разумно. Почти все производители говорят о заливке масла в редуктор, которая должна продержаться в течение всего периода эксплуатации. Тем не менее, есть несколько исключений в способах использования смазки. Только применение системы Sidepower убеждает в своем качестве, а от легкой возможности введения смазочных средств лучше отказаться.

При покупке самого двигателя нужно узнать о наличии на нем огнестойких материалов, так как при долгой эксплуатации он сильно нагревается, что может привести к незаметным коротким замыканиям и тлению. При проведении теста у нас двигатель задымился, так как в непосредственной близости от положительного полюса находились два отрицательных проводника, на которые приходились нагрузки. Конечно, лучше, когда плюс и минус располагаются отдельно друг от друга, как, например, в Lewmar. Очень точно также следует выполнять рекомендации относительно сечений и соответствующей длины кабеля.  Если нагрузочный проводник слишком тонкий, это может быстро привести к задымлению или даже большему ущербу в случае, если предохранители не подходят или не справляются. В целях безопасности целесообразно использовать некоторые технические трюки, такие как автоматика отключения или, по крайней мере, наглядное предупреждение при низком напряжении (ниже 10,5 В), так как в этом случае реле переключения может оставаться постоянно в положении «включено». Тогда с кокпита двигатель уже больше невозможно остановить. Тем не менее, производители рекомендуют в нагрузочном проводнике установить аварийный выключатель недалеко от электродвигателя, посредством которого можно, по крайней мере, выключить ток в в носовой части лодки. Температурный датчик или таймер регистрируют время работы и перегрев  двигателя и при необходимости отключают его.

1. Чем дальше в носовой части располагается туннель с подруливающим устройством, тем лучше происходит вращение и работает рычаг. Установка туннеля недалеко в носовой части приводит к значительно более худшим показателям

2. Место установки туннеля необходимо выбирать тщательно, чтобы расстояние до поверхности воды, по крайней мере, равнялось диаметру туннеля. Если винт установлен слишком высоко, он может легко затягивать воздух, эффективность при этом резко снижается

3. Закругленные края (слева) и заламинированный спойлер (по центру) улучшают гидродинамические свойства. Жесткие передние кромки с малым радиусом (справа) в позиции со стороны носа приводят к завихрениям и тормозят лодку

4. Композитный корпус без анодов (вверху), другие установлены перед/за винтом. Закругленные края на вход потока по направлению к носу и к корме приводят к тому, что втянутая винтом вода на входе в туннель меньше подвержена завихрениям, поэтому винт работает эффективнее

5. Электродвигатели в носовой части могут быть установлены в зависимости от пространства не только вокруг своей вертикальной оси, но и вокруг оси втулки. Наклон стойки корпуса должен составлять от 45 градусов

Крутильно-упругая муфта уменьшает вибрацию и обеспечивает плавный запуск

ТХЗ/ батареи

Для эксплуатации носового подруливающего устройства в течение короткого времени требуется много энергии. Поэтому важно для этой цели иметь подходящий тип батареи. Решающим фактором здесь является не столько емкость батареи, которая обычно выражается в ампер-часах и указывается на самой батарее, а сила так называемого «тока холодного запуска», которая указывается как ТХЗ (CCA) согласно европейскому стандарту (EN). Данные в соответствии с DIN определяются в разных условиях и составляют примерно на 50 процентов ниже. Использование сетевых аккумуляторов исключено, в данном случае классические мокрые стартерные аккумуляторные батареи с жидким электролитом, так как они также используются в качестве дополнительного стартера для двигателя или лебедки, являются наиболее доступной альтернативой. Батареи, управляемые магнитным усилителем, также подходят, но они и значительно дороже в цене.

Exturn

При нежелании выфрезеровывать огромные отверстия  в области носового подруливающего устройства в качестве носового или кормового подруливающего устройства можно установить привинчиваемый под двигатель «Exturn» от Marinno. Винт, компоненты редуктора и двигатель, имея торпедообразную форму, выполняют вспомогательную функцию при маневрировании. Необходимые реле устанавливаются непосредственно в судне. Преимуществами, по мнению производителя, являются быстрый и легкий монтаж (в течение одного дня) и более высокая эффективность, так как бульбу по сравнению с туннельным рулем можно установить впереди и/или в то же время более глубоко. Таким образом, потери мощности двигателя сравнительно низкие. Сопротивление подруливающего устройства должно быть едва заметным.

Так мы тестировали

Под руководством и с оборудованием производителя Vetus мы постарались определить нагрузки носового подруливающего устройства. Оборудование эксперимента было представлено вращающейся клеткой с внешним каркасом, в который были подвешены различные железные ящики с интегрированным туннелем. Между подвижной и зафиксированной частями системы мы установили датчик нагрузки (Tedea Huntleigh 614), который был откалиброван для измерения тяги и посылал свои данные через регистратор данных на программу Dataq. В связи с асимметричной конструкцией (расстояние между пунктами: опора-датчик нагрузки/датчик нагрузки-руль) устройства и различной длины путей прохода рычага в ящиках показания должны были умножаться на определенные коэффициенты для получения реальных значений. Эти коэффициенты трудно определить, поэтому нам не удалось вычислить абсолютные значения. Некоторые из полученных таким образом значений, например, значительно превышали данные, указанные в инструкциях производителя – так было с марками Craftsman и Maxpower, другие показатели очень сильно отличались при движении вперед/назад, например, в Exturn – производитель объясняет это новыми угольными щетками. Как правило, среди измеренных значений указываются и поперечных силы.

Тем не менее, в таблице мы указали их как безразмерные величины. Для носового подруливающего устройства было подано энергопитание с батареи емкостью 225 А/ч и холодным запуском мощностью 1060 ТХЗ в соответствии с европейским стандартом (EN). В результате при проведении отдельных экспериментов напряжение на выходе мало чем отличалось, хотя после каждой эксплуатации мы подключали зарядное устройство, а также заряжали аккумуляторы в течение минимум 20 минут. Число оборотов измерялось с помощью оптического детектирования. В определенной точке мы на каждом двигателе также измерили уровень шума. Эти измерения, однако, можно лишь частично сравнивать, так как металлические коробки, в которые были вмонтированы носовые подруливающие устройства, имели различные формы и толщину стенок и, таким образом, подавали различные звуки. По этой причине мы решили не представлять эти результаты. Поскольку двигатели частично пришли в заводской упаковке, мы запустили их в работу и прогоняли согласно пусковой программе в течение двух минут: каждое подруливающее устройство мы эксплуатировали в непрерывном режиме в прямом и обратном направлении в трех интервалах по десять секунд, а также в течение тридцати секунд в рамках долгой эксплуатации. Для проведения фактических измерений каждый двигатель работал два раза в течение 20 секунд в непрерывном режиме побежал в прямом и обратном направлении. Полученные значения (A, V – каждый показатель измерен на батарее, и упор) мы указали.

При включении быстро увеличивается энергопотребление (справа), и напряжение батареи падает (по центру). С уменьшением напряжения сила тяги снижается (слева)

Процесс зарядки от аккумулятора емкостью 225 Ампер-час с силой холодного запуска 1060 A

Установленный внутри коробки и подключенный к кабелям двигатель как раз перед фазой прогрева

Бассейн с прокручивающейся несущей рамой, прикрученной к ящикам

После каждого измерения ящики поднимались и укомплектовывались снова

Подруливающее устройство Exturn «180» мы привинтили непосредственно под одной из коробок, которая затем прикреплялась к вращающимся стойкам для проведения измерений

Часто встречающиеся дефекты на носовых подруливающих устройствах

Носовые подруливающие устройства, как и все электрические приборы на борту, отличаются конкретными видами сбоев. Особенно в условиях нахождения в потенциально мокром баке, где двигатель должен делить пространство при определенных обстоятельствах с лебедкой, цепями и тросами, эта тема особенно актуальна. Кроме того, негативное влияние оказывает недостаточная электроустановка или слабые аккумуляторы. Иоганн Бушманн из компании «Морские продажи и обслуживание» выделяет следующие наиболее распространенные нарушения:

• если двигатель работает на низком напряжении, коллектор и угольные щетки изнашиваются преждевременно
• кроме того, реле могут начать хлопать, это значит, что они закрываются и открываются (при выключении) быстро и бессистемно. При этом они могут оставаться в положении «включено», а руль больше не может отключиться. На случай возникновения чрезвычайной ситуации в проводнике нагрузки должен всегда устанавливаться соответствующий выключатель
• электрохимическая коррозия: когда металлический корпус и рубашка соединены, через них проходят токи, которые разрушает материал
• нельзя работать без нагрузки: относительно небольшие двигатели переменного тока имеют очень высокую плотность мощности. Число оборотов может увеличиться до более чем 8000 об/мин, что ведет к быстрому перегреву двигателя
• при попадании посторонних предметов, например, веток деревьев и т.п., в туннель, могут повредиться срезные штифты или зажимы
• с течением времени панели могут быть разрушены УФ-светом – это можно исправить только заменой

Шестерня вала с концом вилки и слабое место срезного штифта в двигателе

Решения для зацепного штифта винта

Шестерня с возможностями дозаправки (в красном кругу) и без

Примерная конфигурация полюсов: они находятся далеко друг от друга, короткое замыкание, вызванное инструментом, исключается

Дополнительная установка

Почти на каждой лодке можно дополнительно установить носовое подруливающее устройство, если в носовой части под досками коек, т.е. далеко в носу, есть достаточно пространства. Для полной установки потребуется около трех дней, так как кроме выполнения рабочих этапов потребуется много времени для тщательной просушки ламинированных областей. Только после полной просушки можно устройство зашить внутри поверхностным покрытием, а с внешней стороны покрыть гелькоутом и противообрастающей краской. В дополнение к специальным инструментам потребуется опыт и высокий уровень мастерства, поэтому такую установку должны осуществлять специалисты. В зависимости от сложности и конструкции установки, включая подруливающее устройство, аккумуляторы, кабель и выключатели, стоимость всей задумки составит как минимум 4500 Евро.

Выбор места установки внутри: должно быть достаточно места для туннеля, который полностью ламинируется, а также для двигателя. Затем необходимо проверить изнутри с помощью тонкого сверла, которое должно выходить наружу, подходит ли выбранное место. Чтобы справа и слева симметрично просверлить отверстия для центрирующей стойки, за ориентир нужно взять ватерпас в качестве вспомогательной линии. Находящиеся внутри прямые линии встроенных элементов редко на самом деле параллельны, и на них нельзя полагаться. Теперь центрирующая стойка вставлена (1) и отмечен соответствующий радиус (2).

Кроме того, с помощью большего шаблона необходимо отметить вторую окружность, которая обозначит области для проведения снаружи работ по ламинированию (3). Тогда с помощью алмазной головки можно выфрезеровать подходящий кусок ламината из корпуса

Теперь необходимо установить туннель (5) и заламинировать его изнутри полностью вокруг всей трубы (6)

Снаружи остается около 30 миллиметров туннеля, который выступает за стенку борта (7). Этот небольшой край служит опорой для спойлера, который в настоящее время формируется из эпоксидной смолы со стекловолокном. В завершающей стадии на хорошо отшлифованную поверхность накладывается слой оксида кремния (8)

Теперь туннель и ламинированные поверхности тщательно зашиты внутри поверхностного покрытия. Снаружи защиту обеспечивают грунтовка Epoxiprimer, гелькоут и противообрастающая краска, которая наносится также в туннеле, на винт и шестерню, материал, предупреждающий осмос и уменьшающий наросты

Текст: Геральд Синшек

17.06.2014