Кермо на траверзі

Носові підрулюючі пристрої, встановлені поперечно в носовій частині тунелю, забезпечують зручність для менш досвідчених і звиклих до комфорту шкіперів: коротким натисканням кнопки рульової може маневрувати точно і швидко в потрібному напрямку навіть у вузьких переходах і при вітрі, що швидко змінюється. Занепокоєння біля керма і надто швидка зміна напрямку тяги, що призводять до гучних протестів з боку коробки передач, пішли у минуле – тепер людина та матеріали захищені.

Для того, щоб носовий пристрій, що підрулює, працював належним чином і не відмовило в самий невідповідний момент, вирішальне значення мають правильні розміри. Деякі виробники намагаються у табличній формі проаналізувати придатність конкретних девайсів залежно від довжини човна. Ця інформація може служити лише приблизною відправною точкою, тому що потрібно враховувати занадто багато аспектів і враховувати конструкцію: не тільки довжина судна, а й форма корпусу (довгий або короткий кіль), водотоннажність, вітрильність і, не в останню чергу, форма передньої частини впливають на вибір правильного гвинта. При виникненні сумнівів, щоб убезпечити себе, потрібно дотримуватися наступної рекомендації: краще взяти двигун на один номер потужніший, ніж йти на граничних показниках.

Найбільш важливим є розмістити тунель якнайдалі в носовій частині човна. Тоді плече важеля щодо центральної точки судна є настільки довгим, наскільки це можливо, що забезпечує ефективну роботу пристрою з найменшою кількістю збоїв. Якщо тунель встановлений надто близько до міделя, обертальний рух призводить до бічного зміщення човна. Як мінімум, обертання суттєво сповільниться і стане млявим, маневрувати стане набагато складніше, і це буде багато часу.

Тому тунель із відносно невеликим діаметром потенційно може бути кращим, ніж тунель великого діаметру. Це також дає перевагу в ситуаціях, де потрібно заощадити простір, наприклад, у випадку, коли досить плоский корпус не має достатньої глибини в зоні, де можна було б розмістити кермо.

У той же час необхідно враховувати кілька особливостей при встановленні: відстань між верхньою кромкою тунелю і ватерлінією в ідеалі повинна дорівнювати щонайменше діаметру тунелю. В іншому випадку гвинт може затягувати багато повітря, що різко знижує ефективність, а також робить багато шуму.

Конструкція краю тунелю в корпусі дуже впливає, з одного боку, на гідродинамічний опір корпусу у воді, а з іншого боку, на ефективність двигуна або гвинта. За гострими краями тунелю з малим радіусом циркулююча вода різко стопориться, що призводить до зниження швидкості. Є два способи усунення цього ефекту, або, принаймні, його зниження: якщо краї тунелю заламінувати у напрямку до носа та до корми, при цьому їх закругливши, що становить близько 1/10 радіусу тунелю, вода тече гладкіше навколо отвору в корпусі а швидкість не зменшується. Інший варіант у тому, що можна встановити спойлер перед місцем розрізу корпусу. З цією метою трубка тунелю не встановлюється на одному рівні з корпусом, а з лівого та правого борту залишається 2030 міліметрів. Простір між корпусом і трубою приблизно на 60 міліметрів у довжину заповнюється епоксидною масою, так що фактично виникає невеликий пандус – саме в тому місці, де вода проходить повз трубу. Тут теж край має бути сконструйований із достатнім радіусом.

Круглі впускні краї на входах тунелю мають ще один позитивний ефект: вода більш рівномірно і лінійно всмоктується через краї тунель під час обертання носового підрулюючого пристрою. У тунелі відбувається менше завихрення і, таким чином, гвинт може працювати більш ефективно. Чи потрібна в носовій частині власна батарея для підрулюючого пристрою, і, можливо, навіть із власним зарядним пристроєм, чи є необхідність прокладати від існуючих батарей до електродвигуна кабель – ці питання вимагають роздумів. Електродвигун підрулюючого пристрою споживає відносно короткий період струм високої напруги, оскільки він може забезпечити роботу стартерної батареї. Таким чином, якщо відстань від батареї двигуна до носової частини не така велика (де були б потрібні великі перерізи кабелів з метою запобігання різкому падінню напруги між акумулятором і електродвигуном), це рішення було б найбільш простим і дешевим. Нарешті, двигун завжди працює на високих оборотах холостого ходу при здійсненні маневрів у порту і завжди разом з носовим пристроєм, що підрулює, в цьому випадку повний заряд буде забезпечений. Окрема акумуляторна батарея в носовій частині мала б перевагу, що полягає в тому, що через все судно не потрібно було б тягнути петлі завтовшки у великий палець, а кабель зарядного пристрою все одно був би прокладений, за умови, якщо маленький зарядний пристрій не міститься в носовій частини. Ще однією перевагою акумулятора відповідного розміру є можливість його спільного використання з якорною лебідкою.

Двигун повинен бути розташований так, щоб гвинт знаходився в центрі тунелю, щоб досягти праворуч і зліва рівномірного упору. Так як ці значення можуть суттєво відрізнятися через конструкцію гвинта та розташування у водному потоці шестірні, деякі виробники рекомендують встановити гвинт не зовсім по центру, що може трохи компенсувати нерівне співвідношення. До технічного обладнання виробники підходять абсолютно по-різному. Аноди, якщо вони мають потребу згідно типу конструкції, для забезпечення кращого захисту від втрат в одних моделях прикручуються між гвинтом і редуктором, в інших моделях вони безпосередньо встановлюються на кінці втулки крил. Це полегшує заміну, тому що не потрібно видаляти весь виток. При максимальній енергії в аноді навіть не потрібно, оскільки підводна частина двигуна виконана повністю з композитного пластику з гвинтами з нержавіючої сталі або пластмаси.

Сам гвинт затягується на валу по-різному: сильне перо вставляється впоперек валу і передає силу так само впевнено, як довгий сухий сухар або вал з грубими зубами. Але є тенденція легкої деформації штифта, що ускладнює зняття гвинта під час проведення технічного обслуговування. Єдиним слабким місцем у системі при заклинюванні гвинта є запобіжний штифт у двигуні, що розташовується на місці, де трансмісійний вал входить у зачеплення з електродвигуном. Цей запобіжний штифт ламається, щоб уникнути пошкодження двигуна. У цей перехідний момент у певних виробників можна знайти крутильні пружні муфти, які повинні знижувати вібрацію і зменшувати рівень робочого шуму.

Крім того, ця акустична розв'язка захищає двигун та редуктор, тому застосування цієї деталі цілком розумне. Майже всі виробники говорять про заливання олії в редуктор, яке має протриматися протягом усього періоду експлуатації. Тим не менш, є кілька винятків у способах використання мастила. Тільки застосування системи Sidepower переконує у своїй якості, а від легкої можливості введення мастил краще відмовитися.

При покупці самого двигуна потрібно дізнатися про наявність на ньому вогнестійких матеріалів, тому що при тривалій експлуатації він сильно нагрівається, що може призвести до непомітних коротких замикань та тління. При проведенні тесту у нас двигун задимився, тому що в безпосередній близькості від позитивного полюса знаходилися два негативні провідники, на які припадали навантаження. Звичайно, краще, коли плюс і мінус розташовуються окремо один від одного, як, наприклад, Lewmar. Дуже точно також слід виконувати рекомендації щодо перерізів та відповідної довжини кабелю. Якщо навантажувальний провідник занадто тонкий, це може швидко призвести до задимлення або навіть більшої шкоди, якщо запобіжники не підходять або не справляються. З метою безпеки доцільно використовувати деякі технічні трюки, такі як автоматика відключення або принаймні наочне попередження при низькій напрузі (нижче 10,5 В), так як у цьому випадку реле перемикання може залишатися постійно в положенні «включено». Тоді з кокпіту двигун уже не можна зупинити. Тим не менш, виробники рекомендують в навантажувальному провіднику встановити аварійний вимикач неподалік електродвигуна, за допомогою якого можна, принаймні, вимкнути струм в носовій частині човна. Температурний датчик або таймер реєструють час роботи та перегрівання двигуна і при необхідності відключають його.

1. Чим далі в носовій частині розташовується тунель з пристроєм, що підрулює, тим краще відбувається обертання і працює важіль. Установка тунелю неподалік носової частини призводить до значно гірших показників

2. Місце встановлення тунелю необхідно вибирати ретельно, щоб відстань до поверхні води принаймні дорівнювала діаметру тунелю. Якщо гвинт встановлений занадто високо, він може легко затягувати повітря, ефективність різко знижується.

3. Закруглені краї (ліворуч) та ламінований спойлер (по центру) покращують гідродинамічні властивості. Жорсткі передні кромки з малим радіусом (праворуч) у позиції з боку носа призводять до завихрення та гальмують човен

4. Композитний корпус без анодів (вгорі), інші встановлені перед гвинтом. Закруглені краї на вхід потоку у напрямку до носа і до корми призводять до того, що втягнута гвинтом вода на вході в тунель менше схильна до завихрень, тому гвинт працює ефективніше

5. Електродвигуни в носовій частині можуть бути встановлені в залежності від простору не тільки навколо вертикальної осі, але і навколо осі втулки. Нахил стійки корпусу повинен становити від 45 градусів

Крутильно-пружна муфта зменшує вібрацію та забезпечує плавний запуск

ТХЗ/ батареї

Для експлуатації носового пристрою, що підрулює, протягом короткого часу потрібно багато енергії. Тому важливо для цього мати відповідний тип батареї. Вирішальним фактором тут є не стільки ємність батареї, яка зазвичай виражається в ампер-годинах і вказується на самій батареї, а сила так званого струму холодного запуску, яка вказується як ТХЗ (CCA) згідно з європейським стандартом (EN). Дані відповідно до DIN визначаються у різних умовах і становлять приблизно на 50 відсотків нижче. Використання мережних акумуляторів виключено, в даному випадку класичні мокрі стартерні акумуляторні батареї з рідким електролітом, так як вони також використовуються як додатковий стартер для двигуна або лебідки, є найбільш доступною альтернативою. Батареї, керовані магнітним підсилювачем, також підходять, але вони значно дорожчі в ціні.

Exturn

При небажанні вифрезеровувати величезні отвори в області носового підрулюючого пристрою як носовий або кормовий пристрій, що підрулює, можна встановити пригвинчується під двигун «Exturn» від Marinno. Гвинт, компоненти редуктора та двигун, маючи торпедоподібну форму, виконують допоміжну функцію при маневруванні. Необхідні реле встановлюються у судні. Перевагами, на думку виробника, є швидкий та легкий монтаж (протягом одного дня) та більш висока ефективність, оскільки бульбу порівняно з тунельним кермом можна встановити попереду та/або водночас глибше. Таким чином, втрати потужності двигуна є порівняно низькими. Опір пристрою, що підрулює, повинен бути ледь помітним.

Так ми тестували

Під керівництвом та з обладнанням виробника Vetus ми постаралися визначити навантаження носового пристрою, що підрулює. Обладнання експерименту було представлено клітиною, що обертається, із зовнішнім каркасом, в який були підвішені різні залізні ящики з інтегрованим тунелем. Між рухомою та зафіксованою частинами системи ми встановили датчик навантаження (Tedea Huntleigh 614), який був відкалібрований для вимірювання тяги та надсилав свої дані через реєстратор даних на програму Dataq. У зв'язку з асиметричною конструкцією (відстань між пунктами: опора-датчик навантаження/датчик навантаження-кермо) пристрою та різної довжини шляхів проходу важеля в ящиках показання повинні були множитися на певні коефіцієнти для отримання реальних значень. Ці коефіцієнти важко визначити, тому нам не вдалося вирахувати абсолютні значення. Деякі з набутих таким чином значень, наприклад, значно перевищували дані, зазначені в інструкціях виробника – так було з марками Craftsman та Maxpower, інші показники дуже сильно відрізнялися при русі вперед/назад, наприклад, Exturn - Виробник пояснює це новими вугільними щітками. Як правило, серед виміряних значень вказуються і поперечні сили.

Проте в таблиці ми вказали їх як безрозмірні величини. Для носового підрулюючого пристрою було подано енергоживлення з батареї ємністю 225 А/год та холодним запуском потужністю 1060 ТХЗ відповідно до європейського стандарту (EN). В результаті при проведенні окремих експериментів напруга на виході мало чим відрізнялася, хоча після кожної експлуатації ми підключали зарядний пристрій, а також акумулятори заряджали протягом мінімум 20 хвилин. Число оборотів вимірювалося за допомогою оптичного детектування. У певній точці ми кожному двигуні також виміряли рівень шуму. Ці вимірювання, однак, можна лише частково порівнювати, так як металеві коробки, в які були вмонтовані носові пристрої, що підрулюють, мали різні форми і товщину стінок і, таким чином, подавали різні звуки. З цієї причини ми вирішили не подавати ці результати. Оскільки двигуни частково прийшли в заводській упаковці, ми запустили їх у роботу і проганяли відповідно до пускової програми протягом двох хвилин: кожен підрулюючий пристрій ми експлуатували в безперервному режимі в прямому та зворотному напрямку у трьох інтервалах по десять секунд, а також протягом тридцяти секунд рамках тривалої експлуатації. Для проведення фактичних вимірювань кожен двигун працював двічі протягом 20 секунд у безперервному режимі побіг у прямому та зворотному напрямку. Отримані значення (A, V – кожен показник виміряний на батареї та упор) ми вказали.

При включенні швидко збільшується енергоспоживання (праворуч) і напруга батареї падає (по центру). Зі зменшенням напруги сила тяги знижується (ліворуч)

Процес заряджання від акумулятора ємністю 225 Ампер-година з силою холодного запуску 1060 A

Встановлений усередині коробки та підключений до кабелів двигун якраз перед фазою прогріву

Басейн з несучою рамою, що прокручується, прикрученою до ящиків

Після кожного виміру ящики піднімалися та укомплектовувалися знову

Підрулюючий пристрій Exturn «180» ми пригвинтили безпосередньо під однією з коробок, яка потім прикріплювалася до стійк, що обертаються, для проведення вимірювань

Дефекти, що часто зустрічаються, на носових підрулюючих пристроях

Носові пристрої, що підрулюють, як і всі електричні прилади на борту, відрізняються конкретними видами збоїв. Особливо в умовах знаходження в потенційно мокрому баку, де двигун повинен ділити простір за певних обставин з лебідкою, ланцюгами та тросами, ця тема є особливо актуальною. Крім того, негативний вплив має недостатня електроустановка або слабкі акумулятори. Йоганн Бушманн з компанії «Морські продажі та обслуговування» виділяє такі найпоширеніші порушення:

• якщо двигун працює на низькій напрузі, колектор та вугільні щітки зношуються передчасно
• крім того, реле можуть почати плескати, це означає, що вони закриваються і відкриваються (при вимиканні) швидко та безсистемно. При цьому вони можуть залишатися в положенні "увімкнено", а кермо більше не може відключитися. У разі виникнення надзвичайної ситуації у провіднику навантаження повинен завжди встановлюватися відповідний вимикач
• електрохімічна корозія: коли металевий корпус та сорочка з'єднані, через них проходять струми, які руйнує матеріал
• не можна працювати без навантаження: відносно невеликі двигуни змінного струму мають високу щільність потужності. Число оборотів може збільшитися до більш ніж 8000 об/хв, що веде до швидкого перегріву двигуна
• при попаданні сторонніх предметів, наприклад, гілок дерев і т.п., в тунель, можуть пошкодитися зрізні штифти або затискачі
• з часом панелі можуть бути зруйновані УФ-світлом – це можна виправити лише заміною

Шестерня валу з кінцем вилки та слабке місце зрізного штифта у двигуні

Рішення для зачіпного штифта гвинта

Шестерня з можливостями дозаправки (у червоному колі) та без

Зразкова конфігурація полюсів: вони знаходяться далеко один від одного, коротке замикання, викликане інструментом, виключається

Додаткове встановлення

Майже на кожному човні можна додатково встановити носовий пристрій, що підрулює, якщо в носовій частині під дошками ліжок, тобто. далеко в носі, є достатньо простору. Для повної установки знадобиться близько трьох днів, тому що крім виконання робочих етапів потрібно багато часу для ретельного просушування ламінованих областей. Тільки після повного просушування можна пристрій зашити всередині поверхневим покриттям, а з зовнішнього боку покрити гелькоутом і фарбою, що протиобрастає. На додаток до спеціальних інструментів знадобиться досвід та високий рівень майстерності, тому таку установку повинні здійснювати фахівці. Залежно від складності і конструкції установки, включаючи пристрій, що підрулює, акумулятори, кабель і вимикачі, вартість всього задуму складе як мінімум 4500 Євро.

Вибір місця встановлення всередині: має бути достатньо місця для тунелю, який повністю ламінується, а також двигуна. Потім необхідно перевірити зсередини за допомогою тонкого свердла, яке має виходити назовні, чи підходить обране місце. Щоб праворуч і ліворуч симетрично просвердлити отвори для центруючої стійки, за орієнтир потрібно взяти рівень як допоміжну лінію. Прямі лінії вбудованих елементів, що знаходяться всередині, рідко насправді паралельні, і на них не можна покладатися. Тепер стійка, що центрує, вставлена (1) і відмічений відповідний радіус (2).

Крім того, за допомогою більшого шаблону необхідно відзначити друге коло, яке позначить області для проведення зовні робіт з ламінування (3). Тоді за допомогою алмазної головки можна вифрезерувати потрібний шматок ламінату з корпусу

Тепер необхідно встановити тунель (5) і заламінувати його зсередини повністю навколо труби (6)

Зовні залишається близько 30 мм тунелю, який виступає за стіну борту (7). Цей невеликий край служить опорою для спойлера, який зараз формується з епоксидної смоли зі скловолокном. На завершальній стадії на добре відшліфовану поверхню накладається шар оксиду кремнію (8)

Тепер тунель та ламіновані поверхні ретельно зашиті всередині поверхневого покриття. Зовні захист забезпечують грунтовка Epoxiprimer, гелькоут та протиобрастаюча фарба, яка наноситься також у тунелі, на гвинт та шестірню, матеріал, що попереджає осмос та зменшує нарости

Текст: Геральд Сіншек

17.06.2014