Книга - "Юные корабелы", создание моделей - Книга -

• 
• 

Купить СНПЧ А7 Вологда, оперативная доставка

Рейтинг:   / 93

ПлохоОтлично 

• Книга - "Юные корабелы", создание моделей
• 2 страница
• 3 страница
• 4 страница
• 5 страница
• 6 страница
• 7 страница
• 8 страница
• 9 страница
• 10 страница
• 11 страница
• 12 страница
• 13 страница
• Все страницы

Страница 10 из 13

К основным элементам гребного винта от­носятся : d — диаметр гребного винта; z — число лопастей; А — площадь круга, описы­ваемая гребным винтом; А с — суммарная площадь спрямленной поверхности всех ло­пастей винта; йъ—диаметр ступиц; hz — геометрический шаг гребного винта.
Геометрический шаг гребного винта пред­ставляет расстояние, на которое переместил­ся бы гребной винт за один полный оборот в твердой неподатливой среде, например в гайке (рис, 141). Напротив, вода является по­датливой средой и при малейшем давлении на нее отступает. Поэтому винт в воде за один оборот проходит меньше, чем в гайке рас­стояние, 'которое называют действительным шагом или поступью гребного винта. Раз­ность между геометрическим шагом и посту­пью называют скольжением. Однако при расчетах шага гребного винта пользуются не величиной скольжения, а так называемым относительным скольжением So-
Ориентировочные величины относитель­ного скольжения для. гребных винтов само­ходных моделей — от 0,2 до 0,3, для винтов скоростных радиоуправляемых моделей — от 0,1 до 0,15, для винтов скоростных кордо­вых моделей — от 0,15 до 0,20. При расчете гребных винтов особое значение имеет пра­вильный выбор шагового отношения гребно­го винта, являющегося одной из его важней­ших гидродинамических характеристик. Ша­говое отношение гребного винта р определяет режим работы винта и двигателя и характе­ризуется отношением геометрического шага винта Аг: к диаметру винта d, т. е.

В зависимости от назначения гребного винта для модели величину шагового отно­шения гребного винта выбирают в пределах от 0,4 до 3,0. Чем больше скорость модели и число оборотов двигателя, тем большую ве­личину р следует выбирать. Например, для винтов самоходных моделей с масштабной скоростью р должно быть в пределах 0,4— 0,7, для скоростных радиоуправляемых мо­делей с электродвигателями — 0,6—1,0, для тех же моделей с двигателями внутреннего сгорания — 1,0 —1,3, а у винтовых скорост­ных кордовых моделей она достигает вели­чины 2,6—2,9.
Одной из характеристик гребного винта, показывающей отношение площади всех ло­пастей гребного винта Лс к площади окруж­ности А, диаметр которой равен диаметру гребного винта, является так называемое дисковое отношение винта, или отношение площадей Ad
С увеличением дискового отношения уве­личивается средняя ширина лопасти винта. Дисковое отношение изменяется в пределах от 0,2 до 1,2. Если величина дискового отно­шения больше единицы, значит суммарная площадь всех лопастей больше площади дис­ка винта и лопасти перекрывают одна дру­гую (рис. 142). Чем меньше число оборотов двигателя и меньше скорость модели, тем большим должно быть дисковое отношение. Например, если для винтов к самоходным моделям дисковое отношение может быть в пределах 0,5—0,8, то у винтов к скоростным кордовым моделям оно не более 0,2—0,25. С уменьшением дискового отношения к.п.д. винта при прочих равных условиях у ско­ростных моделей растет.
Относительный диаметр ступицы, т. е. от­ношение диаметра ступицы к диаметру вин­та ^j-, должно быть не больше 0,5—0,2.
С увеличением диаметра ступицы упор и к.п.д. винта снижаются за счет увеличения трения ступицы о воду. Длина ступицы должна быть такой, чтобы боковая проекция лопастей полностью размещалась на ступи­це. В местах крепления кромки лопастей сле­дует делать скругленными, обеспечивающими плавность перехода от лопасти к ступице.
Отношение диаметра гребного винта d к осадке Т для самоходных моделей с масш­табной скоростью должно быть выбрано в пределах 0,5—0,6. Для радиоуправляемых скоростных моделей это отношение соответ­ствует 1,2—1,4. По величинам этих отноше­ний можно ориентировочно определить диаметр винта для указанных моделей: d= (0,5-0,6)T.
Меньшие величины этих отношений берут для тихоходных, а большие — для быстро­ходных моделей. Например, для винта пасса­жирского судна   можно принять   d/T=0,5,
а для винтов крейсера, эсминца — 0,6. Диа­метры гребных винтов для скоростных кор­довых  моделей можно рекомендовать следующие: к модели с двигателем внутреннего сгорания объемом цилиндра 2,5 см3 от 40 до 50 мм, с двигателем 5 см3 от 45 до 55 мм, с двигателем 10 см3 от 60 до 70 мм.

Форму контуров лопастей гребных вин­тов выбирают в зависимости от типа судна, скорости хода, осадки и числа оборотов дви­гателя. Они могут быть симметричными и несимметричными (рис. 143). На практике для винтов всех моделей (кроме скоростных кордовых) чаще выбирают эллиптическую форму лопастей с плоско-выпуклым сегмент­ным сечением. У узколопастных винтов для скоростных кордовых моделей рекомендуют саблевидную форму лопасти с антикавитирующим (клювообразным) профилем сече­ния. Наибольшую ширину лопасти у эллип­тических контуров делают около 0,7; а у саблевидных контуров — 0,6 от максималь­ного радиуса винта. Причем максимальную ширину лопасти для винтов скоростных кор­довых и скоростных радиоуправляемых мо­делей с двигателями внутреннего сгорания рекомендуют брать порядка 0,2 — 0,25 d, а для винтов всех остальных моделей (0,3-0,35) d.
Толщину лопасти от корня к ее концу следует постепенно уменьшать так, чтобы об­разующая винтовой поверхности лопастей была прямой линией, которую можно откло­нить в корму или в нос на 10—15° от верти­кали оси винта (рис. 144). Такое отклонение лопастей к корме делают на одновинтовых моделях с целью увеличения зазора между винтом и корпусом. У высокооборотных греб­ных винтов (скоростных кордовых и скорост­ных управляемых моделей) лопасти следует ставить под прямым углом к оси, чтобы уст­ранить вредное влияние центробежных сил инерции, которые могли бы изогнуть и даже отломить лопасти от ступицы.
Гребные винты с лопастями, уширенными у концов (рис. 143, Б и Д), создают больший упор, но и потребляют большую мощность. К.п.д. таких винтов несколько ниже. Лопас­ти с уширенными концами и эллиптические с максимальной шириной более 0,35 d можно использовать на моделях с двигателем до 3000 об/мин. Таким образом, для обеспече­ния высокого к.п.д. винта концы лопастей его должны быть не слишком широкими и не слишком узкими. Обычно рекомендуют для эллиптических винтов 0,35 d, а у сабле­видных 0,3 d (рис. 143, А и Г).

ПРИМЕРНЫЙ РАСЧЕТ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ

Шаг гребного винта в миллиметрах для любой модели можно определить по формуле:

где v — скорость модели, км/ч; п — число оборотов винта в минуту; 20 500 — постоян­ный коэффициент при относительном сколь­жении 0,15—0,2 и шаге винта, выраженном в миллиметрах.

Пример. Требуется определить шаг и диа­метр гребного винта для скоростной кордовой модели с двигателем внутреннего сгорания. Число оборотов двигателя — 25 000 в мин. Ожидаемая скорость модели 160 км/ч. По приведенной формуле шаг гребного винта по­лучаем равным:
Диаметр винта к такой модели может быть в пределах 60—70 мм.
Шаговое отношение
близко к рекомендованному.
Пример. Необходимо определить шаг и диаметр гребного винта к скоростной радио­управляемой модели с электродвигателем МУ-100, п = 8000 об/мин. Необходимая ско­рость модели должна быть 25 км/ч. Осадка модели Т = 40 мм.
Решение. Шаг гребного винта по той же формуле равен:

Отношение диаметра винта к его осадке может быть выбрано от 1,2 до 1,4. Возьмем среднее значение этого отношения. Тогда диаметр винта данной модели будет равен: d= 1,3-40 = 52 мм и шаговое отношение p=h/d=64/52=1.23 получается в рекомендован­ных ранее пределах.
Пример. Определить диаметр и шаг греб­ного винта для модели морского пассажир­ского судна, изготовленной в масштабе 1:100, скорость 1 м/с, осадка Г = 80 мм.
Электродвигатель типа МУ-30 работает на два винта через редуктор с уменьшением оборотов 1:2, т. е. гребные винты будут ра­ботать при п = 4000 об/мин (66 об/с). Шаг винта определим, как прежде, для скорости v = l м/с = 3,6 км/ч, округленно равным 19 мм.
Диаметр винта определяем равным: е? = = 0,5-80 = 40 мм. Величина шагового отношения не выходит за реко­мендованные раньше пределы.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ
Простейший способ изготовления гребно­го винта для модели с резиномотором заклю­чается в следующем: на листе жести или ла­туни толщиной 0,5—0,6 мм циркулем-изме­рителем вычерчиваем окружность нужного диаметра. Затем, не меняя раствор циркуля, делим ее на три равные части (если винт трехлопастный), а точки деления соединяем с центром окружности прямыми линиями.
Вырезав заготовку лопастей по окружно­сти ножницами, по размеченным линиям (радиусам) делаем прорезы, не доводя их до центра окружности на 3— 4 мм. Края лопас­тей закругляем небольшими радиусами (рис. 145, А).
Далее из куска стальной проволоки, гвоз­дя или велосипедной спицы диаметром 1,5 — 2,0 мм изготавливаем гребной вал, один ко­нец которого (длиной 3—4 мм) загибаем под прямым углом. В центре заготовки пробива­ем отверстие, вставляем туда гребной вал и его отогнутый конец припаиваем к заготов­ке. Место пайки и концы лопастей винта не­обходимо зачистить напильником и наждач­ной бумагой.
Чтобы винт отбрасывал в корму воду и тем самым создавал упор для продвижения модели, лопасти его развертываем на 30—35° в одну сторону от плоскости винта. Для боль­шей эффективности работы винта лопасти нужно немного изогнуть, придав поперечным сечениям очертание дуги. Выпуклость дуг должна быть направлена в сторону носа мо­дели, а вогнутость в корму.
Теперь, продев свободный конец гребного вала в кронштейн с помощью круглогубцев, делаем крючок в виде знака вопроса. На этот крючок будет надета петля резиномотора (рис. 145, Б).

Такие гребные винты изготовить очень просто, но качество их невелико. Поэтому их рекомендуют для небольших моделей с рези­новым двигателем, какие обычно строят на­чинающие моделисты.
Наиболее распространенный способ изго­товления гребных винтов заключается в сле­дующем: из латуни или стали толщиной 0,5—2,0 мм (в зависимости от размера и не­обходимой прочности винта) вырезают лопа­сти, вставляют их в специально пропиленные прорези на ступице (рис. 146) и пропаивают оловом, серебряным или медным припоями.
Прежде чем вырезать лопасть винта, из тонкой жести или латуни изготавливают шаблон контура лопасти с обозначенной на нем осевой линией. С помощью чертилки кон­тур лопасти переносят на листовую сталь или латунь. Затем, с небольшим припуском к раз­меченному контуру, ножницами по металлу вырезают заготовку лопасти и выравнивают ее деревянным молотком (киянкой) на ров­ной плоскости. А чтобы все лопасти были одинакового размера, их складывают вместе в пакет и обрабатывают напильником в тис­ках. На лопастях чертилкой необходимо провести осевые линии. Затем на токарном станке вытачивают ступицу необходимого диаметра и длины с внутренним отверстием под предполагаемую резьбу.

Прежде чем пропилить в ступице пазы для установки в них лопастей, ступицу не­обходимо разметить на равные доли (углы). Делают это так: ступицу примерно на 7з дли­ны слегка зажимают в тиски (если ее надо разделить на две части) или в патрон дрели (если ее надо разделить на три части), после чего по ней ударяют деревянным молотком до тех пор, пока свободный конец ее не срав­няется с губками тисков или дрели. Когда ступица будет освобождена, то на ней (от тре­ния по губкам тисков или дрели) будут профрезерованы две или три бороздки, разде­ляющие ее на равные части. Потом, зажимая ступицу в тиски (каждый раз профрезерованной бороздкой кверху), на ней по первому шаговому угольнику ножовкой по металлу запиливают пазы для крепления в них лопа­стей винта (рис. 147). Для пропилки пазов в ступице можно изготовить несложное при­способление (рис. 148). Ножовочное полотно для пропилки пазов надо подобрать такой толщины или заточить его на наждаке так, чтобы лопасти в пропиленные пазы входили плотно с помощью молотка. Перед пайкой винта необходимо проверить правильность уг­лов установки лопастей на ступице по отно­шению друг к другу. Для этого на листе бу­маги вычерчивается две окружности с одно­го центра. Одну по диаметру винта, а другую по диаметру ступицы, которые затем делят на несколько частей, в зависимости от коли­чества лопастей гребного винта (рис. 149).
Если теперь на этот рисунок наложить гребной винт, то по осевым линиям, начер­ченным на лопастях и намеченным радиу­сом на окружности, будет видно, под одина­ковыми ли углами одна по отношению к дру­гой установлены лопасти. Если разница уг­лов установки лопастей гребного винта будет незначительной, то ее можно исправить пу­тем небольшого передвижения лопастей в па­зах или подрезкой пазов. Если эта разница будет значительной, то ступицу необходимо заменить. Пазы ступицы запиливают под нужным углом по металлическому шаблону первого шагового угольника, построенного либо по величине шагового угла, либо графи­ческим способом.
После пропайки гребного винта лопасти необходимо закрутить до нужных шаговых углов на соответствующих радиусах. На сколько же градусов надо производить за­крутку лопастей гребного винта?
Для каждого радиуса углы в можно най­ти по формуле, приведенной в начале этой главы.
Пример. Гребной винт к скоростной уп­равляемой модели с электродвигателем МУ-100 имеет постоянный шаг Л = 64 мм, диаметр винта d = 52 мм (радиус г = 26 мм), диаметр ступицы d с = 10 мм. Требуется опре­делить: под каким шаговым углом надо про­извести закрутку лопасти на радиусе, равном 0,7 г?
Решение. Величина радиуса на 0,7 г будет равна 26-0,7 = 18 мм. Тогда тангенс шагового угла 6 на радиусе 0,7 г будет равным:

Величина угла в градусах для данного тангенса по таблице школьного справочника равна 27°. Таким образом, на радиусе, рав­ном 0,7 г, лопасть нужно закрутить на угол 27° по отношению к поперечному сечению ступицы. Для гребного винта хорошего каче­ства углы закрутки лопастей необходимо проверить по крайней мере на 3 радиусах, например на 0,4 г; 0,6 г и 0,8 г. По этой же формуле можно определить, под каким шаго­вым углом необходимо запилить пазы в сту­пице для лопастей. Величина радиуса ступицы гст=5 мм, что соответствует углу = 64°. С таким углом и делают первый шаговый угольник.
Величину шаговых углов при закрутке лопастей можно контролировать и с помо­щью шаговых угольников на специальном приспособлении (рис. 150). Гребной винт на­винчивают на болт в центре приспособления. В пазы приспособления под лопасти винта поочередно вставляются шаговые угольники и плоскогубцами подгибают лопасти так, что­бы они нагнетающей стороной плотно приле­гали к каждому шаговому угольнику.
Шаговые угольники графически можно построить так. На листке бумаги вычерчива­ют лопасть винта и две взаимно перпендику­лярные линии (рис. 151). На горизонтальной оси от точки О до точки F в любую сторону откладывают так называемое фокусное расстояние, равное а по вертикальной оси вверх от точки О откладывают величину радиуса ступицы и несколько радиусов. Например, такими радиусами выбрали 0,4; 0,6 и 0,82 от величины г. Соединив отмечен­ные на вертикальной оси точки с точкой фо­кусного расстояния F на горизонтальной оси, мы получаем шаговые угольники, с необходи­мыми шаговыми углами в для каждого из этих радиусов. По первому в запиливают на ступице пазы для лопастей винта, по осталь­ным закручивают лопасти гребного винта.
Надо помнить, что при закрутке лопастей у гребных винтов, паянных оловом, лопасти почти всегда выламываются из пазов ступи­цы. Чтобы этого не случилось, их нужно за­кручивать в тисках заранее, до их установки, причем на величину, несколько большую, чем необходимо. Уменьшить углы закручивания на собранном винте значительно легче. Для этого лопасть винта достаточно осторожно промять губками плоскогубцев, отчего она начнет раскручиваться в обратную сторону, увеличивая шаговые углы.

После того как лопасти гребного винта будут закручены на соответствующие шаго­вые углы, винт окончательно обрабатывают с помощью различных напильников. У греб­ных винтов постоянного и радиально-переменного шага нагнетающая сторона лопасти по всей длине должна быть плоской, засасы­вающая — выпуклой. Толщина лопасти по своей длине должна равномерно уменьшать­ся от корня лопасти к ее концу.
После обработки гребного винта напиль­никами его необходимо отбалансировать на простом приспособлении из ножей безопасной бритвы, закрепленных . на бруске дерева (рис. 152).
Если           либо сторона винта окажется тяжелее и перевешивает, то с нее удаляют часть металла, не нарушая контура лопасти и симметрии винта. После балансировки гребной винт шлифуют мелкозернистыми наждачными бумагами и полируют пастой, что значительно повышает его к.п.д.
Третий способ изготовления гребных вин­тов заключается в отливке их из металла (дюралюминия, цинка) или из какой-либо твердой пластмассы, например эпоксидной смолы или расплавленного капрона. Прежде чем отлить гребной винт, необходимо из твер­дой породы дереза (бук, ясень, граб) изгото­вить модель и литейную форму. Литейная форма представляет собой два ящичка оди­накового размера, необходимой длины и ши­рины, изготовленные из 4—6-мм фанеры или тонких дощечек (рис. 153). Верхний ящичек не имеет дна. Для точного положения ящич­ков относительно друг друга они фиксиру­ются шпильками. Сначала в нижний ящичек заливается разведенный водой гипс и в него до половины погружают модель гребного винта, предварительно смазанную жиром или маслом. После затвердения гипса модель винта вынимают и проверяют правильность полученной формы. Лишний гипс удаляют, и модель винта снова укладывают на свое место. Смазав маслом или жиром верхнюю плоскость формы, на нее устанавливают вто­рую половину ящика (без дна) и тоже зали­вают жидким гипсом. Сразу же после залив­ки, пока гипс еще не затвердел, в него встав­ляют две деревянные круглые палочки диа­метром 6 и 10 мм, также смазанные жиром. С помощью этих палочек получаются два от­верстия, одно А по центру винта для заливки металла, другое Б над концами лопастей для выхода воздуха при заливке металла. После затвердения раствора оба ящика осторожно разнимают, модель винта и деревянные па­лочки вынимают, а залитому гипсу дают хо­рошо просохнуть. Заливать металл в сырую форму ни в коем случае нельзя.
После полного высыхания гипса обе по­ловины формы соединяют вместе и заливают расплавленным металлом (температура плав­ления цинка 419°, дюралюминия 630—680°). Заливать металл необходимо тонкой струй­кой в один прием. Разнимать форму и выни­мать отливку можно только после полного остывания залитого металла.

Вынутый из формы отлитый винт обраба­тывается напильниками. В ступице просвер­ливается отверстие и нарезается соответст­вующая резьба. После балансировки гребной винт шлифуют мелкой шкуркой и полируют пастой ГОИ.

Такой способ изготовления гребных вин­тов пригоден к любым моделям, кроме ско­ростных. Дело в том, что гребные винты, из­готовленные таким способом для создания необходимой прочности, получаются (поми­мо нашего желания) толсто-лопастными, что значительно снижает их к.п.д. Для повыше­ния коэффициента полезного действия греб­ные винты к скоростным кордовым моделям делают из целого куска стали с последующей их термической обработкой (закалкой).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШАГА ГРЕБНОГО ВИНТА
Для определения или проверки шага гребного винта можно воспользоваться спо­собом, который заключается в нахождении координат на нагнетающей поверхности ло­пасти данного радиуса. Рекомендуется сле­дующая последовательность приемов этого способа.
На лопасти гребного винта и на листе бу­маги циркулем проводят дуги необходимого радиуса, например радиусом, равным 0,7 от полного. Гребной винт устанавливают гори­зонтально на ровную поверхность нагнетаю­щей стороной вниз и угольником или метал­лической линейкой измеряют расстояние h1 и h2 от нижней поверхности основания до вхо­дящей и выходящей кромок в местах пере­сечения их с дугой радиуса (рис. 154).
Измерив ширину лопасти винта на задан­ном радиусе, откладывают ее на дуге радиуса, начерченной на бумаге. Соединив отло­женные на дуге точки с осью винта О, нахо­дят центральный угол Я. Измерив величину этого угла транспортиром, вычисляют вели­чину геометрического шага винта по фор­муле :


По этому способу шаг гребного винта можно измерить с помощью простейшего са­модельного шагомера (рис. 155). На шпинде­ле 1 укреплена горизонтальная линейка 2 с делениями, которая может свободно вра­щаться вокруг шпинделя. Вдоль линейки пе­ремещается каретка 3, ее можно застопорить винтом (он с обратной стороны каретки) на любом радиусе лопасти винта. В направляю­щих пазах каретки параллельно оси шпинде­ля свободно перемещается вертикальная ли­нейка 4 с делениями и острием на конце. Угол поворота горизонтальной линейки можно замерить по лимбу 5, неподвижно укрепленному на шпинделе. На нижней час­ти шпинделя 6 имеется соответствующая резьба, на которую навинчивают винт для его обмера.
Для замера подъема винтовой линии ло­пасти гребного винта на каком-либо радиусе каретку необходимо установить на соответ­ствующий радиус и закрепить ее стопорным болтом. После этого острие вертикальной ли­нейки устанавливают на самый край выходящей кромки лопасти и снимают отсчет по лимбу и делениям вертикальной линейки. Далее поворотом горизонтальной линейки острие вертикальной линейки переносят на край входящей кромки лопасти и опять сни­мают отсчет по лимбу вертикальной линей­ки. Очевидно, что разность отсчетов по лим­бу даст угол, а разность отсчетов по верти­кальной линейке — подъем винтовой ли­нии h, тогда шаг винтовой линии на данном радиусе легко определить, как это показано выше. Необходимо напомнить о том, что раз­ница в величине шага между отдельными ло­пастями не должна превышать 1% величины шага.

ПОДБОР ГРЕБНОГО ВИНТА К МОДЕЛИ
Поскольку при простейших расчетах греб­ного винта не учитывается сопротивление воды движению модели, попутный поток (слой воды, увлекаемый корпусом модели), скольжение гребного винта, к.п.д. валопровода, редуктора и т. д., то следует ожидать, что рассчитанный и изготовленный гребной винт потребует еще опытной доводки.
Дело в том, что изготовленный гребной винт может оказаться «тяжелым» или «лег­ким». «Тяжелым» называют винт, при кото­ром двигатель не развивает полного числа оборотов и «не добирает» мощность. «Лег­ким» называют такой винт, при котором дви­гатель развивает число оборотов больше нор­мального, но мощность его полностью не ис­пользуется. Таким образом, всякое несоот­ветствие гребного винта двигателю приво­дит к недоиспользованию мощности, а следо­вательно, и к снижению скорости модели. Чтобы мощность двигателя использовать полностью (что особенно важно для скорост­ных моделей), винт надо подобрать так, что­бы двигатель работал на оборотах, близких к режиму максимальной мощности.
Переделывают «тяжелый» винт чаще все­го путем уменьшения его диаметра, а если это не помогает, то уменьшают его шаг. Если гребной винт оказался «легким», то путем обратной раскрутки лопастей увеличивают его шаг. Но беспредельно увеличивать шаг тоже нельзя. Остается один выход — изгото­вить новый гребной винт с большим диамет­ром, а может быть, и с большим шагом. По­этому желательно сразу изготовить несколь­ко гребных винтов с некоторыми отклонения­ми от расчетных данных. Например, один винт сделать с большим диаметром, но с меньшим шагом, а второй, Наоборот, с мень­шим диаметром, но с большим шагом.
Необходимо помнить, что гребные винты скоростных кордовых моделей являются по­лупогруженными. Величина их погружения может быть в пределах от 0,6 до 0,8 от диа­метра винта, а это значит, что надо не спе­шить с облегчением или утяжелением само­го гребного винта. Необходимо попробовать изменением величины погружения винта (с помощью подъема или опускания крон­штейна) вывести двигатель по числу оборо­тов на режим максимальной мощности, так как с увеличением величины погружения винта он будет как бы «утяжеляться», а с уменьшением погружения «облегчаться». Преимущество полупогруженных винтов и заключается в том, что, изменяя величину погружения, можно вывести двигатель на ре­жим максимальной мощности.
Таким образом, подобрать гребной винт к какой-либо модели означает, что надо най­ти такие его основные элементы (h и d), при которых гребной винт будет создавать необ­ходимую скорость модели и будет расходо­вать при этой скорости полную мощность, которую двигатель способен развивать при определенном числе оборотов.
Направление вращения гребного винта на одновинтовой модели судна вообще не имеет значения для работы винта, однако лучше делать винт левого вращения. В таком слу­чае он работает на закручивание по резьбе в ступице и почти никогда не откручивается с гребного вала. При установке на модели двух или четырех гребных винтов чаще вин­ты правого вращения устанавливают на пра­вом борту, а левого — на левом.

РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО
Корабельный руль представляет собой погруженную в воду пластину. Однако его нельзя рассматривать как отдельную деталь судна. Он является важнейшим элементом единого двигательного комплекса (корпус — винт — руль). От правильного сочетания этих элементов, особенно на скоростных моделях, зависит величина к.п.д. гребного винта и скорость модели.
Форма руля мало влияет на величину по­ворот, гой силы. Поэтому обычно они делают­ся прямоугольного или почти прямоугольно­го очертания. Однако форма руля часто за­висит от формы кормы судна. Рули, подве­шенные за транцем модели, менее эффектив­ны, чем рули, расположенные под корпусом модели.
Форма сечения руля влияет на эффектив­ность его работы. Так, обтекаемые рули авиа­ционного профиля (рис. 156), особенно на скоростных управляемых моделях, более эф­фективны, чем пластинчатые, и благоприят­но влияют на к.п.д. гребного винта. Толщину такого руля рекомендуется выбирать от 0,1 до 0,15 от его высоты. Эффективность руля главным образом зависит от его относительного удлинения -г-,   где I — высота   руля,
a b — ширина. Рули с большим удлинением обеспечивают большую эффективность. При невозможности увеличить удлинение величи­ну последнего можно компенсировать уста­новкой горизонтальных ребер (рис. 157). Установка таких ребер равносильна некото­рому увеличению удлинения руля, а кроме того, эти ребра препятствуют закручиванию потока воды за гребным винтом, что, в свою очередь, также повышает к.п.д. винта. За­бортную ширину ребер целесообразно делать равной примерно трем толщинам руля.
Различают простые, балансирные и полубалансирные рули (рис. 158). У балансирного руля обтекаемой формы 20—25% его пло­щади находится впереди оси вращения (баллера). Эти рули наиболее эффективны и тре­буют меньше усилий на их перекладку, чем остальные. Полубалансирные рули применя­ют в основном на военных кораблях.
Согласно правилам соревнований площадь руля моделей кораблей может быть увеличе­на в два, а диаметр гребного винта в 1,5 раза в сравнении с масштабом прототипа.

Скругление углов у рулей с гидродинами­ческой точки зрения нежелательно, так как приводит к потере поворотной силы. Верхняя часть кромки руля должна как можно бли­же подходить к корпусу судна, по возможно­сти повторяя его обводы. Нижняя кромка должна быть несколько выше килевой линии. Зазор между винтом и рулем должен быть не менее 15% диаметра винта. Близкое их расположение плохо влияет на управляе­мость модели вследствие того, что рулю приходится работать в относительно возму­щенной среде.
Для более точной регулировки переклад­ки руля применяются различные приспособ­ления (рис. 159, А, Б, В), которые позволяют перекладывать руль на малые углы с после­дующей хорошей фиксацией положения.

VIII. Без автоматики не обойтись

Юные корабелы, тратят много вре­мени и труда на то, чтобы заставить са­моходную модель пройти дистанцию по заданному направлению. Случается, что даже тщательно отделанная и отрегули­рованная модель не всегда идет по пря­мой. Помогают ей точно ходить по кур­су различные стабилизаторы и автома­тические устройства, которые можно из­готовить самим.
В настоящей главе рассматриваются устройство, принцип действия отдель­ных гироскопических, магнитных ста­билизаторов курса и других автомати­ческих механизмов.

ГИРОСКОП И ЕГО СВОЙСТВА
Кто не восхищался «чудесами» жонгле­ров цирка, всевозможными вращающимися на тонких стержнях тарелками, не удивлял­ся тому, что шляпа, умело брошенная в зри­тельный зал, описав дугу, возвращалась в ис­ходную точку?
Такие загадочные явления объясняются тем, что   вращающиеся   предметы   упорно стремятся сохранить заданное положение оси. Возьмем волчок и попробуем его свалить прикосновением пальца. Он не упадет, а толь­ко отскочит в сторону и снова займет устой­чивое вертикальное положение. А установ­ленный на плоскую подставку и подброшен­ный вверх, он возвращается на место и опять занимает вертикальное положение. Даже ес­ли подставку наклонять в стороны, то и здесь он сохранит свои свойства.
На этой основе и построен гироскоп, без которого немыслимо не только судовожде­ние, но и полет самолета. А на ракетах и ис­кусственных спутниках Земли работают це­лые гироскопические системы. Без них невоз­можно было бы осуществлять космические полеты.
Чтобы уяснить принцип стабилизации моделей с помощью гироскопа, необходимо познакомиться с его некоторыми свойствами и устройством.
Гироскопом называют быстро вращаю­щийся металлический диск с тяжелым обо­дом, ось которого может занимать в прост­ранстве любое положение (рис. 160). Диск с ободом называется ротором гироскопа 1.
Ось вращения ротора Х\Х2 является глав­ной осью гироскопа. Она укреплена в под­шипниках внутреннего, так называемого го­ризонтального кольца 2.
Внутреннее кольцо 2 соединено цапфами с подшипниками наружного (вертикального) кольца 3 так, что вместе с ротором 1 оно мо- жет поворачиваться вокруг горизонтальной оси Y\Y2.
Наружное (вертикальное) кольцо 3 в свою очередь укреплено цапфами в подшипниках неподвижной рамы 4 и вместе с внутренним кольцом и ротором может поворачиваться вокруг вертикальной оси Z]Z2. Такое устрой­ство прибора, где маховик способен вращать­ся вокруг трех осей симметрии, называют ги­роскопом с тремя степенями свободы. Он позволяет установить главную ось ротора в любом желаемом положении, а рама 4 с под­ставкой может оставаться неподвижной.
Если все три оси вращения гироскопа пе­ресекаются в одной точке и если в этой же точке лежит центр тяжести всей системы, то гироскоп называют отбалансированным, или свободным. Главная ось свободного гироско­па может сохранять равновесие в любом по­ложении до тех пор, пока какая-либо посто­ронняя сила не выведет его из этого состоя­ния.
Если у свободного гироскопа закрепить вертикальное кольцо 3, то такой гироскоп бу­дет называться прецессионным, или с двумя степенями свободы.
Первое свойство свободного гироскопа. Пока ротор гироскопа находится в неподвиж­ном состоянии, гироскоп никакими особыми свойствами устойчивости не обладает, но ес­ли ротор раскрутить, то его ось приобретает устойчивость в пространстве. Это значит, что в каком бы мы направлении ни поворачивали подставку вместе с рамой, главная ось будет сохранять неизменным то направление, кото­рое ей задано в начальный момент.
Способность свободного гироскопа сохра­нять заданное положение главной оси тем большая, чем тяжелее ротор, чем дальше от оси вращения расположена масса ротора и чем больше число его оборотов. Поэтому мас­су ротора гироскопа стремятся сосредоточить на ободе, а число его оборотов доводят до 20 ООО в минуту.
Вторым свойством гироскопа является так называемое прецессионное движение его оси, т. е. поворот главной оси перпендикуляр­но направлению действующей силы. Пусть, например, к горизонтальной оси У] У2 вра­щающегося гироскопа приложен момент внешней силы, стремящейся повернуть ось гироскопа вокруг этой оси. Гироскоп окажет сопротивление этому повороту и повернется вокруг вертикальной оси ZXZ2. Наоборот, ес­ли приложить момент внешней силы, стре­мящейся повернуть гироскоп вокруг верти­кальной оси ZXZ2, то из-за второго свойства гироскоп вместо поворота вокруг оси ZtZ2 бу­дет стремиться повернуться вокруг горизон­тальной оси YXY2. Это стремление поворота оси гироскопа называют его прецессией. Пре­цессия будет тем больше, чем больше мы бу­дем прикладывать силу.
Эти свойства гироскопа можно использо­вать для удержания на курсе моделей судов. Воздействие гироскопа на руль модели мо­жет быть непосредственным, прямым или передаваемым через контакты электрической цепи на исполнительный механизм (электро­мотор, соленоид и т. п.), поворачивающий руль модели в нужную сторону.

БАЛАНСИРОВКА ГИРОСКОПА
Главная ось свободного гироскопа долж­на сохранять любое заданное ей положение в пространстве. Чтобы исключить действие на гироскоп сил тяжести, нужно центр тяжести всей системы (ротора и колец) совместить с точкой пересечения ее осей. Совмещение центра тяжести с точкой пересечения трех осей свободного или двух осей прецессионно­го гироскопа достигается путем его баланси­ровки.
Отбалансированный гироскоп ведет себя подобно шару на горизонтальной плоскости, если масса его равномерно распределена во­круг центра. Такой шар на горизонтальной плоскости сохраняет любое заданное ему по­ложение.
Если центр тяжести шара не совпадает с его геометрическим центром, то под дейст­вием сил тяжести шар всегда будет повора­чиваться до положения устойчивого равно­весия. Неотбалансированный шар, как дет­ская игрушка «Ванька-встанька», будет стре­миться занять единственное положение с наи­меньшей высотой центра тяжести.
При неподвижном роторе главная ось не-отбалансированного гироскопа также стре­мится занимать только одно определенное по­ложение. Неотбалансированный гироскоп с вращающимся ротором будет беспрерывно совершать прецессионное движение. Иначе говоря, главная ось неотбалансированного ги­роскопа под действием силы тяжести будет терять устойчивость в пространстве. Поэтому гироскопы при установке их на любые при­боры тщательно балансируются. Приспосабливая гироскоп от какого-либо прибора для установки на модель корабля, обычно снимают с него ненужные, «лишние» части и детали. Этим нарушается когда-то хорошо сделанная балансировка. В таких случаях его надо обязательно отбалансиро­вать заново.
Если построить модель с учетом требова­ний устойчивости ее на курсе, то с хорошо отбалансированным гироскопом все описан­ные ниже варианты гирорулевых устройств полностью гарантируют движение модели по заданному курсу.

СТАБИЛИЗАЦИЯ КУРСА ВОЗДЕЙСТВИЕМ ГИРОСКОПА НА РУЛЬ
Если для стабилизации курса использует­ся свободный гироскоп (рис. 161), то его на­ружное вертикальное кольцо 1 связывается с помощью рычагов 2 к 3 с баллером руля 4.
На модели ось свободного гироскопа рас­полагается горизонтально в любом направле­нии в зависимости от удобства установки ги­роскопа. Обычно главная его ось устанавли­вается или в направлении диаметральной плоскости модели, или перпендикулярно ей. На рис. 161, 162, А ось гироскопа установле­на в направлении диаметральной плоскости. При отклонении модели судна, например, вле­во (рис. 162, Б), ось ротора 5, а с ней и верти­кальное кольцо 1   с   рычагом 2 сохраняют свое положение неизменным, а по отношению к диаметральной плоскости модели ось рото­ра и вертикальное кольцо окажутся поверну­тыми вокруг вертикальной оси. Посредством рычагов 2 и 3 перо руля повернется вправо, что вернет модель на заданный курс (рис. 162, В). В случае отклонения модели вправо автомат сработает аналогично и, положив руль на левый борт, вернет модель на курс.
При использовании второго свойства гиро­скопа   устанавливают прецессионный гиро-скоп с двумя степенями свободы (рис. 163). У такого гироскопа вертикальное кольцо на­ходится в неподвижной раме 1, закреплен­ной в корпусе модели. Горизонтальное коль­цо 2, в котором вращается ротор 3, шарнирно связывается тягами 4 и 5 с баллером руля 6 и демпфером 7.

Если имеется в наличии свободный гиро­скоп (с двумя степенями свободы), то его можно переделать в прецессионный. Для это­го вертикальное кольцо нужно освободить от наружной рамки и закрепить его в корпусе модели так, чтобы главная ось гироскопа бы­ла направлена горизонтально вдоль модели.
Рассмотрим, как осуществляется стаби­лизация курса с помощью прецессионного гироскопа. При отклонении модели вправо или влево от курса на рамку гироскопа, жест­ко связанную с корпусом модели, будет дей­ствовать момент внешних сил. Вследствие прецессии главной оси гироскопа горизон­тальное кольцо повернется и через тягу 4 от­клонит руль модели в нужную сторону. Мо­дель вернется на заданный курс.
Предположим, что модель уходит с курса влево. Тогда в результате разворота модели вокруг вертикальной оси к раме гироскопа будут приложены силы F\ и F2 (рис. 163). Под действием этих сил согласно закону прецес­сии главная ось гироскопа повернется вокруг оси У\ У2- Кормовой конец оси гироскопа опу­стится, а носовой поднимется. Руль через тягу 4 будет перекладываться влево до тех пор, пока модель не прекратит разворота вправо. Как только модель судна под дейст­вием положенного влево руля начнет поворачиваться влево, направление прецессион­ного движения под действием сил F\ и F2 изменится на обратное. Ранее опустившийся кормовой конец оси гироскопа теперь начнет подниматься, и руль будет отводиться в нуле­вое положение. К моменту возвращения моде­ли судна на курс руль окажется в прямом нейтральном положении.
Прецессионный гироскоп необходимо демпфировать, т. е. немного уменьшить чув­ствительность поворота гироскопа вокруг горизонтальной оси, так как при резких крат­ковременных действиях внешних сил чрез­мерно чувствительный гироскоп совершает ненужные, вредные для стабилизации курса прецессионные движения, которые передают­ся на руль. Демпфирование можно осущест­вить поршеньком 7, связанным тягой 5 с го­ризонтальным кольцом и передвигающимся в неподвижном цилиндрике.
При непосредственном воздействии гиро­скопа на руль он обязательно должен быть балансирным или полубалансирным, так как для рулей другого типа силовое воздействие гироскопа может оказаться недостаточным. С целью увеличения инерции гироскопа, а следовательно, и силы, воздействующей на руль, ротору надо сообщить как можно большее число оборотов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ РУЛЕМ С ПОМОЩЬЮ ГИРОСКОПА
При электрическом управлении рулем как свободный, так и прецессионный гироскопы действуют по-прежнему. Однако их отклоне­ния воздействуют не на руль, а на следящие контакты (рис. 164), которые можно сделать в виде колесика 1 с двумя контактными пла­стинками 2. Ось колесика 3 укрепляется на вертикальном кольце 4 свободного или на горизонтальном кольце 5 прецессионного ги­роскопа. Две неподвижные пластины, разде­ленные жестким изолятором 6, установлены на неподвижных частях гироскопа.
При отклонении модели от курса кон­тактное колесико, связанное с гироскопом, накатывается на правую или левую контакт­ную пластину и замыкает электрическую цепь правого или левого вращения электро­мотора. Вращаясь в ту или иную сторону, электромотор будет перекладывать перо руля и тем самым удерживать модель на задан­ном курсе.
Рулевая машинка состоит из электромото­ра, соединенного с баллером руля через чер­вячную или зубчатую передачу (рис. 165). В качестве червячной передачи можно ис­пользовать механизм от телефонного номе­ронабирателя. Для зубчатой передачи подой­дут шестеренки от часов (ходиков или будильника).
Прямого фиксированного положения ру­ля, как у настоящих сложных автоматов кур­са, в описанных нами устройствах нет. Но на модели система автоматического рулевого работает вполне удовлетворительно, т. е., ког­да руль перекладывается с борта на борт, не останавливаясь в среднем положении, мо­дель идет прямо по курсу с небольшим рыс­канием. Величину максимального угла пере­кладки руля необходимо подбирать опытным путем. Этот угол зависит от поворотливости модели и обычно не превышает 10—20° от нейтрального положения руля. Подобрав подходящий угол, ставят ограничители пово­рота руля в виде стоек 7 с концевыми кон­тактами 8. Контакты размыкаются в край­нем положении руля при помощи хвостови­ка 5, который посажен на баллер руля. Этим ограничивается перекладка руля, так как концевые контакты разрывают цепь питания рулевого электромотора.
Электрическая схема управления рулем проста (рис. 166). Она состоит из электромо­тора 1, батареи питания 2, следящих контак­тов 3 с колесиком 4 и концевых контактов 5 и 6.
Питание исполнительного электромотора осуществляется от батареи. В зависимости от того, какой из двух следящих контактов 3 будет замкнут контактным колесиком 4, в цепи якоря мотора пойдет ток одного или обратного направления.
Для этой цели удобнее использовать элек­тромоторчик с постоянным магнитом.
В качестве исполнительного механизма вместо электромоторчика можно использо­вать два соленоида (рис. 167) или два спа­ренных силовых реле (рис. 168).


МАГНИТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР КУРСА
Юные корабелы при постройке моделей часто применяют и другой вид автомата, удерживающего модель в заданном направ­лении, — магнитный стабилизатор курса.
Автомат курса с магнитной системой (рис. 169) состоит из магнитного компаса 1, пневматического реле 2, компрессора 3, бал­лончика для сжатого воздуха 4, исполнитель­ного механизма электромотора 5, электриче­ской батареи 6 и концевых контактов 7 и 8.
Магнитный компас (рис. 170) с целью уве­личения магнитного момента делается из двух магнитов 3, свободно вращающихся на одной оси 6. Нижний конец оси магнитов опирается на подпятник в основании компа­са 4. Верхний конец оси поддерживается под­шипником, запрессованным в крышку 1. Обе опоры оси делаются из часовых камней.
На верхнем конце оси магнитов, перпен­дикулярно ей, насажена эксцентрически круглая заслонка 2, которая может переме­щаться в зазоре между двумя парами сопел. Нижние дутьевые сопла 7 и верхние прием­ные сопла 8 жест <о скреплены с основанием и крышкой компаса. Делаются сопла из тру­бочек с диаметром отверстий 1 — 2 мм. Каж­дое приемное соп то расположено против со­ответствующих дутьевых.
Принцип работы магнитного стабилиза­тора курса заключается в следующем.
Компрессор беспрерывно подает воздух в пустотелую колонку 5 компаса, из которой воздух попадает сразу в оба нижние дутье­вые сопла.
Если модель судна идет строго по задан­ному курсу, то эксцентрическая заслонка перекрывает обе пары сопел, и в верхние при­емные сопла воздух не попадает. Поэтому мембрана пневматического реле и средний контакт, связанный с ней, находятся в сред­нем нейтральном положении.
Если модель отклонится от курса, то одна из пар сопел окажется открытой, а другая пара останется по-прежнему перекрытой экс­центрической заслонкой. Через открытое дутьевое сопло воздух будет попадать в про тивоположное ему приемное сопло. Из неге по соединительной резиновой трубке воздух поступает в одну из полостей пневматическо­го реле. Мембрана пневматического реле (рис. 169) переместится и ее средний кон- такт 9, жестко связанный с штоком мембра­ны, замкнется с одним из двух неподвижных контактов 10. Через одну из пар контактов 7 или 8 электромотор получит питание и по­вернет руль в нужную сторону.
Так как нулевого фиксированного поло­жения руля не имеется, то, возвращаясь на курс, модель пересечет его. При этом экс­центрическая заслонка повернется вместе с магнитом и перекроет ранее открытую пару сопел, а перекрытые сопла откроются, и воз­дух пойдет в другую часть пневматического реле. Мембрана реле сработает в противопо­ложную сторону и ее средний контакт за­мкнется со вторым неподвижным контактом 10. Ток в якоре исполнительного электромо­тора изменит направление, и мотор перело­жит руль на другой борт. Модель снова нач­нет возвращаться на прежний курс. Можно использовать и магнитный компас от старых гиромагнитных компасов или автопилотов.
В нижней части колонки компаса следу­ет припаять шестеренку (рис. 169). Через эту шестеренку посредством ряда других шесте­ренок и трибок осуществляется поворот ком­паса для установки его на заданный курс. Ось последней трибки делается удлиненной с штурвалом 11.
Пневматическое реле нетрудно изготовить самому. В качестве мембраны применить плоскую эластичную резину. Можно также использовать и готовое пневматическое реле от гиромагнитного компаса.
Компрессор 3 делается поршневым или центробежным. Можно обойтись и без ком­прессора, если запасти на модели сжатый воздух, например, накачанный в шаропилот.
Поршневой компрессор надо обязательно делать двухцилиндровым,  чтобы  избежать большой пульсации воздуха. Пульсации вы­зывают дрожание среднего контакта и нару­шают нормальную работу автомата.
Для устранения пульсации даже при двух­цилиндровом компрессоре воздух в компас желательно подавать через небольшой жестя­ной баллончик (ресивер) 4.
При изготовлении компрессора в каче­стве поршней с цилиндрами можно исполь­зовать демпферы от указателей поворотов самолета или автопилота. На выходе каждо­го цилиндра нужно сделать невозвратный клапан из шарика, поджатого легкой пру­жинкой (рис. 171). На донышке поршня не­возвратный клапан можно сделать из кусоч­ка кинопленки.
Магнитный компас следует устанавливать возможно дальше от железных предметов, искрящих контактов и токонесущих прово­дов. В противном случае компас вообще не будет работать, так как его стрелки могут оказаться притянутыми к ближайшему же­лезу или будут отклоняться магнитными по­лями, образующимися вокруг электрических проводов.
Лучшим местом установки магнитного компаса является носовая часть или над­стройка модели. Для уменьшения влияния на компас посторонних магнитных полей ре­комендуется провода с прямыми и обратны­ми токами свивать между собой. Контактные искрообразующие устройства желательно за­ключать в магнитные экраны, которые дела­ются в виде чехлов из листового железа.