ШВИДКОХІДНИЙ АКВАПЕД, МОДЕЛІСТ-КОНСТРУКТОР
Судна, що використовують для руху м'язову силу людини, ніколи не належали до розряду швидкісних. Виняток становлять хіба що гоночні човни для академічного веслування, що є найбільш швидкохідними із суден-мускулоходів. Завдяки їхній вдалій конфігурації та найбільш повному використанню м'язової енергії спортсменів, човни-вісімки здатні на двокілометровій дистанції розвивати швидкість до 12 вузлів. Але це не означає, що така швидкість є межею можливостей руху людини по водній поверхні. Якщо відійти від канонічних конструкцій гребних суден, призначених для офіційних змагань, то з'являється можливість створення апаратів-м'язів, що розвивають швидкість до 20 вузлів!
При проектуванні швидкісних безмоторних суден конструктору доводиться вирішувати дві основні завдання: створення ефективного рушія та виготовлення корпусу з мінімальним опором руху.
Варіанти суден-мускулоходів:
А - педальний катамаран з гребним колесом;
Б - швидкохідний педальний катамаран з гребним гвинтом, що тягне, і гнучким дейдвудним валом;
В - швидкісне педальне проа з поплавком-балансиром;
Г — швидкісний м'язохід з підводним корпусом і підводними крилами, що не має статичної плавучості;
Д - апарат з підводними крилами та легким поплавковим шасі для старту та фінішу.
Подальше вдосконалення веселого рушія навряд чи може призвести до помітного зростання його ефективності. Циклічність дії весла, прослизання його у воді при гребку, аеродинамічний опір при неробочому (зворотному) ході, втрати при вході лопаті у воду на початку гребка і при виході з води в кінці - все це призводить доз того що коефіцієнт корисної дії цього рушія становить лише близько 65 відсотків.
Компонування швидкохідного аквапеда:
1 - передній обтічник;
2 - передній шпан-гоут (фанера s10);
3 - провідна зірочка (від велосипеда);
4 - опорна рукоятка (тільки зліва);
6 - задній шпангоут кокпіту (фанера s10);
7 - вал приводу рульового пристрою (дюралюмінієва палиця);
9 - важіль приводу кермового пристрою;
10 - перо керма (фанера s8);
11 - гребний гвинт змінного кроку;
13 - sхомут фіксації сидіння;
14 - поворотна рукоятка рульового пристрою (тільки праворуч);
15 - мультиплікатор (від ручного двошвидкісного дриля);
16 - кронштейн мулитиплікатора (сталь, смуга 50×5);
17 - балка (сталь, труба 30×30);
18 - корпус (виклеювання зі склотканини та епоксидної смоли);
19 - ведена зірочка (від велосипеда);
20 - важіль педального вузла;
22 - тяга приводу рульового пристрою (сталевий дріт Ø5).
Помітно великим ккд має гребний гвинт. Мало кому відомо, що гребним гвинтом із м'язовим приводом ще на початку минулого століття оснащувалися звичайні веселі човни. Переваги його очевидні: у нього відсутні циклічність робочого ходу, а так званий наголос лопатей гвинта при його обертанні постійний. До того ж при порівняно невеликій потужності приводу та малій частоті обертання можна використовувати низькооборотні гребні гвинти великого діаметру з вузькими лопатями — коефіцієнт корисної дії такого рушія сягає 90 відсотків.
При створенні корпусу з малим опором руху потрібно враховувати, що переміщення його на межі двох середовищ викликає великий опір хвилі. Позбутися йогоможна, перемістивши корпус повністю в одне із середовищ — під воду чи повітря. У першому випадку доведеться створювати апарат, що складається з обтічного поплавця з гребним гвинтом, що рухається під водою, і розташованого над ним, у повітряному середовищі, сидіння з педальним вузлом приводу. У другому – створювати педальний глісер чи апарат на підводних крилах. Потрібно сказати, що всі ці схеми свого часу були реалізовані конструкторами, і найбільш швидкісні (з підводними крилами) м'язи розвивали швидкість до 13 вузлів!
Теоретичний креслення корпусу аквапеда
Втім, всі ці рекордні аквапеди, сконструйовані для досягнення найвищої швидкості, навряд чи зможуть знайти практичне застосування. Справа в тому, що вони мають або незадовільну стійкість, або недостатню водотоннажність, і для руху на такому апараті потрібна спеціальна підготовка. Наша ж мета полягала у створенні швидкісного м'язоплавця, здатного стати справжнім водним велосипедом, керувати яким зможе практично будь-яка людина.
Водовмісний корпус аквапеда виконаний гранично зручним, з великим співвідношенням довжини до ширини. Для того, щоб він вийшов легким, доцільно зробити його методом виклеювання на бовдурі. Сам же йолоп найпростіше виготовити з деревини, цементу та гіпсу.
Послідовність виготовлення болвана корпусу:
А - встановлення шпангоутів;
Б - монтаж дерев'яної обшивки;
В – нанесення шару цементного розчину.
Насамперед потрібно зробити основу для бовдура - ним може стати ділянка рівної підлоги в сараї, а краще - щит з рівних дощок: його довжина 4,5 і ширина 0,7 м. Відповідно до теоретичного креслення на щиті зображується вісь симетрії (діаметральна площина )корпуси та перпендикулярно їй — лінії розташування шпангоутів. Останні випилюються з фанери завтовшки 6-8 мм; на щиті вони тимчасово закріплюються за допомогою планок-розкосів.
Далі на кожному зі шпангоутів з обох боків закріплюються рейки - вони будуть основою дерев'яної обшивки йолопу. Зверніть увагу, що розташовувати рейки слід так, щоб відстань від поверхні дерев'яної обшивки до зовнішнього контуру шпангоуту становила не менше 10 мм. Для обшивки можна використовувати будь-які обрізки дощок, рейок або планок штакетника.
Обшитий йолоп доводиться до потрібної форми за допомогою цементно-піщаного розчину. Щоб розчин тримався на обшивці, у дощечки бажано забити більше цвяхів, щоб головка кожного виступала над поверхнею на 6-8 мм. Розчин спочатку накидається на обшивку кельмою, а потім розгладжується за допомогою рівної дошки, як показано на малюнку. Дошка повинна спиратися на торці фанерних шпангоутів.
Остаточно йолоп доводиться до потрібної форми за допомогою гіпсу або алебастру, а також шпаклівки. Завершальна стадія роботи – ошкурювання, фарбування та покриття поверхні антиадгезійним покриттям (восковою паркетною мастикою). Як розділовий шар можна використовувати також харчову пакувальну плівку - вона дуже тонка і буквально прилипає до будь-якої поверхні.
Теоретичний креслення лопаті гребного гвинта.
Для формування оболонки корпусу знадобиться скло-рогожа (на два-три початкові шари), більш тонка обробна склотканина для вирівнювання поверхні, а також сполучна — епоксидна або поліефірна смола. Виклеювання бажано зробити в один прийом з тим, щоб кожен наступний шар сполучного і склотканини лягав на ще не до кінця стверджену смолу попереднього шару. Після завершеннявиклеювання до поверхні корпусу бажано прикатати тонку поліетиленову плівку - вона перешкоджає випаровуванню з епоксидної смоли затверджувача та пластифікатора, що прискорює полімеризацію, а в результаті покращує міцність та довговічність оболонки.
Через добу після виклеювання оболонка знімається бовдура, і до неї підганяються фанерні шпангоути, що утворюють кокпіт аквапеда, привальний брус, рейки кіля і фальшкіля, планшира та стрінгера. Вклеювати їх у корпус бажано після виготовлення дейдвуду та педального механізму.
Верхня частина корпусу (палуба та обтічник) - з фанери товщиною 3 мм; після збирання вона обклеюється одним шаром склотканини з використанням епоксидної смоли.
При виготовленні корпусу необхідно передбачити в передній і задній його частинах зливні отвори, заглушені парою пробок - через них після кожного плавання необхідно зливати воду, що потрапила в корпус.
Привід гребного гвинта – педальний, з використанням стандартної велосипедної каретки, зірочки та пари шатунів із педалями. Обертальний момент від зірочки передається за допомогою втулочно-роликового ланцюга на мультиплікатор від ручного дриля, а далі на дейдвудний вал і, відповідно, гребний гвинт. Мультиплікатор бажано використовувати від двошвидкісного дриля - це дозволить підібрати оптимальне передавальне число ланцюгової та зубчастої передачі від педалей на рушій.
Перед встановленням мультиплікатора бажано загерметизувати його корпус за допомогою складу "гермесил" або "автогерметик", а його порожнину заповнити трансмісійною олією - це збільшить довговічність механізму та ккд зубчастої передачі. Повної герметичності при цьому, швидше за все, не вийде (масло все одно проникатиме назовні по зазорах у підшипниках ковзання вхідного та вихідного валів), тому підмультиплікатором слід встановити пластикове коритце для збирання олії.
Каретка педального вузла приварена до балки (сталева труба квадратного перерізу), яка, у свою чергу, закріплена на передньому та задньому шпангоутах кокпіту. На балці встановлено і сидіння аквапедиста. Як останній використаний штампований пластиковий кістяк невеликого офісного крісла, хоча, в принципі, таке можна зробити самостійно. Кріплення сидіння до балки – за допомогою пари хомутів.
Дейдвуд у зборі з втулкою гребного гвинта:
1 - дейдвудний вал (сталь, пруток Ø14);
2,10 - пружинні наполегливі кільця;
3,9 - шарикопідшипники № 200;
4 - фіксатор переднього підшипникового корпусу (гвинт М5);
5 - передній підшипниковий корпус (дюралюміній, Ø60);
6 - дейдвудна труба (дюралюміній, труба 20×2);
7 - задній підшипниковий корпус (дюралюміній, Ø40);
8 - фіксатор заднього підшипникового корпусу (гвинт М5);
11 - опорний диск фіксуючого пристрою (дюралюміній, Ø40);
12 - кок (дюралюміній, Ø40);
13 - маточина лопаті (дюралюміній, Ø20; на вигляді зверху не показана);
14 - натискний диск фіксуючого пристрою (дюралюміній, Ø40); 15 - штифти Ø5;
А - отвір під комір.
Дейдвуд складається з дюралюмінієвої труби з двома підшипниковими вузлами на її кінцях - обертається в них сталевий вал. У задній частині дейдвуда розташовується втулка з фіксуючим пристроєм, що дозволяє змінювати крок гвинта (кути установки лопатей) для того, щоб досягти оптимального ккд гребного гвинта і, відповідно, максимальної швидкості аквапеда. Втулка складається з дюралюмінієвого коку та дводискового затиску, яким і фіксуються маточини гвинта.
У технології виготовлення фіксуючогоУстрою є одна особливість, яку необхідно врахувати. Перед обробкою різьбових отворів М10 під маточини гребного гвинта між дисками затискається кругла дюралюмінієва пластина товщиною 0,5 мм. Після свердління та нарізування різьблення пластина видаляється - гарантований зазор 0,5 мм забезпечить надійну фіксацію маточок у втулці.
При складанні дейдвуду в порожнину між дейдвудною трубою і дейдвудним валом необхідно ввести кілька повстяних кілець, просочених консистентним мастилом «ціатим». Це не дозволить воді проникати в корпус аквапеда дейдвудною трубою.
На аквапеді найвигідніше використовувати гребний гвинт діаметром 400 мм з вузькими лопатями, вирізаними з листового дюралюмінію завтовшки 4 мм. Такі гвинти найбільш ефективні при невеликій потужності, що передається, і малому навантаженні на лопату і мають ккд понад 90 відсотків! Заготівля спочатку згинається відповідно до форми увігнутої частини лопаті гвинта і закручується, після чого опуклій її частині надається профіль відповідно до теоретичного креслення гребного гвинта. Готові лопаті закріплюються на маточицях алюмінієвими заклепками, а при регулюванні кроку гвинта встановлюються строго під одним кутом до осі втулки за допомогою шаблону. Оптимальний крок гвинта підбирається у пробних заїздах.