ПРИМЕРНЫЙ РАСЧЕТ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ

Для моделей гребные винты достаточно рассчитать приближенными способами. Рас­смотрим один из них.

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.