Почему подбор винта – это просто?

Кажется, моторостроители сделали всё, чтобы предельно упростить подбор наиболее быстрого и экономичного винта для вашего мотора. Винты унифицированы по посадке и обозначениям, всякому мотобренду предназначена своя серия винтов в зависимости от типа лодки. На сайте любого продавца моторов как правило лежит подробная инструкция. Часто за обилием технологических нюансов моторовладелец теряет смысл своих действий – почему диаметр и шаг требуются именно такие, и почему у моторов одного класса, но разных марок винты могут отличаться по размерам?

Подвесник продается как готовое изделие – купи и пользуйся. Но хочется понимать принцип построения самих модельных рядов двигателей. На кого и что ориентируются моторостроители? Без теории не обойтись.

В бесконечном поле сочетаний диаметров, шагов, количеств и ширин лопастей найдется лишь неширокая тропинка наилучших вариантов, которые подойдут к двигателю заданной мощности. В наиболее лаконичной форме формула наилучшего винта выражена у Дэйва Герра в «Boat Mechanical Systems Handbook». Она связывает всего три параметра: максимальную мощность и обороты на гребном валу с диаметром самого эффективного из возможных винтов.

D = 632.7 * (N^0.2) / (n^0.6)

Здесь диаметр D в дюймах, мощность N – в л.с., и обороты n – в минуту, причем с учетом редукции.

Что важно – сочетанию параметров должен сопутствовать также идеальный случай работы винта, т.е. при малой нагрузке (лодка предполагается легкой и быстрой) и при шаговом отношении H/D близком к единице или выше. На практике такие условия встречаются не повсеместно, поэтому производители винтов идут на менее эффективные компромиссы, предлагая под данную мощность сразу ряд подходящих винтов с разными H/D при несколько уменьшенном против идеального диаметром и несколько завышенных оборотах.

Формула Герра используется при предварительном выборе диаметра винта и часто изображается в виде диаграммы в координатах «мощность-обороты» (рис.1). Видно семейство кривых, соответствующих конкретным диаметрам 10, 12, 14, 16, 18 дюймов. Их смысл – до каких оборотов следует раскрутить данный оптимальный винт, чтобы он употребил всю заданную мощность. Диаграмма будет интересна в качестве «подкладки» – для понимания, как мотористы выстраивают свои модельные ряды.

Наложим на диаграмму Герра точки, соответствующие мощностям и оборотам гребного вала некоторых подвесников, например серии четырехтактников «F» от Yamaha начиная с 15 лс. Она образцова для понимания, потому что отражает некоторые важные маркетинговые соображения (рис.2). Для компактности картинки шкала мощностей сделана нелинейной, логарифмической. Что мы видим на графике?

Мощностной ряд Ямахи от 15 до 450 лс, развернутый по вертикали значениями оборотов вала, образует две восходящие ступенчатые кривые. Максимальные обороты каждого мотора в каталоге даются в виде диапазона, но мощность привязана к его среднему значению, его и отображаем. Горизонтальные части ступенек образуют модели с одинаковыми редукторами и рабочими оборотами. Мощность «вдоль горизонта» используется путем увеличения диаметра винтов от модели к модели.

Вертикальные скачки в мощностном ряду получаются при переходе на следующий форм-фактор редуктора, и рост мощности достигается ростом рабочих оборотов, причем винт можно использовать тот же, что у менее мощной модели, или с немного отличающимся шагом.

Что бросается в глаза – это разрыв кривой на две «подлесенки». Левая – это малые моторы 15-50 лс, правая – крупняк вплоть до топ-моделей. Очевидно, это разделение связано с принципиальными различиями в конструкции «головы» моторов, но почему частей только две? В том и состоит мощностная политика фирмы. Рост выдаваемой на винт мощности за счет оборотов говорит о том, что более мощный мотор в группе дает больший упор преимущественно за счет ускорения струи, а не увеличения отбрасываемой массы воды. Причем этот подход применяют по отдельности для легких лодок с вооруженностью до 50 лс, и для более тяжелой братии от 100-150 лс. Модели «среднего класса» 75, 80, 90, 100 лс построены в едином форм-факторе как переходная группа, а Ямаха-семидесятка – та просто оказалась особняком и выпала из тренда. У нее редуктор почти грузовой, а рабочие обороты заметно повышены.

Далее после 115 лс – участок отдельных все более быстроходных моделей, и венчающая их «ступенька» снова в едином форм-факторе под винты разного диаметра. На самом верху – явно несистемная «450-ка», которая и в группу не попала, и на собственное семейство пока не претендует, тоже такой несистемный изгой.

Какие из этой картины можно сделать выводы? *

Мотористы намного сильнее, чем судостроители завязаны на унификацию и массовые серии изделий, поэтому мощностной ряд такой ступенчатый. Невозможно разрабатывать каждую модель с нуля под максимальную эффективность – это дорого обходится. Поэтому модели могут быть чуть более или чуть менее хороши по эксплуатационным качествам, но «растянутые» рабочие обороты в общем нивелируют различия, и ряды винтов могут строиться довольно грубо – с привычной нам разницей шагов в пару дюймов.

Горизонтальные ступеньки длиной в 3-4 модели в диапазонах 10-30 лс, 75-100 лс, 225-300 лс показывают, что в этих популярных группах выгоднее давать более разнообразное предложения винтов, чем разнообразие редукторов. Если бы у всех моторов в мощностном ряду были одинаковые редукторы и неизменный диапазон оборотов, мы имели бы кривую примерно горизонтальную, то есть на каждый отдельную модель мотора полагалась бы отдельная группа подходящих винтов. Причем для удовлетворения спроса пришлось бы выпускать отдельные серии моторов для лодок более скоростных и менее скоростных. Очевидно, это лишние сложности и расходы. Мы видим, что наряду с общеупотребительной серией моторов производственники позволяют себе выпускать максимум дополнительную подсерию с «грузовыми» редукторами, и такой подход худо-бедно закрывает основные потребности тех, кто хочет иметь подвесной привод на лодке.

Но это пока только про Yamaha. Есть и другие марки моторов. О них в другой раз.

---

"*" все выводы - на совести автора.