ВОДОМЕТ для АКВАБАЙКА
В последние годы гидроцикл стал не только средством активного отдыха на воде но и спортивным снарядом. Уже несколько лет проводятся чемпионаты мира по аквабайку. Призовые места занимают спортсмены, показывающие более высокое мастерство вождения, а также и те, у кого лучше подготовлены двигатели и водометные движители.
Впредлагаемой статье рассматриваются вопросы работы водометного движителя на аквабайках класса PRO-1200, оснащенных двигателем мощностью N=140 л.с. при максимальной частоте вращения вала n=7200 об/мин.
Водометный движитель (ВД) состоит из следующих основных частей:
— импеллера, который передает энергию двигателя потоку, протекающему через водометный движитель;
— спрямляющего аппарата (СА), устраняющего закрутку потока с целью повышения эффективности движителя путем использования энергии окружной составляющей скорости. Импеллер, вместе со спрямляющим аппаратом, принято называть лопастной системой, или насосом ВД;
— водозаборника, предназначенного для приема воды из свободного потока и подачи ее к импеллеру;
— сопла, формирующего струю, реактивная сила которой создает тягу ВД.
Ускорение потока в струе ВД возникает в результате напора (H), создаваемого импеллером. Поэтому эффективность водометного движителя, т.е. его КПД и тяговые характеристики зависят от обоснованного выбора значений напора и расхода воды (Q) через движитель, которые обеспечиваются насосом ВД. Кроме того, его КПД и кавитационные качества в значительной степени зависят от гидравлических потерь в водозаборнике.
Представляет интерес выполнить оценку тяговых характеристик и КПД серийных ВД, применяемых
на аквабайках класса PRO-1200. В распоряжение автора были предоставлены чертежи водозаборника,
а также данные по геометрическим характеристикам двух импеллеров:
1) диаметром 155 мм (фирмы “Solas”);
2) диаметром 148 мм (водометный дви'житель аквабайка “Polaris”).
При заданных величинах мощности N, частоты вращения n и диаметра импеллера Dimp может быть
вычислен безразмерный коэффициент крутящего момента K2.По величине этого коэффициента (с учетом
известных геометрических характеристик импеллера) можно подобрать тот насос, который бы имел
соответствующие вычисленному значению K2 зависимости безразмерных коэффициентов напора KН,
крутящего момента K2 и числа кавитации Xs от коэффициента расхода KQ.
Расчеты КПД и тяговых характеристик водометного движителя выполняются использованием этих насосных характе ристик и экспериментальных данных по гидравлическим потерям в водозаборниках и соплах ВД. Результаты выполненных рас четов показаны на рис. 1, a; 1, b; 1, c.
Применение ВД №1 (Dimp=155 мм) обеспечивает максимум КПД(Пwj=0.57) при скорости хода аквабайка 65 км/ч. Расчетная величина используемой мощности N при этом составляет около 42 л.с. Увеличение мощности до ее расчетного значения 140 л.с. приводит к увеличению расчетной скорости хода до 94 км/ч (рис.1,с), однако при этом снижается величина КПД водометного движителя (Пwj) примерно до 0.42 (рис.1, а).
ВД №2 (Dimp=148 мм) обеспечивает максимальную эффективность (Пwj=~0.56)на скорости хода 70 км/ч, при используемой мощности N равной 50 л.с. При мощности 140 л.с. расчетная скорость хода составит 96 км/ч с несколько меньшим, чем в случае с ВД №1, снижением КПД примерно до 0.46 (рис.1, а и 1, с).
Величина развиваемой тяги и используемой при этом мощности двигателя в момент так называемого стартового “рывка” также является важной характеристикойВД. Очевидно, что эти величины связаны с гидродинамическими и кавитационными характеристиками водометного движителя. Расчеты показывают, что при начальной стартовой скорости хода равной 6.5 м/с (около 23 км/ч) ВД №1 позволяет осуществить стартовый “рывок” путем резкого увеличения частоты вращения до n=4600 об/мин с увеличением тяги движителя до величины примерно 170 кг, при потребляемой мощности около 46 л.с. Ограничением этих величин является кавитация лопастей импеллера, при которой наступает резкое падение гидродинамических характеристик и, соответственно, потеря скорости хода. Для ВД №2 аналогичные величины составляют 4800 об/мин, 180 кг (приблизительно) и 55 л.с.
На рис.1, с показано изменение тяги с момента начала “рывка” при постоянной частоте вращения вала двигателя в процессе разгона. При одновременном стар' товом “рывке” аквабайков с ВД №1 и ВД №2 первый через 9 секунд развивает скорость хода 15.5 м/с (55.4 км/ч). Аквабайк же с ВД №2 через такое же количество времени имеет запас тяги над сопротивлением около 33% и затем через 2 секунды достигает скорости хода 17.3 м/с (62.4 км/ч). Приведенное сравнение при n=const является расчетным. В процессе разгона спортсмен увеличивает частоту вращения двигателя, не допуская (на слух) резкого заброса оборотов. Тем не менее, это сравнение позволяет оценить динамику разгона. На рис.1, b показано изменение потребляемой мощности при постоянной частоте вращения после момента “рывка”. Видно, что мощность изменяется незначительно. Это является одной из особенностей работы водометного движителя в отличие от аналогичнойхарактеристики гребного винта. На рис.1, с заштрихованными линиями показаны границы тяги, развиваемой водометными движителями по мере увеличения частоты вращения от момента “рывка” до расчетной n=7200 об/мин при безкавитационной работе импеллера. Сравнение этих границ также показывает лучшие разгонные характеристики ВД № 2. Изложенные результаты позволяют сделать следующие выводы:
1. Серийные водометные движители, которыми оснащаются аквабайки класса PRO-1200, не позволяют при имеющейся мощности двигателя (N=140 л.с.) развивать высокие тяговые характеристики, необходимые при прохождении спортивной трассы.
2. Серийный водометный движитель марки YD-SV-B фирмы “Solas”, с диаметром импеллера 155
мм (ВД №1), обеспечивает более высокую эффективность эксплуатации аквабайков класса
PRO-1200 при широком любительском использовании. Тюнинговая доводка этого ВД для спортивного
аквабайка путем подбора импеллеров того же диаметра (155 мм) серий “Xprop” и “Concord” c различными
шагами и дисковым отношением с соответствующей заменой сопел позволяет несколько улучшить
разгонные характеристики иповысить максимальную скорость хода. Однако режим работы импеллера
при этом будет перемещаться в область более низкого насосного КПД, что не дает оснований ожидать
существенного улучшения указанных характеристик.
В библиотеку