40 миль в сутки - много или мало?

30 миль в сутки - много или мало?
Потери от винта на парусном судне, расчет и минимизация

Еще в середине сезона созрело решение - дизель заменить! Слишком мощный, слишком шумный, слишком прожорливый... К концу, правда, я стал сомневаться, попривык, но, к счастью, он оказался еще и слишком ненадежным. В свете своего изменившегося взгляда на яхтенный движок я планирую за зиму установить на лодку бэушный японский трехцилиндровый дизель со спецтехники с объемом 1 -1,2 литра. Как правило, это Kubota или Mitsubishi индустриальных серий, с максимальными оборотами 3400 - 3600 об.мин., мощностью 27-33 л.с., и расходом топлива в экономичной зоне (0,4 - 0,6 макс.) в районе 185-190 грамм на л.с. в час.

В связи с этим встал вопрос о замене винта. Стоявший у меня до сих пор трехлопастник от Vetus 17" с шагом 9" прекрасно работал, но становился тормозом под парусами. Нужный по расчету трехлопастный винт 16" с шагом 8" тоже не подарок. Может быть поставить флюгерный винт, к примеру от Maxprop, у которого лопасти поворачиваются "по потоку" во время хода под парусами? Так его цена в несколько раз больше!

По одним слухам, обычный винт на парусной яхте снижает скорость на 10-15%, по другим скорость может упасть и на узел...

И тут передо мной встала задача, попробовать рассчитать потери, вносимые винтом, и прочими деталями, торчащими из корпуса и выяснить, как они влияют на суточный переход. Кроме того, мне хотелось получить представление о расходе топлива и влияние на расход гидродинамики корпуса.

Использовав методику, описанную на http://treveller.boom.ru/raschet.htm для расчета сопротивления корпуса лодки, и приняв диаметр винта 17" и Сx =0,5, (это так, на "выпуклый морской" глаз), я получил совершенно удручающие результаты. На всякий случай - ниже формула для расчета сопротивления заторможенного винта в потоке воды. S - поперечная площадь тела, v - скорость лодки...

Параметры яхты (проект HB40): длина КВЛ 10 м, ширина КВЛ 3.5 м, D=13 кубов.
Площадь заторможенного винта при дисковом отношении 0,5 - 0,049 кв.м., площадь цинковых протекторов - 0,025 кв.м.

При таких исходных данных расчетное сопротивление корпуса на скорости 4 узла - 57 кгс, а сопротивление винта - 49 кгс, протекторов - 25 кгс. Если скорость лодки возрастает, соотношение меняется, к примеру на 7 узлах - 278 - 149 - 77, то есть относительное влияние винта и прочих выступающих деталей падает с увеличением скорости. Это связано с возрастающим вкладом сопротивления формы.

В результате несложных вычислений получается вот такой график мощностей,
по горизонтали - скорость в узлах, по вертикали - мощность движителя, приводящего судно в движение, в лошадиных силах.

N (синяя) - мощность движителя, необходимая для движения "чистого" корпуса без протекторов и винта,
N общая (красная) - мощность, нужная, чтобы двигать лодку при заторможенном винте, и с учетом протекторной защиты.
N без учета винта - мощность для корпуса с протекторами.Этот график предназначен для иллюстрации потерь от протекторной защиты, при движении под дизелем. Видно, что заметную долю вносят протектора, которые я приобрел в последние дни перед спуском, жуткие кубики, никакой гидродинамики.
Оценка совпадения теоретических расчетов - с реалом довольно близко, во всяком случае лодка разгонялась до 8 узлов с мощностью 60-70 лс, сопротивление винта на скоростях 4-5 узлов по оценке примерно совпадает с расчетом.

Результаты расчетов позволяют сделать следующие выводы:

1. При движении под парусами лодка испытывает большое сопротивление от винта и протекторов.
Для движения со скоростью 5 узлов для "чистого" корпуса необходимо меньше 6 л.с., на корпусе "с навеской" при той же силе ветра лодка получит ход около 3,5 узлов. При усилении ветра влияние винта уменьшается, но остается довольно заметным - мощность 22,3 л.с., "чистый" корпус - 7 узлов, "реальный" - 5,8. В реальном походе можно считать, что на типичных скоростях 4-6 узлов под парусами мы получим ежесуточные потери 30-40 миль.

2. При движении под двигателем на скорости 6 узлов необходимая мощность - 11,1 л.с., навешенные протектора увеличивают ее до 15 л.с.! При этом расход топлива увеличивается от 2,6 л до 3,6 л за час. Для движения со скоростью 7 узлов необходимая мощность, соответственно, - 22,3 против 28,4 л.с., а расход топлива возрастает от 5,3 л до 6,7 л за час работы дизеля.

Отсюда следует интересный вывод - на 100 литрах диз. топлива и на скорости 6 узлов лодка пройдет 231 милю, на 7 узлах - 132 мили.
А если на корпус приварить угловатые цинки протекторной защиты, то 167 миль и 104 мили, соответственно.

Так что, придется ставить флюгерный винт, и менять протектора.