Сейлдрайв на яхте что это
Морской двигатель в яхтинге. Пропульсивная установка яхты.
В предыдущей статье мы рассмотрели использование морского двигателя в яхтинге, достоинства и недостатки его. А также немного коснулись истории создания и применения морского двигателя. Увлекательная штука — история, но необходимо перейти к делу. Итак, как это общепринято при обсуждении технических вопросов, для начала определимся с терминологией. В трактовке слов не всегда можно обнаружить единство мнений. Чаще всего, спорить не имеет смысла — нужно простодоговориться о них.
Движитель — устройство, преобразующее энергию морского двигателя или внешнего источника в полезную работу по перемещению транспортного средства. Является частью пропульсивной установки. Все просто: движителем автомобиля являются его колеса (в большинстве случаев — одно), теплохода — гребной винт «пропеллер», парусника — паруса, естественно.
Морской двигатель (мотор) — устройство, преобразующее любой вид энергии в механическую, чаще всего — вращательную: двигатель внутреннего сгорания, электромотор.
Пропульсивная установка. В определении этого термина встречаются разногласия: многие считают, что это и есть
Движитель. По мнению других — часть силовой установки, энергия которой приводит в действие Движитель, т.е. это в нашем случае и дизель, и редуктор, и валопровод, и гребной винт, и системы управления и контроля. Именно этим вариантом определения пропульсивной установки и предлагается пользоваться в дальнейшем.
Не будем ставить себе целью энциклопедический обзор всех типов пропульсивных установок, встречающихся на яхтах. Оставим за бортом водометы, гидроприводы, гибридные агрегаты и прочую экзотику. В данной серии статей рассматриваются самые популярные варианты компоновки морских двигателей яхт. В таком стандартном наборе всегда присутствует дизель и гребной винт.
Небольшие вариации пропульсивных установок наблюдаются в устройствах передачи вращения морского двигателя на винт, причем сам гребной винт может иметь от двух до четырех лопастей, а на парусных судах эти 2-3-лопастные винты обычно складываются для уменьшения сопротивления потоку воды на ходу под парусами.
Винт на вашей парусной яхте не складной конструкции? Советуют стопорить на ходу под парусами? Спорно: свободно вращающийся гребной винт тормозит меньше, чем застопоренный. Поверьте или проверьте.
Пропульсивная установка морского двигателя.
Пропульсивная установка моторной и круизной парусно-моторной яхты во многом аналогичны.
Фильтр забортной воды (cooling water strainer) (1) обычно устанавливается выше ватерлинии. В любом случае выше ватерлинии располагается антисифон (air went) (2), который не позволяет забортной воде попадать в двигатель через выхлопную систему, когда двигатель остановлен. Дейдвудный сальник (3) часто снабжен принудительным охлаждением (water lubricated stern gear). Смесь выхлопных газов и охлаждающей забортной воды удаляется через глушитель (waterlock/muffler) (4) и выхлопной фитинг (transom exhaust connection) (5).
Возле рулевого располагаются панель приборов (engine instruments) (6) и рукоятка (handle, throttle) управления оборотами и реверсом (lever remote control) (7).
Под кормой яхт, где гребной вал на значительную длину выходит за пределы корпуса, в районе винта располагается поддерживающий кронштейн (P-bracket).
Общее устройство морского двигателя.
Пропульсивная установка облегченной парусно-моторной яхты собрана в одном компактном блоке, называемом saildrive(удачного перевода на русский язык еще придумано, к сожалению) и включает в себя дизель, реверс-редуктор и привод на гребной винт.
Забортная вода поступает на помпу (sea water pump) (1), посылающую воду на теплообменник охлаждения антифриза, циркулирующего внутри блока цилиндров при помощи помпы внутреннего контура (fresh water pump) (2). После теплообменника забортная вода смешивается с выхлопными газами и сбрасывается за борт через охлаждаемый выхлопной коллектор (exhaust) (3). Масло, необходимое для работы морского двигателя, заливается через горловину (4), уровень масла проверяется щупом (dipstick) (5), второй щуп находится на редукторе, имеющем свое масло. Масляный (6) и топливный (7) фильтры обычно меняются один раз в сезон. Электрооборудование включает в себя стартер (starter) (8) для запуска морского двигателя и генератор (alternator) (9) зарядки аккумуляторных батарей (battery). Реверс редуктор (gear box) (10) обеспечивает понижение оборотов и включение вращения гребного винта на передний или задний ход. «Сердцем» дизеля считается топливный насос высокого давления (injection pump) (11).
По конструкции дизельный морской двигатель мало отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Клапана существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — степень сжатия 19-24 единиц против 9-11 у бензинового. Именно повышенной компрессией объясняется больший вес и габариты дизельного морского двигателя в сравнении с бензиновым.
Принципиальное отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускном коллекторе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном морском двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800°С, в камеру сгорания форсунками под большим давлением (10-30мПа)
впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется. Возвратно-поступательное движение поршней вращает коленвал, который передает это вращение через реверсредуктор на привод гребного винта.
Пожалуй, многим будет интересно узнать, какая часть энергии дизельного топлива непосредственно приводит судно в движение. Итак, приняв за 100% энергию, сосредоточенную в топливном баке, отследим ее потери в пропульсивной установке на пути к гребному винту:
1. Энергетические потери:
— нагрев охлаждающей воды — 25%;
— тепловыделение двигателя — 5%;
— выхлопные газы — 30%.
2. Потери на трение:
— редуктор — 3%;
— дейдвудный сальник — 1%;
3. Проскальзывание винта — 20%.
Итого, осталось 16% энергии топлива, которые можно считать толкающими судно вперед. Это — усредненные цифры, которые могут меняться в зависимости от типа топлива, конструкции мотора, гребного винта. Другими словами — не более 20% мощности морского двигателя передаются в упор гребного винта для преодоления сопротивления корпуса судна его движению вперед.
Но о мощности судового дизеля и способах ее увеличения поговорим в следующей статье.
Сейлдрайв на яхте что это
Современные яхты различаются между собой в деталях, в которых, как известно, и кроется дьявол. Прямое сравнение возможных вариантов между собой может вызвать удивительные результаты. Но что же все-таки лучше? Наша помощь в выборе…
К огда люди говорят о парусных яхтах, то часто употребляют английскую аббревиатуру AWB (Average White Boat – типичная белая лодка). Под нею понимаются современные парусные суда в основном производства крупносерийных европейских верфей. Причина понятна: они все внешне одинаковы, по крайней мере на первый взгляд. Однако внимательное наблюдение выявит отчетливые, но очень тонкие различия.
Что подходит для этого лучше, чем выставки! Здесь можно напрямую сравнить различные внутренние планировки, варианты отделки интерьера или комплектации.
Конечно, все продавцы примутся объяснять вам, что решения, примененные именно на их лодках, являются идеальными. Однако идеала нет, по крайней мере в яхтостроении, есть только компромиссы, более или менее подходящие одним и мало подходящие другим.
Например, для чартерной яхты важна максимальная внутренняя вместимость вкупе с упрощенным управлением и приемлемой ценой.
Несмотря на то что современные яхты во множестве своем похожи друг на друга, покупатель имеет широкие возможности выбора. Либо один изготовитель может предоставлять различные варианты одного и того же судна, либо можно сделать выбор между моделями разных производителей. Чтобы принять окончательное решение, следует внимательно сравнить исполнения яхт и их комплектацию, а также хорошо разбираться во всех тонкостях. Например, что лучше – глубокий киль или короткий, дающий малую осадку? Здесь могут сыграть роль не только излюбленные акватории, но и затраты – глубокий киль вследствие большего расхода материала может оказаться дороже. Зато чисто парусные характеристики при переходе от глубокого киля к короткому ухудшатся.
Подруливающие устройства
Подруливающие устройства в носовой части яхты давно стали необходимыми помощниками яхтсменов, несмотря на свои недостатки. Но повышенное ходовое сопротивление для чисто крейсерских яхт не очень актуально. Туннельные варианты монтажа являются наиболее дешевыми вариантами. Для 10-метровой яхты они должны стоить около 4700 евро, независимо от того, смонтированы они на верфи или установлены впоследствии. Однако из-за плоских носовых обводов на яхтах короче 37 футов часто возможны лишь какие-то внешние варианты подрулек. Но к примеру, откидывающаяся подрулька требует большой высоты для своего монтажа и стоит примерно вдвое дороже.
Гребной вал против Saildrive
Большинство верфей штатно ставят привод типа Saildrive. Его достоинства: явно меньший шум при работе, отсутствие забрасывающего корму момента, компактность, легкость монтажа. Однако эксплуатация этого привода влечет повышенные расходы: так, все уплотнения следует менять после семи или восьми лет эксплуатации, это примерно 1000 евро или даже больше. Если в приводе возникнут протечки из-за негерметичности уплотнений, последствия в виде коррозии могут быть очень печальны. При установке же гребного вала механизм редуктора не соприкасается с водой никоим образом. Эксплуатационные расходы сведутся лишь к замене сальника тоже примерно каждые восемь лет. И лишь после многих лет эксплуатации придется менять подшипники.
Штурвал против румпеля
На яхтах со штурвалом рулевой не всегда может активно работать со снастями, поскольку лебедки или стопора, ходовые концы фалов или шкотов зачастую удалены от его рабочего места. Одиночное плавание без автопилота и вовсе невозможно. К тому же штурвал очень часто делит кокпит на две части и ограничивает возможность рулевого перемещаться по лодке. Но зато он выглядит «по-морскому» и более интуитивен в использовании. Говоря же о штурвальном управлении, стоит заметить, что большинство яхт оснащаются сегодня подвесным полубалансирным рулем, который создает небольшое усилие на румпеле, так что работа рулевого на румпельной лодке даже в дальних переходах не очень затруднительна, по крайней мере на яхтах короче 40 футов. Зато обратная связь гораздо ощутимее, и можно очень быстро совершать нужные маневры.
Лебедки спереди или сзади
Желание управлять в одиночку яхтой, оснащенной штурвалом, приводит к тому, что лебедки следует размещать на комингсах кокпита, смещая их как можно дальше в корму – ближе к месту рулевого. Таким образом, рулевой может со своего места работать с грота-, стаксель- или спинакер-шкотом. Недостаток такого решения проявляется в тот момент, когда со шкотами нужно работать второму человеку – ему придется находиться в позиции, невыгодной как с точки зрения анатомии, так и эргономики. Поскольку сзади места уже нет, ему нужно будет работать с лебедками, находясь лицом назад, не видя настраиваемого паруса. В данном случае выгоднее такое расположение лебедок, как на правом снимке. Если же на лебедках нужно работать и рулевому, и другому члену экипажа, во многих случаях поможет размещение на комингсах кокпита второй их пары.
Грот на закрутке
Закрутки для грота и стакселя стали уже стандартом для чартерных яхт. Однако такое упрощение работы с ними удваивает цену соответствующего оборудования. Кроме того, сворачиваемый в мачту грот теряет примерно 25% своей площади, что ведет к потере ходовых качеств. За счет вертикальных лат и качественного пошива можно отыграть на более 10% этой потери. К тому же мачты с закрутками гораздо дороже обычного рангоута. Закрутки для носовых парусов уже стали стандартом, но в случае с гротом покупатель все еще имеет право выбора, и в зависимости от размера лодки он может либо сэкономить, либо предпочесть удобство.
Геннакер или спинакер
Для облегчения управления геннакером, этим огромным «мешком с воздухом», сегодня почти все серийные яхты имеют встроенные мини-бушприты, которые часто служат еще и в качестве якорных площадок. Поэтому, говоря о приобретении геннакера, мы говорим о пакете, в который входят шкоты, фал и сам парус. Геннакер обслуживается почти так же просто, как и Генуя, и несется вплоть до курса в 130° к истинному ветру. Спинакер, напротив, позволяет нести себя на курсах вплоть до 180° к истинному ветру. Однако работать с ним сложнее, к тому дополнительные снасти и детали рангоута, такие как спинакер-гик, его оттяжка и топенант, а также оттяжка Барбера в сумме будут стоить значительно дороже.
Карточный стол против штурманского уголка
Традиционное штурманское место сегодня уже не является чем-то само собой разумеющимся, особенно на крупносерийных яхтах. Конструкторы особенно любят приносить его в жертву ради дополнительного шкафчика на яхтах, предназначенных для чартера. Изготовители аргументируют это тем, что сегодня вблизи берегов работают не столько с бумажной картой, сколько электронными навигационными устройствами наподобие картплоттера. Поэтому от полноценного штурманского места часто остается лишь рудимент наподобие того, что изображен на снимке справа. Требования к подлинно штурманскому месту, как то: надежное место для работы при качке, наличие ящичка для карт и инструментов, подсветки, экрана плоттера и/или радара и т.д. – более не выполняются. Более того, отсутствует четкое зональное разграничение между штурманским уголком и салоном, что увеличивает вероятность того, что уголок просто будет завален посторонними вещами.
Койки против рундуков
Очень часто есть возможность выбрать между расположением в корме каюты или же рундука на ее месте. Для чартерных яхт ответ очевиден, там каждая койка на счету, для хозяйской яхты все не так очевидно. Чем меньше яхта, тем важнее становятся объемы в корме. И если разместить там дополнительные койки, будут ли они заняты в ходе плавания? Конечно, кормовая каюта может использоваться для хранения там сменных парусов или же чехлов, однако для хранения велосипеда, кранцев или же запасных концов она не очень-то подходит. Поэтому важно своевременно определиться с выбором основного предназначения этого объема.
Вдоль или поперек
Продольно расположенный камбуз обычно делается на яхтах длиной более 40 футов, таких как Bavaria Cruiser 40, Sun Odyssey 469 или Oceanis 45, и обычно в связке с парой кормовых кают. При этом место кока смещается несколько вперед, что высвобождает место для дополнительного шкафа или выгородки под гальюн. Однако на качке коку труднее работать, чем на Г-образном камбузе. К тому же он удален от сходного трапа, что затрудняет передачу в кокпит горячих напитков или закусок.
Высота
Высота в салоне является одним из важнейших требований заказчика, уже от 30-футовика требуется минимум 1,90 метра высоты внутри. Но зачем? В основном внизу люди либо сидят, либо лежат (спят). Так зачем нужна излишняя высота между головой или подволоком, особенно в носу над огромной койкой? На современных яхтах с плоскими U-образными обводами его удается достичь лишь за счет высокого надводного борта и/или очень высокой надстройки. Чем короче яхта, тем хуже это выглядит снаружи. Кроме того, такую лодку очень сильно сносит боковым ветром, что особенно заметно в гавани.
Погон гика-шкота: вверху или внизу?
Размещение погона гика-шкота на крыше рубки (как на фото слева) оставляет кокпит свободным от погона и перемещающейся по нему каретки с блоками. Хотя проводка в первом случае чуть более сложная, да и нагрузка на гик, приходящаяся в его середину, заставляет делать гик прочнее, а значит, тяжелее. Нагрузка на выбирание гика-шкота тоже удваивается по сравнению с его проводкой через нок гика. Кроме того, с кареткой, расположенной на крыше рубки, труднее работать. Размещение же погона в кокпите позволяет экипажу или рулевому активнее отыгрывать порывы или заходы ветра. В большинстве случаев, однако, такое размещение обходится несколько дороже, чем монтаж на рубке.
Ахтерштаг
Ахтерштаг, если он есть, должен быть оснащен средством для регулировки его натяжения, как минимум – талью. К сожалению, даже она не всегда ставится серийно, хотя цена вопроса – всего несколько сотен евро. На высоких мачтах приходится организовывать целый полиспаст с большим выигрышем в усилии. За счет натяжения ахтершатага можно регулировать также и натяжение форштага, а также изгиб мачты, если она гибкая.
Проводка
Если фалы и шкоты идут не открыто вдоль палубы и надстройки, а спрятаны в каналы, то выглядит это шикарно, однако лишь на первый взгляд. К безопасности такая проводка не имеет никакого отношения – да, матросы не соприкасаются со снастями и не смогут, скажем, на них случайно наступить, но зато сами ходовые концы могут запутаться в каналах или образовать калышки, которые могут помешать проведению маневра. Также затруднительна и замена бегучего такелажа в случае его износа.
Ванты
Вант-путенсы у серийных яхт чаще всего крепятся на корпус в районе борта. Это создает благоприятные условия для работы мачты и стоячего такелажа, так как этим достигается оптимальное разнесение точки крепления вант от шпора мачты, что уменьшает нагрузку на ее топ. Да и усиления, воспринимающие нагрузку от вант-путенсов, сделать гораздо проще. Однако такой тип проводки стоячего такелажа ограничивает размеры генуи: ее задняя шкаторина может находиться лишь в районе краспиц, сделать геную более широкой не получится. Для того чтобы иметь геную наподобие той, что показана на снимке, нужно монтировать вант-путенсы на рубке.
Сокращенный вариант. Опубликовано в Yacht Russia №5 (52), 2013 г.
Яхтенный блог
Самое интересное из мира яхт
22.07.2015
Принципы швартовки яхты с подруливающим устройством
Если отвлечься от легенд, про bowthruster можно сказать одно: если вы умеете управлять лодкой в стеснённых условиях без подрульки, значит вы смело можете ею пользоваться, как хорошим инструментом для маневрирования в узком пространстве марин и гаваней.
Не стоит думать, что отсутствие опыта при заходе на швартовку вам заменит «всемогущее» устройство, расположенное в носовой части яхты. Подрулька – помощник только в опытных руках. А в неопытных – бесполезный инструмент. Более того – вредный. Ведь, уповая на подрульку, неопытный рулевой всегда будет от неё в зависимости, и всегда будет сокрушаться, что она не «вывезла» и не предотвратила грустных последствий его неумелых действий.
Мы уже рассматривали возможные варианты успешного маневрирования в стеснённых условиях марин и узкостях.
Эта статья для тех, кто хочет научиться использовать подрульку, как подспорье, уже освоив способы управления яхтой под мотором и без неё.
Что это такое?
Подрулька представляет собой гребной винт на электрическом приводе, расположенный в носовой подводной части яхты.
Управляется устройство с пульта, расположенного на рулевом посту яхты. Это небольшая панель с парой кнопок или, реже, джойстиком. Джойстиком же управляются яхты, оборудованные системой Dock&Go. Это такая система управления яхтой, когда подрулька и поворотная колонка сейлдрайва позволяют перемещаться вообще как угодно, хоть лагом.
Обычно для приведения подрульки в рабочее состояние нужно нажать две кнопки одновременно и подождать звукового сигнала, возвещающего: «Я готова, хозяин!». Для отключения нажимаются те же две кнопки до двойного звукового сигнала.
При приёмке лодки в чартерной компании её работник, проводящий check—in, даёт пояснения, как включать-выключать подрульку и правильно её использовать. Запомните все инструкции и обязательно повторите в его присутствии все манипуляции на пульте сами.
На этом знакомство с этим девайсом можно считать законченным. Переходим к содержательной части: как правильно пользоваться?
Что нужно помнить
1. Привод у подрульки электрический. Спалить обмотки электромотора, крутя его больше 8-10 секунд – пара пустяков! Чаще всего так и бывает: Неумелый рулевой, гудя подрулькой, запихивает яхту на стояночное место в марине и вдруг гудение прекращается: мотор сгорел! И, скорее всего, вместе с ним сгорела половина вашего депозита L
Даже современные подрульки требуют охлаждения не могут долго работать без остановки более 12-15 секунд… Не раскручивайте bowthruster больше 8 секунд! Интервал между включениями должен быть не менее 3-4 секунд. Количество последовательных включений с этим интервалом – не более трёх раз.
2. Бесполезно пытаться с помощью подрульки вынести нос на ветер, дующий больше 12-15 узлов. Для этого требуется работать подрулькой продолжительное время. Что дальше? См. пункт первый.
3. Когда баковый задаёт муринг на носовую утку, «хвост» муринга (по закону подлости!) свисает в аккурат напротив подрульки. И, если вы, забыв об этом, попытаетесь сейчас подать нос в сторону муринга, «хвост» мгновенно намотается на винт. После чего вам предстоит развлечение по извлечению (чаще – вырезанию) этого «хвоста» из плена. Особенно этот аттракцион хорош для упражнений капитана и экипажа на туннельных подрульках. Большая удача, если при этом наматывании от нагрузки не сгорит электродвигатель.
Прогресс движителей: пропульсивные системы современных яхт
Шоу номер два. Конкурс Best of Boats продолжает удивлять
Краткий обзор новинок некоторых трансмиссий пропульсивных установок прогулочных судов, а также примеры их применения, дающие представление о направлениях движения технической мысли.
Одни из представленных здесь типов трансмиссии (систем передачи энергии/вращения от двигателя гребному винту) появились на свет века назад, «стаж» других, еще недавно считавшихся технологиями будущего, ограничивается двумя десятилетиями и даже меньше. Тем не менее все они остаются в строю, а некоторые постоянно совершенствуются в направлении повышения эффективности, экономичности, надежности, позволяющих продлить срок службы привода при меньших затратах на его техническое обслуживание.
Водометы
Такой движитель чаще применяют на небольших яхтах, тендерах и аквабайках, хотя также известны примеры использования водометов на крупных судах. Одной из таких является Azzam (Lürssen, 2013 г.) — самая крупная суперяхта планеты. При длине 180 м, ширине почти 21 м и водоизмещении 14 000 т габаритная осадка этой гигантской яхты вместо ожидаемых 6−7 м составляет всего 4,3 м, что должно вызывать некоторое удивление. А все объясняется просто: в качестве движителей на Azzam стоят водометы, и это позволяет яхте посещать относительно мелководные акватории, недосягаемые для обычных судов даже меньшей длины и водоизмещения.
Главные двигатели — два дизельных MTU 20V 8000 и две газовые турбины General Electric LM2500 (каждый агрегат мощностью по 23 500 л. с.). Все технические подробности относительно этой яхты до сих пор держат в секрете, поэтому остается только делать предположения. Правда, обоснованные.
Один из простых путей ухода от кавитации на водометных движителях — применение поджатия выходного сопла
По фотографии в начале статьи можно заключить, что бортовые водометы — маршевые, сопряженные с двигателями MTU. Они оборудованы заслонками заднего хода, скорее всего, поворотными; помимо того, маневренность реализуется за счет двух разнесенных по бортам балансирных рулей под днищем. Два средних водомета — разгонные, так называемые бустерные, работающие по мере востребованности, в частности — для достижения заявленной максимальной скорости хода 31−32 узла.
Если на Azzam стоят агрегаты KaMeWa (Швеция) серии S3 200 (уже были проекты крупных моторных яхт с этими водометами и такими же двигателями MTU), оценочный КПД установок превысит 0,60−0,62 — весьма неплохо для водометов на таких скоростях.
Помимо KaMeWa, на моторные яхты и круизеры устанавливают водометные агрегаты Hamilton (Новая Зеландия), Castoldi (Италия), Wärtsilä и Alamarin (Финляндия), MJP (Хорватия), Doen WaterJets (Австралия) и др. А общемировой тренд — максимальное упрощение и удешевление конструкций движителей этого типа.
Гребные валы с полупогруженными винтами
Такие устройства нередко называют приводами Арнесона, хотя они могут быть изготовлены вовсе не компанией Twin Disk (США). Просто с момента появления этой революционной трансмиссии в начале 1980-х годов имя изобретателя Говарда Арнесона стало нарицательным.
Направлением вектора упора и его положением относительно ватерлинии такие приводы схожи с водометом, хотя этим, да еще отсутствием выступающих частей под днищем (снижение сопротивления судна) сходство и ограничивается. К числу других особенностей относятся поперечная тяга, соединяющая приводы для их синхронизации, «шпора» под валом (повышение маневренности) и — главное! — суперкавитирующий винт, работающий в пограничной (вода-воздух) среде.
Сегодня валы с полупогруженными винтами применяют на своих проектах немало яхтенных верфей. Например, все модели Pershing оборудованы такой трансмиссией. А вот еще одна реализация — быстроходная яхта Thunder Child II (XSV 20) компании Safehaven Marine (Ирландия), спущенная на воду в феврале 2019 года.
На снимке Thunder Child II в эллинге; видны трубы, подводящие воздух к гребным винтам на малом ходу. Цель — посредством вентиляции избежать режима, когда винты, будучи полностью погруженными, окажутся гидродинамически «тяжелыми»
Судно из стеклопластика (длина 23 м, ширина 5,4 м, водоизмещение 29 т) с катамаранными обводами на значительной части корпуса, оборудованное четырьмя двигателями Caterpillar C8.7 по 650 л. с. и приводами France Helices SDS3L, способно развивать 50 узлов. Как видно на фото, приводы с полупогруженными винтами расположены параллельно плоскости днища (угол килеватости на транце не менее 22°), чтобы соответствовать волновому склону за кормой. Выбор четырех моторных установок (вместо двух более мощных) обусловлен желанием сэкономить на весе двигателей и трансмиссии.
Судно отличают также оригинальные обводы в носовой части, способность к самовосстановлению, автоматические интерцепторы Humphree (хотя валы могут перемещаться в вертикальной плоскости) и высокая мореходность: оно прошло испытания в Атлантическом океане при высоте волн 5 м.
Приводы с частично погруженными винтами также выпускают компании Flexitab (Италия), DBD и MDS (Австралия), ZF-SeaRex (Германия) и др. Некоторые, например Eco Surface Drives (США), устанавливают над винтом полукольцо для повышения маневренности судна.
Днищевые колонки
Azipod (AZImuthing POdded Drive). Так называют многие электрические «капсульные» приводы подобного типа, хотя Azipod — это зарегистрированная торговая марка, со временем тоже ставшая именем нарицательным. Такой привод (по сути, пропульсивная установка), включающий в себя «ногу», помещенный в гондолу электродвигатель переменного тока и гребной винт фиксированного шага, имеет ряд преимуществ перед классической конфигурацией, состоящей из двигателя, вала и винта (плюс электродвигатель-генератор для гибридной установки). Он допускает компактное размещение дизель-генераторов; отпадает необходимость в редукторе, длинном гребном вале и руле — поворотом гондолы меняется вектор тяги винта, и судно изменяет курс. При этом сам электродвигатель управляется преобразователем частоты, выдавая номинальный крутящий момент в любом направлении во всем диапазоне скоростей.
Несмотря на потери при двойном превращении энергии (сначала из механической в электрическую, а потом снова в механическую), выигрыш состоит в экономичности, возможности часто менять режимы нагрузки гребного винта (в том числе прямой ход-реверс), повышении маневренности судна — гондола или вся «нога» полноповоротные (360°). Если мощность первых установок не превышала 1,5 МВт, то сегодня она достигает 25 МВт. Такие установки применяют в основном на пассажирских судах, судах ледового плавания, обеспечения платформ и грузовых.
Compact Azipod — новый тип установки с диапазоном мощности от 400 кВт до 5 МВт, уже встречающийся на суперяхтах. От «классического» Azipod отличается формой стойки/»ноги» с поворотным механизмом и стабилизатором. Вместо одно- или двухобмоточного двигателя переменного тока традиционной концепции Azipod устройство Compact Azipod включает в себя синхронный двигатель с постоянными магнитами и охлаждением непосредственно от окружающей морской воды. Преобразователь частоты обеспечивает управление скоростью и крутящим моментом.
Compact Azipod, применяемый на суперяхтах: в верхней части устройства (внутри корпуса судна) расположены электросистемы, внизу (в гондоле) находится электродвигатель, а между ними проходят силовые кабели
Один из новых проектов с приводом такого типа — моторная яхта Artefact (Nobiskrug, 80 м). Как мы уже писали, она станет первой гибридной яхтой с двумя дизелями Caterpillar 3516 (2340 кВт), солнечными панелями и электрическими колонками Аzipod С, соответствующей требованиям стандартов Tier III. Система распределения мощности Onboard DC Grid обеспечивает судну дополнительную экономичность, позволяя двигателям работать с переменной скоростью и использовать накопленную энергию. На судне также применяется автономная система контроля распределения нагрузки между источниками энергии.
Для суперяхт сегодня предлагают SISHIP SiPOD-M (Siemens) — эффективную дизель-электрическую силовую установку с одним или двумя винтами. Ее эффективность увеличивается за счет небольшого диаметра гондолы и обтекаемой формы всей конструкции привода.
CRP Azipod — комбинация вального привода с установкой Compact Azipod, где гребные винты расположены на одной оси (лицом к лицу), но без физического их соединения. Система работает наподобие винтов с противоположным вращением и, как считается, повышает общую гидродинамическую эффективность более чем на 10%.
Такая установка применена на проекте суперяхты Tuhura (Oceanco, 115 м). Ее энергоустановка состоит из шести генераторов по 1000 кВт. Вырабатываемая ими электроэнергия должна распределяться между двумя колонками Azipod по 2200 кВт и остальными потребителями на борту посредством сложной полностью интегрированной электронной системы; при этом идет зарядка батарей (их общий вес 35 т), которые могут обеспечивать движение яхты в течение 12 часов.
Проект Tuhura (Oceanco) удивляет не только архитектурными формами (яхта напоминает гигантское каноэ), но и передовыми техническими решениями
Так выглядит CRP Azipod на проекте Tuhura; кормовая часть устройства служит пропульсивной установкой и выполняет миссию рулевого устройства
IPS. Впервые появившись в 2005 году, этот тип трансмиссии прочно обосновался в яхтенной индустрии. Сформировался даже определенный пул компаний, предпочитающих эти днищевые колонки другим приводам; среди них в Европе лидируют Azimut и Cranchi (Италия). Сегодня выпускают два типа колонок: IPS (Inboard Performance System) от Volvo Penta и Zeus — совместный продукт Cummins и ZF. Первое их принципиальное различие — IPS имеет два тянущих соосных винта, у Zeus они толкающие; второе различие — объемы их производства несопоставимы (в пользу шведов), поэтому дальше скажем о новациях у IPS.
Постоянно модернизируя линейку IPS, в этом году компания на базе обновленного дизельного двигателя D6 выпустила новые агрегаты D6-IPS400, D6-IPS450, D6-IPS500, D6-IPS600, D6-IPS650 с мощностным диапазоном 300−480 л. с. Помимо увеличившейся мощности, двигатели получили обновленную систему смазки, новый коленвал и поршни.
Что касается трансмиссии/колонок, то в целях повышения надежности и долговечности конструкции усилены ключевые узлы, валы и подшипники, стал доступен мониторинг качества масла и существенно упростилось обслуживание колонки. Новый масляный фильтр расположен внутри корпуса судна, и можно масло менять только раз в два года. Датчики, измеряющие перепад давления масла в фильтрах, заранее определяют степень их засорения, а во время процедуры замены масла (занимает не более 15 мин) лодка теперь может оставаться на плаву.
Системы IPS с днищевыми колонками можно применять на лодках длиной от 30 до 110 футов. Требуется минимум два модуля, но известны проекты яхт, где стоят три и даже четыре такие установки (Quad). Крупнейшей (пока) яхтой с установками IPS является Unique (Amer Yachts, 110 футов). Судно водоизмещением 102 т с четырьмя IPS1200 (900 л. с.) развивает свыше 30 узлов, а на крейсерской скорости 25 узлов общий расход топлива составляет 502 л/ч.
Самой мощной установкой (снова пока) является D13-IPS1350 (1000 л. с.), и яхт с ними уже немало. Минувшим сентябрем у причалов выставки в Каннах можно было увидеть «тройные» D13-IPS1350 на Azimut 78 Fly, Azimut S8, Extra 86 Fast (ISA, Palumbo Superyachts); у всех скорость выше 30 узлов, как и у модели BeachClub 660 (Van der Valk), где преду-смотрена спаренная установка.
Кстати, Volvo Penta уже представила гибридную концепцию для IPS, где между дизелем и колонкой стоит электродвигатель, питаемый литиево-ионными аккумуляторами. При выключенной муфте работает только электричество, а при включенной можно использовать дизель (двигатели объемом 8−13 л) и электричество параллельно. Натурные испытания этой системы планировали на начало 2020 года. Предполагается, что система будет доступна в коммерческом сегменте в 2021 году, после чего появится версия для прогулочных судов.
Extra 86 Fast во время церемонии спуска яхты на воду
Extra 86 Fast на ходу
Не стану разубеждать скептиков относительно привлекательных качеств IPS: экономичности, маневренности, повышенной динамики, пониженного шума и вибрации (как минимум, в сравнении с вальным приводом), широкого мощностного диапазона (300−1000 л. с.). Признаю, что при наезде на серьезное препятствие подводная часть системы отрывается (без нарушения герметичности корпуса) и безвозвратно теряется. Но также замечу, что, по данным Volvo Penta, на сегодня выпущено более 25 000 установок IPS, и популяция их продолжает расти.
Saildrive Electro. Днищевые колонки для парусных яхт как привод от двухтактных бензиновых двигателей появились еще в конце 1970-х годов. А Saildrive Electro — электрическая днищевая колонка — одна из последних разработок Volvo Penta, показанная осенью в Каннах. Ее презентацию провели на 40-футовом парусном катамаране Fountaine Pajot. Литиево-ионные батареи (2×20 кВт∙ч) приводили в действие электродвигатели (2×15 кВт), которые, в свою очередь, вращали винты Saildrive.
В зависимости от состояния моря система обеспечивает запас хода до 25 миль на скорости 6 узлов; при максимуме 8 узлов цикл составляет 1 час. Более типичный сценарий — использование электрического привода Saildrive для маневрирования в марине при заходе-выходе. По сравнению с аналогичным дизельным двигателем здесь достигается большая мощность и крутящий момент на низких скоростях. Привод управляется EVC2 — системой с новым интерфейсом, который «заведует» навигацией и контролем заряда аккумулятора с выводом на монитор Glass Cockpit System. Бортовые бытовые системы, включая кондиционер, могут питаться от аккумуляторов в течение 12 часов в тишине.
Главные преимущества Saildrive Electro — экономичность и бесшумная работа
Но теме электродвижения и гибридных судовых пропульсивных систем, которые становятся все более востребованными в мире, по-видимому, следует посвятить отдельную статью.
Транцевые колонки
Впервые серийный образец трансмиссии этого типа, названный Aquamatic Drive, представила Volvo Penta в 1959 году на выставке в Нью-Йорке. Потом появился образец от MerCruiser, показанный в 1961 году в Чикаго. А в 1982 году колонки Aquamatic получили соосные разнонаправленные винты Duoprop. Что касается наших дней, то транцевые колонки выпускают и другие производители, однако новшествами могут похвастаться преимущественно шведы.
DPI. Эта модель колонки, предназначенная для работы с дизельными двигателями D4 (150−320 л. с.) и D6 (340−440 л. с.), получила новую гидравлическую муфту сцепления, обеспечивающую бесшумное и плавное включение, электронное рулевое управление даже для одиночного двигателя, что обеспечило более высокую маневренность лодки на предельно малых скоростях (троллинг), более четкое функционирование джойстика и интеграцию динамической системы позиционирования. Также были внедрены дополнительные датчики диагностики и мониторинга работоспособности системы, что позволяет говорить о более продолжительных периодах между ТО и увеличении срока службы привода.
Forward Drive (FWD). Эта транцевая колонка с соосными тянущими винтами появилась раньше DPI. Гребные винты FWD находятся под днищем и смещены относительно винтов колонок DPH и DPS почти на 700 мм в нос, ближе к центру тяжести корпуса. При незначительной потере скорости это дает заметное повышение маневренности, а вместе с большим углом откидки формирует контролируемую волновую систему, дающую возможность любителям вейкбординга и вейксерфинга использовать обычный катер. В сочетании с дополнительными устройствами (в частности, балластной цистерной) это позволит профессиональным спортсменам добиваться более высоких результатов. Колонки FWD могут сопрягаться с бензиновыми двигателями V6 (240/280 л. с.) и V8 (300−430 л. с.).
Поворотно-угловая транцевая колонка Volvo Penta DPI — высокий крутящий момент при низких оборотах и быстрое ускорение при умеренном расходе топлива
Помимо спорта, колонки Forward Drive имеют широкий спектр применения на катерах различного назначения
Hydropod Итальянская компания AS Labruna разработала HydroPOD — гидравлический привод, который может работать как обычная транцевая колонка или с полупогруженным винтом, вращаемым гидромотором. Посредством группы гидроцилиндров привод может вращаться на 360°, подниматься или опускаться, а также менять угол, регулируя дифферент судна. Передаваемая на винт мощность ограничена 500 л. с. (крутящий момент до 2500 Н.м). Особенностью этой трансмиссии является большой крутящий момент при низких оборотах винта, что полезно на стадии разгона судна при выходе на глиссирование.
Пропульсивные системы/трансмиссии современных яхт
Прямая валолиния (L-Drive)
Наиболее традиционный тип трансмиссии, используемой в настоящее время. Включает гребной вал, присоединенный к фланцу двигателя (чаще через редуктор), проходящий через днище судна и кронштейн на корпусе. Ускоренный поток, создаваемый винтом, обтекает руль, повышая подъемную силу на нем. Дает минимальные потери мощности двигателя, хотя при существенном наклоне вала (для лодок небольшой длины) часть полезного упора винта теряется.
Валолиния с угловой передачей (V-Drive)
Двигатель расположен в корме; его выходной фланец (и редуктор) обращены в нос; связанный с ним промежуточный вал через угловую передачу передает крутящий момент уже на гребной вал, который проходит через днище. Такая трансмиссия позволяет высвободить полезный объем в корпусе и при установке двигателя под определенным углом снизить угол наклона гребного вала.
Водомет (Jet Drive)
Этот тип трансмиссии довольно распространен сегодня, в первую очередь по причине малой осадки судна, защищенности гребного винта (импеллера, рабочего колеса) и безопасности купающихся рядом с бортом. Для водометного судна задний ход реализуется не реверсом двигателя (редуктора нет), но, к примеру, заслонкой, опускающейся на сопло водомета и меняющей вектор тяги. Водометы более эффективны на быстроходных судах, поскольку КПД такой установки повышается с ростом скорости.
Гребные валы с полупогруженными винтами (Surface Drive)
Особенность этой трансмиссии в том, что гребные валы расположены за транцем. Управление курсом судна, как и дифферентом, осуществляется при помощи смещения вала посредством тяг/гидроцилиндров. Эффективна на высоких скоростях, но требует особой профилировки лопастей гребного винта и системы управления положением вала.
Транцевые колонки (Z-drive)
Иначе их называют поворотно-угловыми. Тип трансмиссии, у которой передача мощности (крутящего момента) от двигателя происходит посредством вала через транец судна на закрепленное там устройство с системой своих валов — наподобие подвесного мотора. Нижний горизонтальный вал вращает гребной винт. Колонка, также служащая для управления лодкой, имеет ограниченный угол откидки.
Днищевые колонки (Pod drive)
В эту группу попадают системы, имеющие характер не столько трансмиссий, сколько полноценных пропульсивных систем, объединяющих двигатели в широком мощностном диапазоне, движители (гребные винты) и связанные с ними узлы и агрегаты. Общим признаком является расположение системы под днищем судна, работающей как на создание упора, так и заменяющей собой руль.