Печать

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
1 час 1 день 1 неделя 1 месяц Навсегда

[DED]

Возникла очередная задумка сделать оригинальный водный буксировщик.
У внука есть есть Обычный буксировщик "Дельфин". Ребенка весом около 15-20кг он еще как-то тянет, но для тинейджера и старше уже слабоват.
В нем стоит коллекторный движек на 30-40Вт, и гелевый аккумулятор 12В / 4,5Ач - в общем игрушка.
Обычно все буксировщики строят по единой идеологии - с большим винтом, работающим на небольших оборотах, и несменным перезаряжаемым аккумулятором.
Во "взрослых" вариантах стоят движки на 300-500Вт и лититевые аккумуляторы. Они уже могут тянуть пловца со скоростью около
5км/час.

Хотел уж было себе купить такой готовый для пляжной развлекухи, но невовремя подумалось, зачем такой большой винт (габариты), и нельзя ли сделать быстро съемный комплект аккумуляторов, чтобы не заморачиваться на пляже с их зарядкой?
Меня не интересует ныряние глубже 3-5м и дальние заплывы, а для пляжной развлекухи вполне достаточен легкий и компактный вариант.
И главное, в запасах на полках лежит несколько авиамодельных бесколлекторников разной мощности, и десяток новых аккумуляторных "котлет" 4S.

Сразу задумался о построении импеллерного движка на базе модельного безколлекторника мощностью около 500Вт.
Пришлось читать теорию и изучать реально существующие конструкции.
Очень полезным оказался опыт одного американского умельца.
ROV Thrusters - Part 3 - Testing Props
ROV Thrusters - Part 4
ROV Hull Components - Part 2
Главное, что он подтвердил, это возможность работы бесколлекторника в открытой воде. При этом тому даже комфортнее - получается идеальный отвод тепла от обмоток проточной водой. 

Дальше началось самое интересное. Стал экспериментировать с различными винтами и оборотами в воде.
Изначально казалось - чем больше обороты, тем лучше тяга. Движек 300-500Вт за доли секунды набирает максимальные обороты винта.
Все хорошо, пока обороты не выходят на какое-то определенное значение. Причем, каждый раз это значение может варироваться в некоторых пределах в зависимости от температуры воды и ее загазованности.
И начиная с этого злополучного значения происходит срыв потока, и сброс тяги почти до нуля. Кавитация однако!
Вода закипает, и движек делает газированную воду вместо того, чтобы тянуть вперед.
Это происходит (грубо и примерно) из-за возникновения больших локальных перепадов давления в районе винта, и создания условий образования пузырьков растворенного в воде газа.
В высокоскоростных импеллерных водометах стоят специальные многозаходные винты, с очень большим шагом. Такие винты исключают условия возникновения кавитации.
Подобрать или самостоятельно изготовить такой винт под свой движек просто нереально в домашних условиях.
Кроме того, в водометных движках делается минимальный зазор между крыльчаткой и водоводной трубой статора. Это повышает его КПД, но делает уязвимым к малейшим мелким камушкам и мусору, способным разрушить дорогой винт.

Поэтому в качестве рабочего варианта я решил использовать готовый дюралевый винт от больших лодочных моделей.
Диаметр винта 70мм. http://www.pilotage-rc.ru/Гребной-винт-D70x1-2-RC11964.html

Но чтобы раскрутить винт на бОльших оборотах, и одновременно перехитрить кавитацию, пришлось изобрести новый способ построения движка.
Может он и используется где-то, но я не встречал. Если кто читал про такое, дайте ссылку, плз.
Аналогия пришла из радиотехники. Сложно сделать однокаскадный усилитель с очень большим усилением, чтобы он не самовозбуждался. Проще сделать усилок, состоящий из нескольких каскадов.
Чтобы уменьшить перепады давления на винте (главное условие возникновения кавитации) я хочу сделать двух этапную раскрутку.
В общем водоводе стоят последовательно два мотора. Первый мотор создает первичное ускорение воды, а второй более мощный - окончательное. Это позволяет обоим движкам работать в менее кавитационно опасных режимах.
В качестве водовода полипропиленовая сантехническая труба 10см. Между первым и вторым винтом в ней пришлось делать дополнительные отверстия для подсоса воды.

Чуть позже выложу фото и видео опытного прототипа.
Сложно испытывать в городской ванне - при максимальной мощности движка вода буквально вылетает "за борт" ванны в доли секунды. Придется снимать на даче в надувном бассейне 4м.

Аккумуляторы (по паре котлет) удобно загерметизировать в пластиковые бутылки из под воды. Такая бутылка просто и быстро меняется прямо на пляже. Пристегивается на липучке. Два контакта для подсоединения к буксировщику сделаны в крышке. Бутылка с аккумуляторами имеет небольшую положительную плавучесть, чтоб случайно не утопить.
Схема регуляторов оборотов тоже в аналогичной герметичной бутылке.

Работа пока больше в поисково-теоретической стадии. Но явно может получится что-то занятное.

[DED]

Сегодня проявились первые недостатки конструкции.
Во-первых, даже на средних мощностях движек воет, как спортивный мотоцикл. Можно сразу забыть про романтическое плавание в тишине по вечернему водоему.
Во-вторых, на выходе водомета идет струя, как из пожарного шланга. Такой буксировщик не получится держать перед собой. Можно только ложиться на него грудью, направляя поток под себя. Главное, чтоб не сорвало плавки и их содержимое.
Обязательно на входе надо ставить защитные решетки. Что-то такое http://www.chipdip.ru/product/jl-120-sm7240e/ . Уж больно норовит засосать все, что плавает рядом.
Оба мотора в сумме потребляют ток в зависимости от оборотов от 2 до 15А. Это без выхода на предельные обороты.  Но на предельных оборотах все же начинается кавитация. Поэтому контроллеры заранее программируются на ограниченное максимальное значение газа. Модельные регуляторы для бесколлекторников легко позволяют это делать.
С двумя "котлетами"  4S по 5Ач это в пределах одного часа плавания. Потом надо сменить или зарядить комплект аккумуляторов.
Сейчас надо решить целый ряд технологических вопросов:
- как герметизировать и быстро менять батареи;
- как загерметизировать электронику, и отводить от нее тепло;
- как лучше и удобнее сделать ручку газа; ......  и пр.

Девайс явно не будет располагать к спокойному плаванию. Получается маленькая бешеная пиранья для пляжной развлекухи.
Собственно это и задумывалось.

[fhntv]

Обычно все буксировщики строят по единой идеологии - с большим винтом, работающим на небольших оборотах
Работа пока больше в поисково-теоретической стадии. Но явно может получится что-то занятное.

ничего занятного не получится. для начала надо освоить толику матчасти по кпд винта и буксировочному сопротивлению форм...

Добавлено 24 Июл 2014 в 13:01

Получается маленькая бешеная пиранья для пляжной развлекухи.

получится маленький переносной шейкер для взбивания воды и пива.
тяги он не даст. а струю даст. чтобы понять почему- читаем матчасть.

[DED]

К сожалению, у самого есть сомнения в конечном результате.
Пока пробовал с одним винтом в трубе, действительно начиная с каких-то оборотов происходил кавитационный срыв.
Много пены, тяги мало.
Но когда сделал подпор входного давления вторым движком, появилась надежда на удачную реализацию.
Увы, гидромеханику с наскока не освоишь. Попробую опытным путем, интуитивно.
Буду признателен за конструктивные поправки.

[fhntv]

К сожалению, у самого есть сомнения в конечном результате.
Пока пробовал с одним винтом в трубе, действительно начиная с каких-то оборотов происходил кавитационный срыв.
Много пены, тяги мало.
Но когда сделал подпор входного давления вторым движком, появилась надежда на удачную реализацию.
Увы, гидромеханику с наскока не освоишь.

эмм... коллега. тут дело в чем. проблема собственно не в кавитации. а в упоре винта.
кпд высокоскоростных винтовых установок малого диаметра  чуть более 50%... в том числе и водометных. все танцы с бубнами для поджатия струи , спрямления в спрямляющем аппарате, и прочее - сделано для того чтобы хоть как то ехало....
вам бы знаете полазить по форуму "катера и яхты" в разделах движители....
в любом случае с кавитацией вы ничего поделать не сможете.
винты малого диаметра могут давать большую скорость струи (пожарные помпы) но совершенно низкий упор. вас интересует упор (на струе пожарной помпы вы далеко не уедете)
упор дает именно максимально возможный большой винт на оптимально низких оборотах.
именно поэтому вся конструкторская мысль сосредоточена вокруг этих форм (большой винт ,низкие обороты) на буксировщиках вашей концепции.
другого пути в этом мире нет. это очень по дилетантски и вкратце я смог рассказать.
http://forum.katera.ru/index.php?/forum/152-sudovye-dvizhiteli/
почитайте ,полазайте, там подробно все много раз обсуждено и рассказано .
смысл еще раз в чем - допустим вы сделаете спрямляющий аппарат и импеллер (допустим, но поверьте это уже маленькое чудо само по себе ) но на выходе вы получите чудесную струю которая не будет никоим образом коррелировать с чудесным перемещением обладателя девайса. просто насос получится. я думаю у вас все же иные цели.
для сравнения - диаметр рабочего колеса (РК) водомета рассчитанного на утилизацию 80 л\с равняется 120 мм. это овощные гидроциклы сидячки или спортивные одноместные стоячки. упор крайне низкий - нормальная работа возможна только на подпоре воды -подпор гидродинамический - то есть на ходу. вы же хотите организовать статический подпор - это примерно тоже самое как мюнхгаузен себя за волосы из болота тащил....
осевые водометы работают только с гидродинамическим подпором на скоростях выше 20-30 км в час.

[DED]

fhntv, спасибо большое!
Про упор я вообще ничего не слышал, и наивно полагал, что пожарная струя может прекрасно толкать держателя шланга.
То, что вы вкратце  изложили в некоторых моментах я уже "поймал" на практике. Например, про гидродинамический подпор.
Когда я экспериментировал с одним движком в трубе в ванной, то обратил внимание на разные результаты (по тяге, токопотреблению, оборотам, кавитации) при резких подталкиваниях конструкции вперед и назад. Явно просился тот самый гидронапор на входе.
Поэтому и был установлен на входе дополнительный разгонный мотор. Струя действительно получилась несравненно мощнее, чем с одним мотором.
Но увы,  силу тяги я при этом не замерял. Может и зря радовался!
"На ощупь" труба явно рвалась из рук. Гораздо сильнее, чем имеющийся готовый буксировщик "Дельфин". Будет ли этого достаточно, чтобы достойно тянуть ребенка, тинейджера или взрослого, скоро узнаю экспериментально.
По-любому, я обязательно продолжу свои практические дилетантские экзерсисы.
 

[fhntv]

fhntv, спасибо большое!
Про упор я вообще ничего не слышал, и наивно полагал, что пожарная струя может прекрасно толкать держателя шланга.

может и толкать но недостаточно эффективно при потребляемой мощности.
наглядный опыт - представьте что у вас гребная лодка. и широкие весла(лопасти). вы гребете медленно - и плывете-упор максимальный,тяга тоже. а теперь представьте греблю одними палками без лопастей - упора ноль. они скользят по воде и вспенивают ее.  вы конечно можете двигать лодку таким способом -но только когда вода станет твердой чтобы обрести опору палкам. это или зима(лед) или скорость лодки. при 30 км в час - человек может скользит по воде голыми пятками как на лыжах. но фокус в том что лодку вы до таких скоростей палками не разгоните. скажется буксирное сопротивление формы лодки.
так и у вас получается. маленькие лопасти импеллера будут пенить воду а относительно большой пловец будет статично смотреть на все это... хотя без нагрузки и без пловца - знатная получится торпеда.  "шквал" -отдыхает  

[DED]

 fhntv, с веслами пример понятный.  Но, это если грести в обоих случаях с одинаковым ритмом.
А если сучить ручонками с веслом с маленькими лопастями, но в сто раз быстрее?
Несомненно, это будет более затратно и менее эффективно с точки зрения гидродинамики. Но ведь драйву от катания на такой пеновзбивалке по крайней мере у ребенка будет гораздо больше.
А для взрослого это можно позиционировать, как переносную джакузи для пляжа. При максимальных оборотах и срыве на кавитацию потребление тока резко падает, а на выходе идет просто обалденная пена. Вода вокруг буквально закипает.

А если серьезно, то примерно какая потребуется тяга подобного девайса для перемещения среднестатистического взрослого пловца со скоростью около 5км/час?
Примерно, на глазок. Вроде промышленные аппараты развивают усилие 10-15кг.

[fhntv]

fhntv, с веслами пример понятный.  Но, это если грести в обоих случаях с одинаковым ритмом.
А если сучить ручонками с веслом с маленькими лопастями, но в сто раз быстрее?

А если серьезно, то примерно какая потребуется тяга подобного девайса для перемещения среднестатистического взрослого пловца со скоростью около 5км/час?
Примерно, на глазок. Вроде промышленные аппараты развивают усилие 10-15кг.

если в сто раз быстрее - тогда будет примерно так.
На квадроцикле по воде
тяга на швартовых не есть  окончательная величина которая позволит понять сколько ее надо для достижения заданной скорости обьектом. и вот почему. тяга на швартовых (привязанный к пирсу мотор) есть статическая величина. на скорости возникает тот самый подпор инициируя либо увеличение скорости и снижение тяги  до достижения баланса между буксировочным сопротивлением лодки либо увеличения тяги и снижение скорости опять же до достижения баланса между качествами комплекта "винт-мотор" и "обводы лодки- буксировочная нагрузка".
просчитать все это тут дохлый номер - потому как человек в воде не является статичным - попой вильнул,ногу повернул, руку не так расположил, сопротивление возрастает нелинейно. грош цена теоретическим расчетам в этом направлении.
тягу очень примерно можно рассчитать практическим методом - безмен в руках , веревка в руки пловца и быстрым шагом (5 км в час) к берегу тянуть... но вы получите некую величину - и что дальше будете с ней делать ? 
допустим пять килограмм , и что ? вы хотите опытным путем довести тягу торпеды до 5 килограмм тоже ? допустим вы это сделали в статике, а в динамике когда она поплывет - у вас тяга упадет из за роста сопротивления обьекта буксирования - и что дальше ? нельзя думать что если на швартовых она дает 5 кг - то это значит что она будет давать и дальше 5 кг на любой скорости.

[DED]

fhntv, еще раз большое спасибо за полезные и доходчивые объяснения!
Буду как обычно действовать методом проб и ошибок. Сделаю первую интуитивную версию, и от нее начну плясать.
Для меня одинаково интересен и конечный результат, и сам поисковый процесс.

[TRO]

Меня тоже терзали желания собрать буксировщик. Поскольку мощность имеющихся на рынке буксировщиков меня совсем не радовала (в рамках моего бюджета) то я сначала хотел собрать буксировщик из электрического лодочного мотора купленного на тао, сейчас он эксплуатируется с надувной байдаркой (подробности тут: http://electrotransport.ru/ussr/index.php?topic=22920.msg455294#msg455294 ).
Однако сейчас ко мне едет вот такой аппарат: (фотка в спойлере)

Скрытый текст

Который куплен БУ по случааю с аукциона на ебей.
Пишут про 2-3 мили в час при тяге в 58 фунтов.
______________________________________________
Ну это я так, похвастался типа. А по существу, небольшие водометы вполне имеют право на жизнь. На малых скоростях КПД конечно будет хуже большекрылых братьев, но вес и габариты существенно меньше.
 
Видел недавно красивейший ролик (как найду вставлю) где девчонка в белом купальнике плавала под водой с двумя относительно небольшими движками на бедрах. Там было все на поясе типа на ремнях.

Что касается концепции двух моторов (подпирающего и выходного), то первый должен быть тяжелым, низкооборотистым и моментным с бОльшим винтом, а второй более быстрым с мелким винтом. Можно обойтись одинаковыми движками и винтами, но на первую ступень нужно ставить два впаралель(не последовательно) и юзать их с меньшими оборотами чем у выходного движка. А можно обойтись одним движком если ставить два винта один за другим с разным шагом и сужающимся промежутком между ними (подобие импеллера от водометов).

Однако необходимая мощность для увеличения скорости пловца под водой имеет кубическую зависимость, поэтому тут или ползать на экономично выгодных мелких мощностях до пулукиловата, или строить винтовые или водометные монстры типа сеабоб мощностью в 5-10квт для спотрта с выходом пузом на глиссаж и иллюзией полета под водой. Средние варианты ~ от 0,5 до 4 квт считаю неоправданной тратой денег (скорость для жести еще не дают, а цена, вес и сложность растет капитально).

[fhntv]

fhntv, еще раз большое спасибо за полезные и доходчивые объяснения!
Буду как обычно действовать методом проб и ошибок. Сделаю первую интуитивную версию, и от нее начну плясать.
Для меня одинаково интересен и конечный результат, и сам поисковый процесс.

да не за что - но мне кажется метод проб и ошибок был характерен в доинформационную эпоху.
миллионы людей прошли вашим путем ранее - их опыт вы можете лицезреть и использовать. зачем на это тратить свое время ? все уже доказано до нас (с)
вот ссылка - я мельком почитал - Модель RS2 при 300W моторе и 8,6кг веса обеспечивает скорость порядка 6 км/час http://www.qsub.ru/?d=catalog&CId=55
Добавлено 24 Июл 2014 в 18:11

Что касается концепции двух моторов (подпирающего и выходного)

эта концепция в корне есть суть утопия.
если на тепловых газотурбинных двигателях это работает из за сжимаемости сред и особенностей теплового цикла - то в среде несжимаемых жидкостей -это просто неуд автоматом в зачетку

[DED]

И все-таки я бы не спешил ставить неуд двух моторному варианту.   
Абсолютно верное замечание насчет абсурдности использования последовательной структуры в условиях несжимаемой среды.
Но это только в случае, если в разгонной трубе есть только один вход и один выход. Сколько моторов ни ставь, скорость потока на входе всегда будет равна скорости потока на выходе. Просто общая мощность движков будет делиться между ними.
Но у меня сейчас между моторами в стенках трубы сделаны дополнительные подсасывающие отверстия.
Через них идет дополнительный подсос воды второго более производительного мотора.

Работоспособность предложенной концепции подтверждает простой эксперимент.
Вначале включается лишь один выходной мотор. Раскручивается до оборотов начала кавитационных срывов. Движек начинает периодически дергаться, теряя тягу.
Дополнительно включается входной мотор. Тут же кавитационные рывки пропадают, выходной мотор начинает набирать обороты, общая тяга движка усиливается и становится стабильной.
После этого еще можно прибавить обороты обоих моторов до начала следующего кавитационного цикла. В итоге, получается безкавитационная отдача на значительно больших оборотах тягового двигателя. За счет бОльших оборотов достигается тяга, которую не может дать обычный винт.

[DED]

Видел недавно красивейший ролик (как найду вставлю) где девчонка в белом купальнике плавала под водой с двумя относительно небольшими движками на бедрах. Там было все на поясе типа на ремнях.


TRO, может попробуете вспомнить, где попадался этот ролик? Очень хотелось бы посмотреть.

[fhntv]

И все-таки я бы не спешил ставить неуд двух моторному варианту.
Но у меня сейчас между моторами в стенках трубы сделаны дополнительные подсасывающие отверстия.
 достигается тяга, которую не может дать обычный винт.

однако....
скорость потока на входе равна скорости на выходе - это факт. при условии раструба на входе (отверстия не работают ибо среда несжимаемая - на скорости эквивалентна твердому телу - эжекторного подхвата нет как в газовоздушных средах) при условии раструба на входе - получаем большую скорость струи на выходе -и только -ибо струя выбрасываемая в воду тормозится водной средой же. и именно поэтому водометы выбрасывают струю в воздух. над водой. только так можно реализовать преимущество в импульсе. но вам под водой - это не вариант
вообще стоит признать что: водометы под водой никогда не используются в принципе в силу многих причин - а если вы визуально видите в буксировщике кольцевое ограждение гребного винта - это не водомет несмотря на схожесть - это гребной винт в кольцевой защите.
водометы на надводных судах используются в крайне ограниченном спектре задач - привнося в жертву кпд - там где надо ехать по мелководью,там где нужна травмобезопасность, и в общем то -все. под водой - никогда не используются разве что кроме самых узких и специфических задач.

поджатие струи (для устранения кавитации) в водометах осуществляеться либо аппаратно (спрямляющий аппарат за счет диффузора) либо за счет профиля лопаток РК. два концептуальных варианта - каждый для своих задач.
кстати подумайте о спрямляющем аппарате с поджимающим диффузором - не хилая энергия крыльчатки тратиться на то чтобы закрутить водный поток который затем веером за счет центробежной силы расходится за соплом не поддерживая вектор тяги. это очень существенная величина.
никогда не получится сделать так чтобы водомет под водой ! давал тягу большую чем обычный винт. никто и никогда не сделает так. примите как факт. то что вас движет иллюзорная надежда сделать наоборот - это только исключительно из за того что вы не прочитали матчасть по ссылке. тысячи экспериментов ваших предшественников доказали это и сформулировали теорию водометов и гребных винтов.

[BSW_rama]

как я понял для таких движков нужен пропелер диаметром 1-2 см. на большее у них тупо ркутящего не хватит.

[TRO]

TRO, может попробуете вспомнить, где попадался этот ролик? Очень хотелось бы посмотреть.

Та че там вспоминать, ролик слишком изветсный, ищется на раз два. www.youtube.com/watch?v=ucivXRBrP_0

[DED]

Коллеги, спасибо за видео и поправки. Не было времени ответить сразу - весь день был посвящен натурным экспериментам за городом в бассейне.
По-уму надо было бы выложить подробный фото и видео отчет о проделанном, но пришлось ковыряться в одиночку и не было возможности снимать происходящее.
Вначале решил сделать что-то наподобие  стенда. Электронику разместил "на берегу", а моторную часть на длинных проводах опустил в воду. Это была непростительнейшая ошибка для электронщика со стажем.
НЕЛЬЗЯ мощные модельные бесколлекторные моторы вешать на длинные провода!!!
По ним не только идут силовые ШИМ импульсы к мотору, но и в обратном направлении  контроллером считываются наведенные импульсы с обмоток. При длинных проводах начинаются ложные наводки и контроллер начинает криво управлять силовыми ключами. Начинаются бешенные токи, превышающие ключевые пороги, которые могут все выжечь. Именно такое произошло у меня в самом начале работ. Полыхнуло конкретно, еле потушил. На фото видно, как выжгло ключи на 75А!
Пришлось отказаться от затеи со стендом, и дальнейшие работы проводились прямо в воде, держа в руках все части. Поэтому в одиночку о фотосъемке пришлось забыть. Попробую завтра пофоткать, когда на дачу подъедет зять.
Пробовались разные движки в разных режимах. На фото лишь часть проверенных моторов.
Сразу о первом выводе экспериментов. Модельные бесколлекторники прекрасно работают в открытой воде. Для пресной воды их даже не имеет смысл дополнительно покрывать лаком или компаундом. Для моря  обмотки надо обязательно залачить.

Далее сравнил отдачу разных моторов с одним и тем же винтом.
Тут все можно подитожить одним тезисом - сколько электро мощи вдуваешь, столько тяги и получаешь. Пока не превысишь обороты начала кавитации. То есть, работать не на высоких оборотах.
При этом отдача (КПД) выше у движков с минимальным значением PRM. Желательно не более 600-800.

К сожалению, ожидаемой тяги (о чем мечталось) с парой последовательных моторов сходу не получилось (о чем предупреждал уважаемый fhntv). Тяга, не выше  буксировщика "Дельфин".
Гораздо лучший результат проглядывается при работе пары движков рядом.  С обычными гребными винтами небольшего диаметра.
Например, стандартных из "Пилотажа" на 70мм.
Получается вариант, как на видео с девушкой в белом купальнике. Только моторчики гораздо меньше по габаритам.

То есть, сейчас вырисовывается концепция двух- трех моторного варианта буксировщика  с модельными движками. С плавной регулировкой оборотов для максимального приближения к предельным докавитационным оборотам.
Движки могут стоять в ряд вплотную друг к другу. Винты 70мм в защитных ободах, и сетками с двух сторон.
Бюджет примерно таков. Один движек с контроллером управления около 100баксов. Три аккумулятора 4S (16V) 5Ah  тоже около 100 баксов. Винты по 750р штука.
На круг трехмоторный вариант в пол штуки баксов обойдется.
Но общий вес всего 2,5кг, и габариты не более толстой книжки.