Глава IV
ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ МОДЕЛЕЙ СУДОВ
На моделях судов устанавливаются самые разнообразные двигатели: бывают модели, приводимые в движение с помощью паровых машин, турбин, двигателей внутреннего сгорания, пульсирующих воздушно-реактивных двигателей. Но это все довольно сложные механизмы. На простейших моделях применяются пружинные и резиновые двигатели. Таких механизмов не встретишь на настоящих судах; это двигатели, предназначенные только для моделей.
РЕЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Для изготовления резинового двигателя используют резиновые нити сечением 1X1 мм, 1X2 мм, 1X4 мм или 2X2 мм, применяемые в авиамоделизме. Если нельзя достать такой резины, то можно использовать кусок велосипедной или тонкой мотоциклетной камеры, вырезав из нее ленту шириною 3—4 мм.
Выбор резинового двигателя — его длина и количество лент или нитей — зависит от длины и веса модели судна. Чем больше модель тем мощнее должен быть двигатель, устанавливаемый на ней. Чем больше будет использовано резины для двигателя, тем он убедительнее.
В зависимости от размеров модели судна и базы для резинового двигателя его длина может быть любой, практически в пределах от 0,5 до 1,2 м. Крутящий момент и максимальное количество оборотов резинового двигателя в зависимости от разных сечений и длины приведены в таблице. Таблица составлена по данным Г. В. Миклашевского.
Крутящий момент и наибольшее число оборотов двигателя в зависимости
от сечения и длины мотка резины
Сечение мотка резины в см2
Крутящий момент
в кг/см |
0,16
|
0,20
|
0,24
|
0,32
|
0,40
|
0,48
|
0,56
|
0,64
|
0.72
|
0,80
|
Длина мотка в м.
|
0,063
|
0,076
|
0,10
|
0,154
|
0,215
|
0,283
|
0,356
|
0,433
|
0,518
|
оде
|
Наибольшее число оборотов резинового двигателя
|
||||||||||
0.5
|
518
|
464
|
423
|
366
|
333
|
300
|
275
|
259
|
245
|
232
|
0.6
|
622
|
557
|
508
|
438
|
400
|
360
|
330
|
310
|
293
|
277
|
0.7
|
725
|
651
|
593
|
512
|
465
|
420
|
385
|
363
|
342
|
325
|
0.8
|
828
|
743
|
678
|
586
|
532
|
480
|
440
|
415
|
392
|
372
|
0.9
|
932
|
836
|
762
|
658
|
600
|
540
|
495
|
466
|
440
|
418
|
1.0
|
1035
|
930
|
846
|
733
|
665
|
600
|
555
|
518
|
488
|
464
|
1.1
|
1140
|
1030
|
932
|
806
|
729
|
660
|
605
|
570
|
537
|
500
|
1.2
|
1240
|
1122
|
1015
|
882
|
795
|
720
|
660
|
622
|
586
|
545
|
Данные в этой таблице подсчитаны по следующим формулам;
где М — крутящий момент резинового двигателя в кг/см;
n — число оборотов резинового двигателя;
l — длина нерастянутого мотка резины;
s — площадь сечения всех нитей в см.
Когда определены размеры резинового двигателя — длина и сечение мотка, — подобрана резина, можно приступить к изготовлению двигателя. Делается это следующим образом: на доске вбивается два гвоздя, расстояние между которыми должно быть равным длине будущего резинового двигателя. Резиновую нить или ленту раскладывают ровно, без натяжения и закручивания. Концы нити связываются «прямым узлом». Для того чтобы моток резины можно было надеть на крючок и присоединить к гребному валу, на конце мотка резины следует сделать ушки. Растянув резину на участке, где она огибает гвоздь, в два-три раза, то-есть на 5—6 см, обматывают этот участок изоляционной лентой и затем делают ушки. Закрепить ушко можно плотной лентой и прошить ее так, как показано на рисунке 56.
Кратковременность действия резинового двигателя заставила моделистов искать путей для увеличения продолжительности его работы. С другой стороны, судомоделисты, не ограниченные весом резиномотора, как авиамоделисты, стремились увеличить мощность резинового двигателя и поставить на модель не один моток резины, а два. Для этой цели стал» широко применять зубчатые передачи. На рисунке 57 приведены две схемы резинового двигателя с шестеренками. На первой схеме (2) мощность двух резиновых двигателей передается на два вала, на которые насажены шестерни. В данной конструкции шестеренки не изменяют число оборотов гребных винтов.
На второй схеме (3) используются, так же как и в первом случае, два резиновых двигателя, но добавляется еще одна шестеренка, которая насажена на гребной вал и передает энергию резиновых двигателей гребным винтам. Если число зубцов на этой шестеренке будет вдвое больше, чем на основных шестеренках (каждой в отдельности), то гребной вал будет вращаться в два раза медленнее; это улучшит ходовые качества модели.
Для того чтобы передать энергию резиновых двигателей под углом, — это бывает необходимо в тех случаях, когда резиновые мотки расположены высоко — можно применить в качестве гибкою вала спиральные пружинки.
Когда резиновый двигатель сделан и опробован, его следует снять, резиновые нити пересыпать тальком, уложить в стеклянную банку из темного стекла и хранить там до запуска модели.
Перед установкой резинового двигателя с него нужно удалить тальк, положить резину на час в теплую мыльную воду, обтереть и затем для предохранения резины от пересыхания смазать жгут смесью: зеленого мыла — 2 части и глицерина — I часть.
Так как резина быстро изнашивается, заводить двигатель нужно перед самым запуском модели. От многократных заводов энергия резины уменьшается на 20—25 процентов. Заводить резиновые двигатели нужно с помощью механических дрелей (рис. 58). Это сокращает время завода в пять-шесть раз и, что особенно важно, сокращает на тот же срок пребывание резины в напряженном состоянии.
Не следует на продолжительный срок оставлять резиновый двигатель в закрученном состоянии,
КОМПРЕССИОННЫЕ- ДВИГАТЕЛИ
Наша промышленность изготовляет двигатели внутреннего сгорания, специально предназначенные для моделей самолетов и судов. Двигатели имеют небольшой вес и размеры, но обладают большой мощностью. Компрессионные двигатели" находят широкое применение как на летающих моделях, так и на различных моделях кораблей.
Компрессионный двигатель «К-16» получил большее распространение в авиамоделизме. В настоящее время выпускаются двигатели, предназначенные специально для установки на моделях судов. Вместо воздушного винта на ось двигателя насажен маховик, имеющий канавку, двигатель имеет водяное охлаждение цилиндра. Горючая смесь самовоспламеняется в результате сжатия — компрессии; отсюда и произошло название двигателя «ЛК-16»; цифра «16» указывает на диаметр цилиндра в миллиметрах. Двигатель прост и надежен в работе.
Продольный разрез серийного компрессионного двигателя «К-16» изображен на рисунке 59.
Основные детали двигателя «К-16» следующие:
Цилиндр (1) выполнен из высококачественной, износоустойчивой стали ШХ-15. Для воздушного охлаждения на цилиндре имеются ребра, что обеспечивает бесперебойную работу двигателя в течение нескольких минут.
Поршень (2) соединен при помощи поршневого пальца (3) с шатуном (4), который надет на коленчатый вал (5), контрпоршень (6) представляет собой как днище цилиндра с помощью зажимного винта (7) может перемещаться, в результате чего объем камеры сгорания либо увеличивается, либо уменьшается, то-есть может изменяться величина сжатия, которая для двигателя «аК-16» лежит в пределах от 12 до
20. Зажимным винтом регулируют степень сжатия в зависимости от вида топлива и температуры воспламенения смеси.
Картер (8) полая отливка; внутри нее находится коленчатый вал. К картеру крепится топливный бачок (9) н карбюратор (Ш), где происходит приготовление рабочей смеси. На вал двигателя насажен маховик (И), имеющий канавку для заводки. Обладая большой мощностью, этот двигатель обеспечивает крупным моделям, длиною более 1,5 л, высокие ходовые качества.
Другой более мощный компрессионный двигатель, применяемый для моделей судов, "Б-51" построен и всесторонне испытан в Центральной морской модельной лаборатории ДОСААФ (конструктор С. А. Башкин).
Продольный разрез компрессионного двигателя «Б-51» приведен на рисунке 60.
По сравнению с двигателем «>К-16» конструкция существенно упрощена. Верхняя часть картера сделана отъемной и является как бы рубашкой цилиндра. Здесь имеется перепускной клапан и отверстия для двух выхлопных и одного всасывающего патрубков круглого сечения; с помощью надетой на выхлопной патрубок резиновой трубки отводятся выхлопные газы.
Цилиндр сделан в виде гильзы с утолщенным пояском в средней части; на фланце крепится рубашка водяного охлаждения. Карбюратор примерно такой же, как и «а двигателе «К-16». Для выравнивания крутящего момента на вал двигателя насажен маховик с канавкой для шнурка.
В целях предохранения от ржавчины компрессионный двигатель должен быть всегда смазан техническим вазелином. Перед запуском двигатель нужно очистить от масла тряпкой смоченной в керосине или бензине.
В качестве топлива для компрессионных двигателей применяется смесь керосина, бензина и масла МК в равных количествах. Смесь тщательно перемешивается и заливается в бак при закрытом положении иглы карбюратора. Затем отпускают винт контрпоршня и поворачивают иглу карбюратора на 2—3 оборота. Топливо в этом случае капает да карбюратора. Запуск двигателя производится небольшим шнурком.
После первых оборотов, когда смесь начнет поступать в цилиндр и выхлоп будет отрывистым и звонким, поджимают винт контр поршня. Если же выхлоп будет глухим и слабым, то винт контрпоршня нужно отвернуть. В этом случае из-за большой степени! сжатия вспышка наступает преждевременно. Рабочее положение контр поршня будет определяться, когда звонкий выхлоп переходит в глухой. После этого можно запускать двигатель, он заводится с двух-трех раз. Увеличение сжатия приводит к увеличению числа оборотов, и, наоборот, уменьшение сжатия ведет к снижению числа оборотов.
Большая мощность компрессионных двигателей «К-16» и «Б-51» требует тщательной и надежной их установки и крепления во избежание поломки валов и всей модели.
Двигатели «К-16» и «Б-51» могут устанавливаться на любых моделях судов, обеспечивая им рекордные скорости. Для передачи энергии компрессионных двигателей на гребные валы модели судна применяются зубчатые передачи. Устройство редуктора для компрессионных двигателей приведено на рисунке 62. Если трудно достать шестерни подходящих размеров, то нх необходимо сделать в механической мастерской, где имеется соответствующее оборудование. Детали редуктора показаны на рисунках 63, 64, 65.
Кроме компрессионных двигателей, в продаже имеются пульсирующие* воздушно-реактивные двигатели «РАМ-1» конструкции М. Васильченко и С. Башкина.
Зажигание от электросвечи, пусковой катушки и аккумулятора.
Схема и общий вид пульсирующего воздушно-реактивного двигателя приведены ниже. Корпус двигателя изготовлен из огнеупорной, нержавеющей стали толщиною 0,2 мм, головка — из дюралюминия, клапан — из специальной стали.
Конструкция «РАМ-1» проста, количество деталей невелико.
Головка имеет удобоотражаемую форму. Она состоит из корпуса, в передней части которого находится диффузорная часть жиклера, и проходных каналов. Клапан устроен так, что каждый лепесток плотно закрывает одно проходное отверстие. Вся головка заключена в капот. Задняя часть головки имеет наружную резьбу, которая ввинчивается в корпус камеры сгорания.
Трубка двигателя состоит из трех частей: камеры сгорания, реактивного сопла и выхлопной трубы. Все части соединены точечной сваркой.
Топливо в двигатель поступает в виде смеси паров бензина с воздухом. Первичное воспламенение в камере сгорания происходит от запальной свечи. Разрежение, создаваемое при движении воздуха в узкой части диффузора, приводит - к тому, что топливо самостоятельно поднимается из бачка по трубопроводу к жиклерным отверстиям; выходя из них, топливо смешивается с воздухом. Нужно следить за тем, чтобы топливо в бачке не было выше жиклерных отверстий. Соединение бачка с жиклером осуществляется с помощью резиновой трубки.
Электрозажигание присоединяется к двигателю хорошо изолированными проводами длиною не менее 300 мм. Провода должны иметь наконечники. Работа реактивного двигателя сопровождается сильным звуком и большим выделением тепла от выхлопных газов и от наружных стенок самого корпуса, - который накаляется докрасна. Поэтому этот двигатель нельзя устанавливать в корпусе модели судна. «РАА1-1» может быть использован для скоростных моделей судов и должен устанавливаться на палубе модели.
При запуске реактивного двигателя необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
1. Вблизи не должны находиться легко воспламеняющиеся предметы.
2. На месте старта должны быть огнетушитель, ведро с песком.
3. Двигатель и Бачок должны надежно крепиться к модели судна,
Во время работы двигателя категорически запрещается доливать в бачок горючее. Количество горючего в бачке должно быть не более 100—150 см.
На палубу модели под корпус трубы двигателя нужно положить лист асбеста или жести, особенно это необходимо сделать на деревянных моделях.
Красное или оранжевое пламя означает, что топлива поступает слишком много; нужно понизить уровень горючего. Наоборот, если пламени нет и выхлопы резкие и звонкие, смеси недостаточно, надо повысить - уровень топлива.
Остановка двигателя производится прекращением подачи горючего, можно остановить двигатель путем прекращения доступа воздуха, но в этом случае возможно воспламенение горючего в диффузоре
ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА «ТК-1»
Помимо описанных двигателей внутреннего сгорания, для моделей судов применяются паровые машины и турбины. Удачная паровая турбинная установка «ТК-1» конструкции инженера Э. Э, Клосса разработана Центральной модельной лабораторией ДОСААФ
В упрощенном варианте этот силовой агрегат может быть построен юными кораблестроителями и с успехом применен для установки на моделях судов длиною до 2 м.
Постройка и сборка турбины. Статором турбины может служить железная банка диаметром 62—64 мм с крышкой.Левая половинка статора (1) размечается так, как показано на рисунке 68: отверстия для сопел делаются овальной формы, диаметром 10 мм. В правой половине высверливается отверстие диаметром 3—3,5 мм.
Ротор (3) и лопатки (А) вырезаются из миллиметровой латуни. Вырезав полоску шириною 3 мм и сделав риску на расстоянии 5 мм от края, надо выгнуть лопатку круглогубцами, у которых диаметр конца губок 4 мм; загнутый конец обрезать по риске. Затем следует опилить лопатку личным нагатльшиком или надфилем так, чтобы не было заусениц. Таких лопаток нужно сделать 64. Обод ротора (5) и бандаж (6) представляют собой полоски шириною 4 мм, вырезанные из латуни или жести толщиною 0,25 мм (см. рис. 69).
Вал ротора (7) делается из гвоздя диаметром 3 мм, по центру сверлится отверстие, куда вставляется часовая трубка
Сопла (8) — 3 штуки — изготавливаются из медной или латунной трубки диаметром примерно 3 мм. Концы сопел сплющиваются. Для того чтобы образовать щель нужного размера, в расплющенную трубку следует вставить кусочек безопасной бритвы, после чего плотно околотить конец сопла. Отрезав 25 мм трубки, делают следующее сопло. Длина сопел определяется, когда они будут впаяны в статор.
Паропровод (9) выгибается согласно рисунку из медной или латунной трубки наружным диаметром 3—4 мм. Прежде чем приступить к гибке, нужно сделать шаблон. Трубку следует набить песком и в местах изгиба нагреть докрасна. Точная подгонка и пропиливание отверстий в паропроводе делаются, когда сопла окончательно впаяны в статор.
Корпус редуктора (10) представляет собой обойму, сделанную из миллиметровой латуни или мягкой стали. Отверстия нужно сверлить одновременно в обеих стенках корпуса редуктора, стараясь их не перекосить. Спаять редуктор следует после установки шестеренок.
Шестеренки (11) для редуктора (2 штуки) могут быть подобраны от механизма старых часов, из набора конструктора. Число зубцов должно быть одинаковым. В качестве малой ведущей шестерни подойдет часовая трубка (12) от будильника. Модуль шестеренок и трубки должен быть одинаковым. Это значит, что толщина зуба шестеренки должна соответствовать — выть равной — расстоянию между зубцами трубки. Передаточное число рекомендуется 7—10, то-есть если число зубцов трубки 6, то число зубцов шесгершок должно быть 42—60. Корпус редуктора рекомендуется делать после того» как подобраны шестеренки.
На обе половинки статора напаиваются две обоймы (14). В обоймы туго входят подшипники (13, рис. 67); их потребуется два. Если не удастся достать шариковые подшипники, то можно сделать простые из медной проволоки диаметром 2—2,5 мм. Для этого вполне достаточно трех витков спирали. Чтобы витки не расходились, их следует спаять, а концы витков спилить.
Валы редуктора (15), на которые «насажены шестерни (2 штуки), делаются из гвоздя или куска стальной проволоки диаметром, равным отверстию в шестерне.
Соединительные втулки (16) (2 штуки) изготавливаются из латунных трубок с наружным диаметром 6 мм, внутренним — 4 мм. На одном конце каждой втулки делается пропил на глубину 5 мм и просверливается отверстие, куда будет входить шпилька, соединяющая промежуточный или гребной вал.
Три винта (17) и шесть гаек (18) соединяют обе половинки статора турбины. Эти детали подбираются готовыми, диаметр их должен быть 2—3 мм и длина 15—20 мм. Винты следует пропустить в направляющие латунные или медные трубки (19) длиною 8 мм.
Пар из турбины выводится в отводную трубку (20), ее размеры показаны на рисунке 69. Крепежные стойки (21) (3 штуки) можно согнуть из миллиметровой латуни. Две из них имеют длину 35 мм, а одна, крепящаяся на паропроводе,—12—15 мм. После того как заготовлены отдельные детали, можно приступить к сборке частей турбины.
Сборка ротора—ответственная работа, она требует аккуратности и настойчивости. Вырезанный латунный диск выправляют на плите или на старом чугунном утюге, затем вставляют вал и пропаивают его по окружности. На вал надевают часовую трубку и подшипник. Вал должен сидеть в трубке и подшипнике очень плотно. Прежде чем делать обод, его нужно разметить, провести риски через 2 мм, затем спаять и плотно надеть на диск ротора, после этого можно устанавливать лопатки. Для того чтобы было легче и быстрее припаять лопатки, обод рекомендуется залудить. Лопатки должны припаиваться точно. Торцы их следует подровнять напильником. Заготовку для бандажа надо залудить со стороны, которая будет касаться конца лопаток. Концы бандажа спаивают и надевают его на ротор с поставленными лопатками; затем прогревают горячим паяльником бандаж снаружи так, чтобы обеспечить соединение лопаток с бандажом. Закончив изготовление ротора, следует отбалансировать его, то-есть уравновесить. Для этого нужно сделать простой прибор из двух безопасных бритв. Хорошо сделанный ротор, находясь на острие бритв, должен оставаться в покое после любого поворота. Если же ротор не отбалансирован, то тяжелая его половина будет возвращать ротор в обратное положение. Чтобы уравновесить ротор, надо напаять на легкую половину немного олова.
Работа со статором проще. На обе половинки железной банки надо напаять направляющие трубки и гайки для винтов, а также обоймы подшипников. В отверстие левой половины статора впаивается обойма побольше. Заготовку сопла вставляют в отверстие статора до упора в лопатки ротора, затем сопло отодвигают не более чем на 0,5 мм и прихватывают оловом. Убедившись, что лопатки не задевают за сопло, можно припаять его окончательно. Установив все сопла, нужно спилить выступающие концы и подогнать паропровод. На правую сторону статора припаивают отводную трубку, имеющую прорезь, совпадающую с прорезью статора. В нижней части статора сверлится отверстие диаметром 1—1,5 мм, через которое во время работы турбины стекают капельки конденсирующейся воды.
Сборка редуктора заключается в установке валов и шестерен. С обеих сторон шестерен нужно надеть шайбы соответствующей толщины, чтобы валы с надетыми шестернями не перемещались в направлении своей оси. Сцепление между шестернями и триб кой надо сделать плотным, однако зубчатая передача должна легко вращаться. Затем редуктор заключают в корпус, который следует пропаять. Собранный редуктор припаивается к статору турбины. Трубка должна зацепиться с правой шестеренкой. Если вся работа была выполнена хорошо, то ротор турбины и зубчатая передача вращаются легко.
Теперь остается припаять стойки и соединительные втулки.Для питания турбины паром потребуется построить паровой котел. Эта работа менее сложная, чем изготовление турбины.
Барабан котла (1) делается из листа латуни или оцинкованного железа толщиной 0,6—0,7 мм. Соединение кромок выполняется в замок и затем пропаивается с наружной и внутренней стороны. В барабане сверлят отверстия, как показано на рисунке 72. Днищами котла (2) могут служить железные банки подходящего размера или диски, вырезанные из металла. Днище отборно-вывается на оправке. Жаровая труба (3) делается так же, как и барабан.
В трубе сверлятся 34 отверстия диаметром 5 мм, куда вставляются и припаиваются кипятильные латунные или медные трубки (5—6). Патрубок дымохода размечается по чертежу и припаивается к жаровой трубе.
Рас. 73. Паровой котел.
Сеченне no АВ, CD и EG
Паропровод и пароперегреватель (7) делается из цельной медной трубки. Верхнее «колено трубки, идущее к сухопарнику, загибается после продевания пароперегревателя в жаровую трубу. Предохранительный клапан (8) высверливается из круглого кусочка латуни и впаивается в барабан котла. Для плотного прилегания шарика к своему «седлу» в клапане нужно опустить шарик в клапан, взять стержень подходящего размера и, поставив его на шарик, сильно ударить молотком.
Пружина (10) для предохранительного клапана делается из стальной проволоки диаметром 0,4 мм.
Пробка, шайба и гайка (13, 14, 15) водоналивного отверстия подбираются готовыми.
Сборка «отла» очень проста. Сухопарник укрепляется на барабане четырьмя медными или латунными заклепками и затем хорошо пропаивается. Переднее днище котла хорошо залуживается и надежно припаивается к барабану. В отверстие заднего днища вставляется жаровая труба и производится паяние днища с барабаном. В жаровую трубу со стороны топки вставляется пароперегреватель, изогнутый в виде буквы «П», после этого конец трубки с отверстиями для забора пара вставляется в сухопарник и припаивается.
Затем к днищам котла припаивается жаровая труба, а к ней дымогарная труба. В барабан впаивается предохранительный клапан и гайка водоналивного отверстия.
Если даже работа производилась безукоризненно, обязательно нужно' испытать паровой котел на прочность; для этого временно на котел нужно поставить манометр на 7—8 атмосфер. Котел заливают холодной водой, конец паропровода забивают деревянной пробкой. Плотно закрывают водоналивное отверстие. Затем котел подогревают до температуры 50—60°С, доведя давление до 6—7 атмосфер. Испытывать котел сжатым воздухом или паром категорически запрещается, так как это может привести к взрыву котла. После испытания котла на прочность и целость всех соединений следует отрегулировать предохранительный клапан на 2 атмосферы, то-есть когда давление в котле достигнет 2 атмосфер — 2 кг/см. то клапан должен «сработать» излишнее давление и выпустить пар. Чертеж парового котла приведен на рисунке 73.
Для того чтобы поднять пары в котле, нужна горелка (см. рис. 74).
Горелка состоит из бака, насоса и испарительной трубки. Бак имеет отверстие с пробкой для заливки керосина. Пробка имеет лыску для выпуска воздуха, когда нужно потушить горелку. Воздух накачивается в бак при помощи насоса. Отверстие для прохода воздуха через насос закрывается клапаном, прижимаемым пружинкой. Испаритель представляет собой изогнутую латунную трубку диаметром 4—5 мм с впаянным капсюлем от примусной горелки. Испаритель заключен в жестяной кожух. Конец испарителя находится в баке с керосином.
Изготовление горелки для юного кораблестроителя, который построил турбину и котел, большого труда не представляет. Бак делается так же, как барабан котла. Для насоса используется латунная трубка диаметром 10—12 мм. Для штока подбирается длинный болт с резьбой. Шайбы и гайки используются готовые. Испарительная трубка изгибается в раскаленном состоянии. Кожух горелки делается из жести.