Sol, viento y agua ver 0.1

Primera temporada

Sobrevivimos a la crisis juntos ... - en un yate.
(C) mi amigo

Un artículo sobre cómo elegir el motor mínimo requerido para un yate.

Paso uno: cómo comenzó todo

A mediados de 2014, cuando se hizo evidente que la crisis sería muy prolongada, nuevamente era hora de imponer nuestro propio plan anticrisis. Bueno, eso no funcionó como en la famosa película: "una crisis es cuando no quieres querer algo", pero hubo muchas, muchas horas interesantes. Yachting entró en mi vista. En ese momento, mi conocimiento en este asunto estaba en el nivel de jardín de infantes, cuando hicimos botes con cáscara de nuez y los dejamos en charcos. Ni siquiera sabía si tenía mareos. :-) Pero, se dice - hecho. Hay un tema, estamos empezando a imponer un plan de acción.

Lo primero que debe hacer es aprender en alguna parte. Hablé con los navegantes. Todos ellos estudiaron en la Youth Sports School en la época de la URSS. Todos los compitieron nos aconsejaron que primero debíamos ir a Turquía y tomar diferentes yates en una carta, y aprender directamente en la práctica. Bueno, ahora puedes, por dinero modesto, "llevar esto aquí y aquí conmigo". Bueno, se pueden entender, para ellos es un negocio. Nosotros iremos por el otro lado.

Se decidió estudiar en una escuela privada y recibir educación adicional de un "velero de dirección", aprobar exámenes y obtener los derechos de las Fuerzas Penales Federales de toda Rusia. Todo el proceso de aprendizaje es tranquilo por las tardes y los fines de semana. 72 horas de teoría + práctica lleva más de 4 meses. Hay suficiente información para comenzar a elegir un yate conscientemente y administrarlo usted mismo.

Paso dos: elegir un yate

Espero que mi algoritmo de selección ayude a otros:

1. Decida el modo de uso del yate:
   - Descansa, sin salir del muelle;
   - Caminando un día - salió por la mañana, regresó por la tarde;
   - Paseos de fin de semana - condicionalmente de viernes a lunes;
   - Viajes por mar: uno, dos o tres para una temporada de viajes largos.
2. Decidir sobre el área de natación mínima y máxima
3. Decidir sobre las posibilidades de almacenamiento de invierno.

Eso es probablemente todo. El resto, como el tamaño, la capacidad y otras cosas, se decidirá por sí mismo. A ver!

Mi elección de uso:

1. Paseos de fin de semana con una duración de hasta una semana. Esta elección determina la presencia a bordo del inodoro (letrina), cocina (cocina), iluminación, lugares cómodos para dormir para toda la familia y suficiente espacio para suministros. Inmediatamente se hizo evidente que el barco no sería pequeño. Según la descripción - Moscú odnushka 11 sq.m.
2. El área mínima de agua, la Bahía de Taganrog y los tramos más bajos del Don, para viajar no solo a lo largo de la calle, debe tener un calado de no más de 1 metro (cintura). El área de agua máxima es el Mar Negro. De hecho, el Mar de Azov es más insidioso en términos de envío. Es necesario tener lados altos, buena estabilidad (quilla pesada) y un potente motor estacionario para emergencias. Por lo general, en el Mar de Azov, la longitud de onda es de aproximadamente 4 a 5 my la altura es de 1.5 a 2 m. En un barco de menor longitud (que la longitud de onda), será posible entrenar con éxito a los astronautas. Repetirá todos los contornos de la ola y girará y sacudirá a su equipo con sobrecargas máximas de "espacio".
3. Almacenamiento de invierno en el club náutico, sin transporte en las carreteras. Un indicador muy importante. Simplemente "desata sus manos" para aumentar las dimensiones del barco en ancho. En primer lugar, estos son lugares cómodos para dormir y, en segundo lugar, buena estabilidad.

Luego, abra su billetera e Internet y comience la selección de acuerdo con los parámetros de las opciones disponibles para la venta. Más de 7 metros de longitud, estos son yates de más de 24 pies. Calado de menos de 1 m. Son yates de menos de 28 pies. No consideramos veleros y compromisos por razones de estabilidad y practicidad de servicio en nuestro mar "verde". Quién encontrará más de tres opciones: bien hecho.

Quiero señalar un matiz más, aquí, al igual que en apartamentos y automóviles, el grado de "cuadratura" afecta la habitabilidad. Es decir, cada 10 cm adicionales de ancho aumentará significativamente la habitabilidad y la comodidad a bordo.

Elegí: un yate de 25 pies, un ancho de 3 m, una altura lateral de 1 m, literas de 6, un calado de 0.9 m, dos quillas para reducir el rodamiento lateral y con la posibilidad de instalar un motor. No hay un lugar específico para él en el yate por defecto.

Mientras se construye el yate seleccionado en el astillero, comienza el tercer paso.

Paso tres: transporte al lugar de uso

El transporte de carga de gran tamaño es el alimentador más importante para la policía de tránsito, ya que se excluye el transporte en camiones, conduciremos por nuestra cuenta.

Es divertido, pero en nuestro país, los derechos del VFPS otorgan el derecho de usar una vela, pero no un bote. Una nueva tarea imprevista es obtener los derechos del barco. Aprobo el mismo examen, pero ahora en gims.

Conducir un yate por el Don sin motor se convierte en una búsqueda divertida incluso para un capitán experimentado. Es necesario resolver el problema con el motor y, preferiblemente, con un presupuesto mínimo.

Paso cuatro Selección de motor

Criterios de selección:

Solución alternativa

• Presupuesto: hasta 15 mil rublos;
• El límite de autonomía es de al menos 10 millas;
• Velocidad - para que pueda dirigir la nave - más de 1.5 nudos;
• Fueraborda

Solución permanente

• Estacionaria;
• El límite de autonomía es más de 20 millas;
• Velocidad: hasta 5 nudos.

Bueno, no hay dinero para una solución permanente, lo dejaré para el futuro. Por ahora, concéntrate en lo mínimo.

Que necesito

Dibujo del casco del yate. La alta precisión no importa. Puede tomarlo del pasaporte del barco o incluso de un folleto publicitario.

Descargue un maravilloso software gratuito de envío gratuito.

Según las proyecciones del dibujo dimensional, dibujo un perfil de casco en el programa y obtengo una característica de remolque.



Sorprendentemente, un motor con una potencia de menos de 100 W es suficiente para cumplir con los requisitos mínimos, ¡que es menos de 1/7 caballos de fuerza! ¡Aquí, cualquier motor servirá! Pero el diablo está en los detalles.

Avanzando por el camino de encontrar el motor mínimo, me veo obligado a abandonar las "segadoras" de gasolina de alta velocidad. La dependencia de la potencia del motor de gasolina con respecto a las rpm se describe mediante una parábola descendente con un punto máximo de aproximadamente 5500-6000 rpm. Ya a 3500 rpm, la potencia cae a la mitad y en 1000 cuatro veces. En los motores de baja potencia, se instala una caja de engranajes de 2.25: 1, un tornillo con un diámetro de aproximadamente 20 cm. A partir de 2700 rpm, no se puede esperar nada excepto ruidos y burbujas. Se puede realizar un cálculo aproximado de la potencia del motor de acuerdo con la siguiente fórmula:

$$

$$N = 0.4 * D ^ 4 * n ^ 2 * va = 1.4 hp,$$

La eficiencia será solo del 10%.
Necesitas algo lento, tranquilo y no maloliente.
La solución fue simple y elegante: un motor de arrastre eléctrico chino. Los chinos estudiaron en nuestras escuelas vocacionales como electricistas, porque la velocidad del motor se ajusta conectando una resistencia en serie de 0.4 o 0.8 ohmios, o ambas juntas. La velocidad de rotación máxima de todo el nmax = 1300 por minuto. La eficiencia del motor de CC promedio generalmente está en el rango del 85%. Como la velocidad se regula paso a paso, el cálculo debe hacerse por separado para cada velocidad.

Quitaré la manija del motor; aún así, no puedes alcanzarla. Conduciré los cables a la unidad de control del motor (ECU).

Usando una técnica simple, determino los parámetros del tornillo. Voy a la tienda con una cuerda y una regla y realizo mediciones simples: el paso del tornillo es $$$H = 2πr · (h / l)$ :



Los parámetros medidos de la hélice del motor eléctrico del barco chino: D = 0.24m; H = 0,106 m.

El diámetro del tornillo es de solo 24 cm y, por lo tanto, la eficiencia de dicho motor en un yate pesado tampoco es el espacio. Intentaré evaluar cuánto.

Usaré el cálculo de los artículos ( "Cálculo de los elementos principales de las hélices para botes", revista "Boats and Yachts" 1/1963 y "¿Qué necesita saber sobre la hélice?", "Guía de botes, botes y motores. Editado por G.M. Novak" ) poniendo allí los valores y tamaños del motor de pesca por curricán. La precisión, por supuesto, será pequeña, porque los argumentos no entran en las condiciones de contorno del cálculo. Pero espero que sea adecuado para la evaluación.

Para cada velocidad del motor, es necesario llevar a cabo una sustitución de cálculo hasta que el tope de apoyo sea igual a la resistencia total del recipiente. Es decir, a cierta velocidad habrá un equilibrio de dos fuerzas: fuerzas motoras y fuerzas de resistencia.

Por ejemplo, daré cálculo solo para la sustitución final.

Para empezar, se calcula el coeficiente del flujo asociado:

$$

$$w = 0.165 * kop * \ sqrt {\ frac {\ sqrt [3] {V}} D} = $ 0.64$$

donde kop es el coeficiente de integridad general y V es el desplazamiento del vaso. Obtengo estos parámetros de "hidrostática" en el programa de envío gratuito; D - diámetro del tornillo en metros.

A continuación, encuentro la velocidad a la que la hélice se encuentra con el agua:

$$

$$va = v * (1-w), = 1.12 m / s,$$

a v = 1.2 m / s - la velocidad de la embarcación (2.35 nudos).
El yate tiene resistencia al viento frontal en proporción al área de proyección frontal. Cuando se mueve, surge un viento en contra y crea resistencia adicional al movimiento. Además, esta técnica simple me permite determinar contra qué viento en contra el motor puede ser útil.

Contaré la resistencia al viento:

$$

$$Rwind = 0.61 * Sfr * (v + vwind) ^ 2 = 2.6 N,$$

con viento vwind = 0 m / s,
donde Sfr es el área frontal de la vela (tomamos de la nave libre), v = 1.2 m / s la velocidad de la embarcación.

La resistencia del casco al flujo de agua se encuentra por la característica de remolque Rw = 118.87 N.
Impedancia $$$R = Rwind + Rw = 121.5 N$ con viento vwind = 0 m / s
Potencia neta gastada en el movimiento del yate:

$$

$$Pfield = va * (Rw + Rwind) = 145.8 W.$$

Calcularé la potencia suministrada al tornillo:

$$

$$Pel = \ frac {Imax * n} {nmax} * (Uakk- \ frac {Imax * n} {nmax} * (K * 0.4 + 0.15 * \ frac {Uakk} {Imax})) = 509 W,$$

cuando K = 0, donde K puede tomar valores: 0 - la velocidad más alta, 1 - velocidad promedio, 2 - velocidad más baja.
Calculo el coeficiente auxiliar:

$$

$$Kn '= \ frac {va} {\ sqrt {n}} * \ sqrt [4] {\ frac {735 * p * va} {Pel}} = 0.87,$$

donde n es la velocidad de rotación del tornillo, r / s; p es la densidad de masa del agua (102 kgfs2 / m4).



De acuerdo con el gráfico punteado, encuentro el valor de eficiencia del tornillo $$$\ eta = $ 0.2$ ; relación de disco $$$H / D = $ 0.5$ y la banda de rodadura relativa $$$\ lambda = $ 0.2$ .
Para la verificación, calculamos el real $$$EFICIENCIA = P / = 0,243$ . Bueno, parece ser cierto.

Diámetro y paso de tornillo recomendados. $$$Drec = \ frac {va} {\ lambda * n} = 0.215 m$ , $$$Hrec = H / D * Drec = 0.127 mHrec = H / D * Drec = 0.127$ .
Esto significa que el tornillo real no tiene dimensiones bastante óptimas, porque la eficiencia real es menor que la calculada.

La parada de apoyo está determinada por la fórmula a una velocidad seleccionada del yate de 1,2 m / s (2,35 nudos):

$$

$$Tornillo = 9.8 * 75 * Rel * Eficiencia del tornillo / (735.5 * va) = 121.5 N,$$

a plena resistencia $$$R = Rwind + Rw = 121.5 N$ . Se alcanza el equilibrio.
Como resultado, encontramos que en las mejores condiciones, la eficiencia de un sistema de yate de tornillo de motor (probablemente llamado coeficiente de propulsión) superará el 24%, y un motor eléctrico con una potencia de 600 W acelerará el yate a 2,35 nudos.

El resultado es "regular", pero adecuado para una solución temporal.
El fabricante instala baterías de descarga profunda 12V 160Ah en el yate. La corriente del motor a la velocidad máxima será de 49.9 A. Esto es 0.25C. No se puede utilizar toda la capacidad, yo determino cuánto puedes.



Es decir, las baterías durarán aproximadamente 2.82 horas, o aproximadamente 2.82 * 2.35 = 6.64 millas a la velocidad máxima en calma. Para compensar parcialmente la descarga de las baterías, es necesario instalar paneles solares.

No hay mucho espacio libre en el yate. Algo está mintiendo en todas partes o alguien está sentado. El lugar más inofensivo para instalar baterías en las cubiertas de los casilleros traseros. Este lugar es el menos susceptible a la sombra de las velas. Es cierto que el área allí es pequeña. Las baterías de 545x415 mm con una potencia declarada de 40 W con una radiación de 1000 W / m2 se colocan en las tapas de los armarios.



Se dejarán preguntas para aumentar la eficiencia en el futuro. Mientras tomo el controlador solar PWM más barato.

¿Cuántas millas agregarán los paneles solares?

La energía diaria promedio de radiación solar en la región durante el período de navegación es de 5.8-6 kW * h / m2. Esto es un promedio de 500 vatios durante 10 a 12 horas al día.

El área de dos baterías es 2X0.545X0.415 = 0.45 m2. Asumiré que la corriente de la batería depende linealmente de la potencia de la radiación solar y que el voltaje, por el contrario, es prácticamente independiente. Esto es visible en el horario.



A 1000 W / m2, la batería da una corriente de 2.05 A, y a 500 W / m2 dará un poco más de 1 A.
Cuando se utiliza un controlador PWM, el voltaje en la batería es casi igual al voltaje en la batería, es decir. total, a juzgar por las características de descarga, un promedio de 2.05X6 = 12.3 V.

Como resultado, dos baterías darán al menos 10X2 = 20 Ah por día, que serán 20 / 49.9 * 2.35 = 0.94 millas.

Resumiré

velocidad máxima de calma = 2,35 nudos,
alcance a la velocidad máxima = 0.94 + 6.64 = 7.58 millas,
Eficiencia en carrera máxima = 24.3%,
velocidad media con calma = 1.4 nudos,
alcance a velocidad media = 15.54 millas,
Eficiencia a velocidad media = 18.8%,
la velocidad mínima no ofrece ventajas, ni en rango ni en eficiencia,
la velocidad máxima del viento de 7.1 m / s será de 1 nudo,
el alcance a la velocidad máxima con un viento de 7.1 m / s será de 2.82 millas,
La eficiencia a la velocidad máxima con un viento de 7.1 m / s será del 11%,
La eficiencia del sistema solar es de aproximadamente 2A * 12.3V * 10 horas / 0.45 m2 / 5.8 kW * horas = 9.4%.
Utilizaremos la vela para la parte principal del camino, y utilizaremos el motor como un desvío y para escapar de la calle de graneleros y petroleros. Aunque el resultado es incluso mejor de lo planeado.
Se decidió que en esta configuración el yate dejará las gradas.
Este día tan esperado finalmente ha llegado. El yate se lanza por primera vez al agua.

P.S. En esta configuración, el yate duró 3 años. Durante este tiempo, solo se conectó dos veces a la toma de corriente para cargar las baterías.

Se ha acumulado una experiencia maravillosa, y todos los cálculos han sido repetidamente confirmados por la práctica. Además, cuando navega, un motor sumergido se convierte en un generador y carga las baterías. La corriente de carga a una velocidad de 3 nudos es 2A.