الشمس والرياح والمياه الإصدار 0.1

الموسم الأول

نجا من الأزمة معا ... - على متن يخت.
(ج) صديقي

مقال عن اختيار محرك الحد الأدنى المطلوب لليخوت.

الخطوة الأولى - كيف بدأ كل شيء

حوالي منتصف عام 2014 ، عندما أصبح واضحًا أن الأزمة ستكون طويلة جدًا ، فقد حان الوقت مرة أخرى لفرض خطة مكافحة الأزمة الخاصة بنا. حسنًا ، لم ينجح ذلك كما هو الحال في الفيلم الشهير - "الأزمة هي عندما لا ترغب في شيء ما" ، ولكن كانت هناك العديد من الساعات المثيرة للاهتمام. جاء اليخوت في رأيي. في ذلك الوقت ، كانت معرفتي بهذا الأمر على مستوى رياض الأطفال ، عندما صنعنا قوارب من قشرة الجوز ودعناها في البرك. لم أكن أعرف حتى إذا كان لدي دوار. :-) ولكن ، يقال - القيام به. هناك موضوع ، لقد بدأنا في فرض خطة عمل.

أول شيء فعله هو أن تتعلم في مكان ما. لقد تحدثت مع اليخوت. كلهم درسوا في مدرسة الشباب الرياضية في أيام الاتحاد السوفيتي. أعطى جميعهم نصيحة بأنه يجب علينا أولاً الذهاب إلى تركيا ونأخذ يخوت مختلفة على متن ميثاق ، ونتعلم مباشرة في الممارسة العملية. حسنًا ، الآن يمكنك ، مقابل أموال متواضعة ، "خذ هذا هنا هنا معي هنا." حسنًا ، يمكن فهمها - إنها عمل بالنسبة لهم. سنذهب في الاتجاه الآخر.

تقرر أن تدرس في مدرسة خاصة وأن تحصل على تعليم إضافي عن "سفينة إبحار توجيهية" واجتياز الامتحانات والحصول على حقوق قوات العقوبات الفيدرالية عموم روسيا. عملية التعلم برمتها هي في مهل في المساء وفي عطلات نهاية الأسبوع. 72 ساعة من النظرية + الممارسة تستغرق أكثر من 4 أشهر. هناك معلومات كافية للبدء في اختيار يخت بوعي وإدارته بنفسك.

الخطوة الثانية - اختيار اليخت

آمل أن تساعد خوارزمية التحديد الخاصة بي الآخرين:

1. حدد طريقة استخدام اليخت:
   - الراحة ، وعدم الخروج من الرصيف ؛
   - المشي يوم واحد - خرج في الصباح ، وعاد في المساء.
   - مناحي نهاية الأسبوع - مشروطة من الجمعة إلى الاثنين ؛
   - الرحلات البحرية - رحلة واحدة أو اثنتين أو ثلاث لموسم الرحلات الطويلة.
2. اتخاذ قرار بشأن الحد الأدنى والحد الأقصى للسباحة
3. اتخاذ قرار بشأن إمكانيات التخزين في فصل الشتاء.

هذا ربما كل شيء. أما الباقي ، مثل الحجم والسعة والأشياء الأخرى ، فسيتم تحديدها بنفسها. لنرى!

خياري للاستخدام:

1. يمشي عطلة نهاية الأسبوع لمدة تصل إلى أسبوع. يحدد هذا الاختيار وجود المرحاض (المراحيض) والمطبخ (المطبخ) والإضاءة وأماكن النوم المريحة لجميع أفراد الأسرة ومساحة كافية للتجهيزات. أصبح من الواضح على الفور أن السفينة لن تكون صغيرة. وفقا لوصف - موسكو odnushka 11 متر مربع.
2. الحد الأدنى من مساحة المياه - خليج تاغونروغ والمعابر السفلية من دون - ليس فقط على طول الممر ، يجب أن يكون لديك مشروع لا يزيد عن متر واحد (الخصر). الحد الأقصى لمنطقة المياه هو البحر الأسود. في الواقع ، بحر آزوف هو أكثر غدرا من حيث الشحن. من الضروري أن يكون لديك جوانب عالية وثبات جيد (عارضة ثقيلة) ومحرك ثابت قوي لحالات الطوارئ. عادة ما يكون طول الموجة في بحر آزوف حوالي 4 - 5 أمتار ، والارتفاع من 1.5 إلى 2. متر في سفينة ذات طول أقصر (من الطول الموجي) ، سيكون من الممكن تدريب رواد الفضاء بنجاح. ستكرر كل معالم الموجة وستلتفت وتقلّب فريقها بأحمال قصوى "فضاء".
3. تخزين الشتاء في نادي اليخوت ، دون وسائل النقل على الطرق. مؤشر مهم جدا. إنه ببساطة "يفصل يديه" لزيادة أبعاد السفينة في العرض. بادئ ذي بدء ، هذه أماكن مريحة للنوم وثانياً ، استقرار جيد.

بعد ذلك ، افتح محفظتك والإنترنت وابدأ التحديد وفقًا للمعايير من الخيارات المتاحة للبيع. طولها أكثر من 7 أمتار ، هذه يخوت يزيد طولها عن 24 قدمًا. سحب أقل من 1 متر ، ويخوت أقل من 28 قدم. نحن لا نعتبر المراكب الشراعية والحلول الوسط لأسباب تتعلق بالاستقرار والتطبيق العملي للخدمة في البحر "الأخضر". الذي سوف تجد أكثر من ثلاثة خيارات - أحسنت.

أريد أن أشير إلى فارق بسيط آخر ، هنا ، كما هو الحال في الشقق والسيارات ، تؤثر درجة "التربيع" على قابلية العيش. وهذا يعني أن كل 10 سم إضافية من العرض سيزيد بشكل كبير من القابلية للسكن والراحة على متن الطائرة.

لقد اخترت: يخت يبلغ طوله 25 قدمًا ، وعرضه 3 أمتار ، وارتفاعه الجانبي 1 مترًا ، وأرصفة 6 أمتار ، ومساحة 0.9 م - عارضة ثنائية لتقليل التدحرج الجانبي مع إمكانية تثبيت محرك. لا يوجد مكان محدد له على اليخت بشكل افتراضي.

بينما يتم بناء اليخت المحدد في حوض بناء السفن ، تبدأ الخطوة الثالثة.

الخطوة الثالثة - النقل إلى مكان الاستخدام

يعتبر نقل البضائع ذو الحجم الكبير هو المغذي الأكثر أهمية لشرطة المرور ، نظرًا لاستبعاد النقل بالشاحنات ، فإننا سنقود السيارة بمفردنا.

إنه أمر مضحك ، ولكن في بلدنا ، تمنح حقوق VFPS الحق في استخدام الشراع ، ولكن ليس القارب. مهمة جديدة غير متوقعة هي الحصول على حقوق القارب. اجتاز الامتحان نفسه ، ولكن الآن في المحاولات.

إن قيادة يخت أسفل الدون بدون محرك يتحول إلى مهمة مضحكة حتى بالنسبة إلى قائد متمرس. من الضروري حل المشكلة مع المحرك ، ويفضل أن يكون ذلك بأقل ميزانية ممكنة.

الخطوة الرابعة اختيار المحرك

معايير الاختيار:

الحل

• الميزانية - ما يصل إلى 15 ألف روبل.
• حد الاستقلال الذاتي لا يقل عن 10 أميال ؛
• السرعة - حتى تتمكن من توجيه السفينة - أكثر من 1.5 عقدة ؛
• مع وقف التنفيذ.

حل دائم

• ثابتة.
• حد الحكم الذاتي هو أكثر من 20 ميلا ؛
• السرعة - ما يصل إلى 5 عقدة.

حسنًا ، لا يوجد مال لحل دائم ، سأتركه للمستقبل. الآن ، ركز على الحد الأدنى.

ماذا أحتاج

رسم مخطط بدن اليخت. دقة عالية لا يهم. يمكنك أخذها من جواز سفر السفينة أو حتى من كتيب الإعلان.

قم بتنزيل برنامج فريشيب المجاني الرائع.

وفقًا للإسقاطات المستقاة من الرسم ذي الأبعاد ، أرسم صورة بدنًا في البرنامج وأحصل على خاصية سحب.



من المثير للدهشة ، أن المحرك الذي يقل قوته عن 100 واط يكفي للوفاء بالحد الأدنى من المتطلبات ، وهو أقل من 1/7 حصان! هنا ، فإن أي محرك تفعل! لكن الشيطان في التفاصيل.

أثناء السير في طريق العثور على الحد الأدنى من المحرك ، اضطررت إلى التخلي عن "جزازات" البنزين عالية السرعة. يوصف الاعتماد على قوة محرك البنزين على دورة في الدقيقة من خلال مكافئ تنازلي مع أقصى نقطة ما يقرب من 5500-6000 دورة في الدقيقة. بالفعل عند 3500 دورة في الدقيقة ، تنخفض الطاقة بمقدار النصف ، وبحلول 1000 مرة أربع مرات. في المحركات منخفضة الطاقة ، يتم تثبيت علبة تروس 2.25: 1 ، ويبلغ قطر المسمار حوالي 20 سم ، ومن 2700 دورة في الدقيقة لا يمكن توقع أي شيء باستثناء الضوضاء والفقاعات. يمكن إجراء حساب تقريبي لطاقة المحرك وفقًا للمعادلة التالية:

$$

$$N = 0.4 * D ^ 4 * n ^ 2 * va = 1.4 حصان ،$$

سوف تكون الكفاءة 10 ٪ فقط.
تحتاج إلى شيء بطيء ، هادئ ولا رائحة كريهة.
كان الحل بسيطًا وأنيقًا - محرك صياد كهربائي صيني. درس الصينيون في مدارسنا المهنية ككهربائيين ، لأن سرعة المحرك يتم ضبطها من خلال ربط سلسلة المقاومة 0.4 أو 0.8 أوم ، أو كليهما معًا. الحد الأقصى لسرعة الدوران لل nmax بالكامل = 1300 في الدقيقة. عادة ما تكون كفاءة المحرك DC المتوسط ​​في حدود 85 ٪. نظرًا لأن السرعة منظمة بشكل تدريجي ، يجب إجراء الحساب بشكل منفصل لكل سرعة.

سأزيل مقبض المحرك ، ومع ذلك ، لا يمكنك الوصول إليه. سوف أقود الأسلاك إلى وحدة التحكم في المحرك (ECU).

باستخدام تقنية بسيطة ، يمكنني تحديد المعلمات المسمار. أذهب إلى المتجر بحبل وحاكم وأجري قياسات بسيطة - الملعب هو المسمار $$$H = 2πr · (h / l)$:



المعلمات المقاسة لمروحة المحرك الكهربائي للقارب الصيني: D = 0.24m ؛ ع = 0.106 م.

يبلغ قطر المسمار 24 سم فقط ، وبالتالي فإن كفاءة مثل هذا المحرك على يخت ثقيل لا تعد مساحة أيضًا. سأحاول تقييم المبلغ.

سأستخدم الحساب من المقالات ( "حساب العناصر الرئيسية لمراوح القوارب" مجلة "القوارب واليخوت" 1/1963 و "ما تحتاج لمعرفته حول المروحة؟" "دليل القوارب والقوارب والمحركات. تحرير G.M. Novak" ) عن طريق وضع قيم وأحجام محرك التصيد. ستكون دقة الدورة التدريبية صغيرة ، لأن الوسائط لا تندرج في الشروط الحدودية للحساب. ولكني آمل أن يكون مناسبًا للتقييم.

لكل سرعة محرك ، من الضروري إجراء عملية استبدال للحساب حتى تتوقف نقطة الدعم مع المقاومة الكلية للسفينة. هذا هو ، في بعض السرعة سيأتي التوازن بين قوتين - القوى الحركية وقوات المقاومة.

على سبيل المثال ، سأقدم حسابًا فقط للاستبدال النهائي.

بادئ ذي بدء ، يتم حساب معامل التدفق المرتبط:

$$

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

حيث kop هو معامل الاكتمال الكلي ، و V هي إزاحة الوعاء. أحصل على هذه المعلمات من "الهيدروستاتيكا" في برنامج فريشيب ؛ د - قطر المسمار بالأمتار.

بعد ذلك ، أجد السرعة التي يلتقي بها المروحة بالماء:

$$

$$va = v * (1-w) ، = 1.12 m / s ،$$

في الخامس = 1.2 م / ث - سرعة السفينة (2.35 عقدة).
لليخت مقاومة الرياح الأمامية بما يتناسب مع مساحة الإسقاط الأمامي. عند الحركة ، تنشأ الرياح المعاكسة وتخلق مقاومة إضافية للحركة. بالإضافة إلى ذلك ، تتيح لي هذه التقنية البسيطة تحديد أي اتجاه معاكس للمحرك يمكن أن يكون مفيدًا.

سأحسب مقاومة الرياح:

$$

مع الرياح vwind = 0 م / ث ،
حيث Sfr هي المنطقة الأمامية للشراع (نأخذ من السفينة) ، v = 1.2 م / ث سرعة السفينة.

تم العثور على مقاومة البدن لتدفق المياه بواسطة خاصية السحب رو = 118.87 شمالاً.
مقاومة $$ مع الرياح vwind = 0 م / ث
صافي الطاقة المنفقة على حركة اليخوت:

$$

سأحسب الطاقة المزودة بالبرغي:

$$

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

عندما تكون K = 0 ، حيث K يمكن أن تأخذ القيم: 0 - أعلى سرعة ، 1 - متوسط ​​السرعة ، 2 - أقل سرعة.
أحسب المعامل المساعد:

$$

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

حيث n هي السرعة الدورانية للمسمار ، r / s ؛ p هي كثافة الكتلة المائية (102 kgfs2 / m4).



وفقا للرسم البياني المنقط ، أجد قيمة كفاءة المسمار $$$\ eta = 0.27 دولا$. نسبة القرص $$$H / D = 0.59 دولا$وفقي النسبية $$$\ lambda = 0.24 دولا$.
للتحقق ، نحن نحسب الحقيقي $$ . حسنا ، يبدو أن هذا صحيح.

وأوصت قطر المسمار والملعب $$$Drec = \ frac {va} {\ lambda * n} = 0.215 m$. $$$Hrec = H / D * Drec = 0.127 mHrec = H / D * Drec = 0.127$.
هذا يعني أن المسمار الحقيقي ليس له أبعاد مثالية ، لأن الكفاءة الحقيقية أقل من الأبعاد المحسوبة.

يتم تحديد وقف الدعامة بواسطة الصيغة بسرعة يخت محددة تبلغ 1.2 م / ث (2.35 عقدة):

$$

في المقاومة الكاملة $$ . يتم الوصول إلى التوازن.
نتيجة لذلك ، نجد أنه في أفضل الظروف ، فإن كفاءة نظام اليخوت ذات الدفع الحركي (والتي يُطلق عليها على الأرجح معامل الدفع) ستتجاوز 24٪ ، وسيعمل المحرك الكهربائي بقوة 600 واط على تسريع اليخت إلى 2.35 عقدة.

والنتيجة هي "so-so" ، ولكنها مناسبة لحل مؤقت.
تقوم الشركة المصنعة بتثبيت بطاريات التفريغ العميق 12V 160Ah على اليخت. سيكون المحرك الحالي في أقصى سرعة 49.9 ألف. هذا هو 0.25C. لا يمكن استخدام السعة بأكملها ، يمكنني تحديد مقدار ما تستطيع.



أي أن البطاريات ستدوم حوالي 2.82 ساعة ، أو حوالي 2.82 * 2.35 = 6.64 ميل بأقصى سرعة في هدوء. للتعويض جزئيًا عن تفريغ البطاريات ، من الضروري تثبيت الألواح الشمسية.

لا توجد مساحة كبيرة على اليخت. هناك شيء يكذب في كل مكان أو يجلس شخص ما. المكان الأكثر ضررًا لتثبيت البطاريات على أغلفة الخزائن الخلفية. هذا المكان هو الأقل عرضة للتظليل بواسطة الأشرعة. صحيح ، المنطقة صغيرة. أصبحت البطاريات مقاس 545 × 415 مم التي تبلغ قوتها 40 واط مع إشعاع يبلغ 1000 واط / م 2 على أغطية الخزائن.



سيتم ترك أسئلة زيادة الكفاءة للمستقبل. بينما كنت تأخذ أرخص تحكم PWM الشمسية.

كم ميل سوف تضيف الألواح الشمسية؟

يبلغ متوسط ​​الطاقة اليومية للإشعاع الشمسي في المنطقة خلال فترة الملاحة من 5.8 إلى 6 كيلو واط * ساعة / متر مربع. هذا في المتوسط ​​500 واط لمدة 10 إلى 12 ساعة في اليوم.

مساحة بطاريتين 2X0.545X0.415 = 0.45 M2. سأفترض أن تيار البطارية يعتمد بشكل خطي على قوة الإشعاع الشمسي ، وأن الجهد ، على العكس من ذلك ، مستقل عمليا. هذا مرئي في الجدول.



عند 1000 واط / متر مربع ، تعطي البطارية تيارًا يصل إلى 2.05 أمبير ، وفي 500 واط / متر مربع ، ستعطي أكثر من 1 أ.
عند استخدام جهاز التحكم PWM ، يكون الجهد الكهربائي للبطارية مساوياً تقريبًا للجهد الكهربائي للبطارية ، أي المجموع ، استنادا إلى خصائص التفريغ ، بمتوسط ​​2.05X6 = 12.3 V.

نتيجة لذلك ، ستحصل بطاريتان على الأقل 10x2 = 20 ساعة في اليوم ، والذي سيكون 20 / 49.9 * 2.35 = 0.94 ميل.

سوف ألخص

أقصى سرعة الهدوء = 2.35 عقدة ،
مدى السرعة القصوى = 0.94 + 6.64 = 7.58 ميل ،
الكفاءة عند الحد الأقصى للسكتة الدماغية = 24.3 ٪ ،
متوسط ​​السرعة مع الهدوء = 1.4 عقدة ،
تتراوح السرعة المتوسطة = 15.54 ميل ،
الكفاءة في متوسط ​​السرعة = 18.8 ٪ ،
الحد الأدنى للسرعة لا يعطي مزايا ، لا في المدى ولا في الكفاءة ،
سرعة الرياح القصوى البالغة 7.1 م / ث ستكون عقدة واحدة ،
المدى في أقصى سرعة مع رياح 7.1 م / ث سيكون 2.82 ميل ،
ستكون الكفاءة عند أقصى سرعة مع رياح تبلغ 7.1 م / ث 11 ٪ ،
تبلغ كفاءة النظام الشمسي حوالي 2A * 12.3V * 10 ساعات / 0.45 M2 / 5.8 كيلو واط * ساعات = 9.4 ٪.
سوف نستخدم الشراع للجزء الرئيسي من الطريق ، وسوف نستخدم المحرك كقارب للهروب من الممر السالك من الناقلات السائبة والناقلات. على الرغم من أن النتيجة أفضل من المخطط.
تقرر أنه في هذا التكوين سوف يغادر اليخوت في الممرات.
لقد حان أخيرا هذا اليوم الذي طال انتظاره. يتم إطلاق اليخت لأول مرة في الماء.

PS في هذا التكوين ، استمر اليخت 3 سنوات. خلال هذا الوقت ، كانت متصلاً مرتين فقط بدعم الطاقة لشحن البطاريات.

لقد تراكمت تجربة رائعة ، وتم تأكيد جميع الحسابات مرارًا وتكرارًا من خلال الممارسة. بالإضافة إلى ذلك ، عند الإبحار ، يتحول محرك مغمور إلى مولد ويشحن البطاريات. الشحنة الحالية بسرعة 3 عقدة هي 2A.