Sonne, Wind und Wasser ver 0.1

Staffel Eins

Wir überstehen die Krise gemeinsam ... - auf einer Yacht.
(C) mein Freund

Ein Artikel über die Auswahl des minimal erforderlichen Motors für eine Yacht.

Schritt eins - wie alles begann

Um die Mitte des Jahres 2014, als klar wurde, dass die Krise sehr lange dauern würde, war es wieder an der Zeit, unseren eigenen Anti-Krisen-Plan durchzusetzen. Nun, das hat nicht so geklappt wie im berühmten Film - "eine Krise ist, wenn man nichts will", aber es gab viele, viele interessante Stunden. Yachting kam in meine Sicht. Zu dieser Zeit war mein Wissen in diesem Bereich im Kindergarten angesiedelt, als wir Boote aus der Walnussschale bauten und sie in Pfützen ließen. Ich wusste nicht einmal, ob ich Seekrankheit hatte. :-) Aber es ist gesagt - getan. Es gibt ein Thema, wir fangen an, einen Aktionsplan aufzustellen.

Das erste, was zu tun ist, ist, irgendwo zu lernen. Ich habe mit den Seglern gesprochen. Sie alle studierten in den Tagen der UdSSR an der Jugendsportschule. Alle vied gaben den Rat, dass wir zuerst in die Türkei fahren müssen, um verschiedene Yachten zu chartern und direkt in der Praxis zu lernen. Nun, jetzt können Sie für bescheidenes Geld "das hier und hier mitnehmen". Nun, sie können verstanden werden - für sie ist es ein Geschäft. Wir werden den anderen Weg gehen.

Es wurde beschlossen, an einer Privatschule zu studieren und eine Zusatzausbildung zum „Steuersegelschiff“ zu erhalten, Prüfungen zu bestehen und die Rechte der Allrussischen Bundesstrafkräfte zu erhalten. Der gesamte Lernprozess ist abends und am Wochenende gemächlich. 72 Stunden Theorie + Praxis dauern mehr als 4 Monate. Es gibt genug Informationen, um eine Yacht bewusst auszuwählen und selbst zu managen.

Zweiter Schritt - Auswahl einer Yacht

Hoffe mein Auswahlalgorithmus hilft anderen:

1. Entscheiden Sie sich für die Nutzungsart der Yacht:
   - Ruhe, nicht vom Pier abgehend;
   - Eines Tages zu Fuß - ging morgens aus, kehrte abends zurück;
   - Wochenendspaziergänge - unter Vorbehalt von Freitag bis Montag;
   - Seereisen - eine, zwei oder drei für eine Saison mit langen Reisen.
2. Legen Sie die minimale und maximale Schwimmfläche fest
3. Entscheiden Sie sich für die Möglichkeiten der Winterlagerung.

Das ist wahrscheinlich alles. Der Rest wie Größe, Kapazität und andere Dinge werden von selbst entschieden. Mal sehen

Meine Wahl der Verwendung:

1. Wochenendspaziergänge mit einer Dauer von bis zu einer Woche. Diese Wahl bestimmt die Anwesenheit an Bord der Toilette (Latrine), der Küche (Kombüse), der Beleuchtung, der bequemen Schlafplätze für die ganze Familie und des ausreichenden Platzes für Vorräte. Es wurde sofort klar, dass das Schiff nicht klein sein würde. Nach der Beschreibung - Moskau odnushka 11 qm
2. Die Mindestwasserfläche - die Taganrog-Bucht und der Unterlauf des Don -, um nicht nur entlang des Fairways zu fahren, darf der Tiefgang nicht mehr als 1 Meter (Taille) betragen. Die maximale Wasserfläche ist das Schwarze Meer. Tatsächlich ist das Asowsche Meer in Bezug auf die Schifffahrt schleichender. Für Notfälle sind hohe Seiten, gute Stabilität (schwerer Kiel) und ein leistungsstarker stationärer Motor erforderlich. Normalerweise beträgt die Wellenlänge im Asowschen Meer etwa 4 bis 5 m und die Höhe 1,5 bis 2 m. Auf einem Schiff mit einer kürzeren Länge (als der Wellenlänge) können Astronauten erfolgreich trainiert werden. Es wiederholt alle Konturen der Welle und dreht und wirft sein Team mit maximaler "Raum" -Überladung.
3. Winterlager im Yachtclub, ohne Straßentransport. Ein sehr wichtiger Indikator. Er "löst" einfach seine Hände, um das Schiff breiter zu machen. Erstens sind dies bequeme Schlafplätze und zweitens eine gute Stabilität.

Öffnen Sie anschließend Ihre Brieftasche und das Internet und beginnen Sie mit der Auswahl gemäß den Parametern aus den verfügbaren Optionen. Mit einer Länge von mehr als 7 Metern sind dies Yachten über 24 Fuß. Tiefgang unter 1 m Dies sind Yachten unter 28 Fuß. Wir berücksichtigen Segelboote und Kompromisse aus Gründen der Stabilität und Zweckmäßigkeit des Dienstes in unserem "grünen" Meer nicht. Wer findet mehr als drei Möglichkeiten - gut gemacht.

Ich möchte noch eine Nuance anmerken: Wie bei Wohnungen und Autos wirkt sich auch hier der Grad der Rechtwinkligkeit auf die Bewohnbarkeit aus. Das heißt, alle zusätzlichen 10 cm Breite erhöhen die Bewohnbarkeit und den Komfort an Bord erheblich.

Ich entschied mich für: eine Yacht von 25 Fuß, einer Breite von 3 m, einer Seitenhöhe von 1 m, Liegeplätzen von 6, einem Tiefgang von 0,9 m - ein Zwei-Kiel-Modell zur Reduzierung des Seitenrollens und mit der Möglichkeit, einen Motor zu installieren. Standardmäßig gibt es keinen bestimmten Platz für ihn auf der Yacht.

Während die ausgewählte Yacht auf der Werft gebaut wird, beginnt der dritte Schritt.

Schritt drei - Transport zum Einsatzort

Übergroße Frachttransporte sind die wichtigsten Feeder für die Verkehrspolizei, da LKW-Transporte ausgeschlossen sind und wir selbst fahren.

Es ist lustig, aber in unserem Land gibt das Recht des VFPS das Recht, ein Segel zu benutzen, aber kein Boot. Eine neue unvorhergesehene Aufgabe ist es, die Rechte an dem Boot zu erlangen. Ich habe die gleiche Prüfung bestanden, aber jetzt in Gims.

Eine Yacht ohne Motor den Don hinunter zu fahren, wird selbst für einen erfahrenen Kapitän zu einer lustigen Aufgabe. Es ist notwendig, das Problem mit dem Motor und vorzugsweise mit einem minimalen Budget zu lösen.

Schritt vier Motorauswahl

Auswahlkriterien:

Umgehung

• Budget - bis zu 15 Tausend Rubel;
• Das Autonomie-Limit beträgt mindestens 10 Meilen;
• Geschwindigkeit - damit Sie das Schiff steuern können - mehr als 1,5 Knoten;
• Außenborder.

Dauerhafte Lösung

• Stationär;
• Das Autonomie-Limit beträgt mehr als 20 Meilen;
• Geschwindigkeit - bis zu 5 Knoten.

Nun, es gibt kein Geld für eine dauerhafte Lösung. Ich werde es für die Zukunft belassen. Konzentrieren Sie sich vorerst auf das Minimum.

Was brauche ich

Umrisszeichnung des Rumpfes der Yacht. Hohe Genauigkeit spielt keine Rolle. Sie können es aus dem Schiffspass oder sogar aus einer Werbebroschüre entnehmen.

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Nach den Projektionen aus der Maßzeichnung zeichne ich im Programm ein Rumpfprofil und erhalte eine Schleppkennlinie.



Erstaunlicherweise reicht ein Motor mit einer Leistung von weniger als 100 W aus, um die Mindestanforderungen zu erfüllen, die unter 1/7 PS liegen! Hier kann jeder Motor! Aber der Teufel steckt im Detail.

Ich bewege mich auf dem Weg, den kleinsten Motor zu finden, und bin gezwungen, auf Hochgeschwindigkeits-Benzinmäher zu verzichten. Die Abhängigkeit der Benzinmotorleistung von der Drehzahl wird durch eine absteigende Parabel mit einem Maximalpunkt von ca. 5500-6000 U / min beschrieben. Bereits bei 3500 U / min sinkt die Leistung um die Hälfte und um das Vierfache. Bei Motoren mit geringer Leistung ist ein 2,25: 1-Getriebe eingebaut, eine Schraube mit einem Durchmesser von etwa 20 cm. Ab 2700 U / min ist nichts außer Lärm und Blasen zu erwarten. Eine ungefähre Berechnung der Motorleistung kann nach folgender Formel durchgeführt werden:

$$

$$N = 0,4 * D ^ 4 * n ^ 2 * va = 1,4 PS,$$

Der Wirkungsgrad wird nur 10% betragen.
Du brauchst etwas Langsames, Ruhiges und nicht Stinkendes.
Die Lösung war einfach und elegant - ein chinesischer elektrischer Trolling-Motor. Die Chinesen haben an unseren Berufsschulen als Elektriker studiert, weil die Motordrehzahl durch Anschließen eines Serienwiderstands von 0,4 oder 0,8 Ohm oder beider zusammen eingestellt wird. Die maximale Drehzahl des gesamten nmax beträgt 1300 pro Minute. Der Wirkungsgrad eines durchschnittlichen Gleichstrommotors liegt üblicherweise im Bereich von 85%. Da die Geschwindigkeit schrittweise geregelt wird, muss die Berechnung für jede Geschwindigkeit separat durchgeführt werden.

Ich werde den Motorgriff entfernen, trotzdem können Sie ihn nicht erreichen. Ich werde die Drähte zum Motorsteuergerät (ECU) führen.

Mit einer einfachen Technik bestimme ich die Schraubenparameter. Ich gehe mit einem Seil und einem Lineal zum Laden und führe einfache Messungen durch - die Steigung der Schraube ist $$$H = 2πr · (h / l)$ :



Die gemessenen Parameter des Propellers des chinesischen Bootselektromotors: D = 0,24 m; H = 0,106 m.

Der Schneckendurchmesser beträgt nur 24 cm und daher ist der Wirkungsgrad eines solchen Motors auf einer schweren Yacht auch nicht platzsparend. Ich werde versuchen zu beurteilen, wie viel.

Ich werde die Berechnung aus den Artikeln ( "Berechnung der Hauptelemente von Bootspropellern", Magazin "Boote und Yachten", 1/1963 und "Was Sie über den Propeller wissen müssen", "Leitfaden für Boote, Boote und Motoren. Herausgegeben von G.M. Novak" ) verwenden. indem Sie die Werte und Größen des Trolling-Motors eingeben. Die Genauigkeit ist natürlich gering, da die Argumente nicht in die Randbedingungen der Berechnung fallen. Ich hoffe aber, dass es für eine Bewertung geeignet ist.

Für jede Motordrehzahl muss eine Berechnungssubstitution durchgeführt werden, bis der Stützstopp dem Gesamtwiderstand des Schiffes entspricht. Das heißt, mit einer gewissen Geschwindigkeit kommt es zu einem Gleichgewicht von zwei Kräften - Motorkräften und Widerstandskräften.

Als Beispiel werde ich nur die endgültige Substitution berechnen.

Zunächst wird der Koeffizient des zugehörigen Durchflusses berechnet:

$$

$$w = 0,165 * kop * \ sqrt {\ frac {\ sqrt [3] {V}} D} = 0,643$$

Dabei ist kop der Gesamtvollständigkeitskoeffizient und V die Verschiebung des Schiffes. Ich bekomme diese Parameter von "Hydrostatik" im Freeship-Programm; D - Schraubendurchmesser in Metern.

Als nächstes finde ich die Geschwindigkeit, mit der der Propeller auf Wasser trifft:

$$

$$va = v * (1-w) = 1,12 m / s,$$

bei v = 1,2 m / s - die Geschwindigkeit des Schiffes (2,35 Knoten).
Die Yacht hat einen Frontwindwiderstand im Verhältnis zur Frontprojektionsfläche. Bei Bewegung entsteht Gegenwind, der der Bewegung zusätzlichen Widerstand entgegensetzt. Außerdem kann ich mit dieser einfachen Technik feststellen, gegen welchen Gegenwind der Motor nützlich sein kann.

Ich werde Widerstand gegen einen Wind zählen:

$$

$$Rwind = 0,61 * Sfr * (v + vwind) ^ 2 = 2,6 N,$$

bei Wind vwind = 0 m / s,
Wobei SFR die Frontalfläche des Segels ist (wir nehmen von Freeship), v = 1,2 m / s die Geschwindigkeit des Schiffes.

Der Widerstand des Rumpfes gegen den Wasserfluss ergibt sich aus der Schleppkennlinie Rw = 118,87 N.
Impedanz $$$R = Rwind + Rw = 121,5 N$ bei wind vwind = 0 m / s
Nettoleistung für Yachtbewegung:

$$

$$Pfield = va * (Rw + Rwind) = 145,8 W.$$

Ich werde die an die Schraube gelieferte Leistung berechnen:

$$

$$Pel = \ frac {Imax * n} {nmax} * (Uakk- \ frac {Imax * n} {nmax} * (K * 0,4 + 0,15 * \ frac {Uakk} {Imax})) = 509 W,$$

wenn K = 0, wobei K Werte annehmen kann: 0 - die höchste Geschwindigkeit, 1 - Durchschnittsgeschwindigkeit, 2 - niedrigere Geschwindigkeit.
Ich berechne den Hilfskoeffizienten:

$$

$$Kn '= \ frac {va} {\ sqrt {n}} * \ sqrt [4] {\ frac {735 * p * va} {Pel}} = 0,87,$$

wobei n die Drehzahl der Schnecke ist, r / s; p ist die Massendichte von Wasser (102 kgfs2 / m4).



Nach dem gepunkteten Diagramm finde ich den Wert für den Schraubenwirkungsgrad $$$\ eta = $ 0,2$ ; Plattenverhältnis $$$H / D = $ 0,5$ und relativer Schritt $$$\ lambda = $ 0,2$ .
Zur Verifikation berechnen wir den Realwert $$$EFFICIENCY = P / = 0,243$ . Nun, es scheint wahr zu sein.

Empfohlener Schraubendurchmesser und Steigung $$$Drec = \ frac {va} {\ lambda * n} = 0,215 m$ , $$$Hrec = H / D * Drec = 0,127 mHrec = H / D * Drec = 0,127$ .
Dies bedeutet, dass die reale Schnecke nicht ganz optimale Abmessungen hat, da der reale Wirkungsgrad geringer ist als der berechnete.

Der Stützenstopp wird durch die Formel bei einer ausgewählten Yachtgeschwindigkeit von 1,2 m / s (2,35 Knoten) bestimmt:

$$

$$Schraube = 9,8 * 75 * Rel * Schraubenwirkungsgrad / (735,5 * Va) = 121,5 N,$$

bei vollem Widerstand $$$R = Rwind + Rw = 121,5 N$ . Das Gleichgewicht ist erreicht.
Als Ergebnis stellen wir fest, dass unter den besten Bedingungen der Wirkungsgrad eines Motor-Propeller-Yacht-Systems (wahrscheinlich als Antriebskoeffizient bezeichnet) 24% übersteigt und ein Elektromotor mit einer Leistung von 600 W die Yacht auf 2,35 Knoten beschleunigt.

Das Ergebnis ist "so lala", aber für eine vorübergehende Lösung geeignet.
Der Hersteller setzt Tiefentladebatterien 12V 160Ah in die Yacht ein. Der Motorstrom bei maximaler Drehzahl beträgt 49,9 A. Dies ist 0,25 ° C. Die gesamte Kapazität kann nicht genutzt werden, ich bestimme, wie viel Sie können.



Das heißt, die Batterien halten ungefähr 2,82 Stunden oder ungefähr 2,82 × 2,35 = 6,64 Meilen bei maximaler Geschwindigkeit in Ruhe. Um die Entladung der Batterien teilweise auszugleichen, müssen Sonnenkollektoren installiert werden.

Auf der Yacht ist nicht viel Platz frei. Überall liegt etwas oder jemand sitzt. Der ungefährlichste Ort zum Einlegen von Batterien in die Abdeckungen der hinteren Schließfächer. Dieser Ort ist am wenigsten anfällig für Beschattung durch Segel. Das Gebiet dort ist zwar klein. Auf den Deckeln der Schließfächer befinden sich 545x415 mm Batterien mit einer angegebenen Leistung von 40 W und einer Strahlung von 1000 W / m2.



Fragen der Effizienzsteigerung bleiben für die Zukunft offen. Ich nehme zwar den billigsten Solar-PWM-Controller.

Wie viele Meilen werden Sonnenkollektoren hinzufügen?

Die durchschnittliche Tagesenergie der Sonnenstrahlung in der Region während des Navigationszeitraums beträgt 5,8-6 kW * h / m2. Dies sind durchschnittlich 500 Watt für 10 bis 12 Stunden pro Tag.

Die Fläche von zwei Batterien beträgt 2X0,545X0,415 = 0,45 m2. Ich gehe davon aus, dass der Batteriestrom linear von der Leistung der Sonnenstrahlung abhängt und die Spannung im Gegenteil praktisch unabhängig ist. Dies ist im Zeitplan sichtbar.



Bei 1000 W / m2 liefert die Batterie einen Strom von 2,05 A und bei 500 W / m2 etwas mehr als 1 A.
Bei Verwendung eines PWM-Controllers ist die Spannung an der Batterie nahezu gleich der Spannung an der Batterie, d.h. insgesamt, gemessen an den Entladungseigenschaften, durchschnittlich 2,05 × 6 = 12,3 V.

Infolgedessen ergeben zwei Batterien mindestens 10 × 2 = 20 Ah pro Tag, was 20 / 49,9 * 2,35 = 0,94 Meilen entspricht.

Ich werde zusammenfassen

maximale ruhige Geschwindigkeit = 2,35 Knoten,
Reichweite bei Höchstgeschwindigkeit = 0,94 + 6,64 = 7,58 Meilen,
Wirkungsgrad bei maximalem Hub = 24,3%,
Durchschnittsgeschwindigkeit bei Ruhe = 1,4 Knoten,
Reichweite bei mittlerer Geschwindigkeit = 15,54 Meilen,
Wirkungsgrad bei Durchschnittsgeschwindigkeit = 18,8%,
minimale Geschwindigkeit bringt keine Vorteile, weder in der Reichweite noch in der Effizienz,
Die maximale Windgeschwindigkeit von 7,1 m / s beträgt 1 Knoten.
Reichweite bei maximaler Geschwindigkeit mit einem Wind von 7,1 m / s wird 2,82 Meilen sein,
Wirkungsgrad bei Höchstgeschwindigkeit mit einem Wind von 7,1 m / s wird 11% sein,
Der Wirkungsgrad des Sonnensystems beträgt ca. 2A * 12,3 V * 10 Stunden / 0,45 m2 / 5,8 kW * Stunden = 9,4%.
Wir werden das Segel für den Hauptteil des Weges verwenden, und wir werden den Motor als Rangierlokomotive einsetzen und den Massengutfrachtern und Tankern vom Fairway entkommen. Obwohl das Ergebnis noch besser als geplant ist.
Es wurde entschieden, dass in dieser Konfiguration die Yacht die Helling verlässt.
Dieser lang ersehnte Tag ist endlich gekommen. Die Yacht wird zuerst ins Wasser geworfen.

P.S. In dieser Konfiguration hielt die Yacht 3 Jahre. Während dieser Zeit verband sie sich nur zweimal mit dem Landstrom, um die Batterien aufzuladen.

Wunderbare Erfahrungen wurden gesammelt und alle Berechnungen wurden wiederholt durch die Praxis bestätigt. Während des Segelns verwandelt sich ein abgetauchter Motor in einen Generator und lädt die Batterien auf. Der Ladestrom bei einer Geschwindigkeit von 3 Knoten beträgt 2A.