Sol, vento e água ver 0.1

Primeira Temporada

Nós sobrevivemos à crise juntos ... - em um iate.
(C) meu amigo

Um artigo sobre a escolha do motor mínimo necessário para um iate.

Etapa um - como tudo começou

Por volta de meados de 2014, quando ficou claro que a crise seria muito prolongada, novamente era hora de impor nosso próprio plano anti-crise. Bem, isso não deu certo como no famoso filme - "uma crise é quando você não quer algo", mas houve muitas horas interessantes. Iatismo veio à minha vista. Naquela época, meu conhecimento sobre esse assunto era no nível do jardim de infância, quando construímos barcos com casca de noz e deixamos em poças. Eu nem sabia se tinha enjoo. :-) Mas, diz-se - feito. Há um tema, estamos começando a impor um plano de ação.

A primeira coisa a fazer é aprender em algum lugar. Eu conversei com os iatistas. Todos eles estudaram na Escola de Esportes da Juventude nos dias da URSS. Todos os competidores deram conselhos de que devemos primeiro ir à Turquia, levar iates diferentes em uma carta e aprender diretamente na prática. Bem, agora você pode, por dinheiro modesto, "levar isso aqui e aqui comigo". Bem, eles podem ser entendidos - para eles, é um negócio. Vamos para o outro lado.

Decidiu-se estudar em uma escola particular e receber educação adicional de um "veleiro de direção", passar em exames e obter os direitos das Forças Penais Federais da Rússia. Todo o processo de aprendizado é agradável à noite e nos finais de semana. 72 horas de teoria + prática levam mais de 4 meses. Há informações suficientes para começar a escolher um iate conscientemente e gerenciá-lo você mesmo.

Etapa 2 - Escolhendo um iate

Espero que meu algoritmo de seleção ajude outras pessoas:

1. Decida sobre o modo de uso do iate:
   - Descanse, não partindo do píer;
   - Andar um dia - saiu pela manhã, voltou à noite;
   - Caminhadas de fim de semana - condicionalmente de sexta a segunda;
   - Viagens marítimas - uma, duas ou três para uma temporada de viagens longas.
2. Decida a área de natação mínima e máxima
3. Decida sobre as possibilidades de armazenamento no inverno.

Provavelmente é tudo. O restante, como tamanho, capacidade e outras coisas, será decidido por si só. Vamos ver!

Minha escolha de uso:

1. Fim de semana caminha com uma duração de até uma semana. Essa escolha determina a presença a bordo do banheiro (latrina), cozinha (cozinha), iluminação, locais de dormir confortáveis ​​para toda a família e espaço suficiente para suprimentos. Imediatamente ficou claro que o navio não seria pequeno. Segundo a descrição - Moscou odnushka 11 metros quadrados.
2. A área mínima de água - a Baía de Taganrog e as partes mais baixas do Don - para viajar não apenas ao longo do fairway, você deve ter um calado de no máximo 1 metro (cintura). A área máxima da água é o Mar Negro. De fato, o Mar de Azov é mais insidioso em termos de transporte. É necessário ter lados altos, boa estabilidade (quilha pesada) e um potente motor estacionário para emergências. Normalmente, no mar de Azov, o comprimento de onda é de cerca de 4-5 m, e a altura é de 1,5 a 2 m. Em um navio de comprimento menor (que o comprimento de onda), será possível treinar com sucesso os astronautas. Ele repetirá todos os contornos da onda e torcerá e lançará sua equipe com o máximo de sobrecargas de "espaço".
3. Armazenamento de inverno no iate clube, sem transporte nas estradas. Um indicador muito importante. Ele simplesmente "desata as mãos" para aumentar as dimensões do navio em largura. Em primeiro lugar, esses são lugares confortáveis ​​para dormir e, em segundo lugar, boa estabilidade.

Em seguida, abra sua carteira e a Internet e inicie a seleção de acordo com os parâmetros das opções disponíveis para venda. Com mais de 7 metros de comprimento, são iates com mais de 7 metros. Calado a menos de 1 m. Estes são iates a menos de 28 pés. Não consideramos veleiros e compromissos por razões de estabilidade e praticidade de serviço em nosso mar "verde". Quem encontrará mais de três opções - bem feito.

Quero observar mais uma nuance, aqui, assim como em apartamentos e carros, o grau de "esquadria" afeta a habitabilidade. Ou seja, cada 10 cm de largura extra aumentará significativamente a habitabilidade e o conforto a bordo.

Eu escolhi: um iate de 25 pés, uma largura de 3 m, uma altura lateral de 1 m, berços de 6, um calado de 0,9 m - uma quilha de duas quedas para reduzir o rolamento lateral e com a possibilidade de instalar um motor. Não há lugar específico para ele no iate por padrão.

Enquanto o iate selecionado está sendo construído no estaleiro, a terceira etapa começa.

Etapa três - transporte para o local de uso

O transporte de carga de grandes dimensões é o alimentador mais importante para a polícia de trânsito, porque o transporte rodoviário é excluído;

É engraçado, mas em nosso país, os direitos do VFPS dão o direito de usar uma vela, mas não um barco. Uma nova tarefa imprevista é obter os direitos do barco. Eu passei no mesmo exame, mas agora em jóias.

Dirigir um iate pelo Don sem motor se transforma em uma missão engraçada, mesmo para um capitão experiente. É necessário resolver o problema com o motor e, de preferência, com um orçamento mínimo.

Etapa quatro Seleção do motor

Critérios de seleção:

Solução alternativa

• Orçamento - até 15 mil rublos;
• O limite de autonomia é de pelo menos 16 quilômetros;
• Velocidade - para que você possa dirigir o navio - mais de 1,5 nós;
• Motor de popa.

Solução permanente

• Estacionário;
• O limite de autonomia é superior a 32 km;
• Velocidade - até 5 nós.

Bem, não há dinheiro para uma solução permanente, deixarei para o futuro. Por enquanto, concentre-se no mínimo.

Do que eu preciso?

Desenho de contorno do casco do iate. Alta precisão não importa. Você pode retirá-lo do passaporte do navio ou mesmo de um livreto publicitário.

Faça o download do maravilhoso software de freeship gratuito.

De acordo com as projeções do desenho dimensional, eu desenho um perfil do casco no programa e obtenho uma característica de reboque.



Surpreendentemente, um motor com potência inferior a 100 W é suficiente para atender aos requisitos mínimos, que são inferiores a 1/7 cavalos de potência! Aqui, qualquer motor serve! Mas o diabo está nos detalhes.

Seguindo o caminho de encontrar o motor mínimo, sou forçado a abandonar os "cortadores" de gasolina de alta velocidade. A dependência da potência do motor a gasolina em rpm é descrita por uma parábola descendente com um ponto máximo de aproximadamente 5500-6000 rpm. Já a 3500 rpm, a potência cai pela metade e por 1000 quatro vezes. Nos motores de baixa potência, é instalada uma caixa de engrenagens de 2,25: 1, um parafuso com um diâmetro de cerca de 20 cm. A partir de 2700 rpm, nada pode ser esperado, exceto ruídos e bolhas. Um cálculo aproximado da potência do motor pode ser realizado de acordo com a seguinte fórmula:

$$

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

A eficiência será de apenas 10%.
Você precisa de algo lento, silencioso e não fedorento.
A solução era simples e elegante - um motor elétrico chinês. Os chineses estudaram em nossas escolas profissionais como eletricistas, porque a velocidade do motor é ajustada conectando uma resistência em série de 0,4 ou 0,8 Ohms, ou ambos juntos. A velocidade rotacional máxima de todo o nmax = 1300 por minuto. A eficiência do motor CC médio está geralmente na faixa de 85%. Como a velocidade é regulada em etapas, o cálculo deve ser feito separadamente para cada velocidade.

Vou remover a alça do motor; ainda assim, você não pode alcançá-la. Conduzirei os fios à unidade de controle do motor (ECU).

Usando uma técnica simples, eu determino os parâmetros dos parafusos. Vou à loja com uma corda e uma régua e faço medições simples - o passo do parafuso é $$$H = 2πr · (h / l)$ :



Os parâmetros medidos da hélice do motor elétrico do barco chinês: D = 0,24m; H = 0,106m.

O diâmetro do parafuso é de apenas 24 cm e, portanto, a eficiência desse motor em um iate pesado também não é espaço. Vou tentar avaliar quanto.

Usarei o cálculo dos artigos ( “Cálculo dos principais elementos das hélices de barco”, revista “Boats and Yachts” 1/1963 e “O que você precisa saber sobre a hélice?” “Guia de barcos, barcos e motores. Editado por G.M. Novak” ) colocando lá os valores e tamanhos do motor elétrico. A precisão do curso será pequena, porque os argumentos não se enquadram nas condições de contorno do cálculo. Mas espero que seja adequado para avaliação.

Para cada velocidade do motor, é necessário realizar uma substituição de cálculo até que o batente do suporte seja igual à resistência total da embarcação. Ou seja, a certa velocidade, haverá um equilíbrio de duas forças - forças motoras e forças de resistência.

Por exemplo, darei cálculo apenas para substituição final.

Para começar, o coeficiente do fluxo associado é calculado:

$$

$$w = 0,165 * kop * \ sqrt {\ frac {\ sqrt [3] {V}} D} = $ 0,64$$

onde kop é o coeficiente de completude geral e V é o deslocamento do navio. Eu recebo esses parâmetros de "hidrostática" no programa de freeship; D - diâmetro do parafuso em metros.

Em seguida, encontro a velocidade com que a hélice encontra a água:

$$

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

em v = 1,2 m / s - a velocidade do navio (2,35 nós).
O iate possui resistência frontal ao vento proporcional à área de projeção frontal. Ao se mover, um vento contrário surge e cria resistência adicional ao movimento. Além disso, essa técnica simples me permite determinar contra qual vento contra o vento o motor pode ser útil.

Vou contar a resistência ao vento:

$$

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

com vento vwind = 0 m / s,
onde Sfr é a área frontal da vela (tiramos do fretamento), v = 1,2 m / s a ​​velocidade da embarcação.

A resistência do casco ao fluxo de água é encontrada pela característica de reboque Rw = 118,87 N.
Impedância $$$R = Rwind + Rw = 121,5 N$ com vento vwind = 0 m / s
Potência líquida gasta no movimento do iate:

$$

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

Vou calcular a potência fornecida ao parafuso:

$$

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

quando K = 0, onde K pode obter valores: 0 - a velocidade mais alta, 1 - velocidade média, 2 - velocidade mais baixa.
Eu calculo o coeficiente auxiliar:

$$

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

onde n é a velocidade de rotação do parafuso, r / s; p é a densidade mássica da água (102 kgfs2 / m4).



De acordo com o gráfico pontilhado, encontro o valor da eficiência do parafuso $$$\ eta = US $ 0,2$ ; proporção de disco $$$H / D = $ 0,5$ e passo relativo $$$\ lambda = $ 0,2$ .
Para verificação, calculamos o valor real $$$EFICIÊNCIA = PPR / = 0,243$ . Bem, parece ser verdade.

Diâmetro e passo recomendados do parafuso $$$Drec = \ frac {va} {\ lambda * n} = 0,215 m$ , $$$Hrec = H / D * Drec = 0,127 mHrec = H / D * Drec = 0,127$ .
Isso significa que o parafuso real não possui dimensões ideais, porque a eficiência real é menor que a calculada.

A parada do hélice é determinada pela fórmula a uma velocidade selecionada do iate de 1,2 m / s (2,35 nós):

$$

$$Parafuso = 9,8 * 75 * Rel * Eficiência do parafuso / (735,5 * va) = 121,5 N,$$

em plena resistência $$$R = Rwind + Rw = 121,5 N$ . O saldo é alcançado.
Como resultado, descobrimos que, nas melhores condições, a eficiência de um sistema de hélice a motor (provavelmente chamado de coeficiente de propulsão) excederá 24%, e um motor elétrico com uma potência de 600 W acelerará o iate para 2,35 nós.

O resultado é "mais ou menos", mas adequado para uma solução temporária.
O fabricante instala baterias de descarga profunda 12V 160Ah no iate. A corrente do motor na velocidade máxima será de 49,9 A. Isso é 0,25C. Toda a capacidade não pode ser usada, eu determino o quanto você pode.



Ou seja, as baterias duram cerca de 2,82 horas, ou cerca de 2,82 * 2,35 = 6,64 milhas na velocidade máxima em calma. Para compensar parcialmente a descarga de baterias, é necessário instalar painéis solares.

Não há muito espaço livre no iate. Algo está por toda parte ou alguém está sentado. O lugar mais inofensivo para instalar baterias nas tampas dos armários traseiros. Este local é o menos suscetível ao sombreamento pelas velas. É verdade que a área é pequena. Baterias de 545x415 mm com uma potência declarada de 40 W e uma radiação de 1000 W / m2 ficam nas tampas dos armários.



Questões de aumento de eficiência serão deixadas para o futuro. Enquanto eu tomo o controlador PWM solar mais barato.

Quantas milhas adicionarão os painéis solares?

A energia diária média da radiação solar na região durante o período de navegação é de 5,8-6 kW * h / m2. Esta é uma média de 500 watts por 10 a 12 horas por dia.

A área de duas baterias é 2X0.545X0.415 = 0.45 m2. Assumirei que a corrente da bateria depende linearmente da energia da radiação solar e a tensão, pelo contrário, é praticamente independente. Isso é visível na programação.



A 1000 W / m2, a bateria fornece uma corrente de 2,05 A e a 500 W / m2, um pouco mais de 1 A.
Ao usar um controlador PWM, a voltagem da bateria é quase igual à voltagem da bateria, ou seja, total, a julgar pelas características da descarga, uma média de 2,05X6 = 12,3 V.

Como resultado, duas baterias fornecerão pelo menos 10X2 = 20 Ah por dia, que será 20 / 49,9 * 2,35 = 0,94 milhas.

Vou resumir

velocidade calma máxima = 2,35 nós,
alcance na velocidade máxima = 0,94 + 6,64 = 7,58 milhas,
Eficiência no curso máximo = 24,3%,
velocidade média com calma = 1,4 nós,
alcance a velocidade média = 15,54 milhas,
Eficiência à velocidade média = 18,8%,
velocidade mínima não oferece vantagens, nem no alcance nem na eficiência,
a velocidade máxima do vento de 7,1 m / s será de 1 nó,
o alcance na velocidade máxima com um vento de 7,1 m / s será de 2,82 milhas,
A eficiência à velocidade máxima com um vento de 7,1 m / s será de 11%,
A eficiência do sistema solar é de aproximadamente 2A * 12,3V * 10 horas / 0,45 m2 / 5,8 kW * horas = 9,4%.
Usaremos a vela na parte principal do caminho e usaremos o motor como manobra e para escapar do fairway de navios graneleiros e navios-tanque. Embora o resultado seja ainda melhor do que o planejado.
Foi decidido que nessa configuração o iate sairá das rampas.
Este dia tão esperado finalmente chegou. O iate é lançado pela primeira vez na água.

P.S. Nesta configuração, o iate durou 3 anos. Durante esse período, ela só se conectou duas vezes à energia em terra para carregar as baterias.

Experiência maravilhosa foi acumulada e todos os cálculos foram repetidamente confirmados pela prática. Além disso, ao navegar, um motor mergulhado se transforma em gerador e carrega as baterias. A corrente de carga a uma velocidade de 3 nós é 2A.