Изготовлять микролитражные автомобили собственными руками трудно. Еще более сложная задача — сделать автомобиль-амфибию. Тут, помимо энтузиазма, долготерпения и незаурядного мастерства, требуется еще и абсолютная необходимость именно в этом виде транспорта. Но, планируя выигрыш в проходимости, заранее радуясь тому, что можно будет подъехать к берегу реки и, на зависть владельцам машин заводского изготовления, плюхнуться в воду и спокойно поплыть, иной конструктор не знает, что его еще поджидает проблема, с которой давно столкнулись автомобильные инженеры.
Вода и земля — стихии разные. Машина, способная перемещаться и тут и там, будет по своим свойствам уступать и только сухопутной и только водной. Инженеры знают, что корпус машины, движущейся по воде, требует плавных очертаний, а отношение длины к ширине должно быть увеличено. Такой автомобиль на суше хуже проходит пересеченные участки. Сухопутная машина должна иметь определенные габариты и хорошую динамику, машина для движения по воде — устойчивость и запас плавучести. Совместить эти требования очень трудно, приходится идти па компромиссы. У амфибии запас плавучести меньше, а осадка корпуса больше, чем у судов такого же водоизмещения. Поэтому больше и сопротивление воды. Скорость движения автомобилей-амфибий по воде составляет 10—12 км/час. Это для промышленных конструкций, а для самодельных и того меньше. Их создатели могут высчитать величину полного сопротивления движению автомобиля на воде по формуле:
R=DV2/LCδ
где: R — сопротивление воды движению амфибии, кг;
D — водоизмещение амфибии, кг;
V — скорость на воде, м/сек;
L — длина корпуса по ватерлинии, м;
δ — коэффициент полноты водоизмещения (обычно равен 0,75—0,8);
С — коэффициент, определяемый соотношением длины L и ширины В корпуса амфибии по ватерлинии.
Приближенные значения коэффициента С:
L/B…. 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
С ……. 15 17 19 21 23
Зная сопротивление воды, можно подсчитать необходимую для его преодоления мощность:
Ne=RV/75η
Здесь R и V обозначают то же, что и в предыдущей формуле, Ne — эффективная мощность в лошадиных силах, а η — так называемый пропульсивный к.п.д. — отношение мощности полезной тяги винта к мощности, затраченной для движения. При небольших скоростях самодельных амфибий η может быть принят равным 0,45. Полученная мощность и определит тип двигателя. Что же касается элементов конструкции, то они могут быть самыми различными.
Проще всего (по такому пути иногда идут автомобильные инженеры) заставить плыть по воде обычный автомобиль. Для этой цели к нему прикрепляют тросами с боков или спереди и сзади поплавки из прорезиненной ткани. Так поступили создатели серийного английского автомобиля «ленд-ровер». Машину грузоподъемностью 500 кг удерживают на воде поплавки, которые надуваются за 15 минут выхлопными газами. Поплавки крепятся специальными кронштейнами спереди и сбоку, и автомобиль погружается в воду по ступицы. Винта у него нет, нет и водяного руля. Движителем являются задние колеса; поворачивается же машина при повороте передних колес. Поплавки на суше убираются под пол кузова.
Эта конструкция весьма проста, однако использовать такой способ во всех случаях нельзя. Вода может попасть в картер двигателя, коробки передач, кабину или кузов. Поэтому инженеры, создающие обычные автомобили, которым, однако, придется и плавать, делают стенки корпуса водонепроницаемыми, а места выхода ведущих валов уплотняют. К этому прибегают и конструкторы-любители.
К амфибиям, специально сделанным для движения по воде, относится созданный в нашей стране БАВ (большой плавающий автомобиль). На суше это трехосный, со всеми ведущими колесами грузовик, способный перевозить 2,5 т груза с максимальной скоростью в 60 км/час. При въезде в воду включается гребной винт, но предел скорости машины в воде — 10 км/час. Мощность двигателя БАВ сравнительно невелика — всего 110 л. с.
Инженеру с определенной специальностью очень полезно бывает иногда воспользоваться опытом специалистов другого профиля. Это не только расширяет технический кругозор, но и помогает найти оригинальное решение, особенно в тех случаях, когда требования к создаваемой машине сложны и в чем-то даже взаимоисключают друг друга. Так поступили американцы, когда применили при создании автомобиля-амфибии авиационные методы конструирования. Они сделали корпус, целиком выполненный из алюминиевых ячеистых панелей. Машина ХМ-521 в два раза легче обычных автомобилей той же грузоподъемности, а корпус ее в шестнадцать раз прочнее корпуса, сделанного из стального листа. Когда машина движется по суше, она не похожа на амфибию, но стоит ей войти в воду, как груз и люди, размещенные на платформе, оказываются как бы на палубе плота. От волн их защищают боковые панели-комингсы. По бокам между колесными нишами размещен пенопласт, и автомобиль практически непотопляем. На пенопласте крепятся аккумуляторные батареи, бачок для масляного отстоя, топливный бак. Этот автомобиль может на скорости 40 км/час «плюхнуться» в воду с берега высотой 1,2 м.
И все же не амфибиям с водоизмещающим корпусом принадлежит будущее, не об этих конструкциях думают прежде всего инженеры. В самом деле, как бы ни был хорош и легок автомобиль ХМ-521, он развивает на воде скорость, равную всего лишь 8,5 км/час. Это в 10 раз меньше той скорости, с какой машина может двигаться по суше. А самые серьезные конструктивные улучшения приводят к тому, что скорость повышается до 11 км/час. Это, конечно, не выход из положения. И конструкторы ищут новые пути. Задача стоит так: уменьшить силу сопротивления воды. Для этого нужно поднять амфибию над водой. Есть несколько способов.
Все, конечно, видели легкие, стремительные глиссеры. Скорость их несравнима со скоростью обычных судов, потому что они как бы парят над водой. Конструкторы поставили перед собой задачу — создать автомобиль-амфибию с корпусом глиссирующего типа. Такая машина должна начать свое движение по воде как обычно. Все больше и больше скорость, колеса убираются в специальные ниши, корпус все больше выходит из воды, подъемная сила, которая заставляет его делать это, все увеличивается — и вот уже скорость амфибии почти равна той, которую она развивает на суше.
Машина данного типа мало чем отличается от машины с водоизмещающим корпусом — только колеса убираются да обводы корпуса другие. Но зато есть у глиссирующих амфибий весьма существенные недостатки. Чтобы заставить машину глиссировать, корпус ее должен быть длиннее, чем обычно, а это ухудшает проходимость на суше. Да и мощность двигателя требуется слишком большая. Поэтому все возрастающую популярность среди конструкторов амфибий завоевывают машины на подводных крыльях.
Разумеется, прежде чем приступить к конструированию, все свойства этих машин испытали на моделях. Результаты оказались весьма интересными. Модели показали, что если глиссирующему автомобилю длиной 13,7 м для того, чтобы достичь скорости 74 км/час, нужна удельная мощность порядка 100 л. с./т, то автомобиль на подводных крыльях достигнет той же скорости, имея удельную мощность 50 л. с./т. А если этот показатель увеличить до 100 л. с./т, то и скорость возрастет до 100 км/час. Опытная машина-амфибия на двух подводных крыльях с газотурбинным двигателем мощностью 1225 л. с. развивала максимальную скорость на суше 64 км/час, а на воде 65 км/час. Конечно, пока еще амфибии на подводных крыльях не сделались массовой машиной. Для их создания нужно преодолеть множество трудностей, добиться хорошей продольной и поперечной устойчивости, приспособить к особым условиям движения на воде очень мощный двигатель, разработать сложный механизм подъема крыльев при движении по суше и так далее. Но эксперименты ведутся.
Можно понять самодеятельных конструкторов, создающих автомобили-амфибии. В нашей обширной стране есть много мест, где передвигаться по суше значительно легче, нежели по воде. А почему так усиленно работают инженеры-автомобилисты?
В последние годы область применения плавающих автомобилей значительно расширилась. Если раньше считалось, что использовать их можно только в военных целях, то теперь все больше и больше амфибий трудится на стройках. Есть амфибии, специально сконструированные для аварийной работы: обслуживания линий электропередач, затопленных в грозу или при наводнении. Создаются машины для прокладки нефте- и газопроводов, для геологических изысканий. Амфибии с большой грузоподъемностью перевозят на себе мостовые фермы. Некоторые даже разгружают стоящие на рейде корабли.
Конечно, многое из того, что входит в арсенал инженеров, самодеятельному конструктору не под силу, да и не нужно. Но осуществлять в металле различные интересные технические новинки можно, даже создавая сравнительно простые машины.
Технические требования
Пока амфибия на суше, для нее обязательны требования к микроавтомобилям; на воде она подчиняется нормам, выработанным для плавающих средств. Основываясь на тех и других, можно получить некоторые исходные ориентировочные цифры.
Амфибия должна выполняться с рабочим объемом двигателя до 900 см3 и иметь не более четырех мест. Размеры плавающей машины по сравнению с сухопутными автомобилями приходится делать несколько большими: предельная длина — 4800 мм, ширина — 1800 мм, высота — 1650 мм. Минимальное расстояние от плоскости дороги до нижней точки амфибии — 150 мм. Разрешается использовать отдельные агрегаты, механизмы и детали типовых автомобилей и мотоциклов. Компоновочная схема может быть любой: с двигателем спереди или сзади, с приводом на передние или задние колеса.
Наибольшая скорость — 75 км/час, а мощность на тонну полного веса1 (1 Полный вес равен весу полностью снаряженного автомобиля плюс вес пассажиров и багажа. Вес человека — 75 кг, вес багажа на одного человека — 10 кг.) может доходить до 20—25 л. с.
При торможении со скоростью 30 км/час тормозной путь должен составлять на сухой дороге с твердым покрытием при полной нагрузке не более 7,2 м.
Не допускается смещение амфибии в сторону от прямого курса помимо воли водителя при движении по сухой дороге на всем диапазоне скоростей. Это же относится и к уводу на поворотах. При движении по кругу радиусом 6 м со скоростью 20 км/час на сухой дороге не должен возникать занос.
Граница невидимой части дороги должна проходить на расстоянии не более 7 м от передней точки амфибии; ветровое окно, сделанное так, чтобы подвешенный светофор был хорошо виден водителю, когда передняя точка амфибии находится от светофора на расстоянии не более 12 м, — все это тоже необходимые условия, обеспечивающие хороший обзор.
Рулевое управление — обязательно автомобильного типа, с рулевым механизмом. Сиденье водителя располагается слева.
Тормозов два — рабочий (привод механический или гидравлический от педали) и стояночный (привод от рычага).
На машинах с полным весом не более 600 кг рабочие тормоза ставятся только на задние колеса.
Шины пневматические: автомобильные, мотоциклетные, от мотоколясок и мотороллеров.
Коробка передач с задним ходом на машинах с полным весом свыше 450 кг — обязательна.
Бензобак можно располагать в любом месте, но не ближе чем на расстоянии 100 мм от двигателя и 200 мм от выпускной системы (коллектор, трубопровод, глушитель). Горловина бака закрывается крышкой с двумя клапанами.
Совершенно необходимы приборы освещения и сигнализации.
Габаритные фонари — по два спереди и сзади (лампочки в 3 вт), расположенные на расстоянии не более 200 мм от крайней точки машины (по ширине). Передние габаритные фонари должны иметь прозрачные или матовые стекла, задние — красные. Но габаритные фонари не обязательно иметь, если есть фары с лампочками стояночного света. Указатели поворота — по два спереди и сзади (лампочки в 15 сеечей); их крайние боковые точки должны находиться на расстоянии не более 200 мм от крайней точки машины (по ширине). Передние указатели поворота снабжаются бесцветными стеклами, задние — красными или оранжевыми.
Сигнал торможения (стоп-сигнал) — с одним или двумя красными стеклами и лампочкой в 15 вт.
Габаритные указатели сзади, указатели поворота и сигнал торможения могут быть использованы в виде двух комбинированных фонарей, расположенных на расстоянии не более 200 мм от крайней точки автомобиля (по ширине).
И наконец, фонарь номерного знака (лампочка не менее 6 вт), звуковой сигнал, две фары (лампочки не менее 32 вт для дальнего и 21 вт для ближнего света).
Площадь поперечного сечения проводов, идущих к фарам, не менее 2 мм2. Провода меньшего сечения будут испытывать большое сопротивление, и лампы фар не достигнут нужного накала. К чему это может привести — ясно.
Во всех световых приборах необходимо применять рассеиватели только промышленного изготовления.
В фаре их устанавливают так, чтобы поперечные линии рисунка располагались строго горизонтально и чтобы метка «верх» была наверху. Даже незначительный сдвиг рассеивателя ухудшает освещение дороги.
Винты фар необходимо ввертывать после смазки жидким маслом, иначе фары будет невозможно отрегулирозать из-за коррозии. А неточность в регулировке фар также значительно снижает интенсивность освещения дороги.
На щитке приборов как минимум должны быть спидометр, замок зажигания, переключатель освещения.
Стеклоочиститель (не с ручным приводом) и зеркало заднего вида обязательны.
Амфибия должна иметь воздушные ящики или водонепроницаемые отсеки, обеспечивающие машине при затоплении одного из отсеков непотопляемость и запас положительной плавучести.
Высота надводного борта амфибии при движении по воде с полной нагрузкой не менее 300 мм при плавании в водоемах разряда «Л» и «Р», а диаметр циркуляции (диаметр окружности, описываемой амфибией на воде) при полном обороте — не более пяти длин корпуса.
При движении по воде необходимо иметь на каждом борту мигающий белый огонь (для подачи сигналов при расхождении и обгоне).
В конструкции амфибии нужны:
— швартовые устройства (кнехты, утки и т. д.), находящиеся на носу, корме, а также в непосредственной близости от места водителя с каждого борта:
— якорное устройство (якорь весом 6—8 кг любой конструкции и трос длиной не менее трех длин корпуса амфибии);
— спасательные средства из расчета один спасательный нагрудник на одного человека;
— огнетушитель и средства для отлива воды из корпуса;
— место для крепления заднего стандартного номерного знака.
Каждая амфибия регистрируется в ГАИ и Госкомиссии по маломерному флоту.
При представлении для регистрации владелец амфибии должен предъявить акт технической комиссии при низозом коллективе ДОСААФ, определяющий основные параметры и технический уровень конструкции.
Водитель амфибии должен иметь удостоверения на право управления автомобилем и на право управления маломерным судном.
ОТ РЕДАКЦИИ. Публикуя этот материал, мы предвидели вопрос: «А имеются ли утвержденные официальными органами — ГАИ СССР, ДОСААФ, НАМИ, организациями, отвечающими за безопасность движения судов по рекам и озерам, — единые требования к самодельным автомобилям-амфибиям?» Как нам удалось выяснить, проект таких требований уже подготовлен и находится в ГАИ. По пока ответственные работники ГАИ СССР не назвали нам сроков их введения в действие.
Редакция надеется, что после публикации нашим журналом материалов, свидетельствующих о большом интересе самодеятельных конструкторов страны к созданию автомобилей-амфибий, введение в жизнь единых требований, действительных на всей территории страны, будет ускорено.
В дополнение к напечатанному
Во втором номере журнала за 1968 год была опубликована статья инженера Ю. Чумичева «Автомобиль плывет по воде». Редакция получила много писем, авторы которых просят более подробно рассказать об амфибии-катере. По просьбе редакции Юрий Елисеевич Чумичев отвечает на наиболее существенные вопросы.
ЧИТАТЕЛЬ. Строительство машины начинается с выбора двигателя. Как это сделать?
КОНСТРУКТОР. Мощность двигателя амфибии определена следующим условием: 25 л. с. на тонну полного веса и рабочий объем цилиндров, не превышающий 900 см3. Первое требование не является категоричным. На сделанной мной машине (полный вес — 600 кг) стоит двигатель ЯВА-350 мощностью 16—18 л. с. Равен ему по мощности двигатель ИЖ-Ю. Но можно поставить моторы от мотоциклов М-72, М-61, К-750 и от автомобиля «Запорожец». Все они более мощные. Тогда амфибия будет иметь лучшую ходовую характеристику, большую надежность и моторесурс.
Зато ходовую часть и силовую передачу придется усилить.
ЧИТАТЕЛЬ. А можно ли улучшить качества амфибии при двигателях ЯВА-350 и ИЖ-Ю?
КОНСТРУКТОР. Да, можно. Нужно уменьшить габариты машины до 3200х1350х1350 мм (цифры приблизительные). Это осуществимо, если машина двухместная. Кроме того, в силовой передаче следует обязательно предусматривать нейтрали в ветвях на вал гребного винта и к колесам.
ЧИТАТЕЛЬ. Для нормальной работы двигателя очень важна система принудительного воздушного охлаждения.
Как вы ее выполнили?
КОНСТРУКТОР. В нашей амфибии система охлаждения включает плексигласовые воздухозаборники, выходящие за пределы габаритов кабины, и отсасывающий вентилятор (наружный диаметр — 240 мм) с шестью лопастями, полностью перекрывающими ометаемую площадь. Лопасти из кровельного железа приклепаны к опорным уголкам из листового железа толщиной 1,2 мм. Внутренний диаметр дюралюминиевого барабана вентилятора — 90 мм. Вентилятор приводится клиновым ремнем; мощность отбирается непосредственно с коленчатого вала двигателя через дополнительный выводной вал, на конце которого закреплена ведущая звездочка.
ЧИТАТЕЛЬ. Кузов амфибии отличается от кузова обычного автомобиля. Он не должен пропускать воду. Нашло ли это отражение в вашей работе?
КОНСТРУКТОР. Разумеется. Только я буду пользоваться судовой терминологией и говорить не «кузов», а «корпус». Он показан на рисунках 1—3.
Набор корпуса состоит из восьми шпангоутов, транца, киля, скуловых и бортовых стрингеров. Шпангоуты 1, 2, 7, 8 замкнутые; днищевые горизонтальные ветви имеют двойное сечение, в которое вмонтированы болты крепящих раму мостов. Шпангоуты выполнены из сосновых досок толщиной 16 мм, соединенных фанерными косынками толщиной 4 мм (1, 2, 7, 8-й) и 6 мм (3, 4, 5, 6-й). Косынки ставятся на водостойком клее или смоле и закрепляются шурупами. Бортовые ветви шпангоутов имеют незначительную погибь в наружную сторону. Толщина фанерной обшивки бортов и палубы в передней части 4 мм, днища — 2—9 мм и палубы кормовой части — 6 мм. Для облегчения работы обшивка носовой части и днища в пределах шпангоутов 1 и 2 выполнена из двух слоев фанеры толщиной 3 мм (рис. 8). Обшивка покрывается слоем водостойкого клея или смолы с тканью.
Направляющие остекления кабины выполнены из труб ø¾” и, обшитых фанерными рамками по фасонным прокладкам из сосновых реек. Очень важно увеличить полезную глубину корпуса, сократив расстояние между полом и днищем и несколько облегчив ветви шпангоутов и носовую часть. Но не забывайте, что кузов амфибии является корпусом глиссирующего катера, чему и должны соответствовать обводы его днища.
Для того чтобы обеспечить герметичность, несколько деталей системы управления и силовой передачи в месте выхода из днища кузова уплотнены.
Вал сошки рулевого механизма (рис. 6) уплотняется резиновым кольцом, расположенным между днищем и картером рулевого механизма.
Штоки тормозной системы, передающие усилия от тормозной педали на промежуточные рычаги привода задних и передних колес, уплотняет трубчатый сальник с войлочными прокладками (рис. 9). Аналогичное уплотнение используется и при выводе вала рычага к штанге переключения заднего и переднего хода автомобиля и вала пера водяного руля. Цепь, ведущая от раздаточной коробки к дифференциалу, уплотняется мягкой маслостойкой резиновой прокладкой, зажатой между кожухом цепи, раздаточной коробкой и днищем (рис. 5). Через проем для цепи вода может заходить только в отсек А раздаточной коробки.
ЧИТАТЕЛЬ. Каково назначение раздаточной коробки и рамы мостов?
КОНСТРУКТОР. Распределять мощность между гребным винтом и колесами, то есть обеспечивать задний и передний ход амфибии на воде и отключать гребной винт при езде по суше. Картер коробки (рис. 5) состоит из двух дюралюминиевых частей 14 и 15, соединяемых шпильками. Конические шестерни 3, 4 и храповик 5 изготавливались специально, однако лучше использовать стандартные от редуктора лодочного мотора «Вихрь». На раме мостов монтируются трапеция рулевого управления, приводы тормозной системы, переключения заднего и переднего хода к дифференциалу, задний и передний мосты (рис. 4). Передний мост мотоколяски дополняют тормоза маятникового рычага. Профиль рычагов рулевой трапеции (рис. 7) меняется.
Подборку материалов об автомобилях-амфибиях подготовили:
В. БУДНИК, Ю. ЧУМИЧЕВ, Р. ЯРОВ