Сложности создания универсальной машины
Создание микролитражного автомобиля своими руками — задача непростая. Однако конструирование автомобиля-амфибии представляет собой еще более высокий уровень сложности. Для этого недостаточно одного энтузиазма, терпения и мастерства — требуется реальная необходимость именно в таком гибридном транспорте. Многие конструкторы, мечтая о повышенной проходимости и возможности с берега сразу въехать в воду, не осознают всех подводных камней, с которыми уже давно столкнулись профессиональные инженеры.
Компромисс между стихиями
Вода и суша — принципиально разные среды. Машина, предназначенная для обеих, неизбежно будет уступать по характеристикам как чисто сухопутному автомобилю, так и обычному катеру. Для эффективного движения по воде корпус должен иметь обтекаемые формы и большое отношение длины к ширине, что ухудшает маневренность и проходимость на пересеченной местности. Сухопутному автомобилю важны компактность и динамика, плавсредству — остойчивость и запас плавучести. Совместить эти противоречивые требования крайне сложно, и разработчикам приходится искать компромиссные решения. Как правило, амфибии имеют меньший запас плавучести и большую осадку, чем суда сопоставимого размера, что увеличивает сопротивление воды. Скорость серийных моделей на воде редко превышает 10–12 км/ч, а у самодельных конструкций она и того меньше.
Расчет мощности и сопротивление воды
Создатели самодельных амфибий могут оценить сопротивление воды движению своего аппарата по формуле: R=DV²/LCδ, где R — сопротивление (кг), D — водоизмещение (кг), V — скорость (м/с), L — длина корпуса по ватерлинии (м), δ — коэффициент полноты водоизмещения (~0.75–0.8), C — коэффициент, зависящий от соотношения L/B (длины к ширине).
Примерные значения коэффициента C:
L/B: 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5
C: 15, 17, 19, 21, 23
Зная сопротивление, можно определить требуемую мощность двигателя: Ne = RV / 75η, где Ne — эффективная мощность (л.с.), η — пропульсивный КПД (для малых скоростей самодельных амфибий можно принять ~0.45). Эта расчетная мощность и будет ключевым параметром при выборе силового агрегата.
Подходы к конструированию
Наиболее простой путь — адаптировать для плавания обычный автомобиль. Например, на английский «Ленд-Ровер» крепили надувные поплавки, которые за 15 минут наполнялись выхлопными газами. Машина погружалась в воду по ступицы, а движителем служили вращающиеся задние колеса. Однако такой метод не универсален: существует риск попадания воды в агрегаты и салон. Поэтому при создании специализированных амфибий корпус делают герметичным, а места выхода валов тщательно уплотняют.
Пример специализированной разработки — советский БАВ (большой плавающий автомобиль). Это трехосный грузовик с приводом на все колеса, способный перевозить 2.5 тонны груза по суше со скоростью до 60 км/ч. На воде он использует гребной винт, но его скорость ограничена 10 км/ч при мощности двигателя 110 л.с.
Инновационные решения и поиск скорости
Иногда полезно заимствовать идеи из смежных областей. Американские инженеры, создавая амфибию ХМ-521, применили авиационные технологии, использовав корпус из алюминиевых сотовых панелей. Машина получилась вдвое легче аналогов, а ее корпус — в 16 раз прочнее стального. Несмотря на инновации, ее скорость на воде составила лишь 8.5 км/ч, что в 10 раз меньше сухопутной скорости. Даже серьезные доработки водоизмещающих корпусов редко поднимают этот показатель выше 11 км/ч.
Основной путь к увеличению скорости — уменьшение сопротивления воды за счет подъема корпуса. Одно из решений — амфибии с корпусом глиссирующего типа. При разгоне такая машина начинает выходить из воды, что резко снижает сопротивление. Однако для глиссирования требуется более длинный корпус (что ухудшает проходимость по суше) и очень мощный двигатель.
Более перспективными считаются амфибии на подводных крыльях. Исследования на моделях показали, что для достижения скорости 74 км/ч такому аппарату требуется удельная мощность около 50 л.с./т, в то время как глиссирующему — 100 л.с./т. Экспериментальная амфибия на двух подводных крыльях с газотурбинным двигателем мощностью 1225 л.с. развивала на воде 65 км/ч, почти не уступая скорости по суше (64 км/ч). Внедрению таких систем мешают сложности с устойчивостью, адаптацией двигателя и механизмом уборки крыльев.
Сфера применения и интерес конструкторов
Создание самодельных амфибий оправдано во многих регионах с развитой сетью водоемов. Однако профессиональные инженеры работают над ними не только из любви к искусству. Область применения плавающих автомобилей значительно расширилась: от военных нужд до гражданских задач. Их используют на стройках, для аварийного обслуживания линий электропередач, прокладки трубопроводов, геологоразведки, перевозки мостовых ферм и даже для разгрузки судов.
Технические требования к самодельным амфибиям
При конструировании амфибии необходимо учитывать нормы как для автомобилей, так и для маломерных судов. Вот ключевые ориентиры:
- Общие параметры: Рабочий объем двигателя — до 900 см³, не более 4 мест. Габариты: длина — до 4800 мм, ширина — до 1800 мм, высота — до 1650 мм. Дорожный просвет — не менее 150 мм. Допускается использование серийных агрегатов от автомобилей и мотоциклов.
- Ходовые качества: Максимальная скорость — 75 км/ч. Удельная мощность — 20–25 л.с./т полного веса. Тормозной путь со скорости 30 км/ч на сухом асфальте — не более 7.2 м. Устойчивость на поворотах и прямолинейном движении обязательна.
- Оборудование и безопасность: Обязательны рулевое управление автомобильного типа, два тормоза (рабочий и стояночный), пневматические шины, коробка передач с задним ходом (для машин тяжелее 450 кг). Бензобак должен быть удален от двигателя и выхлопной системы.
- Световые приборы и сигнализация: Полный комплект освещения: фары, габаритные огни, указатели поворота, стоп-сигналы, фонарь заднего номера, звуковой сигнал. Проводка к фарам — сечением не менее 2 мм². Обязательны стеклоочиститель и зеркало заднего вида.
- Требования для плавания: Наличие водонепроницаемых отсеков или воздушных ящиков, обеспечивающих непотопляемость. Высота надводного борта при полной нагрузке — не менее 300 мм. Диаметр циркуляции на воде — не более пяти длин корпуса. Необходимы швартовые и якорные устройства, спасательные жилеты, огнетушитель, средства для отлива воды.
- Регистрация: Амфибия подлежит регистрации в ГАИ и в органах, отвечающих за маломерный флот. Владелец должен иметь права на управление автомобилем и маломерным судном. Для регистрации требуется акт технической комиссии ДОСААФ.
Редакция отмечает, что на момент публикации единые официальные требования к самодельным амфибиям находились в стадии проекта в ГАИ, и выражает надежду на их скорейшее утверждение в связи с растущим интересом конструкторов-любителей.
Ответы конструктора на вопросы читателей
Вопрос: Как выбрать двигатель?
Ответ: Мощность можно ориентировать на 25 л.с./т полного веса при рабочем объеме до 900 см³. На машине весом 600 кг успешно работал двигатель «Ява-350» (16–18 л.с.). Можно использовать и более мощные моторы от «Запорожца» или мотоциклов М-72, что повысит надежность, но потребует усиления ходовой части и трансмиссии. Для маломощных двигателей можно уменьшить габариты машины и обязательно предусмотреть нейтраль в передачах на винт и колеса.
Вопрос: Как решена система охлаждения двигателя?
Ответ: Использована принудительная система с воздухозаборниками из плексигласа и шестилопастным отсасывающим вентилятором диаметром 240 мм. Вентилятор приводится клиновым ремнем от дополнительного вала на коленчатом валу двигателя.
Вопрос: Как устроен водонепроницаемый корпус?
Ответ: Корпус (наборная конструкция) состоит из шпангоутов, киля, стрингеров и обшивки. Шпангоуты изготовлены из сосны и фанерных косынок на водостойком клею. Обшивка бортов и палубы — из фанеры толщиной 4–6 мм, днища — 2–9 мм, с дополнительным усилением в носовой части. Для герметичности все соединения проклеены тканью на смоле. Особое внимание уделено обводам днища, так как корпус рассчитан на глиссирование.
Рис. 1. Корпус катера — бок. 1–9 номера шпангоутов.
Рис. 2. Шпангоуты.
Рис. 3. Элементы носовой части корпуса.
Вопрос: Как обеспечивается герметичность в местах выхода валов и тяг?
Ответ: Применены специальные уплотнения. Вал рулевой сошки уплотняется резиновым кольцом. Штоки тормозной системы проходят через сальники с войлочными прокладками. Цепь от раздаточной коробки к дифференциалу уплотняется пористой маслостойкой резиной, зажатой между кожухом и днищем.
Рис. 6. Герметизация рулевого механизма.
Рис. 9. Герметизация тормозного привода.
Рис. 8. Обшивка носовой части.
Вопрос: Каково назначение раздаточной коробки и рамы мостов?
Ответ: Раздаточная коробка распределяет мощность между гребным винтом и колесами, обеспечивает задний ход на воде и отключает винт на суше. В ее конструкции можно использовать конические шестерни и храповик от редуктора лодочного мотора «Вихрь». Рама мостов служит основой для крепления рулевого управления, тормозных приводов, мостов и дифференциала.
Рис. 5. Раздаточная коробка.
Рис. 4. Рама мостов.
Рис. 7. Рычаг рулевой трапеции.
Подборку материалов об автомобилях-амфибиях подготовили: В. БУДНИК, Ю. ЧУМИЧЕВ, Р. ЯРОВ