Повний ККД човни з двигуном внутрішнього згоряння близько 15%. Це означає, що 85% енергії, укладеної паливі втрачається даремно. Одна третина втрат припадає на тертя в підшипниках і редукторі, решта - втрати на гвинті.
Для судна з електромотором неефективна робота силової установки - недозволена розкіш. Адже єдине джерело енергії на борту акумуляторна батарея, щільність енергії якої в кілька разів менше ніж у бензину або дизельного палива.
Щільність пов'язує кількість збереженої енергії з розмірами сховища. Чим менше щільність, тим більше місця займає джерело енергії. Оскільки простір, що відводиться під акумуляторні батареї обмежена, то домогтися запасу ходу в кілька десятків кілометрів, можна, якщо звести втрати до мінімуму.
опір судна
Човновий електромотор перетворює накопичену в акумуляторної батареї енергію в механічну енергію обертання гвинта і витрачає її на подолання сили, що діє в протилежному руху напрямку. Опір, що виникає через дії цієї сили, залежить від швидкості, водотоннажності і форми корпусу судна і складається з опору тертя, залишкового і аеродинамічного опору.
Опір тертя залежить від розміру підводної частини корпусу і від коефіцієнта тертя. Під час руху опір тертя змінюється пропорційно квадрату швидкості судна і зростає при забрудненні корпусу.
Залишковий опір складається з хвильового і вихрового опорів. Хвильовий опір характеризує енергію, що витрачається на освіту хвиль під час руху, а вихровий - втрати через перемішування шарів води, що обтікають судно. Хвильовий опір швидко зростає зі збільшенням швидкості, тому для судна існує межа після якого додаткова потужність не підвищує швидкість, а цілком йде на освіту хвиль, що створюють враження швидкого руху.
У спокійну погоду опір повітря пропорційно квадрату швидкості судна і площі поперечного перерізу над ватерлінією. Воно становить близько 2% від загального опору і в деяких випадках його не враховують.
Чим менше повне опір, тим менше потужність, яка потрібна для руху із заданою швидкістю, більше запас ходу і час роботи від акумуляторів
Загальний опір зростає через хвилі, вітру і течії і збільшується на 50-100% від опору в тиху погоду.
потужність електромотора
Якщо відомі залежність повного опору човни від швидкості і загальний ККД силової установки, то можна обчислити потужність електромотора для руху із заданою швидкістю. Для цього по опору корпусу визначають ефективну потужність, і розділивши її на загальний ККД отримують потужність човнового електромотора.
При повному ККД човнового електромотора 50% (така ефективність у електромоторів Torqeedo) катеру з довжиною ватерлінії 21 фут для руху зі швидкістю 5 миль в годину досить двигуна потужністю 1,6 кВт.
Якщо даних про опір корпусу на різних швидкостях немає, наближене значення опору обчислюють за формулами, виведеним в результаті випробувань судів різного класу.
Швидкість човна з електромотором
Більшість човнів з електромотором рухаються в водоізмещающем режимі. При цьому типі руху на носі і на кормі виникають хвилі, що розходяться по діагоналі від корпусу і хвилі, що йдуть уздовж нього від носа до корми. Відстань між гребенями двох сусідніх хвиль залежить від швидкості і росте разом з нею.
Після того як відносна швидкість (щодо швидкості до довжини ватерлінії) досягає 0,4, довжина хвилі порівнюється з довжиною ватерлінії. Під човном залишається всього два хвильових гребеня один з яких розташований на носі, а інший на кормі. Швидкість човна в такому стані - максимальна швидкість економічного руху на водоізмещающем режимі.
Якщо двигун має достатню потужність швидкість можна збільшити. В цьому випадку гребінь другої хвилі піде за корму і залишиться позаду, ніс човна підніметься вище на передній хвилі, а корми виявиться в западині. Довжина хвилі перевищить довжину човна, опір води збільшиться і для руху потрібна додаткова потужність.
Катеру з довжиною ватерлінії 21 фут досить 1 к.с. (746 Вт) щоб рухатися зі швидкістю 5 миль в годину. При швидкості 6 миль на годину ефективна потужність зростає в два рази і зростає зі збільшенням швидкості, тому оптимальна економічна швидкість в водоізмещающем режимі - 75% від максимальної.
Потужність залежить від третього ступеня швидкості. Це означає, що якщо на швидкості 5 миль в годину зменшити швидкість на 5% (на 0,25 миль на годину), споживана потужність зменшиться на 14%, а запас ходу зросте на 16%.
Запас ходу і розмір акумулятора
Типовий 12 В свинцево-кислотний акумулятор глибокого розряду (акумулятор Trojan SCS225) має ємність 105 Ач при п'ятигодинному розряді і ємністю 135 Ач при двадцятигодинної. Вага такого акумулятора 30 кг, а питома ємність 12 х 105/30 = 42 втч / кг при розряді на протязі 5 годин і 54 втч / кг при розряді протягом 20 годин. Знаючи характеристики акумуляторів визначимо кількість батарей для руху на човні, опір корпусу якої представлено на графіку. При цьому припускаємо, що швидкість руху складе 3-5 миль на годину, повний ККД електромотора 50%.
Оскільки навіть найкращі свинцево-кислотні тягові акумулятори для електромоторів не рекомендується розряджати більше 80% ємності, збільшимо вагу батареї на 25%.
Швидкість, миль на годину
Потужність на гвинті, Вт
Електрична потужність, Вт