Суду, що використовують для руху мускульну силу людини, ніколи не ставилися до розряду швидкісних. Виняток становлять хіба що гоночні човни для академічного веслування, які є найбільш швидкохідними з суден-мускулоходов. Завдяки їх вдалої конфігурації і якнайповнішого використання м'язової енергії спортсменів, човни- "вісімки" здатні на двокілометровій дистанції розвивати швидкість до 12 вузлів. Але це аж ніяк не означає, що така швидкість є межею можливостей руху людини по водній поверхні. Якщо відійти від канонічних конструкцій гребних судів, призначених для офіційних змагань, то з'являється можливість створення апаратів-мускулоходов, що розвивають швидкість до 20 вузлів!
При проектуванні швидкісних безмоторних судів конструктору доводиться вирішувати дві основні задачі: створення ефективного рушія і виготовлення корпусу з мінімальним опором руху.
Подальше вдосконалення веслового рушія навряд чи може привести до скільки-небудь помітного зростання його ефективності. Циклічність дії весла, прослизання його в воді при гребку, аеродинамічний опір при неробочому (зворотному) ході, втрати при вході лопаті в воду на початку гребка і при виході з води в кінці - все це призводить до того, що коефіцієнт корисної дії цього рушія становить лише близько 65 відсотків.
Помітно великим ккд володіє гребний гвинт. Мало кому відомо, що гребним гвинтом з м'язовим приводом ще на початку минулого століття оснащувалися звичайні веслові човни. Переваги його очевидні: у нього відсутні циклічність робочого ходу, а так званий упор лопатей гвинта при його обертанні постійний. До того ж при порівняно невеликої потужності приводу і малій частоті обертання можна використовувати низькообертовий гребні гвинти великого діаметру з вузькими лопатями - коефіцієнт корисної дії такого рушія доходить до 90 відсотків.
Варіанти судів-мускулоходов: А - педальний катамаран з гребним колесом; Б - швидкохідний педальний катамаран з тягне гребним гвинтом і гнучким дейдвудних валом; В - швидкісне педальне проа з поплавком-балансиром; Г - швидкісний мускулоход з підводним корпусом і підводними крилами, що не володіє статичної плавучість; Д - апарат з підводними крилами і легким поплавця шасі для старту і фінішу
При створенні корпусу з малим опором руху потрібно враховувати, що переміщення його на кордоні двох середовищ викликає велике хвильовий опір. Позбутися його можна, перемістивши корпус повністю в одну з середовищ - під воду або в повітря. У першому випадку доведеться створювати апарат, що складається з рухомого під водою обтічного поплавка з гребним гвинтом і розташованого над ним, в повітряному середовищі, сидіння з педальним вузлом приводу. У другому - створювати педальний глісер або апарат на підводних крилах. Потрібно сказати, що всі ці схеми свого часу були реалізовані конструкторами, і найбільш швидкісні (з підводними крилами) мускулоходи розвивали швидкість до 13 вузлів!
Втім, всі ці рекордні аквапеди, сконструйовані для досягнення найвищої швидкості, навряд чи коли-небудь зможуть знайти практичне застосування. Справа в тому, що вони володіють або незадовільною остойчивостью, або недостатнім водотоннажністю, і для руху на такому апараті потрібна спеціальна підготовка. Наша ж мета полягала в створенні швидкісного мускулохода, здатного стати справжнім водним велосипедом, управляти яким зможе практично будь-яка людина.
Водоизмещающий корпус аквапеда виконаний гранично удобообтекаемим, з великим співвідношенням довжини до ширини. Для того, щоб він вийшов легким, доцільно зробити його методом виклейкі на бовдурів. Сам же дурень найпростіше виготовити з деревини, цементу і гіпсу.
Компонування швидкохідного аквапеда: 1 передній обтічник; 2 - передній шпангоут (фанера s10); 3 - провідна зірочка (від велосипеда); 4 - опорна рукоятка (тільки зліва); 5 - сидіння; 6 - задній шпангоут кокпіта (фанера sl0); 7 - вал приводу рульового пристрою (дюралюмінієва лижна палиця); 8 - опора вала; 9 - важіль приводу рульового пристрою; 10 - перо керма (фанера s8); 11 - гребний гвинт змінного кроку; 12 - дейдвуд; 13 - xoмyт фіксації сидіння; 14 - поворотна рукоятка рульового пристрою (тільки праворуч); 15 - мультиплікатор (від ручної двошвидкісний дрилі); 16 - кронштейн мультиплікатора (сталь, смуга 50x5); 17 - балка (сталь, труба 30x30); 18 - корпус (виклейкі з склотканини і епоксидної смоли); 19 - ведена зірочка (від велосипеда); 20 - важіль педального вузла; 21 - каретка; 22 - тяга приводу рульового пристрою (сталевий дріт діаметром 5)
Перш за все потрібно зробити підставу для бовдура - ним може стати ділянку рівної підлоги в сараї, а краще - щит з рівних дощок: його довжина 4,5 і ширина 0,7 м. Відповідно до теоретичним кресленням на щиті зображується вісь симетрії (діаметральна площину ) корпусу і перпендикулярно їй - лінії розташування шпангоутів. Останні випіліваются з фанери товщиною 6-8 мм; на щиті вони тимчасово закріплюються за допомогою планок-розкосів.
Теоретичне креслення корпусу аквапеда
Послідовність виготовленні бовдура корпусу: А - установка шпангоутів; Б - монтаж дерев'яної обшивки; В - нанесення шару цементного розчину
Далі на кожному з шпангоутів з обох сторін закріплюються рейки - вони будуть основою дерев'яної обшивки бовдура. Врахуйте, що розташовувати рейки слід так, щоб відстань від поверхні дерев'яної обшивки до зовнішнього контуру шпангоута становило не менше 10 мм. Для обшивки можна використовувати будь-які обрізки дощок, рейок або планок паркану.
Обшитий бовдур доводиться до потрібної форми за допомогою цементно-піщаного розчину. Щоб розчин тримався на обшивці, в дощечки бажано забити побільше цвяхів, щоб головка кожного виступала над поверхнею на 6-8 мм. Розчин спочатку накидається на обшивку кельмою, а потім розгладжується за допомогою рівної дошки, як це показано на малюнку. При цьому дошка повинна спиратися на торці фанерних шпангоутів.
Остаточно бовдур доводиться до потрібної форми за допомогою гіпсу або алебастру, а також шпаклівки. Завершальна стадія роботи - ошкурювання, фарбування і покриття поверхні актіадгезійним покриттям (воскової паркетної мастикою). В як розділовий шар можна використовувати також харчову пакувальну плівку - вона дуже тонка і буквально прилипає до будь-якої поверхні.
Для формування оболонки корпусу потрібно скло-рогожа (на два-три початкових шару), тонша обробна склотканина для вирівнювання поверхні, а також сполучна - епоксидна або поліефірна смола. Виклейкі бажано провести в один прийом з тим, щоб кожний наступний шар сполучного і склотканини лягав на ще не до кінця затвердіння смолу попереднього шару. Після завершення виклейкі до поверхні корпусу бажано прикатать тонку поліетиленову плівку - вона перешкоджає зникненню з епоксидної смоли затверджувача і пластифікатора, що прискорює полімеризацію, а в підсумку покращує міцність і довговічність оболонки.
Через добу після виклейкі оболонка знімається з бовдура, і до неї підганяються фанерні шпангоути, що утворюють кокпіт аквапеда, привальний брус, рейки кіля і фальшкіль, планширя і стрингерів. Вклеювати їх в корпус бажано після виготовлення дейдвуда і педального механізму.
Верхня частина корпусу (палуба і обтічник) - з фанери товщиною 3 мм; після складання вона оклеивается одним шаром склотканини з використанням епоксидної смоли.
При виготовленні корпусу необхідно передбачити в передній і задній його частинах зливні отвори, заглушені парою пробок - через них після кожного плавання необхідно зливати потрапила в корпус воду.
Привід гребного гвинта - педальний, з використанням стандартної велосипедної каретки, зірочки і пари шатунів з педалями. Момент, що обертає від зірочки передається за допомогою втулочно-роликового ланцюга на мультиплікатор від ручного дриля, а далі на дейдвудних вал і, відповідно, гребний гвинт. Мультиплікатор бажано використовувати від двошвидкісний дрилі - це дозволить підібрати оптимальний передавальне число ланцюгової і зубчастої передач від педалей на рушій.
Перед установкою мультиплікатора бажано загерметизувати його корпус за допомогою складу "Гермес" або "автогерметиком", а його порожнину заповнити трансмісійним маслом - це збільшить довговічність механізму і ккд зубчастої передачі. Повної герметичності при цьому, швидше за все, не вийде (масло все одно буде проникати назовні по зазорам в підшипниках ковзання вхідного і вихідного валів), тому під мультиплікатором слід встановити пластикове коритце для збору масла.
Каретка педального вузла приварена до балки (сталева труба квадратного перетину), яка, в свою чергу, закріплена на передньому і задньому шпангоутах кокпіта. На балці встановлено і сидіння аквапедіста. В якості останнього використаний штампований пластиковий остов невеликого офісного крісла, хоча, в принципі, таке можна зробити самостійно. Кріплення сидіння до балки - за допомогою пари хомутів.
Дейдвуд складається з дюралюмінієвої труби з двома підшипниковими вузлами на кінцях - в них обертається сталевий вал. У задній частині дейдвуда розташовується втулка з фіксуючим пристроєм, який встановлює крок гвинта (кути установки лопатей) з тим, щоб домогтися оптимального ККД гребного гвинта і, відповідно, максимальної швидкості аквапеда. Втулка складається з дюралюмінієвого кока і дводискового затиску, яким і фіксуються маточини гвинта.
У технології виготовлення фіксуючого пристрою є одна особливість, яку необхідно врахувати. Перед обробленням різьбових отворів М10 під маточини гребного гвинта між дисками затискається кругла дюралюмінієва пластина товщиною 0,5 мм. Після свердління і нарізування різьблення пластина віддаляється - гарантований зазор в 0,5 мм забезпечить надійну фіксацію маточин у втулці.
При складанні дейдвуда в порожнину між дейдвудной трубою і дейдвудних валом необхідно ввести кілька повстяних кілець, просочених змазкою "циатім". Це не дозволить воді проникати в корпус аквапеда по дейдвудной трубі.
Дейдвуд в зборі з втулкою гребного гвинта: 1 - дейдвудних вал (сталь, пруток діаметром 14); 2,10 - пружинні наполегливі кільця; 3,9 - шарикопідшипники № 200; 4 - фіксатор переднього підшипникового корпусу (гвинт М5); 5 - передній підшипниковий корпус (дюралюміній, діаметром 60); 6 - дейдвудних труба (дюралюміній, труба 20x2): 7 - задній підшипниковий корпус (дюралюміній, діаметром 40); 8 - фіксатор заднього підшипникового корпусу (гвинт М5); 11 -опорний диск фіксуючого пристрою (дюралюміній, діаметром 40); 12- кок (дюралюміній, діаметром 40); 13 -ступіца лопаті (дюралюміній, діаметром 20; на вигляді зверху не показана); 14 - натискний диск фіксуючого пристрою (дюралюміній, діаметром 40); 15 - штифти діаметром 5; А - отвір під комірець
Теоретичне креслення лопаті гребного гвинта
На аквапеде найвигідніше використовувати гребний гвинт діаметром 400 мм з вузькими лопатями, вирізаними з листового дюралюмінію товщиною 4 мм. Такі гвинти найбільш ефективні при невеликій переданої потужності і малому навантаженні на лопать і мають ККД понад 90 відсотків! Заготівля спочатку згинається відповідно до форми увігнутої частини лопаті гвинта і закручується, після чого опуклою її частини надається профіль відповідно до теоретичним кресленням гребного гвинта. Готові лопаті закріплюються на маточинах алюмінієвими заклепками, а при регулюванні кроку гвинта встановлюються строго під одним кутом до осі втулки за допомогою шаблону. Оптимальний крок гвинта підбирається в пробних заїздах.