Глиссирующая амфибия Тритон - статья от создателей
Здравствуйте, уважаемые читатели блога "Авто-Юниор". Этой статьей мы открываем небольшую серию из трех материалов по теме - самодельная амфибия Тритон. Это статья Д.Т. Кудрячкова и Л.П. Карулиной "Глиссирующая амфибия "Тритон"", которая была опубликована в журнале "Катера и Яхты" №6(100) 1982 г.
Д.Т. Кудрячков и Л.П. Карулина - непосредственные создатели легендарного "Тритона". А посему их рассказ о нем, выдержанный в "сухом" стиле настоящих технарей и изобилующий техническими терминами, является еще одной ценной жемчужиной нашего сайта. Жемчужиной, за которую хотелось бы горячо поблагодарить редакцию журнала "Катера и Яхты" (адрес сайта: katera.ru), любезно предоставившую разрешение на публикацию данной статьи:
О б щ и е с о о б р а ж е н и я. Создатели большинства известных нам амфибий шли по одному из двух основных направлений. Первое — это создание плавающего автомобиля, у которого поневоле ограничена мореходность, скорость на воде невелика и он не приспособлен для сколько-нибудь длительных путешествий по водным маршрутам. Второе — это постройка катеров, умеющих ездить по шоссе; в облике и конструкции этих машин явно преобладают черты обычных моторных судов, а вот их способность к длительному и быстрому передвижению по суше чаще всего ограничена.
Достижение компромисса, т. е. создание полноценной амфибии,— инженерная задача не из легких. Тем не менее при проектировании "Тритона" мы с самого начала поставили перед собой именно такую задачу — добиться эксплуатационной равноценности амфибии при использовании ее как на воде, так и на суше. Мы исходили из того, что по комфортабельности в дальнем плавании наша новая амфибия не должна уступать обычному каютному катеру 5-метрового класса и при этом обладать существенно большей автономностью, чем автомобиль, на пути движения которого обычно имеются кемпинги, магазины и АЗС. Этим соображением были обусловлены не только в три-четыре раза большая, чем у автомобиля емкость топливных баков, но и возможность оборудования на борту удобных спальных мест, создание необходимых условии для приготовления пищи, хранения некоторого запаса продуктов и т. п.
Было с самого начала ясно, что при всех вариантах решения "сухопутных" проблем глиссирующие обводы амфибии, гарантирующие полноценную скорость, должны оставаться в неприкосновенности. Предварительные расчеты показали, что и по гидродинамическим соображениям и по условиям обитаемости габаритные размеры корпуса (кузова) амфибии не могут быть меньше сложившегося в катеростроении типа "минимального катера с автомобильным двигателем", т. е. длины около 5 м и ширины 2 м. При этом получалось, что сухой вес амфибии не может быть меньше сухого веса легкового автомобиля, агрегаты которого предполагается использовать, и в то же время будет больше веса каютного катера сопоставимых размерений минимум на 300 кг; в том и в другом случае выходило около 1000 кг. Таким образом, при полном водоизмещении 1300—1400 кг можно было использовать на амфибии двигатель ГАЗ-21 с ограничением мощности до 80% номинальной, получающаяся удельная нагрузка 22—23 кг/л. с. не превышала предельного значения, ограничивающего возможность хода на режиме глиссирования.
Как для обеспечения высокой проходимости амфибии при движении по воде, так и по условиям компоновки мы считали единственно возможным типом движителя водомет.
В итоге конструктивный тип нашей амфибии определился так: четырехколесная глиссирующая водометная амфибия-лимузин с подвесками вне габаритов корпуса по скуле; при плавании подвески должны полностью подниматься над водой, а при необходимости и совсем сниматься.
К о н с т р у к т и в н ы е о с о б е н н о с т и и к о м п о н о в к а к о р п у с а. Корпус сделан полностью закрытым — без кокпита и бортовых потопчин — узких участков палубы вдоль бортов. Сквозной проход вдоль амфибии — по линии ДП (крыша над ним может быть раскрыта) соединяет носовой и кормовой участки палубы. Центральная створка ветрового стекла откидывается на правую сторону; задняя дверка и панели крыши над проходом складываются в компактный пакет и фиксируются на правой стороне крыши каюты.
Отказ от бортовых потопчин, позволивший сделать рубку от борта до борта, значительно увеличил полезный объем каюты, а центральный проход улучшил условия обитаемости: по амфибии можно передвигаться в полный рост, нет опасности соскользнуть с наклонных потопчин в воду. Каюта достаточно просторна: ее длина — 3,55 м; коэффициент использования площади — 68%.
Для улучшения обзора в сложных условиях плавания над передними сиденьями — местами водителя и штурмана — устроены два люка с откидывающимися назад крышками.
Остроскулые обводы корпуса имеют умеренную килеватость (5° на транце); бортам придан небольшой развал (в местах установки подвесок они вертикальны). Носовые ветви шпангоутов имеют очень большой развал, что позволило получить просторную, почти прямоугольную в плане носовую палубу. Горизонтальный отгиб скулы образован выпущенным ниже днища краем бортовой обшивки с последующим заполнением "угла" эпоксидной шпаклевкой с мелкими опилками. Отметим, что на приводимом теоретическом чертеже (и в таблице плазовых ординат) скуловые брызгоотбойники, вертикальные участки бортов в районе подвесок и погибь носовых шпангоутов для упрощения не показаны. Наклон транца согласован с углом установки водомета и равен 6° к вертикали.
Фары, подфарники и отличительные огни "утоплены" в нишах по краям палубных выносов и хорошо защищены козырьками — нависающими участками носовой палубы. На транце смонтирован жесткий трап, он удобен при эксплуатации как на воде, так и на суше и одновременно служит ограждением радиаторов, глушителя и реверсивно-рулевого комплекса водомета.
Набор корпуса выполнен по продольно-поперечной системе с использованием дуба и сосны. Обшивка сделана комбинированной: авиафанера различной толщины (от 2 до 7 мм) оклеена стеклотканью на эпоксидном связующем (на особо нагруженных участках укладывалось до семи слоев.)
Конструктивно корпус (кузов) амфибии является несущим. Точнее, применена разновидность несущего кузова — "несущее днище" с высокими балками коробчатого сечения и местными усилениями. Будучи частью целого, такая конструкция представляет собой сплошную секционно-замкнутую платформу, состоящую из отсеков-шпаций, наглухо закрытых настилом внутреннего дна.
Шпангоуты собраны на кницах с обеих сторон. Топтимберсы имеют переменное сечение с уширением к скуле. Балки продольного набора и листы обшивки и переборок стыковались "на ус". Все соединения выполнены на эпоксидном клею с запрессовкой шурупами или струбцинами. Применялся только оцинкованный или кадмированный крепеж. Все деревянные поверхности корпуса покрыты эпоксидным лаком.
Непотопляемость обеспечивается герметизацией форпика и секций "несущего днища".
Так как нам предстояло навесить на корпус массу "ненужных" обычному катеру деталей и агрегатов, проблема снижения веса стояла особо остро. На всех этапах работы тщательно обосновывался как выбор применяемых материалов, так и размеры и сечения несущих деталей. Важным резервом снижения веса было многоцелевое использование конструктивных элементов, возможное, естественно, лишь при условии рационального их взаиморасположения. Например, вертикальные лонжероны — стрингера, входящие в систему "несущего днища", служат и стенками рундуков; они же будучи усиленными в кормовой части составляют основу подмоторного фундамента. Величина шпации сделана переменной (400, 450, 550, 600 мм) и не только строго увязана с планировкой внутреннего пространства, но исключает всякое дублирование поперечного набора, и согласована с установочными размерами агрегатов ходовой части. Две пары усиленных шпангоутов были введены в систему крепления опорных узлов подвесок. Расположенные на конструктивных пересечениях основных связей бортов и днища эти опорные узлы приобрели жесткость с повышенным коэффициентом прочности на деформацию, что позволило уменьшить сечения и массу местных подкреплений на корпусе. Два пиллерса по сторонам прохода частично разгружают набор крыши каюты (это, кстати сказать, сделано с дальним прицелом: должно помочь в будущем оборудовать амфибию вспомогательным парусным вооружением—шлюпом с топовым стакселем).
О б о р у д о в а н и е к а ю т ы. Внутреннее пространство амфибии условно делится на три части: центральную — салон; расположенный в корму от него "хозблок", включающий камбуз и шкаф для одежды, и "ходовую рубку", условной границей которой служат спинки передних сидений, повышение уровня пола и пиллерсы.
Сиденья в салоне расположены на рундуках спинками вдоль бортов; четыре из шести сидений легко трансформируются в полноразмерное двуспальное место, расположенное поперек корпуса амфибии. Для снижения веса все сиденья изготовлены из плит пенопласта ПХВ-1 толщиной 50 мм, покрыты поролоном и обшиты кожзаменителем. Горизонтальные панели сидений соединены со спинками шарнирно.
Передние сиденья имеют неразборный дюралевый каркас. Их можно устанавливать в двух положениях на высоте с разницей в 400 мм. Нижнее положение — обычное "автомобильное"; верхнее — используется только на воде, при откинутых крышках люков, давая полную "иллюзию" открытого катера. Противосолнечные козырьки, откинутые в верхнее положение, хорошо защищают лицо водителя от встречного ветра, т. е. играют роль ветрового стекла.
Для хранения снаряжения и запаса продуктов имеются 12 рундуков и обширный багажник в форпике (над бензобаком); кроме того, оборудованы бортовые карманы и штурманский "саквояж" для хранения маршрутных карт, бинокля, фото-киноаппаратуры и мелких вещей.
Вентиляция салона — естественная, через приоткрытые или полностью открытые люки, дверцы и панели крыши над проходом в любом сочетании.
Несколько слов о нашем мини-камбузе, расположенном по правому борту. По существу в салоне его как бы нет, поскольку будучи закрыт и при задвинутом в нишу столе он по размерам и декоративному оформлению повторяет расположенный на противоположном борту шкаф для одежды. Но в раскрытом виде он очень удобен. В нем достаточно места для двух "шмелей" и всякой кухонной утвари; имеется выдвижная раковина с подведенным к ней краном от бачка с питьевой водой; на полочках объемной дверки в нишах хранятся термос, мелкая посуда, чай, кофе, сахар.
За выдвижным раскладывающимся столом (размером 480 х 1230 мм) свободно размещаются четыре человека. Разложенный только наполовину, он играет роль кухонного стола.
Освещается камбуз обратной стороной салонного плафона (через отверстие в выгородке, на которой он установлен). Здесь же, в салоне, не спинке водительского сиденья смонтирован откидной вспомогательный столик; на него мы ставим телевизор.
Х о д о в а я ч а с т ь, р у л е в о е у п р а в л е н и е, т о р м о з н а я с и с т е м а. Применены независимые однорычажные подвески типа "Г". Рычаги обращены назад; они имеют сварную конструкцию, причем еще при изготовлении в них заложены установочные углы наклона шкворня, развала передних колес и угла сходимости задних. Угол сходимости передних колес регулируется поперечной тягой внутри корпуса. Рычаги задних подвесок изготовлены из попарно сваренных в вертикальной плоскости труб, внутри которых, как в герметичном картере, работают цепи привода на колеса.
Пружины и гидравлические амортизаторы выбраны одинаковыми для обеих пар подвесок (от "ЗАЗ-968"), но в связи с разницей в нагрузке на оси на передних рычагах они установлены впереди осей колес, на задних — позади (этим и уравновешивается их работа). Оси рычагов всех подвесок полые, с большим внутренним диаметром: у передних это сделано для свободного перемещения боковых тяг рулевого управления, у задних — для размещения в них карданных шарниров, звездочек, подшипников и их эксцентрических корпусов, при помощи которых осуществляется натяжение цепей.
При установке на корпус оси подвесок вводятся в гнезда-опоры с запрессованными в них капроновыми втулками и удерживаются от осевого перемещения захватами байонетного типа. Из-за больших площадей трения коэффициент износа деталей ничтожен.
Верхними опорами для пружин и амортизаторов служат специальные "ловушки", в которые по направляющим задвигаются и защелкиваются штифтами "башмаки" пружин.
При движении по воде подвески вместе с колесами поднимаются вверх, вдоль бортов. Достаточно вдавить подпружиненный штифт, чтобы "башмак" освободился из "ловушки", а подвеска получила свободу перемещения вверх до щелчка фиксатора. Все операции по подъему четырех подвесок занимают считанные минуты.
Применены шины 6,15 х 13".
Рулевое управление выполнено на базе деталей и рулевого механизма автомобилей "ЗАЗ" с существенными дополнениями в связи с применением принципиально иной схемы. При разработке новой схемы ставились два условия:
1) при подъеме и при демонтаже подвесок все операции надо свести до минимума;
2) при возвращении подвесок в рабочее положение необходимо исключить дополнительную регулировку углов установки колес.
Это удалось в полной мере благодаря решению, суть которого состоит в совмещении продольной оси боковых тяг с осью качания рычагов подвесок и передачей усилий на поворотные кулаки через коромысловые рычаги.
Вал рулевого механизма снабжен разобщающим устройством с кулачковой муфтой, замыкающей или барабан тросового привода на створки водомета, или механизм рулевого управления на колеса.
Тормозная колодочная система "ЗАЗ" использована в полном объеме: ножной гидравлический привод сделан на все колеса, а ручной тросовый (стояночный) — только на задние.
С целью упрощения установки подвесок на корпус и их демонтажа на забортных участках гидромагистрали установлены четыре сухих разъема, исключающих возможность утечки тормозной жидкости и необходимость последующей прокачки всей системы. Каждый разъем состоит из двух полусфер, основания которых перекрыты эластичными мембранами. Полусферы, которыми оканчиваются трубопроводы внутренней магистрали, закреплены на бортах; ответные "расходные" полусферы, установленные на концах трубопроводов колес, поджимаются к бортовым накидными гайками. При нажатии на тормозную педаль обе мембраны деформируются, выдавливая тормозную жидкость из "расходных" полусфер в рабочие цилиндры колес — происходит торможение. Объем "расходных" полусфер в 2,5 раза больше объема, используемого в рабочих цилиндрах при торможении и, следовательно, имеется возможность компенсации в случае нарушения герметичности внешней, забортной магистрали. При отсутствии тормозной жидкости в какой-либо полусфере (или даже во всех четырех) тормозная система не отказывает: под действием давления в магистрали при нажатии на педаль мембраны пробиваются насквозь, и тормозная жидкость, свободно перетекая из внутренней во внешнюю магистраль, выполняет свою работу как в обычной гидросистеме.
При длительных путешествиях по воде подвески с колесами можно снимать. Такая возможность достигнута ценою некоторых конструктивных усложнений ("башмаки", "ловушки", сухие разъемы гидротормоза и др.), но зато, если оставить колеса на берегу, полезная грузоподъемность увеличивается на 160 кг. Для снятия подвесок достаточно отвернуть четыре накидные гайки на разъемах гидротормоза; отсоединить от маятниковых рычагов боковые тяги и расшплинтовать наружные концы тросов ручного тормоза.
С и л о в а я у с т а н о в к а. Двигатель "ГАЗ-21", а также самодельный редуктор и коробка передач с дифференциалом от автомобиля "ЗАЗ" представляют единый силовой блок, установленный вплотную к транцу, над водометом, на пяти резиновых подушках. При такой компоновке кратчайшим путем осуществляется привод на колеса и предельно сокращается длина моторного отсека.
Приемная труба выпускных газов перед выходом через транец снабжена компенсационной проставкой — сильфонами, поглощающими вибрацию двигателя. Глушитель жестко закреплен под нижней ступенькой трапа.
Доступ к храповику коленвала осуществляется через отверстие в транце, перекрываемое подпружиненной крышкой с уплотнением. При необходимости можно пользоваться заводной ручкой и из салона; для этого поставлен храповик на промежуточном валу редуктора.
Кормовое расположение двигателя потребовало ряда дополнений к штатной системе охлаждения. Для повышения интенсивности обдува водяного радиатора на нем установлен направляющий кожух; вместо штатного четырехлопастного изготовлен легкий шестилопастной вентилятор с развернутыми в обратную сторону лопастями, который выведен на транец через удлинитель вала водяного насоса; в маслосистему добавлен маслорадиатор от "ГАЗ-51". Оба радиатора и вентилятор изолированы от моторного отсека. Свежий воздух поступает к ним через отдельный палубный воздуховод и частично — через широкий зазор между транцем и кожухом водорадиатора.
На воде при работе водомета автоматически подключается внешний контур охлаждения на водяной теплообменник, врезанный в штатную магистраль между радиатором и водяным насосом. Забортная вода начинает поступать также в змеевик охлаждения масла в картере двигателя и в рубашку редуктора; частично вода выбрасывается через выхлопную систему.
Температура воды в системе охлаждения при всех режимах движения на суше и воде стабильно держится на уровне 85° С, температура масла — не превышает 90° С.
Выхлопной коллектор заключен в легкий кожух. И на воде и на суше имеется центробежный электровентилятор, включение которого сблокировано с педалью газа. Перед запуском двигателя, еще до включения зажигания и стартера, при двух-трехкратном нажатии на педаль моторный отсек хорошо вентилируется. При прогреве двигателя, когда система зажигания еще работает (до 1000 об/мин), вентилятор отключается. На средних оборотах включается малая скорость и на высоких (выше 2500 об/мин) — большая.
Воздух в моторный отсек поступает через воздухозаборники, встроенные по обеим сторонам каюты; по направляющим он подается на редуктор и двигатель и отводится через специальные отверстия в транце.
Для отбора мощности на водомет, коробку скоростей и лебедку (еще не поставлена) применен шестеренчатый редуктор с нейтралью. Передаточное отношение редуктора — 19:18; шестерни — прямозубые, модуль — 3 мм; термическая обработка — 48—52 HRC. По сравнению с косозубыми шумность таких шестерен лишь не намного больше (на 8—10 дБ), но применение их позволило уменьшить габариты, а главное — вес редуктора.
Корпус редуктора сварной. Все отверстия и посадочные места обрабатывались на расточном станке. На боковые стенки и дно редуктора наварена рубашка водяного охлаждения. К картеру штатного сцепления "ГАЗ-21" редуктор крепится на четырех штатных шпильках, к фланцу коробки — на восьми шпильках с уплотнением паронитовой прокладкой. Управление редуктором "водомет" — "нейтраль" — "колеса" выведено на сектор, расположенный справа от водителя, рядом с рычагом переключения передач.
В линию управления коробкой передач с дифференциалом "ЗАЗ" включен промежуточный узел — "пантограф"; это потребовалось в связи с тем, что вал управления и шток ползуна коробки находятся на разных уровнях по высоте.
За основу водометного движителя принята конструкция, описанная в "КЯ" № 11 и 25, но внесены некоторые дополнения и изменения. Все детали изготовлены из нержавеющей стали; расширено входное отверстие водовода; установлен смотровой лючок; упорный и радиальный подшипники с сальниками поставлены на дейдвуде, который подкреплен на корпусе водовода дополнительными кницами-косынками; защитная решетка установлена наклонно с углом около 14° к линии киля; обтекатель спрямляющего аппарата удлинен и в этой съемной части обтекателя (соединение резьбовое) расположены подшипник и сальник задней опоры вала; сечения лопастей ротора и спрямляющего аппарата уменьшены вдвое; зазор между обечайкой и лопастями ротора выдержан 0,4 мм; значительно облегчен реверсивно-рулевой комплекс.
Водовод сварен из двух симметричных половин; выколотка их стала возможна благодаря продольным надрезам на цилиндрической части заготовок — по два на каждую половину. Обе половины, пригнанные встык и предварительно стянутые на болване проволочными бандажами, были проварены за один прием. Этот вариант, по нашему мнению, дает наименьшие искажения геометрии водовода и предельно сокращает длину сварных швов.
Электрооборудование — штатное автомобильное, однако световая сигнализация выполнена по двум схемам с переключателем на "воду" и "землю". Фары оставлены и в "катерной" схеме "вода" с тем, чтобы ими можно было пользоваться, например, при подходе к берегу в темноте; передние указатели поворота сдублированы как огни-отмашки. Схемы снабжены отключателем "массы".
Штатные указатели режима работы двигателя дополнены электронным тахометром и лагом. Имеется и возможность контролировать температуру масла в двигателе, для этого установленный в маслоподдоне датчик ТМ-101 через двухпозиционный тумблер на приборном щитке время от времени можно подключать к указателю температуры воды.
На щиток выведены рукоятка стояночного тормоза (она же — реверс водомета) и кнопки ручного управления газом и воздушной заслонкой.
Все коммуникации дистанционного управления двигателем, коробкой передач, редуктором, реверсом водомета, а также тросы стояночного тормоза и спидометра проходят под сланями салона, а тросы рулей водомета, идущие вдоль левого борта на уровне спинок сидений, пропущены через виниловую трубку, что защищает от случайного прикосновения к смазке.
Ходовые испытания и эксплуатация "Тритона" уже в течение двух сезонов подтвердили наши расчеты и продемонстрировали работоспособность и надежность всех агрегатов и систем.
На шоссе была показана максимальная скорость до 100 км/ч; управляемость хорошая, ход очень мягкий. Однако эксплуатационную скорость считаем целесообразным ограничить пределом около 80 км/ч. Это связано с тем, что передаточное отношение главной передачи "ЗАЗа" значительно больше "волговского" (5,12 против 4,55); в сочетании с понижающим редуктором это требует применения на скоростях более 80 км/ч излишне высоких, нерентабельных чисел оборотов двигателя.
Максимальная скорость на воде с малой нагрузкой не замерялась, предположительно, это будет не менее 48—50 км/ч.
Как уже ясно из приведенных данных, наша амфибия не укладывается в нормативы "Технических требований к легковым автомобилям, изготовляемым в индивидуальном порядке" (от 30.VI. 1980 г.), а внешний ее вид не соответствует привычным автомобильным канонам. Но "Тритон" — не легковой автомобиль, а амфибия. И, если справедливо общее направление наших рассуждений, то мы считаем, что любая быстроходная глиссирующая амфибия с базовыми автомобильными агрегатами не может уложиться в эти требования, не растеряв своих достоинств.
Конструкторы глиссирующих амфибий при любых вариантах реализации своих идей всегда будут вынуждены считаться с известными в катеростроении закономерностями, которые противоречат упомянутым "Техническим требованиям к легковым автомобилям".
Можно, в частности, утверждать, что:
1. Номинальная мощность двигателя на 1 т полного водоизмещения глиссирующей амфибии должна быть не менее 60 л. с., тогда как "Технические требования для легковых автомобилей" ограничивают мощность пределом 45 л. с.
2. Габариты корпуса должны соответствовать водоизмещению, т. е. будут явно больше, чем регламентированные "Техническими требованиями" 4,2 х 1,65 м.
К этому надо добавить, что внешний вид глиссирующей амфибии, на наш взгляд, не может и не должен полностью отвечать критериям автомобильного дизайна; в противоположность этому автомобиль может быть плавающим, вообще не меняя своего облика.
Вышеизложенные очевидности еще ждут своего отражения в "Технических требованиях"; соответствующая корректировка их была бы для самодеятельных конструкторов амфибий официальным признанием их права на техническое творчество в этой интереснейшей области.
© Д.Т. Кудрячков, Л.П. Карулина
Рекомендуем вам также ознакомиться с двумя другими материалами по теме - самодельная амфибия Тритон: "Несколько слов о создателях "Тритона"", о создателях самодельной амфибии и ""Тритон": У этого маленького корабля очень большое плавание", о новой жизни и новой семье этого замечательного "произведения" Дмитрия Трофимовича Кудрячкова и его супруги Ларисы Петровны Карулиной.
