PWC Green Samba

Гидроцикл, версия 3 - Революция ?

Новости, приходившие из разных источников в течение 2010 года, позволяют говорить, что в мире гидроциклов назревает революция. Даже если это не революции, то уж точно следует ожидать появление нового (третьего) типа гидроцикла. Речь идет о новом водном транспортном средстве Green Samba от компании Silveira Group из штата Огайо (США).

Необходимо дать небольшое пояснение о существующих на сегодня типах гидроциклов, или, как они называются по-английски - personal watercraft (PWC). Гидроциклы подразделяются на “сидячие” (sit-down) и “стоячие” (stand-up). Изобретателем обоих этих типов является Клэйтон Джейкобсон II (Clayton Jacobson II), чьи первые модели появились на водных просторах в 60-х годах 20-го века. Подробнее историю изобретения PWC можно прочесть в статье Рersonal watercraft или Кто изобрел Водный Мотоцикл?

К сожалению, информация об этом новом типе водного мотоцикла противоречива, иногда даже очень. Например, тип и мощность двигателя: иногда говорят, что это бензиновый мощностью 260 л.с., иногда - четырехтактный двигатель с турбонаддувом мощностью 110л.с. (four stroke 110hp turbo engine) ,а иногда – электрический мощностью всего 65 л.с. Есть и другие данные об этом PWC, которые противоречат друг другу. Даже названия аппарата и фирмы отличаются в разных источниках. Эту противоречивость можно объяснить несколькими факторами. Прежде всего, это то, что в настоящее время проект находиться в развитии, и поэтому в нем часто изменяются то корпус, то двигатель, то движитель и т.д. и т.п. Кроме того, новости которые кочуют с одного сайта на другой, часто перепечатываются и переводятся с ошибками, возникает эффект испорченного телефона, конечная информация уже ни на что не похожа, и как говорится, концов не найти.
Чтобы избежать подобных проблем, проигнорирую практически все источники информации (особенно русскоязычные), а в поисках правды обращусь к первоисточнику – порталу gizmag.com,  который посвятил этой теме две подробные статьи: The Green Samba – the first viable electric Personal Water Craft и The Samba defines a new class of 65 mph 200 pound PWC.
Основанная Родриго (Rodrigo) и Кристеном Силвейра (Kristen Silveira), компания Silveira Group (штат Огайо, США) специализируется на конструировании и производстве изделий из композиционных материалов на основе углеродного волокна, которые обычно используются в аэрокосмической индустрии, гоночных автомобилях и других приложениях, где требуется высокая прочность деталей при низком весе. Кроме того, вот уже больше пяти лет компания разрабатывает концепцию крошечного экономичного гидроцикла Samba, имеющего скатообразную форму корпуса и подобно гоночному мотоциклу согнутое положение ездока. Этот концепт сразу проектировался и создавался с претензией на роль нового типа гидроцикла (PWC V 3,0).

Испытания одного из ранних прототипов PWC Green Samba

Предпосылкой для создания нового экономичного типа гидроцикла явилось то, что существующие типы создавались и развивались в эпоху неограниченных, как тогда казалось, природных ресурсов. Когда практически не задумывались об экономии топлива, и как следствие этого, просто до неприличия выросли мощности силовых установок. Не задумывались и о других экологических проблемах исходящих от мощных гидроциклов: шум, выхлопные газы и т.д. Времена изменились. Бензин стал дороже. Общественное мнение стало очень щепетильно относиться к экологическим проблемам. На этом фоне появилась потребность и родилась идея небольшого и легкого гидроцикла, способного, благодаря своей небольшой массе, легко изменять направление и ускоряться при скромной мощности двигателя.
Радикально уменьшить массу корпуса можно путем применения композиционных материалов на основе углеродного волокна, в чем Silveira Group как раз и специализировалась. Уменьшение веса потребовало радикального изменения всей формы корпуса, в частности, для сохранения устойчивости (или остойчивости, как говорят в кораблестроении) пришлось понизить центр тяжести всей конструкции, в результате чего аппарат и приобрел такую скатоподобную форму. Уменьшение формы и размеров сказалось на управляемости. Теперь одним из основных элементов управления стало тело человека управляющего гидроциклом. Это было и раньше, особенно на стоячих спортивных машинах, но манипулировать с помощью собственного тела аппаратом весом в 90 кг. легче, чем, например, аппаратом в 250 кг.
Испытания таких первых гидроциклов, целью которых было отыскание оптимальной формы корпуса, проводились с различными двигателями внутреннего сгорания и традиционными для PWC водометными движителями. Было испытано несколько прототипов, и задача была решена - последняя модель имела форму и конструкцию, усовершенствованную до такой степени, что всего 65 л.с. теперь требовалось, чтобы соответствовать производительности 240-260 л.с. Sea-Doo, Kawasaki и Yamaha.
Но основной целью всего этого проекта было создать “зеленый” гидроцикл, для чего со временем предполагалось заменить 800см3 двухцилиндровый двигателей внутреннего сгорания, который использовался в процессе разработки, электродвигателем. Но на этом пути компания столкнулась с большими трудностями. Оказалось, что создать полностью “зеленое” судно очень непросто. Количество электрической энергии, необходимой даже для такого усовершенствованного аппарата, с мощностью в четыре раза меньшей, чем у обычных гидроциклов, было так много, что её использование потребовало слишком большой емкости батареи. Все дело в том, что современные технологии хранения электроэнергии (аккумуляторы и суперконденсаторы) или ее производства (топливные элементы) не могут конкурировать с ДВС по соотношению мощность/масса. Дополнительные 150 фунтов веса батарей свели бы на нет все преимущество в маневренности, которое было достигнуто в процессе исследований и экспериментов. Это был тупик, который едва не привел к отказу от электрического привода.
Трудно сказать, как пришли к решению этой проблемы, но она была решена не путем совершенствования двигательной установки, а путем замены движителя. Как утверждают разработчики, они нашли новый движитель (водомет) никогда не применявшийся на судах, ранее разработанный для военных приложений, и приобрели эксклюзивную лицензию на использование этой технологии. У кого была куплена эта лицензия мне неизвестно, т.к. об этом нигде не сообщается.
Новый движитель представляет собой подвесную мотогондолу, в которой в одном корпусе собраны электродвигатель и винт (пропеллер). Подобные устройства сейчас широко применяются на больших судах, однако отличительной особенностью данной конструкции является то, что это водомет, который представляет собой трубу, на внутренней стороне которой расположены обмотки статора электродвигателя. Ротор же выполнен полым, с расположенными в этой полости крыльчатками пропеллера. Фактически двигатель и движитель представляют собой единое целое.

Новый подвесной электрический водометный двигатель, созданный для Green Samba

Нельзя сказать, что данный тип подвесного водометного двигателя (движителя) является уникальным явлением, и что подобные технологии ни когда не применялись на судах. Вот, в качестве примеров, рисунки с описания патентов США с такими движителями.

Подвесные электрические водометные движители.
Патент США №4831297. Submersible electric propulsion motor with propeller integrated concentrically with motor rotor. Date of Patent: May 16, 1989
Патент США №5408155. Bearing assembly for an integral motor/propeller unit. Date of Patent: Apr 18, 1995
Патент США №6837757. Rim-driven propulsion pod arrangement. . Date of Patent: Jan 4, 2005

Вероятно, в Green Samba применяется еще более продвинутая технология. Какая и откуда она взята? Об этом можно только предполагать. Если бы они открыли эти свои секреты, то думаю, мы бы услышали слова подобного типа: сверхзвуковые течения, кавитация, пограничный слой, … и т.д. и т.п.
Получив в свое распоряжение новый движитель, разработчики сразу поставили его на место старого, традиционного водомета, о чем свидетельствует вот эта фотография.

Сразу почувствовался эффект. Однако, очень скоро пришли к выводу, что необходимо вносить существенные изменения в конструкцию корпуса. Кроме того, т.к. мощности одного водомета было мало, поставили две гондолы по обе стороны от центральной линии, получив при этом еще и удивительные способности к маневренности. Опять начались поиски и испытания - одним словом НИОКР. И в результате, вот эта последняя модель Green Samba, которую увидел мир.

Последняя модель гидроцикла Green Samba

Если кратко подвести итог, то вырисовывается такой путь развития этой инновации:
На первом этапе, путем перехода к использованию новых сверхпрочных материалов (углеродные композиты), было достигнуто существенное снижение веса и размера корпуса гидроцикла. Вместе с оптимизацией формы корпуса это позволило снизить мощность двигателя с 260 до 65 л.с.
На втором этапе, путем замены традиционного для гидроциклов водомета с приводом от ДВС на два движителя прямого действия (подвесные электрические мотогондолы мощностью по 12 л.с.), была еще существенно снижена мощность силовой установки, которая, тем не менее, обеспечивала практически те же функциональные возможности, что у традиционных гидроциклов. Это позволило применить приемлемые по массе аккумуляторы, емкости полного заряда которых хватает на три часа развлечений, что недостижимо для бензиновых PWC.

Хотелось бы отметить некоторые особенности инновационного пути, который выбрали руководители компании Silveira Group. Аппарат у них получился революционный, но полученных, с целью защиты его конструктивных особенностей, патентов нет. Странный подход? Возможно. А может нет ни чего странного? Ребята хорошо владеют технологией изготовления деталей из композиционных материалов. Замечательно! Вероятно, специалистов по гидродинамике и судам на фирме нет. Ни чего страшного! Находим и покупаем необходимые технологии, а все остальное доводим до необходимого уровня экспериментально. Как видим, и такой путь инновационного развития компании имеет место.

Итак, прорыв в развитии гидроциклов очевиден. Зеленые лодки выходят на широкую дорогу, вернее, выплывают на просторы морей и океанов. Осталось только дождаться поступления серийных образцов в продажу.
А вот тут возникли проблемы. Уже скоро год, как новости об этом аппарате перестали поступать. Не работает и их официальный сайт www.silveiragroup.com. В чем тут причина, мне неизвестно, а гадать не хочу. Но думаю, что сама идея не умрет - уж больно хороша!

Вывод
Революция в мире гидроциклов еще не произошла, но революционная ситуация очевидна.