Балластные цистерны, применяемые на моделях подводных лодок
Что это такое?
Когда в детстве я занимался в судомодельном кружке,
нас всех увлекали модели подводных лодок. Было нам тогда лет по 12, к станкам допуска
не было, и могли мы сделать только простейшую резиномоторную модель. Нам
рассказывали, что строятся модели подводных лодок с электродвигателями и на
радиоуправлении, но в натуре такую модель никто не видел. Погружение подобных
моделей производилось с помощью рулей глубины.
Став постарше, году в 89 – м, я задумал попробовать
сделать модель подводной лодки с более-менее реальной балластной системой,
благо в аэропорту был хорошо оснащенный механический цех. Попытка увенчалась
успехом, но управление было проводное, т.к. с радиоуправлением тогда были
проблемы. Было построено две модели, на первой - балластная система
представляла собой авиационный шприц для отсоса ртути и воды с
приспособленным к нему редуктором, на второй - в качестве балластной системы использовались
моторчик омывателя от «девятки» в качестве насоса и пакет от глюкозы в качестве
балластной цистерны. Испытания показали, что подобные балластные системы вполне
работоспособны.
Поскольку радиоуправления не было, идея забылась. В
1999 году я начал активно пользоваться Интернетом и ради хохмы решил поискать
что-нибудь на тему моделей подводных лодок. Результат меня поразил!
Оказывается, за границей постройка подобных моделей – очень популярное занятие!
Проводятся соревнования и слеты любителей, выпускаются наборы заготовок и
деталей.
О чем-либо подобном в России я не слышал, поэтому и
решил подготовить этот материал: вдруг еще кто-то заинтересуется. В данном
материале использованы частично материалы зарубежных моделистов, т.к. я пока не
располагаю сканером.
Как это сделать
Зарубежные моделисты обычно ставят на свои модели
одну балластную цистерну в районе центра тяжести модели, но встречаются модели
с двумя и тремя цистернами.
Одноемкостная балластная система
Двухъемкостная балластная
система
Конструкции балластных систем обычно используются четырех типов, которые и описаны ниже в порядке сложности изготовления – от простых к более «навороченным».
1. Поршневая балластная система.
Эта
балластная система подходит для малых и средних моделей подводных лодок и
состоит из цилиндра с поршнем, редуктора и электродвигателя. Устройство системы
понятно из схемы. В качестве цистерны может использоваться медицинский шприц
(самый большой, который мне попадался – 100 «кубиков»), насос от зарубежных
надувных игрушек или самодельный цилиндр из оргстекла с поршнем из алюминия.
Электродвигатель должен быть достаточно мощным. Мною использовался ДПМ – 20,
вполне хватило. На штоке поршня нарезается резьба М6, в шестерне привода –
такая же.
Схема поршневого балласта
Двигатель
может включаться от дискретного канала радиоуправления. На штоке поршня нужно
предусмотреть рычаг для нажатия на концевые выключатели, чтобы при достижении
поршнем крайних положений полярность питания электродвигателя менялась на
противоположную. Схема подключения электродвигателя ясна из приведенной ниже
схемы, мощность диодов следует брать с запасом, т.е. больше мощности
электродвигателя.
Схема подключения
электродвигателя поршневого балласта
Редуктор
желательно делать из коррозионно-стойких материалов. Ниже приводятся фотографии
балластной системы из медицинского шприца, изготовленной американскими
моделистами.
Общий вид
Редуктор
Блок концевых выключателей
2. Балластная система с мехом или мембраной.
В качестве балластной цистерны могут быть также использованы пластиковые или резиновые меха от медицинских приборов, детских велосипедов и игрушек, импортные пластиковые масленки. С помощью несложных механизмов, например, в виде длинного винта или тросовой проводки, их можно сжимать и разжимать, увеличивая или уменьшая количество воды и, соответственно, вес модели.
Следует заметить, что подобные устройства больше подходят для небольших моделей или для моделей с малым запасом плавучести.
Медицинский
мех и пластиковая масленка
Балластная
система из сигнала от детского велосипеда (или из медицинского меха)
Мембранный
балласт действует аналогично, но занимает меньше места и применяется обычно на
сверхмалых моделях (такие есть, длиной 10-15 см, способны плавать в аквариуме
на 60 литров!) или на моделях плоских «ныряющих блюдец».
Балласт с мембраной
3. Балластные системы с применением
насосов.
Подавать
воду в балластные цистерны модели можно также насосами. Для этой цели подходят
перистальтические насосы, применяемые в медицине, и шестеренчатые насосы от
автомобильных стеклоомывателей. Последние в состоянии покоя могут пропускать
воду, поэтому желательно применение нормальнозакрытого электромагнитного
клапана, питание на который подается одновременно с электродвигателем насоса.
Перистальтические насосы этого недостатка лишены, но требуют применения более
мощного электродвигателя и сложнее по устройству.
Медицинский перистальтический насос с двигателем Mabushi
540
Шестеренчатый
насос
Балластные
цистерны для таких систем могут быть жесткой или мягкой конструкции.
Жесткая цистерна может быть изготовлена из плексигласовой
или полиакриловой трубы с толщиной стенок 3-5 мм. В качестве соединительных трубок подходят
медицинские, от капельниц, подходящего диаметра. Трубка внутри цистерны должна
быть мягкой и с грузом, или заливное отверстие должно находиться в самой нижней
точке цистерны.
Нужно
учитывать, что при заполнении такой цистерны давление внутри нее возрастает,
поэтому рекомендуется выбирать объем такой цистерны с таким расчетом, чтобы
модель погружалась при заполнении цистерны на 1/3. По утверждениям зарубежных
моделистов, с такими цистернами модель может погружаться на глубину 40 метров и
более.
Мягкая
балластная цистерна изготавливается из резинового или пластикового
мешка, например из грелки. Но лучше всего подходит для этой цели мешок от
капельницы (у нас в России в таких мешках объемом 500 мл продают в аптеках
глюкозу). Эти мешки имеют две трубки, что позволяет легко соединить их с
насосом, и достаточно прочны и долговечны. В крайнем же случае подойдет и
детский воздушный шарик.
Балластная система из пакета от капельницы
Электродвигатель при использовании
мягкой цистерны включать по той же схеме, что указана в описании поршневой
балластной системы, а для мешка сделать жесткий контейнер, чтобы свести к
минимуму возможность разрыва мешка.
Цистерна из пластикового
мешка на модели немецкой ПЛ времен войны U-47.
4.
Балластные системы на сжатом воздухе.
Эти балластные системы наиболее близки по принципу действия к балластным системам настоящих подводных лодок: при погружении открывается атмосферный клапан в верхней части цистерны и она заполняется водой, для всплытия открывается клапан баллона со сжатым воздухом и вода вытесняется из цистерны.
На моделях в качестве источника сжатого воздуха обычно используется баллон для питания аэрографов, заправленный тетрафлюорэтаном – он имеет небольшие размеры и дает давление до 7 атм. Некоторые моделисты используют баллоны с углекислым газом, но давление в них достигает 50-60 атм и система с таким рабочим давлением требует профессионального исполнения и обслуживания, иначе возможны неприятности в виде взрывов и различных телесных повреждений, причем далеко не всегда легких. Некоторые моделисты идут еще дальше, устанавливая на свои модели насосы, которые нагнетают воздух в специальные баллоны, как на настоящих подводных лодках.
Описанная ниже система разработана Грегом Шарпом для модели советской атомной подводной лодки «Альфа» (по классификации NATO) масштаба 1:72, изготовлена и опубликована на сайте Pierre Yerokine для свободного использования. Схема взята именно оттуда. Поскольку не у всех хорошо с английским языком, я взял на себя смелость выполнить сокращенный перевод описания и рекомендаций по изготовлению этой системы.
Изготовление
балластной системы на сжатом газе.
Схема балластной
системы на сжатом газе, вид сбоку.
Схема балластной системы, вид спереди
Чтобы изготовить балластную систему, потребуются следующие материалы:
1. Плексигласовая трубка для цистерны, с толщиной стенки не менее 3 мм, закрытая с обоих концов плексигласовыми же заглушками, причем одна из заглушек обязательно должна быть съемной. В верхней части цистерны устанавливается атмосферный клапан, а в донной части - сверлятся отверстия диаметром 8 мм для заполнения цистерны водой.
2. Медная трубка диаметром 25 – 30 мм для газового баллона, толщина стенок не менее 1 мм, с обоих концов трубка наглухо запаивается листовой медью толщиной не менее 1 мм. В верхнюю часть газового баллона герметично впаиваются продувочный клапан из золотника от автомобильной камеры и заправочный штуцер.
3. Два золотника от автомобильной камеры для продувочного и заправочного клапанов. Корпус одного из них обрезается так, чтобы шток золотника был выше корпуса – это будет продувочный клапан.
Продувочный клапан
Второй золотник присоединяется к шлангу, второй конец шланга одевается на заправочный штуцер газового баллона. Шланг должен выдерживать то давление, на которое рассчитан газовый баллон. При давлении до 10 атм можно использовать шланг от аппаратов по продаже пива и газированной воды.
Для модели длиной 1 метр объем балластной цистерны должен быть 1,5 – 2,0 л. Плексигласовой трубы диаметром 100 мм и длиной 200мм вполне достаточно.
Объем газового баллона 70 – 100 см куб., при использовании тетрафлюорэтана и заправке баллона на 3/4 этого хватит примерно на 20 погружений.
ВНИМАНИЕ!!! Газовый баллон заполнять легкоиспаряющейся жидкостью не
более чем на 3/4, иначе возможен разрыв баллона!!!
Управление системой осуществляется рулевой машинкой, поворачивающей эксцентрик. Ось эксцентрика проходит через крышку балластной цистерны с применением водонепроницаемого уплотнения.
Самое сложное при изготовлении – это точно рассчитать и изготовить эксцентрик и расположить штоки атмосферного и продувочного клапана точно друг против друга. Газовый баллон устанавливается внутри балластной цистерны для сохранения центровки, с той же целью весь агрегат устанавливается в районе центра тяжести модели
Балластная цистерна
Отсек рулевой машинки
Блок крепления рулевой машинки
Качалка эксцентрика
Герметизация провода рулевой
машинки