Постройка водного катамарана

Построить водный велосипед таким, чтобы он двигался по воде с помощью ножного привода, задача совсем простая. Такие сооружения я с товарищами строил еще мальчишкой и никому теперь рекомендовать их не собираюсь, а только вспоминаю с улыбкой. Вот как они выглядели...

Два пятиметровых бревна, заостренных с обоих концов, — это поплавки. Они соединены несколькими метровыми дощечками. В средней части «велосипеда» — невысокая скамейка. Перед нею согнутый из арматурного прута коленчатый вал — для одноместной «машины» на нем два кривошипа с деревянными колодками-педалями, для двухместной — четыре. По концам вала — деревянные крылатки-колеса с шестью лопастями. Позади сиденья — руль, от которого тянутся две веревочки. Управляют им, как вожжами.

Сколотить такое сооружение можно дня за два, но в плавании вас обгонит любая гребная лодка. Кому охота просто покататься, пусть строит подобные колесные тихоходы. Если же вы хотите изготовить хороший быстроходный велосипед, пригодный для туризма и спорта, то сделайте его так, как мы предлагаем.

Над конструкциями водных велосипедов мне пришлось работать много лет. Первые удачные системы московские пионеры построили по моим советам в 1949 году. Но с тех пор мне удалось внести в конструкцию ряд улучшений и разработать новую систему привода. Вам на выбор мы предлагаем одновинтовой и двухвинтовой велосипеды. Как показала практика, хороши оба, но у каждого есть свои достоинства.

В зависимости от того, какой материал вам доступнее, для постройки поплавков можно использовать рейки и фанеру, а можно, что еще лучше, листовой дюралюминий толщиной 0,5 - 0,8 мм, только не слишком жесткий.

Сначала познакомимся с деревянной конструкцией. Набор поплавков очень прост. На оба поплавка вам понадобится всего шесть реек-стрингеров длиной по 3500 мм и сечением 25 X Х25 мм. Пилить их ножовкой из прямослойной сосновой или еловой доски — долгая работа. Лучше сделать это в школьной мастерской на электропиле. Понадобится и немного более коротких реек такого же сечения.

Водный велосипед - катамаран, общая схема.

Все рейки простругайте рубанком, концы каждой пары бортовых стрингеров спилите «на ус». Килевой стрингер заострять не надо. Поперечные ребра — шпангоуты будете прирезать по месту. Для этого вначале свяжите концы каждой тройки стрингеров и вставьте временные распорки. Если стрингеры не имеют крупных изъянов, они изогнутся очень плавно, образовав правильную трехгранную фигуру. Точно посередине поставьте между боковыми и килевым стрингерами два бруска длиной по 3004-320 мм (для туристского варианта можно взять 350 мм, чтобы получить увеличенную грузоподъемность). Сквозь стрингеры в торец эти полушпангоуты закрепите нетолстыми, 50-миллиметровыми гвоздями.

Отступая по полметра от среднего шпангоута, поставьте по месту остальные шпангоуты такого же сечения. Затем более короткими гвоздями скрепите концы бортовых стрингеров с килевым стрингером. Старайтесь не перекосить конструкцию и сделать каркасы (наборы) обоих корпусов одинаковыми. Между бортовыми стрингерами временные распорки замените бимсами, поперечными брусками, поддерживающими палубу.

Нижняя часть бимсов прямая, а верхняя — выпуклая. Их можно сделать из дощечки шириной в 80—100 мм и толщиной в 20 мм. Верхняя грань каждого бимса должна вровень смыкаться со шпангоутом, не образуя «ступеньки». Еще до обшивания корпусов фанерой вставьте поперечные сплошные переборки, выпиленные из водостойкой 10-миллиметровой фанеры. Они, как показано на рисунке, имеют симметричную пятиугольную форму. Если нет толстой фанеры, склейте переборки из двух-трех слоев тонкой. Точно подогнав переборки по месту, прибейте их к шпангоуту и бимсу небольшими гвоздями. Вбивая гвозди, обязательно придерживайте деталь с обратной стороны массивным предметом, в крайнем случае — обыкновенным утюгом. Гвозди тогда входят легче, и конструкция не расшатывается.

К переборке поставьте с обратной стороны второй бимс. Он нужген там для крепления палубы. Когда каркас собран, все мелкие щели, образовавшиеся от неточностей подгонки, заполните смесью из густого нитроклея и древесных опилок. Готовые наборы поплавков обшейте авиационной фанерой толщиной 1,5 -1,5 - З мм. В местах стыков кусков обшивки вставляйте дополнительные полушпангоуты и бимсы. Гвозди берите не длиннее 2,5 мм.

Если вам не удалось раздобыть фанеры, поплавки можно обтянуть плотной парусиной или бязью в два-три слоя. Каждый слой прокрашивайте дважды масляной краской и следующий слой накладывайте на свежую краску, как только она станет липкой. Некоторые ребята обходятся и без ткани, оклеивая корпуса бумагой. Но на это уходит много клея и времени.

Для площадки водного велосипеда необходимы два поперечных бруска сечением 30X70 мм, длиной по 1500 мм и две продольные дощечки сечением 100X20 мм и длиной по 1300 мм. Кроме них, нужно еще поставить на ребро третий продольный брусок длиной 2 м и сечением 40X70 мм. Он служит опорой для велорамы. Для жесткости этот брусок нужно поставить на фанерные или дюралевые треугольники — косынки. К бруску жестко крепится с помощью металлических скоб велосипедная рама. Скобы сделайте из полосовой мягкой стали сечением примерно 3 X 25 мм. Затягивать их нужно короткими болтами с шайбами. Для жесткости конструкции необходимо еще сделать от передней части велорамы две наклонные растяжки. Для них годится обычная стальная проволока или тонкий стальной тросик.

Велосипедные педали и связанную с ними большую звездочку можно применить без всяких изменений. Только цепь от них пойдет не назад, а вперед, к малой звездочке, которая расположена под средним бруском у его передней поперечной перекладины.

У малой звездочки — самый сложный конструктивный узел, устройство его зависит от деталей, которыми вы располагаете. Самое лучшее решение — механизм большой ручной дрели, который закрыт металлическим кожухом. Эту дрель, сделав из дерева клиновую подкладку, следует закрепить под средним бруском двумя скобами из стальной полосы. Упор дрели не понадобится, его нужно снять. Для оси дрели, на которую надевается рукоятка, следует выточить втулку с широким фланцем. Просверлив в нем и в звездочке шесть отверстий, склепайте эти детали заклепками толщиной в 3-3,5 мм. Заклепки можно сделать из отожженных гвоздей.

Если у вас есть односкоростная дрель с открытыми шестернями, то приклепайте звездочку просто к большой шестерне, поставив прокладку из текстолита или другого пластика толщиной в 10 - 15 мм. Толщина прокладки должна быть такой, чтобы после монтажа цепь шла по звездочкам без перекоса.

Возможно, что у вас вместо дрели окажутся просто две конические шестерни. В этом случае в школьной мастерской или в цехе у шефов вам придется изготовить передачу по образцу дрели. Не берите слишком «нежные» шестерни или маленькую ручную дрель. Ведь усилие ног, особенно в гонке, довольно велико, и механизм может вас подвести.

Отличный гребной вал получается из дюралевой лыжной палки. Постарайтесь найти палку самую длинную, чтобы не делать вал составным. В передний конец вала вставьте на 40 мм стальной прут, подобрав его толщину по внутреннему диаметру трубки или слегка обработав напильником. Длина выступающего наружу конца прута зависит от того, насколько вам придется удлинять лыжную палку. Конец прута запилите в форме трехгранника так, чтобы он надежно зажимался в патрон дрели, который служит удобной соединительной муфтой между гребным валом и механизмом.

Для опоры второго конца гребного вала сделайте из обрезка доски толщиной 40 мм обтекаемый кронштейн. Закрепите его длинными шурупами сквозь брусок и боковыми накладками из обрезков листового дюраля, стянув эти накладки заклепками или шурупами. В нижней части кронштейна просверлите отверстие по диаметру вала. Получится простейший, но достаточно надежный подшипник, особенно если вы проварите нижнюю часть кронштейна в смеси равных частей парафина и машинного масла. С такой пропиткой деревянный подшипник благодаря водяной смазке работает долго без заметного износа. Надолго хватит и гребного вала. Если же водный велосипед будет у вас работать по многу часов, то можно на вал в месте, которое вращается в подшипнике, насадить кусок трубки большего диаметра, закрепив ее наружный конец на валу тонким сквозным болтиком или даже проволочной шпилькой с загнутыми концами. Изношенную трубку легко заменить.

Водный велосипед - катамаран, как сделать гребной вал.

Обычно при использовании стандартных дрелей передаточное число у механизма водного велосипеда получается 1 : 12, то есть при одном обороте педалей гребной винт делает 12 оборотов. Для такой скорости вращения (около 600 об/мин) годится гребной винт диаметром 250 мм. Его можно сделать из дерева, металла или комбинированным.

Для деревянного винта заготовьте прямослойный, без сучков, брусок из сосны или ели размером 60 X 120 X 250 мм. Найдя центры пересечением диагоналеи на широких плоскостях заготовки, нанесите циркулем окружности по 50 мм. Это границы будущей ступицы. Сделайте у ступицы на бруске ножовкой четыре поперечных косых надреза и осторожно сколите излишки дерева. Просверлите ступицу по диаметру вала или насаженной на него предохранительной трубки, о которой мы уже упоминали. Затем, обрабатывая лопасти ножом, придайте им форму, показанную на чертеже. Поверхность лопасти, обращенная к носу, должна быть выпуклой, а рабочая, обращенная к корме, — плоской или немного вогнутой.

Важно также, чтобы у ступицы угол между лопастью и плоскостью вращения винта был равен примерно 45° с постепенным переходом к концу лопасти на 30°.

Чтобы закрепить винт на валу, просверлите в ступице и в валу сквозное отверстие диаметром 3 - 3,5 мм и поставьте длинный шуруп или шпильку из стальной проволоки.

Гребной винт подбирают обычно под определенный двигатель. Но у нас привод ножной, а ноги у разных ребят разной «мощности». Поэтому мы указали средние размеры винта. Лучше всего изготовить три винта разного диаметра, разной ширины лопастей и шага (угла поворота лопастей). Тогда их можно менять в зависимости от «двигателя» или условий плавания. Для гонки на короткую дистанцию можно поставить винт большого диаметра и с большим шагом (крутым поворотом лопастей). Для похода лучше поставить винт поменьше, который приведет к небольшому снижению скорости, но не утомит при долгом вращении педалей.

Обработайте каждый винт после ножа напильником, затем мелкой шкуркой, пропитайте горячей олифой, просушите на солнце и покрасьте. Для хорошей работы винту нужен еще обтекатель. Его можно вырезать из мягкого дерева, кусочка пенопласта и, высверлив в нем углубление для конца гребного вала, приклеить нитроклеем к задней плоскости ступицы винта. Диаметр основания конического обтекателя должен быть равен диаметру ступицы.

Прежде мы ставили на водных велосипедах кормовые рули со сложной и не очень надежной системой штуртросов. Затем попробовали применить передний руль и убедились, что он достаточно хорошо действует, хотя находится в свободном потоке, а не в ускоренной струе от винта. Для руля нужен прямоугольный кусок ВОДОСТОЙКОЙ фанеры или миллиметрового дюраля размером 450X200 мм. Углы этого прямоугольника закруглите. На расстоянии 150 мм от переднего края сделайте две накладки из полос фанеры или дюраля (каждую из трех слоев шириной 80, 60 и 40 мм), чтобы получился обтекаемый профиль. Закрепите накладки несколькими заклепками, в промежуток выше пера руля вставьте полоску фанеры шириной 80 мм и склепайте их вместе. В вилку велосипеда вставьте две колодки из дерева или пластмассы, просверлите колодки и «слойку» из полос так, чтобы нижняя кромка руля была на 30 мм ниже килей поплавков. Ось можно использовать обычную, от передней втулки велосипедного колеса. Но гайки слишком туго не зажимайте, чтобы у берега руль можно было поднимать. Установив руль, просверлите у верхнего заднего угла его плоского баллера отверстие для стопорного поперечного штыря. На ходу этот штырь не даст рулю уйти назад и не помешает подъему руля перед вытаскиванием велосипеда на берег.

Соединение верхней конструкции водного велосипеда с поплавками производят деревянными штырями (нагелями), вставляя их в отверстия на концах поперечных брусьев площадки и в выступающих краях переборок поплавков. Всего вам нужно восемь таких штырей. Значительно удобнее болты, у которых вместо гаек сделаны «барашки» — гайки с плоскими ушками.

А теперь расскажем о некоторых изменениях конструкции, которые может сделать юный кораблестроитель.

Если у вас есть листовой дюраль, не очень жесткий, толщиной от 0,5 до 0,8 мм, то вы можете склепать легкие и прочные корпуса поплавков водного велосипеда, имеющие самые простые внутренние крепления. Выкройка листов дюраля показана на рисунке.

Для бортовой обшивки вам понадобятся полосы шириной 300 мм, для палубы - 400 мм. Пользуясь размерами, указанными на чертеже, изготовьте сначала точные шаблоны из бумаги или сделайте разметку сразу на металле. Так как длина заготовок обшивки 3,5 мм, то листы придется стыковать наверняка из более коротких заготовок. Для этого нужно из обрезков, которые останутся после раскроя металла, нарезать нужное количество полосок шириной 35 - 40 мм. Эти полоски накладывают с внутренней стороны стыков и приклепывают стандартными авиационными заклепками диаметром 2,6 - 3 мм. Головку лучше брать не потайную, так как она будет внутри поплавка, а снаружи каждое отверстие нужно раззенковать(слегка рассверлить на конус сверлом большого диаметра), чтобы головка заклепки снаружи корпуса получилась потайная. Стыковые накладки делайте, не доходя до краев заготовки на 25 мм.

По всему периметру заготовок бортовой обшивки отогните края шириной в 25 мм. Сначала склепайте между собой килевые края бортовой обшивки, на которую предварительно наложите и приклепайте полушпангоуты, сделанные из обрезков дюраля в виде угольников. Полку для приклепывания у этих деталей можно сделать шириной в 20 мм, а полку жесткости — 10 мм. Концы полок жесткости подрежьте так, чтобы они не мешали соединять борта и палубу.

Заклепки килевого шва располагайте часто — на расстоянии 10—12 мм друг от друга в шахматном порядке, чтобы получился двухрядный шов.

Водный велосипед - катамаран, как сделать поплавки.

Так как палуба должна иметь выпуклость, то ее детали жесткости — бимсы не могут быть прямыми. Вырезав на каждый бимс шаблон из плотной бумаги, сделайте эти детали, как показано на рисунке. По дуге кривизны палубы нарежьте на заготовке и отогните деревянным молотком (киянкой) отдельные «фестоны». Приложив бимс к палубной обшивке, закрепите его с краев, вместе с закрывающей «фестоны» дюралевой полоской, ручными тисочками или маленькими струбцинами. Когда вы эту конструкцию приклепаете к палубе, жесткость получится вполне достаточной.

В местах, где к палубе будет крепиться площадка велосипеда, установите на заклепках наружные бимсы с верхним прямым краем. В местах крепления их нужно сделать во всю ширину палубы и обязательно двойными, да еще с дополнительной прокладкой. Крепление такое же, как и внутренних бимсов,— с полосовой накладкой поверх «фестонов».

Перед приклепыванием палубы сделайте предварительную подгонку ее к отбуртованным (отогнутым) краям бортов. Если борта «упрямятся», не принимают плавного изгиба, расклепайте их немного стальным молотком, подкладывая наковальню или старый утюг под края отбуртованной полосы. В месте расклепки линия борта изогнется круче.

После подгонки прихватите палубу к бортам несколькими струбцинами, а затем «маячными» заклепками и проклепывайте швы.

В средней части палубы хорошо сделать небольшой лючок с бортиками и плотно прилегающей крышкой. Тогда поплавок можно использовать для хранения в походе одежды, палатки, продовольствия. Нужен лючок и для того, чтобы сделать поплавок более долговечным и герметичным. Для этого в него наливают литра два масляной или эмалевой краски и, покачивая в разные стороны, наклоняя с боку на бок, заставляют эту краску растечься внутри по всей обшивке и заполнить швы. Чтобы удалить избыток краски, нужно просверлить в концевой части палубы небольшое отверстие и дать ей стечь во второй поплавок, а после его обработки — таким же образом — обратно — в банку. Отверстия для слива можно просто зашпаклевать. Но лучше их заткнуть колышками, чтобы можно было сливать воду. Вода в поплавках образуется при их запотевании, когда палуба нагрета солнцем, а река еще холодна.

Дюралевые поплавки можно окрашивать любой краской. Но при плавании в морской воде рекомендуется сначала покрывать их двумя тонкими слоями масляного лака, а затем уже краской, иначе металл будет быстро разрушаться.

Кроме одновинтового велосипеда с коническими шестернями в передаче, нам удалось сконструировать простой и удобный двухвинтовой велосипед. Средний продольный брусок площадки у него не выступает сзади за ее пределы. Велорама крепится так же, как и в первом варианте, цепь передачи тоже идет не назад, а вперед. Но большую звездочку передачи нужно подобрать покрупнее, а меньшую — самого малого диаметра, чтобы получить передаточное отношение 1 : 5 или даже 1 : 7.

Боковые продольные дощечки площадки нужно сделать и закрепить прочнее, так как они явятся опорой для кронштейнов гребных винтов. Ни дрель, ни конические шестеренки не понадобятся. Нужны вместо них две длинные и прочные дверные ???

Водный велосипед - катамаран, крепление вала.

В зависимости от того, какой материал вам доступнее, для пружины или пружины от передней вилки мотоцикла. Можно воспользоваться и кусками старого гибкого вала, применяемого в электроинструментах. Пружины должны иметь сечение проволоки не менее 1,6 мм. Вал для малой звездочки, на концы которого надеваются передающие вращение пружины, можно сделать только на токарном станке (см. рисунок). Установить его следует на двух шарикоподшипниках, на подшипниках из бронзы, текстолита или капрона, в крайнем случае — из проваренного в масле твердого дерева. Березовый подшипник работает около 500 часов.

Это продолговатая колодка с отверстиями для вала звездочки, для смазки и для крепления шурупами или болтиками с гайками.

На вал по бокам деревянного подшипника наденьте шайбы, а в сквозные отверстия вала вставьте шплинты, чтобы он не двигался вправо и влево. Гибкие валы из пружин передают вращение под прямым углом гребным валам, наклонно расположенным под боковыми планками площадки. Гребные валы и здесь хороши из дюралевых лыжных палок, но длина их меньше, чем в одновинтовом варианте, чуть более метра. На рисунке видно, что каждый вал удерживается двумя кронштейнами. На переднем кронштейне сделайте внизу полукруглую канавку и по диаметру вала обогните его проволочными скобками. На конец вала наденьте защитную трубку, на которую «сядет» и гребной винт. Подшипник устроен так же просто, только вместо проволочных скобок нужно загнуть желобком пластинку из алюминия или латуни и прикрепить к кронштейну заклепками или шурупами. Между гребным винтом и этим подшипником обязательно поставьте две-три шайбы для скользящей передачи упора винта велосипеду. Водяной смазки шайбам достаточно, особенно если сделать их из текстолита или капрона.

Руль велосипеда — без изменений. Но винтов придется сделать два, диаметром по 300 ~ 320 мм и с разным направлением вращения — один с правым, другой — с левым.

Можно сделать и упрощенные винты из не очень жесткого листового дюраля, вставив лопасти в утолщенную деревянную ступицу. Ее диаметр 70 80 мм, длина с обтекаемой хвостовой частью — 130 мм. В ней нужно сделать два косых надреза и закрепить каждую лопасть тремя заклепками из мягкой проволоки диаметром 3 -г 4 мм. Такие винты удобны тем, что лопасти можно изгибать, подбирая самый выгодный шаг. Упрощенные винты можно делать и из проволоки. Ее наматывают ровным рядом па трубку-ступицу, а затем изгибают в виде контура одной и второй лопастей. Затем на контур натягивают в несколько слоев старые капроновые чулки, пропитывая каждый слой густым нитро-клеем. Для прочности можно делать в каждой лопасти по два-три проволочных контура — большой, средний и малый. Винты получаются прочными и легкими. Как показал опыт, водный велосипед с одним винтом развивает на спокойной воде скорость, равную 14 км/час, а с двумя винтами и дюралюминиевыми поплавками — до 16 км! час. Это вдвое больше скорости, которую развивает прогулочная лодка-двойка.

Ю. МОРАЛЕВИЧ