Радиолог изобрёл новую технологию «омоложения» для гребных винтов и положил конец эпохе молотка и наковальни
Искусство встречается с наукой
Поговорим о науке и искусстве «омоложения» гребных винтов. Но прежде чем мы перейдем к ним, давайте отдадим дань сэру Исааку Ньютону.
Из школьной программы мы знаем историю Ньютона и падающего яблока. И то, как это побудило учёного дать количественную оценку не только закону всемирного тяготения, но и трём его законам движения.
(Ладно: нет доказательств того, что резко падающий фрукт реально имел отношение к вдохновению физика. Но разве нас это волнует? Нет. Это хорошая история. Без нее мало кто из нас узнал бы о работах Ньютона, так что давайте её оставим).
Какое отношение это имеет к гребным винтам? Третий закон Ньютона, закон действия и противодействия, описывает явление, благодаря которому работает гребной винт. Он гласит: «Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по величине и противоположны по направлению»
Гребной винт судна (и водомёт, который, по сути представляет собой гребной винт в трубе) ускоряет движение воды в кормовом направлении, создавая направленную в противоположную сторону силу, которая толкает винт и судно вперед. Гребной винт, точно подобранный под комплект и соответствующий требованиям не только по шагу и диаметру, будет эффективнее создавать тягу, расходовать меньше топлива, работать тише и позволит двигателю развивать максимальную мощность.
Главное — правильно подобрать винт (в статье по ссылке читайте, как это сделать на практике).
Проектирование гребных винтов — одна из самых сложных задач в морской инженерии. Это целая отдельная профессия. При постройке новой лодки судостроители не всегда с первого раза выбирают подходящий гребной винт. В процессе эксплуатации многие лодки набирают вес, из-за чего требования к гребному винту меняются.
В прошлом подбор подходящего винта часто требовал дорогостоящих и длительных проб и ошибок. Сегодня, как и почти всё остальное, это можно сделать с помощью компьютера. Или всё началось с компьютера. И скорее всего, его программное обеспечение было написано покойным Рэндалом Хейлом-младшим...
МРТ Хейла: применение науки в искусстве
Раньше точная настройка гребных винтов была искусством, которым владели только на верфях. Там работали мастера вроде Йоды. Они использовали блоки для регулировки шага, молотки и эмпирические правила.
(«Дюйм диаметра равен двум дюймам шага» — вот одно из них, которое я помню. Или наоборот?)
Чаще всего эти Мерлины из механической мастерской с первого раза ошибались.
В середине 1990-х Рэндал Хейл-младший, радиолог-технолог, получивший образование в Университете Джонса Хопкинса, увидел повреждённый гребной винт. Вместо того, чтобы привычно молотком вернуть ему прежнюю форму, Хейл разработал метод точного анализа винта. Это позволило определить, как именно его нужно ремонтировать. Для этого он написал программу под Windows.
Хейл не был новичком в сфере высоких технологий. Всю жизнь он увлекался наукой и радиолюбительством, был членом команды, разработавшей магнитно-резонансную томографию (МРТ), работал над усовершенствованием рентгеновского аппарата для маммографии и стал экспертом в области цифровой визуализации.
Программное обеспечение Хейла, подключенное к поверхностному зонду, который, в свою очередь, был подключен к ПК, могло измерять геометрические параметры винта — диаметр, шаг, угол атаки, форму лопастей и т. д., — а затем обрабатывать данные и выводить подробный анализ на экран компьютера.
Хейл назвал свое программное обеспечение Hale MRI. По его мнению, оно делает для винтов то же, что МРТ для человеческого тела. Вместе с сопутствующим оборудованием Hale MRI привносит научный подход в «черное искусство» изготовления винтов. За несколько часов обучения специалист может освоить эту технологию для определения характеристик гребного винта. Сравнивая реальный винт с тем, каким он должен быть, мастер определит, как вернуть ему первозданный вид или как отрегулировать его, чтобы он лучше подходил для лодки, на которой установлен. Для лодок, которым нужны новые пропеллеры, программа Хейла может показать возможные варианты, что позволяет легко их «протестировать».
В 1995 году Хейл и его сын Рэнди Хейл III открыли компанию Hale Propeller в Олд-Сейбруке, штат Коннектикут. Сегодня это лидер в области анализа и ремонта гребных винтов. По всему миру используется более 200 систем Hale MRI.
Примерно пятнадцатью годами ранее аналогичная система, Prop Scan, была разработана в Австралии Терри Райаном. Первый сервис Prop Scan открылся в США в 1995 году, когда компания Hale Propellers только начинала свою деятельность. Сегодня у Hale MRI в разы больше пользователей, чем у Prop Scan, даже в Австралии.
Искусство по-прежнему необходимо
Компьютер способен проанализировать деталь, но не может ничего починить. Для этого по-прежнему нужен опытный мастер. А чтобы овладеть этим искусством, нужны годы обучения и практики. «Мой отец говорил: «Можно дать кому угодно инструменты, но сможет ли он собрать мебель?» — рассказывает младший Хейл. — Мне нужны люди, которые гордятся своей работой как художники».
Загляните в компанию Hale Propellers, как это недавно сделал я, и вы увидите множество инструментов. Молотки, шлифовальные машины и угольники, а также компьютеризированное оборудование и множество рабочих, которые умеют обращаться с любыми инструментами.
Здесь всюду гребные винты: от моделей из нержавеющей стали для ПЛМ до гребных винтов для рыболовных траулеров и винтов с противоположным вращением и тонкими, как бритва, лопастями.
Некоторые из них, на мой взгляд, были готовы отправиться на свалку, но в Hale сказали, что все они подлежат ремонту. «Если у вас есть все детали, можно починить почти любую вещь».
Самым крутым пропеллером, который я видел, был пятилопастной пропеллер Rolla размером 48 x 61 дюйм, ожидавший настройки. Лопасти пропеллера были изогнутыми, с наклоном и углом атаки, а также, как отметил Хейл, имели извилистые изгибы в поперечном сечении, что делало их более сложными, чем у обычного винта.
С помощью магнитно-резонансной томографии Хейл может проанализировать модель со сложной геометрией, но мне было трудно определить форму винта визуально — изгиб лопастей скрывал нюансы. Когда я провел пальцами по поверхности, я почувствовал неровности.
Rolla — это шедевр гребного винта, и цена у него соответствующая: по словам Хейла, замена винта, лежащего на верстаке, обойдется более чем в 20 000 долларов. Но ремонт этого винта обойдется всего в 2000 долларов, и даже тот, кто может позволить себе яхту с таким винтом (он был снят с большого катера Hatteras), оценит экономию в 90% по сравнению с заменой.
После того как деталь проанализирована и выявлены недостатки, в дело вступают традиционные методы. Если нужно изменить угол наклона лопастей, механик использует шаблон и молоток. Как правило, он может изменить угол наклона на два дюйма в ту или иную сторону, что практически не влияет на фактический угол наклона лопасти.
Когда парень с молотком заканчивает работу, «пациента» снова анализируют, чтобы проверить результат.
Пропеллеры, подвергшиеся коррозии, а также с поврежденными лопастями, которые пострадали пройдясь по устричной отмели, можно отремонтировать с помощью паяльной лампы и припоя, заменив отсутствующий металл. Затем лезвиям придают прежнюю форму и доводят до такого состояния, чтобы место ремонта было незаметно.
Хейл отметил, что использует тщательно подбирает припой под сплав винта. В противном случае, по его словам, разнородные металлы могут вызвать гальваническую коррозию. Он показал мне деталь, которую в прошлом отремонтировали с помощью неподходящего припоя. Я отчетливо видел шов в том месте, где новый металл соединялся со старым. Эту деталь нужно как следует отремонтировать, прежде чем отдавать в мастерскую.
«Бегущий по лезвию»
Хейл динамически балансирует каждую лопасть после ремонта. Он говорит, что статическая балансировка работает в большинстве случаев, но динамическая — всегда. Балансировочный станок чем-то похож на токарный, но на нем вращается здоровенная лопасть. Из-за верхнего освещения лопасти сверкают при вращении. Датчики фиксируют любой дисбаланс в лопастях и отправляют данные на компьютер, который определяет, где и сколько металла нужно убрать, чтобы сбалансировать лопасть. Лишнее снимают с помощью шлифовальной машинки. И вот ещё один пример того, как искусство превосходит науку. За 25 лет работы в мастерской Хейл знает, сколько нужно шлифовать, чтобы вернуть вещам гармонию. С этим не справится ни один компьютер.
Как понять, что пора менять винт? Даже если вы ни во что не врезались и мотор хорошо работает, Хейл советует делать это раз в пару лет. Если обороты упали, сначала обратитесь к механику и убедитесь, что проблема не в двигателе. Если с ним всё в порядке, возможно, пришло время проверить винт. Но прежде чем спускать лодку на воду, проведите несколько пробных заездов, отмечая скорость, обороты, расход топлива, температуру — все, что можно измерить. Максимально точно определите вес лодки, включая стандартный уровень топлива и пресной воды.
Исаак Ньютон по праву считается великим учёным, но гравитация существовала бы независимо от того, писал о ней Ньютон или нет.
Рэндал Хейл-младший изобрёл кое-что, что сделало жизнь каждого яхтсмена и лодочника лучше. По крайней мере, каждого яхтсмена с гребным винтом.