Масса воды, отброшенная движителем в корму, создает в виде реакции упорное давление, движущее судно вперед. Создает ли масса воды большее или меньшее ускорение, безразлично. В обоих случаях расходуется одинаковая мощность и возникает одинаковый упор винта. К сожалению, это отражает лишь физический принцип. В действительности имеется совершенно определенное, наиболее благоприятное соотношение между массой воды и ускорением.

   Водометный движитель действует так же, как гребной винт: вода засасывается спереди, лопатки насоса, подобно лопастям винта, придают ей ускорение, после чего вода выталкивается в корму. От гребного винта он отличается лишь внешним видом – винт, точнее колесо насоса установлено в трубе внутри катера. Кроме того, водяная струя не уходит незаметно под воду, а выбрасывается из сопла, установленного над водой. Действие выбрасываемой за корму струи воды вызывает равную по величине и направленную в нос реакцию, благодаря которой катер получает движение вперед.

   Нередко считают, что водометный движитель позволяет развить гораздо большую скорость, чем гребной винт.

   Чтобы определить достоинства и недостатки водометного движителя, необходимо рассмотреть два фактора: его расположение на катере и К.П.Д.

   Есть что-то заманчивое в идее установить высокоэффективный насос внутри судна. Идея создания водометного движителя появилась значительно раньше, чем был изобретен гребной винт. Еще в 1784 г. Джеймс Рамсей продемонстрировал на реке Потомак в США первый пароход с водометным движителем. В 1867 г. английский военно-морской флот проводил опыты с центробежными насосами в качестве движителя для канонерской лодки «Уотервич» длиной 50 м. Паровая машина мощностью 760 л.с. при частоте вращения 40 об/мин приводила в действие центробежный насос. Ротор насоса имел диаметр около 4,25 м. Канонерская лодка с водометным движителем развивала скорость 17,2 км/ч.

   Последнее звено в длиной цепи исследований замкнулось в Новой Зеландии, где Гамильтон попытался создать маленький катер для плавания по каменистому мелкому горному ручью. С обычным гребным винтом это было невозможно, так как части, выступающие под днищем, получали повреждения из-за ударов о камни.

   Вначале Гамильтон установил внутри катера обычный центробежный насос, в результате чего водяная струя выходила в корме под катером. Выходное отверстие было выполнено поворотным, т.е. управляемым, поскольку под днищем катера нельзя было установить даже маленького пера руля. В 1953 г. Гамильтон решил подводное выпускное отверстие вывести на транец над водой, обеспечив выброс водяной струи в воздух. Это как будто незначительное изменение оказалось весьма эффективным. Если экспериментальный катер раньше развивал скорость 18 км/ч, то при выбросе струи в воздух была достигнута скорость 27 км/ч. В результате удалось получить не только днище без выступов, но и высокий К.П.Д.

   В 1956 г. центробежный насос был заменен двухступенчатым, а затем и трехступенчатым насосом. В настоящее время применяют не только одноступенчатые осевые насосы (рис. 190, 191), но и одноступенчатые диагональные насосы (рис. 192). Управление и задний ход часто осуществляются поворотом струи в выпускном сопле (рис. 193, 194).

   Преимущества водометного движителя:

1. Отсутствуют выступающие части под днищем катера (рис. 195). В результате исключена опасность ранения пловцов и водных лыжников.

2. Не возникает кренящий момент, вызываемый вращением обычного судового гребного винта.

3. Небольшая осадка дает возможность использовать катера с водометными движителями в мелких водоемах. Правда при небольшой скорости катера водоросли могут засосать внутрь, но они достаточно просто удаляются.

4. Катер легко спускается с трейлера и поднимается на него.

5. Для катеров, участвующих в специальном виде гонок «с ускорением», с успехом используется высокое начальное ускорение.

6. При установке на небольших быстроходных пожарных катерах движитель можно применять в качестве пожарного насоса.

   Например, в Новой Зеландии, где реки в основном мелководные, с каменистым дном, используется около 3000 малых спортивных катеров (длиной 4-8 м) с водометными движителями.

   К недостаткам водометов относятся потери мощности от трения воды, так как она проходит длинный путь по узким впускным и выпускным каналам, внутренние поверхности которых бывают не совсем гладкими. Лопатки насосов также иногда шлифуются недостаточно хорошо. Кроме того, трение возникает в неподвижных направляющих аппаратах. Значительное сопротивление вызывается и решеткой всасывания, что приводит к завихрению потока и может преждевременно вызвать кавитацию.

   В насос даже на самых высоких скоростях должна поступать вода, а не смесь воды с воздухом. Если днище слишком плоское или имеет обратную килеватость, наподобие морских саней, то воздух засасывается очень легко.  При наличии пузырей воздуха в воде упор резко уменьшается.

   Остановимся на вопросе коррозии. Многие водометы находятся под угрозой коррозии, так как для изготовления корпусов, лопаток, приводных валов, впускных решеток применяют разнородные металлы. Но поскольку водометные движители предпочитают устанавливать на малых быстроходных катерах, то их можно хорошо защитить от коррозии. Для этого необходимо после каждого плавания поднимать катер на берег или на прицеп.

   Малые легкие спортивные катера с двигателем большой мощности развивают при помощи водометных движителей высокие скорости. Это вызвало преждевременное увлечение ими вплоть до утверждения , то будущее принадлежит водометам. Тем временем выявились как достоинства, так и недостатки этой системы. Теперь можно быть уверенным, что катер с обычным имеющимся в продаже водометным движителем достигнет хорошего общего эффекта.

   В любом случае двигатель без реверсивной передачи с водоструйным насосом обойдется дороже, чем обычный катерный двигатель с реверсивной передачей, валопроводом и гребным винтом. Это чисто коммерческая точка зрения, от которой зависит возможный сбыт движителей, привела к тому, что в основном изготовляют лишь небольшие высокооборотные водометные движители, так как их можно подсоединять к современным катерным двигателям без промежуточного редуктора. Поэтому водометы используют преимущественно на легких быстроходных катерах, где большая мощность сочетается с малым весом катера. Фирма «Гамильтон» выпускает инструкцию, в которой указано, что водометный движитель может быть установлен на катере лишь в том случае, если выдержаны определенные соотношения между весом катера, включая вес экипажа, и мощностью двигателя. Так, максимальный вес малого быстроходного катера длиной 4-6 м должен быть от 12 до 16 кг на каждую лошадиную силу мощности двигателя, а катера длиной 6-9 м – не более 9 кг. Очень высокие скорости и высокий К.П.Д. достигаются в том случае, если вес катера составляет не более 5-7 кг на каждую лошадиную силу мощности двигателя. 

   Многие водометные движители подходят к обычным высокооборотным автомобильным двигателям, частота вращения которых составляет 3500-4500 об/мин, но не пригодны для довольно больших туристских катеров.

   Конечно, водометы можно выпускать и для более тяжелых и тихоходных катеров. В этом случае, чтобы получить хороший К.П.Д. в диапазоне малых и средних скоростей, требуется пониженная частота вращения двигателя и большой диаметр водомета.

   Характерно, что ни один из серийных водометных движителей не предлагается вместе с катерным дизелем, так как дизели имеют слишком большой вес и недостаточно высокую частоту вращения для экономически приемлемого объединения с небольшими водометами. Несмотря на это, нередко высокооборотные водометные движители все же устанавливают на больших тихоходных катерах.

   В результате наступает полное разочарование. Чаще всего водометы демонтируют и заменяют обычной установкой с гребным винтом.

   При выборе гребного винта диаметр и шаг винта тщательно подбирают к мощности двигателя и скорости катера. Никто не выражает неудовольствия, если с гребным винтом проводят испытания, превышающих необходимые для получения заданных технических параметров. Но задумывались ли над тем, что это относится и к водометному движителю? Вероятно, заводы имеют в запасе несколько рабочих колес различного шага. Однако меняют колесо очень редко, а еще реже вносят изменение в диаметр водомета или направляющие каналы, так как это привело бы к изменению всей установки.

   У приводимого при помощи водомета легкого быстроходного катера, аналогично катеру с гребным винтом, имеются два состояния равновесия: первое – между мощностью двигателя на валу и мощностью, используемой водометом, второе – между реакцией водяной струи и сопротивлением катера. Третье состояние, свойственное лишь водомету – равновесие между потребным количеством воды и диаметром выпускного сопла.

   Итак, имеется шесть переменных величин. Если удается их хорошо согласовать между собой, то катер с водометным движителем достигнет той же скорости, что и катер с обычным гребным винтом. Конструкции, вызывающие дополнительное сопротивление обеих систем, можно считать равноценными: у водометного движителя – решетку водозаборника и поверхность водоводов, а у гребного винта – выступающие части (вал, кронштейн гребного вала и руль).

   Если катер с водометным движителем показывает большую скорость, чем такой же катер с гребным винтом, то это значит, что при оборудовании катера гребным винтом были допущены ошибки (возможно, плохо подобран  гребной винт или выступающие части недостаточно отшлифованы).  Часто попадаются кронштейны гребного вала неудачной конструкции, слишком толстые гребные валы и большое необработанное перо руля. В лучшем случае скорость катера с водометным движителем будет такой же, как и катера с гребным винтом.

   До сих пор ни разу не упоминалось о своеобразном поведении водометного движителя на малом и среднем ходу. Увеличение и снижение скорости катера с обычным гребным винтом происходит почти пропорционально частоте вращения двигателя. Совсем по-другому ведет себя водометный движитель. Высокая скорость выброса струи достигается благодаря создаваемому в водомете давлению, а так же правильно подобранному диаметру выпускного сопла. Чтобы струя создавала наибольшую реакцию, вся установка, состоящая из двигателя, насоса и выпускного сопла, должна быть рассчитана на максимальные мощность и частоту вращения двигателя. Как только частота вращения снижается и катер теряет скорость, начинает уменьшаться давление в системе, так как диаметр сопла отрегулирован на максимальную частоту вращения. При этом скорость снижается в значительно большей степени, чем частота вращения двигателя.

   Обратимся к диаграмме зависимости скорости катера от частоты вращения двигателя (рис. 196). Кривые А, Б и В составлены по замерам на трех различных катерах с водометными движителями, кривая Г – на обычном катере с гребным винтом. Она показывает прямую зависимость между частотой вращения винта и скорости катера. По кривым А, Б и В видно, как быстро падает скорость с понижением частоты вращения. Если при 2000 об/мин насос еще перемещает половинный объем воды, то выпускное сопло уже не наполняется и водяная струя вместо того, чтобы с силой выбрасываться из сопла, бессильно выплескивается в воду. Это видно на нижнем левом плече кривых А, Б и В. Если катер с гребным винтом развивает значительную крейсерскую скорость, то катер с водометным движителем движется очень медленно. Например при 4000 об/мин катера с гребным винтом, так и с водометом имеют скорость примерно 60 км/ч, при 2000 об/мин скорость катера с гребным винтом равна 27 км/ч, а катера с водометным движителем – лишь  14 км/ч.

   Следуя отметить, что кривые А и Б соответствуют точным замерам, а кривая В вызывает сомнения. Небольшая скорость катера с водометным движителем при пониженной частоте вращения двигателя получается в результате несоответствия между подаваемым количеством воды и сечением выпускного сопла. Чтобы развить скорость, которую имеет винтовой катер при 2000 об/мин, катеру с водометным движителем необходимо увеличить частоту вращения винта до 3000 об/мин и более.

   На заводском испытательном стенде характеристики водоструйного насоса , лопаток и сопла согласовывают таким образом, что при максимальной частоте вращения винта возникает наибольшая реакция струи. Если подобную установку, состоящую из бензинового катерного двигателя мощностью 240 л.с. при частоте вращения 4200 об/мин, к которому присоединен водоструйный насос диаметром 0,3 м, смонтировать на катерах различной величины и водоизмещения, то можно придти к совершенно непредвиденным результатам.

   На рис. 197 оказана диаграмма зависимости скорости различных катеров от мощности катера, частоты вращения двигателя и нагрузки катера. Энергетическая установка была смонтирована на открытом спортивном катере длиной 5,2 м и на легком прогулочном катере длиной 8 м.

   Открытый спортивный катер испытали при двух нагрузках – с одним рулевым на борту и общим весом 910 кгс (кривая А) и затем с пятью пассажирами на борту при общем весе 1230 кгс (кривая Б). Достигнутые максимальные скорости оказались равными 91 и 86 км/ч (точки 1,2). При этом частота вращения двигателя составляла немногим больше 4200 об/мин.  С уменьшением скорости примерно до 50 км/ч поведение катера не изменилось, однако при снижении частоты вращения двигателя примерно от 2500 об/мин до 2200 об/мин скорость катера резко упала – до 12 км/ч. Получить скорость 20 или 30 км/ч оказалось совершенно невозможно. Как только устанавливалось равновесие в работе насоса и сопла, катер начинал развивать скорость более 40 км/ч. При ничтожном уменьшении частоты вращения двигателя равновесие нарушалось, и катер снова двигался со скоростью 12 км/ч.

   Цифры 52% и 56% в нижних точках изгиба кривых показывают, до какого процента максимальной частоты вращения катер движется медленно, прежде чем наступает внезапное повышение скорости.

   Несмотря на достаточно высокую мощность двигателя, прогулочный моторный катер длиной 8 м оказался, по-видимому, слишком тяжел для того, чтобы приводится в движение от 12-дюймового насоса. Были проверены три нагрузки: сначала с одним рулевым – общий вес 1590 кгс (кривая В), затем с несколькими пассажирами – общий вес 2000 кгс (кривая Г) и наконец с большой нагрузкой – общий вес 2950 кгс (кривая Д). При частоте вращения 3950 об/мин двигатель еще мог развивать мощность 200 л.с., и катер в зависимости от общего веса достигал максимальной скорости 58, 53 и 39 км/ч (точки 3, 4, 5).

   Особенно показателен малый ход, выраженный в процентах от максимальной частоты вращения, до момента, когда катер будет иметь нормальную скорость. При наименьшей нагрузке малый ход продолжается до 76% максимальной частоты вращения двигателя, у более нагруженного катера до 78%, а у катера с самой большой нагрузкой – до 97%. Если продолжать увеличивать нагрузку, то катер, несмотря на высокую мощность двигателя, не сможет иметь нормальной скорости.

   Следует подчеркнуть, что водомет на прогулочном катере был установлен исключительно в экспериментальных целях. Водоструйный насос с большей производительностью и пониженной частотой вращения (с увеличенным диаметром импеллера) на большом катере был бы значительно выгоднее. 

   Подбор водометного движителя аналогичен подбору обычного гребного винта. Тяжелый катер с небольшим высокооборотным гребным винтом показывает очень низкий К.П.Д., который улучшается по мере уменьшения частоты вращения двигателя и увеличения диаметра гребного винта. То же можно сказать и о насосной установке водомета.

   В будущем возможно появление специальных водометных движителей для больших морских катеров на подводных крыльях, достигающих скорости более 150 км/ч. Применяемая в настоящее время механическая передача мощности на гребной винт при помощи угловых колонок не отвечает требуемым большим мощностям. Кроме того, гребной винт сильно страдает от кавитации. Возможно, будет создана установка, состоящая из газовой турбины и водяного насоса, которая при особых условиях достигнет нормального К.П.Д. гребного винта и даже превысит его.

   Основные выводы:

1. На малых легких катерах с водометом можно получить такую же скорость, как и на катерах с гребным винтом (при одинаковых частоте вращения и мощности).

2. Малооборотный гребной винт нельзя заменить высокооборотным малым водоструйным насосом.

3. Различные водометные установки неодинаково эффективно изменяют направление струи для получения заднего хода.

4. Управляемость и маневренность катера, оборудованного водометом, очень хороши на большой скорости.

5. Недостатком водометного движителя является непропорциональное по отношению к частоте вращения увеличение и уменьшение скорости.

6. У катеров с малокилеватыми обводами или резкими изгибами формы корпуса воздух может попасть в водозаборник водомета, что немедленно приведет к уменьшению тяги.

7. Проблемы кавитации у водометных движителей возникают чаще, чем у обычного гребного винта, отчасти из-за решетки во всасывающем отверстии, которая образует завихрения во входящем потоке.

8. Коррозия водометных движителей, особенно в морской воде, представляет большую опасность, чем коррозия обычного бронзового гребного винта. 

9. В мелких водоемах в движителя засасывается песок, ил и даже мелкие камни, которые порой наносят повреждения лопаткам водомета.

10. Полностью смонтированная энергетическая установка с водометом дороже, чем обычная установка с реверсивной передачей, гребным валом, гребным винтом и рулем.

   В заключении следует сказать, что некоторые английские фирмы изготовляют водометы для очень малых мощностей (от 2 л.с. и выше). Такие установки работают аналогично обычному судовому гребному винту и пригодны для тихоходных водоизмещающих катеров.