Типы корпусов лодок и катеров. Относительная скорость судна.
Хорошие мореходные качества можно получить только при правильном сочетании мощности, водоизмещения и обводов корпуса. Совокупность первых двух параметров определяет режим движения. Форма и обводы корпуса лодки определяется режимом движения и должны ему строго соответствовать. Это главное условие достижения максимальной скорости при данном водоизмещении и мощности двигателя.
Проектировщик должен иметь четкое представление о влиянии различных элементов формы корпуса на мореходные качества судна, чтобы грамотно подходить к их выбору. В этой статье мы и поговорим об этом.
Но для начала давайте рассмотри такую важную характеристику, как относительная скорость судна. Из опыта эксплуатации судов известно, то, что для увеличения скорости судна в 2 раза надо увеличить мощность двигателя почти в 4 раза, а для трехкратного повышения скорости – в 10 раз.
Это объясняется тем, что судно вовлекает в движение значительные массы воды и преодолевает силы трения обшивки корпуса о воду, в результате чего сопротивление движению увеличивается пропорционально квадрату скорости. Вовлекаемая в движение вода образует систему волн, из которой наиболее ясно выражена носовая система волн. По характеру расположения отдельных гребней носовые волны можно разделить на две группы: поперечные и расходящиеся. Гребни расходящихся волн расположены под углом к направлению движения катера, обычно этот угол независимо от типа судна составляет 35 — 40°. Гребни поперечных волн перпендикулярны направлению движения, они занимают пространство между расходящимися волнами от правого и левого бортов.
Похожая по форме и расположению волновая система создаётся и у кормовой оконечности лодки, но высота волн здесь меньше. Поэтому главное влияние на движение катера оказывает носовая система волн, если только не происходит сложения (интерференции) гребней носовой и кормовой волн.
Соотношение трех основных параметров — длины судна, его скорости и сил тяжести, характеризующих волновую систему, выражается в виде безразмерного числа Фруда:
Число Фруда, или относительная скорость, является важнейшим критерием, при выборе обводов корпуса и мощности двигателя лодки, так как на создание волн (или преодоление волнового сопротивления) затрачивается большая часть его мощности. Так, даже для четырехметрового катера, движущегося со скоростью 10 км/ч, число Fr составит 0,44. Для этого значения на преодоление волнового сопротивления тратится более 2/3 мощности двигателя и только 1/3 — на преодоление сил трения обшивки о воду. Поэтому, конструктора стремятся по возможности снизить волнообразование у корпуса судна или перевести его в режим глиссирования — скольжения по поверхности воды. Отсюда все суда делятся, по типу корпуса, на водоизмещающие и глиссирующие.
В расчетах ходкости судов используется известный закон подобия: у двух судов, имеющих различную длину, но одинаковый характер обводов и движущихся с одинаковой относительной скоростью, картина волнообразования у корпуса идентична, а волновое сопротивление в режиме водоизмещающего плавания прямо пропорционально кубу длины судна по ватерлинии. Количественная оценка сопротивления воды движению катера в значительной степени зависит от обводов судна, его ходового дифферента. Можно даже определить диапазоны относительной скорости судна, на которых его сопротивление, а следовательно, и необходимая для движения мощность двигателя зависят от тех или иных параметров формы корпуса.
Движение малого судна длиной 5—10 м со скоростью 2,5—3 км/ч, характеризуется числом Фруда, равным 0,1—0,15. При этом на поверхности воды волн практически не заметно, а вся энергия двигателя, гребца или паруса тратится на преодоление сил трения обшивки корпуса о воду. Обводы корпуса на сопротивление не оказывают влияния — требуются равные усилия для того, чтобы привести в движение плот или легкую лодку, если они имеют одинаковые размеры и смоченную поверхность.
При повышении скорости до Fr = 0,25 корпус создает мелкую, невысокую, поперечную волну длиной примерно 0,65 длины катера. Отклонения появляются, если носовая часть или корма слишком полные — имеют большой объем. В первом случае - перед форштевнем появляется крутая подпорная волна, во втором — вследствие сильного разрежения давления, видна впадина ниже уровня спокойной воды. Для того чтобы подобных явлений не возникало, ватерлиниям лодки придают плавную заостренную в носу и корме форму.
При скорости Fr = 0,35 вторая вершина поперечной волны перемещается ближе к корме и приподнимает ее. Вследствие этого катер приобретает небольшой дифферент на нос. Для того чтобы снизить этот эффект, целесообразны обводы кормы вельботного или крейсерского типа с малой плавучестью — с острыми ватерлиниями. Если корма имеет транец, то желательно, чтобы он не погружался в воду, ватерлиния в корме была достаточно острой, а днище у транца килеватым.
Чем большую скорость развивает судно, тем выше и длиннее образуемые его корпусом волны. При Fr = 0,40 длина носовой поперечной волны становится равной длине корпуса. Судно идет на двух соседних гребнях одной поперечной волны, но в корме гребень носовой волны в известной мере гасится пониженным давлением в области подошвы кормовой волны. Катер при этом получает легкий дифферент на корму.
При скорости Fr= 0,5 наступает момент неблагоприятной интерференции носовой и кормовой систем волн. В этом случае по длине судна располагается одна мощная полуволна, а гребень носовой волны складывается с гребнем кормовой. За кормой катера образуется огромная волна, на поддержание которой затрачивается большая энергия. Дифферент на корму увеличивается, поэтому при оптимальном проекте корпуса корма должна быть достаточно полной и широкой, с погруженным в воду транцем. При скорости, близкой к рассматриваемой, катер испытывает максимум волнового сопротивления.
При скорости Fr = 0,6 длина поперечной волны в два раза превышает длину корпуса судна, а носовой гребень перемещается дальше в корму от форштевня катера. Если катер сравнительно легкий, то потоки воды отрываются от транца. Более тяжелые катера «тянут» за собой крутую волну, которая вздымается сразу за транцем. Целесообразно применить широкое плоское днище в корме с транцем, погруженным в воду примерно на 1/3 максимальной осадки корпуса. Носовые обводы желательно делать более острыми.
При скоростях Fr = 0,8 -1 гребень носовой волны перемещается в кормовую часть судна. Если днище здесь плоское, с пологими, почти горизонтальными, линиями батоксов, а осадка на транце составляет более половины максимальной осадки корпуса, то благодаря действующей на днище гидродинамической подъемной силе катер начинает всплывать, увеличение высоты волны прекращается и судно переходит в режим глиссирования. Посмотрев на корму, правильно спроектированного для такой скорости катера, можно увидеть, как две струи воды, срывающиеся с бортов у транца, смыкаются далеко за кормой. Но для достижения эффекта глиссирования необходимо чтобы катер имел достаточно высокую энерговооруженность.
На этом данную статью можно закончить, в следующих статьях мы поговорим об особенностях корпусов водоизмещающего и глиссирующего типа.
Статья носит информационно-справочный характер и подготовлена по
материалам справочной литературы.
Источник: www.boats-master.ru
При перепечатке, ссылка на источник обязательна
