.

Глиссирующие суда в малотоннажном судостроении

Глиссирующие суда в малотоннажном судостроении занимают определенное место, основные положения и проектирование которых рассчитывается по специальным технологиям.

Основные понятия и определения

Физическая сущность режима глиссирования состоит в уменьшении сопротивления воды движению судна за счет всплытия его корпуса под действием гидродинамической подъемной силы, образующейся на днище от скоростного напора воды.

Происходящее при этом уменьшение погруженного объема и площади смоченной поверхности корпуса позволяет резко уменьшить волновое сопротивление и сопротивление трения и соответственно увеличить скорость судна.

При глиссировании смоченная поверхность обычно уменьшается в 2—4 раза (у гоночных судов она может уменьшаться более чем в 10 раз), а погруженный объем — не превышает 10—15 % первоначального. За счет этого скорость судна даже в начальной стадии режима глиссирования в 3—4 раза превышает скорость его движения в водоизмещающем режиме.

Физическая сущность режима глиссирования предопределяет не только его достоинства, но и принципиальные недостатки. Наиболее существенным из них является снижение мореходности судна.

Уменьшение смоченной поверхности после выхода судна на глиссирование предопределяет возможность ее резкого увеличения при встрече даже с относительно небольшой волной и соответствующего увеличения подъемной силы.

Резкое увеличение подъемной силы вызывает значительную продольную качку глиссирующего судна. Так, прогулочное судно водоизмещением ~ 0,5 т при глиссировании со скоростью ~ 35 км/ч на волнении силой 1—2 балла испытывает ускорения ~ 1,5—3 g в районе центра тяжести и 5—8 g — в районе носовой оконечности: Такие перегрузки оказывают неблагоприятное воздействие на экипаж и конструкцию судна и практически не позволяют сохранять движение в режиме глиссирования при волнении более 3 баллов. Формование малотоннажного суднаСуда со специальной формой обводов, а также со значительно большим водоизмещением могут глиссировать при волнении до 4—5 баллов.

Будет интересно: Малые суда парусного типа

Удары волн в находящиеся над водой участки днища вызывают значительное забрызгивание, бортовую качку и рыскание глиссирующего судна на курсе, что существенно ограничивает его мореходность. Поэтому обеспечение сочетания хорошей ходкости и необходимой мореходности является основной задачей при проектировании глиссирующих судов и основным направлением их совершенствования.

Главным признаком обводов глиссирующих судов является наличие поверхностей днища, располагающихся с положительным углом атаки к встречному потоку воды и имеющих площадь, достаточную для создания гидродинамической подъемной силы поддержания, приближающейся по величине к весовому водоизмещению судна.

Так, для выхода на глиссирование днище судна обычно имеет ширину, при которой коэффициент его статической нагрузки C△ ≈ 0,15÷0,50 (в большинстве случаев C△ = 0,2÷0,3), и близкую к прямолинейной форму батоксов в кормовой части.

Вторым наиболее существенным признаком обводов глиссирующих судов являются острые скулы (или заменяющие их элементы обводов), обеспечивающие отрыв выходящего из-под днища потока воды от бортов с целью уменьшения смоченной поверхности корпуса.

Практически общим их признаком является также форма кормовой части днища (или несущей поверхности), обеспечивающая отрыв выходящего позади него потока воды.

Разнообразие требований к эксплуатационно-техническим характеристикам глиссирующих судов различных типов и назначений и большое влияние формы и параметров обводов на эти характеристики породило их исключительное (по сравнению с обводами для других режимов движения) разнообразие — свыше 70 существенно различных форм и их модификаций. Наиболее характерные из них приведены на рис. 1.

Варианты обводов глиссирующих судов
Рис. 1 Схема классификации обводов глиссирующих судов

Корпуса с простыми формами обводов имеют один килеватый или плоский участок днища, на котором при глиссировании создается гидродинамическая подъемная сила. Разновидностью простых обводов являются и круглоскулые обводы с брызгоотбойниками или другими вспомогательными элементами, выполняющими функции острых скул.

В зависимости от угла килеватости β обводам даются следующие качественные определения:

Плоскодонныеβ<5°
Малокилеватые5°β<10°
Умереннокилеватые10°β<1°
Повышенной килеватости15°β<20°
“Глубокое V”β20°

Величина угла β позволяет однозначно характеризовать сечения плоскокилеватых обводов (рис. 2, а). Сечения вогнутокилеватых и выпуклокилеватых обводов принято характеризовать углами внешней и внутренней килеватости β и β′ (рис. 2, б и в). Угол внешней килеватости β определяется между горизонтом и прямой, проходящей через точки сечения на киле и скуле, а угол β′ — между горизонтом и касательной к линии сечения на киле. Килеватость выпукло-вогнутых форм условно (и весьма приближенно) характеризуется углом внешней килеватости β (рис. 2, г). Оценка гидродинамических характеристик лекальных форм обводов по килеватости днища (даже по внешней и внутренней) не может быть вполне определенной.

Чертеж углов килеватости
Рис. 2 Углы килеватости простых форм обводов:
а — плоскокилеватых; б — вогнутокилеватых; в — выпуклокилеватых; г — выпукло-вогнутых

У большинства глиссирующих судов с простыми обводами килеватость днища увеличивается в направлении от транца к форштевню. Это изменение килеватости называют закруткой днища (рис. 3). Днище с закрученной поверхностью принято характеризовать углами килеватости на миделе βмид и на транце — βтр. Обычно βмид ≥ 1,4 βтр, а разность этих углов не превышает 7— 8°. Существует лишь один тип простых обводов — моногедрон, у которых угол килеватости днища на миделе равен или незначительно превышает угол килеватости транца.

Чертеж закрутки днища
Рис. 3 Закрутка днища

Сложные формы обводов отличаются многими признаками, среди которых основные — наличие, число и форма туннелей, реданов, несущих участков днища, спонсонов и других образований корпуса. Степень килеватости днища имеет для них меньшее значение.

Влияние формы обводов на мореходные качества и общепроектные характеристики глиссирующих судов

Плавучесть зависит от формы обводов лишь косвенно: при заданных размерениях суда с различной формой обводов могут иметь существенно различное водоизмещение, поскольку для каждой формы обводов характерны определенные пределы изменения соотношения размерений, а также коэффициента общей полноты δ. Так, при среднем для большинства форм обводов значении δ ≈ 0,50±0,10 у плоскодонных обводов (лодки типа „Джонбот”) значения δ могут достигать 0,80, а у катамаранов — снижаться до ~ 0,25.

Начальная остойчивость зависит от момента инерции площади ватерлинии, величина которого в существенной мере определяется формой обводов. Так, для килеватых, плоскодонных корпусов и для „морских саней” даже при одинаковой ширине и равной площади ватерлинии соотношение моментов инерции Lx составит 1 : 1,15 : 1,30.

Начальная поперечная остойчивость большинства глиссирующих судов близка к оптимальной, если их метацентрическая высота находится в пределах h0 = 0,3÷1,0 м. При h0 < 0,3 м суда чрезмерно валки, а при h0 > 1,0 м — могут иметь резкую качку от действия волн. В обоих случаях увеличивается опасность смещения грузов и падения пассажиров. Пониженная остойчивость часто встречается у лодок с шириной по ватерлинии BВЛ < 1,2 м при килеватости β > 10°.

Остойчивость на больших углах крена, как правило, больше у судов с обводами, обеспечивающими высокую начальную остойчивость. Исключение составляют выпуклокилеватые обводы, у которых поперечный восстанавливающий момент при крене увеличивается в наименьшей степени, а также формы обводов со спонсонами, у которых при крене восстанавливающий момент резко возрастает. В ряде случаев применение форм обводов с повышенной остойчивостью (например, тримаранных) позволяет уменьшить высоту надводного борта на 10—30 % по сравнению с простыми килеватыми формами.

Динамическая остойчивость судов с различными формами обводов в еще большей степени, чем остойчивость при больших углах крена, подобна их начальной остойчивости.

Ходовая остойчивость глиссирующего судна характеризует его способность противостоять кренящему действию внешних сил при движении в режиме глиссирования. Она зависит от ширины и формы смоченной поверхности, а также характера ее изменения при крене. Методика расчета ходовой остойчивости глиссирующего судна до настоящего времени не разработана.

Хорошую ходовую остойчивость имеют суда, у которых выход на глиссирование не вызывает существенного уменьшения ширины смоченной поверхности днища (плоскодонные и малокилеватые, „морские сани”, катамараны) либо при крене происходит значительное смещение гидродинамической подъемной силы в сторону накрененного борта (вогнутокилеватые обводы).

Пониженную ходовую остойчивость имеют суда с большой килеватостью днища („глубокое V”) или его участков, расположенных вдоль несущей поверхности („морской нож”).

Остойчивость на циркуляции в значительной степени определяет безопасность эксплуатации глиссирующего судна и непосредственно зависит от формы его обводов. Методика расчета остойчивости глиссирующего судна на циркуляции до настоящего времени не разработана, а сам характер действующих, при этом гидродинамических сил изучен недостаточно.

Наибольшей безопасности на циркуляции способствует применение обводов, создающих устойчивый внутренний крен. Он уменьшает плечо опрокидывающей пары сил — центробежной Fц и равной ей силы дрейфа Fд (рис. 4) — и создает равный противоположный момент, увеличивая плечо между силой тяжести D (равной весовому водоизмещению Vγ) и гидродинамической силой поддержания Y (также равной по величине Vγ). К таким обводам относятся простые формы с умеренной или большей килеватостью, а также обводы типа кафедрал.

Суда с малокилеватыми, плоскодонными обводами и особенно „морские сани” на циркуляции могут иметь крен на внешний борт, что затрудняет обеспечение их остойчивости.

Непотопляемость даже косвенно слабо связана с формой обводов глиссирующего судна. Эта зависимость проявляется лишь в том, что отдельные формы обводов облегчают конструктивное обеспечение непотопляемости судна (например, катамаран), борьбу с поступлением и распространением воды в корпусе, ее удаление из судна.

Ходкость непосредственно зависит от формы обводов глиссирующего судна, и ее повышение составляет одну из главных задач совершенствования существующих и разработки новых форм обводов.

Крен судна на циркуляции
Рис. 4 Действующие силы при крене на циркуляции

Для уверенного выхода на глиссирование судно должно иметь характеристики и форму обводов, способствующие уменьшению сопротивления и одновременному росту подъемной силы в районе горба сопротивления (FrV = 1,8—2,3).

Наиболее эффективны вогнутокилеватые, выпукло-вогнутые и плоскокилеватые формы обводов, а к наименее эффективным могут быть отнесены выпуклокилеватые, плоскодонные и туннельные формы, а также триклин и „морской нож”. Положительный результат дает применение различных вспомогательных элементов обводов и специальных устройств, способствующих уменьшению ходового дифферента и повышению гидродинамической подъемной силы.

В начальной стадии глиссирования (FrV = 3,0÷3,5) суда обычно имеют близкий к оптимальному ходовой дифферент (ψ ≈ 3÷4,5°) и наиболее высокое гидродинамическое качество. Форма обводов в этом диапазоне оказывает меньшее влияние на ходкость, чем в районе горба сопротивления или при развитом глиссировании. Существенно различные формы обводов при одинаковых значениях Cδ и относительной центровке могут быть близки по гидродинамическому качеству (рис. 5). Это объясняется примерным равенством сопротивления трения и остаточного сопротивления в начальной стадии глиссирования. При изменении формы обводов увеличение одной из составляющих сопротивления компенсируется уменьшением другой.

Схема кривых обратного качества
Рис. 5 Кривые обратного качества различных форм обводов при c△ = 0,25; xg = 0,4Lск.
1 – тримаранного типа; 2 – с поперечным реданом; 3 – круглоскулые; 4 – вогнутоскулые; 5 – комбинированные; 6 – “морские сани”

По мере увеличения относительной скорости возрастает роль сопротивления трения, сопротивления выступающих частей и воздушного сопротивления (особенно при встречном ветре), постепенно уменьшается ходовой дифферент судна, что препятствует уменьшению смоченной поверхности днища и дальнейшему увеличению скорости судна. С приближением к относительной скорости FrV ≈ 5 более высокое гидродинамическое качество имеют обводы, форма которых препятствует быстрому уменьшению ходового дифферента и способствует уменьшению ширины смоченной поверхности днища. К ним могут быть отнесены реданные, выпуклокилеватые и выпукло-вогнутые обводы, катамараны, тримараны типа кафедрал. Менее эффективны вогнутокилеватые, туннельные, плоскокилеватые и малокилеватые формы обводов.

Для повышения гидродинамического качества при движении судна в режиме развитого глиссирования широко применяются различные вспомогательные элементы обводов и специальные устройства, способствующие непосредственному уменьшению смоченной поверхности корпуса или ее уменьшению за счет оптимизации ходового дифферента судна.

Рекомендуется к прочтению: Способы расчета управляемости маломерного судна

Устойчивость на курсе при ходе на тихой воде у глиссирующих судов, как правило, выше, чем у судов других режимов движения. Это объясняется расположением центра сил сопротивления корпуса и выступающих частей глиссирующего судна позади его ЦТ. На тихой воде глиссирующие суда обычно могут длительное время сохранять свой курс даже без воздействия органов управления. Малые катера и моторные лодки при глиссировании без нагрузки часто имеют крен на левый борт от реакции ГВ правого вращения или из-за расположения водителя слева от ДП судна. Такой крен вызывает постепенное отклонение судна влево от курса.

Устойчивость на курсе глиссирующих судов при воздействии волн и ветра снижается в большей степени, чем движущихся в водоизмещающем или переходном режимах. Всплытие корпуса глиссирующего судна над водой обычно вызывает уменьшение его смоченной длины примерно в 2 раза, а проекции площади погруженной части корпуса на ДП — в 5—10 раз и более, что снижает способность судна противостоять уводящим его с курса силам. В то же время величина и скорость изменения гидродинамических сил, уводящих с курса глиссирующее на волнении судно, значительно выше, чем у движущихся в переходном или водоизмещающем режиме.

Различные формы обводов глиссирующих судов существенно отличаются как способностью противостоять действию уводящих с курса сил, так и самому их образованию при ходе судна на волнении. При этом форма носовой оконечности в значительной мере определяет величину уводящих с курса сил, а от формы кормовой оконечности зависит способность судна противодействовать им.

Повышению устойчивости судна на курсе способствуют:

  • увеличение килеватости днища у транца;
  • туннельная форма кормовой оконечности;
  • расположение на ней продольных реданов или других равноценных по действию элементов.

Конструкция носовой и кормовой оконечностей суднаФорма носовой оконечности может способствовать уменьшению уводящих с курса сил, если на встречно-боковом волнении она предотвращает глубокое погружение судна в волну. Среда простых форм в этом отношении наиболее эффективны выпуклокилеватые и выпукло-вогнутые обводы. Вогнутокилеватая носовая оконечность, глубоко зарываясь в волну, способствует увеличению силы дрейфа Fд и плеча hд этой силы относительно ЦТ судна (рис. 6, а, б). Обводы катамаранов могут не только препятствовать развороту судна лагом к встречно-боковой волне, но и способствовать повороту на волну, так как равнодействующая Rг гидродинамических сил дрейфа Fд и сопротивления R проходит мимо ЦТ судна со стороны обращенного к волне борта (рис. 6, в).

Поворотливости способствуют обводы, которые на циркуляции оказывают большее сопротивление дрейфу судна и меньшее — его повороту вокруг вертикальной оси, а также обеспечивают при этом сохранение необходимой для безопасного маневрирования остойчивости.

Среди простых форм этим требованиям в наибольшей степени отвечают вогнуто- и плоскокилеватые обводы с повышенной килеватостью, уменьшающейся к транцу. Плоскодонные и малокилеватые формы на циркуляции оказывают наименьшее сопротивление при дрейфе и могут иметь опасный крен на внешний борт.

Среди сложных форм наиболее высокой поворотливости способствуют обводы кафедрал и триклин. Наименьшее сопротивление дрейфу оказывают обводы гоночных трехточек, а наименее безопасны из-за снижения остойчивости на циркуляции „морские сани”.

Улучшению поворотливости глиссирующего судна способствует характерный для большинства форм обводов внутренний крен на циркуляции. Он повышает безопасность выполнения поворота, уменьшает дрейф судна, позволяет увеличить крутизну поворота, так как вызывает смещение центра сил сопротивления в сторону внутреннего борта судна, а сил тяги — в сторону внешнего борта. Однако у судов с несколькими ГВ большой внутренний крен может затруднять выполнение поворота, способствовать кавитации ГВ внешнего борта.

Приведенные оценки характеризуют поворотливость судов с различной формой обводов при сохранении режима глиссирования.

Качка и сопутствующие ей явления непосредственно зависят от формы обводов глиссирующего судна и в значительной степени определяют общий уровень его эксплуатационных качеств.

Наибольшее влияние на эксплуатационные качества глиссирующего судна оказывает килевая и вертикальная качка. Бортовая качка играет меньшую роль, так как большая ширина и остроскулые обводы глиссирующих судов способствуют ее быстрому затуханию, а возникающие при этом ускорения относительно невелики.

Увеличение подъемной силы при встрече корпуса глиссирующего судна с волной вызывает вертикальную качку судна, а при скоростях порядка 40 км/ч и более — его взлет над водой. Применительно к глиссированию плоскокилеватых пластин или корпусов величина возникающих при этом ударных нагрузок вплоть до погружения скул в районе удара связана квадратичной зависимостью со скоростью соударения, а вертикальные перегрузки в районах носовой оконечности и ЦТ практически линейно изменяются в зависимости от килеватости (с увеличением β от 10 до 30° уменьшаются вдвое), ходового дифферента (в пределах ψ = 3÷8°) и коэффициента динамической нагрузки (с увеличением Cв от 0,05 до 0,15 снижаются на 20—25 %). С увеличением высоты и крутизны волны увеличивается высота замывания надводной части корпуса. Соответственно возрастает роль формы шпангоута вблизи скулы и снижается значение его остроты в прикилевой части. Например, вогнутокилеватая форма шпангоутов может иметь преимущество перед плоскокилеватой на небольшой волне и уступать ей на крупной, так как в большей степени препятствует выходу брызг из-под скул и воспринимает энергию их удара (рис. 7). Оптимальной считается выпукло-вогнутая форма шпангоутов в носовой оконечности судна (рис. 8).

Действие уводящих сил
Рис. 6 Схема действия уводящих с курса сил (заштрихованы смоченные поверхности корпусов) для выпуклокилеватого (в) и вогнутокилеватого (б) корпусов и для катамарана (в)

При встречном волнении меньшие ударные нагрузки обеспечивает применение однокилевых форм обводов, при встречно-боковом волнении преимущество могут иметь суда с туннельными образованиями. В ряде случаев уровень ударных нагрузок зависит от формы обводов судна в большей степени, чем от его скорости и высоты волны.

Забрызгивание на тихой воде может быть уменьшено или устранено за счет уменьшения выходящего из-под скул потока воды (например, установкой продольных реданов), уменьшения угла его выхода к горизонту (например, за счет отгиба скул) и к ДП (например, за счет снижения динамической нагрузки днища) или смещения к транцу зоны выхода брызг (например, за счет увеличения ходового дифферента).

Уменьшению забрызгивания способствует форма шпангоутов, обеспечивающая плавный вход носовой оконечности в волну, свободный проход брызг к корме и их отражение. Наименьшему забрызгиванию подвержены корпуса с обводами туннельного типа, выпукло-вогнутые и кафедрал. Однако туннельные образования при большой крутизне волны могут способствовать выбросу брызг перед носовой оконечностью.

При встречно-боковом волнении наибольшее брызгообразование наблюдается в случаях близкого совпадения угла волнового склона с углом килеватости встречающего волну участка днища. Наибольшему забрызгиванию в этих условиях подвержены плоскокилеватые формы обводов, а также выпуклокилеватые, поскольку они не способствуют отражению брызг. В наименьшей степени забрызгиваются суда с туннельными формами обводов и типа кафедрал, поскольку у них брызги отбрасываются не к внешнему борту, а к ДП судна. Среди простых форм предпочтительны выпукло-вогнутые обводы с плавным подъемом скул к носовой оконечности.

Снижение скорости судна на волнении происходит у глиссирующих судов с любыми обводами и является следствием увеличения смоченной поверхности и отклонения угла атаки от оптимального. Даже при высоте волны, равной всего 0,05 длины судна, прирост сопротивления может составлять 5—20 %. Он зависит в основном от увеличения смоченной поверхности и в наибольшей степени проявляется при обводах, не препятствующих глубокому погружению носовой оконечности в воду при встречном или попутном волнении. Этот недостаток наиболее часто проявляется у судов с вогнутокилеватыми и туннельными обводами. Значительный прирост сопротивления при ходе на волнении характерен для корпусов с поперечными реданами. Полное погружение редана в волну вызывает образование за ним замкнутой каверны, сопровождающееся замыванием зареданного участка днища и значительным вихреобразованием.

Сопротивление при этом может увеличиваться более чем на 1/3.

Характер и сила удара по корпусу
Рис. 7 Изменение характера и силы удара вогнуто и выпуклокилеватого корпусов на мелкой (а) и крупной (б) волне

В определенных ситуациях волнение может способствовать уменьшению сопротивления глиссирующего судна. Кратковременное, но резкое уменьшение сопротивления при сходе судна с гребня волны (за счет выхода корпуса из воды и близкого к оптимальному дифферента) часто используется водителями глиссирующих судов с низкой энерговооруженностью или с „тяжелым” ГВ для выхода на глиссирование. Устойчивое снижение сопротивления иногда происходит на встречном волнении у глиссирующих судов с неоптимально уменьшенным ходовым дифферентом и относительно плоскодонной носовой оконечностью.

Минимальному снижению скорости на волнении способствуют формы обводов с умеренной полнотой носовой оконечности, не вызывающей как глубокого погружения в волну, так и резкой качки:

  • выпуклокилеватые;
  • выпукло-вогнутые,
  • типа кафедрал и ряд других.

Эффективным средством уменьшения замывания и качки глиссирующего судна на волнении являются продольные реданы и другие равноценные элементы обводов, а также специальные устройства, позволяющие оптимизировать ходовой дифферент судна и уменьшить его качку.

Рыскание на курсе затрудняет управление глиссирующим судном, и снижает уровень комфорта на нем. Особенно большие и резкие отклонения от курса могут происходить на встречно или попутно-боковом волнении при резонансном воздействии на судно двух или нескольких пройденных волн. Опасным следствием такого рыскания может быть разворот судна лагом к гребню очередной волны с креном на обращенный, к ней или противоположный борт. В первом случае создается опасность затопления, а во втором — опрокидывания судна. Формы обводов, способствующие повышению остойчивости судна (например, тримаранные), повышают его безопасность в подобных условиях.

Динамика изменения перегрузок
Рис. 8 Характер изменения перегрузки на волне для выпуклых (1), вогнутых (2) и выпукло-вогнутых (3) обводов

Оголение ГВ при ходе глиссирующего судна на волнении является следствием, прежде всего, вертикальной качки. Число оборотов двигателя при этом резко возрастает, вызывая его тепловую перегрузку. Вход ГВ в воду после оголения носит характер удара, создающего угрозу поломки лопастей и инерционные перегрузки двигателя. Некоторое время после погружения ГВ кавитируют и не развивают нормальной тяги, в то время как обороты двигателей и их тепловая нагрузка остаются повышенными.

Читайте также: Особенности гидродинамики глиссирующих катамаранов

Причиной оголения ГВ является повышенный уровень ударных нагрузок из-за недостаточной (для данных условий движения) килеватости днища, в особенности его кормовой части.

Заливание подвесного мотора обычно происходит из-за:

  • резкого погружения транца глиссирующего судна при прохождении волны;
  • захлестывании волной при резком повороте;
  • или захлестывании собственной спутной волной при резком сбрасывании хода.

Основной причиной заливания подвесных моторов является недостаточная плавучесть кормовой оконечности судна, например из-за большой килеватости днища у транца. Ее уменьшение снизит опасность заливания мотора, но увеличит частоту оголения ГВ и может ухудшить другие характеристики судна. Поэтому для уменьшения заливаемости подвесного мотора целесообразно не изменение формы обводов, а улучшение его водозащищенности (например, установка мотора с большей длиной дейдвуда).

Заливание палубы глиссирующего судна через носовую оконечность может происходить из-за его пониженной всхожести на волну, значительного уменьшения ходового дифферента (например, при сходе с режима глиссирования), чрезмерной силы или неблагоприятных характеристик волнения. При этом для судов с низким ограждением кокпита и для беспалубных создается угроза затопления.

Среди простых обводов наибольшую защищенность от заливания обеспечивают выпукло-вогнутые, а наименьшую — вогнутокилеватые.

Большинство сложных форм обводов, исключая реданные, обеспечивают повышенную всхожесть на волну и защищенность от заливания палубы. Наиболее эффективные среди них обводы типа кафедрала. Одна из новых форм обводов — „морской нож” — имеет преднамеренно пониженную для уменьшения ударных нагрузок всхожесть на волну, но обеспечивает хорошую защиту от заливания за счет большой высоты и специальной формы носовой оконечности.

Опрокидывание глиссирующего судна, спроектированного, построенного и эксплуатируемого с учетом действующих норм и практического опыта, представляет достаточно редкое явление. Его причинами могут быть: превышение допустимой мощности двигателей (подвесных моторов), снижение остойчивости судна из-за перегрузки, резкое маневрирование, эксплуатация при чрезмерном волнении.

Успешно противостоять воздействию этих факторов может судно, обладающее одновременно хорошей остойчивостью, управляемостью и всхожестью на волну, чему в наибольшей мере соответствуют обводы:

  • кафедрал;
  • сани Фокса”;
  • Блегга;
  • триклин.

Простота формы обводов в значительной степени предопределяет выбор основного материала и конструкции корпуса судна, целесообразной технологии его постройки. Обводы с разворачивающимися на плоскость поверхностями позволяют обшивать корпус листовыми материалами, тогда как сложная форма тримарана кафедрал с двойной кривизной поверхностей при изготовлении корпуса из металла требует применения штамповки.

Удобство использования объема повышается с приближением формы обводов в плане к прямоугольной. В этом отношении преимущество имеют обводы лодок типа „Джонбот”, тримаран, „морские сани” и им подобные.

Жесткость формы зависит от числа, кривизны и размеров образующих ее поверхностей, а также от наличия высадок, уступов и других дополнительных элементов. Усложнение формы обводов пластмассового корпуса нередко позволяет одновременно упростить конструкцию (например, выполнить ее безнаборной), уменьшить ее массу.

Эксплуатационно-технические качества глиссирующих судов

Внешние признаки формы в той или иной степени определяют близость или различие эксплуатационно-технических качеств отдельных форм обводов глиссирующих судов. Приведенная на рис. 1 схема классификации выделяет ряд групп обводов, имеющих один или несколько общих признаков формы и соответственно ряд общих достоинств и недостатков. В тоже время каждая из основных форм имеет существенные отличия и обладает своими специфическими качествами.

Рассматриваемые формы обводов приведены в виде схематизированных чертежей корпусов, содержащих сечение по четырем из десяти теоретических шпангоутов: первому, третьему, пятому и десятому (или транцу). Такой выбор сделан на основании условного допущения о том, что форма этих шпангоутов в значительной степени определяет следующие качества глиссирующих судов:

  • 1-й шп. — всхожесть на волну и забрызгивание;
  • 3-й шп. — величину ударных нагрузок при ходе на волнении;
  • 5-й шп. — ходкость в режиме глиссирования;
  • 10-й шп. (или транец) — устойчивость на курсе.

Простые формы обводов

Диапазон возможного изменения мореходных и проектных качеств глиссирующих судов с простыми формами обводов достаточно широк и практически позволяет удовлетворить большинство эксплуатационно-технических требований, предъявляемых к судам этого типа.

Плоскокилеватые обводы характеризуются прямолинейными днищевыми ветвями шпангоутов (рис. 9). Такая форма днища не препятствует потоку воды свободно растекаться в поперечном направлении, что способствует уменьшению ударных нагрузок и килевой качке при ходе на волнении, но вызывает увеличение смоченной поверхности днища, забрызгивания и заливания судна.

Чтобы эти недостатки проявлялись в меньшей мере, на днище устанавливаются продольные реданы или равноценные им по действию вспомогательные элементы обводов.

Плоскокилеватая форма обводов
Рис. 9 Плоскокилеватые обводы

Основными характеристиками данных обводов являются угол килеватости днища и его изменение по длине. Плоскокилеватые формы обводов относятся к числу наиболее изученных, к ним в наибольшей степени применимы результаты обширных исследований пластин и схематизированных моделей в части ходкости и ударных нагрузок.

Наиболее простые обводы имеют корпуса типа моногедрон, у которых угол килеватости днища на участке от миделя до транца постоянен. Такая форма способствует повышению гидродинамического качества судна в режиме развитого глиссирования и снижению ударных нагрузок при ходе на волне, сопровождающемся взлетами судна над водой.

В переходном режиме и в начальной стадии глиссирования повышению гидродинамического качества плоскокилеватого корпуса может способствовать закрутка поверхности днища. Она применяется в большинстве проектов судов с плоскокилеватыми обводами.

Одной из наиболее распространенных разновидностей плоскокилеватых форм являются обводы типа „глубокое V”. Они широко применяются для судов, рассчитанных на движение в режиме развитого глиссирования (Frδ = 3,5÷7) на волнении более двух баллов. В этих условиях их достоинствами являются относительно высокая ходкость, хорошая устойчивость на курсе, небольшие ударные нагрузки (за исключением случаев сильных ударов судна о волну плоскими поверхностями днища при крене на обращенный к ней борт).

Наиболее существенными недостатками обводов „глубокое V” являются повышенное сопротивление при выходе на глиссирование и движении в начальной его стадии, валкость на стоянке и пониженная ходовая остойчивость, неудобный для использования объем прикилевой части корпуса.

Для устранения этих недостатков применяются различные вспомогательные элементы обводов (например, брызгоотбойники увеличенной ширины) и специальные устройства (например, балластные цистерны).

Плоскодонные обводы по своим качествам значительно отличаются даже от имеющих небольшую килеватость.

Плоское днище (в носовой оконечности) способствует увеличению ходового дифферента и соответствующему росту сопротивления при выходе судна на глиссирование, но в дальнейшем позволяет получить высокое гидродинамическое качество вплоть до FrV ≈ 5. При этом плоскодонное судно обычно теряет продольную устойчивость движения и переходит в режим рикошетирования, поскольку ширина несущей поверхности плоского днища при всплытии корпуса не уменьшается. Его движению на большой скорости препятствуют также неустойчивость на курсе, значительный дрейф на циркуляции, чрезвычайно большие ударные нагрузки даже при небольшом волнении.

Плоскодонные обводы широко применяются в основном для мотолодок типа „Джонбот”, имеющих предельно упрощенную форму корпуса (рис. 10) и рассчитанных на движение в начальной Особенности гидродинамики глиссирующих катамарановстадии режима глиссирования. Их корпус имеет плоское днище постоянной ширины, поднимающегося в носовой оконечности к носовому транцу (форшпигелю), и борта со значительным постоянным развалом.

Обводы на плоскодонке
Рис. 10 Плоскодонные обводы

Форма, конструкция и технология производства „Джонботов” предельно взаимосвязаны и позволяют обеспечить их массовое высокомеханизированное производство из легких сплавов при очень низкой (для этого материала) трудоемкости изготовления судна.

Рекомендуется к прочтению: Вычисление маневренности маломерного судна на криволинейной траектории

Модификацией „Джонбота” является корпус, у которого носовая треть днища имеет килеватость, что позволяет несколько улучшить мореходность, но одновременно усложняет конструкцию и технологию изготовления корпуса.

Лекальные формы обводов — вогнутые, выпуклые или выпукло-вогнутые — за счет изменения степени криволинейности сечений днища по длине корпуса обеспечивают широкий диапазон изменения мореходных качеств.

Вогнутокилеватые обводы (рис. 11) имеют шпангоуты, кривизна (вогнутость) которых обычно увеличивается в направлении от киля к скулам, а килеватость — от кормовой к носовой оконечности судна.

Вогнутокилеватая форма обводов
Рис. 11 Вогнутокилеватые обводы

Вогнутая форма шпангоутов препятствует поперечному растеканию воды по днищу. При выходе на глиссирование это способствует увеличению гидродинамической подъемной силы в средней и кормовой частях корпуса, тогда как острая носовая оконечность не создает чрезмерного ходового дифферента. Вогнутокилеватая форма обводов обеспечивает судну наиболее высокое гидродинамическое качество в районе горба сопротивления и в начальной стадии режима глиссирования. С увеличением скорости глиссирования дифферент вогнутокилеватого корпуса быстро уменьшается, а днище продолжает замываться по всей ширине, поэтому его гидродинамическое качество снижается быстрее, чем при других лекальных обводах.

Вогнутокилеватые обводы благодаря отгибам скул и остроте килевой линии обеспечивают хорошую устойчивость судна на курсе при глиссировании на тихой воде, а также создают значительное сопротивление дрейфу на поворотах. Однако встречно-боковое волнение может вызывать большее рыскание такого судна на курсе, чем с выпукло-килеватыми обводами (см. рис. 12).

Выпуклокилеватая форма обводов
Рис. 12 Выпуклокилеватые обводы

Существенным недостатком вогнутокилеватых обводов является резкое снижение мореходности судна при высоте волнения, превышающей ~ 0,1—0,15 длины его корпуса (значительно возрастают ударные нагрузки и забрызгивание, увеличивается опасность заливания носовой оконечности).

Комплекс мореходных качеств вогнутокилеватые обводов предопределяет целесообразность их применения для глиссирующих судов с пониженной энерговооруженностью, предназначенных для эксплуатации на относительно спокойных водоемах.

Постройка вогнутокилеватого корпуса требует значительной деформации листов обшивки практически по всей поверхности днища, а следовательно, и применения штамповочно-прессового оборудования.

Выпуклокилеватые обводы (рис. 12) как по форме, так и по большинству своих эксплуатационно-технических характеристик прямо противоположны вогнутокилеватым. В отличие от последних они не препятствуют поперечному растеканию потока воды по днищу, имеют более низкое гидродинамическое качество в районе горба сопротивления и в начальной стадии глиссирования, но более высокое на повышенной скорости.

Чертеж корпуса катера
Рис. 13 Корпус катера с разворачивающейся на плоскость обшивкой

Устойчивость на курсе при глиссировании на тихой воде и при небольшом волнении у судна с выпуклокилеватыми обводами ниже, чем у вогнутокилеватого, а дрейф на циркуляции значительно больше. Полнота выпуклокилеватой носовой оконечности обеспечивает судну хорошую всхожесть на волну, но не препятствует его забрызгиванию.

Комплекс мореходных качеств выпуклокилеватых обводов позволяет использовать их для глиссирующих судов с повышенными энерговооруженностью и скоростью, рассчитанных на эксплуатацию при умеренном волнении.

Для повышения мореходных качеств судов с этими обводами с большим эффектом используются вспомогательные элементы и специальные устройства:

  • продольные реданы;
  • брызгоотбойники;
  • балластные и дифферентовочные цистерны и т. п.

Широкому применению выпуклокилеватых обводов способствует их близость к разворачивающимся на плоскость, т. е. состоящих из плавно сопряженных конических, цилиндрических и плоских поверхностей (рис. 13), не имеющих двойной кривизны, и благодаря этому позволяющих использовать листовой материал без его предварительной деформации.

Выпукло-вогнутые обводы (рис. 14) имеют днищевые ветви шпангоутов с выпуклостью вблизи киля и вогнутостью у скул. Они обладают достоинствами вогнуто- и выпуклокилеватых обводов и лишены большинства их недостатков.

Выпукло-вогнутая форма обводов
Рис. 14 Выпукло-вогнутые обводы

По гидродинамическому качеству в районе горба сопротивления выпукло-вогнутые обводы занимают промежуточное положение между вогнутыми и выпуклыми, а с увеличением скорости глиссирования нередко превосходят те и другие. Суда с выпукло-вогнутыми обводами обладают хорошими устойчивостью на курсе и поворотливостью. Уровень ударных нагрузок у них в среднем ниже и меньше зависит от высоты волн, чем у других лекальных форм. Выпукло-вогнутые обводы обеспечивают глиссирующему судну плавный вход на волну, позволяют исключить забрызгивание и замывание корпуса.

Комплекс мореходных качеств выпукло-вогнутых обводов позволяет использовать их для глиссирующих судов как с пониженными, так и с высокими энерговооруженностью и скоростью, и делает более эффективными для эксплуатации на водоемах со значительным волнением.

Повышению мореходных качеств этих обводов может способствовать применение продольных реданов.

Предлагается к прочтению: Типы малых гребных лодок

Недостатками корпусов с выпукло-вогнутыми обводами являются сложность их проектирования и изготовления из листовых материалов. В то же время постройка таких корпусов из пластмасс не вызывает существенных затруднений, при этом форма обводов обеспечивает высокую жесткость судна.

Круглоскулые обводы сами по себе практически неприменимы для глиссирующего судна, поскольку круглая скула не способствует созданию на днище гидродинамической подъемной силы, необходимой для выхода на глиссирование, и не препятствует замыванию корпуса. Однако установка вдоль скул брызгоотбойников (рис. 15) или других равноценных элементов может существенно изменить гидродинамические характеристики круглоскулого корпуса, приблизив их к характеристикам выпукло-килеватого.

Круглоскулая форма обводов
Рис. 15 Круглоскулые обводы

При равных размерениях и одинаковой килеватости днища различия в мореходных качествах глиссирующих судов с такой формой обводов могут ограничиться несколько большим сопротивлением круглоскулых в районе горба сопротивления и при глиссировании на волнении, меньшей устойчивостью на курсе и большим дрейфом на поворотах. Эти различия уменьшатся при установке на днище круглоскулого корпуса продольных реданов или других равноценных им по действию вспомогательных элементов.

При массовом производстве небольших мотолодок из легкого сплава в условиях высокомеханизированного производства применение круглоскулых обводов позволяет штамповать их корпуса из одного листа, что значительно снижает трудоемкость производства. Аналогичным образом могут формоваться корпуса круглоскулых мотолодок из шпона. В ряде случаев круглоскулые обводы применяются для гоночных судов, поскольку отсутствие узла соединения обшивки вдоль скул позволяет повысить прочность и снизить вес их корпусов.

Сложные формы обводов

Применение и развитие сложных форм обводов стимулируется необходимостью повышения одного или нескольких качеств в соответствии с назначением, условиями эксплуатации, технологией производства и другими определяющими для конкретного судна факторами. Повышение этих качеств нередко достигается за счет значительного, но допустимого ухудшения других качеств и, как правило, за счет значительного усложнения проектирования и трудоемкости постройки.

Туннельные обводы, несмотря на значительное разнообразие форм, обладают рядом характерных достоинств и недостатков. К первым относятся повышенная остойчивость, хорошая устойчивость на курсе, незначительная забрызгиваемость, большая полезная площадь корпуса, ко вторым — повышенные сложность проектирования и трудоемкость постройки (особенно — из листовых материалов), а также затруднения с использованием внутреннего объема корпуса из-за наличия туннелей.

Морские сани” являются наиболее простой из туннельных форм обводов. Для „морских саней” характерны практически прямоугольная в плане форма корпуса и вертикальные борта.

Морские сани” имеют две основные модификации. У первой из них, известной как „сани Хикмана” (рис. 16, а), свод туннеля образован двумя смыкающимися вдоль ДП плоскокилёватыми поверхностями. У более современной модификации, (известной как „сани Тила” (рис. 16, б), свод туннеля образован одной вогнутой поверхностью.

Чертеж поперечных сечений
Рис. 16 Сечения „саней Хикмана” (а), „саней Тила” (б) и дополнительные участки днища (в)

Вогнутость несущей поверхности увеличивает гидродинамическую подъемную силу на днище „морских саней”, но ограничение поперечного растекания потока воды в носовой оконечности вызывает значительное увеличение ходового дифферента и снижение гидродинамического подъемного качества в районе горба сопротивления. Для его повышения „морские сани” обычно имеют большую закрутку днища и более носовую центровку, чем килеватое судно. Это, в свою очередь вызывает более раннюю потерю продольной устойчивости движения и снижение ходкости в режиме развитого глиссирования.

Принципиальным недостатком схематизированных форм обводов обеих модификаций „морских саней” является неудовлетворительная остойчивость на циркуляции. Создающиеся при этом на вогнутом днище гидродинамические силы способствуют опрокидыванию судна на внешний борт, поэтому современные модификации обводов „морских саней” имеют участки днища с положительной килеватостью, расположенные снаружи килевых линий (рис. 16, в).

Специфическим недостатком „саней Хикмана” являются опасные напряжения при ударах волн в соединение поверхностей днища вдоль ДП. „Сани Тила” не имеют этого недостатка, но лекальная форма туннеля затрудняет изготовление корпуса с обшивкой из листовых материалов.

У „морских саней” при движении в носовой части туннеля образуются воздушные пузыри, которые проходят к кормовой оконечности и ухудшают работу гребных винтов (если они не являются суперкавитирующими), в особенности при расположении ГВ в ДП судна.

В настоящее время обводы типа „морских саней” не находят широкого применения для глиссирующих судов, поскольку по большинству своих качеств уступают новым сложным формам, прежде всего — тримаранным.

Туннельный тримаран — форма обводов, имеющая ряд модификаций, появившихся в процессе ее совершенствования.

Первая из модификаций внешне отличалась от „морских саней” лишь наличием двух туннелей вместо одного. Однако это позволило устранить опасность опрокидывания при повороте из-за внешнего крена, повысить остойчивость и устойчивость на курсе, улучшить всхожесть на волну и уменьшить ударные нагрузки, повысить прочность днища, улучшить условия размещения в корпусе судна. В то же время несколько увеличилась смоченная поверхность днища, сохранилась необходимость носовой центровки (xg = 0,40—0,45Lск) для уменьшения дифферента в районе горба сопротивления и повышения продольной устойчивости движения при глиссировании.

В последующих модификациях бортовые килевые линии были подняты выше центральной. Это позволило значительно повысить гидродинамическое качество тримарана в районе горба сопротивления (благодаря уменьшению ходового дифферента) и в режиме глиссирования (за счет уменьшения смоченной поверхности) как на тихой воде, так и на волнении, а также повысить продольную устойчивость движения. Одновременно снизились ударные нагрузки при ходе тримарана на волнении, повысилась его поворотливость.

Наиболее высоким уровнем комплекса мореходных качеств обладает модификация тримаранных обводов, у которой подъем боковых килевых линий к носовой оконечности начинается раньше, чем у центральной, а снаружи от них расположены наклонные участки днища (рис. 17). Создающаяся на них подъемная сила уменьшает ходовой дифферент и повышает гидродинамическое качество тримарана в районе горба сопротивления.

Чертеж туннельного тримарана
Рис. 17 Туннельный тримаран с бортовыми наклонными поверхностями

После выхода на глиссирование эти поверхности практически не участвуют в создании подъемной силы — несущая поверхность ограничивается шириной днища между боковыми килями. Уменьшение смоченной ширины днища способствует сохранению высокого гидродинамического качества и продольной устойчивости движения тримарана в режиме развитого глиссирования, уменьшает ударные нагрузки при ходе на волнении. При поворотах наклонные поверхности днища вдоль бортов уменьшают дрейф и повышают безопасность маневрирования.

Будет интересно: Сопротивление движению малого судна

Сложность обводов туннельных тримаранов, в особенности последней из рассмотренных модификаций, значительно затрудняет их применение.

Необоснованный выбор одного или нескольких параметров обводов может снизить мореходные качества проектируемого тримарана до уровня, при котором применение столь сложных обводов будет неоправданным.

Сани Фокса” — разновидность двухтуннельных обводов с расположенными на одном уровне килеватыми образованиями днища в виде гидролыж; разработана английским конструктором У. Фоксом.

У оригинальных обводов (рис. 18) ширина лыж составляет ~ 1/10 ширины днища.

По ходкости и управляемости на тихой воде „сани Фокса” принципиально не отличаются от аналогичных туннельных тримаранов, а на волнении могут иметь преимущество перед ними как по скорости, так и по устойчивости на курсе при встречно- и попутно-боковом волнении.

Чертеж модели "Сани Фокса"
Рис. 18 “Сани Фокса”

Основным достоинством „саней Фокса” является хорошая всхожесть на волну при любых курсовых углах к ней. На встречно- и попутно-боковую волну они входят мягче большинства других форм обводов. На встречном волнении при малой нагрузке судна сила ударов у „саней Фокса” относительно высока, а при большой резко снижается. Гидролыжи практически исключают заливание „саней Фокса” при любом режиме движения, но их плоские поверхности образуют брызги и на встречном волнении могут выбрасывать их перед носовой оконечностью.

Большая глубина туннелей „саней Фокса” способствует устойчивому движению вдоль них воздушных пузырей, образующихся в носовой оконечности судна. Это ухудшает работу гребных винтов, если они располагаются за туннелями и не являются суперкавитирующими.

Комплекс мореходных качеств „саней Фокса” предопределяет целесообразность их применения для глиссирующих судов, которым необходима повышенная безопасность в эксплуатации, например для микромотолодок.

Сани Фокса”, как и другие тримараны, имеют форму, соответствующую технологии изготовления судов из пластмасс.

Трехточка — форма обводов с тремя несущими поверхностями, одна из которых образуется в кормовой части, а две других — на бортовых спонсонах (рис. 19, а).

Смысл схемы трехточки заключается в том, что три разнесенные в горизонтальной плоскости несущие поверхности при глиссировании достаточно жестко определяют его положение относительно воды. Это позволяет расположить несущие поверхности с оптимальными для обеспечения высокого гидродинамического качества углами атаки, обеспечить судну высокую остойчивость, уменьшить неблагоприятную волновую интерференцию несущих поверхностей, а также замывание и забрызгивание корпуса. Однако свойство трехточки жестко следовать за поверхностью воды превращается в большой недостаток при глиссировании даже на незначительном волнении: судно подвергается сильным ударам, резкой качке, снижает скорость, рыскает на курсе.

Обводы трехточки применяются только для гоночных судов, рассчитанных на движение по достаточно тихой воде.

Наиболее распространенная модификация этих обводов для гоночных судов — скеговая трехточка (рис. 19, б). Скеги располагаются за спонсонами вдоль бортовых поверхностей днища. Вместе с днищем и внутренними бортами спонсонов они образуют туннель, в котором при глиссировании создается воздушная подушка с давлением, близким к величине полного скоростного напора воздуха. Значительная подъемная сила создается на верхней поверхности корпуса (моста), если он в продольном сечении имеет форму аэродинамического профиля.

Различные модификации трехточек
Рис. 19 Трехточка (а), скеговая трехточка (б), ее модификация, разрез по ДП (в)

Коэффициент подъемной силы такого корпуса, отнесенный к площади днища, может достигать cy ≈ 1,5. Это позволяет обеспечить значительную аэродинамическую разгрузку судна. Так, у гоночных мотолодок классов SB и SC с шириной туннеля 1,0—1,3 м при скорости более 20 м/с гидродинамические силы поддержания могут полностью замениться аэродинамическими. Сопротивление такой скеговой трехточки может быть на 20—40 % меньше сопротивления трехточки, не имеющей скегов. Однако по мореходности скеговая трехточка значительно уступает обыкновенной.

Читайте также: Портативные лодки малого типа

Увеличение аэродинамической разгрузки снижает продольную устойчивость движения трехточки, увеличивает опасность, ее взлета и опрокидывания из-за быстрого изменения аэро- и гидродинамических сил при порывах ветра или ударах волн.

Дня повышения продольной устойчивости движения новейшая модификация скеговой трехточки имеет в кормовой части днища у бортов две небольшие несущие поверхности (рис. 19, в). На высоких скоростях такое судно становится четырехточкой. Это позволяет несколько повысить не только продольную устойчивость движения, но и скорость за счет уменьшения замывания кормовой части днища мелкой волной.

В последние годы в связи с ростом скоростей гоночных судов на смену скеговым трехточкам приходят более безопасные, катамараны с аэродинамической разгрузкой.

Катамаран — тип обводов глиссирующих судов, отличающийся наличием двух продольных образований днища, или корпусов, разделенных туннелем (рис. 20).

Чертеж катамарана
Рис. 20 Катамаран

Практически общим для катамаранов признаком является асимметрия корпусов относительно килевых линий, позволяющая устранить или уменьшить волновую интерференцию в туннеле. Наиболее распространенными у катамаранов являются простые лекальные или плоскокилеватые формы обводов с плоским обращенным к туннелю бортом.

От других туннельных форм катамараны отличаются несколько пониженным гидродинамическим качеством в районе горба сопротивления и в начальной стадии режима глиссирования из-за малой ширины корпусов и замывания поверхностей туннеля. В режиме развитого глиссирования они могут иметь высокое, гидродинамическое качество и повышенную продольную устойчивость движения. Их достоинствами являются также высокая ходовая поперечная остойчивость, хорошая устойчивость на курсе и достаточная поворотливость.

Меньшая, чем у однокилевого судна, ширина корпусов позволяет снизить уровень ударных нагрузок при ходе катамарана на волнении, особенно на встречно- и попутно-боковом. Для улучшения всхожести на волну носовые оконечности катамаранов обычно имеют меньшую закрутку днища (и меньшую килеватость), чем однокилевые суда.

Ширина туннеля (горизонтальный клиренс) обычно составляет 0,4—0,7 B, а его высота (вертикальный клиренс) у транца изменяется в широких пределах, но обычно не превышает 0,15 L. С увеличением высоты и уменьшением ширины туннеля уменьшается вероятность сильных ударов волн в его свод.

Наиболее широко обводы катамаранов применяются для гоночных судов. Конструкция судна обычно состоит из двух бортовых корпусов (именуемых также спонсонами) и собственно корпуса (моста), соединяющего их. Гоночные катамараны имеют большую относительную ширину и малую высоту туннеля, поскольку этим обеспечивается увеличение аэродинамической разгрузки судна за счет образования в туннеле воздушной подушки. Коэффициент аэродинамической подъемной силы у катамаранов значительно меньше, чем у скеговой трехточки (обычно не превышает Cy = 0,6÷0,9), а их аэрогидродинамическое качество с увеличением аэродинамической разгрузки уравнивается (достигает K = 8÷9).

При обоснованном выборе параметров формы катамараны более безопасны как гоночные суда, чем скеговые трехточки. Однако их проектирование представляет сложную задачу.

Для постройки катамаранов применимы многие материалы, так как их поверхности имеют меньшую кривизну, чем у однокорпусных судов. Однако сложность конструкции, большое число поверхностей и соединений между ними увеличивает трудоемкость постройки катамаранов с обшивкой из листовых материалов.

Тримаран кафедрал — форма трехкилевых обводов с бортовыми спонсонами, у которых килевые линии расположены значительно выше центральной и обрываются на расстоянии 0,25—0,40 L от транца (рис. 21).

Чертеж тримарана кафедрал
Рис. 21 Тримаран кафедрал

Кафедрал по форме обводов и своим качествам близок к модификации туннельного тримарана.

Он несколько уступает ему в начальной остойчивости, но мало отличается в остойчивости на больших углах крена. В районе горба сопротивления ходовой дифферент у него несколько выше, а гидродинамическое качество — ниже, хотя и может быть достаточно высоким (K ≈ 6). В режиме развитого глиссирования как на тихой воде, так и на волнении кафедрал имеет преимущество. Он несколько менее устойчив на курсе, но обладает значительно лучшей поворотливостью.

Уровень ударных нагрузок на встречном и попутном волнении у кафедрала ниже, а на встречно или попутно-боковом волнении — выше, чем у туннельного тримарана.

Благодаря обрыву спонсонов образующиеся в туннелях кафедрала воздушные пузыри могут выходить из-под днища, не достигая ГВ.

Применение обводов типа кафедрала целесообразно для судов с повышенной энерговооруженностью.

Триклин — форма обводов, сочетающая туннельные образования носовой части корпуса и лекальные — кормовой (рис. 22), разработанная А. Г. Чукавиным.

Форма обводов триклин
Рис. 22 Триклин

Подобно другим туннельным формам корпус с такими обводами обладает хорошей остойчивостью, защищен от забрызгивания, имеет большую площадь палубы.

Его обводы способствуют значительному увеличению ходового дифферента в районе горба сопротивления, но обеспечивают хорошую ходкость в режиме развитого глиссирования.

Триклин обладает высокой устойчивостью на курсе при любом направлении бега волн и хорошо маневрирует. Он не испытывает больших ударных нагрузок на встречно и попутно-боковом волнении, достаточно мягко идет на встречном и попутном волнении.

Суда с повышенной энерговооруженностью, имеющие обводы триклина, обладают высокой скоростью и мореходностью.

Проектирование судов с обводами триклина затрудняется малым опытом их применения и сложностью гидродинамики. В то же время сама форма (схема) обводов имеет потенциальные возможности для совершенствования и разработки модификаций.

Рекомендуется к прочтению: Гидроаэродинамика парусного судна

Обводы Блегга — форма трехкилевых обводов со смещенными к кормовой оконечности спонсонами, у которых килевые линии расположены на одном уровне с центральной (рис. 23). Обводы Блегга разработаны с целью обеспечения глиссирующему судну высокой мореходности.

Их достоинствами являются высокие статическая и ходовая остойчивость, продольная устойчивость движения в режиме глиссирования и возможность его сохранения на значительном волнении, высокая остойчивость на курсе и малый диаметр циркуляции, небольшие ударные нагрузки и хорошая всхожесть на волну любых направлений.

Форма обводов Блегга
Рис. 23 Обводы Блегга

Недостатки этих обводов проявляются в малой плавучести при заданных размерениях судна, низком гидродинамическом качестве из-за большого ходового дифферента в районе горба сопротивления и значительной смоченной поверхности при глиссировании, малом полезном объеме центрального корпуса.

Комплекс мореходных качеств предопределяет целесообразность применения обводов Блегга для быстроходных глиссирующих судов с высокой энерговооруженностью, предназначенных для эксплуатации на значительном волнении при небольшой нагрузке.

Морской нож” — форма обводов с плоским клиновидным днищем, вертикальным у скул и расширяющимися к палубе бортами, с носовым транцем (рис. 24), разработанная американским конструктором П. Пейном.

Обводы типа "Морской нож"
Рис. 24 „Морской нож”

Целью разработки было обеспечение глиссирующему судну высокой мореходности за счет уменьшения гидродинамических сил и моментов, возникающих на корпусе при прохождении волн.

Так, малая площадь днища (коэффициент статической нагрузки днища C△ у „морского ножа” в несколько раз больше обычного) не допускает существенного уменьшения его смоченной поверхности даже при достижении режима развитого глиссирования. Наряду с остротой носовой части клиновидного днища это исключает образование больших гидродинамических сил и моментов при входе судна на волну. „Морской нож” может прорезать ее, не испытывая при этом значительных ударных нагрузок и килевой качки. Большой свес носовой оконечности корпуса практически исключает зарывание даже в высокую и крутую волну.

Однако способность „морского ножа” глиссировать на значительном волнении достигнута ценой резкого снижения большинства его эксплуатационно-технических качеств. Судно имеет пониженную плавучесть (при заданных размерениях), отличается исключительной валкостью на стоянке и пониженной ходовой остойчивостью. Его гидродинамическое качество из-за неоптимальной формы несущей поверхности и специально предусмотренного замывания бортов является крайне низким — K ≤ 4,5. Лишь при минимальной нагрузке и глиссировании судна на кормовой части днища оно может несколько превысить K = 5. Одновременно, однако, возрастает и уровень ударных нагрузок.

Прорезая волны, „морской нож” из-за большого увеличения смоченной поверхности бортов испытывает резкие торможения (при этом горизонтальные перегрузки могут приближаться по уровню к вертикальным), затрудняющие сохранение режима глиссирования.

Поэтому для „морского ножа” необходима высокая энерговооруженность, обеспечивающая удельную нагрузку не более 3,7—7,5 кг/кВт, тогда как при других обводах она может достигать 18—25 кг/кВт. Соответственно повышенная доля веса двигателей и топлива в водоизмещении уменьшает полезную нагрузку „морского ножа” в 2—3 раза по сравнению с обычным судном.

В усовершенствованных обводах „морского ножа” применены продольные бортовые уступы — „реверсоры”, которые несколько повышают его ходкость, остойчивость и управляемость. Комплекс мореходных и других эксплуатационных качеств „морского ножа” позволяет применять его обводы только для судов специфического назначения. В то же время схема обводов „морского ножа”, в которой наглядно воплощен ряд принципов повышения мореходности глиссирующего судна, может творчески использоваться для разработки модификаций этих либо других форм обводов, представляющих большой практический интерес.

Реданные формы обводов имеют на днище один или несколько поперечных уступов (рис. 25), которые в плане могут быть прямыми, стреловидными или криволинейными (рис. 26).

Типы реданных форм обводов
Рис. 25 Реданные формы обводов:
а – однореданная; б – многореданная

Разделение несущей поверхности на последовательно расположенные участки позволяет обеспечить им при глиссировании оптимальные углы атаки (3—5° вместо 1—2°, которые практически имеют при глиссировании безреданные суда) и более оптимальное соотношение их длины и ширины. За счет этого удается уменьшить общую смоченную поверхность днища и повысить гидродинамическое качество в ~ 1,5 раза (в отдельных случаях K ≥ 9).

Наибольший эффект поперечные реданы дают на малокилеватых корпусах (β < 8°) при небольшой динамической нагрузке днища CB = 0,04÷0,06. Высота редана обычно не превышает 0,01 Bск, а длина волновой впадины за ним может превышать высоту редана в десятки раз. Условием эффективной работы редана является свободный доступ воздуха к зареданной части днища. Образование замкнутой невентилируемой каверны резко увеличивает площадь смоченной поверхности и может повысить сопротивление судна на 1/3. Обычно большая часть подъемной силы (иногда до 90 %) создается на поверхности редана, тогда как кормовой участок днища несет небольшую нагрузку и обеспечивает поддержание судном оптимального ходового дифферента.

Различные формы реданов
Рис. 26 Формы реданов в плане (заштрихованы несущие поверхности): прямая (я), стреловидная (6), криволинейная (в)

Строительный угол атаки кормового участка днища целесообразно принимать меньшим, чем редана, поскольку при глиссировании он находится на склоне поднимающейся зареданом волны. Существенными недостатками реданных обводов являются пониженное гидродинамическое качество в районе горба сопротивления, большие ударные нагрузки и значительное снижение скорости на волнении, пониженная прочность корпуса в районе реданов, большая сложность проектирования и постройки судна. Повышение килеватости днища позволяет снизить ударные нагрузки реданного судна, но при β > 12° значительно снижается и его гидродинамическое качество.

Будет интересно: Суда с механическим двигателе

Уменьшению ударных нагрузок способствует и применение многореданных обводов (см. рис. 25, б). Однако при этом практически также снижается гидродинамическое качество судна, значительно усложняются его проектирование и конструкция, затрудняется обеспечение прочности. Наименьшее снижение прочности обеспечивает применение криволинейной в плане формы редана (см. рис. 26, в), которая легко выполнима на корпусе из пластмассы.

Повышению ходкости и мореходности судов с реданными обводами способствует применение вспомогательных элементов обводов и специальных устройств. Так, установка продольных реданов позволяет уменьшить ширину смоченных участков днища после выхода судна на глиссирование, увеличить их килеватость без существенного снижения гидродинамического качества. Большой эффект дает устройство вентиляции зареданной части днища сжатым воздухом или выхлопными газами двигателей.

Однако недостатки реданных форм обводов в настоящее время практически ограничивают область их применения спортивными гоночными судами.

Сравнительная оценка форм обводов глиссирующих судов

Выбор формы обводов вновь проектируемого глиссирующего судна, обеспечивающего наиболее полное удовлетворение предъявляемых к нему требований, предполагает сравнение его эксплуатационно-технических характеристик при использовании различных форм обводов.

В большинстве случаев возможность такого выбора затрудняется отсутствием количественных или сопоставимых качественных данных о характеристиках различных форм обводов и отсутствием в начальной стадии проектирования сведений о ряде параметров судна.

Таблица 1. Сравнительная оценка общепроектных качеств различных форм обводов
Форма обводовПростота формыУдобство использования объемаЖесткость формыПрименимость материаловНеобходимый объем штамповкиПростота проектированияПримеры применения (номер рисунка)
Плоскокилеватые:
малокилеватые2-5217Ф, Д, А625, 6, 17
умереннокилеватые2-53-412-13Д, А, С, Ф5128
повышенной килеватости2-56-811Д, А, С, Ф4424
“глубокое V”2-5139-10С, Д, А, Ф3533
Плоскодонные1118А, Д, Ф137
Лекальные:
вогнутокилеватые76-87А, С13627
выпуклокилеватые63-48Д, А, Ф, С2710
выпукло-вогнутые955С, А1411-1316
Сложные:
реданные139-1012-13Ф, А, С1011-13Гоночные суда
“морские сани”81414-15С, А, Ф78Любительские суда
катамаран1116-1814-15Ф, С, А12-1311-132, 11, 18
трехточка1716-1814-15Ф, С, А12-1316-18Гоночные суда
туннельный тримаран129-102С, А, Т179-101.12, 1.22, 1.26, 1.23
кафедрал166-83С, А, Т1814-151.23
триклин1411-124С, А816-18Экспериментальные суда
“сани Фокса”1511-121С, А, Т169-101.3
Блегга18156С, А1516-181.14
“морской нож”1016-189-10С, Д, А, Ф914-15Экспериментальные суда
  • Ф — фанера;
  • Д — дюралюминий;
  • С — стеклопластик;
  • А — алюминиевомагниевый сплав.

Поэтому в начальной стадии проектирования целесообразно выбирать для дальнейшей проработки одну или несколько форм обводов на основе сравнительной оценки ряд их эксплуатационно-технических характеристик.

Таблица 2. Сравнительная оценка мореходных качеств различных форм обводов
Форма обводовОстойчивостьХодкостьУправляемостьМореходность (качка)
на тихой водена волненииУстойчивость на курсеПоворотливостьУдарные нагрузкиВсхожесть на волнуЗабрызгиваемость
Переходный режимГлиссированиеРазвитое глиссированиеПереходный режимГлиссированиеРазвитое глиссирование
Плоскокилеватые:
малокилеватые103-424-69211-1513-1415-16163-415-17
умереннокилеватые12-1455-710-117-86-7897-813-146-811-13
повышенной килеватости1668-9124-53-571065-897-10
“глубокое V”1712-1312-1413681-21222-410-117-10
Лекальные:
вогнутокилеватые111-21014-161-211-1411-15810-119-1114-1611-13
выпуклокилеватые1575-74-64-59-104-61199-116-811-13
выпукло-вогнутые12-141-2471-211-277-82-46-81-4
Сложные:
реданные12-1414-15131515-171713-141417-1812-1315-17
“морские сани”29-111110-117-811-149-102-612-131214-167-10
катамаран11715-16116-1715-17161515-1613-141715-17
трехточка6-8165-7218181816-1817151818
туннельный тримаран49-1115-161712-1411-1411-152-610-119-113-41-4
кафедрал512-138-98-912-146-74-62-63-55-851-4
триклин6-814-1512-148-912-1411-144-62-63-55-814-161-4
“сани Фокса”39-111714-16119-109-102-63-55-825-6
Блегга6-83-412-1414-1633-53112-410-115-6
“морской нож”1818181816-1715-1711-1516-1812-13112-137-10
  • Здесь и далее в таблице 2 и 3 цифра 1 соответствует более высокому качеству данной формы из 18 рассматриваемых.

Сравнительная оценка рассмотренных выше форм обводов, определяющая порядок их предпочтения по общепроектным качествам приведена в табл. 1, по отдельным показателям мореходных качеств — в табл. 2, и по применимости их для судов различных назначений в табл. 3. Приведенные в этих таблицах сравнительные оценки даны для наиболее распространенных параметров рассматриваемых форм обводов при их применении для глиссирующих судов.

Таблица 3. Сравнительная оценка применимости различных форм обводов
Форма обводовМотолодкиКатераСуда
прогулочныетуристскиерыболовныехозяйственныеполуспортивныекартоппрогулочныетуристскиеспортивныеразъездныеспасательные
Плоскокилеватые:
малокилеватые813-149-141-411-134-67-97-95149-11
умереннокилеватые1-56-72-55-71-41-34-64-66-84-52-5
повышенной килеватости6-71-52-5111-410-144-64-641-32-5
“глубокое V”13-15812-135-915-167-97-99-128-1112-13
Плоскодонные1512-131-44-61512-13
Лекальные:
вогнутокилеватые1-51-52-51-411-1310-141-31-3134-52-5
выпуклокилеватые1-51-52-51-41-47-91-31-36-81-32-5
выпукло-вогнутые1-51-518-101-47-91-31-36-81-31
Сложные:
реданные13-1511-1315-16151-316
“морские сани”10-1211-129-118-1010-1410-1210-131612-139-11
катамаран10-129-106-85-75-91-313-14141-38-116-8
трехточка14-161-3
туннельные тримаран6-76-76-88-105-91-37-97-99-126-76-8
кафедрал1-51-56-85-97-94-64-69-126-76-8
триклин10-1211-1214-151010-1410-1210-13148-1114-15
“сани Фокса”913-149-115-714-164-610-1210-131512-139-11
Блегга13-159-1014-155-910-1413-1410-139-128-1114-15
“морской нож”14-1617

Вспомогательные элементы обводов и устройство, способствующие повышению мореходных качеств глиссирующих судов

Вспомогательные элементы обводов

Эти элементы представляют собой выделяющиеся своей формой участки поверхности корпуса, предназначенные для целесообразного изменения характера образования подъемной силы с изменением положения корпуса относительно поверхности воды.

Отгибы скул (рис. 27) повышают давление потока воды вблизи бортов. Это позволяет уменьшить потери гидродинамической подъемной силы от поперечного растекания потока по днищу и соответственно его смоченную поверхность, а также замывание бортов. Отрицательным эффектом отгиба скул является увеличение ударных нагрузок при ходе судна на волнении.

Выгибание скулы
Рис. 27 Отгиб скулы

Длина отгибов скул в поперечном сечении обычно не превышает Bот ≤ 0,1 Bск>, а оптимальный наклон их поверхностей находится в пределах от 0 до 10° к горизонту.

Брызгоотбойники (рис. 28) действуют подобно отгибам скул, отличаясь от них лишь конструктивным исполнением, так как приформовываются к корпусу вдоль скул.

Брызгоотбойники эффективнее, чем отгибы скул, уменьшают замывание бортов. Применение брызгоотбойников позволяет проектировать корпуса глиссирующих судов без ярко выраженных скул, например круглоскулые. Ширина брызгоотбойников обычно не превышает 0,03 Bск, а их нижние поверхности в большинстве случаев располагаются перпендикулярно к борту.

Расположение брызгоотбойника
Рис. 28 Отбойник

Продольные реданы (рис. 29) представляют собой выступы треугольного (близкого к треугольному) сечения, расположенные на днище попарно симметрично относительно ДП судна. Работая аналогично отгибам скул и брызгоотбойникам, они обеспечивают уменьшение смоченной ширины днища при достижении глиссирующим судном соответствующей скорости. Установка реданов может увеличивать ходовой дифферент судна и уменьшать его смоченную длину.

Размеры сечений принимаются в зависимости от ширины, килеватости и динамической нагрузки несущего участка днища. Для глиссирующих судов длиной от 3 до 6 м высота реданов обычно принимается в пределах Hр = 15÷50 мм, а ширина определяется горизонтальным (или близким к горизонтальному) участком.

Расположение реданов на корпусе
Рис. 29 Продольные реданы

Расстояние между наружными кромками пары реданов (определяющее ширину смоченной поверхности днища) целесообразно принимать с учетом коэффициента динамической нагрузки Cв для днища равной ширины при той же килеватости β и одинаковой относительной центровке xg судна. Обычно на днище устанавливается не более трех пар реданов. Их кормовые участки чаще не доводятся до транца с тем, чтобы смоченная ширина днища в корме оставалась достаточной для сохранения судном ходовой остойчивости.

Применение продольных реданов позволяет повысить ходкость глиссирующего судна (в отдельных случаях повышение гидродинамического качества может достигать ~ 20%), а также его мореходность: снизить ударные нагрузки, и качку, забрызгиваемость и заливаемость, повысить устойчивость на курсе. Наибольший эффект продольные реданы дают на обводах с большой килеватостью днища при движении судна в режиме развитого глиссирования. Они могут способствовать повышению гидродинамического качества при движении судна в районе горба сопротивления.

Практика применения продольных реданов позволяет считать их самым простым и эффективным средством повышения ходкости и мореходности глиссирующих судов. Однако характер их взаимодействия с обводами корпуса изучен недостаточно и в отдельных случаях их применение может давать отрицательные результаты.

Поперечные реданы используются не только в качестве основных элементов обводов, но и в качестве их вспомогательных элементов.

В некоторых проектах они применяются в виде небольших образований носовой части корпуса для улучшения всхожести судна на волну или в виде транцевых наделок (рис. 30) для разгона, уменьшения продольной качки и крена при поворотах. Известны также обводы типа эйрслот с реданами малой высоты для повышения ходкости и предотвращения „дельфинирования” судна, не получившие, однако, широкого распространения.

Корпус с транцевыми наделками
Рис. 30 Транцевые наделки

Гидродинамические шайбы и продольные гофры могут играть ту же роль, что и продольные реданы. Замена в ряде проектов глиссирующих судов (по технологическим соображениям) продольных реданов шайбами той же высоты в виде угольников (рис. 31) не вызвала отличий в гидродинамическом качестве судна.

Продольные гофры на днище судна, как правило, заменяют элементы набора, а также являются эффективным средством повышения устойчивости на курсе и уменьшения дрейфа на поворотах, особенно при малокилеватых или плоскодонных обводах. При этом они могут существенно повышать и гидродинамическое качество судна, несмотря на увеличение смоченной поверхности днища.

Шайбы и гофры на днище судна
Рис. 31 Гидродинамические шайбы (а) и продольные гофры (б)

Отгиб днища у транца, подпорные клинья и неподвижные транцевые плиты позволяют за счет повышенного давления на своей поверхности уменьшить ходовой дифферент судна. Они применяются на глиссирующих судах для повышения гидродинамического качества в переходном режиме. Отгиб днища (рис. 32) предусматривается при проектировании обводов, тогда как подпорные клинья (рис. 33) и транцевые плиты обычно служат средством исправления ходового дифферента, превышающего расчетный. Длина отгиба днища обычно не превышает 0,15 L, а угол отгиба — нескольких градусов.

Отгиб днища у транца
Рис. 32 Отгиб днища

Подпорные клинья и транцевые плиты, как правило, имеют меньшую протяженность — ~ 0,1 L и больший угол наклона поверхностей к днищу — 6—8°.

Подпорки на днище судна
Рис. 33. Подпорные клинья

Отгиб (изгиб) килевой линии у транца, т. е. только узкого прикилевого участка днища (рис. 34), способствует повышению продольной устойчивости при движении судна в режиме развитого глиссирования и уменьшению амплитуды его килевой качки при прохождении гребней крупных волн. Длина отгиба обычно не превышает 0,10—0,15 L, а угол отгиба — 3—6°. Как правило, отгибу предшествует подъем килевой линии и у транца она не опускается ниже основной линии.

Сгиб килевой у транца
Рис. 34 Отгиб килевой линии у транца

Бортовые були (рис. 35) устанавливаются для повышения статической и ходовой остойчивости глиссирующих мотолодок. Их применение позволяет уменьшить ширину днища у транца и за счет этого повысить ходкость судна.

Були на корпусе судна
Рис. 35 Бортовые були

При соответствующей форме нижних поверхностей були могут способствовать повышению гидродинамического качества в переходном режиме. Однако для этого необходимо расположить нижние поверхности булей на небольшой высоте над скулами, что вызывает замывание булей при глиссировании на волнении.

Вторые скулы” (рис. 36) в кормовой части корпуса служат тем же целям, что и бортовые були. Отличие заключается лишь в конструкции корпуса судна. Ширина поверхностей между бортом и второй скулой не превышает 0,08—0,12 Bск. Испытания моделей и мотолодок с такими обводами дали положительные результаты, позволившие назвать эти обводы двухрежимными. Вторые скулы имеют те же недостатки, что и бортовые були.

Вторые скулы на корме
Рис. 36 „Вторые скулы”

Жабры” — одна или несколько пар пластин, прикрепленных к корпусу судна для увеличения гидродинамической подъемной силы при разгоне. Они могут крепиться к скулам так, что служат продолжением поверхности днища, либо располагаются выше скул и при этом имеют увеличенный угол атаки. „Жабры” весьма эффективны на тихой воде при разгоне, но применяются редко из-за ненадежности и ряда неудобств в эксплуатации.

Спонсоны как вспомогательные элементы применяются в обводах глиссирующих судов с целью повышения их статической и ходовой остойчивости, а также ходкости в режиме развитого глиссирования, для улучшения всхожести судна на волну и повышения его устойчивости на курсе.

Предлагается к прочтению: Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью

Примерами их применения с этими целями могут служить обводы Блегга (рис. 23) и кафедралов (см. рис. 21).

Лыжа (гидролыжа) — плоский или малокилеватый участок днища вдоль килевой линии корпуса или спонсона судна (рис. 37). Ее применение позволяет создать на небольшом участке днища значительную подъемную силу и повысить мореходность корпусов с большой килеватостью днища („глубокое V”, обводы Блегга, „сани Фокса”). При глиссировании на тихой воде лыжа способствует уменьшению смоченной поверхности днища как за счет собственной формы, так и за счет повышения ходового дифферента.

Гидролыжа на днище судна
Рис. 37 Лыжа (гидролыжа)

На небольшом волнении лыжа заставляет судно жестко отслеживать водную поверхность, что уменьшает замывание его корпуса. При значительном волнении лыжа улучшает всхожесть судна на волну и может способствовать уменьшению ударных нагрузок, если не имеет чрезмерной ширины. Отрицательное влияние лыжи проявляется в увеличении ударных нагрузок при небольшом волнении и малой динамической нагрузке днища (поэтому ее ширина в носовой части судна не должна превышать 0,1 Bск), увеличении брызгообразования, уменьшения устойчивости судна на курсе и увеличении его дрейфа на поворотах.

Антикавитационные наделки и каналы (рис. 38) применяются для уменьшения вероятности попадания пузырьков воздуха из зоны брызгообразования в носовой части судов с туннельными образованиями корпуса или со спонсонами к ГВ.

Антикавитационные каналы
Рис. 38 Антикавитационные наделки (а) и каналы (б)

Специальные устройства

Эти приспособления позволяют за счет изменения своего состояния изменять характер образования подъемной силы. Принципиальным преимуществом специальных устройств перед вспомогательными элементами обводов является определенная степень их управляемости, а недостатками — большая сложность и меньшая надежность и т. п.

Балластно-дифферентовочные цистерны (рис. 39) — это эффективное средство изменения статического и ходового дифферента глиссирующего судна. Объем цистерн обычно не превышает 15—20 % водоизмещения судна. Цистерна располагается в носовой оконечности корпуса (в отдельных случаях применяется одновременно и цистерна в носовой оконечности) возможно дальше от ЦТ судна. К ней подведены приемный и сливной трубопроводы, снабженные запорными клапанами, а также вентиляционный трубопровод. Вода поступает в цистерну по трубопроводу от водозаборника, расположенного ниже ходовой ватерлинии, под действием скоростного напора при движении судна. Выход воздуха из цистерны при ее заполнении происходит через вентиляционный трубопровод. Слив воды осуществляется самотеком.

Баластная цистерна
Рис. 39 Балластно-дифферентовочная цистерна

Заполнение носовой балластно-дифферентовочной цистерны, вызывая уменьшение ходового дифферента, может способствовать значительному уменьшению сопротивления в переходном режиме, уменьшению качки, ударных нагрузок, повышению устойчивости на курсе при ходе на волнении.

Балластные самоотливные цистерны (рис. 40) применяются для уменьшения на стоянке валкости судов с обводами типа „глубокое V”, уменьшения их качки и дрейфа на волнении. Цистерна располагается в междудонном пространстве вдоль ДП судна ниже ватерлинии. Она заполняется и опорожняется через вырез в транце. Вентиляция цистерны осуществляется через трубопровод, расположенный в ее носовой части.

Цистерна в корпусе судна
Рис. 40 Балластно-дифферентовочная цистерна

Автоматическая дифферентовочная цистерна (рис. 41) предназначена для уменьшения ходового дифферента судна во время его разгона перед выходом на глиссирование.

Цистерна расположена в носовой оконечности корпуса и выполнена в виде емкости, ограниченной снизу днищевой обшивкой. В нижней части цистерна имеет отверстия для поступления и слива воды, в верхней — отверстия для вентиляции. При остановке судна она самотеком наполняется водой, а при разгоне вода из нее постепенно вытекает. Необходимое для эффективной работы при разгоне судна время опорожнения обеспечивается за счет соответствующих размеров сливных отверстий.

Дифферентовочная цистерна
Рис. 41 Автоматическая дифферентовочная цистерна

Объем цистерны составляет около 10 % полного водоизмещения судна. Ее заполнение вызывает смещение ЦТ судна в сторону носовой оконечности на 0,05—0,08 L и в определенных случаях позволяет повысить гидродинамическое качество судна в районе горба сопротивления более чем на 30 %. На стоянке заполненная цистерна, подобно балластной, повышает статическую остойчивость судна.

Транцевые плиты с изменяемым углом атаки (регулируемые, автоматические и управляемые) действуют также как и неподвижные, но, соответственно своей разновидности и особенностям конструкции, предоставляют большие возможности изменения гидродинамических характеристик судна. Регулируемые транцевые плиты (рис. 42) изменяют угол атаки за счет непосредственного изменения положения фиксирующих плиты элементов (обычно талрепов или нажимных винтов). Выполнение этой операции требует остановки судна либо даже его подъема на берег.

Транцевые плиты
Рис. 42 Регулируемые транцевые плиты

Автоматические транцевые плиты сами изменяют угол атаки в зависимости от скорости набегающего потока и своего положения в нем. Например, плиты фирмы „Аква стабс” (рис. 43) после разгона резко уменьшают свой угол атаки из-за смещения центра давления воды за ось их вращения. Недостатками таких плит следует считать замывание их поверхностей после выхода судна на глиссирование. Управляемые транцевые плиты (рис. 44) изменяют угол атаки с помощью специального привода (механического, электрического, гидравлического или пневматического). Это позволяет управлять ими во время движения судна. После выхода на глиссирование плиты могут быть установлены с отрицательным углом атаки для предотвращения их замывания.

Автоматические плиты
Рис. 43 Автоматические транцевые плиты

Быстрота перекладки транцевых плит позволяет использовать их как средство торможения при маневрировании или остановке судна. При раздельном управлении плиты могут использоваться для уменьшения не только ходового дифферента, но и крена судна от реакции ГВ, смещения груза, выполнения поворотов и т. п.

Размеры транцевых плит (независимо от их разновидности) принимают с учетом быстроходности и степени изменения ходового дифферента судна. Для самых быстроходных судов, незначительно изменяющих дифферент, рекомендуется принимать их длину не более 2 % LВЛ, а ширину не более 20 % BВЛ. Для судов с невысокой скоростью глиссирования и большим изменением ходового дифферента рекомендуются плиты длиной 3 % LВЛ и шириной во весь транец. Предельный угол отклонения транцевых плит от плоскости днища обычно не превышает 10°.

Управляемые плиты
Рис. 44 Управляемые транцевые плиты

Применение и учет положительного эффекта работы транцевых плит при проектировании судна позволяет принимать его характеристики, форму обводов и параметры движения, обеспечивающими повышение ходкости и мореходности: более кормовую центровку судна и больший шаг ГВ для повышения скорости, увеличенную килеватость днища для повышения мореходности и т. п.

Положительный эффект применения транцевых плит зависит от характеристик судна и может быть весьма значительным — известны случаи уменьшения сопротивления и расхода топлива на 30 %, но в зарубежной практике считается достаточным, если получен прирост скорости “легкого” судна на 10 % и “тяжелого” на 5 %.

Читайте также: Управляемость малого судна

Основными факторами, ограничивающими применение устройства с транцевыми плитами, являются усложнение конструкции и увеличение длины судна, усложнение его эксплуатации, а также отсутствие простой и надежной методики расчета этих устройств. В то же время разнообразие типов и конструкций, постоянное совершенствование (например, появление встроенных плит, или „тримаранов”, не выступающих в убранном состоянии за днище судна) позволяет считать их одним из наиболее перспективных средств повышения ходкости и мореходности быстроходных судов.

Стабилизатор (рис. 45) — это расположенная в кормовой части днища плоская пластина, которая подобно встроенным плитам может с помощью специального привода изменять свой угол атаки, позволяя этим оптимизировать ходовой дифферент судна.

Пластина стабилизатор
Рис. 45 Стабилизатор

Интерцепторы — устройства, содержащие пластины, расположенные поперек днища судна, примерно перпендикулярно к его поверхности. Интерцепторы повышают давление набегающего потока воды на расположенном перед ними участке днища. Это позволяет использовать их как одно из средств изменения ходового дифферента судна для повышения его ходкости и мореходности. Высоту пластин интерцепторов принимают равной 0,5—1 % от ширины днища. Известные в технической литературе устройства интерцепторов значительно отличаются по своей сложности.

К наиболее простым можно отнести, например, интерцептор, который представляет собой резиновую пластину, расположенную на днище вдоль транца. При разгоне судна пластина способствует уменьшению его ходового дифферента и сопротивления, а при глиссировании она под действием возросшего давления воды отгибается назад, что уменьшает ее тормозящее действие (рис. 46).

Интерцептор на транце лодки
Рис. 46 Гибкий интерцептор на транце лодки:
а — общий вид; б — сечение по ДП

Системы вентиляции зареданного пространства — это устройства, использующие воздух для поддержания или увеличения полостей (каверн), образующихся за реданами либо интерцепторами глиссирующего судна. Этим они принципиально отличаются от систем для воздушной смазки днища или для создания на нем подъемной силы (у СВП). Вентиляция зареданного пространства может быть как естественной, так и искусственной. Примером системы естественной вентиляции могут служить воздухопроводы, соединяющие зареданное пространство с атмосферой. Такая система не создает собственного эффекта повышения ходкости, а лишь обеспечивает устойчивую работу редана, например на волнении. Примером системы искусственного поддержания и увеличения каверны за реданами за счет выхлопных газов двигателя может служить примененная на катере „Динаплан”.

Теоретические чертежи глиссирующих судов

Обводы судна длиной 2,6 м (рис. 47, табл. 4) предназначены для мотолодки минимальных размерений, например, лодки-картоп с корпусом из термопласта. Трехкилевая форма обводов применена с целью повышения безопасности эксплуатации.

Чертеж микромотолодки
Рис. 47 Теоретический чертеж микромотолодки
Таблица 4. Таблица плазовых ординат микромотолодки (см. рис. 47)
№ шп.Полуширота от ДПРасстояние от ОЛ
БортСкулаОтгиб скулыВЛ1ВЛ2ВЛ3БортКильКиль спонсонаСвод туннеляСкула
1/238030230285440240380380380
14904604603610521243082362345370
25635145148719048842014256258329
36085545501264755704102185182266
46355865721895866114050110126205
564860357751061163140006092154
665060757955862363839602870120
76506085806116256393940135698
8650609580615626640392055088
9650610580615627641390025082
Тр.650610580615627641390005080

Расчетное водоизмещение — не более 300 кг, вместимость — 2—3 чел., мощность двигателя — не более 7 кВт (10 л. с.). Обводы могут быть применены для более крупной мотолодки с пониженной энерговооруженностью.

Обводы судна длиной 4,2 м с разворачивающейся на плоскость обшивкой (рис. 48, табл. 5) предназначены для беспалубной мотолодки универсального назначения (рыболовной, прогулочной, хозяйственной и т. п.) с пониженной энерговооруженностью. Расчетное водоизмещение 450 кг, вместимость — 3—4 чел., мощность двигателя — не более 15 кВт (20 л. с.).

Чертеж мотолодки
Рис. 48 Теоретический чертеж мотолодки в разворачивающейся на плоскость обшивкой
Таблица 5. Таблица плазовых ординат моторной лодки (см. рис. 49, 50)
№ шп.Полуширота от ДПРасстояние от ОЛ
БортСкулаВЛ1ВЛ2ВЛ3ВЛ4ВЛ5БортСкулаI БII БКиль
1/22107946100151616360234
13722232212520326131461233037985
258339317431040746552360327516245914
3694493291456535593648596227802390
4739560395567619667708587186481516
57506064876276687047326801524210515
6742635554659689716635574127518624
7732648595671695713726569129608733
8721650545668688704716565129699642
97106504606646815957065631217810551
Тр.7006503876606746866965601298511258

Обводы могут быть применены для более крупных мотолодок и катеров, эксплуатирующихся на относительно спокойных водоемах.

Обводы судна длиной 6,0 м (рис. 49, табл. 5) предназначены для мотолодок и катеров широкого назначения, прежде всего — туристских с повышенной мореходностью и умеренной энерговооруженностью. В связи со сложной формой поверхностей корпус целесообразно изготовлять из стеклопластика. Расчетное водоизмещение 1,5 т, мощность двигателей 37—74 кВт (50—100 л. с.).

Чертеж катера
Рис. 49 Теоретический чертеж крупной мотолодки (катера)
Таблица 6. Таблица плазовых ординат туристской мотолодки (катера)
№ шп.Полуширота от ДПРасстояние от ОЛ
БортВерхняя скулаСкулаОтгиб скулыВЛ1ВЛ2ВЛ3БортВерхняя скулаСкула и ее отгибI БII БКиль
1/2310901 010892781
15223513226811010879526946482
2794690335314842614291010857468552124
3946883588546268531702101082541229572430
4104199176370442278282010108033611834424
51073105286579854989696610107863191343180
610921080921848648953101210107742791052570
71091108894687072199110321010764249942210
81087108795187278598710811010760227862900
9107710779498708219811027952754213751910
10106910699488628399721020951750206691840
11106010608508508419701014950750202681750
Тр.105010508408408389611010949750200661670

Обводы могут применяться также для более крупных катеров (табл. 6).

Обводы судна длиной 9,0 м (рис. 50, табл. 7) предназначены для быстроходного мореходного катера, например патрульного.

Чертеж быстроходного катера
Рис. 50 Теоретический чертеж быстроходного катера

Расчетное водоизмещение — 5,2 т, мощность двигателей — 220—440 кВт (300—600 л. с.).

Обводы можно применить для катера или мотолодки меньших размерений.

Таблица 7. Таблица плазовых ординат быстроходного катера (см. рис. 50)
№ шп.Полуширота от ДП
БортВерхняя скулаСкулаОтгиб скулыВЛ1ВЛ2ВЛ3ВЛ4
0196
1/25483627064
145066831227886186
1 1/21094902516476154280404
212801124728650140312460600
31496136810149183365727581018
415801472117610804427289521206
5160015041264116650081610861302
6159415021305120253288011801346
7158814981318121855293213221368
8157214881322122257698213321374
91556147413241224608104813381380
Тр.1540146213241224640110613401380
№ шп.Полуширота от ДПРасстояние от ОЛ
ВЛ5ВЛ6ВЛ7БортВерхняя скулаСкула и отгиб скулыI БII БКиль
0154013041 304
1/244144316154212829421430862
1314422640154812688941142430
1 1/2560680926155412528488481118194
2776904113215621240802570114076
3109812201390156812147222867206
4127613861500156811826502005500
5136214501524156211565921704500
6139814761530155211285521584060
714161484124153611045121503720
8142014861416152010764721403480
9142014841502150010404361303200
Тр.142214801500148010224021223000
Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Январь, 14, 2021 134 0
Читайте также