Четыре вида движения по воде


Категория Спортивные катера

Ожидаемое волнообразование имеет решающее значение как для выбора обводов, так и для поведения катеров на ходу. Чтобы создать упорядоченную систему различных форм катеров, которая позволит исследовать их обводы и поведение, необходимо разграничить виды их движения.

При каком режиме движения происходит переход от водоизмещающего плавания к глиссированию?
Когда в действительности глиссирует катер? При какой скорости необходимо считаться с очень сильным волнообразованием?
Когда выгодно применять острые кормовые обводы?
Как угадать ходовой дифферент или часто наблюдаемое значительное изменение дифферента?

Все упомянутые вопросы остается привести к зависимости от единой характеристики — коэффициента скорости На рис. 7 указаны коэффициенты скорости R, равные 2,5 и 10. Можно ли предвидеть, как должно вести себя судно при таких значениях коэффициента скорости? Очевидно, большая моторная яхта с R = 2,5 движется спокойно и без изменения дифферента. Малый же спортивный катер с R — 10 идет так, что ему, несомненно, полезно частичное глиссирование. Поэтому некоторые виды движения исследуются применительно к относящимся к ним коэффициентам скорости.

Дрейфование. Прошло немного времени с тех пор, как баржи, груженные углем или рудой, дрейфовали вниз по течению рек. Удивительно, что, не имея никакого моторного привода, они двигались не только со скоростью течения, но даже несколько быстрее. Однако и небольшого превышения скорости было достаточно, чтобы баржа слушалась руля. Отталкиваясь шестами от дна реки, экипажи помогали продвигать груженые и пустые баржи вперед. Эта была трудная и утомительная работа. Однако баржам удавалось приходить с грузом к месту назначения.

Такое медленное продвижение называют дрейфованием.

Ему присущи три основные особенности:
1. Практически не возникает волнообразования и, следовательно, волнового сопротивления.
2. Сопротивление движению заключается почти исключительно в трении воды о корпус судна.
3. Обводы корпуса судна не имеют существенного значения — прямоугольная баржа дрейфует почти так же хорошо, как и судно с округлыми обводами (несмотря на повышенное трение).

Наивысший предел дрейфования наступает при коэффициенте скорости R — 1. Баржа длиной 36 м может, таким образом, дрейфовать со скоростью до 1 -1/36 = 6 км/ч, не вызывая волнового сопротивления. В этом случае не предъявляют каких-либо требований и к обводам судна. Моторный катер длиной 9 м (К 9 = 3) под влиянием умеренного ветра будет дрейфовать со скоростью 3 км/ч.

Водоизмещающий режим плавания. Этот режим плавания начинается при R — 1 и достигает R = 8, хотя нельзя строго ограничивать это значение, так как появление динамической выталкивающей силы замедляется при острых, глубоких обводах и ускоряется при малокилеватых обводах. Число 8 — среднее значение, выше которого примерно половина катеров может начать частично глиссировать. Неудачно сконструированные катера достигают этого лишь при R = 9-J-12.

В режиме плавания R = 1 -4-8 происходит множество процессов, которые в значительной степени влияют на форму и поведение катера. Это как раз те пределы значений R, которые вызывают наибольшие споры относительно выбора типа обводов. Необходимо постепенно переходить к другой форме корпуса, чтобы избежать ненужного волнообразования и обходиться выбранной мощностью двигателя. Именно здесь действительно наибольшее изобилие обводов — от узкой, вытянутой, заостренной байдарочной до широкой транцевой кормы. Если обводы катера не соответствуют условиям движения, то наблюдается как излишне сильное волнообразование, так и значительное увеличение дифферента.

Рис. 1. Волнообразование отсутствует. Судно при движении преодолевает лишь сопротивление трения.

Рис. 2. Большие суда, а также многие моторные катера плавают в водоизмещающем режиме с возрастающим волнообразованием, но без динамической подъемной силы.

Рис. 3. Волнообразование и дифферент 10-метрового туристского катера «Диана». При R = 4 заметен небольшой дифферент на нос. Значительный подъем всего катера при R = 10 указывает на начало появления динамической подъемной силы.

Зависимость между длиной волны, сопротивлением формы и дифферентом в наибольшей степени проявляется в водоизмещаю-тем режиме плавания. Недостаточное внимание к этому часто приводило к неправильным конструкциям.

R — 4. Судно идет на 1/2 длины волны. Вторая вершина волны находится у кормы и приподнимает ее. Благодаря этому на ходу возникает определенный дифферент на нос — явление, часто наблюдаемое у больших моторных яхт

R = 4,5. До этого значения коэффициента скорости можно смело использовать закругленную или заостренную форму кормы. Суда с широким транцем и очень плоским у кормовой оконечности днищем имеют дифферент на нос.

R = 4,9. Это верхний предел скорости, достигаемой судами с закругленными кормовыми обводами. Возникает большая попутная поперечная волна, и вся корма погружается в первую подошву волны. Ход в высшей степени неэкономичный, требующий неоправданно высокой мощности.

R = 5,25. Любой катер находится в точке наибольшего относительного сопротивления. Даже при благоприятных обводах корпуса судна образуется сильная попутная поперечная волна, «и одно судно с округлой кормой не сможет достигнуть этой

R = 6. Вторая вершина волны находится теперь довольно далеко за кормой. Необходим умеренно широкий транец, так как следует позаботиться об определенной опоре для кормы катера. У легких катеров поток отрывается уже у кормы, тогда как у тяжелых он еще до R — 6,5 быстро возрастает за кормой и гонится за судном в виде разбитого гребня волны.

R = 8. Поток хорошо и ровно обрывается у кормы. Обычные катера имеют благоприятный дифферент при умеренном волнообразовании. Короткие широкие катера, у которых перегружена корма, еще значительно изменяют дифферент и высоко поднимают нос из воды. У легких катеров с хорошими обводами уже можно заметить признаки динамической выталкивающей силы 8.

Пик сопротивления, возникающий при относительном коэффициенте скорости, равном 5,25, — естественный и неизбежный. Его можно наблюдать при испытаниях моделей и у идущего судна (бросается в глаза особенно сильное волнообразование). К сожалению, этот период хода нельзя исключить из практической эксплуатации катера; у туристских катеров среднего размера он часто наступает при нормальном ходе. К несчастью, этот пик расположен именно в переходной от тихоходных к быстроходным катерам области. Катер длиной 9 м попадает на него при скорости 1/9-5,25 = 15,75 км/ч; 16-метровый туристский катер достигает его при v — 1/16-5,25 = 21 км/ч. Большой пик сопротивления находится в области, где значения скорости часто повторяются.

Переходный режим. Если превысить относительную скорость R — 8, то возникают динамические силы, которые поднимают катер из воды тем выше, чем больше превышена нижняя граница начала глиссирования.

До 1920 г. часто использовали так называемые тетраэдрные обводы, или форму двойного клина. Носовая часть катера начиналась с глубоко расположенного форштевня и острой ватерлинии, а оканчивался катер очень широкой и совершенно плоской транцевой кормой. Эта форма катера, иногда используемая и в настоящее время, обладает тем преимуществом, что в пределах от средней до повышенной скорости почти совсем не изменяется дифферент. Благодаря очень острым обводам носовой части судна лишь при особенно высокой скорости начинает возникать динамическая выталкивающая сила (приблизительно при R = 12). Такие обводы нельзя полностью отвергать; они хорошо оправдали себя, например, на катерах для обучения спортивной гребле (тренеры не могут успешно работать на коротких, сильно меняющих дифферент катерах).

В переходном режиме (в полуглиссировании) катера с хорошими обводами образуют умеренно длинную кормовую волну и отличаются нормальным дифферентом.

Тихоходные катера необязательно должны строиться с округлой формой шпангоутов, а быстроходные — с V-образной. Однако нет сомнения, что V-образные обводы, хотя и благоприятствуют глиссированию, при низких скоростях создают большее сопротивление, чем округлые. Поэтому необходимо знать, в каких пределах относительных скоростей лучше всего происходит переход. Пока не превышен коэффициент скорости R = 10, округлая форма шпангоутов имеет некоторое преимущество. Если же

это значение превышено, то постепенно становятся очевидными преимущества остроску-лых шпангоутов. Хотя круглоскулые катера до значения R — 15 или R — 16 могут еще соперничать с остроску-лыми, все же легкие остроскулые катера при R > 10 и тяжелые при R > 12 или R > 14 имеют преимущество из-за уменьшенного сопротивления 9.

Полное (чистое) глиссирование. В случае дальнейшего повышения относительной скорости часть статического водоизмещения становится все меньше, пока наконец вес катера не будет поддерживаться динамически. Наступает режим полного глиссирования, начинающийся при соответствующих обводах и при коэффициенте скорости R — 20.

Рис. 4. В состоянии полного глиссирования волны не образуются. Вес катера поддерживается динамической подъемной силой.

На малом моторном катере начало глиссирования тотчас ощущается. Катер с этого момента реагирует на малейшее образование ряби на водной поверхности заметным вздрагиванием. Одновременно ухудшается устойчивость на курсе и наблюдается тенденция к дрейфу, если этому не препятствует плавник, устанавливаемый под днищем катера. Водитель может точно определить, с какого момента катер больше не плывет по воде, а скользит по ее поверхности.

При каждом соприкосновении с водой глиссирующий катер хотя бы немного углубляется. Строго говоря, даже при наивысшей скорости глиссирования имеется остаточная часть статического водоизмещения, но это уже не влияет на определение оптимальной формы скользящего днища.

Рис. 5. При возрастающей относительной скорости возникает частичное глиссирование — переходный режим. Волнообразование становится меньше, динамическая подъемная сила стремится приподнять катер из воды.

Существуют гоночные катера (глиссеры), которые ходят в режиме чистого глиссирования. Здесь необходимо упомянуть о мировом рекордсмене — скутере с подвесным мотором. На большом ходу воздушная динамическая сила поддержания (а не Давление воды) настолько выгодно использовалась скутером, что он стремительно несся над водной поверхностью, не соприкасаясь непосредственно с водой. Контакт с водой имел гребной винт и небольшая часть подвесного мотора. В книге о туристских и быстроходных спортивных катерах такой вид движения следует характеризовать не как чистое глиссирование, а как полет при помощи судового движителя 10.

Рис. 6. Четыре режима движения:
а — дрейфование (волнообразования кет, есть только сопротивление трения); б — режим плавания (возрастающее волнообразование, динамических подъемных сил нет); в — переходный режим (убывающее волнообразование, частичный динамический подъем); г — полное глиссирование (волнообразования нет, полное динамическое поддержание).

В литературе нередко приводятся значения относительной скорости, выраженные в английской системе мер, т. е. скорость в узлах и длина по ватерлинии в футах. Ниже указывается переводной коэффициент для получения метрического значения R, используемого в этой книге. Переводной коэффициент приведен также и для числа Фруда — безразмерного коэффициента скорости. Наконец, переводной коэффициент предусмотрен и для тех случаев, когда относительная скорость выражена в узлах и метрах.


Читать далее:

Категория Спортивные катера