Даже специалисты не дают на этот вопрос определенного ответа. Заметим: точную скорость при определенной мощности двигателя рассчитать невозможно! Более или менее точные математические методы применяют для того, чтобы на основании опыта и подобия выполнить сравнительный расчет. Только после такого сравнительного расчета начинают модельные испытания. Их тщательно проводят в опытовом бассейне. Существует, однако, большое различие между чисто произвольной оценкой и углубленным математическим сравнительным исследованием сопротивления движению. Располагая хорошими данными, в первую очередь многочисленными замерами, проведенными на ходовых испытаниях различных катеров, можно достаточно точно предсказать скорость катера. В сравнительном расчете учитываются такие факторы, как эффективность формы, влияние трения, пропульсивный коэффициент, водоизмещение, стройность обводов.
Каждая верфь, каждый конструктор должны иметь в своем распоряжении результаты ходовых испытаний. Основными условиями являются при этом достоверность замеров, полученных на ходовых испытаниях, и большая тщательность в оценке результатов. Таким образом, необходимо добиться того, чтобы отклонение предсказанной скорости составило не более 2—3% скорости, которая позже будет определена на ходовых испытаниях. Если базы, основанной на опыте, не имеется, то можно воспользоваться замерами сопротивления на моделях (они публиковались в достаточном количестве).
Конструкторы очень редко могут получить данные ходовых испытаний своих проектов, так как заводские ходовые испытания часто проводят с единственной целью — удовлетворить нового владельца и сдать новый катер. Водоизмещение и дифферент не проверяют, частоту вращения двигателя замеряют неточно, размеры гребного винта не записывают; нагрузка двигателя остается сомнительной. Поверхностно проведенное ходовое испытание не позволяет подвести действительных итогов.
Благодаря счастливой возможности в течение многих лет строить катера по проектам своей верфи и подвергать их гораздо более обширным ходовым испытаниям, чем это необходимо для удовлетворения потребностей заказчика, удалось получить полноценные данные. Желание проводить технические замеры и расширять опыты было так серьезно, что верфь иногда брала невыгодные заказы.
На рис. 1 представлена простая номограмма, по которой с достаточным приближением можно определить вероятную скорость катера для многих случаев.
Эта номограмма, подобно упрощенным методам вычисления скорости, не содержит поправок на действительный коэффициент полезного действия гребного винта. Даже обычные в судостроении формулы не позволяют различать, при каком коэффициенте полезного действия гребного винта (45 или 70%) располагаемая мощность двигателя превращается в движение катера.
Различия возникают также из-за выбранной формы катера; наконец, влияние волнообразования и размеров катера слишком сложно, чтобы его можно было отразить в простой номограмме.
Заимствованная у Марана и Шоу номограмма была опубликована в журнале «Радер» («Руль») в английской системе мер и переведена в настоящей книге в метрическую систему. Для составления номограммы авторы располагали результатами ходовых испытаний 207 различных катеров. Поэтому неудивительно, что, несмотря на неизбежное упрощение в подобных случаях, было установлено полное соответствие данных номограммы с действительностью. Разница между снятыми с номограммы и замеренными значениями часто едва превышала 2%. Это касается, правда, в основном легких и средних спортивных катеров.
Рис. 1. Номограмма для расчета скорости по Марану и Шоу в зависимости от длины катера, водоизмещения и мощности двигателя.
Пример: длина по КВЛ 13 м, номинальная мощность 220 л. е.: водоизмещение 8,5 м“; скорость 31 км/ч.
Для пользования номограммой необходимо знать три основные величины: мощность двигателя, длину катера по ватерлинии и общий вес (водоизмещение) во время хода. Номограмма используется следующим образом: на правой шкале находят мощность двигателя и соединяют соответствующую ей точку со значением дтпни катера по ватерлинии на левой шкале. Затем на нижней шкале находят вертикальную линию, соответствующую водоизмещению, и получают точку пересечения этой линии с вышеупомянутой соединительной линией. По веерообразным линиям можно прямо снять ожидаемое значение скорости. Скорость 14-метрового катера, у которого длина по ватерлинии 13 м, водоизмещение 8,5 м8 и мощность двигателя 220 л. е., равна 31 км/ч. Полученную скорость следует считать наибольшей для указанных значений мощности двигателя и водоизмещения при плавании на тихой воде в безветренную погоду. Далее, наибольшая скорость не должна рассматриваться как скорость на длительном режиме работы.
Рис. 2. 17-метровая яхта верфи «Фергенз» с двумя дизелями GM по 2-33 л. с.
Скорость 40 км/ч.
Чтобы добиться определенной скорости, необходимо учитывать ряд положений:
1) скорость действительно важна лишь на гонках и для служебных судов;
2) скорость стоит дорого как при постройке судна (мощность двигателя), так и во время эксплуатации (топливо и техническое обслуживание); ,
3) для продолжительного движения с требуемой скоростью нужно располагать соответствующим запасом мощности;
4) высокая скорость обладает сильной психологической привлекательностью, которую следует ценить.
На рис. 2 и 3 показаны образцы двух относительно быстроходных и экономичных моторных яхт.
В рекламной литературе часто приводятся оптимистические пли нереальные цифры. Из-за этого солидные верфи ставятся в невыгодное положение (дилетантам часто кажется, будто их суда тихоходнее). В результате образовался один из видов самозащиты, заключающийся в том, что скорости, указанные в проспектах, характеризуются как ни к чему не обязывающие или приблизительные, примерно следующим образом: «Все скорости замерены либо на ходовых испытаниях, либо определены на основании технических расчетов. Ходовые испытания проводятся на точной мерной миле с водителем на борту и оцениваются по среднему значению двух пробегов по течению и ветру и против них при полной мощности двигателя».
Рис. 3. Моторная яхта «Дуфрене», построенная верфью «Макс Картер» (Окленд) по чертежам Лауренса Джилса. Длина 19,8 м, ширина 5 м.
Читая между строк, легко понять, что скорость не гарантируется.
Другой способ предварительного определения скорости представлен номограммой на рис. 4. По ней находят удельную мощность двигателя на единицу водоизмещения (м3) для коэффициентов скорости R от 3 до 25. Необходимо обратить внимание на значительный разброс кривых для «очень удачных» и «неудачных» катеров. Такой разброс соответствует действительности.
Приведем пример пользования номограммой: туристский катер, изображенный на номограмме рис. 1, при длине по ватерлинии, равной 13 м, развивает скорость 31 км/ч, т. е. коэффициент скорости R = 8,6. Этому коэффициенту скорости на номограмме рис. 4 согласно кривой для нормальных (средних) катеров соответствует отношение мощности двигателя к водоизмещению, равное 22. При водоизмещении 8,5 м3 находим мощность двигателя — 187 л. с. Это не номинальная мощность двигателя, как по Марану и Шоу, а действительная, подводимая к гребному винту. Чтобы перейти от мощности 187 л. с. на валу к мощности по каталогу, необходимо к полученному значению мощности прибавить по крайней мере 15%, а лучше 20%. При этом номинальная мощность окажется равной 215—224 л. е., что соответствует ранее заданной мощности.
Следует правильно истолковывать выражения «неудачный» или «очень удачный» катер. В данном случае речь идет не о более или менее удачной форме подводной части катера. Здесь, как почти всегда при проектировании катеров, на дальнейшие этапы проекта влияют многочисленные факторы, среди которых выбор обводов имеет лишь частное значение. Существенное влияние оказывает размер катера: очень маленькие катера почти всегда будут малоудачными, а очень большие — удачными. Это обусловлено хотя бы влиянием сопротивления трения. Большое значение имеет коэффициент полезного действия гребного винта. У обычных катеров он должен составлять 60—65%. На практике встречается стольвысокий коэффициент полезного действия, как 75%, и столь малый, как 40% и менее. Учитываются также отношение длины к ширине и различие между тяжелым и легким катерами.
Рис. 4. Номограмма упрощенного способа расчета скорости по отношению мощности двигателя к водоизмещению и в зависимости от r — v/Vl.
1 — неудачные-катера; 2 — нормальные катера; 3 — очень удачные катера.
В следующем примере рассматривается катер с наибольшей длиной 10 м, длиной по ватерлинии 9 м и с тремя различными номинальными значениями мощности двигателя — 120, 240 и 360 л. с. За вычетом всех потерь мощность на валу равна соответственно 100, 200 и 300 л. е., причем водоизмещение катера в первом случае будет 4,3 м3, во втором — 4,5 м3 и в третьем — 4,8 м3.
Полученные значения скорости показывают, что оба метода расчета приводят примерно к одинаковым результатам.
Моторные катера и яхты разных размерений часто проектируют и строят с преувеличенно высокими требованиями к скорости. Технические возможности действительно соблазнительны. Постройка корпусов из легких металлов, слоистых пластиков или клееной древесины позволяет сделать корпус катера очень легким и прочным. Технически возможно установить двигатели большой мощности с малым весом и придать’катеру обводы, благоприятные для высокой скорости.
Рис. 5. Малый быстроходный туристский катер с подвесным мотором. Повышенный расход горючего подвесными моторами компенсируется малым весом установки.
Мы не против высокой скорости, но катер должен быть пропорциональным, ни в коем случае не перегруженным, иметь помещения для пассажиров и всего оборудования, а также эффективную изоляцию от шума двигателя.