Как сделать обводы катера соответствующими волнообразованию, если для каждой скорости характерна другая длина волн. Не выдвигается ли здесь неразрешимое требование?

Это важное требование выполнимо на практике. Тихоходные суда идут обычно более чем на одной длине волны.

Рис. 1. Типичный гамбургский портовый моторный баркас на волне. При скорости 14 км/ч и R= 4,2 длина волны лишь немного меньше длины баркаса по ватерлинии. Вторая вершина волны выгодно расположена над гребным винтом.
1 — длина волны; 2 — длина судна по ГВЛ.

При выборе обводов быстроходных катеров должна учитываться высокая скорость, в большинстве случаев — наибольшая; волнообразованию, соответствующему этой скорости, должны отвечать обводы катера. Большие суда, в том числе и моторные яхты, проектируют и строят для одной скорости, рассчитанной на длительное плавание.

При заказах всегда возникает дилемма: быстроходные суда плавают с невысокой скоростью. Форма таких судов действительно неблагоприятная, но не это главное, а то, что быстроходные суда обладают избытком мощности.

Малые моторные суда прибрежного плавания обычно проектируют для обычной рейсовой скорости. Задача выбора для нее оптимальных обводов решается совместно конструкторскими бюро и судостроительными исследовательскими организациями. Оказалось выгодным располагать гребной винт под вершиной волны. Иногда приспосабливают длину судна к скорости таким образом, чтобы вершина волны сама образовывалась в районе гребного винта, или применяют особые обводы носовой части, как, например, бульбовидный нос или обводы Майера для изменения положения носовой волны. Подобные приемы в крупном судостроении стали правилом, причем бульбовидный нос теперь применяют даже на больших моторных яхтах. Благоприятный эффект от бульбовидного носа и в целом от выбора особых обводов используется для создания судов с определенными рейсовыми скоростями. Приспособление обводов туристских судов и быстроходных катеров к волнообразованию также не только возможно, но и имеет большое значение! Нередко оно облегчается тем, что катера на ходу образуют значительно большую длину волны, чем длина катера по ватерлинии. Все катера, кроме особенно тихоходных или необычайно длинных, идут менее чем на одной длине волны.

Рис. 2. Современный большой портовый буксир на ходу (без буксируемого объекта). Благодаря большой мощности он идет с высокой относительной скоростью (R — 5). Носовая волна из-за очень полных образований носовой части устремляется вперед.
1 — длина судна по ГВЛ; 2 — длина волны.

В каждом случае имеет значение точно установленная скорость, чаще всего она является наибольшей. Однако иногда обводы проектируют не для наибольшей скорости, а для экономичного длительного плавания. У туристских катеров такие обводы встречаются редко, у рабочих катеров тех же размеров — чаще.

Каким образом выбирают обводы катера, соответствующие волнообразованию, показано на рис. 3 и 4. Здесь изображен быстроходный моторный катер, обводы которого точно вписаны в образовавшуюся собственную волну. Рассчитана длина волны, относящаяся к наивысшей, или важнейшей, скорости катера. В данном случае эта длина почти в два раза превысила длину моторного катера. Графически длина волны и обводы катера согласованы между собой так, что предполагаемая острая корма заканчивается у второй вершины волны. Благодаря этому достигается благоприятное естественное обтекание струй воды.

Рис. 21. Обводы катера, приспособленные к волнообразованию на ходу. Рассчитывают длину волны, образованной катером при наибольшей, или важнейшей, скорости, и проектируют обводы катера по профилю волны таким образом, чтобы острая корма оканчивалась на второй вершине волны. Форма катера «обрезается» затем до заданной длины, благодаря чему образуется широкий транец, необходимый для получения повышенной скорости.
1 — длина волны; 2 — исключенное трение; 3 — действительная длина катера, транцевая корма; 4 — «теоретическая» длина, острая корма.

Конечно, удлинять таким образом катер нежелательно. Но если у катера «отрезать» заранее установленную часть длины, то сами собой образуются правильные обводы с плоским широким транцем. Внимательно рассмотрев рис. 3, можно прийти к ряду важных выводов:
1. Транец — не уступка моде или удобству размещения оборудования. Он появился вследствие установления соответствия обводов скорости и длине волны.
2. В результате «отрезания» получаются «сами собой» как ширина транца, так и плоская часть днища в кормовой части судна.
3. Более или менее умеренный продольный изгиб киля (или линии шпунта) возникает естественным образом, когда подводная часть судна гармонично вписывается в углубление, образованное системой волн.
4. Если бы для длины волны, соответствующей скорости, корпус катера сделали удлиненным, то корму по ватерлинии пришлось бы сужать тем больше, чем больше она приближается ко второй вершине волны.
5 Благодаря тому, что кормовая часть катера «отрезана», значительно уменьшены силы трения. Это — «бесплатное приложение» к принципу проектирования, при котором образование обводов согласуется с системой волн.

Рис. 4. Туристский катер «Таракута». Соотношение его длины, скорости и волнообразования соответствует показанным на рис. 3.

Относящаяся к каждой скорости длина волны может быть рассчитана простым способом: длина волны равна 0,64иа (v в м/с). Значения ее приведены ниже.

Только тихоходные катера могут ходить на более чем одной длине волны. Применение таблицы часто приводит к неожиданному результату, а именно: можно определить длину волны у идущего катера или по фотографии и с достаточной точностью сделать вывод о действительной скорости. Как много рекламных фотографий и фантастических подписей под рисунками нетрудно разоблачить благодаря этому! Например, под фотографией 12-метрового моторного катера написано: сфотографирован при скорости 28 км/ч, а по изображению видно, что образовавшаяся волна на 50% длиннее катера. По таблице в этом случае получается, что длине волны до 18 м соответствует скорость менее 20 км/ч. Следовательно, данные подри-суночного текста совершенно не соответствуют действительности!

Катер с заостренной кормой и, несмотря на это, хорошо несущей кормовой частью днища изображен на рис. 6, где видно, как днище становится все более плоским к корме, что создает необходимую для высокой скорости опорную несущую поверхность. Вид сверху показывает: оконечность кормы достаточно тупая, и поэтому несущая ширина оказывается большой. В известной степени получается «чистый транец», скрытый заостренной обшивкой бортов в корме. Разумеется, на применении плоской формы днища благоприятно сказывается небольшой вес катера —следствие хорошо продуманной легкой конструкции корпуса.

Точное название формы кормы «Бартендера» и других подобных катеров до сих пор не установлено, но как в скандинавских водах, так и в дельте Ла-Платы применяют многочисленные варианты катеров, у которых заостренная корма скомбинирована с плоской частью днища.

Рис. 5. По этой диаграмме для каждого коэффициента скорости R можно установить длину волны в долях длины катера по ватерлинии. Например, при R = 3 возникает волна, равная 0,44 длины катера; причем, если R — = 6,4, длина волны вдвое превышает длину судна. Показана точка наибольшего волнового сопротивления при R = 5,25.
1 — отношение длины волны к длине катера.

То что совсем недавно на крупных верфях очень мало знали зависимости длины волны, скорости и формы кормы, показывает следующий пример: две катеростроительные верфи получили два одинаковых заказа на постройку стальных катеров длиной 20 м для службы по охране рыбной ловли и таможенного контроля, причем заказчик представил ни к чему не обязывающий аванпроект катера с заостренной кормой типа каноэ. Были

Рис. 6. Малый быстроходный моторный катер «Бартендер» с заостренной кормой, спроектированный Дж. Кокинзом (США). Выполненная здесь заостренная корма имеет ниже ватерлинии достаточно большую площадь плоского днища. Благодаря облегченной конструкции достигается скорость 50 км/ч. Длина наибольшая 6,9 м, длина по ватерлинии 5,7 м, ширина 2,5 м.

заданы: скорость 24 км/ч и главный дизель мощностью 500 л. с. Обе верфи тщательно разработали собственные проекты. Однако при сдаточных ходовых испытаниях лишь один катер достиг заданной скорости. Второй же не развил даже 22 км/ч, хотя оба катера имели одинаковые размеры, были построены из материала одинаковой толщины и оборудованы одинаковыми двигателями.

Недостаточная скорость — следствие неправильно выбранной формы кормы, именно той, которую выбрал заказчик в аванпроекте. Хотя у обоих катеров была заостренная корма, что соответствовало заданию, но лишь один катер — более быстроходный — имел плоское днище у кормы, в надводной части внешне похожей на крейсерскую. Другой же обладал очень красивой, поднимающемся кверху вельботной кормой, которая при наибольшей достигнутой скорости 21,8 км/ч глубоко погружалась в подошву волны, и катер получал сильный дифферент на корму. Все надежды Достигнуть гарантированной скорости при помощи небольших изменений, улучшения гребного винта и прочих мер были заранее обречены на провал. Только в результате применения другой формы кормы можно было получить заданную скорость. Поскольку это потребовало бы изменения валопровода и монтажа двигателя, т. е. оказалось бы более убыточным, чем согласованная договорная неустойка, изменения не были внесены. Позднее в практической эксплуатации катер отлично себя зарекомендовал.

При постройке первого катера с крейсерской кормой были хорошо отработаны два момента: благодаря плоскому днищу обеспечена достаточная опорная поверхность в корме; кроме того, была увеличена длина по ватерлинии, поэтому катер стал лучше располагаться в своей волне.

Знания о правильном соотношении формы судна, длины волны и скорости между тем значительно расширились. Это было обусловлено скорее накоплением опытных данных, нежели исследованием физических процессов. Поведение всех форм катеров при всех скоростях могло быть изучено только в случае использования коэффициента скорости R. Долгое время это положение не получало общего признания, что объясняется глубокой специализацией катеростроения. Тот, кто постоянно занимается одним типом катеров, будь то спортивные катера, тяжелые рыболовные боты, большие быстроходные морские или обычные туристские катера, легко удерживается от необходимости составлять и обобщать выводы, методы и т. д.

Обычно при проектировании катеров вносят изменения до тех пор, пока объем подводной части катера не будет точно соответствовать рассчитанному водоизмещению, причем продольное положение центра величины вытесненной судном воды должно соответствовать продольному положению центра тяжести. При таком методе форма в основном проверяется расчетами статики. Этот метод хотя и общепринят, справедлив лишь до тех пор, пока силы динамического поддержания не изменят дифферента катера на ходу; статическое отыскание обводов правильно лишь до коэффициента скорости R — 8. При большей быстроходности соответствие водоизмещения и положения центра тяжести не является решающим. Тогда рекомендуется применять метод, при котором создается предварительный эскиз обводов с учетом ожидаемых гидродинамических сил. Когда форма в целом определена, рассчитывается и наносится ватерлиния. Для действительно быстроходных катеров она необходима лишь с целью правильного нанесения границы окраски надводной и подводной частей борта. Однако иногда приходится изменять обводы или перемещать вес, чтобы катер на малом ходу не получил неблагоприятного дифферента, особенно на нос. Этот способ разработки катера применим переходного режима.