Достижение на катере большой скорости — одна из наиболее часто ставящихся задач. Иногда хотят заменить старый двигатель новым, более сильным или же желают повысить скорость, чтобы быстрее попасть в отдаленные районы.
В литературе нередко приводят следующие данные: у катеров с водоизмещающим режимом движения требуемая мощность возрастает пропорционально третьей степени скорости; при переходном режиме — лишь в степени 2,2, а у глиссеров — пропорционально квадрату скорости. Это не соответствует действительности! На самые тихоходные и быстроходные катера всегда распространяется следующий закон: сопротивление в жидкой или газообразной среде возрастает пропорционально квадрату скорости, и поэтому мощность двигателя увеличивается пропорционально третьей степени скорости.
Однако волны, которые образуются на свободной поверхности воды от идущего катера, несколько усложняют этот простой закон. Он не теряет своей силы, но имеет отступления: «большой пик сопротивления» при R = 5,25 присущ всем катерам, которые плавают в его пределах; его влияние заметно, если R = 4-н8. Кроме того, «малый пик сопротивления» наблюдается при R = 3,4, однако на такой малрй скорости он едва заметен.
Предлагаемая диаграмма полностью зависит от большого пика сопротивления, но на ней виден также и упомянутый малый пик. Поведение катеров с закругленной формой кормы показано круто поднимающейся вверх пунктирной линией. При ^ = 4,5 положение кормы, форма которой закруглена, становится критическим, потому что узкая ненесущая корма погружается в подошву волны и сопротивление значительно возрастает даже при небольшом увеличении скорости.
Нанесенная кривая показывает характер изменения сопротивления. Ее можно назвать кривой относительного сопротивления. ина представляет коэффициент мощности Ср, характеризующий изменение сопротивления движущегося катера от самой малой до самой большой скорости. Если бы сопротивление судна увеличивалось точно в квадрате скорости, а мощность возрастала в третьей степени скорости, то вместо кривой получилась бы горизонталь-чая прямая линия. В действительности же в районе умеренных скоростей, слева, появляется крутой подъем, показывающий значительно большее увеличение мощности, чем «по закону третьей степени». Правее пика сопротивления прирост мощности становится меньше и лишь при очень большой скорости он почти точно соответствует начальному закону 28. С этой кривой следует сверять расчет необходимой мощности для увеличения скорости.
Рис. 1. Основная диаграмма для расчета необходимой мощности двигателя от малого хода до наибольшей скорости. От нуля до вершины большого пика сопротивления мощность увеличивается значительно больше, чем в третьей степени скорости. При переходе через этот пик каждый катер попадает снова в более благоприятную зону. В верхней части диаграммы изображены четыре режима движения (1—4) в зависимости от
1 — Дрейф; 2 — плавание; 3 — переходный режим (частичное глиссирование); 4 — глиссирование; 5 — кривая для округлой кормы; 6 — кривая для удачных катеров; 7 — малый пик сопротивления; 8 — большой пик сопротивления.
Если большой туристский тихоходный катер, коэффициент скорости которого R — З-4, идет с экономической скоростью при небольшой мощности двигателя, то увеличивать скорость до R — 5 нецелесообразно. В противном случае катер окажется в режиме сильного волнообразования и будет иметь невыгодную скорость у большого пика сопротивления. Поскольку кривая на этом участке поднимается круто, потребуется большое увеличение мощности.
Абсолютная величина и соотношение размерений катера также имеют значение. Малые катера, даже с хорошими обводами, из-за повышенного трения всегда будут менее удачными, чем большие катера. При одинаковой скорости один квадратный метр смоченной поверхности создает тем меньшее трение, чем длиннее катер. Поэтому длинные катера всегда более ходки, чем короткие, независимо от качества их обводов. Влияние длины катера не очень велико; его можно оценить следующим образом: если катера длиной 10 и 20 м идут с одинаковой скоростью, то каждый квадратный метр смоченной поверхности большого катера испытывает в среднем на 10% меньшую силу трения, чем на меньшем катере. В пересчете на общее сопротивление в этом примере сопротивление большого катера примерно на 5% меньше.
К сожалению, оказывает влияние еще один трудно учитываемый фактор — численно неопределимая величина, зависящая от качества обводов и соотношения длины, ширины и водоизмещения катера. Качество обводов определяется модельными испытаниями, и установить его другим путем невозможно. Ниже предлагается корректировка (в процентах) значения Ср различных катеров для приблизительного учета качества их обводов 29:
Очень неудачные малые …………….+60
Умеренно неудачные………………+30
Довольно широкие……………….+20
Обычные средние………………..+0
Катера с достаточно хорошими обводами ……..—10
Легкие большие с улучшенными обводами……..—20
Чтобы получить эффективную мощность двигателя на выходном фланце, необходимо корректировать мощность pSa, полученную расчетом. Очень большие установки имеют механический коэффициент полезного действия 95%. У обычных установок средней мощности (100 л. с. или более) лучше учитывать от 8 до 10% потерь, а у малых установок — от 15 до 20% (при мощности от 5 до 10 л. с). Этот упрощенный расчет, естественно, не имеет твердой основы, потому что коэффициент полезного действия гребного винта и качество обводов катера можно оценить лишь приближенно. Кривая Ср, однако, получена с учетом реально существующих факторов последовательной обработкой результатов ходовых испытаний.
Приведенная на рис. 1 диаграмма показывает средние значения, так как она основана не на одной кривой, а на множестве кривых, отражающих различные размерения катеров и их соотношения.
Если удастся связать расчет с разумной оценкой качества обводов катера, то при помощи этого упрощенного метода будут достигнуты вполне удовлетворительные результаты.