Существует большая разница между способностью судна удерживаться на курсе и его маневренными качествами.
Следует подчеркнуть, что высокие управляемость и маневренность определяются не размером и формой пера руля или углом его отклонения, а формой профиля подводной части; это показано на рис. 1 и 2. При этом форма профиля влияет на устойчивость
и маневренность по-разному. Так, наилучшая с точки зрения устойчивости форма дает наихудшие маневренные качества и наоборот. На втором месте — влияние расположения пера руля и гребного винта: оно тоже может обеспечивать либо устойчивость на курсе, либо маневренность.
Корпус моторной яхты имеет отличительный признак: далеко вытянутый в корму глубокий киль (дейдвуд) с непосредственно прикрепленными к нему пером руля и гребными винтами по бортам. Указанное расположение применяется иногда
Рис. 1. Профили подводной части. Профиль киля на схеме а обеспечивает отличную устойчивость на курсе, но маневренные качества при этом абсолютно непригодны, даже при двухвинтовом приводе. Если вырезать в кормовой части дейдвуд по схеме б, то маневренность улучшается без ухудшения устойчивости на курсе.
Рис. 2. Профиль подводной части, сочетающий достаточную устойчивость на курсе с превосходными маневренными качествами (а). Типичный быстроходный катер с V-образными обводами (б) при малейшей невнимательности у руля отклоняется от курса и обладает невысокими маневренными качествами.
и в настоящее время на мореходных моторных яхтах, хотя и редко в таком «классическом» виде. Разумеется, подобный киль наилучшим образом обеспечивает устойчивость на курсе. Даже на волнении требуется лишь незначительная перекладка руля для того, чтобы выдержать прямой курс. Но при перекладке пера руля возникает лишь ограниченная поперечная сила, так как перо не расположено в струе гребного винта. Эта небольшая поперечная сила работает против большой кормовой площади дейдвуда, благодаря чему весь корпус судна сопротивляется боковому отклонению кормы. Следовательно, при расположении, изображенном на рис. 1, а, высокая устойчивость на курсе связана с почти катастрофически низкой маневренностью.
Боковое сопротивление перемещению можно приблизительно оценить следующим образом: при глубоком вертикальном дейдвуде оно равно 100%, при вертикальных сторонах скул у катеров с V-образной формой шпангоутов — 50%. Боковое сопротивление перемещению у корпуса катера с округлыми шпангоутами и без дейдвуда равно 25%.
Чтобы оценить количественно сопротивления повороту, примем следующее: точка вращения судна, т. е. вертикальная ось, вокруг которой оно вращается при маневрировании, находится от кормы на расстоянии, составляющем почти 60% длины по ватерлинии. Если носовая часть катера выполнена особенно острой и глубоко уходящей в воду, с плоской кормой без дейдвуда, то точка вращения смещается от кормы на расстояние, равное 70—75% длины по ватерлинии. Часть площади сопротивления, находящаяся вблизи точки вращения, незначительно влияет на маневренные качества. Но если такая вертикальная плоскость, например изображенная на профиле (см. рис. 216, а), удалена далеко в корму от точки вращения, то она оказывает значительное сопротивление при повороте, так как действует на большом плече. Таким образом можно сравнить устойчивость на курсе и маневренные качества различных катеров. В данном случае профиль, изображенный на рис. 216, а, показал бы наибольшее сопротивление повороту.
В конструкции, показанной на рис. 1, б, были сохранены такие же длина киля и его высота, как у профиля, изображенного на рис. 216, а, а также аналогичные размер пера руля и расположение гребных винтов. Перед рулем из дейдвуда была вырезана значительная часть, благодаря чему уменьшилось сопротивление боковому перемещению. Устойчивость на курсе едва ли изменилась, в то время как маневренные качества заметно улучшились. Несмотря на это в большинстве случаев они считаются еще недостаточными, так как обе струи от гребных винтов не попадают на перо руля. Для продолжительных непрерывных плаваний такое расположение было бы приемлемым, однако не для условий плавания большинства катеров.
На рис. 2, а показаны оптимальные формы профиля, а также расположение руля и гребного винта с целью достижения отличных маневренных качеств без заметного ухудшения устойчивости на курсе. Начинающийся у форштевня киль проходит почти до половины длины по ватерлинии. Он образует постоянную поверхность, взаимодействующую с потоком воды, которая способствует устойчивости на курсе *. Далеко перед рулем и гребным винтом дейдвуд сильно срезан. Даже если катер с профилем, изображенным на рис. 217, а, будет иметь один винт, то он достигнет с ним значительно лучшей маневренности, чем двухвинтовые кагера с профилями, изображенными на рис. 216, а и б. Если же катер рис. 218. Регулируемые транцевые плиты гоночного катера для гонок на ускорение. Изменение угла атаки на ходу у этой конструкции невозможно, но при ходовых испытаниях : можно установить наиболее подходящий для гонок угол.
Рис. 3. Регулируемые транцевые плиты фирмы «Триматик Беннетт Марин Инк», Детройт (США). Этот тип транцевых плит часто применяют на гоночных катерах, а также на открытых спортивных и туристских катерах. Угол атаки изменяется при помощи небольших электродвигателей, переключатели которых: находятся в посту управления. Можно также использовать автоматический переключатель, работающий от дифферента или крена катера.
Профиль подводной части часто применяют для быстроходных катеров с V-образными обводами (от самых маленьких открытых катеров до яхт значительных размеров). Вследствие этого получаются неопределенные управляемость и маневренность. Хотя расположение руля и гребного винта обеспечивают хорошую управляемость, однако малая площадь погруженной части не дает четкой точки поворота. «Носовая часть судна не знает, чего хочет кормовая часть». На полном ходу такие катера обычно, но не всегда, имеют достаточную устойчивость на курсе и в то же время при маневрировании они ненадежны. Даже умеренный ветер затрудняет выполнение любого маневра указанному катеру в большей степени, чем другим катерам. Совсем плохие результаты получаются при движении задним ходом, когда на катере отсутствует управляемость. В частности, при распределении весов, создающих дифферент на нос, возникает недостаточная устойчивость на курсе. При этом катер постоянно стремится отклониться от курса и лишь благодаря неутомимой работе и постоянной внимательности при управлении можно с трудом удержать катер на прямом курсе.
Рис. 4. Циркуляции одновинтового и двухвинтового катеров. Двухвинтовой катер может поворачиваться на месте (схема б). При умелом регулировании частоты вращения внутреннего и наружного гребных винтов можно даже получить циркуляцию, показанную на схеме а. Но и одновинтовые катера достигают очень малого диаметра циркуляции (схема в) до 1,5—2 длин катера по ватерлинии.
I — двухвинтовой катер (внешний винт — вперед; внутренний винт — назад); II — одновинтовой катер.
Всегда при циркуляции диаметраль катера направлена под небольшим (10—15°) углом внутрь от касательной к кругу.
Диаметр циркуляции. Маневренность характеризуется в первую очередь диаметром циркуляции по отношению к длине катера. Диаметром циркуляции считается диаметр круга, который описывается центром тяжести катера, но не кромкой его транца или носовой частью катера.
Если катер имеет профиль, обеспечивающий хорошую маневренность, как показано на рис. 2, а, то даже у одновинтового катера диаметр циркуляции очень мал и обычно равен приблизительно двум длинам катера по ватерлинии, причем у коротких широких катеров диаметр циркуляции бывает даже меньше, чем 1,5 длины катера. Подводная часть катера, показанного на рис. 1, б, позволяет получить диаметр циркуляции, равный 1,5—3 длинам катера. Особенно неудачный для маневренности профиль дает в лучшем случае диаметр циркуляции, равный четырем длинам катера, а в крайних случаях пяти длинам и даже более.
Сказанное выше имеет место при работе гребного винта на передний ход. У катера с профилем, изображенным на рис. 1, а, можно уменьшить диаметр циркуляции, если внутренний гребной винт работает на задний ход, а наружный — на передний ход. Однако и при этом процесс поворота протекает мучительно медленно, в то время как судно дрейфует под действием ветра и течения.
Двухвинтовое судно с благоприятным профилем и двумя рулями достигает исключительной маневренности. Циркуляция выполняется на месте, его точка поворота не двигается с места, если соответственно регулировать передний ход наружного гребного винта и задний ход внутреннего гребного винта. Оба пера руля при этом переложены на борт, однако лишь наружный руль попадает под действие струи от гребного винта и является эффективным. Внутренний руль работает вхолостую, так как его гребной винт гонит водяную струю вперед.