Плюси і мінуси тихохідних водоизмещающих човнів (суднобудування

У наше століття швидкість - неодмінний супутник і символ прогресу. Природно, що підвищити швидкість свого судна хоча б на два-три кілометри на годину прагнуть вже не тільки спортсмени-гонщики, а й більшість власників човнів і катерів, яким, здавалося б, можна було і не поспішати. Для багатьох це стає своєрідним хобі, мало не метою життя. У нас в Ленінграді, наприклад, є дивак, який щороку будує новий катер тільки тому, що попередній здається йому занадто тихохідним.

Сам він вже двічі потрапляв до лікарні з переламаними ребрами і - тим не менше - цієї зими всю його сім'ю знову можна було застати за поліруванням деталей водомета для чергового швидкісного катера.

Зрозуміло, що на такому загальному тлі тихохідні водоизмещающих човна багатьом здаються чимось застарілим, явно не заслуговує на увагу. Але давайте подивимося, чи багато програє власник такої «неквапливої» човна? Якщо він виходить не для того, щоб промчати по річці зі швидкістю автомобіля, а помилуватися красою річкових берегів, синявою неба, послухати плескіт хвиль об борти човна, - то виявляється в явному виграші. Не потрібно постійно дивитися вперед, так як помічений об'єкт наблизиться не скоро. Якщо в човні є гості, господар зможе приділити їм незрівнянно більше уваги. Коли на річці гуляють хвилі з білими баранчиками, прогулянка на швидкохідному катері буде нагадувати стрибка на дикому мустангу. А ось при тій же погоді вихід на хорошій водоизмещающих човні залишить враження справжнього морського плавання на великому кораблі, настільки плавна і приємна качка.

Вирушаючи в далеку подорож, любитель швидкостей довго перебирає спорядження, відмовляючись від багатьох необхідних, але важких речей. Адже навантаження в 300 кг призводить до зниження швидкості такої легкої човна, як «Казанка», майже вдвічі. А ось для водоизмещающих човна зайва сотня-інша кілограмів значення не має, отже, подорож на неквапливої ​​човні буде набагато більш комфортабельним. А що вже й казати про те, що на ній простіше обладнати каюту, що дістати дошки для побудови важкої човни набагато легше, ніж фанеру або дюраль для глиссирующего катера.

Привабливою стороною плавання з невеликою швидкістю є і економічність. Адже для досягнення високої швидкості потрібно більш потужний і дорогий двигун, що витрачає більше палива!

Всі ці доводи аж ніяк не означають, що ми закликаємо всіх відмовитися від швидкості і потужних моторів, іншими словами - хочемо зупинити прогрес. Навіть навпаки: мова піде про боротьбу за швидкість, про вибір таких форм корпусу водоизмещающих човнів, які забезпечували б їм максимальну швидкість при мінімальній потужності двигуна.

Нерідкі випадки, коли на катер, обводи якого розраховані на глиссирование, замість 40-сильного ставлять 6-сильний двигун, а потім дивуються, чому красиве, сучасних обрисів судно поступається за швидкістю якийсь «веліковражке». І навпаки, забезпечивши стару веслову рятувальну шлюпку потужним автомобільним мотором, її власник ніяк не може змусити судно подолати фатальний рубіж в 20 км / год. В обох випадках виявляються марними спроби підібрати кращий гребний гвинт і змінити центрування судна, тому що вся справа в обводах корпусу.

Кожне судно проектується на певну швидкість. Щоб переконатися в цьому, доведеться розглядати. хвилі, які створює будь-яке судно при русі.

Звичайно, все помічали хвилі, які розходяться в сторони від носа і корми йде судна і з силою накочуються на береги; добре видно (особливо, якщо на борту нанесена пряма ватерлінія) і поперечні хвилі, що йдуть уздовж судна. І розходяться, і поперечні хвилі з'являються внаслідок зміни тиску води у корпусу під час його руху. Носом судно як би розсовує, витісняє воду, - тут утворюється зона підвищеного тиску, і вода спучується над поверхнею у вигляді гребеня хвилі. У кормі за корпусом, раздвинувший воду, виникає розрідження і утворюється западина (або підошва) кормової хвилі. Чим більшу швидкість буде розвивати судно, тим вище і довше утворені його корпусом хвилі, т. Е. Тим більшу масу води доведеться судну залучати в рух, витрачаючи на це все більшу енергію двигуна.

При русі судна кормова його частина, природно, йде вже не за спокійній воді, а зустрічається з кожної носової поперечною хвилею. Як зустрінуться ці носова і кормова хвилі - гребінь з підошвою або підошва з підошвою - залежить, очевидно, і від довжини судна, і від його швидкості. Якщо до корми підходить гребінь носової хвилі, то він зменшує западину кормової, і навпаки, при накладенні западини носової хвилі на кормову, за кормою виходить хвиля сумарною висоти.

Суднобудівники об'єднали обидві залежності хвилеутворення - від швидкості і довжини судна - в одну і стали характеризувати швидкість судна безрозмірною величиною - числом Фруда:

або відносною швидкістю υS. √L, де υ - швидкість судна в м / сек або υS - в вузлах; L - довжина по ватерлінії, м; g = 9,81 м / сек 2 - прискорення сили тяжіння.

Інформація про зображення

Схема утворення поперечних хвиль в залежності від швидкості човна

Для того щоб наочно уявити співвідношення швидкості, довжини судна і числа Фруда, наводимо простий графік. Відразу обмовимося, що мова далі піде про човни завдовжки 3-10 м і їх швидкостях, що не перевищують Fr = 0,8, т. Е. В межах 7-30 км / год.

Число Фруда характеризує розташування системи хвиль, що піднімаються судном, щодо його корпусу. Наприклад, при Fr = 0,31 на довжині корпусу судна, незалежно від його розмірів, завжди будуть розташовуватися два гребеня, а западина носової хвилі співпаде зі западиною кормової. А звідси випливає важливий закон-в суднобудуванні він називається законом подоби, грунтуючись на якому, можна порівнювати по обводам (і вибирати з них найкращі) суду будь-якої довжини, плаваючі з однаковим числом Фруда.

До речі, при однаковому Fr і близьких обведеннях на створення хвиль витрачається одна і та ж питома потужність (потужність в л. С. На тонну водотоннажності),

Інформація про зображення

Графік для визначення числа Фруда

У нашому випадку (Fr = 0,31) на освіту хвиль витрачається близько половини корисної потужності двигуна (інша половина йде на подолання тертя корпусу про воду).

Неважко здогадатися, яким умовам повинні відповідати обводи човнів і катерів для цієї швидкості Fr = 0,31. Очевидно, ніс і корма повинні бути досить гострими, щоб не викликати хвилю підвищеної висоти. Глибоко занурений транец, такий, наприклад, як у «Казанки», тут не придатний, тому що чим повніше корми, тим глибше буде западина кормової хвилі, тим більша буде потрібно потужність двигуна. Кращі результати дають плавні, загострені в кормі по ватерлінії обводи з вихідними з води і досить круто піднімаються вгору лініями батокси. Застосовуються вельботная, крейсерська - як у каное, і транцевой форми корми, причому в останньому випадку днище у транця має значну килеватость, а сам транец зазвичай в воду не занурений.

Характерні обводи має, наприклад, морський рибальський бот. Транец ледь входить в воду; ватерлінії приблизно симетричні щодо миделя. Завдяки підйому батокси до Транці в кормі створюється інтенсивний потік води вгору, як би компенсує збільшену западину хвилі. Шпангоути у транця мають велику килеватость. Важлива також і мінімальна площа підводного (змоченою) поверхні корпусу, від чого залежить друга половина потрібної потужності, що витрачається на тертя.

Інформація про зображення
Обводи морехідного бота, розраховані на Fr = 0,3-0,4

В якості інших прімероз хороших обводів для розглянутих швидкостей (Fr = 0,27 ÷ 0,35) можна назвати катера «Помор'я». «Еврика» та катер Соломбальский верфі (див. Стор. 16 і 17). Приблизно такі, же кормові обводи мають гребні та парусні шлюпки, наприклад, військово-морські яли.

Для розглянутого діапазону швидкості характерна порівняно невелика потрібна питома потужність двигуна - приблизно 1 ÷ 1,5 л. с. на кожну тонну водотоннажності судна; при цьому швидкість при збільшенні навантаження човни практично не змінюється. Очевидно, що розглядається швидкість для катерів є мінімальною і отримати її можна з найслабшим моторчиком в 2-3 л. с. навіть на важкому судні.

При подальшому підвищенні відносної швидкості, А- довжина поперечних хвиль - постійно збільшується і при Fr = 0,40 стає рівною довжині корпусу човна, т. Е. Човен при такому λ йде на двох сусідніх гребенях поперечних хвиль. Відповідно зростає і потужність, що витрачається на створення хвилі (або хвильовий опір); тепер вона становить вже не половину, а близько 70-80% усієї буксировочной потужності. Човен трохи занурюється і отримує легкий дифферент на корму, так як в кормі гребінь носової хвилі певною мірою гаситься підошвою кормової хвилі. Щоб ефект цього сприятливого накладення хвиль був більше, рекомендується навіть кілька пріполніть обводи в краях.

Інформація про зображення

Теоретичне креслення сталевого озерного катери довжиною 10,3 м

Як описано картині абсолютна швидкість для наших катерів довжиною 4 м буде 9 км / год, довжиною 10 м - 14 км / год. Ще. невелике збільшення швидкості - всього на 3-4 км / год - і картина хвилеутворення різко зміниться. Носова хвиля стає довшим човни, човен як би починає підійматися на гребінь цієї хвилі, високо задерши носа. Ось тут-то конструктор і повинен допомогти судну подолати цю «гору» - хоча б трохи зрушити носової гребінь в корму за рахунок більшого загострення носових обводів, а головне - не допустити занадто великого занурення корми.

Нагадаємо, що надмірний дифферент на корму порушує плавне обтікання корпусу, знижує ефективність роботи гребного гвинта. З подібними явищами добре знайомі власники дерев'яних човнів, оснащених занадто потужними двигунами. Добре відома і основна причина цього - недостатні плавучість і опорна поверхня вузької корми. Яких тільки пристосування не навішують власники на свої човни, щоб позбутися від дифферента! Тут і бортові надялинки, і підпірні клини, і транцеві плити, і підводні крила. Але в більшості випадків всі ці пристосування через малій швидкості ходу виявляються недостатньо ефективними і непрактичними в експлуатації. Тільки правильно підібрані обводи корпусу допомагають човні перевалити через гребінь і досягти більшої швидкості.

Інформація про зображення

Способи зменшення ходового диференту катера

Як приклади наводимо ескізи обводів двох катерів, швидкість яких безпосередньо примикає до даної зоні. Десятиметровий сталевий катер розрахований на швидкість 16 км / год, що відповідає числу Fr = 0,46. Характерно, що широкий транец лише стосується ватерлінії, а батокси в кормі мають менший підйом, ніж у раніше розглянутого катера. Це забезпечує хороші ходові якості і на більш низьких швидкостях, при неповному числі обертів двигуна або при великому навантаженні.

Слід звернути увагу і на форму ватерлінії катера - вона сильно загострена в носі, а найбільш широке місце зрушено в корму від миделя. Це знижує висоту носової хвилі і кілька зміщує в корму обсяг підводної частини, що, в кінцевому рахунку, перешкоджає кормового диференту катера.

Інформація про зображення
Корпус швидкохідного катера

Носова частина палуби має велику площу, а носові шпангоути розширюються догори поступово, завдяки чому катер добре ріже хвилю, що не зариваючись, однак, глибоко в воду і не втрачаючи швидкості. Злам по лінії борту між корпусом і баком (носовою надбудовою) сприяє відкидання бризок в сторони.

Для другого катера, розрахованого на швидкості до Fr = 0,80, характерна широка пласка корми з зануреним у воду транцем. Осадка транцем дорівнює приблизно чверті найбільшою опади корпусу - підводний обсяг, таким чином, зміщений в корму ще більше, ніж в попередньому випадку (відповідно переміщається і гребінь носової поперечної хвилі). Лінії батокси в кормі більш пологі, тому на днище виникає вже достатньої величини гідродинамічна підйомна сила, вирівнює катер. Якщо подивитися за корму такого катера на ходу, можна побачити, як два струмені води, що зриваються з бортів у транця, змикаються далеко за кормою як би збільшуючи довжину корпусу.

Катер з дуже вузьким транцем або з великою кілеватостью днища в кормі буквально провалюється кормою в воду; за його транцем утворюються завихрення, які поглинають енергію двигуна. Диферент на корму при вельботной або крейсерській кормі може скласти 5-7 °; подібні катера досягають швидкості Fr = 0,5 ÷ 0,6 тільки за рахунок установки занадто потужного двигуна.

Інформація про зображення
Туристський катер, обладнаний з волзької човни

При правильних обведеннях корпусу і швидкостях Fr = 0,5 ÷ 0,7 на волнообразованіе витрачається вже 85-90% потужності двигуна, яка зазвичай становить 15-20 л. с. на кожну тонну водотоннажності. Судно стає чутливим до збільшення навантаження і зміни положення центра ваги.

При подальшому збільшенні швидкості до Fr = 0,8 ÷ 0,9 гребінь носової хвилі переміщується в кормову частину катера. Якщо днище тут досить плоске з пологими, майже горизонтальними лініями батокси, то завдяки діючій на нього гідродинамічної підйомної силі катер буде спливати, зростання хвилі призупиниться, і судно піде в близькому до глиссирования режимі. Але, крім обводів днища, все більш істотну роль починає грати навантаження катера. Якщо повний вага перевищує 35 кг на кожну кінську силу потужності двигуна, переходу в глиссирование може і не настати. Однак на цій швидкості ми б і хотіли закінчити розмову про неквапливих човнах, бо при подальшому вичавлюванні швидкості вони позбавляються більшості переваг, про які йшлося на початку.

Наведемо ескіз обводів катера, який придатний для самого широкого діапазону швидкостей - від Fr = 0,4 до Fr = 1,2. Характерні мала осадка, в кормі - велика ширина ватерліній, плавні (майже паралельні ватерлінії) батокси. Транец занурений у воду трохи, тому для руху на нижній межі швидкості потрібна незначна потужність. Для досягнення максимальної швидкості, природно, потрібно поставити набагато більш потужний двигун (зрозуміло, якщо катер не надто важкий)

Інформація про зображення
Корпус швидкохідного катера, придатний для широкого діапазону швидкостей

На закінчення кілька шарі про двигуни і гребних гвинтах для тихохідних човнів. Слід віддати перевагу малооборотних двигуни або застосовувати редуктори. При швидкостях 11-15 км / год найбільш ефективні гребні гвинти з числом оборотів 700-1000 об / хв; при швидкостях 15-20 км / год - 1200-1500 об / хв. З цієї причини підвісні мотори на водоизмещающих човнах працюють з низьким коефіцієнтом корисної дії, особливо якщо застосовується серійний гребний гвинт з великим кроковим ставленням (близько 1).