Все про збільшення швидкості суден. Підвищення швидкості руху суден, які мають контакт із водою

Л. М. КРИВОНОСОВ

Гідродинамічні режими руху та відповідні їм типи обводів

Мале швидкохідне судно в міру "набирання" швидкості проходить спочатку режим плавання, а потім - перехідний режим; лише після цього воно починає гліссувати. Основне практичне різницю між цими режимами у тому, що протягом кожного їх судно підвищення швидкості витрачає однією кілометр на годину неоднакову величину потужності.

Це пояснюється тим, що сили, що підтримують судно (архімедова сила підтримки, гідродинамічна підйомна сила) і опір руху (опір тертя, хвильовий, вихровий), змінюють свою величину на кожному з трьох режимів за різними законами гідродинаміки. Зміна цих законів відбувається не раптово - на межах режимів, - а поступово і до того то швидше, то повільніше; тому опір та положення судна на воді (осаду та диферент) також змінюються поступово, з прискореннями та уповільненнями. Як бачимо на рис. 1, при зміні режиму плавання перехідним зростання опору уповільнюється, а надалі - при виході на режим гліссування - знову прискорюється.
При русі судна на режимі плавання, як це видно з рис. 1, диферент змінюється незначно; потім, на початку перехідного режиму, він сильно зростає, після чого знову повільно падає.

Мал. 1. Криві опори та кутів диферента безреданого глісеру водотоннажністю D=0,83 т.

У міру збільшення швидкості на режимі гліссування кут диферента продовжує зменшуватися.

Середня початкова (на стоянці) осаду під час проходження судном всіх режимів зменшується у кілька разів.

Одночасно зі зміною режимів змінюється і картина хвилеутворення під час руху судна. Спокійне хвилеутворення під час руху судна на режимі плавання в міру наближення до перехідного режиму поступово змінюється бурхливим хвиле- та бризкоутворенням, створюваним носовою частиною днища; водночас вода повністю відривається спочатку від транца, та був і з бортів судна. Для режиму чистого гліссування характерні порівняно слабкі хвилі, але з-під днища вириваються сильні струмені та бризки.

Якщо судно, призначене для гліссування, спроектовано правильно і має в своєму розпорядженні двигун достатньої потужності, то можна легко обчислити швидкості ходу, при яких відбуватимуться зміни режимів, за формулами:

У цих рівняннях швидкість v виражена в метрах на секунду, а водотоннажність V-в кубічних метрах.

Для зручності обчислення значень на рис. 2 наведено відповідний графік.

Мал. 2. Діаграма для обчислення

Мал. 3. Крива ефективної потужності безреданого глісеру водотоннажністю D=0,83 т.

Тому, якщо одні судна призначаються руху на режимі плавання, то інших розрахунковим є перехідний режим, а третіх - режим гліссування. При цьому кожному судну надають обводи, що дозволяють йому квк краще використовувати особливості заданого режиму і витрачати завдяки цьому можливо меншу питому потужність, тобто потужність, що припадає на кожен кілограм водотоннажності.
Для режиму плавання найбільш раціональні так звані круглодонні (круглоскулі) обводи (рис. 4), що забезпечують добре обтічну форму корпусу судна і розраховані тільки на архімедову силу підтримки.

Мал. 4. Округлі обводи туристського катера (довжина 12,2 м; ширина 2,9 м), розраховані на режим плавлення.

Судам, призначеним для руху на перехідному режимі, часто надають плоско-кільяві обводи (рис. 5), що мають велику кілюватість, транцеву корму і гострі вилиці по всій довжині. Для суден, розрахованих цей режим руху, застосовуються також комбіновані обводи: плоско-килеватые в кормі і округлі носової частини. На суднах з такими обводами до архімедової сили підтримки зі зростанням швидкості ходу додається гідродинамічна підйомна сила, через що судно на ходу частково витісняється з води, причому його борти майже не обтікаються водою.

Мал. 5. Плоско-кільвати обводи великого туристичного катера завдовжки 12,5 м, розраховані не перехідний режим.

Рис 6. Плоско-кільвати обводи прогулянкового глісеру (довжина 4,0 м; ширина 1,5 м).

Мал. 7. Обведення днища однореданого глісеру.

Обтікання днища на перехідному режимі відбувається частково вздовж днища і частково - упоперек. Загальний напрямок обтікання – під кутом, від кіля до вилиць.

Обводи глісуючих суден роблять плоско-або вигнуто-кільвати з кутом килеватості, що зменшується від носа до корми до нуля і, в середньому, меншим, ніж для суден перехідного режиму; вилиці – завжди гострі по всій своїй довжині, корми – транцева (рис. 6). Іноді на найбільш швидкохідних глісуючих суднах, не призначених для ходу по хвилюванню, близько середини довжини поперек днища роблять один або кілька уступів, які називаються реданами (рис. 7).

Обводи глиссирующих судів розраховані те що, що судно під час ходу підтримується майже виключно гидродинамической підйомною силою і лише дуже малою мірою архимедовой силою.

Елементи обводів глісуючих суден та їх значення

Плоский днище.Для створення гідродинамічної підйомної сили дуже вигідно абсолютно плоске днище, проте таке днище навіть при невеликому хвилюванні зазнає дуже сильних ударів об поверхню води, що виключає можливість нормальної експлуатації глісеру. При більш високих хвилях, коли днище більшою єврей частиною іноді відривається від води, удари плоского днища об воду стають настільки сильними, що можуть призвести до руйнування конструкції та аварії судна.

Іншим недоліком судна з плоским днищем є дуже погана поворотливість; після відхилення керма воно дрейфує убік, протилежний перекладанню керма, описуючи дуже пологу криву. Це відбувається тому, що після відхилення керма судно, рухаючись по кривій, відчуває відцентрову силу, врівноважити яку може лише бічне опір днища; плоске днище достатнього бічного опору надати не може. Для усунення цього недоліку доводиться ставити на дно спеціальний плавець. Тому плоске днище, у чистому вигляді, майже не знаходить застосування.

Плоско-кілуватий днище.Щоб пом'якшити удари об воду, найбільш сильні в носовій частині, днищу глісуючих суден надають кілюватість, більшу в носі і меншу в кормі. У цьому випадку уповільнення падаючого на воду судна при зустрічі з водою відбувається поступово, у міру занурення киливатого (клиноподібного) днища у воду. Якщо під час зустрічі з хвилею занурення за 1 сек. сповільнюється більше, ніж 9,81 м/сек, т. е. якщо уповільнення стає більше, ніж величина прискорення сили тяжкості g = 9,81 м/сек2, то говорять, що судно зазнає перевантаження, що дорівнює одному g. Перевантаження, що дорівнює 5-6 g, людина переносить дуже важко. Судно з кільуватим днищем має гарну поворотливість, так як надає відцентровій силі достатній бічний опір; при певному профілюванні обводів таке судно стає вельми стійким на циркуляції, що відбувається з внутрішнім креном.

Плоско-кільовате днище позбавлено найголовніших недоліків плоского, проте зі збільшенням килева-тости підвищуються опір судна і кут його ходового диферента, падає підйомна сила, зростає бризкоутворення. Киливатий днище розрахувати і виготовити важче, ніж плоске. Зазвичай зменшення опору і ходового диферента килеватость поступово зменшують від носа до корми і в транца днище в поперечному перерізі роблять плоским. Занадто велика кілюватість у середній частині корпусу змушує робити дуже різкі зміни кута килевати в кормовій робочій (змочується при гліссуванні) частині днища, а це викликає підвищення опору; днища з тим самим середнім кутом, але з невеликою різницею в носовому та кормовому кутах кіляватості мають менший опір. Така різниця в опорі пояснюється тим, що при будь-якій різкій зміні обводів при переході від одного шпангоуту до іншого потік повинен витрачати енергію закручування.

Вигнуто-кілуватий днище.Для зниження висоти струменів і бризок, що зриваються зі вилиць, іноді піднімаються вище бортів і пасажирів, що заливають при бічному вітрі, найближчу до вилиць частина днища дуже плавно (наприклад, по дузі кола) відгинають донизу (рис. 8). Такий вигин днища служить і деякого збільшення гідродинамічної підйомної сили, отже, зменшення опору. При протіканні за таким закругленням поперек днища маса води набуває відцентрової сили, спрямованої вгору, Після відриву від днища вода прямує вниз. Іноді відгинається частини шпангоуту у вилиці надають горизонтальне положення (рис. 9).

Величина гідродинамічної підйомної сили залежить від радіусу та розташування поперечного закруглення днища (іноді званого тунелем).
Відгин днища у вилиць для збільшення гідродинамічної підйомної сили та зменшення опору часто поєднують з невеликою опуклістю днища біля кіля (рис. 10).

Така форма днища зветься вигнуто-кільватою. Вигнуто-киле днище може мати дуже міцну конструкцію, якій не страшні сильні удари об воду. Однак вигнуто-кілуватий днище менш вивчено, ніж плоско-кілуватий, тому його опір може бути розрахований лише дуже наближено. Будівництво катера з вигнуто-кільватим дном також значно складніше.

Мал. 8. Профіль з відгинами у вилиць (тунелями).

Мал. 9. Вигнуто-кільватий профіль з горизонтальним напрямком у вилиці.

Рис 10. Вигнуто-кілястий профіль з тунелями біля вилиць і закругленням у кіля.

Обводи, що розгортаються на площину.Для того щоб спростити форму і процес кріплення зовнішньої обшивки з фанери або іншого листового матеріалу, вибирають обводи, що розгортаються на площину. При таких обводах обшивку днища можна викроїти з одного аркуша, не вдаючись до розрізання аркушів на вузькі смуги, вибиванні або іншим подібним прийомам; шпангоути у своїй днищової частини злегка опуклі (рис. 11). Якість обводів, що розгортаються на площину, часто буває не гірше, ніж складніших.

Мал. 11. Обводи, що розгортаються на площину: а - з високою вилицею в носі; б - з низькою вилицею в носі.

Геометричний спосіб побудови таких обводів описаний кількох спеціальних роботах.

Циліндричні обведення днища (моногедрон).У Останніми рокамидеякі зарубіжні автори рекомендують надавати змочуваної частини днища глісуючих суден циліндричні обводи. Днищові частини кормових шпангоутів при таких обводах мають однаковий кут килеватості та однакові контури (рис. 12). Днища з такими обводами, що отримали назву «моногедрон», мають постійний кут атаки на всій робочій частині; крім того, потік води, що омиває днище, не витрачає енергію на закручування.

Обводи моногедрон дещо спрощують будівництво судна, дозволяють з більшою впевненістю проводити розрахунки опору і не виключають можливості надання носовим обводам будь-якої форми. Однак експериментальні дані, що підтверджують викладені вище міркування, дуже обмежені і кількість побудованих катерів з обводами типу моногедрон невелика, хоча близькі до циліндричних обводів кормової частини днища застосовуються досить часто.

Мал. 12. Циліндричні обводи кормової частини днища (моногедрон).

Редані обводи днища.Редан ділить довжину днища на дві частини, перетворюючи відносно довгу змочену площу на дві, більш короткі. Збільшення відношення ширини змоченої площі днища до довжини вигідне з точки зору опору та підйомної сили. Крім того, змочена поверхня днища, а отже і величина опору зменшуються завдяки тому, що вода, що «віджимається» реданом донизу, відривається від його кромки і оголює більшу частину днища за реданом. Редан розташовують так, щоб центр тяжіння глісеру знаходився між ним і транцем, причому відстань від центру тяжкості до редану становила б 25-40% відстані між реданом і транцем (рис. 13). Відповідно до цього на реданий змочений майданчик припадає 60-75% повної ваги судна, а на транцевий 25-40%. Висота редана має бути досить великою, щоб забезпечити доступ повітря в зареданую область. Форма редана у плані особливого значення не має; зазвичай зріз редана розташовують упоперек судна в площині шпангоуту.

Мал. 13. Розташування центру важкості на реданому глісері.

Редані глісери за однакових умов навантаження на режимі чистого гліссування, як правило, мають менший опір, ніж безрідні, проте вони більш чутливі до хвилювання. При ході на режимі гліссування коротка змочена частина днища попереду редана дуже легко відривається від хвилі, після чого судно стрімко падає, ударяючись з великою силою води. Такі стрімкі стрибки судна, звані «барсом», значно знижують якості глісеру, оскільки, щоб уникнути неприпустимо великих перевантажень, змушують знижувати швидкість ходу. Цей недолік робить редані глісери маломорехідними та обмежує їх застосування плаванням по внутрішніх водних шляхах і в прибережній морській смузі.

Точний гідродинамічний розрахунок реданих глісерів значно складніше, ніж безреданих, тому що при гліссуванні кормова частина днища зустрічає поверхню води, спотворену реданом. Визначення профілю цієї поверхні, фактичних кутів атаки та швидкостей, з якими кормова частина днища зустрічає потік, – завдання дуже складне. Тому опір реданих глісерів визначають головним чином випробуванням моделей або за статистичними даними раніше побудованих глісерів, а не шляхом теоретичного розрахунку. Триточкові обводи днища. Близько двадцяти п'яти років тому з'явилися гоночні глісери з особливим пристроєм корпусу. Корпуси цих суден при ході на режимі гліссування стикаються з водою трьома майданчиками днища: двома передніми, розташованими біля бортів судна, та однією задньою (рис. 14).

Такий корпус по суті є звичайним безреданим корпусом, в носовій частині якого з обох бортів прикріплено по одному поплавцю (спонсону). Днище цих поплавців пристосовано для гліссування і розташоване нижче днища основного корпусу, тому при глиссировании більшість днища корпусу катера виявляється над поверхнею води; кормова частина днища, прилегла до транца і стикається з водою, як і, як і днища поплавців, служить робочим майданчиком.

Сенс триточкової системи обводів ось у чому. За певних умов на великих швидкостях руху зайва ширина днища шкодить, але зменшити її не можна з міркувань стійкості. У цих випадках необхідну ширину днища отримують введенням двох вузьких поплавців, розставлених досить широко, щоб забезпечити необхідну поперечну стійкість.

При дуже великих швидкостях руху потік повітря, що під днище основного корпусу, створює додаткову підйомну силу, що сприяє зменшенню його опору.

Мал. 14. Триточкова схема обводів; заштриховані змочені майданчики.

Обведення корми.Основна величина гідродинамічних сил діє носову частину робочої площі днища глісеру. Кормова частина має другорядне значення з погляду опору і підйомної сили глісеру. Однак невдалі розміри та обводи корми можуть суттєво збільшити опір та погіршити. ходові якостіглісер. Так, занадто широка корма може призвести до омивання бортів потоком води, що сходить зі скул носової частини і особливо великим на перехідному режимі. Якщо глісер не має достатнього запасу потужності, він може виявитися не в змозі подолати «горб» опору і не вийде на режим гліссування. Занадто широка корма має зайву підйомну силу і прагне відірватися від води, що може призвести до «трясіння» корми, а потім і до ударів об воду всього корпусу. Це шкідливе явище, зване втратою стійкості ходу, іноді змушує припиняти збільшення швидкості ходу незважаючи на те, що двигун має значний запас потужності. До втрати стійкості ходу призводить і занадто великий кут атаки днища поблизу транця, оскільки підйомна сила може перевищити вагу, що припадає на робочий майданчик.
Обводи кормової частини днища набувають великого значення, коли потрібно зменшити надто великий кут диферента на ходу. Особливо велику роль кормові обводи грають у тих випадках, коли "через занадто великий кут атаки опір глісеру на перехідному режимі (на горбі) може виявитися настільки великим, що для переходу на режим гліссування потужності не вистачить.

Мал. 15. Відгинання кормової частини днища донизу.

Мал. 16. Випукло у транця днище.

Мал. 17. Увігнуте у транця днище.

Для зменшення кутів диферента глісера найближчої до транцю частини днища надають плавний (часто по дузі кола великого радіусу) відгин униз, що збільшує підйомну силу і, отже, спливання корми (мал. 15), що зменшує кут диферента судна. Однак надмірний відгин призводить до втрати стійкості ходу. Вигин днища у зворотному напрямку, тобто опуклістю вниз, може викликати підсмоктування корми у воду і неприпустиме збільшення диферента.
Для поліпшення поворотності глісеру кормовим шпангоутам іноді надають опуклі контури (рис. 16); така форма допомагає судну нахилятися всередину циркуляції, тобто у бік повороту. Для підвищення стійкості на курсі частина днища поблизу транця іноді роблять увігнутою всередину (мал. 17), але це значно погіршує поведінку глісерів на циркуляції.

Форми вилиці.У більшості випадків вилиця, починаючи з транцевого шпангоуту, поступово піднімається (стосовно лінії кіля) і закінчується у форштевня або поблизу нього. Більшість лінії вилиці є пряму чи плавну криву, звернену опуклістю вниз. У тих випадках, коли глісер призначений для «спокійної води» і немає підстав побоюватися зустрічі з великими хвилями, Вилицю закінчують на форштевні порівняно близько від лінії кіля (рис. 18). Таку лінію вилиці, звернену опуклістю донизу, отримати порівняно просто, оскільки виличний стрінгер у цьому випадку не вимагає великого вигину.

Мал. 18. Скупа, розташована низько у форштевні.

Якщо передбачаються зустрічі з великими хвилями, коли доведеться зменшувати швидкість і переходити на режим плавання або перехідний, то вилицю в носовій частині піднімають, можливо, вище, іноді до самої палуби; іноді вилицю надають злам або, точніше, перегин на одному з носових шпангоутів. Починаючи з місця перегину, частину вилиці до форштевня роблять опуклістю догори (рис. 19), при цьому носові шпангоути роблять V-подібними з розвалом (рис. 20). У міру опускання такої вилиці при переході до корми великі в носі кути кілеватості зменшуються, а шпангоути можуть отримувати подвійну вигнутість - опуклістю вниз у кіля і опуклістю вгору у вилиць. Однак вилиця, що має дуже крутий перегин, при лобових зустрічах із хвилею може зруйнуватися.

Вилицю з перегином часто роблять на реданих морських глісерах.

У реданих глісерів з водою стикається лише найближча до транцю кормова частина днища, тому вилицю на решті довжини кормової частини довільно піднімають лише для того, щоб уникнути замивання водою днища та бортів за реданом.

Мал. 19. Скупа з перегином у носовій. частини.

На малих швидкохідних глісерах, наприклад скутерах, у вилиці роблять так званий поперечний скіс (рис. 21); такий скіс створює вздовж вилиці похилу до води площину, на якій при значному крені судна під час повороту виникає додаткова гідродинамічна сила, що оберігає судно від перекидання. З тією ж метою на малих суднах гоночних триточкової схеми борту носових поплавців (спонсонів) також роблять похилими.

Мал. 20. Характер носових шпангоутів за високої вилиці.

Мал. 21. Транець скутера зі скошеними вилицями.

Елементи носової частини, що впливають на забризкування. На заливання та забризкування пасажирського кокпіту впливають форма носової частини днища, що безпосередньо примикає до кіля, і поздовжнє обрис форштевня. Наприклад, що менше радіус поздовжнього, закруглення форштевня, то більше вписувалося можливість попадання води у корпус; поперечна опуклість днища біля кіля в районі форштевня запобігає забризкуванню. Носові V-подібні шпангоути зі значним відгином вилиць донизу добре «відвалюють» зустрічну хвилю убік і вниз, ніж запобігає підйому води вище палуби та забризкуванню кокпіту при бічному вітрі.
Для запобігання заливанню води в корпус іноді доводиться ставити так звані відбійні бруси на вилицях та щитки на стику палуби з бортом.
Обведення бортів. При проектуванні обводів конструктор завжди прагне зробити площу зіткнення корпусу з водою можливо меншою, оскільки цим досягається зниження опору тертя. Тому, якщо можна побоюватися замивання бортів водою, то бортам кормової частини надають завалу, тобто ширину палуби роблять менше ширини по вилиці. Бортову частину носових шпангоутів, навпаки, завжди роблять із розвалом (рис. 20).

З метою спрощення споруди часто-густо не тільки днище, а й борти роблять прямолінійними; такі обводи звуться обводів шарпі.
В іншому обводи бортів, а також нахил транця вибирають з архітектурних міркувань.

Глісуючі судна дуже чутливі до змін форми днища; невдалі обводи днища можуть перевести судно з розряду плаваючих. Тому, створюючи глісер, до його обводів слід підходити дуже обережно, орієнтуючись на досвід глісеробудування, оскільки в даний час є ще дуже мало відомостей, щоб наперед кількісно оцінити ту чи іншу зміну обводів розрахунковим шляхом.

Вплив ширини, водотоннажності та центрування

Ширина, водотоннажність і центрування (відносне розташування центру тяжкості судна по довжині) для величини опору глісуючого судна мають не менше значення, ніж обводи. Однак кількісно висловити вплив кожної з цих-величин на опір у вигляді простих залежностей не є можливим, оскільки для глісуючого судна всі ці величини пов'язані між собою. Наприклад, зміна ширини неминуче викликає зміну кутів диферента на ходу, а отже, і довжини змоченої поверхні корпусу, причому цей вплив може бути більшим або меншим залежно від величини водотоннажності та кутів килеватості.

Можна навести лише кілька зауважень, які допоможуть у тих випадках, коли необхідно відступити від вдалих значень ширини, водотоннажності і центрування, що зарекомендували себе.

1. Зменшення ширини днища спричиняє збільшення кутів диферента.
2. Якщо ширина днища обрана найвигіднішою, тобто забезпечує найменший опір, її без побоювання порушити гліссування можна змінювати на ±25%, а навантаження на ±40%.
3. Якщо ширина та навантаження обрані найвигіднішими щодо опору, то зменшення навантаження навіть на дуже велику величину (що спричинить зменшення кутів диферента) може збільшити швидкість не більше ніж на 5-10%.
4. При прийнятті на борт додаткових пасажирівїх слід розташовувати в носовій частині глісеру, щоб не допустити збільшення кута атаки, що завжди прагне зрости зі збільшенням навантаження.
5. Збільшення навантаження до 20% від найвигіднішої дуже мало змінить відношення величини навантаження до опору. Більше збільшення навантаження може перевести глісер на перехідний режим.
6. Зміщення ЦТ до корми збільшує опір на «горбі» та знижує його на ділянці початку гліссування; при цьому «горб» кривої опору дещо зміщується у бік менших швидкостей.
7. Зміщення ЦТ до носа «згладжує горб» і наближає ділянку кривої опору до горизонталі, що наступає за горбом.
8. При збільшенні навантаження (без усунення ЦТ) на невелику (до 10%) величину опір зростає пропорційно до навантаження.
9. Значне зменшення навантаження може призвести до втрати стійкості ходу на високих швидкостях (особливо для реданих глісерів).
10. Якщо на кожну кінську силу потужності двигуна припадає більше 30 кг водотоннажності, то гліссування важко досягти.

Вибір типу обводів, чисельне визначення опору, потребної потужності та швидкості
ході

Величина опору глісуючого судна є однією з найважливіших його характеристик. Від величини опору залежать потужність двигуна, який має бути встановлений на судні, та швидкість ходу, яку зможе розвинути судно з цим двигуном.

Якщо відома залежність величини опору судна від швидкості ходу, визначення необхідної потужності і підбір гребного гвинта можуть бути виконані з великою точністю.

Однак визначення опору глісуючого судна на стадії проектування – завдання не просте. Дуже точним способом визначення опору судна є випробування моделі у басейні.

Інший спосіб – це випробування моделі великого масштабу (такі моделі називають «напівнатурою») у відкритій водоймі. Таку модель, в якій можуть розміститися 1-2 особи, буксирують уздовж мірної ділянки іншим судном, вимірюючи швидкість і опір. За відсутності відповідного буксируючого судна опір напівнатури може бути виміряний гідравлічним плоским циліндром (месдозою), що вкладається між. транцем та ногою підвісного мотора, навішеного на транець.

Менш точно величина опору може бути визначена розрахунковим шляхом. Такий розрахунок ґрунтується на результатах випробувань у дослідних басейнах серії плоских та плоско-кілуватих глісуючих пластин. Кожна така пластина є подібністю до днища глісуючого судна. Гліссирующие пластини випробовують при різних швидкостях буксирування, різних навантаженнях та різних положеннях центру тяжіння по довжині (центрування). При кожному буксируванні вимірюють опір, кут диферента та довжину змоченої площі пластини. Результати таких випробувань оброблені та зображені у вигляді діаграм, за якими, знаючи навантаження, ширину, кут килеватості та центрування, можна визначити опір, кут диферента та змочену довжину днища для будь-якої швидкості ходу. Розрахунок опору, заснований на результатах випробувань глісуючих пластин, дає найбільш точний результат для глісерів з плоским або плоско-кільватим днищем циліндричних обводів, так як такі обводи більше за інших схожі на обводи глісуючих пластин, що випробовувалися. Техніка розрахунку не складна, але потребує певних навичок і не завжди доступна любителю.

Однак будівництво аматорського прогулянкового туристичного чи спортивного судна не завжди потребує точного знання опору. У більшості випадків буває достатньо лише приблизно визначити потужність, необхідну для того, щоб даний глісер мав задану швидкість, або приблизно визначити швидкість, яку глісер досягне при наявному двигуні.

Для таких наближених розрахунків існує кілька формул, що ґрунтуються на результатах випробувань реальних глісерів з різними обводами. Деякі з цих формул ґрунтуються на обробці результатів випробування серії моделей. Якщо проектований глісер за своїми обводами та умовами навантаження близький до тих суден, на підставі випробувань яких складено формулу, то може бути отриманий точний результат.

Перша діаграма вибору типу обводів. Після визначення необхідної ширини та водотоннажності. майбутнього судна та вибору бажаної швидкості ходу можна підібрати тип обводів, користуючись діаграмою (рис. 22). Для цього слід обчислити величину

D - водотоннажність, т;

В – ширина, м;

та величину

де v - бажана (передбачувана) швидкість ходу, км/год.
Відшукавши на горизонтальній шкалі діаграми обчислене значення, піднімаємося від нього вгору до перетину з горизонталлю, проведеної з поділу, що відповідає обчисленому значенню F B . Положення точки перетину вертикалі та горизонталі вкаже тип обводів, при яких можна досягти найкращих результатів.

Мал. 22. Діаграма для початкового вибору типу обводів при заданих ширині, водотоннажності та швидкості ходу.

I - область редакованих гострих обводів; II - область безреданих гострих обводів: III - область круглошкірих обводів.

Слід мати на увазі, що судна, дані яких були використані для побудови діаграми (рис, 22), належать до більших швидкохідних суден і мають відношення довжини до ширини LIB від 4 до 7, а положення центру тяжкості - на відстані 35^- 45% довжини судна L від транця до носа.

приклад 1.
Передбачаємо побудувати судно довжиною L = = 6,0 м, шириною - 1,5 м, водотоннажністю D = 1,2 т; центр ваги може бути розташований на відстані х – 2,3 м від транця; очікувана швидкість ходу v – 36 км/год.

Обчислюємо:

З поділу 0,38 «а горизонтальній шкалі проводимо вертикаль до перетину горизонтальної прямої, проведеної з поділу 2,59 вертикальної шкали; точка лересечення цих двох прямих розташована в області редакованих обводів.
Друга діаграма вибору типу обводів.

Мал. 23. Діаграма для вибору типу обводів при заданих довжині, водотоннажності та швидкості ходу.

I – режим плавання; круглоскулі обводи; II – перехідний режим; комбіновані
обводи або гострозорі з великим кутом кнлюватості; III – режим гліссування; без-
редані гострокулі обводи з малим кутом кнлеватостн; IV – режим гліссування;
безредаїнні або редакційні гострокулі обводи з малим кутом кнлеватости.

На рис. 23 зображена умовна крива опору судна, що послідовно проходить всі три режими руху. При використанні цієї діаграми для вибору типу обводів треба обчислити значення величин

V - ймовірна швидкість ходу, м/сек; L - довжина судна (м), обрана з конструктивних міркувань;

V-повна водотоннажність судна, визначена за початковими розрахунками, м3. Напис на ділянці шкали, на який потрапляє обчислене значення, вказує очікуваний режим та відповідні обводи. Якщо ж показання шкали FL і FD різні, це свідчить у тому, що довжина, водотоннажність і швидкість погано пов'язані між собою і по крайнього заходу одну з цих трьох величин слід змінити.

приклад 2.
Припускаємо, що швидкість ходу судна буде близько Ю м/сек; довжину судна призначаємо L = 5 м; водотоннажність за початковими підрахунками V = 2,5 м3.

1. Обчислюємо величину

Значення, більші за 1,28 за верхньою шкалою, відповідають обводам для глісуючих суден.

2. Обчислюємо величину

Значення 2.74 на нижній шкалі відповідає обводам для перехідного режиму. Звідси випливає, що одна із величин нами обрана невірно. Припустимо, що ми можемо зменшувати водотоннажність до V = 2,0 м3; очікуємо, що швидкість ходу збільшиться до 12 м/сек.

Тепер значення обох величин відповідають обведення для режиму гліссування.

Збіг режимів руху по обидві шкали ще не означає, що обрані значення водотоннажності V і довжини L є найбільш доцільними.

У більшості хороших побудованих катерів величини V і L є такими, що значення

Діаграма для початкового вибору швидкості ходу, потужності двигуна та числа пасажирів прогулянкових глісерів.

На діаграмі (рис. 24) по горизонталі відкладено значення потужності двигуна, що передбачається до встановлення на судні, а по вертикалі - значення швидкості ходу, яких може досягти судно. Кожна з кривих діаграми відноситься до різних за своєю місткістю прогулянкових відкритих дерев'яних суден глісуючого типу. Цю діаграму можна застосовувати на початковій стадії проектування, коли розмір судна ще не визначено; діаграма побудована на підставі даних, отриманих на добрих катерах заводської споруди.

Мал. 24. Діаграма для початкового вибору, швидкості та потужності та визначення числа пасажирів.

приклад 3.
1. Задавшись потужністю двигуна N = 60 л. с., проводимо з відповідного поділу горизонтальної шкали. вертикаль, що перетинає криву, відповідну катеру з трьома пасажирами; горизонталь, проведена з точки перетину, вказує на те, що катер може досягти швидкості близько 50 км/год.

2. Задавшись числом пасажирів – 5 осіб – і проводячи з точок відповідної кривої вертикалі та горизонталі, знаходимо швидкості, які можуть бути досягнуті судном при двигунах різної потужності; наприклад: за N=60 л. с. v = 47 км/годину; за N=100 л. с. v - 52 км/год і т.д.

Діаграма для визначення потрібної потужності двигуна, досяжної швидкості ходу та допустимої водотоннажності глісерів. На рис. 25 наведені криві, що показують, яка швидкість ходу може бути досягнута катером, що глісує, якщо на кожну кінську силу потужності двигуна буде припадати стільки-то кілограмів водотоннажності. Такі діаграми дуже зручні для попереднього визначення швидкості ходу, яка може бути досягнута при відомих вазі катера і потужності його двигуна. Такими діаграмами користуються також швидкої наближеної оцінки якості глісеру. Для цього відкладають на діаграмі точку зі значеннями D/N та v для даного судна; якщо вона знаходиться вище кривої, то катер краще, а якщо нижче - то гірше за «середні» катери, на підставі яких побудована крива.

Мал. 25. Діаграма для наближеного визначення потрібної потужності, водотоннажності та швидкості прогулянкових та туристичних безреданих глісованих катерів.

1 - туристські катери водотоннажністю D=0,8-2,0 т зі стаціонарним двигуном; 2 - прогулянкові катери водотоннажністю D=0,25-0,8 т з підвісним мотором.

Однак така діаграма може і ввести в оману, якщо невідомо, для яких саме катерів вона складена: великих або малих, з великою або малою водотоннажністю, з підвісним або стаціонарним двигуном. Наприклад, як уже говорилося, найбільш вигідне для катера навантаження може бути досить значно збільшене без особливої ​​шкоди швидкості ходу; це означає, що для одного і того ж катера вийдуть два різні значення D/N при одній і тій же швидкості.

На рис. 25 наведено дві криві D/N по v; нижня відноситься до малих прогулянкових безреданих глісуючих катерів з потужним підвісним мотором, інша - до більш важких безреданих туристичних глісуючим катерів зі стаціонарною установкою потужністю 50-100 л. с. Як ті, так і інші катери належать до найбільш вдалих.

Діаграмами D/N по v можна користуватися і для орієнтовного визначення потрібної потужності або грубої оцінки допустимого водотоннажності, якщо відомі потужність і очікувана швидкість ходу.

приклад 4.
1. На катері зі стаціонарною установкою передбачається встановити двигун потужністю N = 45 л. с.; орієнтовно підрахована водотоннажність D = 900 кг. Яку швидкість можна очікувати?

Обчислюємо

Горизонталь, проведена з розподілу вертикальної 20 шкали, перетинає верхню криву на рис. 25 у точці, що відповідає швидкості "ходу v = 42 км/год.

2. Передбачається побудувати безрідний глісер (мотолодку) з підвісним мотором, що має швидкість 30 мм/год; потужність двигуна-10 л. с. Яка водотоннажність може мати наш глісер?

З розподілу горизонтальної 30 шкали проводимо вертикаль до перетину з нижньою кривою; з точки перетину проводимо горизонталь; ця горизонталь збігається з розподілом DIN = 32 на вертикальній шкалі. Оскільки N = 10 л. с., то водотоннажність мотолодки може бути близько D = 32 x N = 320 кг.

Формула для визначення потрібної потужності при заданих ширині та водотоннажності глісеру.

Якщо задані ширина і водотоннажність безреданого або реданого гліссерів звичайних обводів, то потужність, потрібна для досягнення даної швидкості ходу, може бути визначена за такою формулою:

де З - коефіцієнт, значення якого визначається за рис. 26 або 27; D - водотоннажність глісеру, т; v - швидкість ходу, задля досягнення якої визначається потужність, км/год; В - ширина по вилиці або за реданом, м.

Приклад 5.
Задано:

1. Обводи не редані.
2. Ширина то вилицю В = 1,6 м;
3. Водотоннажність D = 1,1 т;
4. Максимальна швидкість v = 40 км/год.

Рішення

1. Для визначення значення коефіцієнта З обчислюємо величину

2. За рис. 26 знаходимо, що значення 31,6 відповідає значення С = 0,095.

3. Обчислюємо значення

4. Підставляємо значення формул/ для визначення потужності:

Ця формула корисна тим, що дозволяє в кожному конкретному випадку виявити вплив зміни ширини та водотоннажності на потрібну потужність.

Слід зазначити, що зазначена формула передбачає дуже високий коефіцієнт корисної дії гребного гвинта, тому величини потужності, що отримуються, слід дещо підвищувати. Так само надходять і при визначенні потужності для реданих глісерів, використовуючи для знаходження неличини діаграму на рис. 27.

Мал. 26. Діаграма визначення коефіцієнта безреданых глісерів.

Мал. 27. Діаграма визначення коефіцієнта З реданих глісерів.

Формула для наближеного визначення швидкості при заданих водотоннажності та потужності двигуна.

Ця формула дозволяє, враховуючи тип обводів глісуючого судна, його водотоннажність і потужність, наближено визначити найбільшу досяжну швидкість:

де v - найбільша досяжна швидкість ходу,
км/година;

D - водотоннажність судна, кг;

N – потужність встановленого двигуна, л. с.;

З - коефіцієнт, що має різне значення в залежності від типу обводів:
для малих прогулянкових безреданих глісерів С = 113;

Для однореданих глісерів С=130;
для триточкових гоночних глісерів С=152.

Приклад 6.
Прогулянковий глісер, безреданий, водотоннажністю D = 1200 кг. Потужність двигуна N = 45 л. с.

Потрібно визначити максимальну максимальну швидкість.

Гонитва за рекордами не чужа і морським шляхам. Рейс з Європи до Північну Америкуна літаку займає всього кілька годин, тоді як самому швидкохідному судну, щоб перетнути океан, потрібно витратити три з половиною дні. Якщо говорити про транспортні суди сьогоднішнього дня і найближчого майбутнього, то вони все ще рухаються набагато повільніше, ніж найшвидшехідне пасажирське судно 25 років тому. Лише 1973 р. торгове судно досягло рекордної швидкостіу 33 уз. Однак ця цифра і сьогодні так само мало характерна для середнього рівня досягнутих у морському торговому флоті швидкостей, як і в попередні роки. Середні швидкості судів набагато нижчі від цього досягнутого одиничними судами максимуму, і для цього є підстави. Підвищення швидкості, хоч і призводить до скорочення часу перевезення вантажу, матеріально коштує дуже дорого. Кораблі ВФМ розвивають швидкості трохи більше 60 км/год. Зі збільшенням швидкості сильно зростають витрати на будівництво судна та його експлуатацію. Доцільність підвищення швидкості визначається і тривалістю стоянок суден у портах. З точки зору економічної ефективності підвищення швидкості буде виправдане лише у випадку, якщо одночасно будуть проведені удосконалення технології обробки суден у портах, що забезпечують скорочення стоянкового часу. Також кораблі ВМФ зберігають цю тенденцію, та його швидкості коливаються від 50 до 60 км/ч. І цих швидкостей достатньо ефективного виконання бойових завдань.

"Петро Великий" розвиває швидкість 57 км/год.

"Москва" максимальна швидкість крейсера - 60 км/год.

"Варяг" розвиває швидкість 60 км/год.

«Наполеглива» швидкість есмінця – 62 км/год.

"Адмірал Флоту Радянського Союзу Кузнєцов" швидкість - 53 км/год.

Підводний човен "Юрій Долгорукий" швидкість надводна становить 28 км/год, швидкість підводна - 53 км/год.

Багатоцільовий атомний підводний човен 4-го покоління «Сєвєродвінськ», надводна швидкість підводного човна – 30 км/год, підводний – 57 км/год.

Сторожовий корабель «Татарстан» проекту 11661 («Гепард») є флагманом каспійської флотилії. Швидкість – 52 км/год.

Корвет «Кмітливий». Швидкість корвету сягає 50 км/год.

Так, прагнення підвищити ефективність суховантажних суден, що почалося в 60-х роках, за рахунок підвищення їх швидкості не мало успіху. Якісно нові умови виникли лише після впровадження контейнерів для перевезень генеральних вантажів. У поєднанні зі створенням спеціальних комплектів для навантаження контейнерів це призвело до різкого скорочення простоїв суден-контейнеровози під вантажними операціями та забезпечило необхідні передумови для підвищення швидкості транспортних суден. Швидкісні судна в будь-якому випадку дуже дорогі. Незважаючи на це, швидкість судів набула великого значення у конкурентній боротьбі на світовому фрахтовому ринку, особливо для суден лінійного плавання. Велика швидкість вважається ознакою високої конкурентної спроможності і є відповідної судноплавної компанії для завоювання чи підтримки престижу; це властиве капіталістичним виробничим відносинам явище сприяє марнотратству суспільної праці. Сильно зростаючі зі збільшенням швидкості експлуатаційні витрати накладаються на вартість вантажів, що перевозяться. Це виправдано лише за перевезення цінних генеральних вантажів, де високі фрахтові ставки можуть окупитися з допомогою швидшої доставки. Що ж до сухих і рідких масових вантажів, то вони через їхню меншу вартість не можуть витримати більших націнок на транспорт, інакше їх подальша переробка виявиться економічно невигідною. Тому серед швидкохідних суден можна зустріти тільки контейнеровози, судна з горизонтальним навантаженням, рефрижераторні суднаі ліхтеровози, тобто головним чином судна, призначені для перевезення цінних штучних вантажів, але зовсім не танкери і судна для перевезення навалочных грузов. Зазначимо, що останнім часом до швидкохідних суден увійшли також танкери для перевезення зріджених газів. Цей вид перевезень є особливою проблемою, яка буде розглянута пізніше. Підвищення швидкості судів, однак, не є суто економічною проблемою. Чим швидкохідніше судно, тим паче гострі обводи він повинен мати. Великі загострення корпусу, які простягаються від країв судна майже до самого мідель-шпангоуту, призводять до дуже незручної форми суднових трюмів з точки зору укладання вантажів при завантаженні або великих втрат кубатури в порівнянні з більш тихохідними судами аналогічних розмірів. У той же час саме контейнери висувають дуже високі вимоги до кубатури суднових трюмів.

Необхідна для руху судна потужність енергетичної установки зростає приблизно пропорційно до третього ступеня швидкості судна. Сучасне 14000-тонне суховантажне судно для досягнення швидкості 18 уз обходиться установкою потужністю приблизно 8100 кВт, а всього втричі більший за вантажопідйомністю контейнеровоз для досягнення швидкості 30 уз вимагає вже 85 тис. кВт. Поряд із необхідністю встановлення таких потужних двигунівна борту судна потрібно передбачити можливість розміщення запасів палива їм. Якщо зупинитися на цьому прикладі, то з'ясується, що суховантажному судну для одного рейсу в Східну Азіюзнадобиться «лише» 1300 т палива, тоді як згаданий контейнеровоз змушений буде везти із собою майже 11 тис. т палива, якщо не поповнюватиме його запаси в дорозі, а заходи до проміжних портів пов'язані з неминучими втратами часу. У зв'язку з подальшим зростанням вимог до швидкості транспортних суден можна вважати, що підвищення швидкостей стримуватиметься не лише зростанням витрат на будівництво та експлуатацію суден, а й певними технічними та фізичними аспектами цієї проблеми. Верхня теоретична межа швидкості будь-якого судна, очевидно, буде досягнута тоді, коли вся його корисна вантажопідйомність буде витрачена на масу двигунів та запасів палива. Але для торгових судів такий варіант є неприйнятним. Справді, навіщо має йти в рейс судно, якщо воно не нестиме жодного корисного навантаження? Однак нічого іншого не вийде, якщо, наприклад, поставити завдання спроектувати судно з повною вантажопідйомністю 10 тис. т для плавання на лінії завдовжки 10 тис. миль зі швидкістю 40 уз. Вантажопідйомності такого судна вистачить лише на те, щоби прийняти запаси палива, необхідні для роботи енергетичної установки потужністю понад 75 тис. кВт. З порожніми трюмами та з 10 тис. т палива у подвійному дні та інших відсіках це судно розпочне рейс як танкер, а прийде до місця призначення з порожніми паливними цистернами. Практично, однак, до цього справа не дійде вже бодай тому, що одночасно зі швидкістю зростають розміри судів. Це сприятливо впливає на верхню межу потужності енергетичної установки, яку можна поставити на судні, але, з іншого боку, вимагає забезпечити постійну подачу вантажу в кількостях, достатніх для завантаження таких великих суден.

Крім наведених вище міркувань масогабаритного характеру є й інша, гідродинамічна межа швидкості транспортних суден, пов'язана з різким підвищенням хвильового опору. Це випливає з тієї обставини, що, починаючи з певного значення швидкості, опір води руху судна зростає так сильно, що будь-яке подальше підвищення швидкості пов'язане з надмірним зростанням опору. Так наприклад, при подальшому підвищенні швидкості великого 40-вузлового суховантажного судна всього на 1 уз потрібно значне збільшення потужності енергетичної установки - до 40%. Але таке підвищення швидкості обійшлося б надто дорого. Звідси з'являється обмеження швидкості всім суден, плаваючих лежить на поверхні води. Гранична швидкість відповідно до фізичних закономірностей залежить від довжини судна і має різне значення для суден з повними утвореннями та з гострими обводами. Прогнози найбільшої досяжної швидкості зроблено, зрозуміло, тільки для водосудних суден, які відповідно до закону Архімеда витісняють стільки води, скільки важать вони самі. До судів на підводних крилах та на повітряній подушці, до глісерів, а також до підводних судів ці прогнози не належать. Хоча швидкості, що нині закладаються в проекти швидкохідних суден з гострими обводами, завжди виявляються нижчими за екстремальні значення, проте цілком чітко простежується тенденція: швидкохідні водовипромінюючі судна одночасно повинні бути більшими за величиною. Таким чином прогнози зростання швидкості повинні враховувати також розміри судів. Подовження судна з 300 до 400 м, наприклад, хоча й підвищує граничну швидкість на 6 уз, але одночасно збільшує вантажопідйомність судна приблизно з 40 тис. т до 70 тис. т. Такий контейнеровоз розрахований на перевезення близько 3000 20-футових контейнерів. Всі ці контейнери повинні бути в найкоротші терміни подано до порту для навантаження на судно і так само швидко вивезені з порту після розвантаження. Не можна не відзначити і проблеми складування такої великої кількості цінних вантажів.

У 1973 р. почали працювати перші транспортні судна зі швидкістю 33 уз. У Японії проводяться дослідження, пов'язані із будівництвом 35-вузлового контейнеровозу. Цілком можливо, що до кінця століття швидкість контейнеровозів в окремих випадках досягне 40 уз. Однак, щоб дійти таких швидкостей, потрібні ще більші науково-технічні досягнення. Істотну протидію зростанню швидкостей судів надають різкі підвищення нафтових цін і, як наслідок, паливо. З 1973 р. ціни на пальне у міжнародному судноплавстві зросли у кілька разів. Тому тепер (та й у майбутньому) при виборі суден ціни на паливо можуть бути лише суто орієнтовними економічними оцінками. У цьому слід зазначити, що більш швидкохідні судна, зазвичай, є найбільш економічними. Примітно, що найшвидшехідні судна належать судноплавним компаніям, що субсидуються державою. Вирішальними є військові міркування, оскільки в рамках глобальної стратегії США швидкохідним транспортним судам доручаються важливі військові функції. Вплив цих обставин на міжнародне судноплавства при проектуванні контейнеровозів та суден з горизонтальним навантаженням виключає можливість вибору оптимальної з економічної точки зору швидкості. Конкуренція капіталістичних судноплавних компаній призводить до підвищення швидкості таких судів. На противагу цьому відповідають науково-дослідні роботи, що ведуть до досягнення більш високих швидкостей за рахунок зниження опору води та підвищення коефіцієнта корисної дії суднових енергетичних установок. Найбільш часто застосовуваним засобом для зниження опору води є носовий бульб, який дає максимальний ефект при помірно гострих обводах: при дуже гострих обводах носовий бульб дає близько 5% економії потужності, при повних до 10-15%.

Все більш широкий асортимент покриттів суднового корпусу, пропонований лакофарбовою промисловістю, дозволяє зменшити корозію та обростання корпусу, що також веде до деякого, хоч і невеликого, зменшення опору тертя. Значно більшого ефекту очікується у майбутньому від вдування повітря і упорскування високополімерних розчинів (наскільки це дозволяють міркування охорони навколишнього середовища) у прикордонний шар між корпусом і водою. Ефект настане тоді, коли витрати на ці заходи окуплятимуться користю від них у вигляді економії потужності та палива. Нині ще важко сказати, коли це станеться. Для зменшення опору велике значення має правильний вибір співвідношення між довжиною та шириною судна, особливо зараз, коли спостерігається подальше зростання швидкостей та розмірів суден. Усе це служить однієї мети - максимально можливого зменшення потужності суднових енергетичних установок. Для водоізміщуючого судна звичайного типу, що пересувається на межі поділу двох середовищ - води і повітря, навряд чи досяжна швидкість більше 40-45 уз. Якщо ж потрібна більша швидкість, необхідно використовувати нові способи руху суден. Не означає, проте, простого відходу від прийнятої нині форми корпусу. Корпус судна повинен залишити межу розділу та рухатися лише в одному середовищі. Для цього є два шляхи: вниз, під поверхню води, або вгору над нею. В обох випадках хвильовий опір має зникнути. І дійсно, над поверхнею води або під нею судно може рухатися швидше, обмеження швидкості втрачають чинність. хвильовий корабель гідродинамічний

Очікується, що перехід від однокорпусних до багатокорпусних суден також призведе до зростання швидкостей. У принципі, однак, будь-яке підвищення швидкості судна пов'язане із значним збільшенням потужності. Цікаво, що характер підвищення потужності із зростанням швидкості дуже різний для судів різного типу. Перевага одного типу корпусу над іншим завжди пов'язана з певним діапазоном швидкостей. Якщо спочатку відволіктися від проблем, пов'язаних із вибором головних двигунів, то на перспективу з точки зору досяжних швидкостей можна запропонувати таку нову класифікацію судів:

• - водоізомісні однокорпусні судна, що пересуваються на поверхні води, у напівзануреному стані та під поверхнею;
• - водовипромінюючі судна з двома або великим числом корпусів, що пересуваються на поверхні води та у напівзануреному стані;
• - судна з гідродинамічними силами підтримки: глісуючі та на підводних крилах;
• - ширяючі судна: на повітряній подушці з аеростатичною силою підтримки та екраноплани з аеродинамічною силою підтримки.

У всіх судів незвичайного типу, корпус яких або винесений над поверхнею води або опущений під воду, зникає хвилевий опір, який є домінуючою частиною повного опору води для звичайних судин. Насправді досягнуто (або передбачено у проектах) такі максимальні швидкості. Підводні транспортні 50-60 уз. Напівзавантажені багатокорпусні 50-80 уз. На підводних крилах 60-100 уз. На повітряній подушці 80-200 уз.

Ці швидкості значно вищі, ніж у традиційних торгових судів. Діапазон швидкостей руху між транспортною авіацією та морським торговим флотом буде заповнений, принаймні частково, суднами на підводних крилах та на повітряній подушці. У всякому разі, уявлення про перспективи розвитку судів цих двох типів заходять дуже далеко. Хоча проекти важких, масою в багато тисяч тонн, суден на підводних крилах і на повітряній подушці швидкостями близько 150 уз і навіть понад 200 уз визнаються технічно здійсненними, проте будівництво їх залишається нереалізованим, оскільки поки що відсутня суспільно обумовлена ​​необхідність цього. Можна припускати, що для здійснення подібних проектів знадобляться десятиліття, протягом яких неминучі великі досягнення і в інших сферах транспорту. У майбутньому до ефективності морського транспорту буде пред'явлено високі вимоги. Чи вдасться, однак, за допомогою відомих досі технічних засобів створити судна, які зможуть задовольнити побажання клієнтури морського транспорту? Зростаючий рівень спеціалізації судів та збільшення їх розмірів створюють передумови для морських перевезень вантажів з мінімальною витратоюкоштів. Автоматизація суднових виробничих процесів у поєднанні з їхньою високою надійністю також сприятиме підвищенню економічності судів. Проте чи цього достатньо? Чи не постає перед морським флотом майбутнього проблема задоволення нових, сьогодні ще не відомих потреб суспільства? Очевидно, так воно й буде. Невирішеним залишається також питання, чи зможе морський флот у майбутньому задовольняти вимоги високих швидкостей перевезень цінних вантажів. Вже зараз авіація є альтернативою трансокеанським перевезенням на судах. Досягнення високих швидкостей є найважливішим перспективним завданням всього міжнародного судноплавства. При цьому маються на увазі не тільки перевезення цінних вантажів, але і поромні сполучення, що розширюються, і туризм.

Але як може бути скорочений ходовий час, якщо можливості підвищення швидкості поромів звичайного типу вже практично вичерпані? Чи будуть ці транспортні завдання надалі покладені на гелікоптери або, скажімо, на дирижаблі, або експлуатація швидкохідних суден на підводних крилах і повітряній подушці виявиться більш економічною? Абсолютно нові, незвичайні завдання постають перед морським судноплавством у зв'язку з більш інтенсивним використанням північних морських шляхів. Судна, які прокладають свій шлях через арктичні льодиз метою залучення цієї частини Землі у сферу господарської діяльності, є предтечами судів майбутнього. Сьогодні ще майже неможливо передбачити, які вимоги пред'явить до суднобудування та судноплавства видобуток морської сировини, значення якої зростатиме. З нашої сьогоднішньої точки зору майбутні інженерні споруди, призначені для видобутку морської сировини на поверхні моря, під його поверхнею або на морському дні, а також плавучі збагачувальні фабрики, плавучі станції для зрідження природного газу та інші плавучі підприємства мають виглядати надзвичайно незвично. Природно, що в цьому перспективному виробничому процесі на морі важко провести чітку межу між суднами та іншими промисловими спорудами. Однак цими та іншими питаннями неминуче доведеться займатись, оскільки йдеться про суди завтрашнього дня. Нові завдання ведуть до нових технічних та технологічних рішень. Поряд із судами звичайного типу, що вдосконалюються, свій внесок у вирішення майбутніх транспортних проблем на морі зроблять і транспортні засобинового, нетрадиційного типу

Малі ракетні кораблі сьогодні стають одними з наймасовіших бойових одиниць у ВМФ Росії. Не кажучи вже про радянські МРК, що перебувають у строю, для потреб російського флоту паралельно будуються великими серіями "Буяни" (проект 21631) і "Каракурти" (проект 22800). Доктор технічних наук Віктор Дубровський підготував для FlotProm статтю, в якій розраховує варіанти збільшення мореплавства та швидкості кораблів цього класу за рахунок зміни форми корпусу.

Вступ

Ризикну почати з ідеї, яку фактично схвалюють далеко не всі кораблебудівники: промисловість має постачати ВМФ такі кораблі, які найбільше відповідають його потребам. Однак реалізація цієї ідеї можлива лише за тієї обов'язкової умови, що замовники, представники ВМФ, максимально повно і детально знатимуть сьогоднішні і особливо перспективні потреби флоту, а також ті можливості, які можуть надати застосування кораблів нових типів.

При цьому однією зі сторін проблеми є крайня необхідність широкого технічного кругозору представників замовника, тому що усвідомлення перспективних можливостей сьогодні невіддільне від розуміння всього спектра можливостей, які з'явилися б при використанні різних типів кораблів.

Треба мати на увазі, що сучасні надводні кораблі – це носії місткості, говорячи загальними термінами. Це означає, що їх розмірення в основному визначаються не масою корисного навантаження, а площею палуб, необхідної для розміщення її та екіпажу (з урахуванням усіх площ, необхідних для управління кораблем та обслуговування його систем та пристроїв). Зазвичай сьогодні корисне навантаження надводних кораблів (НК) зі сталевим корпусом та надбудовами знаходиться в межах 10-15% повної водотоннажності, рідко перевищуючи 20%.

Особливо великі потреби у досить великій площі палуби (насамперед – верхньої) у ПК з авіаційним озброєнням, до складу якого сьогодні входять, насамперед, безпілотні літальні апарати.

Крім того, важливими оперативними якостями ПК є швидкість ходу, що досягається, і можливість її підтримки в умовах морського хвилювання. Якщо перше досягається за рахунок сучасних енергетичних установок, друге майже не залежить від наявних потужностей ЕУ і визначається характеристиками корпусу, а також наявністю систем заспокоєння хитавиці. Зазначимо, що можливості таких систем щодо поздовжньої хитавиці дуже малі у кораблів традиційного типу.

Відзначимо також, що швидкість ходу на хвилюванні достатньої інтенсивності практично завжди знижується (або змінюється курс, що подовжує маршрут) для забезпечення тих рівнів характеристик мореплавства, які потрібні для безпеки плавання та можливості функціонування всіх підсистем корабля, насамперед – корпусу та екіпажу. Цей вплив тим більше, чим менше водотоннажність НК і гірша морехідність, що визначається його архітектурно-конструктивним типом.

Таким чином, сьогодні ПК повинен мати досить велику площу палуб, максимально високу мореплавність та високі ходові якості.

Всі ці якості простіше забезпечуються при використанні багатокорпусних ПК, ніж традиційних однокорпусних. Так що нижче як перспективні альтернативних варіантівНК, насамперед – малого та середнього водотоннажності, найбільш схильних до впливу хвилювання, розглядаються багатокорпусні НК різних типів.

Багаторічні дослідження та практика застосування кількох десятків побудованих об'єктів із малою площею ватерлінії показали їх суттєві переваги порівняно з традиційними. Узагальнюючи, можна сказати, що багатокорпусний об'єкт з малою площею ватерлінії має таку ж морехідність, як однокорпусний у 5-15 разів більшої водотоннажності (залежно від ступеня небагато площі ватерлінії, яку вдається забезпечити при виконанні всього комплексу вимог до ПК).

Наприклад, на рис. 1 і 2 порівняно натурні дані про амплітуди кільової та бортової качки традиційних кораблів водотоннажністю 1000 і 3000 т (корвета і фрегата) і 600-тонного корабля з малою площею ватерлінії (КМПВ), спроектованого в 70-ті роки випробувань у морехідному басейні ЦНДІ ім. Розглядаються варіанти без заспокоїв качки.

Мал. 1. Амплітуди кільової качки на зустрічному хвилюванні: 1 – корвет, 1000 т, 12 вузлів; 2 - КМПВ, попутне хвилювання, 10 вузлів; 3 – те саме, зустрічне хвилювання, 10 вузлів; 4 - те саме, 18 вузлів; 5 - фрегат, 3000 т, 15 вузлів.
Мал. 2. Амплітуди бортової хитавиці лагом до хвилі: 1 – корвет, 1000 т; 2 – фрегат, 3000 т; 3 – КМПВ, 10 вузлів, 4 – те саме, 18 вузлів.

Вочевидь як перевага КМПВ, а й зворотна – стосовно однокорпусным – залежність качки від швидкості ходу: у КМПВ зростання швидкості призводить до зниження амплітуд качки. Так що для цих кораблів запас потужності реально викликає зростання швидкості на хвилюванні – на відміну від однокорпусних, де його неможливо реалізувати через необхідність зниження швидкості підтримки потрібного рівня мореплавства.

Однак для передпроектного вибору одного або кількох типів ПК, які доцільно вивчати детальніше, учасникам цього вибору треба якнайточніше розуміти потреби ВМФ, а також те, як їх забезпечення вплине на кінцеві ТТХ кораблів різних типів. При цьому неможливо обмежитися взаємодією проектантів із замовником лише раннім етапом проектування. Ця взаємодія має бути постійною на передпроектних етапах і доступною – на всіх наступних, тому що на всіх етапах проектування виникають альтернативні технічні рішення, що впливають на результати проектування.

Пропонується розглянути послідовність передпроектних рішень на прикладі малого ракетного корабля, МРК, оскільки він має невелику водотоннажність, а тому може бути замінений кораблем нового типу без особливих потрясінь основ суднобудування.

Передпроектні рішення

Як вихідний розглядаються МРК проекту 21631, що будуються в даний час. Спочатку інтерес саме до цього призначення корабля був викликаний виникненням питання: чи корисне подвоєння швидкості МРК з тактичного погляду? Скажімо, для максимально швидкого підходу на відстань, що дорівнює дальності дії ракет – і швидкого виходу із зони досяжності ударом у відповідь? При дальності ураження морських цілей до 300 км швидкість до 50 вузлів може бути корисною у вказаному вище значенні. Однак поки що доцільність такого різкого підвищення досяжної швидкості з тактичної точки зору не оцінена.

Без істотного підвищення швидкості перехід до одного з нових типів кораблів, як мінімум, дозволить досягти більш-менш (залежно від типу) помітного підвищення мореплавства, що особливо корисно для малотоннажного корабля.

Вища морехідність, разом із збільшенням площі палуби, дозволить додатково прийняти авіаційне озброєння (безпілотники) і досить ефективно його використовувати.

Далі розглянуті можливі обмеження та вимоги, які можуть визначити вибір типів, що розглядаються. Зазначимо, що для забезпечення порівнянності всі варіанти повинні мати таку ж площу внутрішніх палуб у платформі, що з'єднує корпуси, яка площа внутрішніх палуб і платформ вихідного варіанту. З іншого боку, передбачається той самий комплект озброєння, тобто. його маса, при виборі розмірів грає роль корисного навантаження.

Очевидно, що обмеження довжини альтернативних варіантів відсутнє. Однак осад у вихідного корабля явно обмежений, і вплив цієї обставини слід розглянути. Така сама осаду може бути забезпечена:
- катамараном (двокорпусним кораблем з традиційними обводами корпусів);
- КМПВ за особливого вибору розмірень;
- напів-КМПВ (коли носові частини корпусів мають малу площу ватерлінії, а кормові – звичайні обводи, що дозволяє зручно розмістити енергетичну установку (ЕУ) практично будь-якої необхідної потужності).

Катамаран буде кращим за традиційний варіант, крім збільшеної площі палуб, за початковою поперечною стійкістю і за амплітудами бортової хитавиці (при приблизно рівних прискореннях цієї хитавиці, що можна забезпечити раціональним вибором розмірень).

Невелика осадка може бути забезпечена і при застосуванні КМПВ, якщо висота його гондол (підводних об'ємів водопідйомників) буде прийнята рівною осаді при повному водотоннажності. При осаді, що дорівнює висоті гондол, КМПВ використовуватиметься на тихій воді, а на хвилюванні прийматиме водяний баласт для збільшення опади, а тому – покращення мореплавства. Об'єм баласту при цьому відповідає приблизно половині повного обсягу стійок (тобто обсягу від гондоли до платформи).

У цьому випадку висота головних двигунів може бути більшою за висоту гондол. Це змусить або переносити ЕУ в надводну платформу, або суттєво збільшувати ширину стійок (і плавно зменшувати до країв; проте невелика довжина корпусів може при цьому призвести до неприйнятно великих кутів загострення ватерліній стійок, що збільшить опір буксирування). Зрозуміло, що збільшення ширини стійок означає збільшення площі ватерлінії, що призведе до погіршення мореплавства.

Перенесення двигунів у платформу означає застосування більш складної та дорогої передачі потужності на рушії, наприклад, похилих валопроводів, або кутових редукторів, або електропередачі. Все це ускладнює та дорожчає КМПВ з обмеженим осадом.

Той самий результат – збільшення площі ватерлінії та обумовлене цим погіршення мореплавства – матиме місце при використанні напівКПМВ.

Таким чином, жорстке обмеження опади у вихідних даних обмежить кількість типів, форму обводів або можливі варіантиЕУ.

Слід зазначити, що це кораблі з обмеженою осадкою повинні мати водометные рушії – як і традиційний корабель.

Використання переваг КМПВ найдешевше обійдеться за відсутності обмежень опади.

Однією з умов, які впливають вибір типу, у разі є висота пускової установки основних ракет. Якщо ця висота більше 5 м, що не дозволить розмістити їх в межах двоярусної платформи, що з'єднує корпуси, найбільш зручно використання варіанта з аутригерами; при цьому пускові установки будуть лінійно розміщені у надбудові над основним корпусом – з можливістю знаходження їх нижніх частин у стійці корпусу. При цьому аутригери і надбудова, що з'єднує їх з корпусом, будуть додатковим захистом пускових установок.

Цей варіант може мати такий же головний двигун і двигун, як і вихідний однокорпусний прототип. Тоді очікується зниження досяжної швидкості на тихій воді. Однак, за рахунок зниження втрат швидкості на хвилюванні, Середня швидкістьу морських умовах може залишитися практично тією ж.

Більше традиційно для бойових кораблів можна використовувати двовальну ЕУ; при цьому буде забезпечена така ж швидкість на тихій воді, як у однокорпусного прототипу - за рахунок зростання потужності та підвищення пропульсивного ККД зі збільшенням площі двох рушіїв порівняно з одним (при тій же осаді). При цьому збільшення сумарного гідродинамічного перерізу рушіїв дозволить застосовувати гвинти замість більш дорогих та складних водометів. У цьому випадку також середня швидкість на хвилюванні буде вищою, ніж у однокорпусного прототипу.

Нарешті, може бути забезпечена приблизно вдвічі більш висока досяжна швидкість КМПВ порівняно з традиційним прототипом – зрозуміло, з помітним збільшенням потужності ЕУ та водотоннажності корабля.

Усі перелічені варіанти можуть мати додаткове озброєння, що має бути враховано як вихідної величини корисного навантаження, і у величині необхідної площі палуб.

Таким чином, в залежності від потреб замовника можуть бути розглянуті наступні альтернативні варіанти МРК при обмеженні осаду:
- катамаран
- КМПВ з двома опадами, для тихої води та для хвилювання, з ЕУ в гондолах або в надводній платформі;
- напів-КМПВ (з малою площею ватерлінії носових частин та традиційними обводами кормових).

Якщо ж обмеження опади немає:
- КМПВ з аутригерами для того ж діапазону швидкостей, що і традиційний корабель, одновальний або двовальний;
- двокорпусний КМПВ із подвоєною, порівняно з традиційним кораблем, швидкістю повного ходу.

Нижче для прикладу коротко показані основні результати орієнтовного вибору розмірів та очікувані характеристики двох останніх варіантів МРК.

Вихідні дані

Однокорпусний прототип альтернативних варіантів має повну водотоннажність 949 т, найбільшу довжину 74,1 м, ширину 11 м, висоту борту 6,57 м, осадку 2,6 м, швидкість 25 вузлів при потужності 7,35 мВт ЕВ і водометному рушії.

При висоті борту 6,57 м у корпусі висотою можуть бути розміщені одна або дві палуби; з помилкою в безпечну сторону, при оцінці площі внутрішніх приміщень, включаючи площу надбудови, припустимо наявність двох палуб. Тоді площа внутрішніх приміщень, без настилу другого дна, становитиме близько 1300 кв.

Приймемо масу корисного навантаження, що дорівнює 15% повного водотоннажності, тобто. приблизно 150 т.

Зазначені величини швидкості та потужності вважаємо вихідними при проектних дослідженнях.

Варіанти, які не мають обмеження щодо осаду

Мінімальна габаритна ширина варіантів, не схильних до обмеження опади, визначається за наступною вимогою до початкової поперечної стійкості: крен не більше 10 градусів при стоянці лагом до вітру зі швидкістю 100 вузлів (що відповідає необмеженому району плавання).

КМПВ з аутригерами

При розміщенні пускових установок поблизу міделя приймемо таке ж розміщення аутригерів (підвищення захищеності основного озброєння корабля). Таке становище оптимальне для швидкостей у районі швидкості економічного ходу.

Застосування специфічної методики, що враховує особливості КМПВ, дозволяє визначити розміри та характеристики КМПВ з аутригерами у нульовому наближенні.

Габаритна ширина цього варіанта визначається викладеною вище вимогою до початкової стійкості.

Орієнтовна схема загального розташування МРК з аутригер показана на рис. 3.

КМПУ з "напівглісуючими" обводами

Для суттєвого збільшення швидкості КМШВ необхідно використовувати нову формуобводів, що забезпечує швидкості до верхньої межі перехідного швидкісного режиму.

Істотно збільшена, в порівнянні з попередніми варіантами, потужність ЕУ вимагає збільшеної ширини стійок, а тому призводить до збільшення площі ватерлінії. Однак у розрахунковому режимі повного ходу корабель спливатиме до ватерлінії у верхній кромці гондол, так що тут площа ватерлінії стійок дещо погіршить мореплавство лише при невеликих швидкостях. Це погіршення має бути максимально компенсовано системою заспокоєння хитавиці.

Орієнтовна схема цього варіанта КМПВ показано на рис. 4.

Орієнтовні дані про основні розміри та основні характеристики варіантів МРК, осадка яких не обмежена

Тип корабля	КМПУ з аутригерами, одновальний	Те ж саме, двовальний	Двокорпусний КМПВ
Площа внутрішніх палуб у сполучній корпусі надбудові, кв м
Озброєння та боєзапас, т
Габаритні розмірення, м
Осаду при повній водотоннажності, м
Повна водотоннажність, т
Потужність ЕУ, МВт
Швидкість повного ходу при повному водотоннажності, уз
Дальність плавання при швидкості 15 вузлів, милі
Інтенсивність хвилювання, при якій немає обмежень швидкості та курсового кута, бали
Інтенсивність хвилювання, при якому необхідно вибирати курсові кути, бали

Для визначення розмірів та характеристик кораблів з обмеженою осадкою та для уточнення даних про кораблі з необмеженою осадкою необхідно визначити 1-2 варіанти, найбільш ефективних для ВМФ. Викладене показує, що різноманіття вивчених багатокорпусних об'єктів дозволяє суттєво покращити тактико-технічні якості мало- та середньотоннажних ПК. Однак для вибору варіантів, що найбільше враховують потреби ВМФ, необхідна постійна щільна співпраця замовника та проектантів.

Віктор Дубровський, д.т.н.

Можна сміливо сказати, що судноплавство – найдавніший із усіх існуючих видівтранспорту, хоча відповісти на питання, коли і де було збудовано перше судно, навряд чи можливо. Але в цьому випадку нас цікавить не це. Візьмемо для прикладу грецькі кораблі, на яких здійснювали свої походи герої Гомера, та сучасний швидкохідний лайнер. Порівняємо їх. Різниця, безумовно, величезна. Машини потужністю в десятки тисяч кінських сил, вантажопідйомність, що вимірюється тисячами тонн, - все це, звичайно, свідчить про незаперечний прогрес, досягнутий у суднобудуванні за минулі дві-три тисячі років. Однак, з іншого боку, можна стверджувати, що принципової різниці між порівнюваними кораблями немає. Так, форма плаваючого у воді корпусу судна - із загостреним носом, що плавно розширюються, а потім звужуються до корми бортами - залишилася практично без змін. Та й швидкість сучасного турбоходу-трансатлантика – володаря «Блакитної стрічки» лише в 5-6 разів перевищує швидкість корабля Одіссея, який рухали вперед два-три десятки веслярів.

Якщо порівняти ці результати з прогресом, досягнутим за набагато коротший термін у сухопутному, а тим більше повітряному транспорті, то вони виглядають більш ніж скромно. Це наводить на думку, що швидкість судна при традиційному способі руху по воді, хоч би яким воно наводилося в рух - веслом або гребним гвинтом, близька до верхньої межі. Звичайно, інженери-кораблебудівники продовжують працювати над удосконаленням форми корпусу судна, і це дає важливі для народного господарства результати. Наприклад, у недавньому минулому лише завдяки зміні форми носового краю-установці так званої бульбової наделки вдалося зменшити загальний опір судна приблизно на 5-7%. Але говорити про якісь кардинальні здобутки і в цьому, і в багатьох аналогічних випадках не доводиться.

Ймовірно, удосконалювати форму судна можна лише до якоїсь межі, яка вже близька і перевершити яку неможливо. Справа в тому, що навіть ідеально обтічний корпус при русі викликає утворення хвиль і відчуває опір від тертя води про його обшивку. Ці сили, що перешкоджають руху судна, зростають пропорційно квадрату і навіть кубу швидкості і дуже швидко досягають величин, подолати які за жодної витрати потужності не вдається.

Раз їх не подолати, їх потрібно по можливості позбутися! Ця проблема серйозно постала наприкінці минулого століття. Саме тоді було зроблено спроби замінити рух у воді ковзанням по її поверхні – гліссуванням. Перший глісер, побудований в 1867 р. французом Адером, розвивав невелику швидкість - трохи більше 20 км/год, але його поява ознаменувала початок нової епохи в історії боротьби за швидкість на воді. Примітно, що початок її збігся за часом з першими успішними польотами людини в повітрі, а розвиток швидкохідних суден йшов у тісному зв'язку з прогресом в авіації.

За роки, що пройшли з часу випробування першого глісеру, був зроблений стрибок, вже незрівнянний з тим, що було досягнуто за всю попередню історію суднобудування: сучасний рекорд швидкості на воді, поставлений в 1967 на глісуючим катері з реактивним двигуном, дорівнює 459 км / година! Ці результати стали можливими лише завдяки тому, що гліссування дозволило набагато зменшити одну з головних перешкод на шляху зростання швидкості – хвильовий опір. На сучасних глісуючих суднах більшість потужності двигунів витрачається вже не на утворення хвиль, а на подолання опору тертя про воду (на гоночних глісерах воно досягає 60-70% повного опору руху, хоча абсолютна його величина набагато менше, ніж у водоймного судна). Щоб досягти подальшого зростання швидкості при заданій обмеженій потужності двигуна, потрібно подолати і цю перешкоду.

Однак здатність ковзати по поверхні води є одночасно і одним із властивих глісеру слабких місць. На великій швидкості є небезпека повного відриву від води, переходу на режим рикошетування (так скаче по воді плоский камінчик) і навіть зльоту в повітря, неминучим результатом якого буде аварія - згадайте про кінець «Синього птаха» Кемпбелла! З іншого боку, поверхня води ніколи не буває такою гладкою, як бетонна дорога, а на хвилюванні зі швидкісним глісером станеться те саме, що з гоночним автомобілем, пущеним по пересіченій місцевості. Зрозуміло, що це обмежує сферу застосування швидкісних глісерів.

Останнім часом теоретично обґрунтовано та практично здійснено низку нових способів руху по воді з великими швидкостями. Йдеться про застосування підводних крил, принцип руху на повітряній подушці та ін. Багатьох наших читачів зацікавила і проблема використання на воді коліс. Сприятливим мотивом для цього були дуже привабливі публікації в деяких газетах і науково-популярних журналах. Ось що, наприклад, надруковано в № 12 за 1967 р. журналу «Юний технік»:

«Інженер В. Подорванов першим здогадався використати майже забутий «ефект Магнуса» у водяних струменях. У його конструкції циліндри не повністю занурені у зустрічний потік, а лише своєю нижньою частиною. Саме в цьому і полягає головна перевага нової конструкції. Колеса-циліндри з найменшими втратами енергії особливо легко підминали, підтягували під себе зустрічні струмені води. Їхня підйомна сила була така велика, що значно краще підводних крил піднімала над водою весь корпус судна. Адже опір циліндрів значно менший, ніж у підводних крил. Крім того, вони обертаються значно швидше, ніж зустрічні струмені води, що біжать під них. В результаті з'являється додаткове зусилля, що прискорює рух судна. Чим більша швидкість корабля, тим вище він піднімається над водою. Ось циліндри лише ледве торкаються поверхні води своєю нижньою поверхнею. Нова фаза руху – циліндри лише часом стосуються води. Ще збільшиш швидкість – і судно повністю переходить на режим польоту. У воді залишається лише гребний гвинт, що штовхає його. Тепер циліндри працюють не в гідродинамічному, а аеродинамічному режимі. Швидкість корабля-циліндроходу можна довести над самою поверхнею води до 300 км/год, а можливо й більше, що недосяжно для суден на підводних крилах і повітряній подушці».

Не будемо поки детально розбирати реальність застосування цього принципу досягнення таких високих швидкостей, але ознайомимося хоча б коротко з проектом, про який йде моваі який В. П. Подорванову видано авторське свідоцтво.

Швидкохідний катер, що має вертикальне повітряне кермо і горизонтальний стабілізатор, утримується над поверхнею води за рахунок гідродинамічних сил, що утворюються на поверхні циліндричних коліс - двох великих носових і двох менших у кормі. Колеса перекочуються по воді з ковзанням і рикошетуванням, причому вісь обертання носової пари коліс розташована попереду і вище центру ваги корпусу з віднесенням на неї 70-90% ваги всього катера. Колеса змонтовані на амортизаторах. Рух здійснюється за рахунок упору гребного гвинта.

Можна нагадати і про реактивного глісера «Зелене Чудовисько», побудованого американцем Артом Арфонсом для встановлення нового рекорду швидкості на воді: у його поплавці-спонсони вмонтовані автомобільні колеса, що виступають вниз. На думку винахідника, ці колеса, як по бетону, будуть котитися по поверхні води. Що з цього вийшло, поки що невідомо; принаймні світовий рекорд, як і раніше, належить Тейлору, а не Арту Арфонсу!

З проханням оцінити подібні проекти та встановити, наскільки вони відповідають фундаментальним положенням теорії гідродинаміки, редакція звернулася до вчених, членів науково-технічного товариства суднобудівної промисловості імені академіка О. М. Крилова. Щоб конкретизувати тему розмови, ми свідомо звузили коло питань, поставивши за мету з'ясувати важливу можливість підвищення швидкості руху малих суден, які мають контакти з водою, т. е. виключивши з розгляду апарати повітряної подушці, екраноплани та інших. Наводимо короткий зміст цієї беседы.

Що можна сказати про важливу можливість руху по воді на копесах?

Інж. Е. А. Конов: Зазвичай можливість використання коліс як несучих поверхонь пов'язувалася з ідеєю зниження опору тертя. Це й досі продовжує залучати винахідників. Якщо ж звернутися до історії, слід зазначити, що ще в 30-х роках проект швидкохідного катера на колесах був запропонований англійцями Ламбардіні і Фіддерманом. Результати своїх теоретичних та експериментальних досліджень вони доповіли у 1948 р. на Другому міжнародному конгресі з прикладної механіки. Англійські інженери вважали, що, якщо встановити під дном судна ряд циліндрів, що вільно або примусово обертаються, то за рахунок зниження опору тертя швидкість пересування по поверхні води зросте. Але, щоб підтримувати судно над поверхнею води, колеса одночасно повинні створювати відповідну підйомну силу. Фактично англійці розглядали рух колеса як гліссування. Однак, як показали проведені пізніше експерименти, гідродинамічна якість (тобто відношення підйомної сили до опору) коліс може бути трохи більше одиниці, тобто завжди виявляється значно гірше, ніж у звичайного плоского днища.

Що ж до матеріалів з цього питання, опублікованих у деяких популярних виданнях, то, на жаль, усі вони грішать науковою недостовірністю і тому вводять читачів в оману.

Канд. техн. наук М. А. Басін: Я взагалі не розумію, навіщо говорити про глісуюче колесо як про новий принцип руху Завдання досягнення високих швидкостей під час руху по воді вимагає створення глісуючої поверхні з високою гідродинамічною якістю. Колесо (циліндр), що навіть обертається в напрямку руху, не володіє цією якістю, тому що являє собою глісуючу поверхню з формою, далекою від оптимальної.

Резюмуємо сказане: рух колеса по водній поверхні не може бути ідентичним руху по земпі, як на це розраховував Арфонс, а припущення Подорванова про велику здатність коліс, що несе, при гліссуванні помилкові.

Інж. Ю. А Голдобін: Попередні висловлювання показали, що для збільшення швидкості судна ставити його на колеса зовсім ні до чого Мені хочеться нагадати цікаву думку, висловлену відомим аеродинаміком професором Голубєвим. Звичайне колесо під час руху по землі будь-якої миті, як відомо, має точку, швидкість якої щодо землі дорівнює нулю, - це точка її опори. Подібним чином і частинки води, що знаходяться на деякому віддаленні від обшивки судна, що рухається, залишаються в стані спокою, в той час як частинки, прилеглі до обшивки, силами в'язкості захоплюються разом з судном.

З цієї аналогії можна дійти невтішного висновку, що винайдене людиною колесо є лише грубої копією створеного природою вихрового механізму, який зараз прийнято називати прикордонним шаром.

Проблема полягає у створенні оптимального режиму взаємодії прикордонного шару та корпусу. У науці цю проблему називають управлінням прикордонним шаром (УПС).

Що ж мають на увазі під управлінням прикордонним шаром зниження опору тертя?

: Одним з найбільш перспективних способів зниження опору тертя судна є створення на днищі тонкого повітряного прошарку Для досягнення високих результатів необхідно проектувати судно зі спеціальною формою корпусу. Отримуваний ефект досягається за рахунок зменшення опору тертя тієї частини поверхні корпусу, яка покривається повітряним прошарком і, грубо кажучи, рухається вже не у воді, а в повітрі. Витрата повітря, а отже, і потужності на піддув у цьому випадку виходить незрівнянно менше, ніж у судна на подушці повітря звичайного типу.

Інж. Ю. А. Голдобін: Цікаво, що ефект повітряного мастила був помічений на вітрильних швертботах, що мають ежектори в днище для відкачування води, що потрапила в корпус. Якщо при великій швидкості відкрити ежектори, то повітря, що засмоктується через них під днище, істотно зменшує опір і швидкість швертбота при цьому, незважаючи на додатковий опір самих ежекторів, помітно підвищується, а за кормою можна спостерігати інтенсивний повітряний слід.

Інж. А. С. Павленко: Як повідомив журнал «Ер кашн», американці при випробуванні 9-метрового швидкохідного катера отримали завдяки застосуванню повітряного мастила зниження опору тертя на 40%. Слід, однак, відзначити, що повітряне мастило - не єдиний спосіб зменшення опору тертя. Великий інтерес становлять, наприклад, податливі покриття корпусу.

Йдеться про «дельфінову шкіру»?

Інж. А. С. Павленко: Так, у популярній літературі така назва прийнята Важливо дію податливого покриття пояснити нескладно; одна з них, розроблена американським вченим Крамером, показана на малюнку. Вигинаючись під дією пульсуючих тисків, податливе покриття як би вирівнює, згладжує потік, поглинає енергію поперечних коливань прикордонного шару і таким чином ламінаризує його. На випробуваннях, проведених Крамером, вдалося одержати зниження опору тертя на 40%.

Канд. техн. наук В. П. Шадрін: Аналогія, звичайно, є, але далеко не повна Принцип дії шкіри дельфіна, як і будь-який біологічний системи саморегулювання, набагато складніше. Нервові закінчення, якими пронизана шкіра дельфіна, дозволяють, очевидно, їй активніше взаємодіяти з довкіллямта забезпечують додатковий виграш у опорі. Механізм цієї взаємодії багато в чому не зрозумілий.

Існує ще один спосіб зниження тертя судна - введення в прикордонний шар спеціальних полімерних речовин, наприклад, фарбування зовнішньої обшивки фарбою, що виділяє полімери. Припускають, що порівняно довгі та гнучкі молекули полімерів є своєрідною пружиною, що гасить коливання потоку в прикордонному шарі. Розташовуючись вздовж ліній струму, такі молекули пручаються поперечному перемішування води і можуть затримати перехід ламінарного режиму в турбулентний. Відомо, що Міжнародний Вітрильний Союз навіть видав спеціальну ухвалу, яка забороняє використовувати такі покриття на гоночних яхтах, щоб не давати переваги окремим спортсменам.

Які фізичні основи дії полімерних покриттів та їх перспективи?

Канд. техн. наук А. А. Бутузов: Механізм дії полімерних покриттів досліджено поки що слабко. Наявні експериментальні відомості ще дають підстави будь-яких узагальнюючих висновків.

Інж. Ю. А. Голдобін: Відомо цікаве повідомлення про експеримент, зроблений у США З носової частини катера виливали у воду цебро розчину полімеру. Швидкість судна при цьому миттєво збільшувалась, відчувався поштовх. Зменшення тертя оцінювалося у своїй величиною близько 40%.

Звернемося тепер до доступнішого засобу підвищення швидкостей. Що можна сказати про майбутнє підводних крил! Може бути названа межа швидкості, яка доступна судам на крилах!

Канд. техн. наук М. А. Басін: Назвати якусь певну величину, мабуть, неможливо.

Інж. М. В. Михайлов: В авіації зі зростанням швидкостей стали йти на великі висоти, де щільність повітря значно менша, ніж у поверхні землі, а отже, менше втрати на тертя. У суднобудуванні відбувається те саме - підводні крила нас уже не задовольняють, конструктори домагаються тепер повного відриву судна від надто щільного середовища - води.

Ми, здається, все-таки переходимо до сфери застосування суден на повітряній подушці та екраноппанів?

Інж. А. С. Павленко: Немає сенсу говорити про теоретично гранично можливі швидкості із застосуванням того чи іншого способу руху Адже є певні межі, до яких використання кожного з цих способів є практично доцільним. Наприклад, глісер, що рухається зі швидкістю 100 км/год, за енергетичними витратами не має переваг перед судном на крилах, тоді як за своїми морехідними якостями він безнадійно програватиме.

Інж. С. Б. Соловей: У такому ж взаємозв'язку слід розглядати рух під час використання піддуву повітря під днище катера. Кожен спосіб ефективний лише при певних поєднаннях швидкості та вантажопідйомності судна.

Багато читачів нашої збірки цікавить можливість створення багаторежимного катера, який міг би однаково економічно ходити і з великою швидкістю, і з малою. Для водного туризмутаке судно не мало б собі рівних. Любителям відпочинку на воді часто доводиться долати значні відстані, щоб дістатися облюбованого місця. Які існують, хоча б поки теоретично, рішення у цьому напрямі?

Інж. Ю. А, Голдобін: Найпростіше - завантажити човен на машину і закинути її, куди потрібно

Канд. техн. наук М. М. Буньков: Якщо говорити серйозно, можна рекомендувати підводні крила, що відкидаються. Інший цікавий варіант – гідролижі, патенти на які зареєстровані зараз у багатьох країнах. Принципове призначення лиж те саме, що й крил - виштовхувати корпус судна з води, щоб зменшити його опір. Різниця полягає в тому, що, по-перше, лижі встановлюються не впоперек, а вздовж корпусу, і по-друге, не знаходяться під водою, а ковзають її поверхнею. На стоянці і під час руху з невеликою швидкістю лижі притиснуті до днища і впливають на величину опору корпусу. Звичайно, гідродинамічна якість лиж нижче, ніж підводних крил, і при рівній потужності механічної установки судно на крилах зможе розвинути велику швидкість. Це видно хоча б при зіставленні кривих опору обох суден. Але на хвилюванні катер з гідролижами виявляється мореплавнішим, порівняно з глісером. При русі з великою швидкістю лижі, ковзаючи по схвильованій воді, за рахунок своєї гнучкості як би стежать за її поверхнею і таким чином демпфують, пом'якшують удари хвиль, що зазвичай перетворюють на тортури плавання на плоскодонному катері. Щоб підвищити демпфуючу дію лиж, японські суднобудівники запропонували встановлювати їх на опорах, що амортизують.

Відомо, що при розгоні судна крила утворюють величезний додатковий опір, який на графіку виглядає значним горбом. Лижі такого горба не дають і опір судна зі збільшенням швидкості змінюється приблизно так само, як і у звичайного катера, що глісує. Крім того, змінюючи кут нахилу лижі, можна регулювати підйомну силу, необхідну для відірвання корпусу від води. Кожен знайомий з воднолижним спортом легко може уявити, як це робиться.

Отже: лижі, крила, полімери, піддув повітря, податливі покриття - це основні напрямки, основні шляхи до досягнення меж можливого у боротьбі за швидкість судна. Кожен із цих напрямків, звичайно, може бути темою спеціальної розмови. Тому, висловлюючи від імені читачів «Катерів і яхт» подяку всім учасникам сьогоднішньої бесіди, ми сподіваємося, що вони не відмовляться надалі повніше викласти свої міркування щодо порушених питань і з теоретичної та практичної точок зору.

/ піратами, торговцям, щоб встигати час збути товар і тікати від піратів, піратам, щоб наздоганяти торговців, найманцям, щоб встигати вчасно виконувати урядові завдання, ну і, звичайно ж рейнджерам, щоб успішно виконувати все і відразу.

Розрахунок швидкості корабля

Швидкість є однією з комплексних характеристик і залежить від цілого ряду параметрів, головним з яких, звичайно ж, є номінальна швидкість двигуна, на яку і накладаються різні ефекти прискорення та уповільнення.

Ефекти уповільнення

Перевантаження

Велика маса корабля, обладнання та вантажу, який він везе у трюмі, може призвести до зниження швидкості. При цьому коефіцієнт уповільнення коливається від 1 до 0,333і обчислюється за такою формулою:

Коефіцієнт уповільнення = 122,333 – 0,045 * Маса корабля

Таким чином, при масі корабля 2000 коеф. прийме своє мінімальне значення і при подальшому зростанні маси не знижуватиметься.

Перегрів

Зламаний двигун

Ефекти прискорення

Устаткування

Деякі зразки акринового обладнання або корпусів можуть давати бонуси (або штрафи) до швидкості у вигляді цілого числа, а не коефіцієнта.

Форсаж

Гаалістра часу

Стимулятор, що змушує мозок працювати в кілька тисяч разів швидше і крім бонусів до навичок на третину збільшує швидкість корабля, додаючи тим самим у формулу швидкості коефіцієнт 1,3 .

Артефакти

• Псі-прискорювач матерії- за допомогою власної потужної свідомості дозволяє двигуну використовувати фізичні закони псі-простору. Реалізуючи деякі з цих законів, двигун суттєво збільшує швидкість руху. У першій та другій частинах космосаги додає +100 од. швидкості, в КРHD цілісний бонус було замінено на коефіцієнтний - 1,2 , тобто. бонус складає 20% .
• Сопланатор- Комплект додаткових сопел, що саморозпаковується, які підключаються за рахунок одного гарматного відсіку, що не використовується. Завдяки вільному викиду енергії в космічний простір швидкість корабля збільшується. Дає постійний бонус +100 од. до швидкості.

Механізм обчислення швидкості

Підсумкова швидкість = BS * SW * SE * SBE * H + FS

• BS = швидкість двигуна
• SW = зниження швидкості через навантаження (від 0.333 до 1)
• SE = зниження швидкості через перегрівання (від 0.5 до 1)
• SBE = зниження швидкості при зламаному двигуні (0.6 або 1)
• H = добуток всіх коефіцієнтів прискорення
• FS = сума всіх бонусів до швидкості (в т.ч. від акрину)

Зміни механізму обчислення швидкості у КРHD

• Штраф від зламаного двигуна збільшено до 70%
• Ефекти уповільнення накладаються відповідно до формули:

• Чисті ефекти (flat) накладаються до обчислення скалюючих
• Все зменшення швидкості нижче 200 йде з 80% штрафом
• Все збільшення швидкості вище 1000 йде з 30% штрафом
• Все збільшення швидкості вище 1500 йде з 50% штрафом
• Все збільшення швидкості вище 2000 йде з 80% штрафом

Приклади

Примітки

Ігровий процес