В расчетах ходкости судов используется известный закон подобия: у
двух судов, имеющих различную длину, но одинаковый характер обводов и
движущихся с одинаковой относительной скоростью, картина
волнообразования у корпуса идентична, а волновое сопротивление в режиме
водоизмещающего плавания прямо пропорционально кубу длины судна по
ватерлинии. Количественная оценка сопротивления воды движению катера в
значительной степени зависит от обводов судна, его ходового дифферента.
Можно даже определить диапазоны относительной скорости судна, на которых
его сопротивление, а следовательно, и необходимая для движения мощность
двигателя зависят от тех или иных параметров формы корпуса.
Движение малого судна длиной 5-10 м со скоростью 2,5-3 км/ч
характеризуется числом Фруда, равным 0,1-0,15. При этом на поверхности
воды волны практически не заметно, а вся энергия двигателя, гребца или
паруса тратится на преодоление сил трения обшивки корпуса о воду. Обводы
корпуса на сопротивление не оказывают влияния - требуются равные усилия
для того, чтобы привести в движение плот или легкую лодку, если они
имеют одинаковые размеры и смоченную поверхность.
При повышении скорости до Fr = 0,25 корпус создает мелкую невысокую
поперечную волну длиной примерно 0,65 длины катера. Отклонения
появляются, если носовая часть или корма слишком полные - имеют большой
объем. В первом случае перед форштевнем появляется крутая подпорная
волна, во втором - вследствие сильного разрежения давления видна впадина
ниже уровня спокойной воды. Для того чтобы подобных явлений не
возникало, ватерлиниям катера придают плавную заостренную в носу и корме
форму (рис. 3).
При скорости Fr = 0,35 вторая вершина поперечной волны перемещается
ближе к корме и приподнимает ее. Вследствие этого катер приобретает
небольшой дифферент на нос. Для того чтобы снизить этот эффект,
целесообразны обводы кормы вельботного или крейсерского типа с малой
плавучестью-с острыми ватерлиниями. Если корма имеет транец, то
желательно, чтобы он не погружался в воду, ватерлиния в корме была
достаточно острой, а днище у транца килеватым.
Чем большую скорость развивает судно, тем выше и длиннее образуемые его
корпусом волны. При Fr = 0,40 длина носовой поперечной волны становится
равной длине корпуса. Судно идет на двух соседних гребнях одной
поперечной волны, но в корме гребень носовой волны в известной мере
гасится пониженным давлением в области подошвы кормовой волны. Катер при
этом получает легкий дифферент на корму.
Рис. 3. Схема образования поперечных волн в
зависимости от относительной скорости лодки (числа Фруда). Справа
показаны оптимальные обводы корпусов малых судов для данной скорости.
При скорости Fr = 0,5 наступает момент неблагоприятной интерференции
носовой и кормовой систем волн. В этом случае по длине судна
располагается одна мощная полуволна, а гребень носовой волны
складывается с гребнем кормовой. За кормой катера образуется огромная
волна, на поддержание которой затрачивается большая энергия. Дифферент
на корму увеличивается, поэтому при оптимальном проекте корпуса корма
должна быть достаточно полной и широкой, с погруженным в воду транцем.
При скорости, близкой к рассматриваемой, катер испытывает максимум
волнового сопротивления.
При скорости Fr = 0,6 длина поперечной волны в два раза превышает длину
корпуса судна, а носовой гребень перемещается дальше в корму от
форштевня катера. Если катер сравнительно легкий (L/Dt*> 5), то потоки
воды отрываются от транца. Более тяжелые катера <тянут> за собой крутую
волну, которая вздымается сразу за транцем. Целесообразно применить
широкое плоское днище в корме с транцем, погруженным в воду примерно на
V3 максимальной осадки корпуса. Носовые обводы желательно делать более
острыми.
При скоростях Fr = 0,8-1 гребень носовой волны перемещается в кормовую
часть судна. Если днище здесь плоское, с пологими, почти
горизонтальными, линиями батоксов, а осадка на транце составляет более
половины максимальной осадки корпуса, то благодаря действующей на днище
гидродинамической подъемной силе катер начинает всплывать, увеличение
высоты волны прекращается и судно переходит в режим глиссирования.
Посмотрев на корму правильно спроектированного для такой скорости
катера, можно увидеть, как две струи воды, срывающиеся с бортов у
транца, смыкаются далеко за кормой. Но для достижения эффекта
глиссирования необходимо, чтобы катер имел достаточно высокую
энерговооруженность - не менее 30 л. с. на каждую тонну полной массы
судна и специальную форму корпуса.
