Режим плавания характерен тем, что поток воды омывает всю подводную
часть корпуса, и это требует придания ей соответствующей плавной формы.
Оптимальной является водоизмещающая форма с О-образными шпангоутами,
характерные особенности которой следующие: большое значение L/B и
плавные, заостренные ватерлинии как в носу, так и в корме, отсутствие
транца (вельботная корма) или устройство его выше грузовой ватерлинии.
Эти особенности направлены на снижение сопротивления формы и, особенно,
волнового сопротивления, которое при 0,35 -н 0,50 может составлять
60-70% полного V gL сопротивления. В отношении сопротивления трения
оптимальным является полукруглое сечение подводной части корпуса,
обеспечи вающее минимальную смоченную поверхность. О-образные суда
в наибольшей степени приближаются к этому условию.
Многолетняя практика постройки и эксплуатации водоизмещающих мотосудов
показала, что угол заострения носовых ветвей ватерлиний должен быть
оксло20°, незначительно меняясь в зависимости , от скорости, при этом
участки ватерлиний в носу рекомендуется делать близкими к прямым линиям.
Форма ватерлиний в корме значительно зависит от скорости: чем больше
скорость, тем полнее , должны быть кормовые участки ватерлиний. Их
форма, однако, в основном определяется килеватостью транца, о
величине которой будет сказано ниже.
Для обеспечения рекомендуемого дифферента 1-1,5° на корму ЦВ мотосудов
(способы определения которого даны в 7) при Frv 1,0 следует располагать
на расстоянии 48-49% длины КВЛ от кормовой оконечности при О-образных
обводах и примерно на расстоянии 46% при V-образных обводах. В
соответствии с этим и определяют форму ватерлиний.
Наличие вартикального киля, переходящего в корме в выступающий дейдвуд,
характерное для водоизмещающих мотосудов увеличивает продольную
прочность, надежно защищает гребной винт от поломок и улучшает
устойчивость на курсе (при некотором ухудшении поворотливости), но
увеличивает смоченную поверхность и, следовательно, сопротивление
трения, что отрицательно сказывается на ходкости. Кормовой дейдвуд,
кроме того, затрудняет подтекание воды к гребному винту и поэтому
устройство его нежелательно.
Типичный представитель судов рассматриваемого типа - туристский катер
Помор (табл. 3, № 67), теоретический чертеж ; которого приведен на рис.
22, а плазовые ординаты в табл. 5. Этот ; катер предназначен для
плавания с небольшой скоростью в водоемах j со значительным волнением.
Мореходность его обеспечивается развалом шпангоутов по всей длине
корпуса, закрытой каютой в носовой части, достаточной высотой борта,
увеличенным в районе открытого кокпита фальшбортом и пр.
Остановимся подробнее на ходкости водоизмещающих мотосудов, В режиме
плавания скорость существенно зависит от длины (примерно пропорциональна
V L), однако только при правильном дифференте, когда действительно
сохраняются расчетная длина ватерлинии.
На практике часто можно наблюдать, как при избыточной мощности скорость
мотосудна выходит за пределы чистого режима плавания
в носовой оконечности получает значительный дифферент на корму, все
более увеличивающийся с возрастанием скорости. Кормовая поперечная
система волн располагается при этом позади лодки, и корма опускается на
подошву волны, так что почти половина корпуса выходит из воды.
Естественно, при таком движении изменяется и длина действующей
ватерлинии и ее форма, что приводит к неблагоприятному обтеканию корпуса
с большим волнообразованием (струи воды обтекают корпус под углом к
расчетной или конструктивной ватерлинии) и в результате - к бесполезной
потере мощности.
Рис. 22. Теоретический чертеж туристского катера
Помор (основные элементы см в табл. 3, № 67).
Таким образом, чтобы при режиме плавания использовать преимущества
относительно длинных корпусов (с большим отношением LIB), необходимо
обеспечить правильный ходовой дифферент. Последний в большой степени
зависит от формы кормовой оконечности лодки: угла килеватости, наличия
транца и его осадки.
Вельботная, заостренная корма обеспечивает хорошие мореходные качества,
но из-за малой полноты кормовых ветвей ватерлиний отличается
недостаточной плавучестью, чтобы воспрепятствовать увеличению дифферента
при возрастании скорости. Поэтому такую корму можно предусматривать
только на относительно тихоходных мотосудах, у которых число Фруда не
более 1,0. Когда число Фруда равно или немного более 1,0, лучшей
является форма корпуса, подобная корпусу мотолодки Струйка (см. табл. 3,
№ 62). Мотолодка разработана иркутскими любителями, теоретический чертеж
приведен на рис. 23, плазовые ординаты - в табл. 6. Сохраняя все
преимущества относительно длинного корпуса (LIB = 5,5) с плавными
обводами, в то же время такая форма, благодаря широким ватерлиниям и
почти плоскому днищу в корме, обеспечивает ровную посадку на ходу, что
позволяет эксплуатировать мотолодку в широком диапазоне скоростей, от
чистого режима плавания до переходного включительно.
Как видно из данных табл. 3, большинство даже самых тихоходных мотосудов
с маломощными двигателями рассматриваемых типов в силу своих небольших
размеров двигаются уже в начальной стадии переходного режима. В самом
деле, при длине мотолодки, например, 5 м достаточна скорость 12,5 км/ч,
чтобы наступил переходный режим движения.
При таких условиях вопрос обеспечения правильного ходового дифферента
имеет весьма большое значение. Как уже отмечалось выше, он определяется
в основном углом килеватости, шириной BJI на транце и относительной
осадкой транца. На основании теоретических исследований и практического
опыта постройки мотосудов эти величины рекомендуется выдерживать в
определенных пределах (табл. 7).
Необходимо подчеркнуть, что переходный режим движения, характеризующийся
широким диапазоном чисел Фруда (Fr == 1-3), является наиболее сложным с
точки зрения гидромеханики и требует осторожного подхода к выбору формы
корпуса. Этоособенно относится к граничным
значениям чисел Фруда, которых по возможности всегда следует избегать.
Так, стремление получить глиссирующее мотосудно при недостаточной
мощности двигателя или излишне большом весе часто приводит к тому, что
движение остается в переходном режиме, а корпус, рассчитанный на
глиссирование, из-за своих обводов испытывает большее сопротивление, чем
при округлых обводах (сравните соответствующие кривые на рис. 12).
Рис. 23. Теоретический чертеж мотор ной лодки
Струйка (основные элементы см. в табл. 3. № 62).
Лучшие результаты при переходном режиме движения показывают корпуса с
комбинированными обводами (см. рис. 23) или с U-образными шпангоутами
(рис. 24, табл.8). Последняя форма, подобная комбинированной,
характеризуется наличием транца, почти выходящего из воды при нормальной
осадке мотосудна (в покое), приподнятой транцу линией киля Ж очень
пологими батоксам в корме. Все это способствует плавному обтеканию
корпуса водой и улучшает поворотливость. В целях уменьшения ходового
дифферента на корму на моторных судах этого типа предусматривают полные
кормовые обводы с плоскими или почти плоскими днищевыми ветвями
шпангоутов. В носовой части днище имеет значительную килеватость, а
грузовая ватерлиния - малы угол носового заострения (для уменьшения
сопротивления воды), что вынуждает делать носовые шпангоуты довольно
острыми; в результате плавучесть носовой части уменьшается и появляется
опасная тенденция к зарыванию носом во встречную волну. Этот недостаток
можно смягчить развалом бортовых ветвей шпангоутов в носу, насколько это
окажется практически возможным.
Рис. 24. Теоретический чертеж моторной лодки
длиной 4,44 мм с U-образными обводами.
В последнее время появился ряд мотосудов, выпускаемых
промышленностью, с U-образными обводами. Таковы, например,
рыболовно-охотничья лодка Карась, рабочая шлюпка Окунь и поступившая в
продажу туристская лодка Кафа (соответственно № 2, 4 и 23 в табл. 3),
все с корпусами из пластмассы. Их обводы, однако, вряд ли можно признать
удовлетворительными, скорее это неудачная смесь элементов разного
назначения. Большой угол заострения носовых ветвей ватерлиний (например,
у Кафы примерно 30°) и низко опущенный транец (до основной линии) при
совершенно плоском днище в корме - все это не обеспечивает плавного
обтекания корпуса и приводит к излишним затратам мощности на переходном
режиме движения. Точка 23 (см. рис. 14), соответствующая мотолодке Кафа,
лежит слева от заштрихованной полосы, что подтверждает
неудовлетворительные ходовые качества лодки. При достижении даже средних
результатов она должна была бы развивать скорость хода 18-19 км/ч.
С другой стороны, на больших скоростях, у верхнего предела переходного
режима движения, мотосуда описываемого типа обнаруживают тенденцию к
глиссированию (благодаря плоскому или почти плоскому днищу в кормовой
части). Вместе с тем, на повышенных скоростях вытесняемая из-под днища
вода, перетекая в поперечном направлении, поднимается по плавному
переходу от днища к бортам и увеличивает смоченную поверхность, в
результате чего существенно растет сопротивление трения, т. е. для
глиссирования эти мотосуда не приспособлены. Поэтому верхняя граница
применения корпусов с округлыми обводами - Fi> 2,5.
Все сказанное выше справедливо с точки зрения гидромеханик Между тем,
может оказаться, что оптимальная форма будет неприемлемой по
конструктивным или технологическим соображениям. Например, очевидно, что
для обшивки корпусов, показанных на рис. 22-24, нельзя применить
наиболее удобный в работе листовой материал. В этом отношении лучшей
будет V-образная форма, позволяющая упростить конструкцию корпуса и
снизить трудоемкость изготовления обшивки, так как в этом случае можно
применить фанеру, пластики, металл и т. п. Иногда эти соображения
оказываются решающими, и V-образные корпуса применяются даже в режиме
плавания и начале переходного, тем более, что удачно спроектированные,
они дают почти неощутимую потерю скорости. Примером может служить
теоретический чертеж туристского катера Пикап (рис. 25, табл. 9). На
этом катере для уменьшения остаточного сопротивления, воды движению на
доглиссирующих режимах предусмотрены большое отношение LIB = 3,8, острые
носовые образования, относительно большая килеватость днища (в данном
случае 17°, хотя иногда она составляет 20-25°) и поднятый на уровень ГВЛ
транец, ширина которого составляет 0,7 ширины миделя. Как показано на
рис. 14 (точка 47), ходкость катера является вполне удовлетворительной,
что достигнуто именно за счет мер, снижающих сопротивление формы и
волновое, так как известно, что V-образная форма увеличивает смоченную
поверхность, а следовательно, и сопротивление трения по сравнению с
О-образной на 10-15%.
Рис 24
Рис. 25. Теоретический чертеж туристского катера
Пикап (основные элементы см. в табл. 3, № 47).
Рис. 26. Теоретический чертеж
прогулочно-туристского катера Селигер (основные элементы см. в табл. 3,
№ 40).
Другой пример остроскулого корпуса для переходного режима движения
показан на рис. 26 (табл. 10). Этот корпус образован тремя поверхностями
с каждого борта, сопрягающимися между собой под углом, т. е. с двумя
скулами. Такая форма в сочетании с некоторой выпуклостью днищевых
ветвей, носовых шпангоутов позволяет использовать для обшивки любой
листовой материал. В отношении ходкости эта форма характерна тем, что ее
смоченная поверхность незначительно больше (на 2-3%), чем при О-образной
форме: значит увеличение сопротивления трения практически неощутимо.
Между тем, по графику рис. 14 (точка 40) видно, что ходкость этого
катера неудовлетворительна. Объяснить это можно тем, что такие элементы
теоретического чертежа, как малое отношение L/B, широкий транец,
опущенный несколько ниже основной линии, большой угол заострения носовых
ветвей ватерлинии (около 30°) приняты без учета характера движения на
переходном режиме (сравните с теоретическим чертежом на рис. 25), что и
привело к увеличению остаточного сопротивления и соответственно к
снижению скорости по крайней мере на 14-15%. Такие элементы
целесообразны только на режиме глиссирования, однако для этого
требуется, как отмечают сами авторы проекта, мощность не менее 30 л. с.
К тому же для глиссирования разработаны более удачные обводы.
Таблица 10 Таблица плазовых ординат. мм (рис. 26)
Таким образом, приведенные примеры иллюстрируют необходимость
внимательного подхода к выбору формы корпуса при скоростях судов,
близких к граничным значениям, для каждого режима движения.
