Определение водоизмещения, основных размерений и
выбор обводов корпуса
Выбор основных размерений и обводов корпуса - главный, наиболее
сложный и ответственный вопрос проектирования судна. Решение его требует
знания основ теории корабля и широкого использования статистического
материала, при этом удачное решение зависит и от творческой жилки,
смекалки и вкуса проектировщика.
Таблица 25 Определение смоченной поверхности
Конечно можно воспользоваться готовыми чертежами подходящего катера
или моторной лодки. Это простой и верный путь. Однако бывает, что
невозможно найти такие материалы, а если они и находятся в вашем
распоряжении, то это уже не будет проектирование своего мотосудна,
соответствующего вашим желаниям и потребностям. Частный случай -
проектирование по прототипу, когда у взятого за основу мотосудна
изменяют основные элементы по желанию 'проектировщика.
Приступая к проектированию, необходимо четко знать назначение мотосудна
(выезд на рыбалку, короткие прогулки, длительные многодневные туристские
походы и т. п.), район плавания и дальность плавания с учетом запаса
горючего, пассажировместимость и условия обитаемости (места для сидения,
спальные места и пр.), материал набора и обшивки корпуса, условия
постройки, тип двигателя и его основные данные (мощность, скорость
вращения вала, вес, габариты, расход топлива), вид движителя. Можно
исходить из данной скорости, подбирая затем двигатель соответствующей
мощности, однако в условиях любительской постройки первый путь наиболее
реален.
Рассмотрим весь процесс определения основных характеристик мотосудна на
конкретном примере проектирования прогулочной открытой мотолодки на
четыре человека для однодневных поездок на расстояние не более 100-120
мм. Район плавания - мелкие и крупные реки, материал корпуса - набор из
дерева, обшивка из фанеры 4-5 мм толщиной, движитель - гребной винт.
Двигатель УД-25В эксплуатационной мощностью 12 л. е., 3000 об/мин
(максимальная мощность 14 л. е., 3400 об/мин), весом 46 кг, габариты
двигателя 630x460x490 мм. Дополнительное требование - обеспечение
максимально возможной скорости при нагрузке в 1-2 чел.
Рис. 49. Зависимость скорости от удельной нагрузки при
V-образных обводах. Штриховой линией показаны наивысшие результаты
лучших мотолодок.
Рис. 50. График для определения длины мотосудна.
Заданное расстояние мотосудно может преодолеть в оба конца за 10
ходовых часов при скорости хода 24-25 км/ч; эту скорость и примем за
исходную для дальнейших расчетов.
Воспользуемся графиком рис. 49. Скорость хода v - 25 км/ч можно получить
приблизительно при удельной нагрузке p= 42 кГ/л.
с. Тогда водоизмещение/) = 12-42 = 500 кг. По графику рис. 50 определяем
примерную длину L % 3,8 м (для получения достаточной вместимости
принимаем большее значение в заштрихованной полосе).
Для определения ширины воспользуемся рекомендациями на стр. 46. В связи
с тем, что нагрузке 42 кГ/л. с. соответствует переходный режим движения
B/L = 2,2 + 0,1L = 2,2 + 0.1*3,8 = 2,6.
B=38/2.6=1.46 м
Ширина мотолодки В Мб. м. Согласно рекомендуемым соотношениям на стр. 46
L/H = 5,9 + 0,4 L == 5,9 + 0,1-3,8 = 7,4
высота борта
Н= 3,8/7,4= 0,515 м.
Таким образом, в первом приближении получены: длина 3,8 м, ширина 1,46
м, высота борта 0,515 м. Необходимо проверить, можно ли при таких
размерениях разместить места для сидения, оборудование, двигатель и т.
п. Для этого вычерчивают ориентировочный чертеж общего расположения
мотосудна. Габаритные размеры и вес двигателя и редуктора получают,
непосредственно обмерив и взвесив их или по паспортным данным. В
рассматриваемом примере при высоте двигателя 490 мм полученная высота
борта 515 мм будет недостаточной. По этой причине и для увеличения
безопасности при плавании по крупным рекам для дальнейших расчетов
принимаем Н = 0,6 м.
Детали оборудования и помещения можно принимать следующие размеров, мм:
Высота сиденья ...............250-400
Глубина .........................300-400
Ширина на 1 чел. на многоместных сиденьях........450-500
Ширина отдельного сиденья без боковых ограничений 300-400
Высота спинки сиденья ................300-450
Длина коек или диванов для сна ....1800-1900
Ширина их ..........................................500-650
Минимальная высота каюты, предназначенной только для сна .......650-700
То же с сиденьями ................1150-1200
Уже на этой стадии проектирования следует принять во внимание
рекомендации 11 по расположению и внутренней планировке, по оформлению
различных деталей и мотосудна в целом.
Компоновочный чертеж позволяет проверить вместимость корпуса при
выбранных размерениях и сделать первый набросок общего расположения,
который позднее можно откорректировать при удифферентовке судна.
Водоизмещение в пресной воде, как известно, равно весовой нагрузке,
поэтому следует проверить выбранное водоизмещение, подсчитав
составляющие веса. Вес корпуса (кг) ориентировочно определяют по формуле
GK = kLBH.
Значения коэффициентов k для моторных судов, кг/м3:
Спортивные (обшивка - тонкая фанера, алюминий и его
сплавы)..........20-30
Вес одного человека принимают равным 75 кг, вес оборудования - по
детальному подсчету.
Для данного случая можно принять k - 22-23 кг1м3, так как лодка открытая
и имеет сравнительно тонкую обшивку. Тогда вес корпуса
GK = 22,5-3,8.1,46-0,6 = 75 кг.
При удельном расходе топлива 230 г/л. с.-ч на 10 ходовых часов
достаточно 30 кг топлива (с запасом). Весовая нагрузка составляет, кг:
Корпус ..........................................75
Двигатель с валом и винтом..........54
Топливо .................'. . 30
Пассажиры ..................300
Снабжение ....................................20
И т о г о ... 480
Водоизмещение, выбранное по желаемой скорости, оказалось практически
равным необходимой весовой нагрузке. Если же водоизмещение не
соответствует весовой нагрузке (что чаще всего случается), то необходимо
по удельной нагрузке, определенной по полученному весовому
водоизмещению, проверить возможную скорость (см. рис. 49). При большом
отклонении скорости от заданной корректируют главные размерения и, при
необходимости, меняют весовую нагрузку.
Зная примерную величину числа Фруда, можно на основании положений
предыдущего параграфа выбрать обводы корпуса. В рассматриваемом примере
при Fry = 2,48 одинаково приемлемыми могут быть V- или U-образные
обводы. Если решающим фактором является обеспечение высоких скоростей и
мореходности, то лучше всего принимать V-образные обводы. Когда основное
требование - .увеличение дальности плавания на малых скоростях хода,
выгоднее проектировать корпуса с закругленными скулами.
Исходя из требования обеспечения максимальной скорости при нагрузке 1-2
чел. и учитывая применение для обшивки корпуса фанеры, в данном случае
следует выбрать V-образные обводы.
Получив необходимые данные, с учетом изложенного выше можно разработать
теоретический чертеж или подобрать наиболее подходящий из имеющихся в
наличии. В нашем случае можно использовать теоретический чертеж,
изображенный на рис. 30. Его размерения практически равны полученным по
расчету, а характерные особенности обводов (отгиб днища у скулы,
опускающаяся к транцу линия киля, положение скулы на <боку>) позволят
добиться достаточно высокой скорости в режиме глиссирования.
Примерный чертеж общего расположения проектируемой лодки показан на
рис. 51. Кормовое расположение двигателя обеспечивается при
использовании угловой передачи, V-образного и Z-образного с колонкой
валопроводов. Переборка на 2 шп. выгораживает отсек непотопляемости,
используемый для хранения инвентаря, снабжения и т. п. Переборка с
уступом в районе 5 шп. образует моторный отсек. Сверху на уступе
расположены сидения для двух человек, а под уступом удобное место для
хранения запасов топлива. Окончательно принимают общее расположение
после центровки (см. 9).
По теоретическому чертежу рассчитывают водоизмещение и осадку, положение
ЦВ (необходимое для правильной центровки), более точную скорость (см.
8). С учетом общего расположения намечают конструкцию корпуса, после
чего приступают к первому этапу постройки - плазовой разбивке корпуса.
Рис. 51. Эскиз общего расположения проектируемой
моторной лодки.
Рассчитаем водоизмещение и положение ЦВ для нашей мотолодки. Для
определения примерной осадки принимаем коэффициент полноты водоизмещения
с учетом рекомендаций, приведенных на стр. 105.
На теоретическом чертеже проводим ватерлинию при Т = 0,18 м и
рассчитываем водоизмещение и положение ЦВ. Пример расчета этих величин
для рассматриваемого случая см. стр. 109.
Проектируя моторное судно, предназначенное для любительских условий
эксплуатации, не следует забывать о его экономичности. Помимо
первоначальных затрат на приобретение двигателя, материалов для корпуса
и постройку, экономичность судна определяется расходом горючего на
единицу пути. Особенно большое значение приобретает этот вопрос, когда
речь идет о длительных рейсах по водным путям малонаселенных областей
(наиболее привлекательных для туризма); в этом случае дальность плавания
с учетом запасов горючего является решающим фактором. Для примера
рассмотрим туристский катер Пикап (табл. 3, № 47). Расчет приведен в
табл. 25.
Таблица 25. Расход горючего на 100 км пути для катера Пикап с
различными двигателями (моторами)
Расчетная скорость хода Пикапа с разными двигателями может отличаться
от истинной скорости, тем не менее данные табл. 25 свидетельствуют о
том, что установка мощного двигателя не всегда оправдана.
В следующем параграфе будет показано, как изменяется скорость с
увеличением мощности при различных режимах движения. В зависимости от
того, что в каждом конкретном случае важнее - скорость или дальность
плавания и экономичность, всегда полезно произвести простейший анализ
расходов перед тем, как принимать окончательное решение.
