Определение водоизмещения, основных размерений и
выбор обводов корпуса
Моторные суда на подводных крыльях
Преимущества СПК, указанные выше, выражаются также и количественно:
экономится примерно 20% мощности по сравнению с реданными мотосудами и
морскими санями и 30% по сравнению с безреданными глиссерами (при
одинаковых водоизмещении и скорости). Все это привлекает к ним внимание
не только специалистов судостроения, но и судостроителей-любителей. Для
любителей это особенно заманчиво потому, что установка подводных крыльев
на малотоннажные суда возможна при любом построенном корпусе,
удовлетворяющем минимальным требованиям 6. Там же дана удельная нагрузка
р = D/N, при которой возможно движение на подводных крыльях. Если
обеспечены все эти условия, можно приступать к проектированию крыльевого
устройства.
Любая система крыльевого устройства должна обладать определенными общими
качествами, обеспечивающими нормальную эксплуатацию СПК:
1. Крылья должны создавать постоянную подъемную силу, равную весу судна,
независимо от скорости. Если не соблюдать этого условия, то при
изменении скорости крылья будут выходить из воды или корпус опускаться
на воду.
2. Для получения высокого гидродинамического качества профиль крыла
должен создавать максимальную подъемную силу при минимальном
сопротивлении.
3. Система крыльев должна обеспечить достаточную остойчивость судна при
расчетной скорости движения и выходе на крылья.
4. Крыльевое устройство должно обладать необходимой жесткостью и
прочностью, при этом количество поддерживающих элементов (стоек,
кронштейнов) должно быть минимальным для уменьшения дополнительного
сопротивления движению.
5. Крыльевое устройство должно обеспечить нормальную работу движителя;
по возможности иметь небольшие габариты и вес.
6. Крыльевое устройство должно обеспечить нормальное движение при
заданном волнении воды.
В настоящее время на малотоннажных СПК применяют различные системы
крыльев, в той или иной мере удовлетворяющие указанным требованиям.
Наиболее распространены системы (рис. 63):
а) V-образные, аркообразные или трапецеидальные наклонные крылья,
пересекающие поверхность воды;
б) расположенные друг над другом крылья в виде этажерки;
в) малопогруженные крылья различных форм;
г) полностью погруженное крыло, расположенное близ ЦТ судна, и носовой
глиссирующий поплавок.
Кроме того, строят мотосуда и с одним носовым крылом, например, катер
Ветер (см табл. 3, № 64).
Рис. 63. Схемы распространенных подводных
крыльев.
Рассмотрим характерные особенности этих крыльевых схем. а).
Постоянство подъемной силы, т. е. равновесное движение мотосудна, в этом
случае достигается тем, что с изменением скорости изменяется погруженная
часть крыльев и, следовательно, их подъемная сила. Все три варианта этой
схемы, показанные на рис. 63, а, имеют надежное саморегулирование
подъемной силы, однако лучшим является вариант с V-образным крылом.
Такое крыло обеспечивает-плавный отрыв корпуса с небольшим <горбом>
сопротивления, хорошие мореходные качества на волнении (крыльевой режим
движения не срывается при прохождении волн под корпусом) и достаточную
остойчивость, так как при крене судна в воду входит свободный конец
крыла (или наклонные части аркообразного или трапецеидального крыла),
подъемная сила которого создает восстанавливающий момент. Изготовление
крыльев по схеме а) относительно несложно (особенно V-образных), а их
конструкция обеспечивает достаточную жесткость.
Вместе с тем эта схема обладает и рядом недостатков.
Гидродинамическое качество этих крыльев ниже, чем полностью погруженных
вследствие дополнительного сопротивления из-за брызг, образующихся при
пересечении крылом поверхности воды, большого градиента давлений на
протяжении размаха крыла и возможного засасывания воздуха на верхнюю
поверхность крыла (в зону разрежения), что приводит к уменьшению
подъемной силы.
Для обеспечения поперечной остойчивости на расчетной скорости хода
необходимо, чтобы оставшаяся в воде часть крыльев была достаточной
ширины. Это приводит к большому размаху крыльев, обычно превышающему
ширину корпуса, т. е. увеличивающему габариты мотосудна. V-образность
крыльев приводит также и к увеличению габаритной осадки. Кроме того,
мотосуда с крыльями, пересекающими поверхность воды, имеют худшую
поворотливость по сравнению с судами на погруженных крыльях.
б). Крылья в виде этажерки регулируют подъемную силу по тому же-принципу:
с возрастанием скорости из воды выходят отдельные элементы <этажерки>,
уменьшая тем самым рабочую площадь и, следовательно, подъемную силу. Для
плавности этого процесса отдельные элементы делают V-образной формы (на
правой стороне рис. 63, б). Отличаясь примерно одинаковыми показателями
с предыдущей схемой, этажерочные крылья обладают более низким
гидродинамическим качеством из-за увеличения сопротивления вследствие
неблагоприятного взаимодействия элементов этажерки; кроме того, они
более сложны в изготовлении.
в). Схема с малопогруженными крыльями, разработанная в нашей стране,
получила широкое распространение на речных СПК. Малопогруженные крылья
также обладают свойством автостабилизации (саморегулирования). При
подъеме судна вследствие увеличения скорости подводное крыло
приближается к поверхности воды и, когда глубина погружения становится
меньше хорды крыла, подъемная сила его начинает уменьшаться, составляя в
предельном случае - при скольжении пластины по поверхности воды -
примерно Vg полной подъемной силы крыла. Происходит это вследствие
изменения толщины слоя воды над верхней поверхностью крыла, т. е.
вследствие изменения массы воды, которой сообщаются ускорения,
вызывающие разрежение (см. стр. 34 и рис. 11). Этот способ поддержания
постоянства подъемной силы крыльев возможен при движении их вблизи
свободной поверхности, поэтому такие крылья и называют малопогруженными.
