Ожидаемое волнообразование имеет ре?ающее значение как для выбора обводов, так и для поведения катеров на ходу. Чтобы создать упорядоченную систему различных форм катеров, которая позволит исследовать их обводы и поведение, необходимо разграничить виды их движения. При каком режиме движения происходит переход от водоизмещающего плавания к глиссированию? Когда в действительности глиссирует катер? При какой скорости необходимо считаться с очень сильным волнообразованием? Когда выгодно применять острые кормовые обводы? Как угадать ходовой дифферент или часто наблюдаемое значительное изменение дифферента?
Все упомянутые вопросы остается привести к зависимости от единой характеристики — коэффициента скорости. Можно ли предвидеть, как должно вести себя судно при таких значениях коэффициента скорости? Очевидно, боль?ая моторная яхта с R = 2,5 движется спокойно и без изменения дифферента. Малый же спортивный катер с R = 10 идет так, что ему, несомненно, полезно частичное глиссирование. Поэтому некоторые виды движения исследуются применительно к относящимся к ним коэффициентам скорости. Дрейфование. Про?ло немного времени с тех пор, как баржи, груженные углем или рудой, дрейфовали вниз по течению рек. Удивительно, что, не имея никакого моторного привода, они двигались не только со скоростью течения, но даже несколько быстрее. Однако и неболь?ого превы?ения скорости было достаточно, чтобы баржа слу?алась руля. Отталкиваясь ?естами от дна реки, экипажи помогали продвигать груженые и пустые баржи вперед. Эта была трудная и утомительная работа. Однако баржам удавалось приходить с грузом к месту назначения.
Такое медленное продвижение называют дрейфованием. Ему присущи три основные особенности:
1. Практически не возникает волнообразования и, следовательно, волнового сопротивления.
2. Сопротивление движению заключается почти исключительно в трении воды о корпус судна.
3. Обводы корпуса судна не имеют существенного значения — прямоугольная баржа дрейфует почти так же хоро?о, как и судно с округлыми обводами (несмотря на повы?енное трение).
Наивыс?ий предел дрейфования наступает при коэффициенте скорости R = 1. Баржа длиной 36 м может, таким образом, дрейфовать со скоростью до 1 -1/36 = 6 км/ч, не вызывая волнового сопротивления. В этом случае не предъявляют каких-либо требований и к обводам судна. Моторный катер длиной 9 м (|/А9 = 3) под влиянием умеренного ветра будет дрейфовать со скоростью 3 км/ч.
Водоизмещающий режим плавания. Этот режим плавания (рис. 9 и 10) начинается при R = 1 и достигает R — 8, хотя нельзя строго ограничивать это значение, так как появление динамической выталкивающей силы замедляется при острых, глубоких обводах и ускоряется при малокилеватых обводах. Число 8 — среднее значение, вы?е которого примерно половина катеров может начать частично глиссировать. Неудачно сконструированные катера достигают этого ли?ь при R = 9-^12.
В режиме плавания R = 1 --8 происходит множество процессов, которые в значительной степени влияют на форму и поведение катера. Это как раз те пределы значений R, которые вызывают наиболь?ие споры относительно выбора типа обводов. Необходимо постепенно переходить к другой форме корпуса,
чтобы избежать ненужного волнообразования и обходиться выбранной мощностью двигателя. ?менно здесь действительно наиболь?ее изобилие обводов — от узкой, вытянутой, заостренной байдарочной до ?ирокой транцевой кормы. Если обводы катера не соответствуют условиям движения, то наблюдается как изли?не сильное волнообразование, так и значительное увеличение дифферента.
Зависимость между длиной волны, сопротивлением формы и дифферентом в наиболь?ей степени проявляется в водоизмещающем режиме плавания. Недостаточное внимание к этому часто приводило к неправильным конструкциям. Чтобы уяснить переход процессов от ступени к ступени, целесообразно выделить несколько периодов R = 3. Ниже коэффициента скорости R = 3 образуется очень незначительное волнообразование, заметного изменения дифферента нет. Рекомендуется применять скругленную эллиптическую корму. Современные быстроходные океанские лайнеры плавают при R = 3 R = 4. Судно идет на V3 длины волны. Вторая вер?ина волны находится у кормы и приподнимает ее. Благодаря этому на ходу возникает определенный дифферент на нос — явление, часто наблюдаемое у боль?их моторных яхт7.
R = 4,5. До этого значения коэффициента скорости можно смело использовать закругленную или заостренную форму кормы. Суда с ?ироким транцем и очень плоским у кормовой оконечности днищем имеют дифферент на нос.
R = 4,9. Это верхний предел скорости, достигаемой судами с закругленными кормовыми обводами. Возникает боль?ая попутная поперечная волна, и вся корма погружается в первую подо?ву волны. Ход в выс?ей степени неэкономичный, требующий неоправданно высокой мощности.
R — 5,25. Любой катер находится в точке наиболь?его относительного сопротивления. Даже при благоприятных обводах корпуса судна образуется сильная попутная поперечная волна. Ни одно судно с округлой кормой не сможет достигнуть этой скорости.
R = 6. Вторая вер?ина волны находится теперь довольно далеко за кормой. Необходим умеренно ?ирокий транец, так как следует позаботиться об определенной опоре для кормы катера. У легких катеров поток отрывается уже у кормы, тогда как у тяжелых он еще до R = 6,5 быстро возрастает за кормой и гонится за судном в виде разбитого гребня волны.
R = 8. Поток хоро?о и ровно обрывается у кормы. Обычные катера имеют благоприятный дифферент при умеренном волнообразовании. Короткие ?ирокие катера, у которых перегружена корма, еще значительно изменяют дифферент и высоко поднимают нос из воды. У легких катеров с хоро?ими обводами уже можно заметить признаки динамической выталкивающей силы 8.
Пик сопротивления, возникающий при относительном коэффициенте скорости, равном 5,25, — естественный и неизбежный. Его можно наблюдать при испытаниях моделей и у идущего судна (бросается в глаза особенно сильное волнообразование). К сожалению, этот период хода нельзя исключить из практической эксплуатации катера; у туристских катеров среднего размера он часто наступает при нормальном ходе. К несчастью, этот пик расположен именно в переходной от тихоходных к быстроходным катерам области. Катер длиной 9 м попадает на него при скорости 1/9-5,25 = 15,75 км/ч; 16-метровый туристский катер достигает его при v — Y16 -5,25 = 21 км/ч. Боль?ой пик сопротивления находится в области, где значения скорости часто повторяются.
Переходный режим. Если превысить относительную скорость R — 8, то возникают динамические силы, которые поднимают катер из воды тем вы?е, чем боль?е превы?ена нижняя граница начала глиссирования До 1920 г. часто использовали так называемые тетраэдрные обводы, или форму двойного клина. Носовая часть катера начиналась с глубоко расположенного фор?тевня и острой ватерлинии, а оканчивался катер очень ?ирокой и совер?енно плоской транцевой кормой. Эта форма катера, иногда используемая и в настоящее время, обладает тем преимуществом, что в пределах от средней до повы?енной скорости почти совсем не изменяется дифферент. Благодаря очень острым обводам носовой части судна ли?ь при особенно высокой скорости начинает возникать динамическая выталкивающая сила (приблизительно при R — 12). Такие обводы нельзя полностью отвергать; они хоро?о оправдали себя, например, на катерах для обучения спортивной гребле (тренеры не могут успе?но работать на коротких, сильно меняющих дифферент катерах).
В переходном режиме (в полуглиссировании) катера с хоро?ими обводами образуют умеренно длинную кормовую волну и отличаются нормальным дифферентом.
Тихоходные катера необязательно должны строиться с округлой формой ?пангоутов, а быстроходные — с V-образной. Однако нет сомнения, что V-образные обводы, хотя и благоприятствуют глиссированию, при низких скоростях создают боль?ее сопротивление, чем округлые. Поэтому необходимо знать, в каких пределах относительных скоростей луч?е всего происходит переход. Пока не превы?ен коэффициент скорости R = 10, округлая форма ?пангоутов имеет некоторое преимущество. Если же
это значение превы?ено, то постепенно становятся очевидными преимущества остроскулых ?пангоутов. Хотя круглоскулые катера до значения R = 15 или R = 16 могут еще соперничать с остроскулыми, все же легкие остроскулые катера при R > 10 и тяжелые при R > 12 или R > 14
имеют преимущество из-за умень?енного сопротивления .
Полное (чистое) глиссирование. В случае дальней?его повы?ения относительной скорости часть статического водоизмещения становится все мень?е, пока наконец вес катера не будет поддерживаться динамически. Наступает режим полного глиссирования, начинающийся при соответствующих обводах и при коэффициенте скорости R = 20 На малом моторном катере начало глиссирования тотчас ощущается. Катер с этого момента реагирует на малей?ее образование ряби на водной поверхности заметным вздрагиванием. Одновременно ухуд?ается устойчивость на курсе и наблюдается тенденция к дрейфу, если этому не препятствует плавник, устанавливаемый под днищем катера. Водитель может точно определить, с какого момента катер боль?е не плывет по воде, а скользит по ее поверхности.
При каждом соприкосновении с водой глиссирующий катер хотя бы немного углубляется. Строго говоря, даже при наивыс?ей скорости глиссирования имеется остаточная часть статического водоизмещения, но это уже не влияет на определение оптимальной формы скользящего днища.
Существуют гоночные катера (глиссеры), которые ходят в режиме чистого глиссирования. Здесь необходимо упомянуть о мировом рекордсмене — скутере с подвесным мотором. На боль?ом ходу возду?ная динамическая сила поддержания (а не давление воды) настолько выгодно использовалась скутером, что он стремительно несся над водной поверхностью, не соприкасаясь непосредственно с водой. Контакт с водой имел гребной винт и неболь?ая часть подвесного мотора. В книге о туристских В литературе нередко приводятся значения относительной скорости, выраженные в английской системе мер, т. е. скорость в узлах и длина по ватерлинии в футах. Ниже указывается переводной коэффициент для получения метрического значения R, используемого в этой книге. Переводной коэффициент приведен также и для числа Фруда — безразмерного коэффициента скорости. Наконец, переводной коэффициент предусмотрен и для тех случаев, когда относительная скорость выражена в узлах и метрах.
При полной или частичной перепечатке материалов сайта ссылка на www.kapitanua.com обязательна.
