Классификация судов

Существует несколько десятков типов малых судов, предназначенных как для выполнения народнохозяйственных задач, так и для отдыха и занятий водно-моторным, воднолыжным, парусным и гребным спортом широких кругов населения. Чтобы научиться грамотно оценивать те или иные качества этих судов, необходима четкая их классификация по основным эксплуатационным и конструктивным признакам.

Одним из главных эксплуатационных признаков судов является назначение. В зависимости от этого они подразделяются на суда, предназначенные для народного хозяйства (они, в свою очередь, делятся на разъездные, спасательные , лоцманские, гидрографические, лесосплавные и т. п.), спортивные (гоночные) суда, прогулочные, туристские, для любительской рыбной ловли или охоты, хозяйственные — для нужд сельских жителей.

Коротко рассмотрим специфические требования, предъявляемые к каждой перечисленной группе малых судов.

Отличительным признаком спортивного или гоночного судна является возможность отнести его к тому или иному классу, установленному спортивной классификацией. В нашей стране, например, пользуются популярностью спортивные моторные лодки классов SB-350 и SC-500. (Цифры в обозначениях этих классов соответствуют предельному рабочему объему цилиндров подвесного мотора, измеряемому в кубических сантиметрах, который можно устанавливать на этих лодках.) Кроме того, существуют правила постройки, которые регламентируют ряд конструктивных размеров корпуса мотолодок, запрещают использование несущих аэродинамических поверхностей и т.п. Эти ограничения направлены как на обеспечение безопасности участников соревнований, так и на то, чтобы каждый из них имел по возможности равные шансы на успех, не получал бы преимущества за счет таких технических данных, как значительный избыток мощности и экстремальность конструкции.

Основным качеством спортивного (гоночного) судна является высокая скорость, которую оно развивает при определенных условиях на акватории гонок. Мореходность таких судов обычно ограничена, не говоря уже о комфортабельности. Исключение составляют лишь крейсерско-гоночные яхты, которые используются для длительных соревнований в открытом море; они обладают соответствующими мореходными качествами и обитаемостью.

Прогулочные суда используются для кратковременных плаваний, продолжительность которых обычно не превышает двух дней. Пассажировместимость таких лодок — от двух до шести человек; для их размещения судно должно иметь достаточно удобный и просторный кокпит. От непогоды экипаж защищает съемный складной или жесткий тент (в зарубежной терминологии — хардтоп) либо небольшая рубка-убежище, оборудованная в носовой части судна. На моторных прогулочных судах предусматривается лишь минимальный запас горючего, рассчитанный на 100—120 км пути.

Гребные прогулочные лодки нередко используются и для туризма, причем из-за необходимости размещения палатки, походного снаряжения и запасов число людей на борту ограничивается.

Туристские суда предназначены для совершения более или менее продолжительных плаваний и должны обладать, помимо требуемой обитаемости, мореходными качествами, соответствующими метеорологическим условиям на акватории маршрута плавания. К этой категории судов могут быть отнесены как разборные байдарки и каноэ, служащие лишь средством передвижения по воде, так и мореходные крейсерские яхты, обитаемость которых предусматривает автономное и комфортабельное пребывание на борту экипажа в течение многих дней, а иногда и месяцев.

К лодкам для любительской рыбной ловли может быть отнесен довольно широкий ряд судов, начиная с одноместных надувных и разборных лодок и кончая быстроходными мотолодками, на которых жители больших городов выезжают на рыбалку за 50—100 км от городской черты. В последнем случае важно, чтобы лодка обладала достаточно высокой скоростью и необходимыми мореходными качествами — тогда путь к облюбованному месту рыбалки не занимает много времени и гарантируется возвращение домой при ухудшении погоды.

Важным свойством малых судов, предназначенных для охоты, является высокая проходимость в условиях мелководья и тростниковых зарослей, возможность их легкой маскировки. В ряде случаев предпочтение отдается транспортабельности, позволяющей пользоваться определенными видами транспорта — от рейсового автобуса до легкового автомобиля — для доставки лодки на какое-либо изолированное озеро. И для рыболовных, и для охотничьих лодок важна возможность бесшумного передвижения — будь то весла, подвесной электромотор и т.п.

Наконец, немало малых судов используется населением, особенно в сельской местности, для хозяйственных разъездов, перевозки сена, различных сельхозпродуктов, дров, а также мелкого скота. Для таких лодок первостепенное значение имеют достаточная грузоподъемность и вместимость, высокая остойчивость, надежность и экономичность двигателя. На них не требуется комфортабельных сидений, ветрового стекла и даже тента. Одним из оптимальных вариантов являются моторизованные лодки местных типов, хорошо приспособленные к конкретным условиям акватории.

В отдельный тип судов можно выделить плавучие дачи — комфортабельные плавучие сооружения, приспособленные для длительного отдыха на них в режиме стоянки у берега и небольших переходов при благоприятных условиях на акватории. Иногда плавдачи бывают несамоходными и буксируются к месту стоянки другим судном. Как правило, суда этого типа имеют помещения высотой в полный рост человека, оборудуются открытой площадкой — солярием, и обладают малой осадкой.

В зависимости от способа движения и типа двигательной установки малые суда делят на моторные суда — мотолодки, снабженные подвесными моторами, и катера — суда со стационарными двигателями; гребные суда; парусные; суда с комбинированными способами движения — парусно - моторные, парусно - гребные и гребно - моторные. Несамоходные — буксируемые суда используют в основном в качестве плавучих дач, причалов, для перевозки больших партий грузов и т. п.

По типу движителя, т.е. устройства, непосредственно преобразующего вращающий момент двигателя в силу — упор, двигающую судно вперед, различают моторные суда с гребным винтом (винтовые), с воздушным винтом, с водометным движителем и реже — с гребными колесами.

Заметим, что парус и весла также являются движителями, преобразующими первый — энергию ветра, а вторые — мускульную силу человека в упор.

По характеру движения малые суда бывают водоизмещающими, т.е. плавающими с относительно небольшой скоростью, когда судно удерживается близ поверхности воды благодаря статической силе поддержания; глиссирующими, поддерживаемыми при движении гидродинамическими силами, действующими на днище; судами на подводных крыльях (СПК), гидродинамические силы на которых приподнимают судно над водой; судами на воздушной подушке (СВП) и с аэродинамической разгрузкой (экранопланами). Различают еще суда переходного режима, у которых действуют оба рода сил поддержания — статические и гидродинамические.

По району плавания малые суда, поднадзорные навигационно-техническим инспекциям по маломерному флоту, классифицируют в зависимости от минимальной высоты надводного борта, допустимой высоты волны на акватории и удаления от берега (табл. 1). В исключительных случаях отдельные суда могут выпускаться в плавание на волнении до 5 баллов и в район, отличный от заданного таблицей.

Класс судна	Минимальный надводный борт	Состояние моря, балл	Высота волны, м	Удаление от берега, м
Первый	250	до 1	0,50	1000
Второй	350	до 2	0,75	3000
Третий	600	до 3	1,25	6000

Суда, поднадзорные Речному Регистру, в зависимости от района плавания подразделяются на четыре класса: М, О, Р и Л. Суда класса М рассчитаны для плавания в условиях, приближенных к морским — при волне высотой до 3 ми длиной 40 м. Это устья больших рек — Северной Двины, Оби, Енисея; морские заливы; озера типа Ладожского и Онежского. Судам этого класса разрешается выход в плавание при силе ветра не выше 6 баллов по шкале Бофорта.

Суда класса O допускаются к плаванию в озерных условиях при высоте волны до 2 м и длине до 20 м, например, в восточной части Финского залива, Рыбинском и Цимлянском водохранилищах, Днепро - Бугском лимане, Куршском заливе и т. п.

Суда класса Р рассчитаны для плавания при волне высотой 1,2 ми длиной 12,5 м в условиях крупных рек типа Волги, Дона, озер средних размеров (Чудское, Ильмень, Иваньковское водохранилище). Выход в плавание в озера допускается при силе ветра не более 6 баллов по шкале Бофорта.

Суда класса Л допускаются к плаванию на малых реках и озерах только при незначительном волнении.

Суда, допускаемые к плаванию в море, подразделяются в зависимости от района плавания на суда неограниченного (океанского) плавания, морские, суда прибрежного морского плавания, рейдовые и портовые.

Район плавания каждого судна в зависимости от организации, осуществляющей контроль за его техническим состоянием и безопасностью эксплуатации, устанавливается Регистром РФ, Речным Регистром, навигационно - техническими инспекциями по маломерному флоту или технической комиссией федерации парусного спорта РФ.

По конструкции малые суда могут быть открытого (беспалубного) типа, частично запалубленными и палубными.

При наличии каюты различают суда с рубками убежищами, имеющими минимальные размерения каюты; суда с палубными надстройками, простирающимися от борта до борта (чаще всего — с носовой надстройкой —баком) и суда с рубками (когда поперечные стенки не доводятся до бортов судна). Крупные яхты, не имеющие рубок и надстроек, называют гладкопалубными.

В зависимости от основного материала корпуса малые суда могут быть металлическими (стальными или из легкого алюминиевого сплава), деревянными (фанерными, шпоновыми), пластмассовыми (включая стеклопластик, полиэтилен и другие термопластичные материалы), армоцементными и изготовленными из прорезиненной ткани. Если корпус построен из различных материалов (например, с деревянной обшивкой по стальному набору), то говорят, что судно имеет композитную конструкцию.

По конструкции корпуса малые суда бывают надувными, жесткими неразборными и разборными. В свою очередь среди судов разборной конструкции различают суда секционные, складные, с мягкой обшивкой и комбинированного типа (например, с жестким днищем и бортами из ткани; с разборным каркасом и надувными бортами и т.п.).

Малые суда могут иметь самые разнообразные обводы, благодаря которым они наилучшим образом приспосабливаются к условиям эксплуатации. По форме мидель-шпангоута различают круглоскулые и остроскулые суда. В первом случае переход днища в борта выполняется по плавной кривой, во втором — имеется угол, ясно выраженная острая кромка — скула. В ряде случаев корпуса судов могут иметь комбинированные обводы, например, в носовой оконечности для достижения высоких мореходных качеств применяют круглоскулые обводы, а в кормовой для повышения остойчивости или снижения ходового дифферента — обводы с острой скулой.

По форме носовой оконечности различают суда с острым форштевнем, с носовым транцем, с санными образованиями.

По форме кормы различают суда с транцем, с вельботной (острой) кормой, с крейсерской кормой, с кормовым подзором и с тоннельными обводами кормы.

Остроскулые глиссирующие корпуса отличаются широким разнообразием различных типов обводов это плоско - и изогнуто - килеватые обводы, моногедрон, с бортовыми спонсонами, тримараны, морские сани и т.п. Отдельную группу составляют двухкорпусные суда-катамараны. Иногда глиссирующие моторные суда этого типа называют тоннельными.

Характеристики формы корпуса малых судов

Основными характеристиками корпуса судна являются его главные размерения и теоретический чертеж, дающий представление об обводах.

Главными размерениями судна являются его длина, ширина, высота борта и осадка. Точное знание этих величин необходимо владельцу судна для решения различных эксплуатационных задач — при швартовках в гаванях, плавании по мелководным участкам, перевозке судна и т. п. Различают несколько значений этих величин:

· —длина наибольшая (в проектной документации она обозначается Lнб) — расстояние по горизонтали, измеренное между крайними точками по обшивке судна;

· —длина по конструктивной ватерлинии (КВЛ) L — расстояние между крайними точками корпуса, замеренное по зеркалу воды при полной нагрузке судна, либо при другой характерной нагрузке;

· —ширина наибольшая Внб, измеряемая в самом широком месте судна по наружной обшивке;

· —ширина по КВЛ В — наибольшая ширина по наружной обшивке, измеренная в плоскости ватерлинии (КВЛ);

· —высота борта на миделе Н, измеряемая от нижней точки обшивки при киле до верхней кромки палубы при борте;

· —высота надводного борта F, измеряемая от плоскости ватерлинии до верхней кромки палубного настила у борта; различают минимальный надводный борт Fm (чаще всего — на миделе), надводный борт в носу Fн и корме Fк, замеряемые соответственно у носового и кормового конца КВЛ по отвесу, спущенному с палубы;

· —осадка средняя Т — углубление корпуса, измеряемое в средней части — на миделе — от ватерлинии до нижней кромки киля. Кроме главных размерений корпуса, существуют габаритные размеры, например, габаритная длина вместе с выступающими штевнями; габаритная осадка — от ватерлинии до самой нижней точки судна, например, до шпоры подвесного мотора; габаритная ширина вместе с выступающими буртиками или привальными брусьями; габаритная высота — от нижней точки киля до верхней точки надстройки и т. п. Кроме абсолютных цифр, форму корпуса судна характеризуют соотношения главных размерений. Отношение длины к ширине по ватерлинии L/B характеризует ходкость судна (чем больше L/B, тем быстроходнее судно, если оно водоизмещающего типа) и остойчивость (чем меньше L/B при одинаковой длине, тем остойчивее судно). Отношение ширины по КВЛ к осадке В/Т характеризует ходкость, остойчивость и мореходность. Чем больше В/Т, тем остойчивее судно, однако его способность сохранять скорость на волнении оказывается ниже, чем у более узкого и глубокосидящего корпуса. Отношение наибольшей длины к высоте борта на миделе Lнб/H характеризует прочность и жесткость корпуса, которые повышаются с уменьшением этого отношения. Отношение полной высоты борта к осадке H/T характеризует запас плавучести судна. Чем оно больше, тем большим запасом плавучести обладает судно, тем большую нагрузку оно способно принять без опасности заливания волной.

Теоретический чертеж представляет изображение на плоском листе бумаги сложной криволинейной наружной поверхности корпуса в виде трех проекций на три взаимно перпендикулярные плоскости. На этих проекциях изображаются следы пересечения наружной обшивки секущими плоскостями, положение которых определяется в соответствии с установившимися в судостроении правилами. Три из этих плоскостей — диаметральная, основная и плоскость мидель-шпангоута — являются главными, базовыми для построения теоретического чертежа и для постройки либо последующей модернизации судна. От этих плоскостей отсчитывают все размеры и координаты любой точки корпуса.

· Диаметральная плоскость (ДП) — вертикальная продольная плоскость симметрии, разделяющая корпус на правую и левую половины.

· Основная плоскость (ОП) — горизонтальная плоскость, проходящая через самую нижнюю точку наружной обшивки при киле. Линия пересечения основной плоскости с ДП называется основной линией (ОЛ).

· Плоскость мидель-шпангоута (миделя)— вертикальная поперечная плоскость, проходящая посередине длины судна по КВЛ. Эту плоскость обозначают значком миделя X.

   Три проекции теоретического чертежа получаются сечением корпуса плоскостями, параллельными перечисленным выше трем базовым плоскостям. На боковой проекции, или проекции "бок", изображают следы сечения корпуса равноотстоящими друг от друга продольными плоскостями, параллельными ДП. Эти следы называются батоксами. Следы сечения корпуса равноотстоящими горизонтальными плоскостями, параллельными ОП, — ватерлинии — образуют проекцию "полуширота". Следы сечения корпуса равноотстоящими поперечными плоскостями, параллельными плоскости миделя — плоскостями шпангоутов, дают проекцию "корпус".

   Каждая линия теоретического чертежа на одной из проекций является кривой, а на двух других — прямой. Шпангоуты на боку и полушироте изображаются в виде прямых линий, а на корпусе они криволинейны, т. е. имеют свой истинный вид. Ватерлинии — прямые на боку и корпусе, батоксы — на полушироте и корпусе. Прямые линии образуют так называемую сетку теоретического чертежа.

   Так как корпус судна симметричен относительно ДП, на полушироте изображают ватерлинии только одного (левого) борта; на проекции корпус по правую сторону от ДП вычерчивают обводы носовых шпангоутов, а по левую — кормовых.

Важнейшей характеристикой судна является его водоизмещение, т.е. объем воды, вытесняемый корпусом при его погружении по КВЛ. Объемное водоизмещение вместе с главными размерениями судна позволяет судить о его величине, вместимости и потенциальных мореходных качествах.

Водоизмещение — величина переменная, зависящая от нагрузки судна, поэтому различают несколько его значений;

· — водоизмещение полное — с полными запасами горючего, пресной воды, экипажем и снабжением на борту;

· — водоизмещение порожнем — со снабжением, подвесным мотором на борту, но без экипажа с личными вещами, запасов горячего и провизии;

· — водоизмещение в состоянии обмера (для парусных яхт) — со снабжением и парусами на борту, но без экипажа с багажом, запасов пресной воды, топлива и провизии. Объемное водоизмещение V, измеряемое в кубических метрах, используется в качестве характеристики для вычисления коэффициентов полноты. Оно отличается от величины весового водоизмещения D, характеризующего нагрузку судна и измеряемого в тоннах, на величину плотности воды D = p*V, где у—плотность воды (для пресной воды p=1,00 т/м3; для морской - p=1,015 - 1,025 т/м3. При сравнении различных судов часто пользуются безразмерными коэффициентами полноты, к числу которых относятся:

· — коэффициент полноты водоизмещения или общей полноты б, связывающий линейные размеры корпуса с его погруженным объемом. Этот коэффициент определяется как отношение объемного водоизмещения по КВЛ к объему параллелепипеда, имеющего стороны, равные L, B и Т:

Чем меньше коэффициент б, тем более острые обводы имеет судно и, с другой стороны, тем меньше полезный объем корпуса ниже ватерлинии;

· — коэффициенты полноты площади ватерлинии a и мидель-шпангоута b, первый представляет собой отношение площади ватерлинии S к прямоугольнику со сторонами L и В:

второй — отношение площади погруженной части миделя X к к прямоугольнику, стороны которого равны В и Т:

Коэффициент a показывает, насколько заострена ватерлиния в оконечностях и какую роль в начальной остойчивости судна играет форма корпуса. С увеличением a повышается остойчивость, но, если речь идет о водоизмещающем судне, несколько ухудшаются обтекаемость корпуса и его ходкость, особенно на волнении и при большой осадке. Коэффициент b косвенным образом характеризует продольное распределение объема и влияние обводов корпуса на ходкость судна. Однако более характерным является призматический коэффициент ф (коэффициент продольной полноты), который представляет собой отношение объемного водоизмещения V к объему призмы, имеющей основанием погруженную часть миделя, а высотой — длину судна по КВЛ:

Нетрудно заметить, что коэффициент ф связан с коэффициентами б и b зависимостью ф=б/b.

Обводы глиссирующих судов

При постоянной нагрузке и в условиях гладкой воды максимальным гидродинамическим качеством при глиссировании обладает корпус с абсолютно плоским днищем, если, конечно, ширина по скуле и положение центра тяжести обеспечивают устойчивое движение без дельфинирования и с оптимальным дифферентом. Величина гидродинамического качества может достигать K=10. Именно это и обусловило широкое применение плоскодонных корпусов в начальный период развития глиссирующих судов. Высокое гидродинамическое качество обеспечивало выход на глиссирование при сравнительно малой мощности двигателя относительно водоизмещения. Однако с увеличением мощности двигателей и скоростей катеров выявились существенные недостатки плоскодонных обводов.

Основной из них - это сильные удары корпуса о волну. При встрече с волной подъемная сила на днище судна вследствие увеличения угла атаки мгновенно возрастает в несколько раз, корпус может взлететь над поверхностью воды. в следующий момент, при падении на воду, корпус получает сильный удар в днище. Сила удара пропорциональна квадрату вертикальной скорости в момент встречи днища с поверхностью воды, которая, в свою очередь зависит от скорости хода, водоизмещения судна и длины волны. величина ударных перегрузок может достигать 10g идаже более (под перегрузками понимается отношение ускорения, получаемого центром тяжестии судна, к ускорению свободного падения тела g = 9,81 м/с2, другими словами, отношение силы удара к массе судна).

Ударные нагрузки и ускорения не только отрицательно влияют на экипаж, но и могут стать причиной разрушения конструкций корпуса или срыва двигателей с фундаментов (подвесных моторов с транца).

Другим недостатком плоскодонного корпуса является его чувствительность к расположению центра тяжести и соотношению нагрузки и ширины днища. При неудачном сочетании этих величин судно легко переходит в режим дельфинирования, т.е. самопроизвольного продольного раскачивания и прыжков даже без воздействия волн.

Наконец, плоскодонные глиссирующие суда сильно сносит вбок при поворотах на большой скорости. Легкие мотолодки могут при этом опрокинуться, либо вылететь на берег.

Отмеченные недостатки ограничивают применение плоскодонных (и с малой килеватостью днища) глиссирующих корпусов в основном на закрытых от волн акваториях. Плскодонные мотолодки типа "Джонбот" простейшей формы используются для хозяйственных перевозок на реках.

Для снижения ударных перегрузок при глиссировании на волне днищу придают ту или иную килеватость. при увеличении угла килеватости днища с 0 до 10 градусов сила удара снижается более чем в 1,5 раза. Наиболее сильные удары приходчтся на носовую часть корпуса, поэтому заостряют в основном носовую треть днища, оставляя в корме глиссирующий участок малой килеватости.

Примером таких обводов "закрученного" типа являются мотолодки "Воронеж", "Казанка - 5", "Казанка - 2М" и катера "Амур". Такие корпуса отличаются более комфортабельным ходом на волнении, чем корпуса с малой килеватостью, но не позволяют развивать высокие скорости. Так как плоское днище работает под малыми углами атаки (до 4 градусов), длина смоченной поверхности корпуса оказывается слишком большой и с повышением скорости площадь этой поверхности не уменьшается. Благодаря быстрому росту гидродинамической подъемной силы в начальный период движения кривая сопротивления лодки с "закрученным" днищем имеет плавный подъем с невысоким "горбом", для преодоления которого требуется сравнительно небольшая удельная мощность. Поэтому подобные обводы предназначены для лодок и катеров, рассчитанных на переходный режим движения или глиссирование при

км/ч.

Суда с "закрученным" днищем при плавании на попутном волнении обладают рыскливостью. Причиной этого является дисбаланс в гидродинамических силах поддержания, действующих на заостренную килеватую носовую часть и плоский широкий участок днища в корме. При небольшом зарыскивании судна с курса на участки днища у форштевня начинает действовать сила, близкая по направлению к горизонтали и способствующая дальнейшему отклонению судна с курса. подобный же эффект дает и крен, при котором сила, изменяющая курс судна, появляется со стороны накрененного борта. В результате легкая лодка с подобными обводами может развернуться поперек движения и даже перевернуться. Известны случаи опрокидывания мотолодок "Казанка - 5" при ходе на попутной волне более 1 м высотой.

На большом волнении проявляется и другой недостаток судов с "закрученным" днищем: при входе в волну острый нос глубоко зарывается в воду, волна прокатывается по носовой палубе и может выбить ветровое стекло и залить лодку.

Построить корпус с подобными обводами технологически сложно, а его объем в носу получается весьма неудобным для размещения груза и особенно - устройства каюты.

Корпус с постоянным углом килеватости днища от транца до миделя, равным 10 - 17 градусов. Это наиболее распространённый в настоящее время тип обводов глиссирующих корпусов. Обводы технологичны при постройке корпусов из листовых материалов - металла или фанеры. Умеренная килеватость днища позволяет получить достаточно высокое гидродинамическое качество при приемлемых перегрузках на волнениии. Иногда днище снабжается скуловыми брызгоотбойниками или короткими продольными реданами, которые способствуют уменьшению смоченной поверхности.

Обводы типа "моногедрон" применяют при

км/ч и удельной нагрузке до 30 кг/л.с., т.е. в тех случаях, когда мощности двигателя может оказаться недостаточно для корпуса с обводами "глубокое V". По сравнению с корпусами с повышенной килеватостью днища, моногедрон имеет более высокую статическую остойчивость, поэтому такие обводы предпочитают и для морских лодок и катеров в тех случаях, когда это качество играет важную роль (например для комфортабельных туристских судов, рыболовных лодок и т.п.).

Тип обводов глиссирующего корпуса с повышенной килеватостью днища (более 20 градусов) от миделя до транца и продольными реданами, который применяется для быстроходных катеров ,рассчитанных на скорости

км/ч. Такие обводы обеспечивают комфортабельный ход на волнении с минимальной потерей скорости. Кроме того, данный тип обводов позволяет использовать всю мощность двигателей, устанавливаемых на легких мотолодках и катерах, без потери устойчивости движения или опасности разрушения корпусных конструкций. При повышении скорости в результате подъема корпуса из воды ширина смоченной поверхности днища с большой килеватостью постепенно уменьшается. Соответственно возрастает оптимальный угол атаки, при котором сопротивление воды является минимальным - у килеватого корпуса он в 1,5 - 2 раза больше, чем у плоскодонного. Благодаря этому и смоченная длина у килеватого корпуса оказывается меньше, чем у катера с плоским днищем.

В итоге, несмотря на существенное снижение гидродинамического качества при увеличении угла килеватости днища до 20 - 23 градусов, на корпусе собводами "Глубокое V" удается получить более высокую скорость, чем на корпусах с малой килеватостью. Благодаря почти одинаковым поперечным профилям днища в носу и корме катера с обводами "Глубокое V" отличаются хорошей устойчивостью на курсе при плавании с попутной волной, малым дрейфом на циркуляции и плавностью качки.

К недостаткам "Глубокого V" следует отнести большое сопротивление в начальный момент движения и большие затраты времени на разгон до выхода на режим чистого глиссирования. Для улучшения стартовых характеристик и снижения "горба" сопротивления можно использовать транцевые плиты и продольные реданы на днище.

Другим недостатком является пониженная начальная остойчивость как на стоянке, так и на ходу. Для повышения остойчивости иногда устраивают днищевые балластные цистерны, автоматически опорожняемые при выходе судна на расчетный режим. Для повышения ходовой остойчивости приходится увеличивать смоченную поверхность днища в корме, обрывая продольные реданы, на которых глиссирует корпус на расчетной скорости, на некотором расстоянии от транца. В результате этого смачиваются дополнительные участки днища и увеличивается ширина ватерлинии. Другой вариант - использование наделок - спонсонов, расположенных на ходу над водой и действующих при крене лодки.

Непременной деталью корпуса "Глубокое V" являются продольные реданы - призмы треугольного сечения с горизонтальной нижней гранью и острой свободной кромкой. Главный эффект реданов заключается в отсечении от днища потоков воды, растекающихся от киля к бортам. В результате их действия уменьшается смоченная поверхность корпуса, на реданах создается дополнительная подъемная сила; в совокупности это повышает гидродинамическое качество корпуса.

Благодаря продольным реданам осуществляется автоматическое регулирование ширины днища в зависимости от скорости судна. На малых скоростях лодка глиссирует на полной ширине днища с уменьшенной удельной нагрузкой, которая оптимальна для данной скорости. По мере разгона гидродинамическая подъемная сила растёт, корпус уменьшает осадку. При этом крайние участки днища, прилегающие к скулам, выходят из воды, глиссирующая поверхность ограничивается крайней к скуле парой реданов. Благодаря этому сохраняется оптимальная величина удельной нагрузки днища, несколько снижается "горб" кривой сопротивления.

Продольные реданы повышают остойчивость судна, демпфируют бортовую и продольную качки. На ходу при резком крене на реданах накрененного борта возникает дополнительная подъёмная сила, которая препятствует дальнейшему увеличению крена. Продольные реданы существенно повышают устойчивость судна на курсе и в то же время сокращают радиус циркуляции. Это происходит благодаря работе боковых граней реданов, которые при боковом смещении - дрейфе от ветра, волны или на повороте действуют подобно килям.

Положительные качества реданов в полной мере проявляются лишь при достаточно высоких скоростях -

км/ч. На малой скорости и при разгоне сопротивление воды вследствие увеличенной смоченной поверхности днища с реданами оказывается выше, чем у катера с гладким днищем. Кроме того, их эффективность зависит от угла килеватости днища. Если он менее 10 градусов, устройство продольных реданов нецелесообразно.

На каждой половине днища обычно устанавливают по два (при ширине днища 1,4 - 1,6 м) или по три (при ширине 2 - 2,5 м) редана. Расстояние ближайших к скуле реданов от ДП судна рассчитывается в зависимости от нагрузки и скорости лодки. Реданы по всей длине корпуса целесообразны лишь в том случае, если можно обеспечить глиссирование лодки на ширине, ограничиваемой данными реданами. В противном случае реданы в кормовой части днища только повышают сопротивление воды. Обычно до транца доводят только крайние к скуле реданы, а остальные, которые эффективно работают только на границе днища и воды на полном ходу, обрывают на том или ином расстоянии от транца. На мотолодках с умеренной килеватостью днища, развивающих скорость около 40 км/ч, можно устанавливать короткие (по 0,5 - 0,8 м) реданы - брызгоотбойники в носовой части корпуса.

Естественно, правильная работа реданов возможна только при их острой наружной кромке, поэтому на деревянных лодках реданы изготовляют из твердых пород древесины или прикрепляют к их рабочим граням металлические полосы. В средней части корпуса и корме реданы располагают параллельно килю. В носовой части их лучше свести к форштевню, чтобы избежать слишком крутого подъёма вверх: в противном случае при всходе лодки на волну реданы будут оказывать тормозящее действие.

Существует и негативный эффект продольных реданов на высокоскоростных судах: при встречной волне корпус получает более жесткие удары вследствие концентрации давления на плоских поверхностях реданов.

Вариант глиссирующего корпуса с узкой центральной частью днища малой килеватости (или плоской) и наклонными боковыми участками. Ширина центральной гидролыжи выбирается так, чтобы на полной скорости судно глиссировало на нем, как на пластине, а наклонные участки днища смачивались только при крене или же встрече с волной.

Наклонные участки днища также снабжаются продольными реданами для отсечения от них брызговой пелены при вхождении корпуса в волну.

Смоченная поверхность гидролыжи имеет вид вытянутого вдоль корпуса прямоугольника. Благодаря этому корпус обладает большей устойчивостью глиссирования и меньшей чувствительностью к изменению дифферента и положения центра тяжести, по сравнению с плоскодонным судном, имеющим малое соотношение L/B. В результате катера и мотолодки с гидролыжей, снабженные достаточно мощным двигателем, способны развивать большую скорость, чем при обычных плоско - килеватых обводах, обладают большей комфортабельностью при ходе против волны, имеют малый радиус циркуляции. При значительном волнении корпус с гидролыжей может даже получать меньшие ударные перегрузки, чем корпус с обводами "Глубокое V". Это происходит оттого, что удар получается более равномерным во времени - за счет этого его сила снижается на 25%.А поскольку субъективное ощущение силы удара человеком носит явно выраженный пороговый характер (терпимая - нестерпимая), реально кажется, что сила удара снижается наполовину.

Отрицательное влияние гидролыжи проявляется в некотором увеличении ударных нагрузок при небольшом волнении и малой удельной нагрузке днища и усложнении проектирования и постройки судна.

Одним из вариантов обводов с гидролыжей является "Морской нож", предложенный американским конструктором П.Пейном. Глиссирующая пластина на днище имеет вид треугольника с углом при форштевне 15 градусов, а борта плавно расширяются к палубе, образуя в корме своеобразное аэродинамическое крыло. в целом корпус катера с его заостренным и подрезанным форштевнем напоминает лемех плуга. Вогнутые поверхности бортов снабжены брызгоотбойниками - реверсорами, которые отсекают воду, уменьшая смоченную поверхность корпуса. Одновременно на реверсорах создается дополнительная подъемная сила, благодаря чему гидродинамическое качество достигает достаточно большой величины (до 10,5). Реверсоры улучшают также приемистость катера и динамическую остойчивость на ходу.

Оптимальным ходовым дифферентом для "Ножа" является такой, при котором основание форштевня лишь слегка касается поверхности воды. В этом случае глиссирующая площадка погружена в воду на всю длину: при прохождении сквозь волну и изменении дифферента длина смоченной поверхности изменяется мало, соответственно здесь не возникает пиковых значений подъемной силы, как на корпусе традиционного типа. Поддерживать правильный дифферент помогают транцевые плиты, управляемые с места водителя.

"Морской нож" позволяет развивать довольно высокую скорость на волнении без чрезмерных ударных перегрузок. Например, 6 - метровый катер такого типа, оснащенный 188 - сильным двигателем с угловой колонкой, на волне высотой 1 м развивал скорость около 80 км/ч. При этом величина перегрузок, замеренных в носовой части, оказалась в среднем в 10 раз ниже, чем на катере с обводами "Глубокое V" таких же размерений.

Важным элементом "Морского ножа" является наклонный носовой транец, благодаря которому исключается зарывание носовой части катера в волну.

Несмотря на высокие мореходные качества, обводы типа "Морской нож" имеют ряд недостатков: низкую начальную остойчивость на стоянке, недостаточный объем корпуса для размещения пассажиров и т.п. Кроме того, реализовать положительные качества обводов можно только при достаточно высокой энерговооруженности - нагрузка не должна превышать 5 кг/л.с.

Разновидностю судна на гидролыже можно считать корпус с обводами, запатентованными англичанами Рексом и Вуди Блеггами. Основная часть корпуса имеет узкую гидролыжу и необычно большую килеватость днища - 45 градусов. Для повышения остойчивости корпус снабжен боковыми поплавками - спонсонами, расположенными в кормовой трети длины и имеющими при килях несущие поверхности в виде гидролыж.

Все три гидролыжи расположены на одной высоте,так что при движении судно глиссирует на центральной лыже и двух широко разнесённых по бортам спонсонах, которые имеют несколько больший угол атаки. В случае крена , возникающего например, на циркуляции, в воду входит спонсон со стороны крена и мгновенно возросшая на нём подъёмная сила выпрямляет судно. Судно обладает достаточной остойчивостью и на стоянке, когда необходимый восстанавливающий момент образуется при погружении спонсона в воду.

Для уменьшения смоченной поверхности при плавании на волнении на днище корпуса и спонсонов предусмотрены широкие продольные брызгоотбойники, на которых создается дополнительная подъемная сила. Они демпфируют продольную качку, служат дополнительными глиссирующими поверхностями в момент выхода на расчетный режим движения, снижая "горб" сопротивления.

Катера с обводами братьев Блегг весьма мореходны. Они способны поддерживать высокую скорость на взволнованном море при различных курсах относительно волны. Узкие поверхности центральной гидролыжи и спонсонов пронзают волну, не получая при этом сильных ударов. Определенный эффект аэродинамической разгрузки создается благодаря сводчатым тоннелям между основным корпусом и спонсонами. Встречный поток воздуха, смешиваясь с водяной пылью, подтормаживается в тоннелях; благодаря повышению здесь давления часть массы корпуса поддерживается аэродинамически, что способствует демпфированию ударов корпуса о волну.

Запатентованные английским конструктором Уффа Фоксом трехкилевые обводы глиссирующего катера также являются вариантом судна на гидролыжах, обладающего повышенной остойчивостью. Три лыжи, ширина которых не превышает 1/10 общей ширины днища, простираются по всей длине корпуса и переходят в форштевни. Благодаря тому, что при сходе с попутной волны в гребень следующей погружаются сразу все три лыжи, исключается зарыскивание, которое имеет место у катеров с обводами "глубокое V".

Бортовые лыжи, помимо того, что способствуют созданию подъемной силы, являются скегам и, отражающими брызги, вырывающиеся из-под средней лыжи, а также придают судну высокую остойчивость. Близ миделя на этих гидролыжах имеются поперечные реданы, благодаря которым уменьшается смоченная поверхность самих гидролыж и повышается устойчивость движения. Своды боковых тоннелей выполняются с постоянным радиусом скругления; центральная часть корпуса имеет угол килеватости днища до 30°.

Испытания моделей с обводами Фокса показали, что при глиссировании вырывающиеся из-под лыжи потоки воды оказывают сильное влияние на гидродинамические характеристики корпуса; они могут как повышать, так и снижать гидродинамическое качество. Наименее благоприятным оказывается такое расположение несущих поверхностей, при котором расстояние между ними, измеренное поперек судна, составляет 2,5-3 ширины одной из них. Вследствие эффекта взаимовлияния гидролыж качество саней Фокса оказывается примерно на 10% ниже, чем изолированных глиссирующих поверхностей того же удлинения.

Как и для других типов обводов с гидролыжами, для саней Фокса важное значение имеет достаточно высокая удельная мощность двигателя. В переходном к глиссированию режиме сопротивление саней Фокса оказывается ниже, чем у корпуса с обводами "глубокое V", поэтому сани быстрее выходят на глиссирование и развивают высокую скорость при полной нагрузке. Небольшие ударные перегрузки при плавании саней на волнении и высокая остойчивость обусловили применение этого типа обводов для различного рода транспортных катеров.

В настоящее время могут рассматриваться как переходный тип глиссирующего корпуса от килеватых обводов к тримарану. Их особенностью являются выпуклость при киле и скругленные отгибы днища вниз у скулы. При встрече с волной в воду входит снчала выпуклая часть днища, затем площадь удара постепенно увеличивается, поэтому корпуса с обводами "крыло чайки" отличаются от малокилеватых судов более мягким ходом на волне. Отгибы днища вниз у скулы дают такой же эффект, как и скуловые брызгоотбойники: благодаря им и за счет поперечного потока по вышается гидродинамическое давление вблизи скул, что в известной степени компенсирует потерю гидродинамического качества вследствие увеличения килеватости днища. Отгибы скулы способствуют также повышению ходовой остойчивости судна.

Корпуса этого типа появились в конце 50-х годов. Иногда этот тип обводов называют "кафедралами", трехкилевыми "морскими санями" или двухтоннельными судами, Отличительной особенностью всех существующих видов тримаранов являются основной корпус, имеющий обводы "глубокое V" (или изогнуто-килеватые), и два боковых спонсона меньшего объема; очертания палубы в плане близки к прямоугольнику. Назначение спонсонов - повысить остойчивость катера на ходу и на стоянке, избавить судно от рыскливости при ходе на попутном волнении. Спонсоны выполняют таким образом, чтобы на стоянке они были погружены примерно на половину осадки основного корпуса, а на ходу большая часть их поднималась над поверхностью воды. В случае крена в воду входит значительный объем спонсона, возникающая на нем дополнительная сила поддержания создает восстанавливающий момент. Благодаря тому, что спонсоны параллельны по всей длине катера, а не сужаются подобно скулам корпуса традиционного типа, остойчивость тримарана намного выше. Кроме того, при крене на ходу к статической восстанавливающей силе прибавляются еще гидродинамические силы, возникающие на наружной наклонной поверхности входящего в воду спонсона, как на обычной глиссирующей пластине, расположенной под некоторым углом атаки.

Поскольку на ходу без крена спонсоны оказываются над водой, они практически не вносят существенных изменений в гидродинамику основного корпуса. Как и в случае обводов "глубокое V", глиссирование осуществляется на кормовой части днища, так что в ходовых качествах тримаран преимуществ не имеет. Однако помимо лучшей остойчивости и мореходных качеств на волне, тримаран предоставляет конструктору гораздо больше возможностей в планировке внутреннего расположения. Необходимое оборудование здесь удается разместить в корпусе меньших размерений, чем например, на катере с обводами "глубокое V", и при равной мощности двигателя получить известный выигрыш в скорости.

Основные разновидности современных тримаранов представлены на рисунке. Тип а предпочтителен при постройке корпуса из листовых материалов - металла или фанеры. Явно выраженные тоннели в носовой части переходят в корме в плоско-килеватое днище с горизонтальными участками у скул. Тип б - комбинация "глубокого V" с бортовыми спонсонами, имеющими клиновидные поперечные сечения. В месте перехода наклонной наружной грани спонсона в почти вертикальный борт сделан уступ - брызгоотбойник. Спонсоны иногда обрываются, не доходя примерно 1/3 длины корпуса до транца, так как в корме они неоправданно увеличивают смоченную поверхность, мешают использовать энергию потоков воды, растекающихся от киля к бортам. Продолжением спонсонов близ транца являются горизонтальные брызгоотбойники или продольные реданы. Тип в - обводы "Бостонского китобоя", послужившие прототипом для создания большого числа модификаций. Применены выпукло-килеватые шпангоуты. Борта в носовой части имеют наклонные участки - скосы для улучшения поворотливости. Чтобы ограничить подъем воды и брызг, вырывающихся из-под скоса, на борту сделан уступ - брызгоотбойник, идущий по всей длине корпуса. Вблизи шп. 7 наклонный участок борта заканчивается поперечным реданом; дальше в корме скула скруглена по радиусу. Можно предположить, что это придает катеру оптимальный дифферент на корму при довольно высокой скорости и обеспечивает выход воздуха из тоннелей к бортам. Выпуклость днища у транца предотвращает подток воздушных пузырей к лопастям гребного винта, особенно вероятный при поворотах катера.

На основном корпусе "Бостонского китобоя", как и на других типах тримаранов, предусмотрен продольный редан, отсекающий воду от днища и направляющий ее под кили спонсонов, которые расположены выше основной линии.

Тримараны, обладая высокими мореходными качествами, все же подвергаются значительным ударным перегрузкам при ходе на волне, особенно если о гребень волны ударяется широкая носовая часть, на которой имеются плоские поверхности.

Вариант глиссирующего корпуса со сводчатым днищем (с "обратной" килеватостью) и параллельными, не сходящимися в носу бортами, изобретен в начале ХХвека американским конструктором А. Хикманом. Благодаря двум килям, имеющим сходство с полозьями саней, обводы и получили свое название.

Параллельные борта придают "морским саням" повышенную поперечную остойчивость. Два длинных киля и погруженные в воду вертикальные борта способствуют хорошей устойчивости судна на курсе. При плавании на волнении проявляется и такое важное качество саней, как хороший "продольный баланс" корпуса, под которым понимается распределение ширины и площади ватерлинии, а также килеватости днища по длине корпуса. При плавании косым курсом к попутной волне "морские сани", обладая большими объемами и шириной корпуса в носу, хорошо противостоят крену и дифференту, не зарыскивают с риском опрокидывания на полной скорости.

Брызги, поднимаемые носовой частью, отражаются вниз от поверхности вогнутого тоннеля, а широкая палуба предотвращает зарывание носом в волну. При некоторых определенных соотношениях размеров волны и корпуса воздух в тоннеле "саней" начинает оказывать демпфирующий эффект, смягчая удары волны о днище. У "саней" больших размеров более плавная бортовая качка, чем у обычных катеров. Определенные сложности представляет размещение на "морских санях" движителя. Встречный поток воздуха, попадающий в тоннель, проходит под днищем до самой кормы и воздействует на лопасти гребного винта, начинающего работать в условиях поверхностной аэрации. Поэтому на больших "санях" применялись частично погруженные гребные винты, имеющие специальную форму. При установке подвесного мотора на "санях" требуется большее погружение оси гребного винта, чем на обычных лодках; рекомендуется и кормовая центровка судна. Используется также смещение оси подвесного мотора в сторону от ДП. При одновинтовой установке на своде тоннеля в ДП рекомендуется устанавливать клин толщиной 12-20 мм и шириной 1,2 диаметра винта, отводящий аэрированную воду от винта. На волне, длина которой превышаетдлину катера, "морские сани" получают сильные удары в носовую часть свода тоннеля, что заставляет снижать скорость. Другими недостатками обводов этого типа является большой радиус циркуляции и малый объем корпуса в носовой части, затрудняющий его использование для размещения пассажиров и других целей.

Как мы уже говорили, не всегда удается реализовать высокое гидродинамическое качество катеров с плоским и широким днищем. Одна из причин - потеря устойчивости движения катера при достижении им наивыгоднейшего ходового дифферента. Часто приходится мириться с тем, что фактические углы атаки на расчетной скорости значительно ниже оптимальных и составляют 1-2°. Следовательно, и гидродинамическое качество не достигает своего максимума и в редких случаях превышает К = 4,5.

Одна из возможностей повышения качества - это существенное уменьшение ширины глиссирующего участка днища, при котором судно может глиссировать устойчиво и с большим углом атаки. Чем больше по сравнению с шириной днища длина смоченной поверхности и, следовательно, расстояние от транца до точки приложения равнодействующей гидродинамических сил давления, тем выше скорость, при которой возможна потеря устойчивости. Именно это свойство и используется в конструкции современных глиссирующих катамаранов, которые обладают рядом преимуществ перед однокорпусными судами.

Во-первых, для смягчения ударов при ходе на волнении днищу катамарана можно придать большую килеватость, чем однокорпусному катеру, остойчивость которого резко падает при увеличении килеватости. Во-вторых, благодаря тому, что воздух проходит с большой скоростью по тоннелю между корпусами катамарана, на платформе (особенно если ей придать продольный профиль крыла) создается аэродинамическая подъемная сила, которая воспринимает часть нагрузки судна. В результате аэродинамической разгрузки уменьшается осадка и смоченная поверхность корпуса, повышается скорость.

Гидродинамическое качество оказывается выше качества однокорпусного глиссера лишь при сравнительно малых расстояниях Вк между корпусами, определяемых соотношением 2В0/Вk > 0,75 (значению 2В0/Вk = 1 соответствуют сдвинутые вплотную корпуса, а значению 2В0/Вк = 0 - корпуса, разнесенные на бесконечно большое расстояние, при котором один корпус не влияет гидродинамически на другой; В0 - ширина одного корпуса). При 2B0/Bk=0,4 качество катамарана оказывается минимальным, т. е. это самая невыгодная компоновка катамарана. С уменьшением расстояния между корпусами судно позже выходит на режим глиссирования. Кривые сопротивления катамарана имеют два "горба". Катамараны выходят на глиссирование при значительно более высокой (примерно в 1,5 раза) скорости, чем однокорпусные катера. Ширина корпусов катамарана оказывает существенное влияние на сопротивление воды. При относительном удлинении корпуса L/B0 = 16 и менее катамаран становится очень чувствителен к изменению нагрузки: при ее увеличении гидродинамическое качество падает. Узкие корпуса с отношением L/B0 = 17 - 25 к нагрузке менее чувствительны.

Подобные двухкорпусные обводы используются в основном для высокоскоростных гоночных судов, развивающих скорости 100-250 км/ч. При такой скорости существенное значение имеют аэродинамические силы, которые возникают на нижней поверхности соединительного моста, имеющего большую площадь. С одной стороны, следует использовать аэродинамическую силу, возникающую на ней, чтобы разгрузить корпуса и уменьшить сопротивление трения обшивки о воду. С другой, необходимо учитывать, что на волне угол атаки этой поверхности к набегающему потоку воздуха окажется чрезмерным и судно будет опрокинуто аэродинамической силой через транец (это нередко происходит в гонках скутеров и мотолодок с катамаранными обводами). На скоростях порядка 100 км/ч и выше аэродинамическая сила может достигать 30 кгс и более на 1 м2 несущей поверхности моста.

Чтобы обеспечить продольную устойчивость движения легкого катамарана под действием дополнительных аэродинамических сил и моментов, мостик приходится смещать ближе к транцу корпуса. Его продольное сечение выбирают из числа таких аэродинамических профилей, у которых центр давления и аэродинамический фокус (точка приложения дополнительной силы при изменении угла атаки) имеют кормовое расположение. Чаще всего используют обтекаемый клиновидный профиль с относительной толщиной 5-8 % и высотой среза кормовой части 100-300 мм. Однако опыт дает основание считать, что для скоростей движения 60-80 км/ч целесообразно применять более толстый профиль (10-12 %) и во многих случаях кормовую кромку делать обтекаемой.

Для гоночных катамаранов характерно отношение длины к общей ширине в пределах 2,3-2,9. Вертикальный клиренс (расстояние нижней поверхности моста от воды) принимается равным 4-5 % длины моста. Угол внешней килеватости глиссирующей пластины днища как правило составляет около 10°, а ее ширину можно приблизительно вычислить по формуле где В - ширина пластины, м; D - полная масса катамарана с запасом горючего и экипажем, кг; v - расчетная скорость движения, м/с.

В качестве прогулочных судов и катеров народнохозяйственного назначения глиссирующие катамараны широкого распространения не получили. Это объясняется тем, что сложно обеспечить прочность соединительного моста при больших размерах судна; днище моста приходится высоко поднимать над поверхностью воды, чтобы избежать ударов волн в его нижнюю поверхность. В результате этого надстройки получаются увеличенной высоты, что приводит к повышенному воздушному сопротивлению. Недостатком катамаранов является резкая килевая качка при движении с малой скоростью, а также большая площадь гавани, которую занимает на стоянке двухкорпусное судно.

Отличаются наличием поперечного (или стреловидного) уступа - редана, делящего днище на два глиссирующих участка - основной, расположенный непосредственно перед реданом, и участок у транца. Положение поперечного редана обычно выбирается таким образом, чтобы на основной участок приходилось от 60 до 90% массы катера. Благодаря тому, что глиссирующие участки имеют большее гидродинамическое удлинение и почти в 2 раза меньшую смоченную поверхность, чем у обычных катеров, на скоростях движения более

реданные катера обладают более высоким гидродинамическим качеством, а устойчивость движения меньше зависит от положения центра тяжести.

Ранее реданные катера считались немореходными, так как днище близ редана, расположенного посредине корпуса, выполнялось совершенно плоским, редан имел большую высоту (равную обычно 1/20 ширины днища), отсутствовали устройства для регулирования дифферента в зависимости от погодных условий. Такие катера сильно ударялись о встречную волну даже при ее малой высоте, так как редан получал удар сразу по всей ширине днища.

В последние годы получили применение обводы со стреловидными реданами на корпусах повышенной килеватости. Существуют реданы как с прямой, так и с обратной стреловидностью (в первом случае вершина находится ближе к форштевню относительно точек пересечения редана со скулами). Стреловидная форма редана позволяет значительно снизить перегрузки катера на волнении, поскольку площадь и сила гидродинамического удара, начиная с вершины редана, нарастает более плавно, чем в случае перпендикулярного килю редана и малой килеватости днища.

Существуют современные модификации корпусов с двумя и большим числом реданов, например типа "тридин", разработанный в США Р. Хантом и Р. Коббсом. Часто реданные катера снабжают средствами для регулирования ходового дифферента - управляемыми транцевыми плитами или стабилизирующим крылом, что позволяет в зависимости от обстановки регулировать ходовой дифферент катера и перераспределять величину нагрузки между несущими участками днища.

Для глиссирующих катеров применяются крайне редко. Причину этого нетрудно понять, посмотрев на эпюру распределения давления поперек днища. На острых кромках скулы при глиссировании возникает перепад гидродинамического давления. Если давление по всей ширине днища постоянно, то обеспечивается наивысшая поддерживающая способность днища на единицу смоченной поверхности. Однако если кромки скруглены, то более плавным становится и перепад давления у скул. Вода не отрывается от кромки скулы, а поднимается вверх по корпусу и замывает борта. Чем больше радиус округления скулы, тем больше потери гидродинамической подъемной силы. Поэтому круглоскулые обводы применяют чаще для катеров, рассчитываемых на умеренные скорости - переходный режим при

км/ч. Корпус дополняют скуловым брызгоотбойником (на пластмассовых корпусах он формуется вместе с обшивкой), уменьшающим замывание скуловых участков днища. Иногда применяют комбинированные обводы - в носовой части корпус выполняют с обводами круглоскулого типа, а в корме делают глиссирующий участок с острой скулой.

Основным достоинством круглоскулых катеров при плавании на волнении являются менее жесткие удары волны в днище и более плавная качка, чем это испытывают остроскулые катера.

Материал и конструкция корпуса

Подавляющее большинство лодок серийного производства, выпускавшихся предприятиями нашей страны для продажи населению и выпускающихся поныне, изготовляется с корпусами из легких сплавов — дюралюминия (при клепаной конструкции) и алюминиево-магниевых сплавов (при использовании сварки). Это характеризует Россию как развитую страну, т.к. крупносерийное производство подобных судов требует достаточно сложного оборудования и достаточного собственного производства алюминия. Кроме России алюминиевые лодки крупносерийно производятся только в США и Австралии.

Дюралюминий — сплав алюминия с медью (около 4 %), магнием (1,5 %) и марганцем (0,5 %) — принадлежит к так называемым недеформируемым и термически упрочняемым сплавам. Для постройки лодок чаще всего применяют листы из дюралюминия Д16АТ, подвергаемые закалке для достижения высокой прочности. Это позволяет применять для наружной обшивки сравнительно тонкие листы: 1,5—2 мм для днища и 1,2—1,8 мм для бортов (при длине лодки 3,5—5 м). Попытки согнуть дюралевый лист в обычном холодном состоянии под малым радиусом приводят к появлению трещин в материале, поэтому необходима предварительная термообработка — отпуск. Заготовка нагревается до 350 °С, затем ей дают остыть на воздухе. После гибки деталь нужно вновь закалить нагревом до 500 °С и охлаждением в воде.

Хотя в принципе сварка дюралюминия возможна, при постройке корпусов малых судов она не применяется. При нагреве металла в зоне сварного шва происходят явления, подобные отжигу, при которых сплав утрачивает прочность. Обычно прочность сварных соединений дюралюминия составляет 40—60 % прочности основного металла.

Существенным недостатком дюраля является его сравнительно низкая коррозионная стойкость, особенно в морской воде. Причиной тому являются образующиеся в воде электролитические микропары алюминий — медь. Особенно интенсивно коррозия развивается в соленой морской воде, поэтому эксплуатация лодок с корпусами из дюралюминиевых сплавов в морских условиях не рекомендуется. Обычно листы металла, выходящие с прокатного завода, покрывают тонким слоем чистого алюминия — так называемым плакирующим слоем, для защиты дюралюминия от коррозии в процессе производства и хранения металла. Готовые корпуса из дюралюминия нуждаются в тщательном лакокрасочном покрытии по специальной схеме.

Основной принцип конструкции дюралевых лодок — в подкреплении тонкой обшивки большим числом продольных ребер жесткости — стрингеров, которые опираются на сравнительно редко расположенные шпангоуты.

Алюминиево-магниевые сплавы АМг составляют группу термически неупрочняемых деформируемых и свариваемых легких сплавов. В мелком судостроении наибольшее распространение получили сплавы марки АМг5 (5 % магния), предназначенные для листовых конструкций и АМг61 для листов и профилей. Листы и профили из этих сплавов обладают пластичностью, позволяющей подвергать их гибке в холодном состоянии, хорошо свариваются в среде защитных инертных газов (чаще всего применяется аргоно-дуговая электросварка) прочность сварных швов обеспечивается не ниже 90 % основного металла. Сплавы типа АМг обладают более высокой коррозионной стойкостью, чем дюралюминий, и могут использоваться для корпусов судов, эксплуатируемых в морской воде.

Алюминиево-магниевые сплавы обладают несколько меньшей прочностью, чем дюраль, поэтому обшивку лодок приходится делать более толстой, чтобы обеспечить при эксплуатации ровную, без вмятин, поверхность корпуса. А в случае изготовления сварного корпуса очень трудно избежать коробления тонкой обшивки при ее сварке с набором: по сравнению со сталью алюминий обладает в 2 раза более высоким коэффициентом линейного удлинения при нагреве, поэтому и деформации при сварке соответственно больше. Все это заставляет использовать для наружной обшивки листы толщиной не менее 2 мм, а при сварке корпусов длиной более 5 м — уже толщиной 3—4 мм.

Первой отечественной цельносварной лодкой из легких сплавов является мотолодка «Крым»; ее опытные образцы были изготовлены в 1969 г. Тогда ее конструкция в известной мере копировала клепаный корпус — с большим числом продольных ребер жесткости, привариваемых к наружной обшивке. Длительный опыт эксплуатации позволил выявить слабые места в этой конструкции — соединения продольного и поперечного набора и т. п. и рекомендовать более рациональную схему подкрепления днища — в виде П-образных штампованных поперечных флоров, привариваемых к обшивке по фланцам. Для уменьшения коробления обшивки в процессе сварки уменьшены протяженность и калибры сварных угловых швов, увеличен объем контактной электросварки.

Другой путь уменьшения объема сварки корпуса — применение штампованных конструкций обшивки с ребрами жесткости в виде гофров или зигов.

Для постройки пластмассовых корпусов в отечественном судостроении используются исключительно стеклопластики. Исходными материалами для них являются ненасыщенные полиэфирные смолы и армирующие стеклонаполнители в виде тканей, холстов и жгутов (ровницы). Постройка или формование корпуса лодки производится в матрице — обычно разъемной по килю наружной форме корпуса. Поверхность матрицы тщательно шпаклюется и полируется, благодаря чему наружные поверхности корпуса лодки получают блестящую глянцевую поверхность. При формовании на матрицу сначала наносят разделительный слой, например, из поливинилового спирта или воска, который обеспечивает свободное отделение готовой обшивки от поверхности матрицы. Затем наносят декоративный слой связующего — смолы с соответствующими добавками — ускорителем и инициатором, а также пигментом для окрашивания этого слоя в желаемый цвет. После желатинизации декоративного слоя начинается формование обшивки, которое состоит в последовательной укладке слоев армирующей стеклоткани и тщательной прикатке их валиками к поверхности формы. В зависимости от толщины армирующей ткани таких слоев укладывают 4—8 (для корпусов длиной до 6 м).

Стеклоткань придает пластику необходимую прочность. Наиболее прочный и плотный пластик получается при использовании тонкой ткани сатинового переплетения типа Т-11-ГВС-9 по ГОСТ 19170—73 (прежде эта стеклоткань выпускалась с индексом АСТТ (б)-С2О). При собственной толщине ткани в 0,38 мм один ее слой в обшивке дает толщину 0,5 мм. Другой тип тканей, используемых для формования корпусов лодок, — стеклорогожа или ткань жгутового переплетения. Эта ткань более толстая — например, марки ТР-07 имеет толщину 0,7 мм, поэтому для получения той же толщины обшивки, что и при использовании сатиновой ткани, достаточно уложить вдвое меньшее количество слоев рогожи. Однако плотные жгуты волокон рогожи хуже пропитываются связующим и при слабой прикатке слоев к матрице такая обшивка нередко фильтрует воду. Поэтому часто обшивку формуют из тканей обоих типов: наружные слои делают из сатиновой стеклоткани (при большой толщине прокладывают также один-два промежуточных слоя между стеклорогожей), внутренние — из стеклорогожи.

Для формования используется еще так называемая стеклосетка СЭ — очень тонкая и редкая ткань, хорошо пропитываемая связующим. Уложенная в самый наружный слой, она выравнивает поверхность, скрадывает грубую текстуру нижележащего слоя стеклоткани и хорошо держит слой окрашенного связующего.

При использовании любого стеклонаполнителя стараются выдержать соотношение массы связующего со стеклотканью примерно 1 : 1. В отечественном судостроении получила применение полиэфирная смола типа НПС-609-21М — менее токсичная и более дешевая, чем эпоксидные смолы ЭД-5 и ЭД-6, используемые чаще всего для ремонта.

Толщина обшивки легких пластмассовых гребных лодок составляет обычно 2,5—3 мм, глиссирующих корпусов длиной до 5 м — 4—6 мм, толщина их бортов — 3,5—5 мм. Как правило корпуса гребных лодок не нуждаются в подкреплении набором, их жесткость и прочность обеспечивается благодаря различного рода высадкам и гофрам в обшивке, а также пенопластовым заполнителям и банкам. Днище глиссирующих лодок подкрепляют продольными стрингерами и флорами из фанеры или пенопласта, оклеенного снаружи стеклопластиком.

Значительное число гребных лодок строится в России из шпона — древесно-слоистого пластика, выкленного из тонких (0,5—1,5 мм) и узких (50—200 мм) полос, которые получаются лущением с вращающейся круглой заготовки — березового чурбана. Чурбан предварительно пропаривают и лист шпона снимают с него ножом по спирали. Из нескольких слоев, накладываемых друг на друга перпендикулярно, склеивают обычную фанеру. Узкими полосами шпона можно покрыть поверхность любой кривизны, а если их склеить на этой поверхности в несколько слоев, то после высыхания клея получится легкая и прочная скорлупа. Иногда лодки из шпона называют лодками из формованной фанеры.

Шпоновая (скорлупная) обшивка обладает такими ценными свойствами, как монолитность и эластичность при небольшой объемной массе. Как и стеклопластик, она нуждается в минимальном подкреплении набором, в то время как готовая скорлупа практически при такой же толщине весит вдвое легче пластмассовой. Формование корпусов из шпона механизировано — лодки запрессовывают в автоклаве при температуре 60 °С и давлении 3 кгс/см2. Склеивание полос шпона, которые располагают на форме-болване, под углом 45° друг к другу (обычно три-пять слоев), производят на водостойком клею ВИАМ-БЗ. Толщина готовой обшивки составляет 4,5—5 мм. Корпуса шпоновых лодок не имеют шпангоутов, обшивка подкрепляется килем, стрингерами и привальными брусьями; поперечную жесткость корпусу придают банки.

Дерево как судостроительный материал используют и при изготовлении сравнительно крупных яхт и при самостоятельной постройке катеров. Однако и здесь классическая конструкция деревянного корпуса заменяется на обшивку, клеенную из узких реек, отдельные поясья которой надежно соединены между собой при помощи водостойкого клея и гвоздей. Гнутоклееные или ламинированные конструкции используют и при изготовлении таких деталей набора корпуса, как шпангоуты, киль, бимсы, и т.п. Благодаря этому удается изготовить корпусные детали из небольших по размерам качественных заготовок древесины. В своем классическом виде — с наборной клинкерной обшивкой (кромка на кромку) — деревянные корпуса можно видеть только на гребных лодках-фофанах.

Недостатки древесины как судостроительного материала хорошо известны: дерево впитывает влагу и рассыхается, изменяя свои размеры, подвержено загниванию и повреждению древоточцами, имеет неодинаковую прочность при нагружении вдоль и поперек волокон; постройка легких и прочных корпусов связана с тщательным отбором древесины и высоким качеством работ.

Для наружной обшивки деревянных судов применяют сосну, ель, кедр; для набора корпуса кроме сосны используют дуб и ясень — твердые и очень прочные породы древесины. Некоторые широко распространенные породы, например, береза, осина, бук, ольха для постройки корпусов лодок непригодны. Они сильно впитывают влагу, легко загнивают, особенно в контакте с металлическим крепежом, и не обладают достаточной прочностью.

Для обшивки, палуб и надстроек малых судов широко применяется фанера.Наиболее прочной и водостойкой является бакелитовая фанера марок БФС и БФВ по ГОСТ 11539—73, которая выпускается толщиной 5, 7, 10 и 12 мм. Эта фанера имеет большую объемную массу — 1,2 т/м, при окраске с нее необходимо удалять наружный слой смолы.

Там, где наиболее важны прочность и небольшая масса конструкции, используют 5-слойную авиационную фанеру марок БС-1, БП-1 и БПС-1 по ГОСТ 102—75. Слои этой фанеры склеены бакелитовой пленкой и смолой С-1; она выпускается толщиной от 1 до 12 мм. Для корпусов небольших моторных лодок при условии тщательного наружного покрытия корпуса (лучше всего оклейка стеклопластиком) может быть применена строительная фанера марок ФСФ или ФК по ГОСТ 3916—69.

Фанера, как и любой другой листовой материал, нуждается в хорошем подкреплении набором с тем, чтобы исключить ее «работу» как мембраны — со знакопеременными колебаниями. Современная тенденция — к применению преимущественно продольного набора, опирающегося на редко поставленные жесткие поперечные шпангоутные рамы или переборки. В качестве набора используются фанерные же элементы конструкции, такие как выгородки рундуков, воздушных отсеков и т.п. Ряд небольших гребных лодочек строят без традиционных реек в соединении по скуле и килю — здесь используют проволочные скрепки и склейку по пазам снаружи и изнутри лентами из стеклоткани на эпоксидном связующем.

Фанерные лодки могут служить в течение 10—12 лет при правильной конструкции и хорошей защите наружной поверхности. Большое значение имеет надежное закрытие всех кромок фанеры по скуле, транцу, по линии борта — именно отсюда начинается расслоение фанеры и ее загнивание.

Стальные корпуса малых судов довольно редки. Вследствие большой объемной массы стали использование этого материала становится оптимальным при сравнительно больших размерениях судов — длине 6 м и более. Такие корпуса строят из обычной углеродистой стали марки Ст.3 по ГОСТ 380—71 или из стали повышенного качества марки Ст. 15 по ГОСТ 1050—74. Толщина наружной обшивки на лодке длиной 6 м составляет от 1,2 мм, на катере длиной более 12м — до 3 мм. Набор делается из полос, полособульбов и угольников соответствующих размеров (обычно высотой профиля от 25 до 60 мм в указанных пределах длины 6—12 м).

Наиболее простой и дешевый способ постройки стальных корпусов — сварка. Однако даже опытным сварщикам сложно обеспечить качественный шов при толщине металла немногим более миллиметра. Так как обшивку при сварке сильно коробит, то обычно берут листы толщиной не менее 2 мм, что существенно утяжеляет корпус. При клепаной конструкции можно выбрать минимальную (0,8—1,2 мм) толщину листов. Стальные корпуса не только тяжелее аналогичных по размерам деревянных, пластмассовых и алюминиевых, но и требуют большего внимания при эксплуатации.

Этот вопрос приходится решать покупателю серийной лодки или самодеятельному строителю. Деревянные лодки — наиболее дешевые; материал доступен, легок в обработке, а сборка корпуса с фанерной и даже с дощатой обшивкой достаточно проста. Пребывание на деревянном судне неизмеримо приятнее , чем на судне из любого другого материала. Однако в эксплуатации эти материалы недолговечны, особенно если летом лодка стоит постоянно на воде, а зимой хранится под открытым небом. В таких условиях фанера начинает расслаиваться через 4—5 лет, легко повреждается при ударах и вытаскивании лодки на берег. Деревянный корпус нуждается в постоянном уходе, частых ремонтах, хорошей защите шпаклевкой и красками от воды. Но все в зависит от хозяина: при хорошем уходе, хранении на берегу и защите корпуса от воды лодка может служить и до 30 лет.

Лодки из дюралюминия и особенно алюминиево-магниевого сплава выносливее и долговечнее, хотя профилактический малярный ремонт им также необходим ежегодно — каждую весну. В клепаном корпусе с большим числом деталей набора довольно сложно поддерживать чистоту. В море и на речных стоянках в районе агрессивных сточных вод дюралевый набор и, реже, обшивка начинает интенсивно разрушаться; в нормальных же условиях срок службы алюминиевых лодок превышает 15 лет.

Пожалуй, большинство выпускаемых в настоящее время алюминиевых лодок имеют недостаточно высокое качество отделки, не позволяющее сравнивать их с лодками из стеклопластика. Владелец дюралевой лодки испытывает ряд неудобств, натыкаясь постоянно на острые кромки листов и штампованных деталей. Алюминиевые лодки при плавании на волнении «гремят» и резонируют при работе подвесного мотора; нередко в них появляется течь от ослабевших заклепок.

Лодки из стеклопластика — самые дорогие, но, купив такую лодку, можно сэкономить и деньги, и время. Весной, когда владельцы деревянных или дюралевых лодок еще выжидают погожих дней для окраски, пластмассовую лодку уже можно спускать на воду. Отпадают заботы о поддержании лодки в порядке при хранении на берегу, о защите ее от коррозии и загнивания. Корпус не набухает — его масса не увеличивается от намокания; в принципе он может служить очень долго (25—30 лет).

Пластмассовые лодки — самые элегантные по внешнему виду, отличаются высокими эксплуатационными качествами: ведь при их проектировании конструктор имеет возможность применить наиболее оптимальные обводы корпуса. Однако при недостаточно тщательном соблюдении технологии изготовления или неудачной конструкции эти преимущества будут сведены на нет. Прежде всего, стеклопластик не любит абразивного трения. Если корпус не имеет хорошей защиты от истирания, например, защиты киля или обшивки с внутренней стороны корпуса, где часто на нее наступают, то через несколько навигаций лодка будет нуждаться в серьезном ремонте. Другая опасность — открытая поверхность армирующей стеклоткани, которая быстро изнашивается под воздействием внешней среды и истирания. Следовательно, купившему пластмассовую лодку все же не следует уповать на то, что лодка не будет нуждаться в наблюдении за ее состоянием.

Что нужно знать о гребном винте

Как работает гребной винт? Гребной винт преобразует вращение вала двигателя в упор - силу, толкающую судно вперед. При вращении винта на поверхностях его лопастей, обращенных вперед - в сторону движения судна (засасывающих), создается разрежение, а на обращенных назад (нагнетающих)— повышенное давление воды. В результате разности давлений на лопастях возникает сила Y (ее называют подъемной) Разложив силу на составляющие — одну, направленную в сторону движения судна, а вторую перпендикулярно к нему, получим силу Р, создающую упор гребного винта, и силу Т, образующую крутящий момент, который преодолевается двигателем.

Упор в большой степени зависит от угла атаки a профиля лопасти. Оптимальное значение для быстроходных катерных винтов 4—8°. Если a больше оптимальной величины, то мощность двигателя непроизводительно затрачивается на преодоление большого крутящего момента, если же угол атаки мал, подъемная сила и, следовательно, упор Р будут невелики, мощность двигателя окажется недоиспользованной.

На схеме, иллюстрирующей характер взаимодействия лопасти и воды, a можно представить как угол между направлением вектора скорости набегающего на лопасть потока W и нагнетающей поверхностью. Вектор скорости потока W образован геометрическим сложением векторов скорости поступательного перемещения Va винта вместе с судном и скорости вращения Vr, т. е. скорости перемещения лопасти в плоскости, перпендикулярной оси винта.

Винтовая поверхность лопасти. На рисунке показаны силы и скорости, действующие в каком-то одном определенном поперечном сечении лопасти, расположенном на каком-то определенном радиусе r гребного винта. Окружная скорость вращения V, зависит от радиуса, на котором сечение расположено (Vr = 2× p × r× n, где n - частота вращения винта, об/с), скорость же поступательного движения винта Va остается постоянной для любого сечения лопасти. Таким образом, чем больше r, т. е. чем ближе расположен рассматриваемый участок к концу лопасти, тем больше окружная скорость Vr, а следовательно, и суммарная скорость W.

Так как сторона Va в треугольнике рассматриваемых скоростей остается постоянной, то по мере удаления сечения лопасти от центра необходимо разворачивать лопасти под большим углом к оси винта, чтобы a сохранял оптимальную величину, т. е. оставался одинаковым для всех сечений. Таким образом, получается винтовая поверхность с постоянным шагом Н. Напомним, что шагом винта называется перемещение любой точки лопасти вдоль оси за один полный оборот винта.

Представить сложную винтовую поверхность лопасти помогает рисунок. Лопасть при работе винта как бы скользит по направляющим угольникам, имеющим на каждом радиусе разную длину основания, но одинаковую высоту - шаг H, и поднимается за один оборот на величину Н. Произведение же шага на частоту вращения (Нn) представляет собой теоретическую скорость перемещения винта вдоль оси.

Скорость судна, скорость винта и скольжение. При движении корпус судна увлекает за собой воду, создавая попутный поток, поэтому действительная скорость встречи винта с водой Va всегда несколько меньше, чем фактическая скорость судна V. У быстроходных глиссирующих мотолодок разница невелика - всего 2 - 5%, так как их корпус скользит по воде и почти не “тянет” ее за собой. У катеров, идущих со средней скоростью хода эта разница составляет 5—8 %, а у тихоходных водоизмещающих глубокосидящих катеров достигает 15—20 %. Сравним теперь теоретическую скорость винта Нn со скоростью его фактического перемещения Va относительно потока воды .

Разность Hn - Va, называемая скольжением, и обуславливает работу по пасти винта под углом атаки a к потоку воды, имеющему скорость W. Отношение скольжения к теоретической скорости винта в процентах называется относительным скольжением:
s = (Hn-Va)/Hn.

Максимальной величины (100 %) скольжение достигает при работе винта на судне, пришвартованном к берегу. Наименьшее скольжение (8—15 %) имеют винты легких гоночных мотолодок на полном ходу; у винтов глиссирующих прогулочных мотолодок и катеров скольжение достигает 15—25%, у тяжелых водоизмещающих катеров 20—40 %, а у парусных яхт, имеющих вспомогательный двигатель, 50 - 70%.

Легкий или тяжелый гребной винт. Диаметр и шаг винта являются важнейшими параметрами, от которых зависит степень использования мощности двигателя, а следовательно, и возможность достижения наибольшей скорости хода судна.

Каждый двигатель имеет свою так называемую внешнюю характеристику - зависимость снимаемой с вала мощности от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытом дросселе карбюратора. Такая характеристика для подвесного мотора “Вихрь”, например, показана на рисунке (кривая 1). Максимум мощности в 21,5 л, с. двигатель развивает при 5000 об/мин.

Мощность, которая поглощается на данной лодке гребным винтом в зависимости от частоты вращения мотора, показана на этом же рисунке не одной, а тремя кривыми - винтовыми характеристиками 2, 3 и 4, каждая из которых соответствует определенному гребному винту, т. е. винту определенного шага и диаметра.

При увеличении и шага, и диаметра винта выше оптимальных значений лопасти захватывают и отбрасывают назад слишком большое количество воды: упор при этом возрастает, но одновременно увеличивается и потребный крутящий момент на гребном валу. Винтовая характеристика 2 такого винта пересекается с внешней характеристикой двигателя 1 в точке А. Это означает, что двигатель уже достиг предельного - максимального значения крутящего момента и не в состоянии проворачивать гребной винт с большой частотой вращения, т. е. не развивает номинальную частоту вращения и соответствующую ей номинальную мощность. В данном случае положение точки А показывает, что двигатель отдает всего 12 л. с. мощности вместо 22 л. с. Такой гребной винт называется гидродинамически тяжелым.

Наоборот, если шаг или диаметр винта малы (кривая 4), и упор и потребный крутящий момент будут меньше, поэтому двигатель не только легко разовьет, но и превысит значение номинальной частоты вращения коленвала. Режим его работы будет характеризоваться точкой С. И в этом случае мощность двигателя будет использоваться не полностью, а работа на слишком высоких оборотах сопряжена с опасно большим износом деталей. При этом надо подчеркнуть, что поскольку упор винта невелик, судно не достигнет максимально возможной скорости. Такой винт называется гидродинамически легким.

Гребной винт, позволяющий для конкретного сочетания судна и двигателя полностью использовать мощность последнего, называется согласованным. Для рассматриваемого примера такой согласованный винт имеет характеристику 3, которая пересекается с внешней характеристикой двигателя в точке В, соответствующей его максимальной мощности.

Рисунок иллюстрирует важность правильного подбора винта на примере мотолодки "Крым" с подвесным мотором “Вихрь”, При использовании штатного винта мотора с шагом 300 мм мотолодка с 2 чел. на борту развивает скорость 37 км/ч. С полной нагрузкой 4 чел, скорость лодки снижается до 22 км/ч. При замене винта другим с шагом 264 мм скорость с полной нагрузкой повышается до 32 км/ч. Наилучшие же результаты достигаются с гребным винтом, имеющим шаговое отношение H/D = 1,0 (шаг и диаметр равны 240 мм): максимальная скорость повышается до 40—42 км/ч, скорость с полной нагрузкой — до 38 км/ч. Несложно сделать вывод и о существенной экономии горючего, которую можно получить с винтом уменьшенного шага Если со штатным винтом при нагрузке 400 кг расходуется 400 г горючего на каждый пройденный километр пути, то при установке винта с шагом 240 мм расход горючего составит 237 г/км.

Следует заметить, что согласованных винтов для конкретного сочетания судна и мотора существует бесконечное множество. В самом деле, винт с несколько большим диаметром, но несколько меньшим шагом нагрузит двигатель так же, как и винт с меньшим диаметром и большим шагом. Существует правило: при замене согласованного с корпусом и двигателем гребного винта другим, с близкими величинами D и H (расхождение допустимо не более 10%), требуется, чтобы сумма этих величин для старого и нового винтов была равна.

Однако из этого множества согласованных винтов только один винт, с конкретными значениями D и H, будет обладать наибольшим КПД. Такой винт называется оптимальным. Целью расчёта гребного винта как раз и является нахождение оптимальных величин диаметра и шага.

Коэффициент полезного действия. Эффективность работы гребного винта оценивается величиной его КПД, т. е. отношения полезно используемой мощности к затрачиваемой мощности двигателя.

Не вдаваясь в подробности, отметим, что главным образом КПД некавитирующего винта зависит от относительного скольжения винта, которое в свою очередь определяется соотношением мощности, скорости, диаметра и частоты вращения.

Максимальная величина КПД гребного винта может достигать 70 ~ 80 %, однако на практике довольно трудно выбрать оптимальные величины основных параметров, от которых зависит КПД: диаметра и частоты вращения. Поэтому на малых судах КПД реальных винтов может оказаться много ниже, составлять всего 45 %.

Максимальной эффективности гребной винт достигает при относительном скольжении 10 - 30 %. При увеличении скольжения КПД быстро падает: при работе винта в швартовном режиме он становится равным нулю. Подобным же образом КПД уменьшается до нуля, когда вследствие больших оборотов при малом шаге упор винта равен нулю.

Однако следует еще учесть взаимовлияние корпуса и винта. При работе гребной винт захватывает и отбрасывает в корму значительные массы воды, вслед ствие чего скорость потока, обтекающего кормовую часть корпуса повышается, а давление падает. Этому сопутствует явление засасывания, т. е. появление до полнительной силы сопротивления воды движению судна по сравнению с тем, которое оно испытывает при буксировке. Следовательно, винт должен развивать упор, превышающий сопротивление корпуса на некоторую величину Рe = R/(1-t) кг. Здесь t — коэффициент засасывания, величина которого зависит от скорости движения судна и обводов корпуса в районе расположения винта. На глиссирующих катерах и мотолодках, на которых винт расположен под сравнительно плоским днищем и не имеет перед собой ахтерштевня, при скоростях свыше 30 км/ч t = 0,02—0,03. На тихоходных (10—25 км/ч) лодках и катерах, на которых гребной винт установлен за ахтерштевнем, t = 0,06—0,15.

В свою очередь и корпус судна, образуя попутный поток, уменьшает скорость потока воды, натекающей на гребной винт. Это учитывает коэффициент попутного потока w: Va = V (1—w) м/с. Значения w нетрудно определить по данным, приведенным выше.

Общий пропульсивный КПД комплекса судно—двигатель—гребной винт вычисляется по формуле:

Здесь hp - КПД винта; hk — коэффициент влияния корпуса; hm — КПД валопровода и реверс - редукторной передачи.

Коэффициент влияния корпуса нередко оказывается больше единицы (1,1 - 1,15), а потери в валопроводе оцениваются величиной 0,9—0,95.

Диаметр и шаг винта. Элементы гребного винта для конкретного судна можно рассчитать, лишь располагая кривой сопротивления воды движению данного судна, внешней характеристикой двигателя и расчетными диаграммами, полученными по результатам модельных испытаний гребных винтов, имеющих определенные параметры и форму лопастей. Эти методы основаны на апроксимации (приближённом представлении) графических диаграмм аналитическими зависимостями, что позволяет выполнять достаточно точные расчёты на ЭВМ и даже на микрокалькуляторах.

Диаметр гребных винтов, полученный как по приближенной формуле, так и с помощью точных расчетов, обычно увеличивают примерно на 5 % с тем, чтобы получить заведомо тяжелый винт и добиться его согласованности с двигателем при последующих испытаниях судна. Для "облегчения" винта его постепенно подрезают по диаметру до получения номинальных оборотов двигателя при расчетной скорости.

Однако для винтов маломерных судов этого можно и не делать. Причина проста: загрузка прогулочных судов меняется в широких пределах, и винт, немного "тяжеловатый" или "легковатый" при одном значении водоизмещения судна, станет согласованным при другой загрузке.

Кавитация и особенности геометрии гребных винтов малых судов. Высокие скорости движения мотолодок и катеров и частота вращения винтов становятся причиной кавитации - вскипания воды и образования пузырьков паров в области разрежения на засасывающей стороне лопасти. В начальной стадии кавитации эти пузырьки невелики и на работе винта практически не сказываются. Однако когда эти пузырьки лопаются, создаются огромные местные давления, отчего поверхность лопасти выкрашивается. При длительной работе кавитирующего винта такие эрозионные разрушения могут быть настолько значительными, что эффективность винта снизится.

При дальнейшем повышении скорости наступает вторая стадия кавитации. Сплошная полость - каверна, захватывает всю лопасть и даже может замыкаться за ее пределами. Развиваемый винтом упор падает из-за резкого увеличения лобового сопротивления и искажения формы лопастей.

Кавитацию винта можно обнаружить по тому, что скорость лодки перестает расти, несмотря на дальнейшее повышение частоты вращения. Гребной винт при этом издает специфический шум, на корпус передается вибрация, лодка движется скачками.

Момент наступления кавитации зависит не только от частоты вращения но и от ряда других параметров. Так, чем меньше площадь лопастей, больше толщина их профиля и ближе к ватерлинии расположен винт, тем при меньшей частоте вращения, т. е. раньше наступает кавитация. Появлению кавитации способствует также большой угол наклона гребного вала, дефекты лопастей — изгиб, некачественная поверхность.

Упор, развиваемый гребным винтом, практически не зависит от площади лопастей. Наоборот, с увеличением этой площади возрастает трение о воду и на преодоление этого трения дополнительно расходуется мощность двигателя. С другой стороны, надо учесть, что при том же упоре на широких лопастях разрежение на засасывающей стороне меньше, чем на узких. Следовательно, широколопастной винт нужен там, где возможна кавитация (т. е. на быстроходных катерах и при большой частоте вращения гребного вала).

В качестве характеристики винта принимается рабочая, или спрямленная, площадь лопастей. При ее вычислении принимается ширина лопасти, замеренная на нагнетающей поверхности по длине дуги окружности на данном радиусе, проведенном из центра винта. В характеристике винта указывается обычно не сама спрямленная площадь лопастей А, а ее отношение к площади Аd сплошного диска такого же, как винт, диаметра, т. е. A/Ad. На винтах заводского изготовления величина дискового отношения выбита на ступице.

Для винтов, работающих в докавитационном режиме, дисковое отношение принимают в пределах 0,3 - 0,6. У сильно нагруженных винтов на быстроходных катерах с мощными высокооборотными двигателями A/Ad увеличивается до 0,6 - 1,1. Большое дисковое отношение необходимо и при изготовлении винтов из материалов с низкой прочностью, например, из силумина или стеклопластика. В этом случае предпочтительнее сделать лопасти шире, чем увеличить их толщину.

Ось гребного винта на глиссирующем катере расположена сравнительно близко к поверхности воды, поэтому нередки случаи засасывания воздуха к лопастям винта (поверхностная аэрация) или оголения всего винта при ходе на волне. В этих случаях упор винта резко падает, а частота вращения двигателя может превысить максимально допустимую. Для уменьшения влияния аэрации шаг винта делается переменным по радиусу - начиная от сечения лопасти на r = (0,63—0,7) R по направлению к ступице шаг уменьшается на 15~20%.

Гребные винты катеров имеют обычно большую частоту вращения, поэтому вследствие больших центробежных скоростей происходит перетекание воды по лопастям в радиальном направлении, что отрицательно сказывается па КПД винта. Для уменьшения этого эффекта лопастям придают значительный наклон в корму —от 10 до 15° .

В большинстве случаев лопастям винтов придается небольшая саблевидность - линия середин сечений лопасти выполняется криволинейной с выпуклостью, направленной по ходу вращения винта. Такие винты благодаря более плавному входу лопастей в воду отличаются меньшей вибрацией лопастей, в меньшей степени подвержены кавитации и имеют повышенную прочность входящих кромок.

Наибольшее распространение среди винтов малых судов получил сегментный плосковыпуклый профиль. Лопасти винтов быстроходных мотолодок и катеров, рассчитанных на скорость свыше 40 км/ч, приходится выполнять возможно более тонкими с тем, чтобы предотвратить кавитацию. Для повышения эффективности в этих случаях целесообразен выпукловогнутый профиль ("луночка"). Стрелка вогнутости профиля принимается равной около 2 % хорды сечения а относительная толщина сегментного профиля (отношение толщины t к хорде b на расчетном радиусе винта, равном 0,6R) принимается обычно в пределах t/b = 0,04—0,10.

Двухлопастной гребной винт обладает более высоким КПД, чем трехлопастной, однако при большом дисковом отношении весьма трудно обеспечить необходимую прочность лопасти такого винта. Поэтому наибольшее распространение на малых судах получили трехлопастные винты. Винты с двумя лопастями применяют на гоночных судах, где винт оказывается слабо нагруженным, и на парусно - моторных яхтах, где двигатель играет вспомогательную роль. В последнем случае имеет значение возможность устанавливать винт в вертикальном положении в гидродинамическом следе ахтерштевня для уменьшения его сопротивления при плавании под парусами.

Четырех и пятилопастные винты применяют очень редко, в основном на крупных моторных яхтах для уменьшения шума и вибрации корпуса.

Гребной винт лучше всего работает, когда его ось расположена горизонтально. У винта, установленного с наклоном и в связи с этим обтекаемого "косым" потоком, коэффициент полезного действия всегда будет ниже; это падение КПД сказывается при угле наклона гребного вала к горизонту больше 10°.

Классификация малых судов

Характеристики формы корпуса малых судов

Характеристики формы корпуса малых судов

Обводы глиссирующих судов

Материал и конструкция корпуса

Что нужно знать о гребном винте

Отправить сообщение
© 2005 LAUTFISHER, SPb
Дата изменения: 04.03.2013

Классификация малых судов

Характеристики формы корпуса малых судов

Характеристики формы корпуса малых судов

Обводы глиссирующих судов

Материал и конструкция корпуса

Что нужно знать о гребном винте

Отправить сообщение © 2005 LAUTFISHER, SPbДата изменения: 04.03.2013

Отправить сообщение
© 2005 LAUTFISHER, SPb
Дата изменения: 04.03.2013