|
|
Роль каждого из этих качеств
зависит от конкретного назначения катера.
Мореходность. В предыдущей главе рассматривалось основное
различие между катерами глиссирующего и водоизмещакнцего типов в отношении
характера их движения по поверхности воды.
Основываясь на законах волнообразования, быстроходные во-
доизмещающие суда наделяют предельно возможной длиной, обеспечивающей
сложение носовой и кормовой систем волн. Пгскольку длина волны, возникающей у
носовой оконечности, зависит ог скорости хода, быстроходное судно
всдоизмещающего типа должно иметь достаточную длину. Точно так же, чтобы
обеспечить малое сопротивление, ширина корпуса должна быть, насколько это
возможно, сведена к минимуму.
Далее было установлено, что для сохранения малого
сопротивления необходим оптимальный профиль поперечного сечения, максимально
приближающийся к полукруглому.
С точки зрения остойчивости и поведения при бортовой качке
сочетание указанных требований при постройке быстроходного ка тера с
круглоскулым или водоизмещающим корпусом дает серьезное ухудшение его
мореходных качеств. Опыт эксплуатации показывает, что в неблагоприятных
условиях плавания, например, на попутном или встречном волнении, выгоднее
всего использовать остро- скулую форму корпуса.
Ниже делается попытка разъяснить это положение несколько
более подробно, так как оно имеет большое значение для оценки мореходности
остроскулого глиссирующего корпуса.
При движении быстроходного катера непосредственно за
попутной волной или впереди нее в условиях попутного ветра обычно возникает
такое положение, когда катер поднимается на вершину волны, а затем медленно
спускается с нее, поскольку волновая система перемещается в том же
направлении, что и катер, но с меньшей скоростью.
В условиях сильного шторма скорость поступательного движения
волновой системы может достигать 12—15 узлов и более. Таким образом, попав на
вершину волны, катер будет спускаться вниз по ее гребню. Вследствие небольшой
величины разности с скоростях хода судна и перемещения волновой системы катер
может некоторое время оставаться на наклонной поверхности волны, в результате
чего корпус его будет в течение определенного периода сохранять наклонное
положение. При работе двигателей на гребные вииты катер будет перемещаться
вперед. В то же время, находясь в наклонном положении и сохраняя тенденцию к
движению вниз по наклонной поверхности волны, катер будет набирать скорость,
которая к моменту подхода его к подошве большой набегающей волны достигнет
значительной величины. После прохождения подошвы волны будет наблюдаться
тенденция корпуса варываться в волну нэсом, что заметно снизит скорость хода.
Вследствие запаздывания попутная волна нагонит корму
катера, а поскольку кормовая оконечность обычно шире и, следовательно, может
развивать большую подъемную силу, чем носовая, корма окажется поднятой высоко
на гребень задней волны, в то время как нос еще больше зароется в переднюю
волну. В результате корма катера, находящаяся на гребне волны, может быть
легко отброшена в ту или иную сторону, вследствие чего один из бортов корпуса
подвергнется воздействию надвигающейся волвы, а это вызовет рыскание катера
на курсе.
Если не принять мер для прекращения этого нежелательного
явления, то в процессе поворота катера на наклонной поверхности волны
возникнет опасный крен наружу. Описанное явление, иллюстрируемое 10, моряки
обычно называют рысканием по волне.
Другой отрицательный эффект возникает вследствие разницы
между орбитальными скоростями волновой системы у гребня и у подошвы волны.
Вместе с разностью давлений, возникающей на попутном волнении в результате
изменения высоты волны от одного борта к другому, этот эффект усиливает
отрицательные последствия описанных выше явлений рыскания на курсе и по
волне.
Следует отметить, что почти все случаи серьезных аварий
быстроходных морских катеров связаны с указанными выше явлениями. Даже
опытные моряки зачастую ошибочно полагают, что при попутном волнении
безопаснее уйта от волны, увеличив скорость хода, однако основные законы,
определяющие движение любого судна, будь то эсминец, торпедный катер или
моторная лодка, неизменны, и рекомендуемой для подобных условий мерой
является наоборот — снижение скорости хода.
При погружении корпуса остроскулого катера в носовую волну
рыскание по волне может быть исключено благодаря тому, что остроскулые катера
имеют сравнительно полные носовые образования. Если остроскулый корпус ( II,
12), помимо полных образований носа с резко выраженным развалом у скулы,
имеет доволь но узкие кормовыесечения, то при наличии достаточной
устойчивости на курсе и надежного рулевого устройства он будет обладать на
попутном волнении более высокими мореходным» качествами, чем круглоскулый
корпус.
Для защиты от интенсивного заливания палубы и для
предотвращения чрезмерного повышения сопротивления при встрече с высокой
носовой волной быстроходный круглоскулый корпус должен иметь малый угол
носового заострения, но поскольку обводы носовой части корпуса должны быть
довольно острыми, плавучесть носовой части, необходимая для подъема носа
катера из воды над надвигающейся волной, снижается.
На больших ходах у катеров круглоскулой формы всегда
возникает тенденция к увеличению осадки кормой, что вынуждает проектировать
корпус с довольно полными и плоскими кормовыми сечениями, а это, в свою
очередь, усиливает стремление к рысканию на попутном волнении. Тенденция к
бортовой качке, характерная Для круглоск\лых форм корпуса, в этом случае
также значительно усиливается, причем даже в наиболее умеренной форме она
вызывает серьезные неудобства для команды, а в худшем
случае может послужить причиной аварии судна.
Отрицательной особенностью глиссирующих или остроскулых
катеров является тенденция к развитию ударов корпуса о воду при движении по
крутым коротким волнам, как это происходит, например, в Ла-Манше у мысов или
в устьях рек, впадающих в этот про лив, особенно, если приливо-отливное
течение не совпадает с напра влением ветра. Этоу очевидно, следует объяснить
наличием плоских шпангоутов, необходимых для эффективного глиссирования,
однако тенденция к развитию ударов корпуса о воду почти исключается при
острых образованиях носовых шпангоутов и придании им некоторой выпуклости ().
Если в конструкции корпуса соблюдены перечисленные
требования, то на больших ходах глиссирующие катера сохраняют хорошие
мореходные качества.
Маневренность. В понятие маневренности включается
способность судна управляться и быстро поворачиваться в таких неблаго
приятных условиях плавания, как, например, сильный ветер, большая встречная
волна, сильное попутное волнение и т. д.
При перекладке руля на борт первоначально происходит
перемещение кормы (руль в корме) поперек направления движения катера, в силу
чего диаметральная плоскость, мгновенно изменив свое положение, оказывается
под некоторым углом к курсу катера. В результате, идущая с носа навстречу
корпусу волна будет оказывать воздействие на боковую поверхность, гораздо
большую по своей площади и отличающуюся по форме от нормальной симметричной
лобовой поверхности, характерной для даижения на прямой курсе ( 15). Действие
этой волны на поверхность корпуса в значительной степени влияет на
поворотливость катера. Отсюда можно сделать вывод, что для выполнения быстрой
и устойчивой циркуляции эффективная площадь боковой поверхности,
подвергающейся воздействию волн, должна быть больше в нос от оси вращения,
чем в корму от нее. Положение оси вращения до некоторой степени за- висит
также от формы и дифферента корпуса.
В ряде случаев для облегчения циркуляции возникаем необходимость
установки в носовой части корпуса дополнительной поверхности по килю, в
качестве которой может служить небольшой стабилизатор.
При удовлетворительном, с точки зрения сопротивления
циркуляции, очертании и при надежпом соотношении боковых поверхностей,
расположенных в нос и в корму от оси вращения, потребность в больших рулях
отпадает. Однако площадь руля используется гораздо более выгодно, когда
последний не навешивается на транец, а размещается под корпусом ( 16, а). В
первом случае вода, обтекающая перо руля, стремится подняться вверх и
распространиться по отклоненному перу, тем самым уменьшая давление,
обеспечивающее э»|)фективную работу руля. Если проектом все же
предусматривается использование навесного руля, то над пером рули желательно
установить горизонтальную пластину ( 16, в), действие которой до некоторой
степени аналогично влиянию днища.
Крен на циркуляции. Поскольку на всех мореходных катерах
центр тяжести располагается намного выше ватерлинии, при резком повороте
возникает тенденция к крену в наружную сторону циркуляции ( 17). С другой
стороны, действие руля вызывает крен катера внутрь циркуляции или по
направлению поворота ( 18) и, чем больше глубина погружения рулей, тем больше
этот кренящий момент для данпой суммарной площади рулей. Нетрудно понять, что
для быстроходных катеров такое качество является весьма желательным.
Влияние крутящего момента гребного винта. Вращающиеся
винты оказывают на корму катера влияние, несколько аналогичное тому, которое
было бы, если бы мы заменили гребной винт гребным колесом на том же валу.
Гребной винт не только создаст силу, приводящую катер в движение, но и
стремится заносить корму в направлении вращения. Причины такого явления не
вполне установлены, однако его можно объяснить близостью винта к корпусу и
меньшей устойчивостью концов лопастей винта против кавитации. Следует
учитывать, что, согласно данным теоретических исследований, подобная боковая
тяга существовать Не должна, поскольку реакция лопастей винта на водяную
среду, имеющую постоянную плотность, симметрична на протяжении полного
оборота винта.
Необходимо также отметить явную тенденцию катера к крену
вследствие наличия сил трения в различных опорных подшипниках двигателя и
валопровода, а также в результате реакции винта, работающего в воде.
На катерах, где установлены большие по диаметру гребные
вииты, работающие на малом числе оборотов, могут возникнуть значительные
затруднения на циркуляции. Этот недостаток может быть исправлен смещением
передней кромки руля или лапы кронштейна гребного вала, но такой способ
вызывает потерю мощности и, следовательно, снижение скорости. Наиболее
выгодным методом устранения влияния крутящего момента при наличии двух или
более валов является применение противоположного направления вращения
двигателей таким образом, чтобы влияние крутящего момента одного из них
ликвидировало влияние крутящего момента другого.
Поскольку, как можно вполне предполагать, отрыв потока
произойдет в пределах диапазона рабочих скоростей, то необходимо применение
такого профиля, который в максимальной степени задерживал бы отрыв потока.
Как показывают проведенные испытания и наб.цодения, наилучшие результаты дают
острые образования входной кромки кронштейна в сочетании с расположением
максимальной толщины примерно на середине хорды. Толщина профиля, насколько
это допустимо без ущерба для прочности, должна быть сведена к минимуму. При
этом следует иметь в виду, что все замечании, изложенные выше, относятся к
движению катера на прямом курсе. В тех случаях, когда в результате работы
гребного винта происходит искривление струи за винтом, входную кромку выгодно
закруглять радиусом малой величины.
Профиль малого лобового сопротивления. Эта задача до
некоторой степени аналогична встречающейся в аэродинамике при разработке
профилей с малым лобовым сопротивлением или с ламинарным обтеканием, сели
поток не параллелен хорде, хотя подъемная сила отсутствует.
Результаты изучения обширных данных по симметричным
профилям с малым лобовым сопротивлением, опубликованных в США, указывают на
преимущества таких форм, как, например, профили .Ч'АСА серии 66.
Соответствующий график равноценного давления по длине хорды указывает на
наличие типичного эффекта «шайбирования», который дает оптимальные
качества, если иметь в виду нежелательность разрежения, ведущего к отрыву
потока.
|