Справочник по катерам, лодкам и моторам

Обводы водоизмещающих судов

В этом диапазоне большое значение имеет длина судна по ватерлинии: с ее увеличением снижаются относительная скорость и удельное сопротивление воды, приходящееся на тонну водоизмещения катера. Поэтому при разработке проекта нового судна конструктор, выбрав длину катера по ватерлинии и определив приближенным способом (см. стр. 35) достижимую скорость, должен оценить свой проект по двум безразмерным параметрам — относительной скорости и относительной длине L/D^1/3. При этом нужно учитывать, что плавание при V = 6,75 √L км/ч сопровождается резким повышением сопротивления воды и экономически невыгодно. В этом случае рекомендуется увеличить длину судна с тем, чтобы снизить относительную скорость. Параметр L/D^1/3 для водоизмещающих судов должен находиться в пределах 5—5,6. Если относительная длина получается меньше, это означает, что водоизмещение для данной длины корпуса по ватерлинии слишком велико, при эксплуатации катера потребуются излишние затраты мощности и горючего. В этом случае рекомендуется либо удлинить корпус, либо снизить величину водоизмещения за счет сокращения запасов топлива, отказа от тяжелого оборудования или облегчения конструкции корпуса.

Существенное значение в проектировании корпуса, обладающего минимальным сопротивлением воды движению, имеет призматический коэффициент полноты φ, который характеризует распределение водоизмещения по длине судна. Для плавания при Fr = 0,3 оптимально значение φ = 0,52÷0,54. Ему соответствуют острые обводы носа и кормы с концентрацией подводного объема близ миделя. Для больших скоростей требуется перераспределение водоизмещения ближе к оконечностям, что соответствует повышению φ до 0,64 при Fr = 0,42 и до 0,70 при Fr = 0,55. При повышении скорости необходимо смещать в корму и центр величины: при Fr = 0,3 центр величины целесообразно расположить на миделе, при Fr = 0,5 — сместить его в корму от миделя примерно на 6 % длины по КВЛ.

Рис. 41. Обводы корпуса тихоходного катера, рассчитанные на плавание со скоростью Fr = 0,3.

Наибольшее распространение для водоизмещающих судов получили круглоскулые обводы с плавными очертаниями ватерлиний и батоксов (рис. 41). Отношение L/B составляет обычно 3,3—4,2. На высоту носовой волны большое влияние оказывает заострение ватерлинии в носу: чем меньше угол между обводом ватерлинии и ДП у форштевня, тем ниже высота волны и тем меньшая масса воды вовлекается в колебательное движение. Обычно угол входа ватерлинии составляет от 12 до 20° (меньшее значение — для более длинных и узких катеров). При этом острые ватерлинии должны сочетаться с достаточным развалом носовых шпангоутов, чтобы обеспечить хорошую всхожесть катера на встречную волну. Для снижения ударов носовой части о волну обводам шпангоутов придают острый угол при киле, постепенно расширяя их к палубе.

Слишком острые обводы носовой части, помимо зарывания во встречную волну, могут стать причиной еще одного недостатка: если носовой бурун поднимется довольно высоко вдоль бортов в виде тонкой брызговой пелены, окажутся смоченными большие участки обшивки близ форштевня. Это приведет к повышению сопротивления трения. Для уменьшения смачиваемой поверхности могут быть рекомендованы уступы, выполненные в обшивке, или накладки-брызгоотбойники, расположенные почти горизонтально на некоторой высоте над ходовой ватерлинией и отсекающие пелену от бортов.

Форштевень рекомендуется выполнять с острой передней кромкой. Если кромка скруглена по радиусу или выступает вперед в виде бруса, носовой бурун поднимается дальше в нос и охватывает бо́льшую часть длины корпуса по КВЛ, чем в случае острого форштевня.

Рис. 42. Обводы корпуса мореходного катера, рассчитанные на скорость Fr = 0,3÷0,4.

Однако наибольшее влияние на сопротивление воды оказывают обводы кормовой части корпуса. При Fr =0,3÷0,4, когда у корпуса катера образуется несколько поперечных полуволн и он идет без заметного дифферента на корму, можно применять как острую корму (типа вельботной или крейсерской), так и транцевую. Важно, чтобы было обеспечено плавное безотрывное обтекание корпуса водой. Для этого ватерлинии должны постепенно сужаться по направлению к корме а батоксы плавно подниматься под небольшим углом к горизонту и выходить из воды. Транец корпуса, рассчитанного на плавание при Fr = 0,3, должен располагаться практически полностью над водой, а днище в корме иметь значительную килеватость (рис. 42). Чем выше относительная скорость, на которой эксплуатируется катер, тем шире должны быть ватерлиния в корме, больше углубление транца и более плоским днище перед транцем. При Fr = 0,4, например, углубление транца должно составлять 15—18 % максимальной осадки корпуса, а килеватость днища — около 10°.

При Fr > 0,4 применима только транцевая корма, а при Fr = 0,6 близкие к оптимальным результаты могут быть достигнуты на катере с транцем, углубление которого составляет около 35 % максимальной осадки корпуса. Для более высоких скоростей линии батоксов в кормовой части судна все более распрямляются и приближаются к горизонтали (рис. 43).

Рис. 43. Корпус быстроходного катера, рассчитанный на плавание в диапазоне скоростей Fr = 0,4÷0,8.

При проектировании катеров, рассчитываемых на движение в переходном к глиссированию режиме (Fr = 0,6÷1,2) целесообразно увеличивать ширину корпуса до L/B = 2,8÷3,2 и по возможности снижать общую массу судна. При Fr = 0,8 углубление транца должно составлять около 50 % максимальной осадки T, а при Fr = 1,0 оно увеличивается до 70 % T. Для противодействия ходовому дифференту на корму необходимо сосредоточить близ транца достаточный подводный объем и предусмотреть плоские участки днища, с помощью которых можно реализовать гидродинамические силы для уменьшения осадки катера и снижения сопротивления воды.

Обводы с острой скулой для водоизмещающих катеров применяются сравнительно редко и в основном, чтобы упростить технологию постройки корпусов из листовых материалов. В большинстве случаев сопротивление воды движению остроскулого катера оказывается несколько выше, чем круглоскулого, во всяком случае при Fr < 0,6.

Рассмотренные выше рекомендации и обводы можно применить и на остроскулом корпусе. Дополнительного внимания требует проектирование линии скулы. Она не должна пересекать ватерлинию под слишком большим углом как в носовой части так и в корме, чтобы не вносить вихревых возмущении в поток, обтекающий корпус. Близ форштевня линию скулы следует поднять на такую высоту, чтобы получить шпангоуты с большой килеватостью днища и нужный угол входа ватерлинии, равный как уже отмечалось выше, 12—20°. На проекции теоретического чертежа «бок» линия скулы должна выходить из воды и подниматься вверх у транца у корпусов, рассчитываемых на плавание при Fr = 0,35, касаться ватерлинии при Fr ≈ 0,5 и быть горизонтальной от миделя до транца при Fr = 0,8. Глубина погружения скулы ниже ватерлинии на миделе определяется величиной призматического коэффициента φ. Напомним, что этот коэффициент связан с полнотой мидель-шпангоута и общей полнотой водоизмещения соотношением φ = δ/β.