Волновое сопротивление. Погоня за скоростью на море

/пиратами , торговцам , чтобы успевать воремя сбыть товар и удирать от пиратов , пиратам, чтобы догонять торговцев , наемникам, чтобы успевать в срок выполнять правительственные задания , ну и, конечно же рейнджерам , чтобы успешно выполнять все и сразу.

Расчет скорости корабля

Скорость является одной из самых комплексных характеристик и зависит от целого ряда параметров, главным из которых, конечно же, является номинальная скорость двигателя , на которую и накладываются различные эффекты ускорения и замедления.

Эффекты замедления

Перегруз

Большая масса корабля, оборудования и груза, который он везет в трюме может привести к снижению скорости. При этом коэффициент замедления колеблется от 1 до 0,333 и вычисляется по формуле:

Таким образом при массе корабля 2000 коэф. примет свое минимальное значение и при дальнейшем росте массы снижаться не будет.

Перегрев

Сломанный двигатель

Эффекты ускорения

Оборудование

Некоторые образцы акринового оборудования или корпусов , могут давать бонусы (или штрафы) к скорости в виде целого числа, а не коэффициента.

Форсаж

Гаалистра времени

Стимулятор , заставляющий мозг работать в несколько тысяч раз быстрее и помимо бонусов к навыкам на треть увеличивает скорость корабля, добавляя тем самым в формулу скорости коэффициент 1,3 .

Артефакты

• Пси-ускоритель материи - при помощи собственного мощного сознания позволяет двигателю использовать физические законы пси-пространства. Реализуя некоторые из этих законов, двигатель существенно увеличивает скорость движения. В первой и второй частях космосаги добавляет +100 ед. скорости , в КРHD целочисленный бонус был заменен на коэффициентный - 1,2 , т.е. бонус составляет 20% .
• Сопланатор - Самораспаковывающийся комплект дополнительных сопел, которые подключаются за счет одного неиспользуемого орудийного отсека. Благодаря более свободному выбросу энергии в космическое пространство скорость корабля увеличивается. Дает постоянный бонус +100 ед. к скорости .

Механизм вычисления скорости

• BS = скорость двигателя
• SW = снижение скорости из-за перегрузки (от 0.333 до 1)
• SE = снижение скорости из-за перегрева (от 0.5 до 1)
• SBE = снижение скорости при сломанном двигателе (0.6 или 1)
• H = произведение всех коэффициентов ускорения
• FS = сумма всех бонусов к скорости (в т.ч. от акрина)

Изменения механизма вычисления скорости в КРHD

• Штраф от сломанного движка увеличен до 70%
• Эффекты замедления накладываются в соответствии с формулой:

• Чистые эффекты (flat) накладываются до вычисления скалирующих
• Всё уменьшение скорости, ниже 200 идёт с 80% штрафом
• Всё увеличение скорости, выше 1000 идёт с 30% штрафом
• Всё увеличение скорости, выше 1500 идёт с 50% штрафом
• Всё увеличение скорости, выше 2000 идёт с 80% штрафом

Примеры

Примечания

Погоня за рекордами не чужда и морским путям. Рейс из Европы в Северную Америку на самолете занимает всего несколько часов, в то время как самому быстроходному судну, чтобы пересечь океан, требуется затратить три с половиной дня. Если говорить о транспортных судах сегодняшнего дня и ближайшего будущего, то они все еще двигаются намного медленнее, чем наиболее быстроходное пассажирское судно 25 лет назад. Лишь в 1973 г. торговое судно достигло рекордной скорости в 33 уз. Однако эта цифра и сегодня столь же мало характерна для среднего уровня достигнутых в морском торговом флоте скоростей, как и в предыдущие годы. Средние скорости судов намного ниже этого достигнутого единичными судами максимума, и для этого имеются основания. Повышение скорости, хотя и приводит к сокращению времени перевозки груза, материально обходится очень дорого. Корабли ВФМ развивают скорости не более 60 км/ч. С увеличением скорости сильно возрастают расходы на постройку судна и его эксплуатацию. Целесообразность повышения скорости определяется и продолжительностью стоянок судов в портах. С точки зрения экономической эффективности повышение скорости будет оправдано только в случае, если одновременно будут проведены обеспечивающие сокращение стояночного времени усовершенствования технологии обработки судов в портах. Так же корабли ВМФ сохраняют данную тенденцию, и их скорости колеблются от 50 до 60 км/ч. И этих скоростей достаточно для эффективного выполнения боевых задач.

«Петр Великий» развивает скорость 57 км/ч.

«Москва» максимальная скорость крейсера -- 60 кмч.

«Варяг» развивает скорость 60 км/ч.

«Настойчивый» скорость эсминца - 62 км/ч.

«Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов» скорость - 53 км/ч.

Подводная лодка «Юрий Долгорукий» скорость надводная составляет 28 км/ч, скорость подводная - 53 км/ч.

Многоцелевая атомная подводная лодка 4-го поколения «Северодвинск», надводная скорость подлодки - 30 км/ч, подводная - 57 км/ч.

Сторожевой корабль «Татарстан» проекта 11661 («Гепард») является флагманом каспийской флотилии.Скорость - 52 км/ч.

Корвет «Сообразительный». Скорость корвета достигает 50 км/ч.

Так, начавшееся в 60-х годах стремление повысить эффективность сухогрузных судов за счет повышения их скорости не имело успеха. Качественно новые условия возникли лишь после внедрения контейнеров для перевозок генеральных грузов. В сочетании с созданием специальных комплектов для перегрузки контейнеров это привело к резкому сокращению простоев судов-контейнеровозов под грузовыми операциями и обеспечило необходимые предпосылки для повышения скорости транспортных судов. Быстроходные суда в любом случае очень дороги. Невзирая на это, скорость судов приобрела большое значение в конкурентной борьбе на мировом фрахтовом рынке, особенно для судов линейного плавания. Большая скорость считается признаком высокой конкурентной способности и служит соответствующей судоходной компании для завоевания или поддержания престижа; это присущее капиталистическим производственным отношениям явление способствует расточительству общественного труда. Сильно возрастающие с увеличением скорости эксплуатационные расходы накладываются на стоимость перевозимых грузов. Это оправдано только при перевозке ценных генеральных грузов, где высокие фрахтовые ставки могут окупиться за счет более быстрой доставки. Что же касается сухих и жидких массовых грузов, то они ввиду их меньшей стоимости не могут выдержать больших наценок на транспорт, иначе их дальнейшая переработка окажется экономически невыгодной. Поэтому среди быстроходных судов можно встретить только контейнеровозы, суда с горизонтальной погрузкой, рефрижераторные суда и лихтеровозы, т. е. главным образом суда, предназначенные для перевозки ценных штучных грузов, но отнюдь не танкеры и не суда для перевозки навалочных грузов. Отметим, что в последнее время в число быстроходных судов вошли также танкеры для перевозки сжиженных газов. Этот вид перевозок представляет собой особую проблему, которая будет рассмотрена позднее. Повышение скорости судов, однако, не является чисто экономической проблемой. Чем быстроходнее судно, тем более острые обводы оно должно иметь. Большие заострения корпуса, которые простираются от оконечностей судна почти к самому мидель-шпангоуту, приводят к очень неудобной форме судовых трюмов с точки зрения укладки грузов при погрузке либо к большим потерям кубатуры по сравнению с более тихоходными судами аналогичных размеров. В то же время именно контейнеры предъявляют очень высокие требования к кубатуре судовых трюмов.

Необходимая для движения судна мощность энергетической установки растет примерно пропорционально третьей степени скорости судна. Современное 14000-тонное сухогрузное судно для достижения скорости 18 уз обходится установкой мощностью примерно 8100 кВт, а всего в три раза больший по грузоподъемности контейнеровоз для достижения скорости 30 уз требует уже 85 тыс. кВт. Наряду с необходимостью установки таких мощных двигателей на борту судна требуется предусмотреть также возможность размещения запасов топлива для них. Если остановиться на этом примере, то выяснится, что сухогрузному судну для одного рейса в Восточную Азию потребуется «только» 1300 т топлива, в то время как упомянутый контейнеровоз вынужден будет везти с собой почти 11 тыс. т топлива, если не будет пополнять его запасы в пути, а заходы в промежуточные порты связаны с неизбежными потерями времени. В связи с дальнейшим ростом требований к скорости транспортных судов можно полагать, что повышение скоростей будет сдерживаться не только ростом расходов на постройку и эксплуатацию судов, но и определенными техническими и физическими аспектами этой проблемы. Верхний теоретический предел скорости любого судна, очевидно, будет достигнут тогда, когда вся его полезная грузоподъемность будет израсходована на массу двигателей и запасов топлива. Но для торговых судов такой вариант неприемлем. В самом деле, зачем должно идти в рейс судно, если оно не будет нести никакой полезной нагрузки? Однако ничего другого не получится, если, например, поставить задачу спроектировать судно с полной грузоподъемностью 10 тыс. т для плавания на линии протяженностью 10 тыс. миль со скоростью 40 уз. Грузоподъемности такого судна хватит только на то, чтобы принять запасы топлива, необходимые для работы энергетической установки мощностью более 75 тыс. кВт. С пустыми трюмами и с 10 тыс. т топлива в двойном дне и других отсеках это судно начнет рейс как танкер, а придет к месту назначения с пустыми топливными цистернами. Практически, однако, до этого дело не дойдет уже хотя бы потому, что одновременно со скоростью растут размеры судов. Это благоприятно сказывается на верхнем пределе мощности энергетической установки, которую можно поставить на судне, но, с другой стороны, требует обеспечить постоянную подачу груза в количествах, достаточных для загрузки таких больших судов.

Помимо приведенных выше соображений массогабаритного характера имеется и другой, гидродинамический предел скорости транспортных судов, связанный с резким повышением волнового сопротивления. Это вытекает из того обстоятельства, что начиная с определенного значения скорости сопротивление воды движению судна растет так сильно, что любое дальнейшее повышение скорости связано с чрезмерным ростом сопротивления. Так например, при дальнейшем повышении скорости большого 40-узлового сухогрузного судна всего на 1 уз требуется значительное увеличение мощности энергетической установки -- до 40%. Но такое повышение скорости обошлось бы слишком дорого. Отсюда появляется ограничение скорости для всех судов, плавающих на поверхности воды. Предельная скорость в соответствии с физическими закономерностями зависит от длины судна и имеет различное значение для судов с полными образованиями и с острыми обводами. Прогнозы наибольшей достижимой скорости сделаны, разумеется, только для водоизмещающих судов, которые в соответствии с законом Архимеда вытесняют столько воды, сколько весят они сами. К судам на подводных крыльях и на воздушной подушке, к глиссерам, а также к подводным судам эти прогнозы не относятся. Хотя скорости, закладываемые ныне в проекты быстроходных судов с острыми обводами, всегда оказываются ниже экстремальных значений, тем не менее вполне отчетливо прослеживается тенденция: быстроходные водоизмещающие суда одновременно должны быть большими по величине. Таким образом, прогнозы роста скорости должны учитывать также размеры судов. Удлинение судна с 300 до 400 м, например, хотя и повышает предельную скорость на 6 уз, но одновременно увеличивает грузоподъемность судна примерно с 40 тыс. т до 70 тыс. т. Такой контейнеровоз рассчитан на перевозку около 3000 20-футовых контейнеров. Все эти контейнеры должны быть в кратчайшие сроки поданы в порт для погрузки на судно и так же быстро вывезены из порта после разгрузки. Нельзя не отметить и трудности складирования такого большого количества ценных грузов.

В 1973 г. вступили в строй первые транспортные суда со скоростью 33 уз. В Японии проводятся исследования, связанные с постройкой 35-узлового контейнеровоза. Вполне возможно, что к концу столетия скорость контейнеровозов в отдельных случаях достигнет 40 уз. Однако, чтобы прийти к таким скоростям, нужны еще большие научно-технические достижения. Существенное противодействие росту скоростей судов оказывают резкие повышения цен на нефть и, как следствие, на топливо. С 1973 г. цены на топливо в международном судоходстве выросли в несколько раз. Поэтому теперь (да и в будущем) при выборе судов цены на топливо могут служить лишь для сугубо ориентировочных экономических оценок. В этой связи следует указать, что более быстроходные суда, как правило, не являются самыми экономичными. Примечательно, что самые быстроходные суда принадлежат судоходным компаниям, субсидируемым государством. Решающими при этом являются военные соображения, так как в рамках глобальной стратегии США быстроходным транспортным судам поручаются важные военные функции. Влияние этих обстоятельств на международное судоходства при проектировании контейнеровозов и судов с горизонтальной погрузкой исключает возможность выбора оптимальной с экономической точки зрения скорости. Конкуренция капиталистических судоходных компаний приводит к завышению скорости таких судов. В противовес этому отвечают научно-исследовательские работы, ведущие к достижению более высоких скоростей за счет снижения сопротивления воды и повышения коэффициента полезного действия судовых энергетических установок. Наиболее часто применяемым средством для снижения сопротивления воды является носовой бульб, который дает максимальный эффект при умеренно острых обводах: при очень острых обводах носовой бульб дает около 5% экономии мощности, при более полных до 10--15%.

Все более широкий ассортимент покрытий судового корпуса, предлагаемый лакокрасочной промышленностью, позволяет уменьшить коррозию и обрастание корпуса, что также ведет к некоторому, хотя и небольшому, уменьшению сопротивления трения. Значительно большего эффекта можно ожидать в будущем от вдувания воздуха и впрыска высокополимерных растворов (насколько это позволяют соображения охраны окружающей среды) в пограничный слой между корпусом и водой. Эффект наступит тогда, когда расходы на эти мероприятия будут окупаться пользой от них в виде экономии мощности и топлива. В настоящее время еще трудно сказать, когда это произойдет. Для уменьшения сопротивления большое значение имеет правильный выбор соотношения между длиной и шириной судна, особенно сейчас, когда наблюдается дальнейший рост скоростей и размеров судов. Все это служит одной цели -- максимально возможному уменьшению мощности судовых энергетических установок. Для водоизмещающего судна обычного типа, передвигающегося на границе раздела двух сред -- воды и воздуха, едва ли достижима скорость более 40--45 уз. Если же требуется большая скорость, необходимо использовать новые способы движения судов. Это не означает, однако, простого отхода от принятой ныне формы корпуса. Корпус судна должен покинуть границу раздела и двигаться только в одной среде. Для этого имеются два пути: вниз, под поверхность воды, или вверх, над нею. В обоих случаях волновое сопротивление должно исчезнуть. И действительно, над поверхностью воды или под нею судно может двигаться быстрее, ограничения скорости теряют силу. волновой корабль гидродинамический

Ожидается, что переход от однокорпусных к многокорпусным судам также приведет к росту скоростей. В принципе, однако, любое повышение скорости судна сопряжено со значительным увеличением мощности. Интересно, что характер повышения мощности с ростом скорости весьма различен для судов разного типа. Превосходство одного типа корпуса над другим всегда связано с каким-то определенным диапазоном скоростей. Если вначале отвлечься от проблем, связанных с выбором главных двигателей, то на перспективу с точки зрения достижимых скоростей можно предложить следующую новую классификацию судов:

• -- водоизмещающие однокорпусные суда, передвигающиеся на поверхности воды, в полупогруженном состоянии и под поверхностью;
• -- водоизмещающие суда с двумя или большим числом корпусов, передвигающиеся на поверхности воды и в полупогруженном состоянии;
• -- суда с гидродинамическими силами поддержания: глиссирующие и на подводных крыльях;
• -- парящие суда: на воздушной подушке с аэростатической силой поддержания и экранопланы с аэродинамической силой поддержания.

У всех судов необычного типа, корпус которых либо вынесен над поверхностью воды либо опущен под воду, исчезает волновое сопротивление, которое является доминирующей частью полного сопротивления воды для обычных водоизмещающих судов. В действительности достигнуты (или предусмотрены в проектах) такие максимальные скорости. Подводные транспортные 50--60 уз. Полупогруженные многокорпусные 50--80 уз. На подводных крыльях 60--100 уз. На воздушной подушке 80--200 уз.

Эти скорости существенно выше, чем у обычных торговых судов. Диапазон скоростей движения между транспортной авиацией и морским торговым флотом будет заполнен, по крайней мере частично, судами на подводных крыльях и на воздушной подушке. Во всяком случае, представления о перспективах развития судов этих двух типов заходят весьма далеко. Хотя проекты тяжелых, массой во многие тысячи тонн, судов на подводных крыльях и на воздушной подушке скоростями порядка 150 уз и даже более 200 уз признаются технически осуществимыми, однако постройка их остается нереализованной, поскольку пока отсутствует общественно обусловленная необходимость этого. Можно предполагать, что для осуществления подобных проектов потребуются десятилетия, в течение которых неизбежны большие достижения и в других областях транспорта. В будущем к эффективности морского транспорта будут предъявлены высокие требования. Удастся ли, однако, с помощью известных доселе технических средств создать суда, которые смогут удовлетворить пожелания клиентуры морского транспорта? Возрастающий уровень специализации судов и увеличение их размеров создают предпосылки для морских перевозок грузов с минимальной затратой средств. Автоматизация судовых производственных процессов в сочетании с их высокой надежностью также будет способствовать повышению экономичности судов. Однако достаточно ли этого? Не возникнет ли перед морским флотом будущего проблема удовлетворения новых, сегодня еще не известных потребностей общества? По-видимому, так оно и будет. Нерешенным остается также вопрос о том, сможет ли морской флот в будущем удовлетворять требования высоких скоростей перевозок ценных грузов. Уже сейчас авиация представляет собой альтернативу трансокеанским перевозкам на судах. Достижение высоких скоростей является важнейшей перспективной задачей для всего международного судоходства. При этом имеются в виду не только перевозки ценных грузов, но и расширяющиеся паромные сообщения и туризм.

Но как может быть сокращено ходовое время, если возможности для повышения скорости паромов обычного типа уже практически исчерпаны? Будут ли эти транспортные задачи в дальнейшем возложены на вертолеты либо, скажем, на дирижабли, или эксплуатация быстроходных судов на подводных крыльях и на воздушной подушке окажется более экономичной? Совершенно новые, необычные задачи встают перед морским судоходством в связи с более интенсивным использованием северных морских путей. Суда, прокладывающие свой путь через арктические льды с целью вовлечения и этой части Земли в сферу хозяйственной деятельности, являются предтечами судов будущего. Сегодня еще почти невозможно предвидеть, какие требования предъявит к судостроению и судоходству добыча морского сырья, значение которой будет все больше возрастать. С нашей сегодняшней точки зрения будущие инженерные сооружения, предназначенные для добычи морского сырья на поверхности моря, под его поверхностью или на морском дне, а также плавучие обогатительные фабрики, плавучие станции для сжижения природного газа и другие плавучие предприятия должны выглядеть в высшей степени необычно. Естественно, что в этом перспективном производственном процессе на море трудно будет провести четкую грань между судами и другими промышленными сооружениями. Однако этими и другими вопросами неизбежно придется заниматься, поскольку речь идет о судах завтрашнего дня. Новые задачи ведут к новым техническим и технологическим решениям. Наряду со все совершенствующимися судами обычного типа свой вклад в решение будущих транспортных проблем на море внесут и транспортные средства нового, нетрадиционного типа.

УДК 656.6 Костенко Виктория Николаевна Одесская национальная морская академия, факультет судовождения на морских и внутренних водных путях 2 курс, группа 1221

Руководитель - доц. Сиряченко В.Ф., кафедра теории и устройства судна

ПУТИ УВЕЛИЧЕНИЯ СКОРОСТИ ВОДОИЗМЕЩАЮЩЕГО СУДНА

Морские и океанские акватории, покрывающие 2/3 поверхности Земли, в течение многих веков являются естественными транспортными артериями между островными и прибрежными странами. Морской транспорт остается основным видом, способным обеспечить большие грузопотоки между континентами, а освоение минеральных и биологических ресурсов мирового океана еще более повышает роль морского флота. Однако скорость транспортных судов мало изменялась за прошедшие века, и уже не соответствует темпам развития современной экономики.
В поисках путей повышения скорости предпринимались попытки отделить суда от поверхности воды и таким образом избежать ограничений скорости. Однако водоизмещающие суда по-прежнему остаются наиболее практичными, экономичными и комфортабельными. Поэтому приходится, насколько это возможно, устранять присущие им недостатки или в крайнем случае мириться с ними.
Водоизмещающие суда испытывают значительное сопротивление воды и достигнув скорости порядка 40 узлов, уже не могут существенно прибавить в скорости (и в экономичности), даже если мощность энергетической установки будет существенно увеличена. Поэтому проблему увеличения скорости судна невозможно решать без рассмотрения каждого вида сопротивления, которое на него оказывается.
Корпус, движущийся в воде, испытывает сопротивление воды и воздуха, препятствующее его движению. Сопротивлением воздуха можно пренебречь. Сопротивление воды складывается из сопротивления трения, формы и волнового сопротивления.
Известна старая идея Ньютона, описывающая давление, оказываемое ударным слоем на корпус судна. Используя ее содержание для определения силы сопротивления, расчётная формула принята в следующем виде:

Исследования показали, что зависимость полного сопротивления судна от скорости не является квадратичной, и при разных числах Фруда коэффициент k 1 меняется в пределах 2 < k 1 <3 в зависимости от угла входа действующей ватерлинии.
Значительная часть мощности двигателя затрачивается на преодоление важной части сопротивления - трения воды о корпус судна.
В настоящее время существует множество методов, идей и проектов, направленных на управление пограничным слоем с целью снижения турбулентности, от традиционных до экзотических.
Главный традиционный метод - докование судна с обязательной очисткой подводной части корпуса и покрытием его противообрастающими красками.
Экзотических разработок методов уменьшения сопротивления трения в настоящее время довольно много.
Например, добавка химикатов. Известны результаты испытания, проведенного в 1968 г. на английском минном тральщике «Хайбэтон», когда из носовой части судна во время хода постоянно выпускали очень слабый раствор полиоксиэтилена. Сопротивление трения катера благодаря этому уменьшалось в зависимости от скорости и волнения на 22-36%, экономия мощности двигателя составила 12-20%. Однако экономия топлива не покрыла расходов по использованию полимера.
Любопытным, однако, в некотором роде непрактичным, может показаться система воздушной смазки, принцип работы которой основан на сокращении сопротивления между корпусом судна за счет использования воздушных пузырьков, создаваемых под корпусом. В ходе испытаний, проведенных в 2010 на грузовом судне Yamatai, выяснилось, что пузырьковая система позволяет экономить 10% топлива с учетом расхода электроэнергии на работу воздушных компрессоров.
Также учеными из США было создано покрытие, основанное на принципе кожи дельфина. Чтобы запустить механизм очистки, нужно приложить к данному материалу электроимпульс или же повысить оказываемое на него давление. Тогда он сморщивается, при этом закрепившиеся на его поверхности биоплёнки, и в итоге сами отваливаются.
Интересным направлением является конструктирование судов с выемками (лунками на обтекаемой поверхности), используя явление движения мяча для гольфа. Известно, что оставляемый мячом с лунками вакуумный след меньше, чем обычным мячем, а торможение его – слабее. Поэтому, можно предположить, что конструирование судов с выемками на корпусе может помочь сделать само судно более эффективным, значительно уменьшив его сопротивление трения.
Еще одно экзотическое направление – создание супергидрофобной поверхности судна на основании природной модели водяного папоротника salvinia molesta. Исследователи полагают, что, воспроизведя механизм, с помощью которого salvinia molesta выходит сухой из воды, можно будет экономить до 10% горючего при эксплуатации судов.
Вторая составляющая полного сопротивления - это сопротивление формы, у некоторых типов судов (особенно у барж) оно может составлять до 50 % полного сопротивления. Поэтому на сегодняшний день важной задачей является проектирование оптимальной формы корпуса судна. При нахождении оптимальной длины корпуса судна, например, необходимо помнить, что тихоходные суда, сопротивление которых состоит преимущественно из трения, выгодно строить относительно короткими, а быстроходные – удлиненными.
Однако главным препятствием на пути повышения скорости водоизмещающих судов является волновое сопротивление, так как по мере увеличения скорости оно возрастает примерно пропорционально четвертой степени.
Поиски способов уменьшения волнового сопротивления велись в различных направлениях и породили многочисленные предположения, многие из которых оказались фантастическими и непрактичными, а некоторые – весьма важными и перспективными.
Идея носового расположения движителя возникла у австрийского инженера Виктора Шаубергера. Носовой и кормовой винты предлагалось вращать в разные стороны. Циркулирующая при помощи винтов вода имеет при этом форму вытянутого тора, а движение судна должно было происходить за счет трения этого тора с окружающей водой. Но, к сожалению, эта идея не нашла своего практического применения в судостроении ввиду того, что «активный носовой бульб» неудобен в эксплуатации - он затрудняет маневрирование, а также затрудняют отдачу якорей.
В основе плавникового движителя лежит «коньковый ход», используемый большинством рыб и китообразных. Поступательное движение рыбы обеспечивается своеобразным эффектом, возникающим при колебаниях хвостового плавника, который как бы соскальзывает со “щеки” водяного клина. В случае достаточно быстрого (импульсного) приложения силы со стороны плавника водяной клин приобретает свойства твердого тела, т.е. играет роль именно клина-ускорителя, с которого соскальзывает упругий гибкий плавник. Данная гипотеза проверялась в практическом использовании Г. Боуласом и Г. Семеновым на моделях катамаранов с плавниковыми движителями, а также исследователями Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.
Однако, в наше время наиболее практичным и общеприменимым способом уменьшения волнового сопротивления является использование интерферирующих устройств, к которым относятся бортовые були, носовые бульбы и подводные крылья.
Расчеты показывают, что для увеличения скорости хода судна при той же мощности его энергетической установки достаточно увеличить площадь носовых обводов, что можно осуществить с помощью использования носового бульба.
При его отсутствии недалеко от носа судна происходит отрыв потока, а с установкой бульба средняя скорость потока, обтекающего подводную часть корпуса, понижается в такой степени, что происходит уменьшение вязкостного сопротивления.
Также перспективным может оказаться использование двойного бульба на комбинированных судах.
Как показали испытания больших судов, уменьшение полного сопротивления благодаря использованию таких форм носовой оконечности составило 15%. Следует заметить, что сопротивление значительно уменьшается не только при движении судна в полном грузу, но и в балластных пробегах при малых осадках. Это означает, что эффективность бульба сохраняется и при его приближении к поверхности воды.
В заключение следует отметить, что путем выбора оптимальной формы носовой оконечности корпуса судна можно существенно уменьшить затраты мощности на преодоление волнового сопротивления. Однако и в настоящее время волнообразование по-прежнему остается сложным и неблагоприятным природным явлением, которое проектант не может не учитывать.

Список использованных материалов:
1. Шапиро Л.С. Самые быстрые корабли. – 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Судостроение, 1989. – С. 28-39.
2. Гилмер Т.С. Проектирование современного корабля/ Е.А. Будяковский, А.О. Виглина, Е.А. Широкова. – 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1984. – С. 142-159.
3. Короткин А.И. Мифы и реальность гидробионики. – СПб.: МорВест, 2012. 88 с.
4. Басин А.М. Ходкость и управляемость судов. – М.: Транспорт, 1977. – С. 71-74.
5. Donnelly K.J. Reduction of Ship Resistance through Induced Turbulent Layers. – F.: Master of Science in Ocean Engineering, 2010. – 65 p.
6. Семенов Г. Катамаран с плавниковым движителем//Катера и яхты. – Вып. 169. – М.: Царь, 1999. – С.54-55.
7. Чижиумов С.Д., Беляев В.А., Кузнецов Д.С. Проекты плавниковых движителей. – Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет,2012 – С. 57-63

Л. М. КРИВОНОСОВ

Гидродинамические режимы движения и соответствующие им типы обводов

Малое быстроходное судно по мере «набирания» скорости проходит сначала режим плавания, а затем - переходный режим; лишь после этого оно начинает глиссировать. Основное практическое различие между этими режимами заключается в том, что в течение каждого из них судно для повышения скорости расходует на один километр в час неодинаковую величину мощности.

Это объясняется тем, что силы, поддерживающие судно (архимедова сила поддержания, гидродинамическая подъемная сила) и оказывающие сопротивление движению (сопротивления трения, волновое, вихревое), изменяют свою величину на каждом из трех режимов по различным законам гидродинамики. Смена этих законов происходит не внезапно - на границах режимов, - а постепенно и притом то быстрее, то медленнее; поэтому сопротивление и положение судна на воде (осадка и дифферент) также изменяются постепенно, с ускорениями и замедлениями. Как видно на рис. 1, при смене режима плавания переходным рост сопротивления замедляется, а в дальнейшем - при выходе на режим глиссирования - вновь ускоряется.
При движении судна на режиме плавания, как это видно из рис. 1, дифферент меняется незначительно; затем, в начале переходного режима он сильно возрастает, после чего снова медленно падает.

Рис. 1. Кривые сопротивления и углов дифферента безреданного глиссера водоизмещением D=0,83 т.

По мере увеличения скорости, на режиме глиссирования угол дифферента продолжает уменьшаться.

Средняя начальная (на стоянке) осадка за время прохождения судном всех режимов уменьшается в несколько раз.

Одновременно со сменой режимов меняется и картина волнообразования при движении судна. Спокойное волнообразование при движении судна на режиме плавания по мере приближения к переходному режиму постепенно сменяется бурным волно- и брызгообразованием, создаваемым носовой частью днища; одновременно с этим вода полностью отрывается сперва от транца, а затем и от бортов судна. Для режима чистого глиссирования характерны сравнительно слабые волны, но из-под днища вырываются сильные струи и брызги.

Если судно, предназначенное для глиссирования, спроектировано правильно и располагает двигателем достаточной мощности, то можно легко вычислить скорости хода, при которых будут происходить смены режимов, по формулам:

В этих уравнениях скорость v выражена в метрах в секунду, а водоизмещение V-в кубических метрах.

Для удобства вычисления значений на рис. 2 приведен соответствующий график .

Рис. 2. Диаграмма для вычисления

Рис. 3. Кривая эффективной мощности безреданного глиссере водоизмещением D=0,83 т.

Поэтому, если одни суда предназначаются для движения на режиме плавания, то для других расчетным является переходный режим, а для третьих - режим глиссирования. При этом каждому судну придают обводы, позволяющие ему квк можно лучше использовать особенности заданного режима и затрачивать благодаря этому возможно меньшую удельную мощность, т. е. мощность, приходящуюся на каждый килограмм водоизмещения.
Для режима плавания наиболее рациональны так называемые круглодон-ные (круглоскулые) обводы (рис. 4), обеспечивающие хорошо обтекаемую форму корпуса судна и рассчитанные только на архимедову силу поддержания.

Рис. 4. Округлые обводы туристского катера (длина 12,2 м; ширине 2,9 м), рассчитанные на режим плавения.

Судам, предназначенным для движения на переходном режиме, часто придают плоско-килеватые обводы (рис. 5), имеющие большую килеватость, транцевую корму и острые скулы по всей длине. Для судов, рассчитанных на этот режим движения, применяются также комбинированные обводы: плоско-килеватые в корме и округлые в носовой части. На судах с такими обводами к архимедовой силе поддержания по мере роста скорости хода прибавляется гидродинамическая подъемная сила, ввиду чего судно на ходу частично вытесняется из воды, причем его борта почти не обтекаются водой.

Рис. 5. Плоско-килеватые обводы большого туристского катера длиной 12,5 м, рассчитенные не переходный режим.

Рис 6. Плоско-килеватые обводы прогулочного глиссера (длина 4,0 м; ширина 1,5 м).

Рис. 7. Обводы днища однореданного глиссера.

Обтекание днища на переходном режиме происходит частично вдоль днища и частично - поперек. Общее направление обтекания - под углом, от киля к скулам.

Обводы глиссирующих судов делают плоско- или изогнуто-килеватыми с углом килеватости, уменьшающимся от носа к корме до нуля и, в среднем, меньшим, чем для судов переходного режима; скулы - всегда острые по всей своей длине, корма - транцевая (рис. 6). Иногда на наиболее быстроходных глиссирующих судах, не предназначенных для хода по волнению, около середины длины поперек днища делают один или несколько уступов, называемых реданами (рис. 7).

Обводы глиссирующих судов рассчитаны на то, что судно на ходу поддерживается почти исключительно гидродинамической подъемной силой и лишь в очень малой степени архимедовой силой.

Элементы обводов глиссирующих судов и их значение

Плоское днище. Для создания гидродинамической подъемной силы очень выгодно совершенно плоское днище, однако такое днище даже при небольшом волнении испытывает очень сильные удары о поверхность воды, исключающие возможность нормальной эксплуатации глиссера. При более высоких волнах, когда днище большей еврей частью время от времени отрывается от воды, удары плоского днища о воду становятся настолько сильными, что могут привести к разрушению конструкции и аварии судна.

Другим недостатком судна с совершенно плоским днищем является очень плохая поворотливость; после отклонения руля оно дрейфует в сторону, противоположную перекладке руля, описывая очень пологую кривую. Это происходит потому, что после отклонения руля судно, двигаясь по кривой, испытывает центробежную силу, уравновесить которую может только боковое сопротивление днища; плоское же днище достаточного бокового сопротивления оказать не может. Для устранения этого недостатка приходится ставить на днище специальный плавник. Поэтому плоское днище, в чистом виде, почти не находит применения.

Плоско-килеватое днище. Чтобы смягчить удары о воду, наиболее сильные в носовой части, днищу глиссирующих судов придают килеватость, большую в носу и меньшую в корме. В этом случае замедление падающего на воду судна при встрече с водой происходит постепенно, по мере погружения килеватого (клинообразного) днища в воду. Если при встрече с волной погружение за 1 сек. замедляется больше, чем на 9,81 м/сек, т. е. если замедление становится больше, чем величина ускорения силы тяжести g = 9,81 м/сек2, то говорят, что судно испытывает перегрузку, равную одному g. Перегрузку, равную 5-6 g, человек переносит очень тяжело. Судно с килеватым днищем обладает хорошей поворотливостью, так как оказывает центробежной силе достаточное боковое сопротивление; при определенной профилировке обводов такое судно становится весьма остойчивым на циркуляции, которая совершается с внутренним креном.

Плоско-килеватое днище лишено главнейших недостатков плоского, однако с увеличением килева-тости повышаются сопротивление судна и угол его ходового дифферента, падает подъемная сила, возрастает брызгообразование. Килеватое днище рассчитать и изготовить труднее, чем плоское. Обычно для уменьшения сопротивления и ходового дифферента килеватость постепенно уменьшают от носа к корме и у транца днище в поперечном сечении делают плоским. Слишком большая килеватость в средней части корпуса вынуждает делать очень резкие изменения угла килеватости в кормовой рабочей (смачиваемой при глиссировании) части днища, а это вызывает повышение сопротивления; днища с тем же средним углом, но с небольшой разницей в носовом и кормовом углах килеватости имеют меньшее сопротивление. Такая разница в сопротивлении объясняется тем, что при всяком резком изменении обводов при переходе от одного шпангоута к другому поток должен затрачивать энергию на закручивание.

Изогнуто-килеватое днище. Для снижения высоты струй и брызг, срывающихся со скул, иногда поднимающихся выше бортов и заливающих при боковом ветре пассажиров, ближайшую к скулам часть днища очень плавно (например, по дуге окружности) отгибают книзу (рис. 8). Такой изгиб днища служит и для некоторого увеличения гидродинамической подъемной силы, а следовательно, уменьшения сопротивления. При протекании по такому закруглению поперек днища масса воды приобретает центробежную силу, направленную вверх, После отрыва от днища вода устремляется вниз. Иногда отгибаемой части шпангоута у скулы придают горизонтальное положение (рис. 9).

Величина гидродинамической подъемной силы зависит от радиуса и расположения поперечного закругления днища (иногда называемого тоннелем).
Отгиб днища у скул для увеличения гидродинамической подъемной силы и уменьшения сопротивления часто сочетают с небольшой выпуклостью днища у киля (рис. 10).

Такая форма днища носит название изогнуто-килеватой. Изогнуто-килеватое днище может иметь очень прочную конструкцию, которой не страшны сильные удары о воду. Однако изогнуто-килеватое днище менее изучено, чем пло-ско-килеватое, поэтому его сопротивление может быть рассчитано лишь весьма приближенно. Постройка катера с изогнуто-килеватым днищем также значительно труднее.

Рис. 8. Профиль с отгибами у скул (тоннелями).

Рис. 9. Изогнуто-килеватый профиль с горизонтальным направлением у скулы.

Рис 10. Изогнуто-килеаватый профиль с тоннелями у скул и закруглением у киля.

Обводы, развертываемые на плоскость. Для того чтобы упростить выкройку и процесс крепления наружной обшивки из фанеры или другого листового материала, выбирают обводы, развертываемые на плоскость. При таких обводах обшивку днища можно выкроить из одного листа, не прибегая к разрезанию листов на узкие полосы, выколотке или другим подобным приемам; шпангоуты в своей днищевой части слегка выпуклы (рис. 11). Качество обводов, развертываемых на плоскость, часто бывает не хуже, чем более сложных.

Рис. 11. Обводы, развертываемые на плоскость: а - с высокой скулой в носу; б - с низкой скулой в носу.

Геометрический способ построения таких обводов описан в нескольких специальных работах.

Цилиндрические обводы днища (моногедрон). В последние годы некоторые зарубежные авторы рекомендуют придавать смачиваемой части днища глиссирующих судов цилиндрические обводы. Днищевые части кормовых шпангоутов при таких обводах имеют одинаковый угол килеватости и одинаковые очертания (рис. 12). Днища с такими обводами, получившими название «моногедрон», имеют постоянный угол атаки на всей рабочей части; кроме того, поток воды, омывающий днище, не затрачивает энергию на закручивание.

Обводы моногедрон несколько упрощают постройку судна, позволяют с большей уверенностью производить расчеты сопротивления и не исключают возможности придания носовым обводам любой, формы. Однако экспериментальные данные, подтверждающие изложенные выше соображения, весьма ограничены и число построенных катеров с обводами типа моногедрон невелико, хотя близкие к цилиндрическим обводы кормовой части днища применяются весьма часто.

Рис. 12. Цилиндрические обводы кормовой части днища (моногедрон).

Реданные обводы днища. Редан делит длину днища на две части, превращая относительно длинную смоченную площадь в две, более короткие. Увеличение отношения ширины смоченной площади днища к длине выгодно с точки зрения сопротивления и подъемной силы. Кроме того, смоченная поверхность днища, а следовательно и величина сопротивления уменьшаются благодаря тому, что вода, «отжимаемая» реданом книзу, отрывается от его кромки и оголяет большую часть днища за реданом. Редан располагают так, чтобы центр тяжести глиссера находился между ним и транцем, причем расстояние от центра тяжести до редана составляло бы 25-40% расстояния между реданом и транцем (рис. 13). Соответственно этому на реданную смоченную площадку приходится 60-75% полного веса судна, а на транцевую 25-40%. Высота редана должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить доступ воздуха в зареданную область. Форма редана в плане особого значения не имеет; обычно срез редана располагают поперек судна в плоскости шпангоута.

Рис. 13. Расположение центра тяжести на реданном глиссере.

Реданные глиссеры при одинаковых условиях нагрузки на режиме чистого глиссирования, как правило, имеют меньшее сопротивление, чем безре-данные, однако они более чувствительны к волнению. При ходе на режиме глиссирования короткая смоченная часть днища впереди редана очень легко отрывается от волны, после чего судно стремительно падает, ударяясь с большой силой о воду. Такие стремительные прыжки судна, называемые «барсом», значительно снижают качества глиссера, так как во избежание недопустимо больших перегрузок заставляют снижать скорость хода. Этот недостаток делает реданные глиссеры маломореходными и ограничивает их применение плаванием по внутренним водным путям и в прибрежной морской полосе.

Точный гидродинамический расчет реданных глиссеров значительно труднее, чем безреданных, так как при глиссировании кормовая часть днища встречает поверхность воды, искаженную реданом. Определение профиля этой поверхности, фактических углов атаки и скоростей, с которыми кормовая часть днища встречает поток, - задача очень сложная. Поэтому сопротивление реданных глиссеров определяют главным образом испытанием моделей или по статистическим данным ранее построенных глиссеров, а не путем теоретического расчета. Трехточечные обводы днища. Около двадцати пяти лет тому назад появились гоночные глиссеры с особым устройством корпуса. Корпуса этих судов при ходе на режиме глиссирования соприкасаются с водой тремя площадками днища: двумя передними, расположенными у бортов судна, и одной задней (рис. 14).

Такой корпус по существу представляет собой обычный безреданный корпус, в носовой части которого с обоих бортов прикреплено по одному поплавку (спонсону). Днище этих поплавков приспособлено для глиссирования и расположено ниже днища основного корпуса, поэтому при глиссировании большая часть днища корпуса катера оказывается над поверхностью воды; кормовая же часть днища, прилегающая к транцу и соприкасающаяся с водой, так же, как и днища поплавков, служит рабочей площадкой.

Смысл трехточечной системы обводов заключается в следующем. При определенных условиях на больших скоростях движения излишняя ширина днища вредит, но уменьшить ее нельзя по соображениям остойчивости. В этих случаях требуемую ширину днища получают введением двух узких поплавков, расставленных достаточно широко, чтобы обеспечить необходимую поперечную остойчивость.

При очень больших скоростях движения поток воздуха, попадающий под днище основного корпуса, создает дополнительную подъемную силу, способствующую уменьшению его сопротивления.

Рис. 14. Трехточечная схема обводов; заштрихованы смоченные площадки.

Обводы кормы. Основная величина гидродинамических сил действует на носовую часть рабочей площади днища глиссера. Кормовая часть имеет второстепенное значение с точки зрения сопротивления и подъемной силы глиссера. Однако неудачные размеры и обводы кормы могут существенно увеличить сопротивление и ухудшить ходовые качества глиссера. Так, слишком широкая корма может привести к омы-ванию бортов потоком воды, сходящим со скул носовой части и особенно большим на переходном режиме. Если глиссер не располагает достаточным запасом мощности, он может оказаться не в силах преодолеть «горб» сопротивления и не выйдет на режим глиссирования. Слишком широкая корма обладает излишней подъемной силой и имеет стремление оторваться от воды, что может привести к «тряске» кормы, а затем и к ударам о воду всего корпуса. Это вредное явление, называемое потерей устойчивости хода, иногда заставляет прекращать увеличение скорости хода несмотря на то, что двигатель еще располагает значительным запасом мощности. К потере устойчивости хода приводит и слишком большой угол атаки днища вблизи транца, так как подъемная сила может превысить вес, приходящийся на кормовую рабочую площадку.
Обводы кормовой части днища приобретают большое значение, когда требуется уменьшить слишком большой угол дифферента на ходу. Особенно большую роль кормовые обводы играют в тех случаях, когда "из-за слишком большого угла атаки сопротивление глиссера на переходном режиме (на горбе) может оказаться столь большим, что для перехода на режим глиссирования мощности не хватит.

Рис. 15. Отгиб кормовой части днища книзу.

Рис. 16. Выпуклое у транца днище.

Рис. 17. Вогнутое у транца днище.

Для уменьшения углов дифферента глиссера ближайшей к транцу части днища придают плавный (часто по дуге окружности большого радиуса) отгиб вниз, увеличивающий подъемную силу и, следовательно, всплывание кормы (рис. 15), что уменьшает угол дифферента судна. Однако чрезмерный отгиб приводит к потере устойчивости хода. Изгиб днища в обратном направлении, т. е. выпуклостью вниз, может вызвать подсос кормы в воду и недопустимое увеличение дифферента.
Для улучшения поворотливости глиссера кормовым шпангоутам иногда придают выпуклые очертания (рис. 16); такая форма помогает судну накреняться внутрь циркуляции, т. е. в сторону поворота. Для повышения устойчивости на курсе часть днища вблизи транца иногда делают вогнутой внутрь (рис. 17), но это значительно ухудшает поведение глиссеров на циркуляции.

Формы скулы. В большинстве случаев скула, начиная с транцевого шпангоута, постепенно приподнимается (по отношению к линии киля) и заканчивается у форштевня или вблизи от него. Большая часть линии скулы представляет собой прямую либо плавную кривую, обращенную выпуклостью вниз. В тех случаях, когда глиссер предназначен для «спокойной воды» и нет оснований опасаться встречи с большими волнами, скулу заканчивают на форштевне сравнительно близко от линии киля (рис. 18). Такую линию скулы, обращенную выпуклостью вниз, получить сравнительно просто, так как скуловой стрингер в этом случае не требует большого изгиба.

Рис. 18. Скупа, расположенная низко у форштевня.

Если предполагаются встречи с большими волнами, когда придется уменьшать скорость и переходить на режим плавания или переходный, то скулу в носовой части поднимают возможно выше, иногда до самой палубы; иногда скуле придают излом или, точнее, перегиб на одном из носовых шпангоутов. Начиная с места перегиба, часть скулы до форштевня делают выпуклостью кверху (рис. 19), при этом носовые шпангоуты делают V-образными с развалом (рис. 20). По мере опускания такой скулы при переходе к корме большие в носу углы килеватости уменьшаются, а шпангоуты могут получать двойную изогнутость - выпуклостью вниз у киля и выпуклостью вверх у скул. Однако скула, имеющая очень крутой перегиб, при лобовых встречах с волной может разрушиться.

Скулу с перегибом часто делают на реданных морских глиссерах.

У реданных глиссеров с водой соприкасается лишь ближайшая к транцу кормовая часть днища, поэтому скулу на остальной длине кормовой части произвольно поднимают лишь для того, чтобы избежать замывания водой днища и бортов за реданом.

Рис. 19. Скупа с перегибом в носовой. части.

На малых быстроходных глиссерах, например скутерах, у скулы делают так называемый поперечный скос (рис. 21); такой скос создает вдоль скулы наклонную к воде плоскость, на которой при значительном крене судна во время поворота возникает дополнительная гидродинамическая сила, предохраняющая судно от опрокидывания. С той же целью на малых гоночных судах трехточечной схемы борта носовых поплавков (спонсонов) также делают наклонными.

Рис. 20. Характер носовых шпангоутов при высокой скуле.

Рис. 21. Транец скутера со скошенными скулами.

Элементы носовой части, влияющие на забрызгиввние. На заливание и забрызгивание пассажирского кокпита оказывают влияние форма носовой части днища, непосредственно примыкающей к килю, и продольное очертание форштевня. Например, чем меньше радиус продольного, закругления форштевня, тем больше вероятность попадания воды в корпус; поперечная выпуклость днища у киля в районе форштевня предотвращает забрызгивание. Носовые V-образные шпангоуты со значительным отгибом скул книзу хорошо «отваливают» встречную волну в сторону и вниз, чем предотвращается подъем воды выше палубы и забрызгивание кокпита при боковом ветре.
Для предотвращения заливания воды в корпус иногда приходится ставить так называемые отбойные брусья на скулах и щитки на стыке палубы с бортом.
Обводы бортов. При проектировании обводов конструктор всегда стремится сделать площадь соприкосновения корпуса с водой возможно меньшей, так как этим достигается снижение сопротивления трения. Поэтому, если можно опасаться замывания бортов водой, то бортам кормовой части придают завал, т. е. ширину палубы делают меньше ширины по скуле. Бортовую часть носовых шпангоутов, напротив, всегда делают с развалом (рис. 20).

С целью упрощения постройки очень часто не только днище, но и борта делают прямолинейными; такие обводы носят название обводов шарпи.
В остальном обводы бортов, а также наклон транца выбирают по архитектурным соображениям.

Глиссирующие суда очень чувствительны к изменениям формы днища; неудачные обводы днища могут перевести судно из разряда глиссирующих в разряд плавающих. Поэтому, создавая глиссер, к его обводам следует подходить очень осторожно, ориентируясь на опыт глиссеростроёния, так как в настоящее время имеется еще очень мало сведений, чтобы заранее количественно оценить то или иное изменение обводов расчетным путем.

Влияние ширины, водоизмещения и центровки

Ширина, водоизмещение и центровка (относительное расположение центра тяжести судна по длине) для величины сопротивления глиссирующего судна имеют не меньшее значение, чем обводы. Однако количественно выразить влияние каждой из этих-величин на сопротивление в виде простых зависимостей не представляется возможным, так как для глиссирующего судна все эти величины связаны между собой. Например, изменение ширины неизбежно вызывает изменение углов дифферента на ходу, а следовательно, и длины смоченной поверхности корпуса, причем это влияние может быть большим или меньшим в зависимости от величины водоизмещения и углов килеватости.

Можно привести лишь несколько замечаний, которые помогут в тех случаях, когда необходимо отступить от удачных, зарекомендовавших себя значений ширины, водоизмещения и центровки.

1. Уменьшение ширины днища вызывает увеличение углов дифферента.
2. Если ширина днища выбрана наивыгоднейшей, т. е. обеспечивает наименьшее сопротивление, то ее без опасения нарушить глиссирование можно изменять на ±25%, а нагрузку на ±40%.
3. Если ширина и нагрузка выбраны наивыгоднейшими в отношении сопротивления, то уменьшение нагрузки даже на очень большую величину (что повлечет за собой уменьшение углов дифферента) может увеличить скорость не больше чем на 5-10%.
4. При принятии на борт дополнительных пассажиров их следует располагать в носовой части глиссера, чтобы не допустить увеличения угла атаки, всегда стремящегося возрасти с увеличением нагрузки.
5. Увеличение нагрузки до 20% от наивыгоднейшей очень мало изменит отношение величины нагрузки к сопротивлению. Большее увеличение нагрузки может перевести глиссер на переходный режим.
6. Смещение ЦТ к корме увеличивает сопротивление на «горбе» и снижает его на участке начала глиссирования; при этом «горб» кривой сопротивления несколько смещается в сторону меньших скоростей.
7. Смещение ЦТ к носу «сглаживает горб» и приближает следующий за горбом участок кривой сопротивления к горизонтали.
8. При увеличении нагрузки (без смещения ЦТ) на небольшую (до 10%) величину сопротивление возрастает пропорционально нагрузке.
9. Значительное уменьшение нагрузки может привести к потере устойчивости хода на больших скоростях (в особенности для реданных глиссеров).
10. Если на каждую лошадиную силу мощности двигателя приходится больше 30 кг водоизмещения, то глиссирования трудно добиться.

Выбор типа обводов, численное определение сопротивления, потребной мощности и скорости
ходе

Величина сопротивления глиссирующего судна является одной из наиболее важных его характеристик. От величины сопротивления зависят мощность двигателя, который должен быть установлен на судне, и скорость хода, которую сможет развить судно с данным двигателем.

Если известна зависимость величины сопротивления судна от скорости хода, то определение требующейся мощности и подбор гребного винта могут быть выполнены с большой точностью.

Однако определение сопротивления глиссирующего судна на стадии проектирования - задача не простая. Весьма точным способом для определения сопротивления судна является испытание модели в бассейне.

Другой способ - это испытание модели большого масштаба (такие модели называют «полунатурой») в открытом водоеме. Такую модель, в которой могут разместиться 1-2 человека, буксируют вдоль мерного участка другим судном, измеряя при этом скорость и сопротивление. При отсутствии подходящего буксирующего судна сопротивление полунатуры может быть измерено гидравлическим плоским цилиндром (мессдозой), вкладываемым между. транцем и ногой подвесного мотора, навешенного на транец.

Менее точно величина сопротивления может быть определена расчетным путем. Такой расчет основывается на результатах испытаний в опытовых бассейнах серии плоских и плоско-килеватых глиссирующих пластин. Каждая такая пластина представляет собой подобие днище глиссирующего судна. Глиссирующие пластины испытывают при различных скоростях буксировки, различных нагрузках и различных положениях центра тяжести по длине (центровках). При каждой буксировке измеряют сопротивление, угол дифферента и длину смоченной площади пластины. Результаты таких испытаний обработаны и изображены в виде диаграмм, по которым, зная нагрузку, ширину, угол килеватости и центровку, можно определить сопротивление, угол дифферента и смоченную длину днища для любой скорости хода. Расчет сопротивления, основанный на результатах испытаний глиссирующих пластин, дает наиболее точный результат для глиссеров с плоским или плоско-килеватым днищем цилиндрических обводов, так как такие обводы больше других похожи на обводы испытывавшихся глиссирующих пластин. Техника расчета не сложна, но требует определенных навыков и не всегда доступна любителю.

Однако постройка любительского прогулочного туристского или спортивного судна не всегда требует точного знания сопротивления. В большинстве случаев бывает достаточно лишь приближенно определить мощность, необходимую для того, чтобы данный глиссер имел заданную скорость, либо приближенно определить скорость, которую глиссер достигнет при имеющемся двигателе.

Для таких приближенных расчетов существует несколько формул, основанных на результатах испытаний реальных глиссеров с различными обводами. Некоторые из этих формул основаны на обработке результатов испытания серии моделей. Если проектируемый глиссер по своим обводам и условиям нагрузки близок к тем судам, на основании испытаний которых составлена формула, то может быть получен достаточно точный результат.

Первая диаграмма для выбора типа обводов. После определения необходимой ширины и водоизмещения. будущего судна и выбора желаемой скорости хода можно подобрать тип обводов, пользуясь диаграммой (рис. 22). Для этого следует вычислить величину

D - водоизмещение, т;

В - ширина, м;

и величину

где v - желаемая (предполагаемая) скорость хода, км/час.
Отыскав на горизонтальной шкале диаграммы вычисленное значение С, поднимаемся от него вверх до пересечения с горизонталью, проведенной из деления, соответствующего вычисленному значению F B . Положение точки пересечения вертикали и горизонтали укажет тип обводов, при которых можно добиться наилучших результатов.

Рис. 22. Диаграмма для первоначального выбора типа обводов при заданных ширине, водоизмещении и скорости хода.

I - область реданных остроскулых обводов; II - область безреданных остроскулых обводов: III - область круглоскулых обводов.

Следует иметь в виду, что суда, данные которых были использованы для построения диаграммы (рис, 22), относятся к числу более крупных быстроходных судов и имеют отношение длины к ширине LIB от 4 до 7, а положение центра тяжести - на расстоянии 35^-45% длины судна L от транца к носу.

Пример 1.
Предполагаем построить судно длиной L = = 6,0 м, шириной В - 1,5 м, водоизмещением D = 1,2 т; центр тяжести может быть расположен на расстоянии х - 2,3 м от транца; ожидаемая скорость хода v - 36 км/час.

Вычисляем:

Из деления 0,38 «а горизонтальной шкале проводим вертикаль до пересечения с горизонтальной прямой, проведенной из деления 2,59 вертикальной шкалы; точка лересечения этих двух прямых расположена в области реданных обводов.
Вторая диаграмма для выбора типа обводов.

Рис. 23. Диаграмма для выбора типа обводов при заданных длине, водоизмещении и скорости хода.

I - режим плавания; круглоскулые обводы; II - переходный режим; комбинированные
обводы или остроскулые с большим углом кнлеватости; III - режим глиссирования; без-
реданные остроскулые обводы с малым углом кнлеватостн; IV - режим глиссирования;
безредаиные или редаиные остроскулые обводы с малым углом кнлеватости.

На рис. 23 изображена условная кривая сопротивления судна, последовательно проходящего все три режима движения. При пользовании этой диаграммой для выбора типа обводов надо вычислить значение величин

V - предполагаемая скорость хода, м/сек; L - длина судна (м), выбранная по конструктивным соображениям;

V-полное водоизмещение судна, определенное по первоначальным расчетам, м3. Надпись на участке шкалы, на который попадает вычисленное значение, указывает ожидаемый режим и соответствующие ему обводы. Если же показания шкалы FL и FD различны, то это свидетельствует о том, что длина, водоизмещение и скорость плохо увязаны между собой и по крайней мере одну из этих трех величин следует изменить.

Пример 2.
Предполагаем, что скорость хода судна и будет около Ю м/сек; длину судна назначаем L = 5 м; водоизмещение по первоначальным подсчетам V = 2,5 м3.

1. Вычисляем величину

Значения, большее 1,28 по верхней шкале, соответствуют обводам для глиссирующих судов.

2. Вычисляем величину

Значение 2,74 на нижней шкале соответствует обводам для переходного режима. Отсюда следует, что одна >из величин нами выбрана неверно. Допустим, что мы можем уменьшать водоизмещение до V = 2,0 м3; при этом ожидаем, что скорость хода увеличится до 12 м/сек.

Теперь значения обеих величин соответствуют обводам для режима глиссирования.

Совпадение режимов движения по обеим шкалам еще не означает, что выбранные значения водоизмещения V и длины L являются наиболее целесообразными.

У большинства хороших построенных катеров величины V и L являются такими, что значение

Диаграмма для первоначального выбора скорости хода, мощности двигателя и числа пассажиров прогулочных глиссеров.

На диаграмме (рис. 24) по горизонтали отложены значения мощности двигателя, предполагаемого к установке на судне, а по вертикали - значения скорости хода, которых может достигнуть судно. Каждая из кривых диаграммы относится к различным по своей вместимости прогулочным открытым деревянным судам глиссирующего типа. Эту диаграмму можно применять на первоначальной стадии проектирования, когда размеры судна еще не определены; диаграмма построена на основании данных, полученных на хороших катерах заводской постройки.

Рис. 24. Диаграмма для первоначального выбора, скорости и мощности и определения числа пассажиров.

Пример 3.
1. Задавшись мощностью моторе N = 60 л. с., проводим из соответствующего деления горизонтальной шкалы.вертикаль, пересекающую кривую, соответствующую катеру с тремя пассажирами; горизонталь, проведенная из точки пересечения, указывает на то, что катером может быть достигнута скорость около 50 км/час.

2. Задавшись числом пассажиров - 5 человек - и проводя из точек соответствующей кривой вертикали и горизонтали, находим скорости, которые могут быть достигнуты судном при двигателях различной мощности; например: при N=60 л. с. v = 47 км/час; при N=100 л. с. v - 52 км/час и т. д.

Диаграмма для определения потребной мощности двигателя, достижимой скорости хода и допустимого водоизмещения глиссеров. На рис. 25 приведены кривые, показывающие, какая скорость хода может быть достигнута глиссирующим катером, если на каждую лошадиную силу мощности двигателя будет приходиться столько-то килограммов водоизмещения. Такого рода диаграммы очень удобны для предварительного определения скорости хода, которая может быть достигнута при известных весе катера и мощности его двигателя. Такими диаграммами пользуются также для быстрой приближенной оценки качества глиссера. Для этого откладывают на диаграмме точку со значениями D/N и v для данного судна; если она находится выше кривой, то катер лучше, а если ниже - то хуже «средних» катеров, на основании которых построена кривая.

Рис. 25. Диаграмма для приближенного определения потребной мощности, водоизмещения и скорости прогулочных и туристских безреданных глиссирующих катеров.

1 - туристские катера водоизмещением D=0,8-2,0 т со стационарным двигателем; 2 - прогулочные катера водоизмещением D=0,25-0,8 т с подвесным мотором.

Однако такая диаграмма может и ввести в заблуждение, если неизвестно, для каких именно катеров она составлена: больших или малых, с большим или малым водоизмещением, с подвесным или стационарным двигателем. Например, как уже говорилось, наиболее выгодная для катера нагрузка может быть довольно значительно увеличена без особого ущерба для скорости хода; это значит, что для одного и того же катера получатся два разных значения D/N при одной и той же скорости.

На рис. 25 приведены две кривые D/N по v; нижняя относится к малым прогулочным безредан-ным глиссирующим катерам с мощным подвесным мотором, другая - к более тяжелым безреданным туристским глиссирующим катерам со стационарной установкой мощностью 50-100 л. с. Как те, так и другие катера относятся к числу наиболее удачных.

Диаграммами D/N по v можно пользоваться и для ориентировочного определения потребной мощности или для грубой оценки допустимого водоизмещения, если известны мощность и ожидаемая скорость хода.

Пример 4.
1. На катере со стационарной установкой предполагается поставить двигатель мощностью N = 45 л. с.; ориентировочно подсчитанное водоизмещение D = 900 кг. Какую скорость можно ожидать?

Вычисляем

Горизонталь, проведенная из деления 20 вертикальной шкалы, пересекает верхнюю кривую на рис. 25 в точке, соответствующей скорости "хода v = 42 км/час.

2. Предполагается построить безреденный глиссер (мотолодку) с подвесным мотором, обладающий скоростью 30 мм/час; мощность мотора-10 л. с. Каким водоизмещением может обладать наш глиссер?

Из деления 30 горизонтальной шкалы проводим вертикаль до пересечения с нижней кривой; из точки пересечения проводим горизонталь; эта горизонталь совпадает с делением DIN = 32 на вертикальной шкале. Так как N = 10 л. с., то водоизмещение мотолодки может быть около D= 32 x N = 320 кг.

Формула для определения потребной мощности при заданных ширине и водоизмещении глиссера.

Если заданы ширина и водоизмещение безреданного или реданного глиссера обычных обводов, то мощность, потребная для достижения данной скорости хода, может быть определена по следующей формуле:

где С - коэффициент, значение которого определяется по рис. 26 или 27; D - водоизмещение глиссера, т; v - скорость хода, для достижения которой определяется мощность, км/час; В - ширина по скуле или по редану, м.

Пример 5.
Задано:

1. Обводы безреданные.
2. Ширина то скуле В = 1,6 м;
3. Водоизмещение D = 1,1 т;
4. Наибольшая скорость v = 40 км/час.

Решение

1. Для определения значения коэффициента С вычисляем величину

2. По рис. 26 находим, что значению 31,6 соответствует значение С = 0,095.

3. Вычисляем значение

4. Подставляем значения в формул/ для определения мощности:

Эта формула полезна тем, что позволяет в каждом конкретном случае выявить влияние изменения ширины и водоизмещения на потребную мощность.

Следует отметить, что указанная формула предусматривает очень высокий коэффициент полезного действия гребного винта, поэтому получаемые величины мощности следует несколько повышать. Так же поступают и при определении мощности для реданных глиссеров, используя для нахождения неличины С диаграмму на рис. 27.

Рис. 26. Диаграмма для определения коэффициента безреданных глиссеров.

Рис. 27. Диаграмма для определения коэффициента С реданных глиссеров.

Формула для приближенного определения скорости при заданных водоизмещении и мощности двигателя.

Эта формула позволяет, учитывая тип обводов глиссирующего судна, его водоизмещение и мощность, приближенно определить наибольшую достижимую скорость:

где v - наибольшая достижимая скорость хода,
км/час;

D - водоизмещение судна, кг;

N - мощность установленного двигателя, л. с.;

С - коэффициент, имеющий различное значение в зависимости от типа обводов:
для малых прогулочных безреданных глиссеров С=113;

Для однореданных глиссеров С=130;
для трехточечных гоночных глиссеров С=152.

Пример 6.
Прогулочный глиссер, безреданиый, водоизмещением D = 1200 кг. Мощность мотора N = 45 л. с.

Требуется определить наибольшую возможную скорость.

Есть четыре способа увеличить CPU корабля.

Первый - сопроцессоры (Co-processor I )

Четвёртый Liquid Cooled Electronics I , снижающие потребление CPU всем модулям, зависящим от скилла Electronics Upgrades .

Начинать стоит с изучения скилла электроники. Если это не помогло - ставьте модули.
Если и это не спасает - ригуйте корабль.
И только если и это не помогло - ставьте hardwiring (имплантат).

FAQ. Как мне увеличить энергосеть корабля?

Есть четыре способа это сделать.

Первый - модули вроде "звёздочки" (Reactor Control Unit I ) или "лампочки" (Micro auxiliary Power Core I ).

Между этими модулями есть кардинальное различие.

"Звёздочка" повышает выход питания корабля на определённый процент.
"Лампочка" же выдаёт фиксированное количество мегаватт.
На фригаты, общая мощность power grid (энергосети) которых редко превышает 60MW, лучше ставить лампочку.
А вот на кораблях крупнее крейсера от неё уже нет пользы.
Плюс-минус 10MW при общем объёме в сотни ничего не решает.

Четвёртый - риги (модификации корабля) вроде Ancillary Current Router I

Начинать стоит с изучения скилла инженерии. Если это не помогло - ставьте модули.
Если и это не спасает - "ригуйте" корабль.
И только если и это не помогло - ставьте hardwiring (имлантат).
Имплантат и риги - это совсем на крайний случай, если корабль ну очень хороший, и модули хорошие, но не хватает питания.