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.

Плоскокилеватое 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.

Плоскокилеватое днище лишено главнейших недостатков плоского, однако с увеличением килеватости 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 плоскокилеватое, поэтому его сопротивление может быть рассчитано лишь весьма приближенно. Постройка катера с изогнуто-килеватым днищем также значительно труднее.


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.

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.

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 if 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.

Реданные глиссеры при одинаковых условиях нагрузки на режиме чистого глиссирования, как правило, имеют меньшее сопротивление, чем безреданные, 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.

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 омыванию 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.

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.

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.

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.


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 щарпи.

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.