Тов. Александров просит рекомендовать способ уменьшения угла дифферента на скоростях от 15 до 30 км/час. Отвечает Л. М. Кривоносов.
Дать какие-либо численные рекомендации, не имея точного теоретического чертежа и не зная фактических водоизмещения и центровки судна, трудно и рискованно. Правильное решение может быть найдено, исходя из рассмотрения явлений, вызывающих дифферент быстроходного остроскулого судна.
1. Когда судно стоит, сила его поддержания Д расположена на одной вертикали с ЦТ.
2. На судне с подвесным мотором, идущем с небольшой скоростью (на режиме плавания), упор винта создает момент Му относительно ЦТ, дифферентующий судно на корму. При этом объем корпуса, погруженный в воду, увеличивается в корме и соответственно уменьшается в носу, в связи с чем общая сила поддержания, оставаясь неизменной по величине, перемещается к корме и создает момент Мп, уравновешивающий момент упора (рис. 1).
Строго говоря, сопротивление тоже оказывает влияние на дифферент, но оно так мало, по сравнению с влиянием других сил, что им можно пренебречь.
3. Когда судно идет на переходном режиме, на его днище действует гидродинамическая подъемная сила Г. Отстояние точки приложения этой силы от передней кромки смоченной поверхности днища составляет примерно четверть всей смоченной длины днища. На этом режиме гидродинамическая подъемная сила, растущая одновременно со скоростью хода и расположенная на значительном расстоянии от ЦТ, создает все увеличивающийся со скоростью дифферентующий момент Мr.
Одновременно с гидродинамической подъемной силой на переходном режиме по мере роста скорости растет сопротивление, а следовательно, возрастает упор и его дифферентующий момент. В то же время по мере роста гидродинамической подъемной силы судно всплывает, и сила поддержания уменьшается. Поэтому, прежде чем возникнет момент силы поддержания Мп, способный уравновесить большой сум-суммарный дифферентующий момент Мг + Му, судно приобретет большой и растущий со скоростью дифферент (рис. 2).
Когда судно достигает скорости υ, на которой сопротивление R имеет наибольшее значение, упор и его дифферентующий момент также достигают максимума, поэтому горбу кривой сопротивления всегда соответствует горб кривой углов дифферента (рис. 3).
Напомним, что гидростатическая сила поддержания судна на переходном режиме глиссирования определяется объемом клина ОАБ, расположенного под уровнем спокойной воды, минус объем воды в клине ОВГ, поднятом над уровнем воды (рис. 4).
4. Когда с дальнейшим ростом скорости гидродинамическая подъемная сила, возрастая, заставляет судно значительно всплыть, длина смоченной поверхности днища уменьшается настолько, что точка приложения подъемной силы приближается вплотную к ЦТ, отчего дифферентующий момент этой силы исчезает. На этом режиме (режиме глиссирования) моментом, дифферентующим на корму, остается лишь момент упора; а так как на некотором участке скоростей, следующих за «скоростью горба», сопротивление либо падает, либо остается неизменным, то упор и его дифферентующий момент также либо падают, либо остаются неизменными. Хотя гидростатическая сила поддержания на этих скоростях и не велика, ее достаточно, чтобы уравновесить уменьшающийся дифферентующий момент; поэтому на этом участке скоростей углы дифферента уменьшаются.
5. При дальнейшем увеличении скорости хода сопротивление, упор и дифферентующий на корму моменты вновь возрастают. Однако на этих скоростях точка приложения гидродинамической подъемной силы, перемещающаяся благодаря всплыванию судна к корме, оказывается расположенной в корму от ЦТ (рис. 5). При таком расположении этой силы на судно действует больший момент, дифферентующий судно на но с, в связи с чем углы дифферента с увеличением скорости падают, несмотря на то, что гидростатическая подъемная сила поддержания и ее момент очень малы.
Если на переходном режиме дифферентующий момент по какой-либо причине внезапно изменяется (например, от удара днища о волну), то гидростатическая сила поддержания, плавно изменяющаяся пропорционально углу дифферента, принимает на себя роль амортизатора. Благодаря этому изменения углов дифферента на этом режиме имеют характер килевой качки.
На больших же скоростях глиссирования, когда сила поддержания и углы Дифферента очень малы, даже небольшое изменение дифферентующего момента вызывает резкое изменение величины и положения гидродинамической подъемной силы, отчего изменение углов дифферента на этом режиме носит характер тряски.
Из приведенного рассмотрения видно, что для уменьшения дифферента на переходном режиме надо:
- уменьшать момент гидродинамической подъемной силы;
- увеличивать момент гидростатической силы поддержания;
- уменьшать момент упора.
Уменьшать дифферентующий момент гидродинамической подъемной силы целесообразно лишь смещением точки приложения этой силы в корму. Этого можно достичь отгибом кормовой части днища вниз (рис. 6). Как показывают опыты с глиссирующими пластинами, гидродинамическое давление (рис. 7, а) на пластине, продольно изогнутой по радиусу R, несколько больше и распределено более равномерно, чем на прямолинейной пластине (рис. 7, б).
Такой отгиб на уже построенном судне можнр осуществить в виде постоянной клинообразной наделки (клина) К, прикрепляемой к кормовой части днища (рис. 8). Угол клина не следует делать более 1° с тем, чтобы после опробования его можно было увеличить; толщина клина у основания должна быть 15— 20 мм в зависимости от длины судна и обводов днища. Слишком крутой отгиб может на больших скоростях хода существенно изменить углы атаки днища в невыгодную сторону и явиться причиной уменьшения скорости и появления тряски кормы.
Более эффективным средством является установка отогнутого книзу продолжения днища за транцем. Это средство смещает в корму одновременно точки приложения гидродинамической и гидростатической сил. Такую транцевую плиту (рис. 9) лучше соединить с днищем шарнирно и фиксировать при помощи регулируемого крепления типа талрепов (тендеров) для возможности опытного определения оптимального угла ее установки, который может быть различным в зависимости от нагрузки и скорости хода судна.
За границей несколько фирм выпускают аналогичного назначения устройства с электромеханическим или гидравлическим приводом, позволяющим регулировать угол отклонения транцевых плит на ходу судна, Регулируемые транцевые плиты могут выполняться двойными разрезными (рис. 10).
При этом, кроме своего основного назначения — создавать наивыгоднейший угол дифферента при различных нагрузках судна, устройство это используется и при крутых поворотах или при других обстоятельствах, когда возникает необходимость уменьшить крен судна; водитель опускает левую или правую часть транцевой плиты и тем самым создает момент, выравнивающий крен.
Для уменьшения углов дифферента могут служить и другие сходные устройства, например, короткие пластины или подводные крылышки, устанавливаемые с бортов в корме и убирающиеся при помощи простого шарнирного механизма.