Публикации в «КиЯ» №38, №74 и №78, посвященные принципиально новым обводам глиссирующего корпуса типа «Морской нож», заинтересовали многих наших спортсменов, работников спасательной службы. Ведь результаты первых опытов, которые провели изобретатель обводов Питер Пейн и энтузиасты водно-моторного спорта, были весьма обнадеживающими. Они сулили решение проблемы, над которой судостроители интенсивно работают в последние годы: создание быстроходного глиссирующего судна, способного поддерживать высокую скорость на волнении без сильных ударных перегрузок и независимо от курса по отношению к направлению бега волн. Наконец-то появилась реальная перспектива построить всепогодный спасательный катер или гоночную мотолодку для маршрутных гонок в открытых водохранилищах!
Основные данные модели
| Водоизмещение полное, включая водителя и экспериментатора, т | 1,3 |
| Длина наибольшая, м | 6,3 |
| Ширина наибольшая, м | 2,2 |
| Длина гидролыжи, м | 3,9 |
| Ширина гидролыжи в корме, м | 1,0 |
| Угол установки гидролыжи относительно ватерлинии на плаву, град. | 1,5 |
| Угол установки реверсоров относительно плоскости днища, град. | 2 |
В 1977 г. под руководством известного водномоторника В. Вейнберга была построена и испытана в натурных условиях малая самоходная модель «Морского ножа» длиной 4 м с 30-сильным подвесным мотором. О результатах испытаний рассказывалось в «КиЯ» №74. В основном режиме — глиссирования со «сверхкритической» скоростью, превышающей скорость бега волн, — подтвердились высокие ходовые качества и комфортабельность судна при плавании на волне. В то же время выявились и недостатки судна с новыми обводами. Узкий корпус обладал низкой начальной остойчивостью — был валким при стоянке и плавании с небольшой скоростью. При выходе на глиссирование кривая сопротивления воды имела относительно высокий «горб», что требовало значительного запаса мощности двигателя.
В дальнейшем при отработке обводов на буксируемых моделях в опытных бассейнах удалось снизить сопротивление воды в районе «горба» благодаря замене плоского кормового среза подводной части корпуса плавными обводами ватерлиний. В носовой оконечности добавили дополнительные элементы плавучести — спонсоны, которые повысили остойчивость на стоянке и при плавании с малой скоростью, а в основном режиме движения полностью выходили из воды. С такими обводами в 1982 г. была построена большая самоходная модель длиной 6,3 м с автомобильным двигателем мощностью 85 л. с. (рис. 1).
Еще одно изменение обводов по сравнению с оригинальной моделью П. Пейна — на днище появился туннель, в который был углублен гребной винт для уменьшения габаритной осадки катера. На бортах установлены развитые брызгоотбойники-реверсоры, преобразующие энергию поднимающихся вдоль бортов струй воды в дополнительную подъемную силу и уменьшающие смоченную поверхность корпуса (рис. 2).
Корпус модели был изготовлен из алюминиевых сплавов; толщина обшивки бортов и палубы — 2,5 мм, днища 6 мм. Благодаря обводам с малым радиусом изгиба жесткость бортов оказалась достаточной без установки набора.
Модель была оснащена регулируемыми на ходу транцевыми плитами. С их помощью водитель имел возможность поддерживать оптимальный для данных условий (высота и длина волны, курс катера относительно нее, скорость и т. п.) угол атаки глиссирующей гидролыжи.
Запас топлива 40 л обеспечивал непрерывную работу двигателя в течение 2,5 часов.
Осенью 1982 г катер вышел на испытания в Невскую губу под Ленинградом. Изменяя величину статической нагрузки СΔ = D/b3 (D — водоизмещение, м3, b — ширина гидролыжи, м) и положение центра тяжести по длине корпуса, испытатели добились достижения максимальной скорости 57 км/ч (на тихой воде) При этом центровка модели xg = xg/l (xg — отстояние центра тяжести от транца, м; l — длина гидролыжи, м) составила 0,64. Гребной винт использовался от пассажирского катера «Стрела» на подводных крыльях пр. 343.
Результаты скоростных испытаний модели представлены на рис. 3 в виде зависимости обратного качества ε = Rk/D (Rk — сопротивление воды движению модели, кгс; D — полный вес модели, кг) от относительной скорости FrD. Благодаря измененным обводам кормовой части максимум сопротивления — «горб»- существенно снижен по сравнению с малой моделью «Морского ножа», испытанной В. Вейнбергом. Обратное качество в пределах нагрузок СΔ = 1÷1,3 колеблется от ε = 0,21 до ε = 0,24. При скоростях FrD = 3—3,6 сопротивление «Морского ножа» близко к таковому у глиссирующих катеров с традиционными плоскокилеватыми обводами (ε = 0,135—0,150). Затем сопротивление резко возрастает, образуя второй «горб» при скоростях FrD = 3,8—4,5. Это связано с взаимодействием брызговых струй с корпусом: вторичная брызговая пелена, отраженная от зеркала воды, замывает кормовую верхнюю часть корпуса. При дальнейшем повышении скорости замываемая водой область смещается в корму, а затем брызговая пелена оказывается за пределами корпуса, начинается интенсивный срыв потока с бортов на реверсорах. Вследствие этого при FrD>4,5 значение ε падает.
На рис. 3 для сравнения приведены полученные на основе экстраполяции кривые обратного качества для моделей катеров серии БК. Сравнение свидетельствует о преимуществе судна с обводами «Морского ножа» уже при скорости FrD≈2,8. Наиболее сильно это преимущество проявляется при FrD>4,5. Иными словами. «Морской нож» при равной мощности двигателя может развить более высокую скорость, чем катера с обычными обводами.
После завершения ходовых испытаний на борту модели была установлена измерительная аппаратура, которая позволяла регистрировать параметры качки (углы крена θ и дифферента φ), вертикальные ускорения фиксировались в районе центра тяжести и носовой оконечности.
Все перечисленные параметры синхронно регистрировались на магнитоэлектрический осциллограф К20-22. Высота волны в районе испытаний определялась с помощью волномерного буя.
Обработав осциллографические записи, испытатели определили средние и максимальные значения размахов и полупериодов качки, средних и максимальных значений амплитуд ускорений и среднего значения скорости хода на каждом галсе (курсе судна относительно волны).
В процессе мореходных испытаний модель трижды выходила на волну высотой 0,25, 0,50 и 0,75 м1. Выполнялись галсы с различными курсовыми углами к волне в диапазоне от 0 до 180 (при 0° — движение прямо против волны; 180° движение по волне). Частота вращения двигателя на всех режимах поддерживалась равной 2600 об/мин, что соответствовало скорости хода на тихой воде около 13 м/с (47 км/ч).
При оценке результатов испытаний нужно учитывать, что строителям модели не удалось получить оптимальных величин некоторых параметров, которые позволили бы «Морскому ножу» в полной мере проявить свои мореходные качества. Так, вследствие оснащения модели носовыми спонсонами и размещения части тяжелого оборудования и измерительной аппаратуры в нос от миделя центр тяжести судна оказался смещенным в нос относительно оптимального для «сверхкритического» корпуса положения. Гидродинамические силы на транцевых плитах оказались недостаточными для того, чтобы эффективно управлять ходовым дифферентом. Увеличился продольный момент инерции модели и частота ее собственных колебаний относительно поперечной оси (по дифференту). Движительная установка не имела достаточного запаса мощности.
В процессе разгона модели до выхода ее на режим глиссирования при высоте волны
волна захлестывала палубу, а при высоте 0,75 вода иногда попадала в кокпит. В режиме глиссирования «Морской нож» обладает мягким ходом, перегрузки ударного характера отсутствовали, качка, особенно бортовая, отличалась плавностью. Модель обладала хорошими маневренны ми качествами, при поворотах наблюдался небольшой внутренний крен.
Для иллюстрации результатов мореходных испытаний на волне на рис. 4 приводятся зависимости размахов килевой (φ) и бортовой (θ) качки от курсового угла. Максимальные размахи киле вой качки 13,5° «Морской нож» испытывал при движении на попутном волнении. На встречном волнении килевая качка уменьшалась примерно вдвое и становилась более порывистой. Это можно объяснить тем, что собственная частота продольных колебаний модели и частота встречи с волной становились близки между собой, а отсутствие запаса мощности двигательной установки не позволяло увеличить скорость хода с целью выхода из резонансной области.
Средняя величина размахов продольной качки составила 2,5° при ходе против волны и 5° при попутной волне. При волне высотой 0,75 размах килевой качки не превышает 7°. Наибольшие размахи бортовой качки наблюдались при движении лагом к волне: на волне высотой 0,5 размахи достигали 14°, а на волне высотой 0,75 не превышали 20°.
Испытания показали, что величина вертикальных ускорений сравнительно мало зависит от направления движения модели по отношению к волне. При высоте волны 0,75 максимальные вертикальные ускорения в районе центра тяжести составили 0,8 g (g = 9,8 м/с2 ускорение свободного падения), в носовой оконечности — 0,9 g (рис. 5). С ростом высоты волны ускорения возрастают практически но линейному закону.
Если пересчитать полученные результаты испытаний модели по законам подобия, то приведенные выше параметры качки и ускорений будут соответствовать движению «Морского ножа» водоизмещением 100 т со скоростью 75 км/ч при 4—5-балльном волнении (высота волны 3%-ной обеспеченности 2,3 м).
Результаты испытаний модели показали, что падение скорости «Морского ножа» при плавании на волнении по сравнению со скоростью на тихой воде незначительно и слабо зависит от курса судна относительно волны и ее высоты (рис. 6). При движении на попутных курсовых углах некоторое снижение скорости с ростом высоты волны вызвано усилением продольной качки и невозможностью ввиду ограниченной мощности двигателя повысить скорость хода для ликвидации резонансных явлений. Если опять распространить результаты испытаний на «Морской нож» водоизмещением 100 т, то при 5-балльном волнении он сможет развивать скорость, равную 70—85 % скорости на тихой воде.
Испытатели убедились в том, что реверсоры являются эффективным средством обеспечения поперечной остойчивости судна на ходу.
Заливаемость и забрызгиваемость палубы и кокпита в основном режиме движения (n = 2600 об/мин) практически на наблюдались.
Проведенные испытания модели позволяют сделать вывод о перспективности обводов типа «Морской нож» для создания быстроходных, всепогодных спасательных катеров, катеров для обслуживания соревнований по парусному спорту, различного рода разъездных судов, от которых требуется сочетание повышенной мореходности с высокими ходовыми качествами. В то же время не следует упускать из внимания, что качества «Морского ножа» достижимы лишь при сравнительно высокой удельной мощности движитель-ной установки (отношение мощности к водоизмещению). Можно отметить, что на испытанной модели для обеспечения скорости на тихой воде 50 км/ч и на волнении около 40 км/ч требуется такая же удельная мощность, что и для судна на воздушной подушке. А для обеспечения скорости 75 км/ч на волне высотой 2,3 м 100-тонному катеру, который мы использовали для иллюстрации, потребуется энергетическая установка мощностью около 13000 л. с.
Примечания
1. Характеристикой волнения является высота волны трехпроцентной обеспеченности то есть такая высота, превысить которую могут не более трех волн из ста зарегистрированных приборами.
В дальнейшем речь идет о безразмерной характеристике волнения относительной высоте волны
где Нв — высота волны 3%-ной обеспеченности. D — водоизмещение судна. Эта характеристика позволяет пересчитать высоту волны, на которой испытывалась модель, для условий натурного судна с большим водоизмещением. Прим. ред.