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 днища 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 й 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 хоlа можно подобрать тип обводов, пользуясь диаграммой (рис. 22). Для этого следует вычислить величину
и величину:
где υ - 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 FB. Положение точки пересечения вертикали и горизонтали укажет тип обводов, при которых можно добиться наилучших результатов.
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 L/B 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 моокет быть расположен на расстоянии х — 2,3 м от транца; ожидаемая скорость хода v = 36 км/час. Вычисляем:
Из деления 0,38 на горизонтальной шкале проводим вертикаль до пересечения с горизонтальной прямой, проведенной из деления 2,59 вертикальной шкалы; точка пересечения этих двух прямых расположена в области реданных обводов.
Вторая диаграмма для выбора типа обводов. 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
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 v будет около Ю м/сек; длину судна назначаем L = 5 м; водоизмещение по первоначальным подсчетам V — 2,5 м3
Значение 2,74 на -нижней шкале соответствует обводам для переходного режима. Отсюда следует, что одна из величин нами выбрана неверно. Допустим, что мы можем уменьшить водоизмещение до V = 2,0 м3; при этом ожидаем, что скорость хода увеличится до 12 м/сек.
Тогда:
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 основании данных, полученных на построена на хороших катерах заводской постройки.
Пример 3. 1. Задавшись мощностью мотора 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 нм/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=80 л. с. υ ≈ 47 км/час; при N = 100 л. с. υ ≈ 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 υ для данного судна; если она находится выше кривой, то катер лучше, а если ниже — то хуже «средних» катеров, на основании которых построена кривая.
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 υ; нижняя относится к малым прогулочным безреданным 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 υ 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 «ода и — 42 км/час.
2. Предполагается построить безреданный глиссер (мотолодку) с подвесным мотором, обладающий скоростью 30 км/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 D/N = 32 на вертикальной шкале. Так как N = 10 л. с., то водоизмещение мотолодки может бьггь около D = 32 · 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:
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 величнны С диаграмму на рис. 27.
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:
Все приведенные выше графики и формулы, являются приближенными; по ним можно получить лишь некоторые «средние» результаты. Поэтому при расчетах необходимо пользоваться всеми имеющимися в нашем распоряжении средствами для уточнения получаемых расчетом данных.
Большую пользу при этом могут принести конкретные сведения о построенных и подобных проектируемому глиссерах (прототипах).