Гидродинамические исследования двухрежимных обводов

В опытовом бассейне на модели были испытаны новые глиссирующие кормовые обводы с двойной скулой. Результаты подтвердились и испытаниями опытной моторной лодки «Москвичка». Корпус этой лодки в кормовой части, примерно от мидель-шпангоута до транца, имеет верхнюю и нижнюю скулы, причем ширина корпуса по нижней скуле постепенно уменьшается к транцу, а по верхней скуле она больше, чем по нижней.

При движении в режиме плавания и переходном к глиссированию кормовая часть корпуса как бы опирается на воду всей своей шириной, включая участок от нижних до верхних скул. При глиссировании с большими скоростями происходит отрыв потока от нижних скул, а участки между нижней и верхней скулами выходят из воды. Благодаря меньшей ширине смоченной поверхности при глиссировании увеличивается угол ходового дифферента и уменьшается смоченная поверхность днища, в результате чего снижается буксировочное сопротивление воды движению мотолодки.

Двухскуловые обводы позволяю-получить более вместительный корпус, так как ширина по верхней скуле у транца почти такая же, как и па мидель-шпангоуте. Большая ширина корневой части лодки увеличивает также ее поперечную остойчивость.

Познакомился с результатами буксировочных испытаний в опытовом бассейне модели мотолодки, изготовленной в масштабе 1:2 натурной величины. Модель была изготовлена из пенопласта, днище покрыто парафином и было технически гладким. Испытания проводились на спокойной воде и при движении против волны. На спокойной воде измерялись буксировочное сопротивление w, углы дифферента φ, осадки носа и траппа. Буксировочное качество модели оценивалось коэффициентом К=Δ/W. где Δ — весовое водоизмещение модели¹.



При испытаниях на волне измерялись, кроме усредненного буксировочного сопротивления, динамические перегрузки а в районе центра тяжести. Высота волны определялась волномерным ножом, Основные данные модели и натурной лодки приведены в табл. 1.

Наблюдения за обтеканием модели при движении с различными характерными скоростями показали, что при скоростях v=3,5 м/с и 4 м/с, соответствующих району горба кривой буксировочного сопротивления, происходит обтекание кормовой части корпуса по всей ширине и даже частичное замывание бортов, а при глиссировании со скоростью v=4,5 м/с и выше происходит отрыв потока от нижних скул. Такое обтекание является характерным для всех испытанных нагрузок и центровок (табл. 2), В испытанном диапазоне скоростей движение модели на спокойной воде устойчиво, струи отходят от скул с брызгоотражателями в стороны и на палубу не попадают, включая и район траппа.

Для сопоставления гидродинамических буксировочных характеристик модели с двухскуловыми и модели с традиционными кормовыми обводами (с одной скулой) были проведены испытания модели с широкой, а также с узкой кормой.

Модель с расширенной кормой (В_тр=0,666 м) была получена за счет вставок из пенопласта, закрепленных между верхними и нижними скулами.

Модель с суженной кормой получилась за счет подрезки бортов кормовой части до ширины, соответствующей нижней скуле двухскуловой модели. На обеих моделях были установлены брызгоотражатели шириною 15 мм. Отношение ширины днища по транцу к ширине по миделю В_тр/В_мид=0,8 для модели с узкой кормой и 0,94 для модели с широкой кормой.


Как показали результаты испытаний на спокойной воде, модель с широкой кормой имеет преимущество перед моделью с узкой кормой в районе горба кривой буксировочного сопротивления, по при глиссировании с большими скоростями сопротивление широкого днища оказывается более высоким. Буксировочное сопротивление модели с двухскуловыми обводами благодаря движению на полной ширине кормы оказывается близким к сопротивлению модели с расширенной кормой в районе скорости, соответствующей горбу. При глиссировании на нижней скуле при больших скоростях ее сопротивление близко к значениям w модели с узкой кормой.

Таким образом, двухскуловая модель на основных режимах движения совмещает в себе положительные качества лодок с расширенной и узкой кормой.

Отметим достаточно высокое буксировочное качество К≈6 модели при v=7 м/с, соответствующей скорости v_п≈36 км/ч полностью нагруженной (Δ_п=600 кг) моторной лодки.

С увеличением скорости от 7 до 8 м/с происходит значительный рост буксировочного сопротивления, что объясняется снижением ходового дифферента.

Для движения против волны высотою h=0,125 м (h_н=0,25 м для натуры) и длиною λ=2,5 м (λ_н=5.0 м) характерны отсутствие заливания и забрызгивания палубы во всем диапазоне скоростей от 2 до 8 м/с (41 км/ч для натуры), небольшие размахи вертикальных колебаний носа и кормы. Следует отметить, что обтекание двухскуловой кормы при движении па волне сходно с ее обтеканием на спокойной воде. Буксировочное сопротивление на волне оказывается выше его значений па спокойной воде при глиссировании со скоростью около 8 м/с примерно на 10%.


Испытанная модель с двухскуловыми обводами имеет, вследствие применения заостренных носовых обводов с большой килеватостью днища, значительно меньшие перегрузки в районе центра тяжести, чем модель 6903 серийной «Казанки» с малой килеватостью носовых шпангоутов.

Как уже отмечалось, буксировочное сопротивление модели при глиссировании с большими скоростями существенно возрастает за счет погружения в воду киля носовой части корпуса, Это происходит вследствие увеличения момента гидродинамических сил, действующих в кормовой части глиссирующего днища. Чтобы снизить гидродинамическое давление в кормовой части, был сделан подъем днища вблизи транца па двухскуловой модели. Это должно было привести к увеличению угла дифферента и уменьшению осадки носа и, как следствие, к снижению буксировочного сопротивления.

На днище у транца был срезан клин, причем профиль клина по всем батоксам имел треугольную форму высотою 15 мм на транце и пулевую высоту па расстоянии 1000 мм от транца. Это было сделано и на площадке между нижней и верхней скулами. Благодаря полученному отгибу днища кверху удалось снизить буксировочное сопротивление при глиссировании па скоростях выше 6,5 м/с. Так, при v=8 м/с (v_н=41 км/ч для натуры) сопротивление снизилось больше чем на 10%. Однако на меньших скоростях глиссирования и в районе горба кривой w отгиб кормы кверху приводит к росту сопротивления. Таким образом, применение отгиба кверху может быть рекомендовано, если только имеется достаточный запас тяги гребного винта для преодоления горба сопротивления.

Примечания

1. Результаты испытаний мотели можно пересчитать на натуру по известному методу Фруда. Скорость лодки v_н=√m·v, где I/m — масштаб модели. Дифферент лодки φ_н=φ, водоизмещение Δ_н=m³·Δ. Буксировочное сопротивление лодки в первом приближении можно определить (см. сборник №38) по формуле w_н=m·w.