Натурный эксперимент, выполненный авторами, для столь малых судов самостоятельной постройки проведен, по-видимому, впервые. Результаты эксперимента представляются достаточно достоверными, а выводы, сделанные на их основе, — естественными.
Поднимаемая в статье проблема тем более важна, что решение ее непосредственно указывает путь к экономии топлива.
Нельзя забывать и еще об одной особенности транцевых плит, на которой не остановились авторы статьи: при раздельной регулировке они позволяют эффективно управлять не только дифферентом, но и креном. Это особенно важно при ходе катера под углом к ветру, когда судно сносит с курса. Помогает раздельное регулирование и при резких поворотах на большой скорости.
Основные данные катера «Баргузин»
Длина наибольшая, м | 7,0 |
Ширина наибольшая, м | 2,1 |
Высота борта иа миделе, м | 1,1 |
Масса без снаряжения, т | 1,4 |
Грузоподъемность, кг | 450 |
Угол внешней килеватости, град.: | |
на миделе | 14 |
на транце | 6 |
Двигатель «М-21» («Волга»), л. с. | Около 56 |
Скорость при минимальной нагрузке, км/ч | 35 |
Катер «Баргузин» спроектирован и построен нами еще в 1970 г. в основном для дальних туристских походов по Байкалу (см. сборник №35). За восемь коротких сибирских навигаций на нем пройдено около 15000 км; по крайней мере 14 раз мы пересекали Байкал, зачастую — в тумане или штормовых условиях.
Жесткие условия эксплуатации доказали, что катер обладает высокими мореходными качествами и удовлетворительной скоростью при малых нагрузках; однако практически постоянно сказывался такой существенный его недостаток, как недостаточная мощность установленного на нем двигателя. При выходах в сколько-нибудь длительное плавание с большим экипажем и полным запасом горючего и снаряжения скорость падала (с 30—35 км/ч при малой нагрузке до 18, а то и ниже — вплоть до 14—15 км/ч при максимальной), дифферент на корму при этом резко возрастал.
Для уменьшения ходового дифферента при больших нагрузках в 1973 г. на катер были установлены две регулируемые транцевые плиты (ТП) с размахом по 650 мм и шириной 240 мм (ширина составляла 4% длины катера по КВЛ). Каждая плита была закреплена к транцу при помощи двух шарниров. Третьей опорой являлась упорная штанга, нижним концом шарнирно соединенная с центром плиты, а верхним — прикрепляемая к угольнику с отверстиями, приклепанному вертикально к транцу. Перестановка верхнего конца штанги с одного отверстия на другое (соседнее) давала изменение угла наклона ТП на 3°.
Первые испытания работы ТП производились осенью того же года при углах наклона плит до 12°. Действительно, дифферент катера при движении в переходном режиме уменьшался, гасилась кормовая поперечная волна, но заметного прироста скорости не наблюдалось.
В дальнейшем из-за неудобства регулировки угла наклона ТП мы установили их на «нулевой угол», т. е. они работали уже только как продолжение днища.
В следующую навигацию для повышения эффективности установленных ТП мы смонтировали систему механизированного управления ими в более широком диапазоне углов установки — вплоть до 20°. Был установлен электропривод, собранный из списанных деталей электромеханизма УР-7М (от самолета «АН-2»), Поставленный на привод автомобильный датчик уровня бензина БМ-120А давал показания угла наклона плит указателю уровня бензина марки УБ-103, смонтированному на приборном щитке. Здесь же был расположен и тумблер, включающий электродвигатель МУ-101 электропривода на подъем или опускание ТП. Электротахометр и гидродинамический указатель скорости давали полное представление о режиме работы двигателя и наивыгоднейшем угле наклона ТП.
С установкой такой системы регулировка угла наклона ТП при управлении катером стала почти такой же необходимой и привычной операцией, как перекладка руля.
Осенью 1975 г. были проведены испытания, позволившие выявить влияние угла наклона ТП на скорость катера и расход горючего при трех вариантах нагрузки (водоизмещение 1,6; 1,9 и 2,15 т) и центровки. Испытания по второму и третьему вариантам нагрузки проводились с наибольшими перемещениями центра тяжести (ЦТ) в нос и в корму. Мощность двигателя составляла 50 л. с.
Регистрировались дифферент, частота вращения коленвала двигателя, время прохождения мерной дистанции при установившемся режиме движения и местонахождение каждого участника испытаний. Для исключения влияния ветра замеры проводились при проходах в двух противоположных направлениях. При значительных расхождениях во времени прямого и обратного прохода испытания повторялись.
Каждая пара заездов проводилась при отклонении ТП на 0°, 5°, 10°, 15° и 20° от основной линии (ОЛ).
Испытания при первом варианте загрузки (водоизмещение — 1,6 т) показали, что на порожнем катере, идущем в режиме глиссирования, ТП снижают скорость и увеличивают расход горючего.
Скорость катера со средней нагрузкой (водоизмещение — 1,9 т) при носовой центровке и средних углах наклона ТП возрастает на 10%. причем расход топлива увеличивается на 3%. (Считалось, что при полностью открытой дроссельной заслонке и условии, что разница в частоте вращения двигателя не превышает 10%. расход горючего пропорционален частоте вращения.) Наибольший прирост скорости дают ТП при больших углах наклона (15—20°) и кормовой центровке судна: именно благодаря работе ТП катер выходит на режим глиссирования.
Третий вариант испытания соответствовал случаю, когда катер с большой нагрузкой (водоизмещение — 2,15 т; типична кормовая центровка) отправляется в дальний поход. Отклоняя ТП на большие углы, мы получали уменьшение дифферента с 6°30' до 1°30' и повышение скорости с 14,3 до 20,5 км/ч (т. е. на 30%) при увеличении частоты вращения двигателя, а следовательно, и фактического расхода горючего всего лишь на 5%.
При той же нагрузке, но носовой центровке, отклонением ТП дифферент регулировался в пределах от 4°30' до —2°. Любопытно отметить, что когда дифферент становился близким к 0° (или, тем более, — отрицательным), резко ухудшалась управляемость катера: его уваливало — при попутной волне появлялся неприятный крен в наружную сторону поворота. Прирост скорости также составлял 30% при увеличении расхода горючего всего на 3,5%.
Одновременное перемещение ЦТ в нос и наклон ТП дало наибольший эффект: увеличение скорости до 45% при повышении расхода горючего всего на 7%.
Таким образом, проведенные испытания дают основание для следующего вывода: на глиссирующих катерах, на которых мощность двигателя недостаточна для выхода на глиссирование с полной нагрузкой, применение регулируемых транцевых плит обязательно.
В настоящее время в связи с повышением требований к экономичности эксплуатации катеров мы вернулись к результатам проведенных ранее испытаний и представили Их в виде упрошенных графиков, определяющих критерии необходимости установки транцевых плит И рациональное расположение нагрузки, Следует отметить, что все наши выводы сделаны по результатам исследования работы ТП определенного размера на конкретном катере. Возможно, что работа ТП других размеров и при других формах корпуса даст несколько иные результаты, однако следует предполагать, что больших расхождений быть не должно.
В книге IT, Т. Егорова, М. М. Бунькова, Н. Н. Садовникова «Ходкость и мореходность глиссирующих катеров» (изд-во «Судостроение», 1978 г.) приведена методика расчета сопротивления быстроходных катеров с транцевыми плитами. Наклон ТП по этой методике не превышает 9°. В практике же эксплуатации малых катеров переходного режима с ТП иногда применяются и значительно более высокие углы наклона (например, 20° на катере «Стриж»).
Оптимальные размеры транцевых плит можно рассчитать по подъемной силе и шарнирному моменту, применив методику, рассмотренную в упомянутой выше книге или в сборнике №40 (см. также №10).
Прежде Чем начинать расчет эффективности ТП, необходимо уточнить мощность двигателя, веса судна, команды, снаряжения и т. д. Следует, например, учитывать, что, как правило, все стационарные двигатели и подвесные моторы по разным причинам не развивают указанной в паспорте мощности. Для расчетов скорости судов, отправляющихся в туристское плавание, советуем Принимать фактическую мощность Двигателя заниженной на 10—20%; следует также иметь в виду, что фактический расход горючего окажется значительно выше рассчитанного в соответствии с паспортными удельными показателями, но для уменьшенной мощности.
При оценке фактического веса корпуса следует добавлять к указанной в паспорте цифре 10—20% для учета веса краски, грязи и воды под сланями, всевозможных усовершенствований и т. п.
Мы проделали расчет эффективности ТП для мотолодки «Прогресс» при водоизмещениях 700 и 600 кг и установке Моторов «Вихрь» и «Вихрь-25», считая фактическую мощность первого равной 17 л. с. и второго — 23 л. с. (это соответствует удельным нагрузкам 41—35 и 30— 25,5 кг/л, с.). По Нашим данным установка ТП оптимальных размеров дает следующий выигрыш в скорости:
- с «Вихрем»: при D = 700 кг 27,5—38%, при D = 600 кг 15—33,5%;
- с «Вихрем-М»: при D = 700 кг 13—31%, при D = 600 кг — снижение скорости.
Поясним, что большие значения всюду относятся к случаю кормовой центровки, меньшие — носовой.