Совершенствование мотолодок с обводами типа «Морской нож»

О апреле 1981 г. исполнилось ровно десять лет с того момента, когда коснулся воды самый первый «Морской нож», сконструированный и построенный авиационным инженером, летчиком и моряком Питером Пейном (см. сборники №38, №59, №74, №78). Дальнейшая история «Ножа» — еще одно доказательство тому, что даже самое многообещающее изобретение далеко не сразу завоевывает общественное признание, что любая новинка требует кропотливой доводки.

В докладе, прочитанном П. Пейном на совместной конференции американских обществ авиационных и корабельных инженеров, проходившей в октябре 1979 г. в Балтиморе, автор заявил, что за последние годы не было существенного развития самой идеи «Морского ножа», а усилия автора были направлены на улучшение ходовых качеств и стартовых свойств суперкритического глиссирующего корпуса, на исследование вопросов движения на волнении, и, наконец, на поиск путей реализации идеи в реальных конструкциях коммерческих и боевых катеров.

По-прежнему Пейн не находит полной поддержки со стороны правительственных организаций; большинство исследований и практических шагов он вынужден делать с помощью созданной им самим фирмы «Пейн инкорпорейтед».

Чтобы накопить экспериментальные данные для постройки полноразмерных «ножей» в будущем, Пейн провел длительные модельные испытания в опытовом бассейне Военно-морской академии США в Аннаполисе.

Масштабная модель длиной 60,5 см (без кормовой наделки) весила 1,22 кг, что соответствовало полноразмерному «ножу» длиной 6,63 м и массой 1612 кг. Испытания проводились как на тихой воде, так и на волнении. Полученные результаты еще раз подтвердили, что суперкритический корпус на волне идет тем «комфортабельнее», чем выше частота встречи с волной; резонансные частоты килевой и вертикальной качки «ножа» оказываются значительно ниже этой частоты. Другими словами, перегрузки, испытываемые быстроходным «ножом», должны быть существенно ниже, чем при ударах на волне лучших глиссирующих корпусов.


Однако Пейн проводил испытания на регулярном синусоидальном волнении, когда длина волн равнялась одной и двум длинам корпуса, а крутизна склона волны составляла около 1/20. На практике же крутизна склона волны нередко оказывается намного выше. И это особенно ощутимо для 6-метрового катера, у которого в условиях реального волнения прирост сопротивления, а также величины вертикальных и продольных ускорений могут быть значительно выше полученных в бассейне.

В экспериментальном центре Адмиралтейства (Англия) были проведены сравнительные испытания «Морского ножа» и близкого по характеристикам катера с обводами глубокое V «Эвенджер» — одного из лучших катеров, спроектированных известным конструктором океанских гоночных судов Доном Шедом. Под водительскими креслами обоих катеров были установлены специальные приборы для измерения величины вертикальных ускорений — акселерометры. При этом кресло водителя «Морского ножа» располагалось почти вдвое дальше в нос от ЦТ, чем на «Эвенджере», хотя известно, что для обычного глиссирующего катера ускорения в носу в несколько раз больше, чем в районе ЦТ. И даже несмотря на это перегрузки на волне у «Морского ножа» были «драматически» лучше, чем у «Эвенджера». Любопытно, что теория давала результаты, отличающиеся от реальных всего на 10%. Интересны результаты сравнительной записи вертикальных ускорений в течение 10 мин при ходе против волн высотой 0,3—0,46 м этих двух катеров; в пересчете эти данные представлены в табл. 1.

«Морской нож», обводы которого рассчитаны на самые высокие скорости движения в бурном море, конечно, и не мог обладать оптимальными характеристиками во всем диапазоне скоростей. И действительно, его кривая буксировочного сопротивления имеет характерный горб; другими словами, на малых скоростях движения и в момент выхода на глиссирование «нож» обладает чрезмерно большим сопротивлением, требующим значительного запаса мощности для выхода на глиссирование.

Наблюдая из иллюминатора современного реактивного самолета за превращениями его плоскостей при взлете, наборе высоты или посадке, мы давно уже не удивляемся.


Мы понимаем, что в широком диапазоне скоростей, которые последовательно проходит самолет от момента разгона и отрыва от дорожки и до момента приземления, не может быть одной неизменной оптимальной формы плоскостей. Питер Пейн, используя авиационный опыт, пришел к выводу, что и его высокоскоростному «ножу» не обойтись без элементов изменяемой геометрии несущей плоскости — днища. Подобные элементы должны уменьшить сопротивление на малых скоростях и облегчить выход на глиссирование, задерживающийся из-за неоптимальной для этих скоростей формы кормовой части корпуса. Это даст возможность уменьшить мощность и вес двигателей, снизится расход топлива, судно будет преодолевать горб сопротивления быстро и с меньшим дифферентом, станет более приемистым (это особенно заботило представителей ВМС, которые предъявляют повышенные требования ко всему комплексу стартовых характеристик).

Первая попытка была основана на том, чтобы позаимствовать идею у той же авиации. У летающих лодок, поднимающихся с воды, поперечный редан имел характерную форму, примененную с целью уменьшения аэродинамического сопротивления во время полета. На этом пути конструктора ждала неудача. Если летающая лодка после разбега неизменно от воды отрывалась, то у «Морского ножа», имеющего похожие обводы кормовой оконечности, поток воды не отделялся, происходило как бы его «прилипание» к кормовой наделке; это вызывало появление большой подсасывающей силы с увеличением осадки кормой на ходу.

Следующая идея Пейна заключалась в установке жесткого обтекателя кормового редана. С увеличением скорости такой обтекатель, шарнирно закрепленный у кормового среза редана, мог бы втягиваться внутрь корпуса и убираться в специальную нишу. Такой обтекатель, убирающийся, когда он становился ненужным, установили и испытали. При убирании его между обтекателем и задней кромкой редана неизменно оставался зазор, создававший дополнительное сопротивление воды. Разработали другую конструкцию жесткого обтекателя, скользящего при втягивании по круговой траектории. Эта мера вредное сопротивление уменьшила, но и она не оказалась идеальной. Обе конструкции имели общий недостаток: пространство, которое занимали убранные обтекатели, оставалось «мертвым». Была предпринята попытка использовать обтекатели в качестве топливных баков, но это вызвало лавину мелких конструктивных трудностей.


Следующий вариант обтекателя был композитным: три большие жесткие панели, связанные мягкой оболочкой. На малых скоростях такой обтекатель надувался до рабочего положения сжатым воздухом, а при выходе на режим за счет разрежения терял объем и втягивался в корпус.

Другая аналогичная надувная конструкция была уже полностью мягкой»— выполненной из специальной прорезиненной ткани. (Технология изготовления материала и оболочек уже была отработана при создании ограждений воздушной подушки аппаратов фирмы «Белл Аэроспейс АСВ»).

Судя по всему работы по созданию этих стартовых систем пока не завершены.

Наряду с эскизной проработкой проектов боевых патрульных катеров Пейн занят отработкой оптимальных обводов серийной прогулочной мотолодки, которая при водоизмещении более 600 кг с 20-сильным двигателем могла бы глиссировать со скоростью 30 уз. Известно, что П. Пейн получил патент на летающую лодку с фюзеляжем, имеющим обводы «Морского ножа»; запатентовал он и оригинальное парусное судно-тримаран, которое «опирается» на те же «Морские ножи».

Было бы просто удивительным, если бы изобретатель не попробовал создать на базе «ножа» катер неограниченного класса для океанских гонок. Такой катер уже построен. И мы имеем возможность процитировать письмо конструктора в редакцию, в котором он сообщает некоторые подробности проекта гоночного «Морского ножа».

Катер спущен на воду в самом конце 1980 г. Длина его — 10,4 м; полный вес с тремя членами экипажа и 2 тыс. л топлива — 5 т. Катер оснащен двумя бензиновыми двигателями (рабочий объем цилиндров 8200 см3) с приводом на частично-погруженные гребные винты. Конструктор считает, что новый «Морской нож» способен поддерживать в морских условиях скорость 160 км/ч, причем его супер-критический корпус, пронзая встречные волны, и на таких скоростях еще не будет стремиться приподнимать нос.


Корпус — композитный. Верхняя его часть сделана из «Белкобальзы» — нового многослойного материала из фанеры, стеклопластика и бальзы, разработанного фирмой «Балтэк Корп.» Борта толщиной 3,8 см имеют два слоя морской фанеры и бальзовый наполнитель. Обшивка днища представляет собой мощную пластину из двух стальных листов толщиной 6 мм с 50-миллиметровым наполнителем из еловой фанеры. Носовой и кормовой транцы вырезаны из 63-миллиметровых панелей, состоящих из алюминиевых листов с еловым наполнителем.

Редан на этом катере несколько ниже, чем на ранее построенном «ноже», и сдвинут вперед до положения вблизи ЦТ. Это вызвано необходимостью вентиляции редана встречным потоком воздуха, чтобы избежать подсасывающей нагрузки на редан, которая теоретически оценивается довольно внушительной цифрой — более 1000 кгс.

Для регулировки дифферента применено управляемое вентилируемое подводное крыло, установленное на нижнем конце пера руля. Сам руль (сварной металлический) сделан пустотелым, чтобы обеспечить свободный подвод воздуха к этому крылу.

Предметом особой заботы конструктора является устойчивость движения. На скоростях свыше 70 уз теоретически возможно появление продольной неустойчивости. Во время серии испытаний предстоит проверить обоснованность этого предположения, а возможно и устранять эту неустойчивость одним из известных способов.

Возможно, на старт очередных океанских гонок нового сезона выйдет и этот новый катер Питера Пейна. Тогда, очевидно, «катерный мир» сможет узнать новые подробности интересного проекта, оценить катер в открытом море.