Скорость хода и мощность двигателя катера на подводных крыльях

Согласно рис. 1, приведенному в статье «Гидродинамический расчет подводных крыльев» («КиЯ» №9, 1967 г.). катер на подводных крыльях при водоизмещении 750 кг с мотором мощностью 30 л. с. может развить скорость 70 км/ч. А по диаграмме В. В. Вейнберга («КиЯ» №27) скорость 70 км/ч при мощности двигателя 30 л. с. достижима для катера водоизмещением всего 500 кг. Помогите разобраться.

И вообще мне кажется, что катера на подводных крыльях до сих пор устойчиво не ходят. Хотелось бы видеть в журнале статью с теоретическим расчетом крыльев, сделанных по схеме Р. Е. Алексеева для «Метеора», «Ракеты», «Волги» и т. д. (с двухэтажными крыльями).

Столь суровая оценка, данная вами катерам на подводных крыльях (КПК), представляется совершенно не обоснованной.

Как известно, при установке подводных крыльев на катерах и моторных лодках, когда корпус судна при движении полностью отрывается от воды, его скорость значительно возрастает без дополнительных затрат мощности двигателя. Это происходит как на тихой воде, так и на волнении. Одновременно уменьшаются перегрузки, возникающие при ударах корпуса о волны, улучшаются условия обитаемости для экипажа и пассажиров катера. Установка крыльев позволяет также получить экономию топлива.

Эти преимущества крылатых катеров и послужили причиной их бурного развития во всем мире, особенно в Советском Союзе, где помимо относительно крупных СПК типа «Ракета», «Метеор», «Комета» и др. построены также серии малых КПК «Волга» (1,9 т) и «Невка» (6,0 т). Кроме того, созданы эффективные крыльевые схемы для различных моторных лодок типа «Казанка», «Прогресс» и др. И хотя почти все проблемы, связанные с проектированием и изготовлением крыльев, принципиально уже решены, тем не менее при создании конкретного крыльевого устройства для какого-либо катера возникает немало проблем. В связи с этим в «КиЯ» регулярно публикуются материалы с рекомендациями по выбору элементов и изготовлению крыльевых устройств, приводятся подробные схемы и чертежи крыльев, разработанных судостроителями-любителями для своих катеров и мотолодок (см. «КиЯ» №1, №3, №9, №26, №34, №50, №57, №62, №83, №106 и др.). В большинстве случаев эффект в установке ПК выражался в определенном повышении скорости хода, грузоподъемности, мореходности и экономичности эксплуатации. Благодаря этому интерес к подводным крыльям до сих пор не ослабевает.


Однако иногда установка подводных крыльев не дает положительного эффекта. Основными причинами неудач, как правило, являются следующие.

1. Неправильный выбор схемы или отдельных элементов крыльевого устройства, вследствие чего площадь крыльев их профилировка или коэффициент подъемной силы Су не соответствуют соотношениям скорости хода, водоизмещения катера или располагаемой мощности двигателя.

2. Низкое качество изготовления крыльев (отсутствие полировки поверхности, плохая обтекаемость узлов сопряжения крыльевых элементов и т. п.), что приводит к повышению сопротивления воды.

3. Недостаточная проверка на ходовых испытаниях оптимальности выбранных углов атаки крыльев с учетом реальных значений ходового дифферента катера и погружения крыльев, а также несогласованность элементов гребного винта с характеристиками установленного на катере двигателя.

Решающее значение имеет угол атаки ПК. Если угол атаки хотя бы одного из ПК будет меньше оптимального, то меньше будет и гидродинамическая подъемная сила, возникающая на нем. Судно с трудом будет преодолевать «горб» кривой сопротивления и может даже не выйти на крылья. Если же углы атаки будут превышать требуемые, то КПК будет преждевременно выходить на крылья, а на высокой скорости движения погружение крыльев окажется меньше расчетного. Вследствие этого на засасывающую (верхнюю) поверхность крыльев периодически будет проникать атмосферный воздух, вызывая резкое падение подъемной силы, сопровождаемое «провалами» крыльев и снижением скорости хода катера. Движение становится неустойчивым даже в том случае, если сами крылья правильно спроектированы и хорошо изготовлены.

В случае установки на КПК несогласованного гребного винта преодоление горба сопротивления при выходе на крылья с гидродинамически «тяжелым» винтом также будет затруднено, особенно на волнении. Двигатель не сможет развить необходимую мощность при пониженной частоте вращения. При чрезмерно «легком» гребном винте КПК не разовьет максимальной скорости хода.


Практика показывает, что для нормальной эксплуатации КПК на тихой воде и волнении при правильно выбранных углах атаки крыльев и согласованном гребном винте необходим запас мощности двигателя по сравнению с расчетной до 20%.

В большинстве случаев требуется провести обширные скоростные испытания построенного КПК при различных комбинациях углов установки подводных крыльев, различном водоизмещении и центровке катера, режиме работы двигателя, состоянии погоды и т. п. Это большая экспериментально-исследовательская работа, требующая значительного времени и внимания, а также определенных знаний и интуиции.

Заметное влияние на объем и характер данной работы, а также на ее конечные результаты могут оказать некоторые особенности крыльевой схемы. Например, плоские малопогруженные крылья обладают наиболее высокими гидродинамическими и антикавитационными качествами, но недостаточным саморегулированием подъемной силы, которая определяется только влиянием свободной поверхности воды. Для преодоления горба сопротивления и обе печения остойчивости на ходу для катеров на таких ПК требуется установка дополнительных стартовых крыльев и бортовых закрылков, что усложняет конструкцию и доводку подводных крыльев.

Килеватые крылья обладают лучшей саморегулируемостью подъемной силы, обеспечивают более высокую мореходность КПК, но имеют пониженные гидродинамические и кавитационные характеристики.

Разрезные или отдельно стоящие носовые и кормовые крылья при относительно невысоком гидродинамическом качестве удобны для различных убирающихся схем, облегчающих подход катера к берегу, швартовку и т. д.

Наиболее рациональными представляются комбинированные трапециевидные схемы ПК, состоящие из основного несущего (чаще всего плоского малопогруженного) крыла и наклонных стабилизаторов. В этих схемах удается использовать положительные качества как плоских малопогруженных, так и килеватых ПК.

Естественно, что КПК, оснащенные разными крыльевыми схемами и гребными винтами, при одних и тех же значениях водоизмещения и мощности двигателя развивают различную скорость хода. И, наоборот, при одинаковой мощности двигателя одна и та же скорость может быть получена при различных водоизмешениях катера. Разброс экспериментальных точек в этих случаях может быть весьма значительным. Вероятно, именно этим и объясняется подмеченное вами расхождение в статьях «КиЯ» №9 и №27.


А. И. Павлов, В. Б. Старобинскнй и М. И. Френкель, создавая свой график, ориентировались на лучшие образцы КПК. В. В. Вейнберг, при построении своей диаграммы, очевидно, опирался на другие схемы крыльев. В особенности это относится к левому нижнему участку диаграммы для определения скорости хода малых мотолодок с моторами небольшой мощности.

Кроме того, необходимо иметь в виду, что обе рассматриваемые диаграммы не являются расчетными, а служат лишь для приближенной оценки ожидаемой скорости хода при установке на катере или мотолодке ПК. Поэтому имеющиеся между ними расхождения следует считать в какой-то мере допустимыми и возможными.

Тем не менее, с целью некоторого повышения точности была произведена статистическая обработка материалов скоростных испытаний многих отечественных и зарубежных мотолодок, результат которой представлен в виде диаграммы для предварительного определения наибольшей скорости судна при заданных значениях его водоизмещения и располагаемой мощности двигателя в диапазоне от 8 до 60 л. с. Эта диаграмма может быть использована для приближенной оценки и сравнения наибольшей скорости хода различных КПК (см. рис.).

Действительная скорость КПК может и не соответствовать данной диаграмме, поскольку создание единой диаграммы для надежного определения и сравнения ходовых качеств любых КПК, оснащенных различными крыльевыми схемами, исходя только из водоизмещения и мощности двигателя, представляется вообще маловероятным.

Более достоверное значение ожидаемой скорости КПК может быть получено только на основании расчета ходкости в процессе проектирования подводных крыльев и гребных винтов в учетом их особенностей.