Но оба этих направления в проектировании глиссирующих судов связаны с ощутимыми энергетическими затратами. Чтобы достичь высокой скорости, и катеру с обводами «глубокое V», и лодке на подводных крыльях или на воздушной подушке требуется дополнительная мощность двигателя по сравнению с судами традиционных типов — с днищем малой килеватости.
Между тем имеется еще способ уменьшить силу гидродинамических ударов в днище, не требующий повышения мощности двигателя или усиления конструкции корпуса. Сущность его заключается в применении амортизации, демпфирования ударных нагрузок при помощи упругих элементов конструкции, вводимых в корпус. При демпфировании сила удара снижается благодаря увеличению времени действия повышенного гидродинамического давления на днище. Величине перегрузки, измеряемой числом g — ускорением свободного падения тела, — почти прямо пропорциональна времени действия давления на лодку. Так вот: упругие элементы конструкции позволяют снизить перегрузки на корпусе глиссирующего катера при плавании на волнении почти в 2 раза по сравнению с корпусом, имеющим традиционную «жесткую» конструкцию.
Авторы выполнили ряд конструктивных проработок демпфирующих элементов, которые с успехом могут быть применены для корпусов прогулочно-туристских и спортивных судов. Они позволяют в ряде случаев сделать корпус более легким и дешевым, который потребует меньше материала и трудоемкости на свое изготовление, чем серийные конструкции.
Один из возможных вариантов корпуса «упругой» конструкции, предложенный авторами, представлен на рис. 1 (см. авторское свидетельство № 1070048, опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 4 1984 г.). Демпфирование происходит за счет установки пустотелых кубообразных элементов в спонсонах между двумя слоями эластичных полос. Благодаря упругой конструкции днище спонсонов следует за профилем волны, что уменьшает брызгообразование, более плавной становится качка.
Носовая оконечность судна представляет собой узкий центральный корпус 1, переходящий в монолыжу 2 и имеющий боковые спонсоны 3, плавно переходящие в остроскулый корпус в кормовой части. В средней части спонсоны заполнены кубическими водонепроницаемыми элементами 5, которые связаны в верхней и нижней частях эластичными полосами 6 (возможно применение резиновых лент, армированиях стельным кордом). Кубические элементы могут перемещаться в боковых направляющих 7 спонсонов в вертикальном направлении. Сверху кубические элементы подпружинены амортизаторами 8. Концы нижних гибких полос 6 жестко закрепляются на линии спонсона, в верхних — остаются свободными.
При слабом волнении удары будут небольшими; волны, воздействуя на эластичную полосу 6, передадут через элементы 5 энергию ударов пружинным амортизаторам 8.
При значительном волнении одновременно с упругими спонсонами в работу войдет и центральный корпус 1, имеющий в носу обводы днища с повышенной килеватостью. Упругие спонсоны гасят энергию удара в начальный момент и не позволяют центральному корпусу значительно погрузиться в волну, уменьшая общее сопротивление судна. Эластичные ленты повторяют профиль волны, в пружинные амортизаторы поглощают энергию колебания элементов. Это в сочетании с узким центральным корпусом, переходящим в монолыжу, позволит эксплуатировать судно при большом волнении на высокой скорости. Благодаря снижению ударных нагрузок можно уменьшить размеры прочных связей корпуса. Это если и не приведет к экономии массы, то компенсирует массу гибких конструкций.
Информация об изображении
Рис. 2. Схема мидель шпангоута глиссирующего судна с бортовой гофрированной обшивкой
Такое техническое решение особенно целесообразно применить для глиссирующих тримаранов и катамаранов. Правда, известным недостатком является трудность использования объемов пустотелых демпфирующих элементов, которые занимают часть общего полезного объеме корпуса.
Рис. 2. Схема мидель шпангоута глиссирующего судна с бортовой гофрированной обшивкой
В другом варианте упругий элемент выполнен в виде продольных гофров в бортовой металлической обшивке (в. с. № 1088982, опубликовано в «Бюллетене» № 16 1984 г.). Гофрированная вставка распространяется по всей длине борте, начиная с носовой четверти, гофры заполнены эластичным материалом (рис. 2).
Днищевая обшивка подкреплена продольными ребрами жесткости, опорами для которой служат флоры 3. закрепляемые к нижней панели бортовой обшивки 4 ниже гофрированной вставки 5. Выше вставки бортовая обшивка подкрепляется стрингером 7 и попушпангоутами 8.
Гидродинамические удары, воспринимаемые панелями днища, передаются на флоры и, соответственно, на бортовую обшивку. Большая часть энергии удара поглощается при деформации бортовых вставок 5 и эластичного заполнителя 6. Благодаря «податливости» днищевой обшивки воспринимаемые им нагрузки оказываются меньше, чем при жесткой конструкции, и катер может развивать более высокую скорость на волнении без риска повреждения корпуса.
Этот вариант наиболее перспективен для малых глиссирующих мотолодок и катеров. Его внедрению не препятствуют какие-либо технические сложности — достаточно в обшивке борта отштамповать продольные гофры, обладающие определенной жесткостью. Описываемое изобретение было использовано, например, при разработке модернизированного варианта мотолодки «Неман-спорт» (см. «КиЯ» №126), предварительные испытания опытного образца которой показали заметное улучшение эксплуатационных характеристик (прежде всего — комфортабельности при плавании на волнении) по сравнению с базовой моделью.
Для мотолодок и катеров можно также рекомендовать устанавливать податливые продольные ребра жесткости (в. с. № 1100000, «Бюллетень» № 19.) Как показали экспериментальные исследование, за счет снижение жесткости продольных ребер гидродинамическое давление на днище при плоском ударе уменьшается на 50—60% по сравнению с традиционной конструкцией продольного набора. Это позволяет уменьшить размеры прочных связей днищевого перекрытия и, в честности, — на 30% толщину наружной обшивки.
Податливые продольные ребра выполняются в виде штампованиях из тонкого алюминиевого листа С-образных профилей, соединенных между собой через амортизирующие элементы (рис. 3, а). Развитием подобной конструкции является использование амортизирующих С-образных элементов в сочетании с гофрированной обшивкой днища (в. с. № 1106724, «Бюллетень» № 29,1984 г.). Здесь гидродинамические нагрузки, которые воспринимаются гофрированной днищевой обшивной, передают ее на С-образные амортизаторы, являющиеся опорами для гофров на поперечных флорах 6 (рис. 3, б). В свою очередь флоры имеют опоры на стрингерах 6 и киле 7.
Благодаря упругости С-образных пластин 4 и устанавливаемых между ними эластичных прокладок 5, в момент гидродинамического удара о волну происходит упругая деформация днищевой обшивки. Прокладки 4 могут быть сделаны из синтетической резины и армированы стальным кордом. Вследствие упругой деформации днищевой обшивки величина действующих в обшивке и наборе напряжений снижается вдвое.
Выше были представлены лишь общие технические решения проблемы повышения надежности и снижения массы корпусов глиссирующих мотолодок и катеров. Предстоит еще кропотливая экспериментальная работа, результаты которой позволят создать надежную методику выбора размеров связей корпусе с учетом податливости упругих элементов.