Главная страница Контакты Карта сайта Поиск по сайту:
Barque.ru
  • Судостроение
  • Моторы
  • Проекты
  • Спорт
  • Консультации
  • Кругозор
  • Истории
  • Главная
  • Судостроение
  • Моторные суда
  • 1997 год
  • О рекордах и высокой мореходности судов с малой площадью ватерлинии
Краткое оглавление
От редакции Примечания


Подкатегории раздела
Парусные суда Моторные суда Технологии Экранопланы


Поделитесь информацией


Похожие статьи
Судно с малой площадью ватерлинии (СМПВ) без формул и графиков
Глиссер-парусник с малой площадью ватерлинии
Моторная яхта СМПВ (суда с малой площадью ватерлиний)
Побит рекорд скорости в классе океанских судов
Обводы корпуса скоростного судна повышенной мореходности «FSC»
День рекордов на Малой Невке
Архитектурные типы маломерных судов
Личная собственность и страхование маломерных судов
Правила шлюзования маломерных судов
Огни маломерных судов
Аварийность маломерных судов в цифрах и фактах
Проектирование маломерных судов: баланс эргономики и эстетики в поиске идеального дизайна
Конкурс НТО на лучшие работы по проектированию малотоннажных судов
Надувные спасательные плоты для малотоннажных судов


О рекордах и высокой мореходности судов с малой площадью ватерлинии

Год: 1997. Номер журнала «Катера и Яхты»: 162
          0


Похоже, что рекорд средней скорости трансатлантического перехода, установленный новым обладателем Голубой ленты - однокорпусным катером, произвел очень сильное впечатление на многих судостроителей (см. "КиЯ" №158). Есть, например, сообщения, что рассматриваются проекты автомобильно-пассажирского парома и малого боевого корабля на базе "рекордсмена" "Дестриеро".

Информация об изображенииГондолы под поверхностью воды
Гондолы под поверхностью воды
 
Действительно, как рекорд новое достижение производит глубокое впечатление. В самом деле, средняя скорость перехода через океан увеличена с 37.5 до 53.09 узлов, т.е. сразу в 1.42 раза! Но вот в отношении прямого использования этого результата при постройке скоростных судов для открытого моря есть очень большие сомнения.

Отметим, что предыдущим рекордным судном был "рассекающий волны-катамаран — автомобильно-пассажирский паром, т.е. судно, пригодное для реального коммерческого использования. Новое рекордное судно, судя по его внешнему виду, может "нести" только себя и огромный запас топлива. Если прошлое рекордное судно — катамаран — принимало запас топлива, равный 30% водоизмещения, то "Дестриеро" принимал 70%. т.е. практически представлял собой "скоростной танкер"...

Представляется, что некорректно сравнивать судно, по существу созданное для рекордного достижения, и судно, пригодное для коммерческого использования. Может быть, имеет смысл "разделить" Голубую ленту на две: одну, присуждаемую за абсолютный рекорд, и вторую — за рекорд для транспортного судна?

Но главное препятствие для прямого использования проекта нового рекордного судна в качестве прототипа — совершенно не приемлемая для практики мореходность его на больших скоростях. Сообщается, что на волнении 4 балла при скоростях около 50 узлов вертикальные ускорения качки на расстоянии около 30% длины от транца, т.е. в наиболее благоприятной зоне, достигали 1.0 g. Если считать что речь идет о так называемых "существенных" значениях, то это значит, что в носовой части ускорения 3%-ной обеспеченности были около 2 g, а средние — около 1.0 g. При таких ускорениях не привязанный к креслу гипотетический пассажир скоростного парома с вероятностью около 50%. т.е. на каждой второй (!) встречной волне, вылетал бы из кресла! А незакрепленный боезапас гипотетического носового орудия, если мы будем говорить о боевом корабле, наверняка оказался бы за бортом.


И не имеет смысла сравнивать полученные величины ускорений с нормой, принятой для 4-часовой вахты на малых боевых кораблях США. Во-первых, совершенно ясно, что сама эта норма устанавливалась не потому, что она приемлема для человека, а потому, что на обычных малых кораблях в определенном диапазоне скоростей невозможно обеспечить существенно меньшие ускорения. В этом смысле норма показывает не реальную потребность, а достижимый уровень. Во-вторых, профессиональные военные моряки и обычные пассажиры — контингент очень разный... И в-третьих, после 4 часов вахты на судне с такой мореходностью человеку все равно отдохнуть не удастся; значит, скорость придется снижать. А ведь судно когда-нибудь попадет и на более интенсивное волнение, чем 4 балла!

Информация об изображенииПолунатурный макет судна с малой площадью ватерлинии
Полунатурный макет судна с малой площадью ватерлинии
 
Таким образом, достигнутые рекордные скорости нереализуемы при практическом использовании судна, в первую очередь, — из-за ограничений, определяемых мореходностью. Этот вывод подтверждается практикой эксплуатации скоростного однокорпусного парома "Аквастрада", имеющего близкое к "Дестриеро" водоизмещение и скорость полного хода около 45 узлов. На волнении 4 балла это судно уже не может обеспечивать устойчивое функционирование паромной линии.

Существуют также ограничения скорости, связанные с прочностью обычного корпуса заданного веса. Если корпус имеет небольшое удлинение и движется в режиме глиссирования, то на волнении под угрозой оказывается местная прочность. Если же корпус имеет большое удлинение, то при ходе по волне резко увеличивается интенсивность продольного динамического изгибающего момента; чтобы прочность такого корпуса на больших скоростях обеспечить, придется увеличивать его вес и снижать полезную нагрузку, в том числе — запас топлива.


О связанных с прочностью ограничениях скорости нового рекордного судна, к сожалению, никаких сведений нет.

В то же время уже достаточно давно известен тип судов, имеющих высокую мореходность при больших скоростях хода: это суда с малой площадью ватерлинии.

СМПВ отличается от других водоизмешающих судов тем, что его основной водоизмещающий объем сосредоточен в одной или (чаще) двух либо трех гондолах, погруженных под поверхность воды. Свободную поверхность воды пересекают только тонкие стойки, соединяющие гондолы с надводной платформой, поднятой над поверхностью. Такое решение обеспечивает малость объемов в районе ватерлинии и, следовательно, малую площадь ватерлинии, что и определяет особенности технико-эксплуатационных качеств подобных судов.

Информация об изображенииПоказатели поведения трех сравниваемых судов на волнении 5 баллов
Показатели поведения трех сравниваемых судов на волнении 5 баллов
 
Сегодня можно считать доказанным, что правильно спроектированные СМПВ имеют очень высокие мореходные качества.

В начале 70-х годов в США был выполнен натурный эксперимент, ставший уже классическим. Одновременно и в одном районе, почти "борт о борт", проводились мореходные испытания трех судов: однокорпусного фрегата береговой охраны (водоизмещением около 3 тыс. т), катера береговой охраны (100 т) и СМПВ (215 т).

Результаты измерений амплитуд — размахов — килевой и бортовой качки, а также ускорений на волнении 5 баллов при переменных курсовых углах и скорости 16-18 узлов показаны на рисунке. Оказалось, что амплитуды и ускорения качки "маленького" СМПВ даже несколько меньше, чем однокорпусного судна, имевшего в 15 раз большее водоизмещение! Совместная работа с вертолетом и неавтономным подводным аппаратом показала, что СМПВ обеспечивает более благоприятные условия, чем фрегат. Во всяком случае, вертолет садился на палубу этого 27-метрового суденышка при высоте волны 2.5 м.


Неоднократно выполнялись также и расчетные сопоставления мореходных качеств СМПВ и традиционных судов близкого водоизмещения. И всегда оказывалось, что правильно спроектированное СМПВ имеет преимущества.

Не удивительно, что в виде самоходах СМПВ стали строить в первую очередь пассажирские, прогулочно-туристские и научно-исследовательские суда, практика их эксплуатации полностью подтвердила расчеты ученых. Так, известно, что на японском пассажирском пароме — СМПВ водоизмещением 350 т страдали морской болезнью не более 1% пассажиров из всех перевезенных в течение года, т.е. гораздо меньше, чем на однокорпусных паромах, работающих на тех же линиях. Простои этого СМПВ из-за неблагоприятных метеоусловий составили всего около 0.6% времени в течение года, т.е. этот паром выходил в море и перевозил пассажиров даже тогда, когда однокорпусные паромы вынуждены были оставаться в портах.

Чем же можно объяснить высокую мореходность СМПВ?

Во-первых, малая площадь ватерлинии означает малые возмущающие воздействия волн, вызывающие качку на волнении.

Во-вторых, СМПВ имеют примерно вдвое большие, чем у однокорпусных судов, собственные периоды всех трех видов качки.

Рассмотрим этот вопрос подробнее. Периоды килевой, вертикальной и бортовой качки СМПВ оказываются велики по разным причинам.

Известно, что собственный период качки отражает соотношение инерционных и восстанавливающих сил. Этот период тем больше, чем меньше остойчивость судна и больше момент инерции его массы и вовлекаемой им массы окружающей воды.

Говоря о бортовой качке, отметим, что начальная поперечная метацентрическая высота СМПВ примерно равна или несколько больше той же характеристики однокорпусного судна равного водоизмещения, а момент инерции массы существенно (в 2-3 раза) выше благодаря большей габаритной ширине СМПВ1.

С килевой качкой — все наоборот, но с тем же результатом. Продольная метацентрическая высота СМПВ обычно в 3-5 раз меньше, чем у однокорпусного судна. А момент инерции массы относительно поперечной оси близок к моменту инерции однокорпусного судна. Аналогичная ситуация с вертикальной качкой: в 2-4 раза меньшая площадь ватерлинии при одинаковом с однокорпусным судном водоизмещении обеспечивает в 1.5-2 раза больший собственный период качки.


Информация об изображенииЭффективность успокоителей качки полунатурного макета
Эффективность успокоителей качки полунатурного макета
 
Имеет место и благоприятное взаимовлияние корпусов; особенно это касается вертикальной качки. Обнаружены зоны частот, где возмущающие силы полностью компенсированы инерционными, так что амплитудно-частотный график вертикальной качки имеет область с практически нулевыми амплитудами. Это особенно характерно для полупогружных буровых платформ, также обычно являющихся объектами с малой площадью ватерлинии.

Если сравнить собственные периоды качки СМПВ и средние периоды морского волнения при различной его интенсивности, станет очевидно, что для СМПВ зона их совпадения смещена в сторону меньших водоизмещений судна, чем д ля однокорпусных судов.

Таким образом, СМПВ большого водоизмещения при малых или нулевых скоростях движения практически не могут попасть в резонанс, когда качка бывает наиболее интенсивна, с волнением любой реальной интенсивности. Именно это и характерно для полупогружных платформ.

При малом водоизмещении и больших скоростях хода СМПВ могут попасть в условия, близкие к резонансу, но при этом становятся очень эффективными хорошо известные успокоители качки (об этом чуть ниже).

Именно большие собственные периоды качки СМПВ в основном и определяют благоприятные и неблагоприятные условия их плавания на волнении, совершенно не совпадающие с этими условиями для однокорпусных судов. Обычно для СМПВ благоприятно движение на встречном волнении. При этом кажущиеся периоды волны тем меньше, чем больше скорость хода; а чем меньше кажущиеся периоды, тем дальше режим качки от резонансного и тем меньше амплитуды качки. При достаточно большом водоизмещении СМПВ легко штормуют даже лагом к волне — и тем легче, чем больше скорость хода, увеличивающая "гашение" бортовой качки.


Неблагоприятны для СМПВ попутное волнение и курсовые углы кормовых четвертей. при которых кажущиеся периоды качки велики, а сама она близка к резонансным. т.е. наиболее неблагоприятным режимам.

В резонансных режимах (в весьма узких областях частот) сказывается основной недостаток СМПВ; уменьшенная величина "гашения" качки. В узкой зоне частот вблизи резонансных режимов — амплитуды не умеряемой качки СМПВ больше, чем сравнимых однокорпусных судов.

Однако основная особенность СМПВ — малая площадь ватерлинии и потому малые значения возмущающих сил и моментов — обеспечивает высокую эффективность успокоителей качки всех видов. Силы и моменты от действия успокоителей становятся сопоставимыми по величине с возмущающими силами и моментами именно благодаря малости последних. Это позволяет эффективно умерять не только бортовую, но и килевую, и даже вертикальную качку СМПВ.

Информация об изображенииУскорения при качке различной частоты на волнении 3-6 баллов
Ускорения при качке различной частоты на волнении 3-6 баллов
 
Известны результаты испытаний отечественного полунатурного макета СМПВ (водоизмещением около 7 т). имеющего систему успокоителей в виде горизонтальных автоматически управляемых рулей. На нерегулярном волнении высотой около 0.7 м макет целенаправленно ставился в условия резонанса по килевой или бортовой качке — при неработающей и работающей системе успокоения. Испытания подтвердили предположения ученых о высокой эффективности успокоителей.

Ускорения качки СМПВ до 8-12 раз меньше, чем сравнимого традиционного судна. На приводимой диаграмме сопоставлены данные об ускорениях качки судов различных типов и нормы ускорений, установленные Международной организацией стандартов. Видно, что СМПВ сравнимы по ускорениям с судами на глубокопогруженных подводных крыльях.

Потери скорости судов на волнении определяются гидроаэродинамическими и эксплуатационными причинами.

Ветровое сопротивление СМПВ, как правило, несколько больше, чем традиционного судна, из-за большей высоты борта и обычно более развитой надводной части. Дополнительное сопротивление воды, возникающее при движении на волнении, обычно разделяют на связанное с качкой и с отражением волн от корпуса. Благодаря меньшей качке и малой ширине стоек обе эти составляющие у СМПВ в 5-8 раз меньше, чем у традиционного судна.

Эксплуатационные причины потерь среднерейсовой скорости на волнении — это снижение скорости хода или вынужденное изменение курса для уменьшения качки, слеминга, заливания, внешних нагрузок. Однако, как отмечено выше, для СМПВ обычно бывает целесообразно наоборот — повышение скорости для снижения качки (особенно — с учетом увеличения эффективности горизонтальных рулей — стабилизаторов качки). С ростом скорости падают и продольный, и поперечный волновые моменты, изгибающие корпус СМПВ.

Поэтому в целом потери скорости быстроходных СМПВ на волнении обычно существенно меньше, чем сравнимых однокорпусных судов.

Информация об изображенииПримерный вид круговой диаграммы мореходности СМПВ
Примерный вид круговой диаграммы мореходности СМПВ
 
Это обстоятельство позволяет при проектировании быстроходного СМПВ назначать расчетную скорость полного хода на 2-3 узла ниже, чем сравнимого однокорпусного судна (что обеспечивает снижение потребной мощности двигателей. веса энергетической установки, расхода топлива и т.п.), притом, что средняя эксплуатационная скорость их будет одинакова.

Если знать зависимости всех характеристик мореходности (углов и ускорений качки, частоты слеминга и заливаемости) от режимов движения, т.е. от скорости и курсового угла, а также иметь нормы этих характеристик, можно построить круговые диаграммы мореходности для каждой интенсивности волнения. На каждой из этих диаграмм соотношение площадей, соответствующих допустимым и всем возможным режимам движения, представляет собой вероятность обеспечения данным судном принятых норм мореходности при данной интенсивности волнения; это же соотношение можно приближенно интерпретировать как относительно достижимую скорость на данном волнении.

Учтя повторяемость волнения каждой интенсивности для заданной акватории, можно охарактеризовать мореходность данного судна, эксплуатируемого в данном районе, одним числом. Это число будет определять среднегодовую вероятность обеспечения заданных норм мореходности этим судном и является комплексным показателем его мореходности на данной акватории.

Вычисления показывают, что СМПВ имеют показатель мореходности в 2-4 раза выше, чем сравнимые однокорпусные суда, причем это преимущество тем больше, чем выше требования к мореходности и меньше водоизмещение сравниваемых судов.

В настоящее время в мире работает около 200 полупогружных платформ и около 25 СМПВ водоизмещением от 50 т до 12 тыс. т. Ведется проектирование или исследования характеристик около 40 СМПВ различного водоизмещения.

Информация об изображенииСтатистические данные об удельной мощности энергетической установки
Статистические данные об удельной мощности энергетической установки
 
Расчеты и натурные данные показывают, что правильно спроектированное СМПВ может двигаться в переходном режиме без ограничений скорости и курсового угла и при выполнении всех требований к комфорту пассажиров на волнении с высотой волны (3%-ной обеспеченности) до 0.5 D1/3, где D — водоизмещение судна. Для однокорпусного судна при тех же числах Фруда допустимая по тем же условиям высота волны — до 0.1-0.2 D, т.е. его нормальная эксплуатация возможна лишь на волнении существенно меньшей интенсивности.

Уже разработаны формы обводов СМПВ, обеспечивающие (до чисел Фруда по водоизмещению одного корпуса FrD=3.0) снижение необходимой удельной мощности двигателей почти до такой же величины, что и у рекордного однокорпусного судна.

Таким образом, нисколько не умаляя значения рекорда нового обладателя Голубой ленты Атлантики, отметим, что при выборе типа судна для конкретной линии не следует заранее ориентироваться на какой-то один определенный тип судна, а надо рассматривать и сравнивать особенности судов различных типов с учетом требований к их мореходности. Для некоторых задач эти требования могут оказаться определяющими.

От редакции


Судам с малой площадью ватерлинии (сокращенно — СМПВ) в свое время была посвящена статья А. Кузьменко "СМПВ — без формул и графиков" — см. №128 за 1987 г. Говорилось о том. что СМПВ. даже имея значительно большую площадь смоченной поверхности, благодаря снижению потерь мощности на волнообразование обладают несколько более высокими скоростными качествами (при достаточно высоких скоростях), чем сравнимые однокорпусные водоизмещающие суда и "традиционные" катамараны. Однако оставался нерассмотренным вопрос о сравнении их мореходности, хотя именно выигрыш в мореходности является главным преимуществом СМПВ.

Сразу же подчеркнем, что. говоря "мореходность", мы имеем в виду способность судна при плавании на волнении сохранять свои мореходные качества и возможность эффективного выполнения судном его функций (формулировка по "Морскому энциклопедическому словарю", т. 2). Это понятие имеет более узкий смысл, чем термин "мореходные качества", и объединяет только те свойства судна, которые оказываются наиболее существенными во время плавания при ветре и на волнении. Именно об этих свойствах и характеристиках мореходности, дающих прямое представление о том. как будет переноситься выход в открытое море людьми, рассказывается ниже применительно к СМПВ.

Попутно ответим читателю Ю. Краснову (Москва), который пишет: "Из публикаций на тему остойчивости следует, что СМПВ всегда будут недостаточно остойчивы! В отличие от катамарана, площади и формы ватерлиний СМПВ при крене практически не изменяются, в воду дополнительно входит лишь крайне незначительный объем стойки. Значит, и восстанавливающий момент будет мал. Почему же говорят о высокой остойчивости СМПВ? И почему за рубежом СМПВ называют "полупогруженными катамаранами?"

Все характеристики и начальной поперечной и продольной остойчивости, и поведение судна на волнении — при качке, поддаются расчету и, следовательно, при получении отрицательных оценок типа "мало" могут быть приняты какие-то конструктивные меры. Действительно, объемы стоек СМПВ малы, но зато велико расстояние между ними, а это расстояние входит в формулу для расчета момента инерции площади ватерлинии в квадрате... Но важно отметить и другое. Говорят, как правило, не о высокой остойчивости СМПВ, а о том. что качка СМПВ имеет более благоприятные характеристики, т.е. переносится людьми легче, чем на сравнимом катамаране. Давно известно, что при чрезмерной остойчивости любого судна слишком "большой" восстанавливающий момент восстанавливает — спрямляет судно излишне "быстро", качка получается "резкой", а такая качка переносится очень плохо. А вот размахи качки СМПВ, в силу правильно отмеченной Ю. Красновым особенности, получаются растянутыми во времени (период качки возрастает), качка становится более плавной, переносится лучше.

Термин "полупогруженные катамараны" в отечественной литературе не применяется хотя бы потому, что СМПВ могут быть и одно, и трехкорпусными судами, и судами со стойками — аутригерами. которые в силу малого их водоизмещения тем более не стоит называть "корпусами". Да и сам термин "полупогруженные" неточен и не отражает главного отличи я СМПВ от катамарана. Кроме того, корпус любого судна на половину или даже несколько больше погружен в воду.

Примечания


1. Обычно СМПВ имеет отношение габаритной ширины к длине в пределах 0.3-1.0, тогда как у однокорпусных судов эта характеристика не превышает 0.3.


Понравилась ли вам эта статья?
+3

ПРЕДЫДУЩИЕ СТАТЬИ
Частично погруженный гребной винт со стреловидной формой контура лопастей
Рассекающие волны катамараны (РВК)
Скоростные возможности моторного катамарана
Ротоплан механика Кузьмина
Глиссирующие катера под парусами
Виды и свойства пенопластов
Ремонт декоративного покрытия корпусов из стеклопластика
Подруливающее устройство — излишество или насущная необходимость
Шитье парусов по технологии «3DL»
Винилэфирные смолы эпоксивинилэфир Norpol CorVe
Некоторые пути экономии топлива на моторных лодках
Новая технология при серийном производстве углепластикового рангоута
Жесткий управляемый щелевой парус
Новый вид парусного вооружения «АэроРиг»
Многокорпусные яхты микро-класса сегодня

ТЕКУЩАЯ СТАТЬЯ
О рекордах и высокой мореходности судов с малой площадью ватерлинии

СЛЕДУЮЩИЕ СТАТЬИ
Катамаран в роли моторной яхты
Воздушно-водяной винтовой движитель
Гидро- и аэродинамика гоночного катера «Оффшор-1» без формул
Новая концепция скоростного судна — рассекающий волны тримаран
Как изготовить матрицу с применением материалов Norpol
«Амфистар» — первый серийный официально признанный экраноплан
Как два одинаковых по длине катамарана могут быть столь разными?
Водоизмещающе-глиссирующий корпус малотоннажного судна
Рассуждения о возможности движения под парусом скорости 60 узлов
Оригинальный метод постройки корпуса малого судна
Эпоксивинилэфирные смолы «Dion» фирмы «Norpol»
Топливо для современных дизелей
Технология постройки композитных корпусов Speed Strip
Скоростные суда с необычными водометными установками
Несколько слов о волнопронизывающих корпусах


Ссылка на эту статью в различных форматах
HTMLTextBB Code

Комментарии к этой статье


Еще нет комментариев



Сколько будет 50 + 40 =

       



Barque.ru © 2013 | Контакты | Карта сайта | Мобильная версия
Судостроение: Парусные суда Моторные суда Технологии Экранопланы
Моторы: Описание моторов Устройство моторов Самодельные моторы Тюнинг моторов Обслуживание моторов Дистанционное управление
Проекты: Парусные яхты Парусные катамараны Парусные тримараны Моторные лодки Катера Туристические суда Рыболовные суда Виндсерфинги и лыжи Прицепы и трейлеры Прочие проекты
Спорт: Новости спорта Парусные соревнования Водномоторный спорт Воднолыжный спорт Виндсерфинг Буерные соревнования Соревнования туристов
Консультации: Полезные устройства Полезные советы Улучшение судов Улучшение моторов Опыт эксплуатации Техника плавания Разбор аварий Рыболовам
Кругозор: Новые суда и устройства Интересные события Интересные факты Интервью Карты и маршруты Официальные данные Проблемы малого флота Яхт-клубы и стоянки Письма в редакцию
Истории: Путешествия Туристические походы Знаменитые корабли Военная страничка Литературная страничка История флота Прочие истории