Главная → Чем открыть → Характеристика основных способов увеличения скорости морских судов. Вселенная EVE online Все об увеличении скорости судов

Характеристика основных способов увеличения скорости морских судов. Вселенная EVE online Все об увеличении скорости судов

Л. М. КРИВОНОСОВ

Гидродинамические режимы движения и соответствующие им типы обводов

Малое быстроходное судно по мере «набирания» скорости проходит сначала режим плавания, а затем - переходный режим; лишь после этого оно начинает глиссировать. Основное практическое различие между этими режимами заключается в том, что в течение каждого из них судно для повышения скорости расходует на один километр в час неодинаковую величину мощности.

Это объясняется тем, что силы, поддерживающие судно (архимедова сила поддержания, гидродинамическая подъемная сила) и оказывающие сопротивление движению (сопротивления трения, волновое, вихревое), изменяют свою величину на каждом из трех режимов по различным законам гидродинамики. Смена этих законов происходит не внезапно - на границах режимов, - а постепенно и притом то быстрее, то медленнее; поэтому сопротивление и положение судна на воде (осадка и дифферент) также изменяются постепенно, с ускорениями и замедлениями. Как видно на рис. 1, при смене режима плавания переходным рост сопротивления замедляется, а в дальнейшем - при выходе на режим глиссирования - вновь ускоряется.
При движении судна на режиме плавания, как это видно из рис. 1, дифферент меняется незначительно; затем, в начале переходного режима он сильно возрастает, после чего снова медленно падает.

Рис. 1. Кривые сопротивления и углов дифферента безреданного глиссера водоизмещением D=0,83 т.

По мере увеличения скорости, на режиме глиссирования угол дифферента продолжает уменьшаться.

Средняя начальная (на стоянке) осадка за время прохождения судном всех режимов уменьшается в несколько раз.

Одновременно со сменой режимов меняется и картина волнообразования при движении судна. Спокойное волнообразование при движении судна на режиме плавания по мере приближения к переходному режиму постепенно сменяется бурным волно- и брызгообразованием, создаваемым носовой частью днища; одновременно с этим вода полностью отрывается сперва от транца, а затем и от бортов судна. Для режима чистого глиссирования характерны сравнительно слабые волны, но из-под днища вырываются сильные струи и брызги.

Если судно, предназначенное для глиссирования, спроектировано правильно и располагает двигателем достаточной мощности, то можно легко вычислить скорости хода, при которых будут происходить смены режимов, по формулам:

В этих уравнениях скорость v выражена в метрах в секунду, а водоизмещение V-в кубических метрах.

Для удобства вычисления значений на рис. 2 приведен соответствующий график .

Рис. 2. Диаграмма для вычисления

Рис. 3. Кривая эффективной мощности безреданного глиссере водоизмещением D=0,83 т.

Поэтому, если одни суда предназначаются для движения на режиме плавания, то для других расчетным является переходный режим, а для третьих - режим глиссирования. При этом каждому судну придают обводы, позволяющие ему квк можно лучше использовать особенности заданного режима и затрачивать благодаря этому возможно меньшую удельную мощность, т. е. мощность, приходящуюся на каждый килограмм водоизмещения.
Для режима плавания наиболее рациональны так называемые круглодон-ные (круглоскулые) обводы (рис. 4), обеспечивающие хорошо обтекаемую форму корпуса судна и рассчитанные только на архимедову силу поддержания.

Рис. 4. Округлые обводы туристского катера (длина 12,2 м; ширине 2,9 м), рассчитанные на режим плавения.

Судам, предназначенным для движения на переходном режиме, часто придают плоско-килеватые обводы (рис. 5), имеющие большую килеватость, транцевую корму и острые скулы по всей длине. Для судов, рассчитанных на этот режим движения, применяются также комбинированные обводы: плоско-килеватые в корме и округлые в носовой части. На судах с такими обводами к архимедовой силе поддержания по мере роста скорости хода прибавляется гидродинамическая подъемная сила, ввиду чего судно на ходу частично вытесняется из воды, причем его борта почти не обтекаются водой.

Рис. 5. Плоско-килеватые обводы большого туристского катера длиной 12,5 м, рассчитенные не переходный режим.

Рис 6. Плоско-килеватые обводы прогулочного глиссера (длина 4,0 м; ширина 1,5 м).

Рис. 7. Обводы днища однореданного глиссера.

Обтекание днища на переходном режиме происходит частично вдоль днища и частично - поперек. Общее направление обтекания - под углом, от киля к скулам.

Обводы глиссирующих судов делают плоско- или изогнуто-килеватыми с углом килеватости, уменьшающимся от носа к корме до нуля и, в среднем, меньшим, чем для судов переходного режима; скулы - всегда острые по всей своей длине, корма - транцевая (рис. 6). Иногда на наиболее быстроходных глиссирующих судах, не предназначенных для хода по волнению, около середины длины поперек днища делают один или несколько уступов, называемых реданами (рис. 7).

Обводы глиссирующих судов рассчитаны на то, что судно на ходу поддерживается почти исключительно гидродинамической подъемной силой и лишь в очень малой степени архимедовой силой.

Элементы обводов глиссирующих судов и их значение

Плоское днище. Для создания гидродинамической подъемной силы очень выгодно совершенно плоское днище, однако такое днище даже при небольшом волнении испытывает очень сильные удары о поверхность воды, исключающие возможность нормальной эксплуатации глиссера. При более высоких волнах, когда днище большей еврей частью время от времени отрывается от воды, удары плоского днища о воду становятся настолько сильными, что могут привести к разрушению конструкции и аварии судна.

Другим недостатком судна с совершенно плоским днищем является очень плохая поворотливость; после отклонения руля оно дрейфует в сторону, противоположную перекладке руля, описывая очень пологую кривую. Это происходит потому, что после отклонения руля судно, двигаясь по кривой, испытывает центробежную силу, уравновесить которую может только боковое сопротивление днища; плоское же днище достаточного бокового сопротивления оказать не может. Для устранения этого недостатка приходится ставить на днище специальный плавник. Поэтому плоское днище, в чистом виде, почти не находит применения.

Плоско-килеватое днище. Чтобы смягчить удары о воду, наиболее сильные в носовой части, днищу глиссирующих судов придают килеватость, большую в носу и меньшую в корме. В этом случае замедление падающего на воду судна при встрече с водой происходит постепенно, по мере погружения килеватого (клинообразного) днища в воду. Если при встрече с волной погружение за 1 сек. замедляется больше, чем на 9,81 м/сек, т. е. если замедление становится больше, чем величина ускорения силы тяжести g = 9,81 м/сек2, то говорят, что судно испытывает перегрузку, равную одному g. Перегрузку, равную 5-6 g, человек переносит очень тяжело. Судно с килеватым днищем обладает хорошей поворотливостью, так как оказывает центробежной силе достаточное боковое сопротивление; при определенной профилировке обводов такое судно становится весьма остойчивым на циркуляции, которая совершается с внутренним креном.

Плоско-килеватое днище лишено главнейших недостатков плоского, однако с увеличением килева-тости повышаются сопротивление судна и угол его ходового дифферента, падает подъемная сила, возрастает брызгообразование. Килеватое днище рассчитать и изготовить труднее, чем плоское. Обычно для уменьшения сопротивления и ходового дифферента килеватость постепенно уменьшают от носа к корме и у транца днище в поперечном сечении делают плоским. Слишком большая килеватость в средней части корпуса вынуждает делать очень резкие изменения угла килеватости в кормовой рабочей (смачиваемой при глиссировании) части днища, а это вызывает повышение сопротивления; днища с тем же средним углом, но с небольшой разницей в носовом и кормовом углах килеватости имеют меньшее сопротивление. Такая разница в сопротивлении объясняется тем, что при всяком резком изменении обводов при переходе от одного шпангоута к другому поток должен затрачивать энергию на закручивание.

Изогнуто-килеватое днище. Для снижения высоты струй и брызг, срывающихся со скул, иногда поднимающихся выше бортов и заливающих при боковом ветре пассажиров, ближайшую к скулам часть днища очень плавно (например, по дуге окружности) отгибают книзу (рис. 8). Такой изгиб днища служит и для некоторого увеличения гидродинамической подъемной силы, а следовательно, уменьшения сопротивления. При протекании по такому закруглению поперек днища масса воды приобретает центробежную силу, направленную вверх, После отрыва от днища вода устремляется вниз. Иногда отгибаемой части шпангоута у скулы придают горизонтальное положение (рис. 9).

Величина гидродинамической подъемной силы зависит от радиуса и расположения поперечного закругления днища (иногда называемого тоннелем).
Отгиб днища у скул для увеличения гидродинамической подъемной силы и уменьшения сопротивления часто сочетают с небольшой выпуклостью днища у киля (рис. 10).

Такая форма днища носит название изогнуто-килеватой. Изогнуто-килеватое днище может иметь очень прочную конструкцию, которой не страшны сильные удары о воду. Однако изогнуто-килеватое днище менее изучено, чем пло-ско-килеватое, поэтому его сопротивление может быть рассчитано лишь весьма приближенно. Постройка катера с изогнуто-килеватым днищем также значительно труднее.

Рис. 8. Профиль с отгибами у скул (тоннелями).

Рис. 9. Изогнуто-килеватый профиль с горизонтальным направлением у скулы.

Рис 10. Изогнуто-килеаватый профиль с тоннелями у скул и закруглением у киля.

Обводы, развертываемые на плоскость. Для того чтобы упростить выкройку и процесс крепления наружной обшивки из фанеры или другого листового материала, выбирают обводы, развертываемые на плоскость. При таких обводах обшивку днища можно выкроить из одного листа, не прибегая к разрезанию листов на узкие полосы, выколотке или другим подобным приемам; шпангоуты в своей днищевой части слегка выпуклы (рис. 11). Качество обводов, развертываемых на плоскость, часто бывает не хуже, чем более сложных.

Рис. 11. Обводы, развертываемые на плоскость: а - с высокой скулой в носу; б - с низкой скулой в носу.

Геометрический способ построения таких обводов описан в нескольких специальных работах.

Цилиндрические обводы днища (моногедрон). В последние годы некоторые зарубежные авторы рекомендуют придавать смачиваемой части днища глиссирующих судов цилиндрические обводы. Днищевые части кормовых шпангоутов при таких обводах имеют одинаковый угол килеватости и одинаковые очертания (рис. 12). Днища с такими обводами, получившими название «моногедрон», имеют постоянный угол атаки на всей рабочей части; кроме того, поток воды, омывающий днище, не затрачивает энергию на закручивание.

Обводы моногедрон несколько упрощают постройку судна, позволяют с большей уверенностью производить расчеты сопротивления и не исключают возможности придания носовым обводам любой, формы. Однако экспериментальные данные, подтверждающие изложенные выше соображения, весьма ограничены и число построенных катеров с обводами типа моногедрон невелико, хотя близкие к цилиндрическим обводы кормовой части днища применяются весьма часто.

Рис. 12. Цилиндрические обводы кормовой части днища (моногедрон).

Реданные обводы днища. Редан делит длину днища на две части, превращая относительно длинную смоченную площадь в две, более короткие. Увеличение отношения ширины смоченной площади днища к длине выгодно с точки зрения сопротивления и подъемной силы. Кроме того, смоченная поверхность днища, а следовательно и величина сопротивления уменьшаются благодаря тому, что вода, «отжимаемая» реданом книзу, отрывается от его кромки и оголяет большую часть днища за реданом. Редан располагают так, чтобы центр тяжести глиссера находился между ним и транцем, причем расстояние от центра тяжести до редана составляло бы 25-40% расстояния между реданом и транцем (рис. 13). Соответственно этому на реданную смоченную площадку приходится 60-75% полного веса судна, а на транцевую 25-40%. Высота редана должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить доступ воздуха в зареданную область. Форма редана в плане особого значения не имеет; обычно срез редана располагают поперек судна в плоскости шпангоута.

Рис. 13. Расположение центра тяжести на реданном глиссере.

Реданные глиссеры при одинаковых условиях нагрузки на режиме чистого глиссирования, как правило, имеют меньшее сопротивление, чем безре-данные, однако они более чувствительны к волнению. При ходе на режиме глиссирования короткая смоченная часть днища впереди редана очень легко отрывается от волны, после чего судно стремительно падает, ударяясь с большой силой о воду. Такие стремительные прыжки судна, называемые «барсом», значительно снижают качества глиссера, так как во избежание недопустимо больших перегрузок заставляют снижать скорость хода. Этот недостаток делает реданные глиссеры маломореходными и ограничивает их применение плаванием по внутренним водным путям и в прибрежной морской полосе.

Точный гидродинамический расчет реданных глиссеров значительно труднее, чем безреданных, так как при глиссировании кормовая часть днища встречает поверхность воды, искаженную реданом. Определение профиля этой поверхности, фактических углов атаки и скоростей, с которыми кормовая часть днища встречает поток, - задача очень сложная. Поэтому сопротивление реданных глиссеров определяют главным образом испытанием моделей или по статистическим данным ранее построенных глиссеров, а не путем теоретического расчета. Трехточечные обводы днища. Около двадцати пяти лет тому назад появились гоночные глиссеры с особым устройством корпуса. Корпуса этих судов при ходе на режиме глиссирования соприкасаются с водой тремя площадками днища: двумя передними, расположенными у бортов судна, и одной задней (рис. 14).

Такой корпус по существу представляет собой обычный безреданный корпус, в носовой части которого с обоих бортов прикреплено по одному поплавку (спонсону). Днище этих поплавков приспособлено для глиссирования и расположено ниже днища основного корпуса, поэтому при глиссировании большая часть днища корпуса катера оказывается над поверхностью воды; кормовая же часть днища, прилегающая к транцу и соприкасающаяся с водой, так же, как и днища поплавков, служит рабочей площадкой.

Смысл трехточечной системы обводов заключается в следующем. При определенных условиях на больших скоростях движения излишняя ширина днища вредит, но уменьшить ее нельзя по соображениям остойчивости. В этих случаях требуемую ширину днища получают введением двух узких поплавков, расставленных достаточно широко, чтобы обеспечить необходимую поперечную остойчивость.

При очень больших скоростях движения поток воздуха, попадающий под днище основного корпуса, создает дополнительную подъемную силу, способствующую уменьшению его сопротивления.

Рис. 14. Трехточечная схема обводов; заштрихованы смоченные площадки.

Обводы кормы. Основная величина гидродинамических сил действует на носовую часть рабочей площади днища глиссера. Кормовая часть имеет второстепенное значение с точки зрения сопротивления и подъемной силы глиссера. Однако неудачные размеры и обводы кормы могут существенно увеличить сопротивление и ухудшить ходовые качества глиссера. Так, слишком широкая корма может привести к омы-ванию бортов потоком воды, сходящим со скул носовой части и особенно большим на переходном режиме. Если глиссер не располагает достаточным запасом мощности, он может оказаться не в силах преодолеть «горб» сопротивления и не выйдет на режим глиссирования. Слишком широкая корма обладает излишней подъемной силой и имеет стремление оторваться от воды, что может привести к «тряске» кормы, а затем и к ударам о воду всего корпуса. Это вредное явление, называемое потерей устойчивости хода, иногда заставляет прекращать увеличение скорости хода несмотря на то, что двигатель еще располагает значительным запасом мощности. К потере устойчивости хода приводит и слишком большой угол атаки днища вблизи транца, так как подъемная сила может превысить вес, приходящийся на кормовую рабочую площадку.
Обводы кормовой части днища приобретают большое значение, когда требуется уменьшить слишком большой угол дифферента на ходу. Особенно большую роль кормовые обводы играют в тех случаях, когда "из-за слишком большого угла атаки сопротивление глиссера на переходном режиме (на горбе) может оказаться столь большим, что для перехода на режим глиссирования мощности не хватит.

Рис. 15. Отгиб кормовой части днища книзу.

Рис. 16. Выпуклое у транца днище.

Рис. 17. Вогнутое у транца днище.

Для уменьшения углов дифферента глиссера ближайшей к транцу части днища придают плавный (часто по дуге окружности большого радиуса) отгиб вниз, увеличивающий подъемную силу и, следовательно, всплывание кормы (рис. 15), что уменьшает угол дифферента судна. Однако чрезмерный отгиб приводит к потере устойчивости хода. Изгиб днища в обратном направлении, т. е. выпуклостью вниз, может вызвать подсос кормы в воду и недопустимое увеличение дифферента.
Для улучшения поворотливости глиссера кормовым шпангоутам иногда придают выпуклые очертания (рис. 16); такая форма помогает судну накреняться внутрь циркуляции, т. е. в сторону поворота. Для повышения устойчивости на курсе часть днища вблизи транца иногда делают вогнутой внутрь (рис. 17), но это значительно ухудшает поведение глиссеров на циркуляции.

Формы скулы. В большинстве случаев скула, начиная с транцевого шпангоута, постепенно приподнимается (по отношению к линии киля) и заканчивается у форштевня или вблизи от него. Большая часть линии скулы представляет собой прямую либо плавную кривую, обращенную выпуклостью вниз. В тех случаях, когда глиссер предназначен для «спокойной воды» и нет оснований опасаться встречи с большими волнами, скулу заканчивают на форштевне сравнительно близко от линии киля (рис. 18). Такую линию скулы, обращенную выпуклостью вниз, получить сравнительно просто, так как скуловой стрингер в этом случае не требует большого изгиба.

Рис. 18. Скупа, расположенная низко у форштевня.

Если предполагаются встречи с большими волнами, когда придется уменьшать скорость и переходить на режим плавания или переходный, то скулу в носовой части поднимают возможно выше, иногда до самой палубы; иногда скуле придают излом или, точнее, перегиб на одном из носовых шпангоутов. Начиная с места перегиба, часть скулы до форштевня делают выпуклостью кверху (рис. 19), при этом носовые шпангоуты делают V-образными с развалом (рис. 20). По мере опускания такой скулы при переходе к корме большие в носу углы килеватости уменьшаются, а шпангоуты могут получать двойную изогнутость - выпуклостью вниз у киля и выпуклостью вверх у скул. Однако скула, имеющая очень крутой перегиб, при лобовых встречах с волной может разрушиться.

Скулу с перегибом часто делают на реданных морских глиссерах.

У реданных глиссеров с водой соприкасается лишь ближайшая к транцу кормовая часть днища, поэтому скулу на остальной длине кормовой части произвольно поднимают лишь для того, чтобы избежать замывания водой днища и бортов за реданом.

Рис. 19. Скупа с перегибом в носовой. части.

На малых быстроходных глиссерах, например скутерах, у скулы делают так называемый поперечный скос (рис. 21); такой скос создает вдоль скулы наклонную к воде плоскость, на которой при значительном крене судна во время поворота возникает дополнительная гидродинамическая сила, предохраняющая судно от опрокидывания. С той же целью на малых гоночных судах трехточечной схемы борта носовых поплавков (спонсонов) также делают наклонными.

Рис. 20. Характер носовых шпангоутов при высокой скуле.

Рис. 21. Транец скутера со скошенными скулами.

Элементы носовой части, влияющие на забрызгиввние. На заливание и забрызгивание пассажирского кокпита оказывают влияние форма носовой части днища, непосредственно примыкающей к килю, и продольное очертание форштевня. Например, чем меньше радиус продольного, закругления форштевня, тем больше вероятность попадания воды в корпус; поперечная выпуклость днища у киля в районе форштевня предотвращает забрызгивание. Носовые V-образные шпангоуты со значительным отгибом скул книзу хорошо «отваливают» встречную волну в сторону и вниз, чем предотвращается подъем воды выше палубы и забрызгивание кокпита при боковом ветре.
Для предотвращения заливания воды в корпус иногда приходится ставить так называемые отбойные брусья на скулах и щитки на стыке палубы с бортом.
Обводы бортов. При проектировании обводов конструктор всегда стремится сделать площадь соприкосновения корпуса с водой возможно меньшей, так как этим достигается снижение сопротивления трения. Поэтому, если можно опасаться замывания бортов водой, то бортам кормовой части придают завал, т. е. ширину палубы делают меньше ширины по скуле. Бортовую часть носовых шпангоутов, напротив, всегда делают с развалом (рис. 20).

С целью упрощения постройки очень часто не только днище, но и борта делают прямолинейными; такие обводы носят название обводов шарпи.
В остальном обводы бортов, а также наклон транца выбирают по архитектурным соображениям.

Глиссирующие суда очень чувствительны к изменениям формы днища; неудачные обводы днища могут перевести судно из разряда глиссирующих в разряд плавающих. Поэтому, создавая глиссер, к его обводам следует подходить очень осторожно, ориентируясь на опыт глиссеростроёния, так как в настоящее время имеется еще очень мало сведений, чтобы заранее количественно оценить то или иное изменение обводов расчетным путем.

Влияние ширины, водоизмещения и центровки

Ширина, водоизмещение и центровка (относительное расположение центра тяжести судна по длине) для величины сопротивления глиссирующего судна имеют не меньшее значение, чем обводы. Однако количественно выразить влияние каждой из этих-величин на сопротивление в виде простых зависимостей не представляется возможным, так как для глиссирующего судна все эти величины связаны между собой. Например, изменение ширины неизбежно вызывает изменение углов дифферента на ходу, а следовательно, и длины смоченной поверхности корпуса, причем это влияние может быть большим или меньшим в зависимости от величины водоизмещения и углов килеватости.

Можно привести лишь несколько замечаний, которые помогут в тех случаях, когда необходимо отступить от удачных, зарекомендовавших себя значений ширины, водоизмещения и центровки.

Уменьшение ширины днища вызывает увеличение углов дифферента.
Если ширина днища выбрана наивыгоднейшей, т. е. обеспечивает наименьшее сопротивление, то ее без опасения нарушить глиссирование можно изменять на ±25%, а нагрузку на ±40%.
Если ширина и нагрузка выбраны наивыгоднейшими в отношении сопротивления, то уменьшение нагрузки даже на очень большую величину (что повлечет за собой уменьшение углов дифферента) может увеличить скорость не больше чем на 5-10%.
При принятии на борт дополнительных пассажиров их следует располагать в носовой части глиссера, чтобы не допустить увеличения угла атаки, всегда стремящегося возрасти с увеличением нагрузки.
Увеличение нагрузки до 20% от наивыгоднейшей очень мало изменит отношение величины нагрузки к сопротивлению. Большее увеличение нагрузки может перевести глиссер на переходный режим.
Смещение ЦТ к корме увеличивает сопротивление на «горбе» и снижает его на участке начала глиссирования; при этом «горб» кривой сопротивления несколько смещается в сторону меньших скоростей.
Смещение ЦТ к носу «сглаживает горб» и приближает следующий за горбом участок кривой сопротивления к горизонтали.
При увеличении нагрузки (без смещения ЦТ) на небольшую (до 10%) величину сопротивление возрастает пропорционально нагрузке.
Значительное уменьшение нагрузки может привести к потере устойчивости хода на больших скоростях (в особенности для реданных глиссеров).
Если на каждую лошадиную силу мощности двигателя приходится больше 30 кг водоизмещения, то глиссирования трудно добиться.

Выбор типа обводов, численное определение сопротивления, потребной мощности и скорости
ходе

Величина сопротивления глиссирующего судна является одной из наиболее важных его характеристик. От величины сопротивления зависят мощность двигателя, который должен быть установлен на судне, и скорость хода, которую сможет развить судно с данным двигателем.

Если известна зависимость величины сопротивления судна от скорости хода, то определение требующейся мощности и подбор гребного винта могут быть выполнены с большой точностью.

Однако определение сопротивления глиссирующего судна на стадии проектирования - задача не простая. Весьма точным способом для определения сопротивления судна является испытание модели в бассейне.

Другой способ - это испытание модели большого масштаба (такие модели называют «полунатурой») в открытом водоеме. Такую модель, в которой могут разместиться 1-2 человека, буксируют вдоль мерного участка другим судном, измеряя при этом скорость и сопротивление. При отсутствии подходящего буксирующего судна сопротивление полунатуры может быть измерено гидравлическим плоским цилиндром (мессдозой), вкладываемым между. транцем и ногой подвесного мотора, навешенного на транец.

Менее точно величина сопротивления может быть определена расчетным путем. Такой расчет основывается на результатах испытаний в опытовых бассейнах серии плоских и плоско-килеватых глиссирующих пластин. Каждая такая пластина представляет собой подобие днище глиссирующего судна. Глиссирующие пластины испытывают при различных скоростях буксировки, различных нагрузках и различных положениях центра тяжести по длине (центровках). При каждой буксировке измеряют сопротивление, угол дифферента и длину смоченной площади пластины. Результаты таких испытаний обработаны и изображены в виде диаграмм, по которым, зная нагрузку, ширину, угол килеватости и центровку, можно определить сопротивление, угол дифферента и смоченную длину днища для любой скорости хода. Расчет сопротивления, основанный на результатах испытаний глиссирующих пластин, дает наиболее точный результат для глиссеров с плоским или плоско-килеватым днищем цилиндрических обводов, так как такие обводы больше других похожи на обводы испытывавшихся глиссирующих пластин. Техника расчета не сложна, но требует определенных навыков и не всегда доступна любителю.

Однако постройка любительского прогулочного туристского или спортивного судна не всегда требует точного знания сопротивления. В большинстве случаев бывает достаточно лишь приближенно определить мощность, необходимую для того, чтобы данный глиссер имел заданную скорость, либо приближенно определить скорость, которую глиссер достигнет при имеющемся двигателе.

Для таких приближенных расчетов существует несколько формул, основанных на результатах испытаний реальных глиссеров с различными обводами. Некоторые из этих формул основаны на обработке результатов испытания серии моделей. Если проектируемый глиссер по своим обводам и условиям нагрузки близок к тем судам, на основании испытаний которых составлена формула, то может быть получен достаточно точный результат.

Первая диаграмма для выбора типа обводов. После определения необходимой ширины и водоизмещения. будущего судна и выбора желаемой скорости хода можно подобрать тип обводов, пользуясь диаграммой (рис. 22). Для этого следует вычислить величину

D - водоизмещение, т;

В - ширина, м;

и величину

где v - желаемая (предполагаемая) скорость хода, км/час.
Отыскав на горизонтальной шкале диаграммы вычисленное значение С, поднимаемся от него вверх до пересечения с горизонталью, проведенной из деления, соответствующего вычисленному значению F B . Положение точки пересечения вертикали и горизонтали укажет тип обводов, при которых можно добиться наилучших результатов.

Рис. 22. Диаграмма для первоначального выбора типа обводов при заданных ширине, водоизмещении и скорости хода.

I - область реданных остроскулых обводов; II - область безреданных остроскулых обводов: III - область круглоскулых обводов.

Следует иметь в виду, что суда, данные которых были использованы для построения диаграммы (рис, 22), относятся к числу более крупных быстроходных судов и имеют отношение длины к ширине LIB от 4 до 7, а положение центра тяжести - на расстоянии 35^-45% длины судна L от транца к носу.

Пример 1.
Предполагаем построить судно длиной L = = 6,0 м, шириной В - 1,5 м, водоизмещением D = 1,2 т; центр тяжести может быть расположен на расстоянии х - 2,3 м от транца; ожидаемая скорость хода v - 36 км/час.

Вычисляем:

Из деления 0,38 «а горизонтальной шкале проводим вертикаль до пересечения с горизонтальной прямой, проведенной из деления 2,59 вертикальной шкалы; точка лересечения этих двух прямых расположена в области реданных обводов.
Вторая диаграмма для выбора типа обводов.

Рис. 23. Диаграмма для выбора типа обводов при заданных длине, водоизмещении и скорости хода.

I - режим плавания; круглоскулые обводы; II - переходный режим; комбинированные
обводы или остроскулые с большим углом кнлеватости; III - режим глиссирования; без-
реданные остроскулые обводы с малым углом кнлеватостн; IV - режим глиссирования;
безредаиные или редаиные остроскулые обводы с малым углом кнлеватости.

На рис. 23 изображена условная кривая сопротивления судна, последовательно проходящего все три режима движения. При пользовании этой диаграммой для выбора типа обводов надо вычислить значение величин

V - предполагаемая скорость хода, м/сек; L - длина судна (м), выбранная по конструктивным соображениям;

V-полное водоизмещение судна, определенное по первоначальным расчетам, м3. Надпись на участке шкалы, на который попадает вычисленное значение, указывает ожидаемый режим и соответствующие ему обводы. Если же показания шкалы FL и FD различны, то это свидетельствует о том, что длина, водоизмещение и скорость плохо увязаны между собой и по крайней мере одну из этих трех величин следует изменить.

Пример 2.
Предполагаем, что скорость хода судна и будет около Ю м/сек; длину судна назначаем L = 5 м; водоизмещение по первоначальным подсчетам V = 2,5 м3.

1. Вычисляем величину

Значения, большее 1,28 по верхней шкале, соответствуют обводам для глиссирующих судов.

2. Вычисляем величину

Значение 2,74 на нижней шкале соответствует обводам для переходного режима. Отсюда следует, что одна >из величин нами выбрана неверно. Допустим, что мы можем уменьшать водоизмещение до V = 2,0 м3; при этом ожидаем, что скорость хода увеличится до 12 м/сек.

Теперь значения обеих величин соответствуют обводам для режима глиссирования.

Совпадение режимов движения по обеим шкалам еще не означает, что выбранные значения водоизмещения V и длины L являются наиболее целесообразными.

У большинства хороших построенных катеров величины V и L являются такими, что значение

Диаграмма для первоначального выбора скорости хода, мощности двигателя и числа пассажиров прогулочных глиссеров.

На диаграмме (рис. 24) по горизонтали отложены значения мощности двигателя, предполагаемого к установке на судне, а по вертикали - значения скорости хода, которых может достигнуть судно. Каждая из кривых диаграммы относится к различным по своей вместимости прогулочным открытым деревянным судам глиссирующего типа. Эту диаграмму можно применять на первоначальной стадии проектирования, когда размеры судна еще не определены; диаграмма построена на основании данных, полученных на хороших катерах заводской постройки.

Рис. 24. Диаграмма для первоначального выбора, скорости и мощности и определения числа пассажиров.

Пример 3.
1. Задавшись мощностью моторе N = 60 л. с., проводим из соответствующего деления горизонтальной шкалы.вертикаль, пересекающую кривую, соответствующую катеру с тремя пассажирами; горизонталь, проведенная из точки пересечения, указывает на то, что катером может быть достигнута скорость около 50 км/час.

2. Задавшись числом пассажиров - 5 человек - и проводя из точек соответствующей кривой вертикали и горизонтали, находим скорости, которые могут быть достигнуты судном при двигателях различной мощности; например: при N=60 л. с. v = 47 км/час; при N=100 л. с. v - 52 км/час и т. д.

Диаграмма для определения потребной мощности двигателя, достижимой скорости хода и допустимого водоизмещения глиссеров. На рис. 25 приведены кривые, показывающие, какая скорость хода может быть достигнута глиссирующим катером, если на каждую лошадиную силу мощности двигателя будет приходиться столько-то килограммов водоизмещения. Такого рода диаграммы очень удобны для предварительного определения скорости хода, которая может быть достигнута при известных весе катера и мощности его двигателя. Такими диаграммами пользуются также для быстрой приближенной оценки качества глиссера. Для этого откладывают на диаграмме точку со значениями D/N и v для данного судна; если она находится выше кривой, то катер лучше, а если ниже - то хуже «средних» катеров, на основании которых построена кривая.

Рис. 25. Диаграмма для приближенного определения потребной мощности, водоизмещения и скорости прогулочных и туристских безреданных глиссирующих катеров.

1 - туристские катера водоизмещением D=0,8-2,0 т со стационарным двигателем; 2 - прогулочные катера водоизмещением D=0,25-0,8 т с подвесным мотором.

Однако такая диаграмма может и ввести в заблуждение, если неизвестно, для каких именно катеров она составлена: больших или малых, с большим или малым водоизмещением, с подвесным или стационарным двигателем. Например, как уже говорилось, наиболее выгодная для катера нагрузка может быть довольно значительно увеличена без особого ущерба для скорости хода; это значит, что для одного и того же катера получатся два разных значения D/N при одной и той же скорости.

На рис. 25 приведены две кривые D/N по v; нижняя относится к малым прогулочным безредан-ным глиссирующим катерам с мощным подвесным мотором, другая - к более тяжелым безреданным туристским глиссирующим катерам со стационарной установкой мощностью 50-100 л. с. Как те, так и другие катера относятся к числу наиболее удачных.

Диаграммами D/N по v можно пользоваться и для ориентировочного определения потребной мощности или для грубой оценки допустимого водоизмещения, если известны мощность и ожидаемая скорость хода.

Пример 4.
1. На катере со стационарной установкой предполагается поставить двигатель мощностью N = 45 л. с.; ориентировочно подсчитанное водоизмещение D = 900 кг. Какую скорость можно ожидать?

Вычисляем

Горизонталь, проведенная из деления 20 вертикальной шкалы, пересекает верхнюю кривую на рис. 25 в точке, соответствующей скорости "хода v = 42 км/час.

2. Предполагается построить безреденный глиссер (мотолодку) с подвесным мотором, обладающий скоростью 30 мм/час; мощность мотора-10 л. с. Каким водоизмещением может обладать наш глиссер?

Из деления 30 горизонтальной шкалы проводим вертикаль до пересечения с нижней кривой; из точки пересечения проводим горизонталь; эта горизонталь совпадает с делением DIN = 32 на вертикальной шкале. Так как N = 10 л. с., то водоизмещение мотолодки может быть около D= 32 x N = 320 кг.

Формула для определения потребной мощности при заданных ширине и водоизмещении глиссера.

Если заданы ширина и водоизмещение безреданного или реданного глиссера обычных обводов, то мощность, потребная для достижения данной скорости хода, может быть определена по следующей формуле:

где С - коэффициент, значение которого определяется по рис. 26 или 27; D - водоизмещение глиссера, т; v - скорость хода, для достижения которой определяется мощность, км/час; В - ширина по скуле или по редану, м.

Пример 5.
Задано:

Обводы безреданные.
Ширина то скуле В = 1,6 м;
Водоизмещение D = 1,1 т;
Наибольшая скорость v = 40 км/час.

Решение

1. Для определения значения коэффициента С вычисляем величину

2. По рис. 26 находим, что значению 31,6 соответствует значение С = 0,095.

3. Вычисляем значение

4. Подставляем значения в формул/ для определения мощности:

Эта формула полезна тем, что позволяет в каждом конкретном случае выявить влияние изменения ширины и водоизмещения на потребную мощность.

Следует отметить, что указанная формула предусматривает очень высокий коэффициент полезного действия гребного винта, поэтому получаемые величины мощности следует несколько повышать. Так же поступают и при определении мощности для реданных глиссеров, используя для нахождения неличины С диаграмму на рис. 27.

Рис. 26. Диаграмма для определения коэффициента безреданных глиссеров.

Рис. 27. Диаграмма для определения коэффициента С реданных глиссеров.

Формула для приближенного определения скорости при заданных водоизмещении и мощности двигателя.

Эта формула позволяет, учитывая тип обводов глиссирующего судна, его водоизмещение и мощность, приближенно определить наибольшую достижимую скорость:

где v - наибольшая достижимая скорость хода,
км/час;

D - водоизмещение судна, кг;

N - мощность установленного двигателя, л. с.;

С - коэффициент, имеющий различное значение в зависимости от типа обводов:
для малых прогулочных безреданных глиссеров С=113;

Для однореданных глиссеров С=130;
для трехточечных гоночных глиссеров С=152.

Пример 6.
Прогулочный глиссер, безреданиый, водоизмещением D = 1200 кг. Мощность мотора N = 45 л. с.

Требуется определить наибольшую возможную скорость.

Есть четыре способа увеличить CPU корабля.

Первый - сопроцессоры (Co-processor I )

Четвёртый Liquid Cooled Electronics I , снижающие потребление CPU всем модулям, зависящим от скилла Electronics Upgrades .

Начинать стоит с изучения скилла электроники. Если это не помогло - ставьте модули.
Если и это не спасает - ригуйте корабль.
И только если и это не помогло - ставьте hardwiring (имплантат).

FAQ. Как мне увеличить энергосеть корабля?

Есть четыре способа это сделать.

Первый - модули вроде "звёздочки" (Reactor Control Unit I ) или "лампочки" (Micro auxiliary Power Core I ).

Между этими модулями есть кардинальное различие.

"Звёздочка" повышает выход питания корабля на определённый процент.
"Лампочка" же выдаёт фиксированное количество мегаватт.
На фригаты, общая мощность power grid (энергосети) которых редко превышает 60MW, лучше ставить лампочку.
А вот на кораблях крупнее крейсера от неё уже нет пользы.
Плюс-минус 10MW при общем объёме в сотни ничего не решает.

Четвёртый - риги (модификации корабля) вроде Ancillary Current Router I

Начинать стоит с изучения скилла инженерии. Если это не помогло - ставьте модули.
Если и это не спасает - "ригуйте" корабль.
И только если и это не помогло - ставьте hardwiring (имлантат).
Имплантат и риги - это совсем на крайний случай, если корабль ну очень хороший, и модули хорошие, но не хватает питания.

УДК 656.6 Костенко Виктория Николаевна Одесская национальная морская академия, факультет судовождения на морских и внутренних водных путях 2 курс, группа 1221

Руководитель - доц. Сиряченко В.Ф., кафедра теории и устройства судна

ПУТИ УВЕЛИЧЕНИЯ СКОРОСТИ ВОДОИЗМЕЩАЮЩЕГО СУДНА

Морские и океанские акватории, покрывающие 2/3 поверхности Земли, в течение многих веков являются естественными транспортными артериями между островными и прибрежными странами. Морской транспорт остается основным видом, способным обеспечить большие грузопотоки между континентами, а освоение минеральных и биологических ресурсов мирового океана еще более повышает роль морского флота. Однако скорость транспортных судов мало изменялась за прошедшие века, и уже не соответствует темпам развития современной экономики.
В поисках путей повышения скорости предпринимались попытки отделить суда от поверхности воды и таким образом избежать ограничений скорости. Однако водоизмещающие суда по-прежнему остаются наиболее практичными, экономичными и комфортабельными. Поэтому приходится, насколько это возможно, устранять присущие им недостатки или в крайнем случае мириться с ними.
Водоизмещающие суда испытывают значительное сопротивление воды и достигнув скорости порядка 40 узлов, уже не могут существенно прибавить в скорости (и в экономичности), даже если мощность энергетической установки будет существенно увеличена. Поэтому проблему увеличения скорости судна невозможно решать без рассмотрения каждого вида сопротивления, которое на него оказывается.
Корпус, движущийся в воде, испытывает сопротивление воды и воздуха, препятствующее его движению. Сопротивлением воздуха можно пренебречь. Сопротивление воды складывается из сопротивления трения, формы и волнового сопротивления.
Известна старая идея Ньютона, описывающая давление, оказываемое ударным слоем на корпус судна. Используя ее содержание для определения силы сопротивления, расчётная формула принята в следующем виде:

Исследования показали, что зависимость полного сопротивления судна от скорости не является квадратичной, и при разных числах Фруда коэффициент k 1 меняется в пределах 2 < k 1 <3 в зависимости от угла входа действующей ватерлинии.
Значительная часть мощности двигателя затрачивается на преодоление важной части сопротивления - трения воды о корпус судна.
В настоящее время существует множество методов, идей и проектов, направленных на управление пограничным слоем с целью снижения турбулентности, от традиционных до экзотических.
Главный традиционный метод - докование судна с обязательной очисткой подводной части корпуса и покрытием его противообрастающими красками.
Экзотических разработок методов уменьшения сопротивления трения в настоящее время довольно много.
Например, добавка химикатов. Известны результаты испытания, проведенного в 1968 г. на английском минном тральщике «Хайбэтон», когда из носовой части судна во время хода постоянно выпускали очень слабый раствор полиоксиэтилена. Сопротивление трения катера благодаря этому уменьшалось в зависимости от скорости и волнения на 22-36%, экономия мощности двигателя составила 12-20%. Однако экономия топлива не покрыла расходов по использованию полимера.
Любопытным, однако, в некотором роде непрактичным, может показаться система воздушной смазки, принцип работы которой основан на сокращении сопротивления между корпусом судна за счет использования воздушных пузырьков, создаваемых под корпусом. В ходе испытаний, проведенных в 2010 на грузовом судне Yamatai, выяснилось, что пузырьковая система позволяет экономить 10% топлива с учетом расхода электроэнергии на работу воздушных компрессоров.
Также учеными из США было создано покрытие, основанное на принципе кожи дельфина. Чтобы запустить механизм очистки, нужно приложить к данному материалу электроимпульс или же повысить оказываемое на него давление. Тогда он сморщивается, при этом закрепившиеся на его поверхности биоплёнки, и в итоге сами отваливаются.
Интересным направлением является конструктирование судов с выемками (лунками на обтекаемой поверхности), используя явление движения мяча для гольфа. Известно, что оставляемый мячом с лунками вакуумный след меньше, чем обычным мячем, а торможение его – слабее. Поэтому, можно предположить, что конструирование судов с выемками на корпусе может помочь сделать само судно более эффективным, значительно уменьшив его сопротивление трения.
Еще одно экзотическое направление – создание супергидрофобной поверхности судна на основании природной модели водяного папоротника salvinia molesta. Исследователи полагают, что, воспроизведя механизм, с помощью которого salvinia molesta выходит сухой из воды, можно будет экономить до 10% горючего при эксплуатации судов.
Вторая составляющая полного сопротивления - это сопротивление формы, у некоторых типов судов (особенно у барж) оно может составлять до 50 % полного сопротивления. Поэтому на сегодняшний день важной задачей является проектирование оптимальной формы корпуса судна. При нахождении оптимальной длины корпуса судна, например, необходимо помнить, что тихоходные суда, сопротивление которых состоит преимущественно из трения, выгодно строить относительно короткими, а быстроходные – удлиненными.
Однако главным препятствием на пути повышения скорости водоизмещающих судов является волновое сопротивление, так как по мере увеличения скорости оно возрастает примерно пропорционально четвертой степени.
Поиски способов уменьшения волнового сопротивления велись в различных направлениях и породили многочисленные предположения, многие из которых оказались фантастическими и непрактичными, а некоторые – весьма важными и перспективными.
Идея носового расположения движителя возникла у австрийского инженера Виктора Шаубергера. Носовой и кормовой винты предлагалось вращать в разные стороны. Циркулирующая при помощи винтов вода имеет при этом форму вытянутого тора, а движение судна должно было происходить за счет трения этого тора с окружающей водой. Но, к сожалению, эта идея не нашла своего практического применения в судостроении ввиду того, что «активный носовой бульб» неудобен в эксплуатации - он затрудняет маневрирование, а также затрудняют отдачу якорей.
В основе плавникового движителя лежит «коньковый ход», используемый большинством рыб и китообразных. Поступательное движение рыбы обеспечивается своеобразным эффектом, возникающим при колебаниях хвостового плавника, который как бы соскальзывает со “щеки” водяного клина. В случае достаточно быстрого (импульсного) приложения силы со стороны плавника водяной клин приобретает свойства твердого тела, т.е. играет роль именно клина-ускорителя, с которого соскальзывает упругий гибкий плавник. Данная гипотеза проверялась в практическом использовании Г. Боуласом и Г. Семеновым на моделях катамаранов с плавниковыми движителями, а также исследователями Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.
Однако, в наше время наиболее практичным и общеприменимым способом уменьшения волнового сопротивления является использование интерферирующих устройств, к которым относятся бортовые були, носовые бульбы и подводные крылья.
Расчеты показывают, что для увеличения скорости хода судна при той же мощности его энергетической установки достаточно увеличить площадь носовых обводов, что можно осуществить с помощью использования носового бульба.
При его отсутствии недалеко от носа судна происходит отрыв потока, а с установкой бульба средняя скорость потока, обтекающего подводную часть корпуса, понижается в такой степени, что происходит уменьшение вязкостного сопротивления.
Также перспективным может оказаться использование двойного бульба на комбинированных судах.
Как показали испытания больших судов, уменьшение полного сопротивления благодаря использованию таких форм носовой оконечности составило 15%. Следует заметить, что сопротивление значительно уменьшается не только при движении судна в полном грузу, но и в балластных пробегах при малых осадках. Это означает, что эффективность бульба сохраняется и при его приближении к поверхности воды.
В заключение следует отметить, что путем выбора оптимальной формы носовой оконечности корпуса судна можно существенно уменьшить затраты мощности на преодоление волнового сопротивления. Однако и в настоящее время волнообразование по-прежнему остается сложным и неблагоприятным природным явлением, которое проектант не может не учитывать.

Список использованных материалов:
1. Шапиро Л.С. Самые быстрые корабли. – 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Судостроение, 1989. – С. 28-39.
2. Гилмер Т.С. Проектирование современного корабля/ Е.А. Будяковский, А.О. Виглина, Е.А. Широкова. – 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1984. – С. 142-159.
3. Короткин А.И. Мифы и реальность гидробионики. – СПб.: МорВест, 2012. 88 с.
4. Басин А.М. Ходкость и управляемость судов. – М.: Транспорт, 1977. – С. 71-74.
5. Donnelly K.J. Reduction of Ship Resistance through Induced Turbulent Layers. – F.: Master of Science in Ocean Engineering, 2010. – 65 p.
6. Семенов Г. Катамаран с плавниковым движителем//Катера и яхты. – Вып. 169. – М.: Царь, 1999. – С.54-55.
7. Чижиумов С.Д., Беляев В.А., Кузнецов Д.С. Проекты плавниковых движителей. – Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет,2012 – С. 57-63

Можно смело сказать, что судоходство - древнейший из всех существующих видов транспорта, хотя ответить на вопрос, когда и где было построено первое судно, вряд ли возможно. Но в данном случае нас интересует не это. Возьмем для примера греческие корабли, на которых совершали свои походы герои Гомера, и современный быстроходный лайнер. Сравним их. Разница, безусловно, огромная. Машины мощностью в десятки тысяч лошадиных сил, грузоподъемность, измеряемая тысячами тонн, - все это, конечно, свидетельствует о неоспоримом прогрессе, достигнутом в судостроении за истекшие две-три тысячи лет. Однако, с другой стороны, можно утверждать, что принципиального различия между сравниваемыми кораблями нет. Так, форма плавающего в воде корпуса судна - с заостренным носом, плавно расширяющимися, а затем сужающимися к корме бортами - осталась практически без изменений. Да и скорость современного турбохода-трансатлантика - обладателя «Голубой ленты» всего лишь в 5-6 раз превышает скорость корабля Одиссея, который двигали вперед два-три десятка гребцов.

Если сравнить эти результаты с прогрессом, достигнутым за гораздо более короткий срок в сухопутном, а тем более воздушном транспорте, то выглядят они более чем скромно. Это наводит на мысль, что скорость судна при традиционном способе движения по воде, чем бы оно ни приводилось в движение - веслом или гребным винтом, близка к верхнему пределу. Конечно, инженеры-кораблестроители продолжают работать над усовершенствованием формы корпуса судна и это дает важные для народного хозяйства результаты. Например, в недавнем прошлом только благодаря изменению формы носовой оконечности- установке так называемой бульбовой наделки удалось уменьшить общее сопротивление судна примерно на 5-7%. Но говорить о каких-то кардинальных достижениях и в этом, и во многих аналогичных случаях не приходится.

Вероятно, совершенствовать форму судна можно лишь до какого-то предела, который уже близок и превзойти который невозможно. Дело в том, что даже идеально обтекаемый корпус при движении вызывает образование волн и испытывает сопротивление от трения воды об его обшивку. Эти силы, препятствующие движению судна, возрастают пропорционально квадрату и даже кубу скорости и очень быстро достигают величин, преодолеть которые ни при какой затрате мощности не удается.

Раз их не преодолеть, от них нужно по возможности избавиться! Эта проблема серьезно встала в конце прошлого века. Именно тогда были сделаны попытки заменить движение в воде скольжением по ее поверхности - глиссированием. Первый глиссер, построенный в 1867 г. французом Адером, развивал небольшую скорость - немногим более 20 км/час, но его появление ознаменовало начало новой эпохи в истории борьбы за скорость на воде. Примечательно, что начало ее совпало по времени с первыми успешными полетами человека в воздухе, а дальнейшее развитие быстроходных судов шло в самой тесной связи с прогрессом в авиации.

За годы, прошедшие со времени испытания первого глиссера, был сделан скачок, уже несравнимый с тем, что было достигнуто за всю предыдущую историю судостроения: современный рекорд скорости на воде, поставленный в 1967 г. на глиссирующем катере с реактивным двигателем, равен 459 км/час! Эти результаты стали возможными только благодаря тому, что глиссирование позволило намного уменьшить одно из главных препятствий на пути роста скорости - волновое сопротивление. На современных глиссирующих судах большая часть мощности двигателей расходуется уже не на образование волн, а на преодоление сопротивления трения о воду (на гоночных глиссерах оно достигает 60-70% полного сопротивления движению, хотя абсолютная его величина гораздо меньше, чем у водоизмещающего судна). Чтобы добиться дальнейшего роста скорости при заданной ограниченной мощности двигателя, нужно преодолеть и это препятствие.

Однако способность скользить по поверхности воды является одновременно и одним из присущих глиссеру слабых мест. На большой скорости имеется опасность полного отрыва от воды, перехода на режим рикошетирования (так скачет по воде плоский камешек) и даже взлета в воздух, неизбежным результатом которого будет авария - вспомните конец «Синей птицы» Кэмпбелла! С другой стороны, поверхность воды никогда не бывает такой гладкой, как бетонная дорога, а на волнении со скоростным глиссером случится то же, что с гоночным автомобилем, пущенным по пересеченной местности. Ясно, что это ограничивает области применения скоростных глиссеров.

За последнее время теоретически обоснован и практически осуществлен ряд новых способов движения по воде с большими скоростями. Речь идет о применении подводных крыльев, принципа движения на воздушной подушке и др. Многих наших читателей заинтересовала и проблема использования на воде колес. Побудительным мотивом для этого явились очень заманчивые публикации в некоторых газетах и научно-популярных журналах. Вот, что, например, напечатано в № 12 за 1967 г. журнала «Юный техник»:

«Инженер В. Подорванов первым догадался использовать почти забытый «эффект Магнуса» в водяных струях. В его конструкции цилиндры не целиком погружены во встречный поток, а лишь своей нижней частью. Именно в этом и заключается главное достоинство новой конструкции. Колеса-цилиндры с наименьшими потерями энергии особенно легко подминали, подтягивали под себя встречные струи воды. Их подъемная сила была так велика, что значительно лучше подводных крыльев поднимала над водой весь корпус судна. Ведь сопротивление цилиндров значительно меньше, чем у подводных крыльев. Кроме того, они вращаются значительно быстрее, чем бегущие под них встречные струи воды. В результате появляется дополнительное тяговое усилие, ускоряющее движение судна. Чем больше скорость корабля, тем выше он поднимается над водой. Вот цилиндры лишь едва касаются поверхности воды своей нижней поверхностью. Новая фаза движения - цилиндры лишь временами касаются воды. Еще увеличишь скорость - и судно полностью переходит на режим полета. В воде остается лишь толкающий его гребной винт. Теперь цилиндры работают уже не в гидродинамическом, а в аэродинамическом режиме. Скорость корабля-цилиндрохода можно довести над самой поверхностью воды до 300 км/час, а возможно и более, что недостижимо для судов на подводных крыльях и на воздушной подушке».

Не будем пока подробно разбирать реальность применения этого принципа достижения столь высоких скоростей, но ознакомимся, хотя бы кратко, с проектом, о котором идет речь и на который В. П. Подорванову выдано авторское свидетельство.

Быстроходный катер, имеющий вертикальный воздушный руль и горизонтальный стабилизатор, удерживается над поверхностью воды за счет гидродинамических сил, образующихся на поверхности цилиндрических колес - двух больших носовых и двух поменьше в корме. Колеса перекатываются по воде с проскальзыванием и рикошетированием, причем ось вращения носовой пары колес расположена впереди и выше центра тяжести корпуса с отнесением на нее 70-90% веса всего катера. Колеса смонтированы на амортизаторах. Движение осуществляется за счет упора гребного винта.

Можно напомнить и о реактивном глиссере «Зеленое Чудовище», построенном американцем Артом Арфонсом для установления нового рекорда скорости на воде: в его поплавки-спонсоны вмонтированы выступающие вниз автомобильные колеса. По мысли изобретателя, колеса эти, как по бетону, будут катиться по поверхности воды. Что из этого вышло, пока неизвестно; во всяком случае мировой рекорд по-прежнему принадлежит Ли Тэйлору, а не Арту Арфонсу!

С просьбой оценить подобные проекты и установить, насколько они соответствуют фундаментальным положениям теории гидродинамики редакция обратилась к ученым, членам научно-технического общества судостроительной промышленности имени академика А. Н. Крылова. Чтобы конкретизировать тему беседы, мы сознательно сузили круг вопросов, задавшись целью выяснить принципиальную возможность повышения скорости движения малых судов, имеющих контакт с водой, т. е. исключив из рассмотрения аппараты на воздушной подушке, экранопланы и др. Приводим краткое содержание этой беседы.

Что можно сказать о принципиальной возможности движения по воде на копесах?

Инж. Э. А. Конов : Обычно возможность использования колес в качестве несущих поверхностей связывалась с идеей снижения сопротивления трения. Это и до сих пор продолжает привлекать изобретателей. Если же обратиться к истории, то следует отметить, что еще в 30-х годах проект быстроходного катера на колесах был предложен англичанами Ламбардини и Фиддерманом. Результаты своих теоретических и экспериментальных исследований они доложили в 1948 г. на Втором международном конгрессе по прикладной механике. Английские инженеры полагали, что, если установить под днищем судна ряд свободно или принудительно вращающихся цилиндров, то за счет снижения сопротивления трения скорость передвижения по поверхности воды возрастет. Но чтобы поддерживать судно над поверхностью воды, колеса одновременно должны создавать соответствующую подъемную силу. По существу англичане рассматривали движение колеса в режиме глиссирования. Однако, как показали проведенные позднее эксперименты, гидродинамическое качество (т. е. отношение подъемной силы к сопротивлению) колес может быть лишь немногим больше единицы, т. е. всегда оказывается значительно хуже, чем у обычного плоского днища.

Что же касается материалов по этому вопросу, опубликованных в некоторых популярных изданиях, то, к сожалению, все они грешат научной недостоверностью и поэтому вводят читателей в заблуждение.

Канд. техн. наук М. А. Басин : Я вообще не понимаю, зачем говорить о глиссирующем колесе как о новом принципе движения. Задача достижения высоких скоростей при движении по воде требует создания глиссирующей поверхности с высоким гидродинамическим качеством. Колесо (цилиндр), даже вращающееся в направлении движения, не обладает этим качеством, так как представляет собой глиссирующую поверхность с формой, далекой от оптимальной.

Резюмируем сказанное: движение колеса по водной поверхности не может быть идентичным движению по земпе, как на это рассчитывал Арфонс, а предположения Подорванова о большой несущей способности колес при глиссировании ошибочны.

Инж. Ю. А Голдобин : Предыдущие высказывания показали, что для увеличения скорости судна ставить его на колеса совершенно ни к чему. Мне хочется напомнить интересную мысль, высказанную известным аэродинамиком профессором Голубевым. Обычное колесо при движении по земле в любой момент, как известно, имеет точку, скорость которой относительно земли равна нулю, - это точка ее опоры. Подобным же образом и частицы воды, находящиеся на некотором удалении от обшивки движущегося судна, остаются в состоянии покоя, в то время как частицы, прилегающие к обшивке, силами вязкости увлекаются вместе с судном.

Из этой аналогии можно сделать вывод, что изобретенное человеком колесо является лишь грубой копией созданного природой вихревого механизма, который сейчас принято называть пограничным слоем.

Проблема состоит в создании оптимального режима взаимодействия пограничного слоя и корпуса. В науке эта проблема называется управлением пограничным слоем (УПС).

Что же имеется в виду под управлением пограничным слоем для снижения сопротивления трения?

: Одним из наиболее перспективных способов снижения сопротивления трения судна является создание на днище тонкой воздушной прослойки. При этом для достижения высоких результатов необходимо проектировать судно со специальной формой корпуса. Получаемый эффект достигается за счет уменьшения сопротивления трения той части поверхности корпуса, которая покрывается воздушной прослойкой и, грубо говоря, движется уже не в воде, а в воздухе. Расход воздуха, а следовательно, и мощности на поддув в этом случае получается несравнимо меньше, чем у судна на воздушной подушке обычного типа.

Инж. Ю. А. Голдобин : Любопытно, что эффект воздушной смазки был замечен на парусных швертботах, имеющих эжекторы в днище для откачивания попавшей в корпус воды. Если при большой скорости открыть эжекторы, то воздух засасываемый через них под днище, существенно уменьшает сопротивление и скорость швертбота при этом, несмотря на добавочное сопротивление самих эжекторов, заметно повышается, а за кормой можно наблюдать интенсивный воздушный след.

Инж. А. С. Павленко : Как сообщил журнал «Эр кашн», американцы при испытании 9-метрового быстроходного катера получили благодаря применению воздушной смазки снижение сопротивления трения на 40%. Следует, однако, отметить, что воздушная смазка - не единственный способ уменьшения сопротивления трения. Большой интерес представляют, например, податливые покрытия корпуса.

Речь идет о «дельфиньей коже»?

Инж. А. С. Павленко : Да, в популярной литературе такое название принято. Принципиально действие податливого покрытия объяснить несложно; одно из них, разработанное американским ученым Крамером, показано на рисунке. Изгибаясь под действием пульсирующих давлений, податливое покрытие как бы выравнивает, сглаживает поток, поглощает энергию поперечных колебаний пограничного слоя и таким образом ламинаризует его. На испытаниях, проведенных Крамером, удалось получить снижение сопротивления трения на 40%.

Канд. техн. наук В. П. Шадрин : Аналогия, конечно, есть, но далеко не полная. Принцип действия кожи дельфина, как и любой биологический саморегулирующейся системы, гораздо сложнее. Нервные окончания, которыми пронизана кожа дельфина, позволяют, очевидно, ей более активно взаимодействовать с окружающей средой и обеспечивают дополнительный выигрыш в сопротивлении. Механизм этого взаимодействия во многом не ясен.

Существует еще один способ снижения трения судна - введение в пограничный слой специальных полимерных веществ, например, окраска наружной обшивки выделяющей полимеры краской. Предполагают, что сравнительно длинные и гибкие молекулы полимеров являются своеобразной пружиной, гасящей колебания потока в пограничном слое. Располагаясь вдоль линий тока, такие молекулы сопротивляются поперечному перемешиванию воды и могут задержать переход ламинарного режима в турбулентный. Известно, что Международный Парусный Союз даже издал специальное постановление, запрещающее использовать такие покрытия на гоночных яхтах, чтобы не давать преимущества отдельным спортсменам.

Каковы физические основы действия полимерных покрытий и их перспективы?

Канд. техн. наук А. А. Бутузов : Механизм действия полимерных покрытий исследован пока слабо. Имеющиеся экспериментальные сведения еще не дают основания для каких-либо обобщающих выводов.

Инж. Ю. А. Голдобин : Известно любопытное сообщение об эксперименте, проделанном в США. С носовой части катера выливали в воду ведро раствора полимера. Скорость судна при этом мгновенно увеличивалась, ощущался толчок. Уменьшение трения оценивалось при этом величиной порядка 40%.

Обратимся теперь к более доступному средству повышения скоростей. Что можно сказать о будущем подводных крыльев! Может пи быть назван предел скорости, который доступен судам на крыльях!

Канд. техн. наук М. А. Басин : Назвать какую-либо определенную величину, пожалуй, не представляется возможным.

Инж. М. В. Михайлов : В авиации с ростом скоростей стали уходить на большие высоты, где плотность воздуха значительно меньше, чем у поверхности земли, а следовательно, меньше потери на трение. В судостроении происходит то же самое - подводные крылья нас уже не удовлетворяют, конструкторы добиваются теперь полного отрыва судна от слишком плотной среды - воды.

Мы, кажется, все-таки переходим к области применения судов на воздушной подушке и экраноппанов?

Инж. А. С. Павленко : Нет смысла говорить о теоретически предельно возможных скоростях с применением того или иного способа движения. Ведь имеются определенные границы, до которых использование каждого из этих способов практически целесообразно. Например, глиссер, движущийся со скоростью 100 км/час, по энергетическим затратам не имеет преимуществ перед судном на крыльях, тогда как по своим мореходным качествам он будет ему безнадежно проигрывать.

Инж. С. Б. Соловей : В такой же взаимосвязи следует рассматривать движение при использовании поддува воздуха под днище катера. Каждый способ эффективен лишь при определенных сочетаниях скорости и грузоподъемности судна.

Многих читателей нашего сборника интересует возможность создания многорежимного катера, который мог бы одинаково экономично ходить и с большой скоростью, и с малой. Для водного туризма такое судно не имело бы себе равных. Любителям отдыха на воде часто приходится преодолевать значительные расстояния, чтобы добраться до облюбованного места. Какие существуют, хотя бы пока теоретически, решения в этом направлении?

Инж. Ю. А, Голдобин : Самое простое - погрузить лодку на машину и забросить ее, куда нужно.

Канд. техн. наук М. М. Буньков : Если говорить серьезно, можно рекомендовать откидывающиеся подводные крылья. Другой интересный вариант - гидролыжи, патенты на которые зарегистрированы сейчас во многих странах. Принципиально назначение лыж то же, что и крыльев, - выталкивать корпус судна из воды, чтобы уменьшить его сопротивление. Разница заключается в том, что, во-первых, лыжи устанавливаются не поперек, а вдоль корпуса, и во-вторых, не находятся под водой, а скользят по ее поверхности. На стоянке и при движении с небольшой скоростью лыжи прижаты к днищу и не оказывают влияния на величину сопротивления корпуса. Конечно, гидродинамическое качество лыж ниже, чем подводных крыльев, и при равной мощности механической установки судно на крыльях сможет развить большую скорость, Это видно хотя бы при сопоставлении кривых сопротивления обоих судов. Но на волнении катер с гидролыжами оказывается более мореходным, по сравнению с глиссером. При движении с большой скоростью лыжи, скользя по взволнованной воде, за счет своей гибкости как бы следят за ее поверхностью и таким образом демпфируют, смягчают удары волн, превращающих обычно в пытку плавание на плоскодонном катере. Чтобы повысить демпфирующее действие лыж, японские судостроители предложили устанавливать их на амортизирующих опорах.

Известно, что при разгоне судна крылья создают огромное дополнительное сопротивление, которое на графике выглядит внушительным горбом. Лыжи такого горба не дают и сопротивление судна при увеличении скорости изменяется примерно так же, как и у обычного глиссирующего катера. Кроме того, изменяя угол наклона лыжи, можно регулировать подъемную силу, необходимую для того, чтобы оторвать корпус от воды. Каждый знакомый с воднолыжным спортом, легко может представить, как это делается.

Итак: лыжи, крылья, полимеры, поддув воздуха, податливые покрытия, - это основные направления, основные пути к достижению границ возможного в борьбе за скорость судна. Каждое из этих направлений, конечно, может быть темой специального разговора. Поэтому, выражая от имени читателей «Катеров и яхт» благодарность всем участникам сегодняшней беседы, мы надеемся, что они не откажутся в дальнейшем более полно изложить свои соображения по затронутым вопросам и с теоретической и с практической точек зрения.

ХХ век стал прорывным во множестве областей технического прогресса, в частности в увеличении скорости движения транспортных средств. Для наземных средств передвижения скорости эти выросли в разы, для воздушных - на порядки. А вот на море человечество упёрлось в тупик.

Основной качественный скачок произошёл ещё в ХIХ веке, когда вместо парусных судов появились паровые. Но очень скоро выяснилось, что основным ограничителем скорости для морских судов является не слабость энергетической установки, а сопротивление воды. В итоге рекорд скорости, установленный русским эсминцем "Новик" 21 августа 1913 года (37,3 узла), стал фактически пределом мечтаний для крупных водоизмещающих кораблей (напомним, что узел - это одна морская миля, то есть 1852 м/ч).

Этот рекорд побили, конечно. Перед Второй мировой очень быстро носились по Средиземному морю итальянские и французские лидеры и эсминцы, добираясь иногда аж до 45 узлов. Непонятно, впрочем, зачем им была нужна эта скорость, поскольку именно итальянский и французский флоты во Второй мировой воевали хуже всех. Побил рекорд "Новика", завоевав в начале 1950-х "Голубую ленту Атлантики", американский лайнер "Юнайтед Стейтс" (38,5 узла). Но даже эти скорости достигались считанным количеством кораблей и на очень коротких дистанциях. В целом же для боевых кораблей максимальная скорость и сегодня редко превышает 32 узла, а крейсерская скорость (на которой достигается максимальная дальность плавания) всегда была ниже 30 узлов. Для транспортных судов и 25 узлов было уникальным достижением, большинство из них до сих пор таскаются по морям со скоростями, не превышающими 20 узлов, то есть менее 40 км/ч.

Появление дизельных, газотурбинных, даже ядерных двигателей в лучшем случае давало прибавку в скорости на несколько узлов (другое дело, что дизели и ядерные энергетические установки позволили резко повысить дальность плавания). Волновое сопротивление вставало стеной. Важнейшим средством борьбы с ним стало увеличение отношения длины корпуса корабля к его ширине. Слишком узкий корабль, однако, обладал плохой остойчивостью, в шторм он мог легко перевернуться. Кроме того, в узкий корпус трудно было запихнуть разнообразные системы и механизмы. Поэтому только некоторые эсминцы за счёт узости корпусов установили свои рекорды скорости, тенденцией это не стало даже для боевых кораблей, а для грузовых судов сужение корпусов было неприемлемо в принципе.

Авиация практически полностью заменила морские суда в плане пассажирского сообщения, но вот что касается грузовых перевозок, то почти все они до сих пор приходятся на водный и железнодорожный транспорт. Грузоподъёмность для самолётов остаётся почти таким же критическим вопросом, как скорость для судов. Поэтому инженеры продолжают биться над решением обеих проблем.

Для коммерческого судоходства проблема низких скоростей в значительной степени нивелируется большим количеством судов на линиях. Если танкеры (контейнеровозы, банановозы, лесовозы и т. д.) выходят из пункта А ежедневно, то и приходить в пункт Б они будут ежедневно независимо от скорости каждого отдельного судна. Главное, чтобы хватало судов для поддержания такого графика.

Для ВМС скорость, разумеется, гораздо важнее. И для боевых кораблей (тут объяснения, пожалуй, излишни), и для транспортных и десантных судов, перевозящих войска. Причём последнее сейчас, когда войны приобрели глобальный размах, стало важнее первого (тем более что для боевых кораблей некоторой компенсацией собственной низкой скорости стало наличие ракетного оружия: ракета догонит кого угодно).

Поскольку нерешаемость проблемы волнового сопротивления стала понятна давно, то, наряду с погоней за единицами узлов за счёт улучшения обводов корпуса и формы винтов, усиления энергетических установок на обычных кораблях, начался поиск чего-нибудь необычного.

Ещё в конце XIX века был открыт эффект действия подъёмной силы на пластину, буксируемую под водой под небольшим углом наклона к горизонту. Этот эффект аналогичен аэродинамическому, действующему на крыло самолёта и позволяющему ему летать. Поскольку вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, площадь подводного крыла могла быть во столько же раз меньше площади крыла самолёта. Если поставить на крылья судно, то при достаточно большой скорости подъёмная сила поднимет его над водой, под ней останутся только крылья. Это позволит в разы снизить сопротивление воды и, соответственно, повысить скорость движения.

Первые опыты с судами на подводных крыльях проводились во Франции и Италии, но наибольшего развития они достигли в СССР. Главным конструктором таких судов стал Ростислав Алексеев, который возглавил соответствующее ЦКБ (оно находилось в Горьком). Был создан целый ряд пассажирских судов и боевых катеров на подводных крыльях. Однако быстро выяснилось, что водоизмещение судов на подводных крыльях очень ограниченно. Чем оно выше, тем больших размеров и массы должно достигать подводное крыло и тем мощнее должна быть энергоустановка. Из-за чего даже фрегат на подводных крыльях создать практически невозможно.

В итоге дело не пошло дальше "пригородного транспорта" - "Ракет", "Комет" и "Метеоров" - и некоторого количества боевых катеров на подводных крыльях. Для ВМФ СССР и погранвойск было построено 2 противолодочных корабля на подводных крыльях пр. 1145 и 1 пр. 1141, 1 малый ракетный корабль (МРК) пр. 1240, 16 сторожевых катеров пр. 133, 18 ракетных катеров пр. 206МР. Большинство из них сейчас уже списано. Один ракетный корабль на подводных крыльях пр. 206МР оказался тем самым грузинским катером "Тбилиси", который в августе 2008 года, в соответствии с легендами и мифами агитпропа, был потоплен российским МРК "Мираж" в морском бою, а на самом деле брошен своим экипажем в Поти и взорван нашими десантниками.

За рубежом катера на подводных крыльях также развития практически не получили. В США было построено 6 ракетных кораблей на подводных крыльях типа "Пегас", в Италии - 7 РК типа "Спарвьеро", в Израиле - 3 РК типа М161, в Японии - 3 РК типа PG01. Сейчас все они, кроме японских, списаны. Китай наштамповал более 200 торпедных катеров на подводных крыльях типа "Хучуань", они экспортировались также в Румынию, Албанию, Танзанию, Пакистан, который затем передал их в Бангладеш. Сейчас в строю осталось лишь 4 бангладешских и 2 танзанийских "Хучуаня". В целом для ВМС всего мира КПК оказались тупиковой ветвью развития.

Несколько более перспективными стали корабли на воздушной подушке (КВП). Эта самая подушка создаётся путём нагнетания вентиляторами сжатого воздуха под днище корабля, благодаря чему корабль поднимается над водой и волновое сопротивление исчезает полностью. Что позволяет не только развивать огромную скорость (50-60 узлов), но и выходить на сушу.

Наибольшее развитие корабли на воздушной подушке получили опять же в СССР (начиная с 1920-х годов). Запад начал развивать это направление лишь в конце 1950-х. Вскоре выяснилось, что для таких кораблей существует почти та же коренная проблема, что и для кораблей на подводных крыльях, - их полезная масса не может быть большой. Для поддержания на весу тяжёлого корабля нужно ставить очень мощные вентиляторы. А для движения корабля нужны огромные и мощные воздушные винты, занимающие очень много места и чрезвычайно уязвимые в бою.

В итоге область применения таких кораблей оказалась весьма ограниченной. В СССР построили довольно много десантных кораблей на воздушной подушке (ДКВП) различных типов. Очень уж привлекательной казалась возможность (благодаря способности таких судов выходить на берег) высаживать десант "не замочив ног". Правда, их десантовместимость была довольно ограниченной, а уязвимость от огня даже стрелкового оружия - чрезвычайно высокой (особенно уязвимыми были именно воздушные винты). Самыми крупными стали ДКВП пр. 12322 "Зубр" (водоизмещение более 500 т, длина 56 м, скорость до 60 узлов, способны брать на борт 3 танка или 140 морпехов). У России сейчас осталось всего 2 таких корабля, зато 3 мы продали в Грецию. Есть у нас сейчас около 10 старых ДКВП пр. 12321, 1206 и 1205 меньшего размера.

Кроме России, десантный катер на воздушной подушке LCAC (150 т, 50 узлов, несёт 1 танк) создали в США. Таких катеров построено около ста, они базируются на американских универсальных десантных кораблях и десантных кораблях-доках. Десантные катера пр. 724 в количестве примерно 30 штук строились в КНР. Это, наверное, самые маленькие корабли на воздушной подушке в мире: 6,5 т, длина 12 м, берут на борт 10 десантников.

Маленькие (от 15 до 100 т) сторожевые катера на воздушной подушке в 1970-е годы строили англичане, в том числе для продажи в Иран (ещё при шахе) и Саудовскую Аравию. Один иранский КВП британской постройки типа ВН.7 погиб во время войны с Ираком.

В конце концов как отечественные, так и зарубежные конструкторы пришли к мысли заменить резиновую "юбку", поддерживающую воздушную подушку, на жёсткие пластины, называемые скегами. Они значительно лучше "юбки" удерживают воздух внутри подушки, что позволяет увеличить массу корабля. Кроме того, поскольку скеги входят в воду, на них можно устанавливать гребные винты или водомёты, убрав с палубы корабля громоздкие и уязвимые воздушные винты. При этом сопротивление скегов, конечно, больше, чем у "юбки", но гораздо ниже, чем у подводных крыльев. Единственный их недостаток - корабль лишается возможности выйти на сушу. Поэтому скеговые КВП целесообразно строить в варианте ударных кораблей или тральщиков. В последнем случае выгода в том, что чем меньшая часть корабля находится в воде и чем выше его скорость, тем меньше шанс подорваться на мине.

Пока монополия на такие корабли у России и Норвегии. У нас на Черноморском флоте имеется 2 скеговых МРК пр. 1239 ("Бора" и "Самум"), крупнейшие корабли на воздушной подушке в мире (водоизмещение более 1 тыс. т). Они обладают огромной ударной мощью (8 сверхзвуковых ПКР "Москит") и скоростью 53 узла. Недостаток этих кораблей - слабая ПВО и, главное, крайняя сложность в эксплуатации.

В состав ВМС Норвегии входит по 6 скеговых ракетных катеров типа "Скъёльд" и тральщиков типа "Оксёй". Они значительно меньше наших МРК (250-400 т). При этом ракетные катера несут 8 сверхзвуковых ПКР NSM. Можно отметить, что (кроме России и Норвегии) сверхзвуковые ПКР есть ещё только у Китая.

Хотя корабли на воздушной подушке и перспективнее кораблей на подводных крыльях, но и они никоим образом проблему скорости не решают из-за множества описанных выше ограничений, а также дороговизны и сложности в эксплуатации.

Рецензия Виктора Дубровского, доктора технических наук

В статье "Волновое сопротивление. Погоня за скоростью в море" автор затронул две интересные проблемы развития морской техники. Именно две, потому что снижение волнового сопротивления - только часть более обширной проблемы повышения максимальных скоростей, причем с развитием техники значение этой части относительно уменьшается. Однако обе эти проблемы значительно более "объемны", чем представляется автору.

Сперва - немного о физических основах, без всякой математики.

К сожалению, как и многие малоосведомленные в гидромеханике люди, автор рассматривает только абсолютные скорости кораблей и катеров. Конечно, в тактическом отношении, скажем, при боестолкновении корабля и катера, только абсолютные их скорости и имеют значение. Однако для сравнительного анализа и выявления тенденций развития этого совершенно недостаточно.

Дело в том, что удельное (скажем, на тонну водоизмещения) сопротивление воды, кроме вязкостного, зависит не от абсолютной, а от относительной скорости, так называемого "числа Фруда". В качестве такой характеристики применяется либо соотношение скорости и длины, "число Фруда по длине", либо соотношение скорости и кубического корня из водоизмещения (одного) корпуса, "число Фруда по водоизмещению". И рассмотрение всего мыслимого диапазона относительных скоростей движения по поверхности воды показывает, что существуют, как минимум, три скоростных режима, в частности, отличающихся ролью волнового сопротивления. При числах Фруда по водоизмещению примерно до 1, "режим плавания" или "водоизмещающий", волновое сопротивление играет существенную роль, особенно оно велико при числах Фруда по длине около 0.5, а также на локальных "горбах" сопротивления при меньших относительных скоростях; числа Фруда по водоизмещению от 1 до 3 соответствуют "переходному режиму", где доля волнового сопротивления снижается, постепенно развивается значительная вертикальная сила, и за счет этой силы корпус выходит из воды с ростом скорости. При еще больших относительных скоростях в "режиме глиссирования" вертикальная гидродинамическая сила становится сравнимой с весовым водоизмещением, т.е. "выталкивает" корпус из воды, при этом волновое сопротивление исчезающе мало.

Поэтому очевидно, что для достаточно большого корабля, обычно движущегося в режиме плавания или переходном, имеется проблема снижения волнового сопротивления, а для малотоннажного катера, при той же абсолютной скорости движущегося в режиме глиссирования, этой проблемы вообще нет.

Надо отметить, что методы прогнозирования и снижения волнового сопротивления - целая отрасль гидродинамики, популярное изложение которой может быть темой отдельной статьи. Кроме того, в ретроспективе автора совершенно отсутствуют глиссирующие катера, которые задолго до появления крыльев и воздушной подушки развивали скорости 50 узлов и более.

Правда, именно на примере глиссеров особенно очевидна другая сторона проблемы обеспечения высоких скоростей на море: морское волнение сильно уменьшает достижимые скорости. И чем больше скорость и меньше водоизмещение корабля или катера, тем сильнее его скорость ограничена воздействием волн. Причем снижение скорости определяется дополнительным сопротивлением от волн только на небольшом волнении, а при более интенсивном приходится намеренно снижать скорость, чтобы обеспечить заданные уровни мореходных качеств и прочности. Очевидно, что действительно быстроходным кораблем является не тот, который в самых благоприятных условиях развивает наибольшую скорость, а тот, который может поддерживать достаточно высокую скорость на волнении в заданной акватории. Потому проблема повышения скоростей на море неразрывно связана с обеспечением соответствующей мореходности.

Также нужно отметить, что представление автора о том, что стимулом для роста скоростей являются интересы ВМФ, значительно устарело. В поледние десятилетия в мире на коротких линиях интенсивно применяются скоростные пассажирские и автомобильно-пассажирские паромы. Здесь коммерческая конкуренция привела к появлению десятков, если не сотен судов со скоростями 40 узлов и более. Причем надо отметить, что, если для боевых кораблей и катеров режимы полного хода составляют не более 5% времени плавания, то для скоростных паромов полный ход - это постоянный и повседневный режим. Естественно, это подразумевает другой уровень требований и к совершенству обводов, и к главным двигателям и движителям, и к мореходности и умерению качки.

Очень долго бытовало представление, что "от ракеты не уйдешь, а потому высокая скорость кораблям и не нужна" - как выясняется теперь, неправильное. У любой ракеты есть определенный радиус действия, и высокая скорость помогает как нанесению поражающего удара, так и уходу из-под удара противника. Кроме того, оказалось, что при высокой скорости корабля многие неконтактные мины не успевают его поразить. Так что интерес к скоростным кораблям в ВМФ возрождается. И примечательно то, что первые скоростные корабли нового поколения в значительной мере являются реализацией научных, экспериментальных, и практических достижений коммерческого судостроения.

Также вне внимания автора в статье оказались такие сверхскоростные корабли, как экранопланы. Конечно, они не были приняты в состав флота, но их существование, достоинства и недостатки заслуживают упоминания и обсуждения при рассмотрении проблемы повышения скорости на воде.

Хочу особо отметить, что основные проблемы повышения скорости на море решаются применением многокорпусных судов, кораблей и катеров - при одновременном повышении безопасности и живучести. С кратким обзором этих возможностей можно ознакомиться на том же сайте, гда помещена статья автора.

Это интересно: