Акваскипер — всё про новый водный велосипед

Глиссирующие катамараны

Posted on 12.02.2013 in КАТЕРА, ЛОДКИ И МОТОРЫ | by

В последние годы глиссирующие катамараны (рис. 54) заняли преимущественное положение среди гоночных судов с двига­телями мощностью 60—150 л. с. Они успешно выступают в ряде океан­ских гонок в классах еще более крупных катеров, оснащенных дви­гателями по 600—1000 л. с. В чем же особенности гидродинамики корпусов этого типа?

Выше говорилось о трудностях, не позволяющих полностью реали­зовать высокое гидродинамическое качество катеров с плоскими и широкими днищами. Одна из проблем — потеря устойчивости дви­жения катера при достижении им наивыгоднейших углов атаки в 4—5°. Поэтому конструктор должен мириться с тем, что фактические углы атаки на расчетной скорости значительно ниже оптимальных и состав­ляют 1—1,5°. Следовательно, и гидродинамическое качество не дости­гает своего максимума и вместо К. = 8 катер имеет лишь К — 4,5.

Одна из возможностей повышения гидродинамического качества катера — это существенное уменьшение ширины глиссирующего участка днища, т. е. для того чтобы качество осталось прежним, судно должно глиссировать под ббльшим углом атаки (рис. 55).

Потери устойчивости хода, несмотря на увеличение угла атаки, не происходит, так как чем больше по сравнению с шириной днища

£0


Рис. 54. Теоретический чертеж гоночного глиссирующего ката­марана конструкции Ренато Леви.

Глиссирующие катамараны

Длина — 5,6 м; ширина — 1,98 м; ширина тоннеля 1,07 м; верти­кальный клиренс — 0,255 м; угол килеватости корпусов на транце — 10°; подвесной мотор — 100 — 140 л. с.

Длина смочейной поверхности и, следовательно, расстояние от транца до точки приложения равнодействующей гидродинамических сил давления, тем выше скорость, при которой возможна потеря устой­чивости.

# 0,10

0123^56789 10

Углы атаки, а°

Рис. 55. Обратное гидродинами­ческое качество е = R/D плоской глиссирующей пластины в зависи­мости от удлинения Х= B/L смочен­ной поверхности и угла атаки а.

Можно подобрать такое удлинение днища, что на расчетной ско­рости гидродинамическое качество получится более высоким, чем в случае широкого днища с меньшим углом атаки. Так, например, если при удлинении BIL = 0,4 угол атаки составляет 1°, а при B!L = = 0,04 — станет равным 5°, то качество повышается с 4 до 5. Однако на практике катер с таким узким днищем обладает очень низкой по­перечной остойчивостью. Поэтому для повышения остойчивости при­меняют двухкорпусное судно — ~ R/B „:„ ,g катамаран. Глиссирующие ка-

—I—J——I,. S тамараны обладают рядом пре — гГ—1.уЯ7 у имуществ.

Во-первых, днище корпусов катамарана может иметь гораздо большую килеватость, чем одно — корпусного судна, а это позво­ляет снизить силу ударов при ходе на высокой скорости по взволнованному морю, не ухуд­шая остойчивости, которая уод — нокорпусного судна сильно па­дает с увеличением углов киле — ватости. Во-вторых, воздух, про­ходя с большой скоростью по тоннелю между корпусами, соз­дает на платформе аэродинами­ческую подъемную силу, кото­рая воспринимает часть нагруз­ки судна. В результате умень­шаются осадка и смоченная по­верхность корпусов, повышается скорость, достигается так назы­ваемый эффект аэродинамической разгрузки катера.

Глиссирующие катамараныИ, наконец, широкая платформа, соединяющая корпуса катама­рана, может быть использована для комфортабельного размещения пассажиров и оборудования.

Проведенные недавно исследования гидродинамики парных глис­сирующих пластин малого удлинения и моделей катамаранов позво­ляют сделать ряд выводов о путях получения наивысшего эффекта при проектировании двухкорпусных судов. Гидродинамическое ка­чество катамарана оказывается выше качества однокорпусного глис­сера лишь при достаточно малых расстояниях Вк между корпусами, соответствующих отношению 2ВО/ВК >> 0,75 (значению 2ВО1ВК = 1 соответствуют сдвинутые вместе корпуса, а значению 2ВО/ВК = 0 — корпуса, разнесенные на бесконечно большое расстояние; Во — ши­рина одного корпуса). При 2ВО/Вк = 0,4 обратное качество ката­марана имеет максимальное значение, следовательно, это наименее выгодная компоновка корпусов.

Расстояние между корпусами оказывает наиболее существенное влияние на conpoTHBwienne судна при переходном к глиссированию режиме. С уменьшением расстояния между корпусами — клиренса — судно позже выходит на глиссирование. Кривые сопротивления ката­
марана имеют два «горба» — положение первого находится в диапа­зоне Fro = 3,5 — 4,2 и зависит от клиренса и обводов корпусов, вто­рого — соответствует примерно ¥тр = 5. Таким образом, приеми­стость катамаранов оказывается хуже, чем однокорпусных катеров, которые начинают глиссировать уже при FrA =3 — 3,5.

Уменьшение ширины корпусов катамарана всегда приводит к сни­жению гидродинамического качества, причем этот эффект в наиболь­шей степени ощутим в области относительных удлинений корпусов К = 0,06. Узкие корпуса с Я = 0,06 — 0,04 менее чувствительны — к изменению нагрузки.

В недалеком прошлом скорости моторных катамаранов были невысоки, поэтому обычно не рассматривалась опасность опрокиды-

Рис. 56. Схема сил, действующих на катамаран. 1.д, Ял И Мд(— аэродинамическая подъемная сила, сила сопротивления и дифф«рентующий момент соответственно; D масса катамарана; и RaГидродинамическая подъемная сила и сила сопротивления; R — сопротивле­ние подводной части мотора; Т — сила тяги гребного винта.

Вания или взлета их под действием встречного потока воздуха и вообще использование аэродинамической подъемной силы для разгрузки. Сейчас же, когда с помощью легких мощных явигателей удается до­биться скоростей 100—150 км/ч, аэродинамика катамарана становится одной из основ его проектирования.

Соединительная платформа (или мостик), имеющая достаточно большую площадь, является объектом особого внимания. С одной стороны, следует использовать аэродинамическую силу, возника­ющую на ней, для того чтобы разгрузить корпуса и уменьшить сопро­тивление трения обшивки о воду. С другой — существует опасность, что на волне угол атаки этой поверхности к набегающему потоку воз­духа окажется чрезмерным и судно будет опрокинуто аэродинамиче­ской силой через транец (что не редкость на скоростных гонках малых судов). Поэтому при проектировании катамаранов рассматривается весь комплекс сил, действующих на судно (рис. 56).

Заметной величины аэродинамическая подъемная сила дости­гает при скорости около 60 км/ч: на мостике катамарана площадью 3 м2 эта сила равна 15—20 кгс. На скоростях же порядка 100 км/ч и выше аэродинамичес2 кая подъемная сила может достигать величины 30 кгс и более на 1 м2 несущей поверхности. Точка приложения аэро­динамической силы, как правило, находится в носовой половине мо­стика, намного впереди центра тяжести судна.

Для того чтобы обеспечить продольную устойчивость движения, приходится смещать мостик к транцу катамарана. Профиль продоль­ного сечения мостика предпочтительно выбирать из числа таких про­филей, у которых центр давления (точка, где приложена аэродина­мическая сила) и аэродинамический фокус (точка приложения допол­нительной силы при изменении угла атаки) имеют кормовое распо­ложение. Чаще всего продольному сечению мостика придают обте­каемый клиновидный профиль с относительной толщиной 5—8% и высотой среза кормовой части 100—300 мм. Опыт постройки экрано- планов дает основание считать, что для скоростей движения в 60— 80 км/ч имеет смысл применять более толстый профиль (10—12%), а для многих — и обтекаемую кормовую кромку.

Для гоночных катамаранов характерно отношение длины к об­щей ширине в пределах 2,3—2,9.

Вертикальный клиренс обычно принимается равным 4—5% длины моста (большие значения соответствуют более высоким расчетным скоростям).

Угол внешней килеватости глиссирующей пластины днища, как правило, составляет около 10°. Ширина глиссирующей пластины одного корпуса может быть приближенно вычислена по формуле

Где В — ширина пластины, м; D — гоночная масса катамарана (с мо­тором, запасом топлива и водителем), кг; V — расчетная скорость, м/с.

Для обеспечения устойчивости движения катамарана рекомен­дуется следующее:

— смещение центра тяжести в нос;

— уменьшение ширины глиссирующих пластин (при условии достаточного запаса мощности);

— уменьшение расчетного и ходового углов атаки моста;

— применение специальных профилей моста;

— уменьшение (в допустимых пределах) площади моста, особенно его носовой части;

— оперативное управление углом установки подвесного мотора.

На легких гоночных судах иногда в носовой части платформы

Делают каналы, по которым проходит воздух и как бы придавливает нос катамарана к воде, препятствуя взлету судна вверх на максималь­ной скорости.

Более крупные катамараны не нашли достаточно широкого при­менения.

Сложно обеспечить прочность платформы, соединяющей кор­пуса; так как основные помещения располагаются на платформе, требуется делать довольно высокие надстройки, а это увеличивает сопротивление воздуха, имеющее существенное значение на скоро­стях выше 40 км/ч. Днище платформы приходится располагать до­статочно высоко над водой, чтобы его широкая и плоская поверхность не подвергалась снизу сильным ударам волн.

К недостаткам катамаранов можно отнести и резкую килевую качку, когда они идут с малой скоростью и в тоннеле нет высокого давления воздуха. На этот случай необходимо предусмотреть стаби­лизатор качки, например горизонтальное подводное крыло, распо-
Ложекное под платформой в носовой части корпуса. И, иимшец, для стоянки широкого двухкорпусного судна требуется вдвое больше места, чем для обычного катера.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

TITLE

TITLE