БЫСТРОХОДНЫЕ КАТЕРА

Раздел: Техника

Как ужо указывалось, употребление термина --быстроходный» подразумевает наличие элементов глиссирования, при наступлении режима которого формы корпуса, наиболее выгодные по сопротивлению на малых скоростях хода, не всегда являются оптимальными.

После получения кратковременного дифферента на нос, характерного для самого начала глиссирования, осадка катера кормой с повышением скорости хода все более увеличивается, что заставляет проектировать относительно широкие и тупые кормовые образования. При необходимости получения высоких скоростей хода катера рассматриваемого класса должны также иметь возможно более осгрые носовые обводы, а это требует применения в носовой части катера узких шпангоутов, которые, с точки зрения мореходных качеств, обладают рядом недостатков.

Таким образом, обычные круглоскулые обводы корпуса ( 3) не вполне приспособлены для высоких скоростей хода.

При наличии мощности, достаточной для развития режима глиссирования, шпангоуты подводной части корпуса должны иметь такую форму, которая при глиссировании обеспечивала бы нормальный ходовой дифферент при минимальной осадке катера. Для выполнения этого требования была разработана форма днища, при ближающаяся к плоской пластине, которая является оптимальной глиссирующей поверхностью. По ряду практических соображений абсолютно плоская пластина оказалась непригодной для этой цели, но в идевльных теоретических условиях весьма благоприятные результаты может дать обычная доска, если при помощи надлежащего уднф|{)ерентования снизить до минимума ее смоченную поверхность. Если не принимать во внимание прочие факторы, то опти мальный угол атаки составит около 5,5°. Однако, учитывая, что идущий по поверхности воды катер сталкивается с набегающей волной, следует носовую оконечность доски заострить, а ее подводной части придать такую форму, чтобы в случае килевой качки на волнении вода, омывающая днище, отбрасывалась в стороны с ми- нимвльным сопротивлением поступательному движению тела. С этой целью форма корпуса изменяется от плоской поверхности в корме до резко выраженной V-образной формы и носу. В том месте, где вода достигает кормовой оконечности катера, форма днища практически является плоской.

Для получения при глиссировании оптимальных результатов необходимо обеспечить сохранение пластиной заданных характеристик ее бортовых очертаний. Другими словами, там, где в поперечном сечении заканчивается глиссирующее днище и начинаются борта, должен быть острый угол. Корпуса подобного типа в отличие от круглоскулых называют остроскулыми ( 4), а линию, образующуюся пересечением бортов и днища, скулой.

Остроскулая форма корпуса имеет целый ряд разновидностей, однако ее основные характеристики соответствуют оиисанным выше. Влияние вариаций формы обводов на мореходные качества катера будет рассмотрено в последующих разделах.

В начале этой главы мы упомянули о значении уменьшения смоченной поверхности с точки зрения снижения сопротивления. Хотя существует целый ряд средств, которыми можно воспользоваться для уменьшения смоченной поверхности остроскулого катера, несомненно, что создание в районе средней части днища уступа или редана вызывает (после достижения относительно высокой скорости хода) концентрацию веса катера на сравнительно небольшой площади днища При нвличии благоприятвых условий нагрузки к дифферента желательно и возможно, чтобы катер шел только на одном редане, в то время как нос и корма оставались бы приподнятыми над водой, т е. ненагруженными. Вполне ноннтно, что подобное положение может сохраняться только при отсутствии влияния таких посторонних факторов, нарушающих состояние равновесия, как волнение или неуравновешенность составляющих силы тяги.

По этой причине форма корпуса, которую принято называть редан- ной или глиссирующей, дает известные преимущества только в тех случаях, когда основной задачей является обеспечение высокой скорости хода.

 При концентрации нагрузки катера на небольшом участке днища напряжения в этом районе становятся довольно значительными, что может быть причиной выхода из строя какого-либо элемента конструкции, в особенности при ходе на волнении. Это может послужить еще одним обсгоятельством, препятствующим использо-

ванию указанной формы корпуса, если только достижение максимально возможной скорости хода не явдяегся определяющим фактором.

Следует учитывать, что когда речь идет лишь об уменьшении смоченной поверхности и, следовательно, повышении скорости полного хода, однореданный корпус наиболее выгоден. Редан, в данном случае, располагают в районе миделя, однако, для предупреждения нарушения продольной устойчивости, вызываемого переносом части нагрузки на кормовые или носовые шпангоуты, цеитр тяжести должен находиться точно посредине длины судна. Как подсказывает опыт эксплуатации катеров, более выгодно распределять нагрузку между двумя реданами, что предоставляет несколько ббльшую свободу в отношении выбора положения центра тяжести. Поскольку некоторые авторы оспаривают справедливость этого утверждения, представляется уместным рассмотреть этот вопрос более подробно.

Будем считать, что при реданной форме корпуса нагрузка катера при глиссировании сосредоточивается в непосредственной

близости от редана, и рассмотрим случай движения такого катера на большой скорости. При этом предположим, что волновая система от носа до кормы катера состоит из трех гребней; таким образом, в момент приближения одного из них к носу, а другого к корме катера, третий гребень будет находиться в районе редана.

Так как первым участком сосредоточения нагрузки катера и сил поддержания его водой будет район носового редана, то следует сделать вывод о том, что редан, а вместе с ним и корпус в целом.

Катера нормвльного типа, в той или иной степени удерживаемые на воде за счет приложения сил поддержания по всей длине корпуса, в меньшей мере следуют за профилем волны ( 6), хотя и в этом случае наблюдается известная тенденция корпуса следовать за основной формой волны, представляющей собой общее перемещение волновой системы, которое при постоянных значениях высоты и длины волны мажет быть незначительным.

Существует целый ряд вариаций реданной формы корпуса, однако в большинстве случаев реданные корпуса используются в конструкциях гоночных глиссеров, при проектировании которых удобства команды и мореходные качества имеют второстепенное значение. Применение реданных торпедных катеров в период I мировой войны в основном для обороны прибрежных районов дало весьма успешные результаты. Но важно отметить, что в период II мировой войны, когда и дальность действия и вооружение катеров изменились, катера с реданным корпусом сколько-нибудь значительного применения не получили.  

Реданные обводы широко применяются для летающих лодок, где для достижения достаточной взлетной скорости при данной мощности двигателя сопротивление корпуса поступательному движению должно быть минимальным.

ЕСЛИ требуемая скорость должна быть достигнута за кратчайшее время, то при больших нагрузках и отсутствии ветра могут возникнуть весьма критические условия, затрудняющие отрыв от воды. В этом случае создание минимального сопротивления поступательному движению является обязательным.

Как уже отмечалось, существует целый ряд вариантов pi-данной формы корпуса. Наиболее известна однореданная форма, которая фактически представляет со

бой катер, идущий на двух редаиах: один расположев посредине корпуса, а другой создается кормовой частью днища у транца ( 7).

Существует также много- реданный тин формы корпуса, обычно состоящий из ря-

да довольно плоских уступов, расположенных по длине корпуса катера. Этот тип никогда не считался более выгодным, чем обычная остроскулая фирма корпуса; в то же время, он сохранял большую часть отрицательных качеств однорсданпого корпуса. Последнее, однако, объясняется тем, что реданы обычно плоскодонные, и. следовательно, на волнении менее эф<}«ективны.

Акякно легко понять, что на малых скоростях хода до начала чистого глиссирования кормовая стенка редана создает дополнительное сопротивление. Иначе говоря, на малых ходах редашая форма менее выгодна, чем другие формы корпуса. Для катеров боевого назна>|ения, где весьма желательно иметь максимальную дальность плавания на малых скоростях хода, это становится серьезным недостатком.

В связи с этим делались неоднократные попытки создания откидного редана, который позволял бы при необходимости достижения высоких скоростей хода превращать остроскулый катер в ре- данный и наоборот. Была также исследована возможность применения поворотного или съемного редана на корпусах летающих лодок, чтобы убирать редан после взлета для уменьшения воздушного лобового сопротивлевия.

Весьма успешный способ уменьшения сопротивления на высоких скоростях хода предложил американский конструктор Апель, который разработвл форму корпуса, опирающегося на три точки. Благодаря особенностям своего расположения и формы две боковые наделки по бортам катера дают ему возможность опираться во время хода лишь на кормовые оконечности этих наделок и на кормовую часть днища непосредственно у транца, которой может быть придала

такая форма, чтобы площадь находящейся в контакте с водой поверхности корпуса была сведеца до минимума ( 8). Вследствие того, что во время хода такого катера вся центрвльная часть корпуса между боковыми выступами находится над водой, при прохождении воздуха под корпусом возникает значительная аэродинамическая подъемная сила, в результате чего фактическое водоизмещение уменьшается. Поскольку эта аэродинамическая подъемная сила увеличивается пропорционально квадрату скорости, то следует учесть, что быстроходный катер может достигнуть такой скорости, когда вся его носовая часть поднимется над водой и возникнет серьезная опасность опрокидывания катера.

Есть некоторые основания утверждать, что реданная форма корпуса более чувствительна к изменениям водоизмещения, мощности,

дифферента и т. п., чем остальные упомянутые типы корпусов, а это указывает на ее пониженные ходовые качества.

При проектировании трехточечного глиссера возникает целый ряд конструктивных проблем, связанных в первую

очередь с необходимостью поддержания веса всего катера боковыми наделкамя и амортизации ударных нагрузок, передаваемых боковыми наделками легкой конструкции корпуса. Общеизвестно, например, что в английских традиционных гонках на Золотой кубок почти все трехточечные глиссеры разбиваются, не дойдя до финиша. Вариант указанного принципа трехточечной опоры был использован в конструкции английского гоночного катера «Синяя птица». Для обеспечения общей прочности корпуса были приняты особые меры, сводившиеся к тому, что для амортизации ударных нагрузок, воздействующих на боковые наделки, и снятия с обшивки и деревянного набора корпуса местных напряжений были установлены специальные подкрепляющие ребра из высокопрочного сплава.

К следующему типу быстроходных судов относятся катера на подводных крыльях. Их основное отличие от обычных водоизмещаго- щих катеров состоит в том, что корпус поднимается из воды динамической подъемной силой, возникающей на подводных крыльях, по своей форме напоминающих авиационные профили. Крылья удерживаются в рабочем положении на некотором расстоянии от корпуса с помощью стоек или кронштейнов. После достижения катером определенной скорости хода корпус приподнимается из "воды, результатом чего является значительное уменьшение лобового сопротивления и, по крайней мере теоретически, увеличение скорости хода при данной мощности.

До настоящего времени катера на подводных крыльях не показали на практике сколько-нибудь исключительных результатов, хотя

за последнее время в Англии и в других странах развитию и усовершенствованию их конструкции уделяется серьезное внимание. Ввиду ограниченности опыта автора более подробное обсуждение данного вопроса не представляется возможным.

Американский конструктор Альберт Хикман в результате многолетня! работы создал глиссирующий катер с вогнутыми внутрь сечениями днища, который обычно называют «морскими санями». Известно, что катера такого типа хорошо держатся на волнении и обладают рядом других положительных качеств, однако, ввиду того, что они еще не получили широкого распространения в Европе, дать более серьезную оценку глиссеров с вогнутым днищем затруднительно.

Утверждается, что корпус глиссирующего катера с вогнутым днищем более эффективен, чем остроекулый. Это, очевидно, объясняется созданием определенной подъемной силы и уменьшением брызгообразования благодаря применению «туннельного пространства» {внутри перевернутой буквы V).

Можно предполагать также, что корпуса этой формы, кроме хорошей остойчивости и мореходности, будут иметь пониженную тенденцию к рысканию на попутной вли встречной волне. Это подтверждается, например, тем обстоятельством, что катер, изображенный на вкладке ( VII), сохраняет хорошую мореходность, несмотря на сильный ветер и значительное волнение.

Интересная особенность катера заключается в применении так называемых полупогруженных гребных винтов. Вииты отнесены в корму от транца, а оси гребных валов по высоте установлены примерно на одном уровне с нижней кромкой транца. В результате ликвидируется сопротивление выступающих частей, состоящих из погруженных в воду гребных валов и их кронштейнов, а известно, что влияние таких выступающих частей на сопротивление движению катеров весьма значительно, особенно на больших ходах, когда может происходить кавитация. Поскольку полезную работу осуществляет только нижняя часть диска винта, его дисковое отношение может быть увеличено.

Вполне вероятно, что повышенная мореходность, которую, как утверждают, имеют такие катера, в большей степени связана с про- пульснвным КПД, чем с коэффициентом влияния корпуса.

Дальнейшие исследования этой конструкции должны дать интересные результаты.