Управление дифферентом глиссирующего катера: излагаем в общих чертах

Теплоход «Заря-173» движется в режиме глиссирования. Хорошо видно, что корпус судна находится на гребне волны и практически не имеет дифферента. Это означает, что волновой кризис преодолён.

Надувная лодка выходит на режим глиссирования, преодолевая волновой кризис. Хорошо видно, что под корпусом судна находится горб волны. Лодка имеет значительный дифферент на корму, которая находится во впадине. Следующий горб — за кормой. Этот режим требует повышенной мощности двигателя.

Гли́ссер (фр. glisseur, от glisser — скользить) — лёгкое быстроходное судно.

Что такое глиссирование

Глиссирование – это такой вариант передвижения плавательного средства по поверхности воды, при котором судно как бы скользит по её поверхности, не раздвигая воду, как при передвижении на небольшой скорости, а удерживаясь на поверхности за счет скоростного напора воды и создаваемой им подъемной силы. Одна из особенностей такого режима передвижения – затраты усилий на выход на глиссирование гораздо больше, чем усилие, нужное для поддержания такого состояния.

С точки зрения физики, глиссирование – это наглядный пример передвижения плавательного средства в так называемой точке сверхнеустойчивого равновесия.

Основные условия, необходимые для возникновения глиссирования, это двигатель достаточной мощности и плоское днище плавательного средства. Существенный недостаток такой конструкции – низкая мореходность, особенно при значительном волнении. Частично это исправляется приданием днищу определённой формы, или, как говорят специалисты, килеватости.

Режим глиссирования

При движении глиссера, за счёт специально спроектированной формы корпуса, имеющего либо плоское днище, либо уступы на днище в виде ступеней — реданы, возникает гидродинамическая сила, компенсирующая часть силы тяжести и вызывающая общее значительное всплытие судна, которое «выходит на редан» (оно как бы скользит по поверхности воды — глиссирует). В результате существенно уменьшается площадь соприкосновения днища с водой (у спортивных судов в несколько раз), снижается вязкое сопротивление движению за счёт уменьшения смоченной поверхности и повышается скорость хода.

Этот тип судна/движения очень чувствителен к нагрузке. Незначительное увеличение нагрузки или изменение развесовки может привести к тому, что судно не сможет выйти на режим глиссирования, и продолжит движение в неэкономичном водоизмещающем режиме при числе Фруда около 1.

На глиссеры устанавливают лёгкие двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины. Движителями служат гребные винты, водомёты, воздушные винты.

Могут глиссировать гидросамолёты при взлёте и посадке, лёгкие парусные суда, парусные доски, а также водные лыжи, вейкборды, доски под воздушным змеем.

Идея создания глиссера появилась как следствие решения проблемы, похожей на проблему преодоления звукового барьера. При приближении скорости судна к скорости распространения волны по воде получается, что судно непрерывно пытается заехать на им же образованную горку. Это явление называется волновым кризисом. Расход топлива растёт по мере роста скорости и достигает своего максимума перед выходом судна на глиссирование. Недостаток мощности и/или неподходящая форма корпуса делают режим глиссирования недостижимым. Например, 30-тонному теплоходу «Заря» для преодоления волнового кризиса требуется двигатель мощностью не менее 860 л. с. (мощность силовой установки теплохода — 1000 л. с.). После выхода на режим глиссирования этому теплоходу для движения со скоростью 45 км/ч достаточно мощности всего лишь 330 л. с.

Носовая загрузка облегчает выход на глиссирование.

Если мощность силовой установки достаточна для поддержания движения в режиме глиссирования, но недостаточна для преодоления волнового кризиса, судно тем не менее может быть выведено в режим глиссирования. Для этого необходимо установить силовой установке режим максимальной мощности и сместить центр тяжести судна вперёд по отношению к точке приложения равнодействующей гиростатической и гидродинамической сил (например, перемещением груза, пассажиров, перекачкой топлива или балласта). В результате дифферент судна на корму уменьшится, что снизит величину волнового сопротивления и позволит судну набирать скорость и перейти в режим глиссирования. Такой способ широко применяется на моторных лодках.

Глиссирование лодок ПВХ

Поливинилхлоридные надувные лодки, как и любое другое плавательное средство, могут передвигаться по водной поверхности в трёх режимах:

• Водоизмещающий. Скорость передвижения в этом режиме сравнительно небольшая – до 15 км/ч, лодка поднимает высокую волну и кильватерную струю. Именно в этом режиме перемещаются лодки со слабыми моторами. Вследствие большой смачиваемой поверхности и, как результат, относительно большого трения, этот режим является наименее экономичным.
• Переходный. Еще не глиссирование, но водоизмещение лодки уже уменьшается, происходит достаточно сильное приподнимание носовой части плавательного средства. В зависимости от веса лодки переход на этот режим происходит на скорости от 16 до 18 км/ч.
• Глиссирующий. В среднем переход на этот режим передвижения происходит на скорости больше 20 км/ч. Смачиваемая водой поверхность днища лодки достигает на этом режиме минимума, наблюдается снижение нужной на поддержание режима мощности – глиссирующий режим наиболее экономичен. Лодка перестает поднимать высокую волну.

Главная особенность ПВХ лодок заключается в пригодности подавляющего большинства моделей для глиссирующего режима – они легкие, могут оснащаться мощными навесными моторами, а также в большинстве своем имеют плоское дно.

Практическое использование глиссеров

Глиссеры используются для перевозки пассажиров, охранной и пограничной службы, спортивных гонок, прогулок.

Глиссирующий режим движения широко распространён в современном судостроении. Это большинство маломерных судов (моторные лодки, катера, гидроциклы), небольшие пассажирские скоростные суда (например теплоходы типа «Заря»), торпедные и противолодочные катера, пожарные и спасательные суда. В условиях бездорожья значительную роль в российской глубинке играют реки, на многих своих участках сильно обмелевшие вследствие вырубки лесов по их берегам. В этой ситуации до недавнего времени большую помощь для доставки почты, пассажиров и медицинского персонала играли глиссеры с толкающим воздушным винтом. Такие суда можно было ещё в конце XX века видеть на таёжных реках, в частности на реке Пинеге. В настоящее время их значение заметно упало в связи с использованием для указанных выше целей вертолётов.

Глиссеры характеризуются сильными ударными нагрузками при движении на волнении, в связи с чем их применение в морских условиях затруднено.

Глиссеры с воздушным винтом способны передвигаться не только по воде, но и по снегу и льду.

Вы здесь

31.01.2009 Автор: 0 11094

Журнал КиЯ №6 1966г

Читатель В.П. Александров построил туристскую мотолодку по типу спортивной лодки «Старт-1». Главные элементы его судна: L=3150 мм; B=1200 мм; вес 55 кг. Скорость с мотором «Москва» при 2 чел. на борту достигает 35—38 км/час. На малом ходу углы дифферента судна умеренные, но на скоростях от 15 до 30 км/час дифферент на корму становится настолько большим, что «ходить на лодке практически неудобно». Попытки уменьшить дифферент перемещением ЦТ к носу не увенчались успехом. На наибольших скоростях от 30 до 38 км/час дифферент уменьшается и становится удовлетворительным.

Тов. Александров просит рекомендовать способ уменьшения угла дифферента на скоростях от 15 до 30 км/час. Отвечает Л. М. Кривоносов.

Дать какие-либо численные рекомендации, не имея точного теоретического чертежа и не зная фактических водоизмещения и центровки судна, трудно и рискованно. Правильное решение может быть найдено, исходя из рассмотрения явлений, вызывающих дифферент быстроходного остроскулого судна.

1. Когда судно стоит, сила его поддержания Д расположена на одной вертикали с ЦТ.

2. На судне с подвесным мотором, идущем с небольшой скоростью (на режиме плавания), упор винта создает момент Му относительно ЦТ, дифферентующий судно на корму. При этом объем корпуса, погруженный в воду, увеличивается в корме и соответственно уменьшается в носу, в связи с чем общая сила поддержания, оставаясь неизменной по величине, перемещается к корме и создает момент Мп, уравновешивающий момент упора (рис. 1).

Строго говоря, сопротивление тоже оказывает влияние на дифферент, но оно так мало, по сравнению с влиянием других сил, что им можно пренебречь.

3. Когда судно идет на переходном режиме, на его днище действует гидродинамическая подъемная сила Г. Отстояние точки приложения этой силы от передней кромки смоченной поверхности днища составляет примерно четверть всей смоченной длины днища. На этом режиме гидродинамическая подъемная сила, растущая одновременно со скоростью хода и расположенная на значительном расстоянии от ЦТ, создает все увеличивающийся со скоростью дифферентующии момент Мг.

Одновременно с гидродинамической подъемной силой на переходном режиме по мере роста скорости растет сопротивление, а следовательно, возрастает упор и его дифферентующии момент. В то же время по мере роста гидродинамической подъемной силы судно всплывает, и сила поддержания уменьшается. Поэтому, прежде чем возникнет момент силы поддержания Мп, способный уравновесить большой суммарный дифферентующий момент Мг + Му, судно приобретет большой и растущий со скоростью дифферент (рис. 2).

Когда судно достигает скорости V, на которой сопротивление R имеет наибольшее значение, упор и его дифферентующии момент также достигают максимума, поэтому горбу кривой сопротивления всегда соответствует горб кривой углов дифферента (рис. 3).

Напомним, что гидростатическая сила поддержания судна на переходном режиме глиссирования определяется объемом клина ОАБ, расположенного под уровнем спокойной воды, минус объем воды в клине ОВГ, поднятом над уровнем воды (рис. 4).

4. Когда с дальнейшим ростом скорости гидродинамическая подъемная сила, возрастая, заставляет судно значительно всплыть, длина смоченной поверхности днища уменьшается настолько, что точка приложения подъемной силы приближается вплотную к ЦТ, отчего дифферентующий момент этой силы исчезает. На этом режиме (режиме глиссирования) моментом, дифферентующим на корму, остается лишь момент упора; а так как на некотором участке скоростей, следующих за «скоростью горба», сопротивление либо падает, либо остается неизменным, то упор и его дифферентующий момент также либо падают, либо остаются неизменными. Хотя гидростатическая сила поддержания на этих скоростях и не велика, ее достаточно, чтобы уравновесить уменьшающийся дифферентующий момент; поэтому на этом участке скоростей углы Дифферента уменьшаются.

5. При дальнейшем увеличении скорости хода сопротивление, упор и дифферентующий на корму моменты вновь возрастают. Однако на этих скоростях точка приложения гидродинамической подъемной силы, перемещающаяся благодаря всплыванию судна к корме, оказывается расположенной в корму от ЦТ (рис. 5). При таком расположении этой силы на судно действует больший момент, дифферентующий судно на нос, в связи с чем углы Дифферента с увеличением скорости падают, несмотря на то, что гидростатическая подъемная сила поддержания и ее момент очень малы.

Если на переходном режиме дифферентующий момент по какой-либо причине внезапно изменяется (например, от удара днища о волну), то гидростатическая сила поддержания, плавно изменяющаяся пропорционально углу дифферента, принимает на себя роль амортизатора. Благодаря этому изменения углов дифферента на этом режиме имеют характер килевой качки.

На больших же скоростях глиссирования, когда сила поддержания и углы Дифферента очень малы, даже небольшое изменение дифферентующего момента вызывает резкое изменение величины и положения гидродинамической подъемной силы, отчего изменение углов Дифферента на этом режиме носит характер тряски.

Из приведенного рассмотрения видно, что для уменьшения дифферента на переходном режиме надо:

1) уменьшать момент гидродинамической подъемной силы;

2) увеличивать момент гидростатической силы поддержания;

3) уменьшать момент упора.

Последний путь, требующий подъема винта или изменения наклона его оси, представляется трудноосуществимым.

Уменьшать дифферентующий момент гидродинамической подъемной силы целесообразно лишь смещением точки приложения этой силы в корму. Этого можно достичь Отгибом кормовой части днища вниз (рис. 6). Как показывают опыты с глиссирующими пластинами, гидродинамическое давление (рис. 7, а) на пластине, продольно изогнутой по радиусу R, несколько больше и распределено более равномерно, чем на прямолинейной пластине (рис. 7, б).

Такой отгиб на уже построенном судне можно осуществить в виде постоянной клинообразной наделки (клина) К, прикрепляемой к кормовой части днища (рис. 8). Угол клина не следует делать более 1° с тем, чтобы после опробования его можно было увеличить; толщина клина у основания должна быть 15— 20 мм в зависимости от длины судна и обводов днища. Слишком крутой отгиб может на больших скоростях хода существенно изменить углы атаки днища в невыгодную сторону и явиться причиной уменьшения скорости и появления тряски кормы.

Более эффективным средством является установка отогнутого книзу продолжения днища за транцем. Это средство смещает в корму одновременно точки приложения гидродинамической и гидростатической сил. Такую транцевую плиту (рис. 9) лучше соединить с днищем шарнирно и фиксировать при помощи регулируемого крепления типа талрепов (тандеров) для возможности опытного определения оптимального угла ее установки, который может быть различным в зависимости от нагрузки и скорости хода судна.

За границей несколько фирм выпускают аналогичного назначения устройства с электромеханическим или гидравлическим приводом, позволяющим регулировать угол отклонения транцевых плит на ходу судна. Регулируемые транцевые плиты могут выполняться двойными разрезными (рис. 10).

При Этом, кроме своего основного назначения — создавать наивыгоднейший угол дифферента при различных нагрузках судна, устройство это используется и при крутых поворотах или при других обстоятельствах, когда возникает необходимость уменьшить крен судна; водитель опускает левую или правую часть транцевой плиты и тем самым создает момент, выравнивающий крен.

Для уменьшения углов дифферента могут служить и другие сходные устройства, например, короткие пластины или подводные крылышки, устанавливаемые с бортов в корме и убирающиеся при помощи простого шарнирного механизма.

Как выйти на глиссирование

В случае с поливинилхлоридными лодками, осуществляется выход на глиссирование достаточно просто – после удаления от берега, а также от разнообразных преграждающих путь объектов, нужно плавно дать «полный газ», а после достижения режима глиссирования можно сбросить газ до половины – благодаря экономичности этого будет вполне достаточно для поддержания нужной скорости.

Лодка не выходит на глиссирование

Причины недоступности для плавательного средства глиссирующего режима могут быть следующими:

• Слишком низкая мощность двигателя. Примерная минимальная необходимая мощность вычисляется из расчета, что на 25 кг веса лодки должна приходиться 1 лошадиная сила мощности мотора.
• Материал изготовления лодки. Плавательные средства из поливинилхлорида требуют от мотора несколько большей мощности, чем, к примеру, цельнопластиковые.
• Неправильный угол наклона двигателя. Оптимальный вариант для большинства лодок и моторов находится в диапазоне 5-15 градусов, меньшее или большее значение угла наклона будет препятствовать переходу лодки на глиссирующий режим передвижения. В целях безопасности регулировка угла наклона выполняется только при выключенном двигателе.
• Неправильно установленный транец. Если гребной винт оказался так высоко, что захватывает лопастями воздух, то ни о каком глиссировании думать не приходится. Если же винт оказывается слишком глубоко, то кроме всего прочего, такая ситуация при достаточной мощности мотора приведёт к переворачиванию лодки.
• Неправильно распределённый груз. Слишком перегруженная корма или один из бортов может стать непреодолимым препятствием при попытке выхода на глиссер.
• Изначально неподходящая для глиссирования форма корпуса лодки.

Как улучшить

Существует несколько способов, позволяющих улучшить выход плавательного средства на глиссирующий режим передвижения:

• Распределение нагрузки лодки. Если основной вес перевозимого груза приходится на нос плавательного средства, то переход на глиссирующий режим будет осуществляться быстрее.
• Максимально снизить вес лодки.
• Немного нестандартная установка антикавитационной плиты. По инструкции эта плита должна быть установлена параллельно днищу, на расстоянии 30-50 см. Если установить ее немного ближе, то это может немного увеличить скорость, и, как следствие, ускорить выход на глиссер.
• Гребной винт. Несоответствие гребного винта мотору и лодке может приводить не только к ускоренному износу двигателя, но и к проблемам при передвижении.

Можно попробовать поискать гребной винт с большим дисковым отношением, например, четырехлопастной.

В случае если причиной плохого, неполного или долгого выхода лодки на глиссирующий режим является гребной винт, можно предложить следующие варианты:

• Если у разогнанной до максимума лодки показатели тахометра ниже, чем рекомендованные в инструкции к мотору, то следует подобрать винт с меньшим шагом, это не только продлит срок службы двигателя, но и несколько улучшит динамические характеристики.
• Заменить лёгкий пластиковый или алюминиевый гребной винт на стальной, желательно с хорошей полировкой. Правда, у винтов из стали и нержавейки есть существенный недостаток – если лопасть такого винта ударяется о что-нибудь, то есть риск повреждения редуктора.
• Если позволяет мощность подвесного мотора, то возможна установка гребного винта большего диаметра, но следует помнить, что при эксплуатации слишком большого винта многократно возрастает вероятность повреждения редуктора.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...