Одной из проблем, которая всегда стояла перед конструкторами малых катеров, было повышение их мореходности, то есть способность поддерживать на волнении большую скорость.
Борьба за скорость мореходных катеров всегда была первостепенной задачей проектанта. Повышение бальности поверхности моря закрывала выход этим катерам на решение возлагаемых на них задач, будь то доставка пассажиров или оказание помощи терпящим бедствие.
Наиболее успешно в таких условиях эксплуатируются суда с глубокопогруженными подводными крыльями. Однако высокая стоимость таких судов и недостаточная надёжность крыльевых устройств и систем управления накладывают ограничения на их применение.
Те суда на воздушной подушке, которые предлагают судостроители, из-за ограниченной высоты гибкого ограждения и недостаточной мощности энергетической установки по условиям безопасности эксплуатации также не допускаются на акваторию с повышенной бальностью.
Большую часть плавсредств, спроектированных и построенных на опытном производстве ЦКБ «Редан», составляли суда с динамическими принципами поддержания или глиссеры. Эта та разновидность катера, которая при простоте конструктивного исполнения и умеренного использования мощности двигателя, позволяла получать большие скорости.
Проколол надувную лодку ножом на воде | Подробное видео
Но все эти великолепные ходовые качества катера проявлялись на относительно спокойной воде, а если море было неспокойным, то эти достоинства катера превращались в его недостатки. В неспокойном море катер получал неприятные повторяющиеся удары корпуса о волны, особенно в носовой части.
Чем больше бьла скорость катера, чем полнее была его носовая часть и чем длиннее были волны, тем сильнее был удар при встрече с волной. Сила удара могла в 10 раз превышать вес катера. Помимо сильного удара резко менялся крен катера, его дифферент и всплытие.
Всё это сопровождалось сильными перегрузками, которые весьма плохо воздействовали на состояние экипажа, отрицательно сказывались на прочности корпусных конструкций и на работе главного двигателя, систем и устройств. Извечная борьба судостроителей за скорость при взволнованной поверхности моря заканчивалась принятием традиционных решений, в той или иной степени уменьшающих перегрузки. Среди таких решений были: придание днищу катера значительной килеватости, применение трёхкилевых обводов типа «сани Фокса» или катамаранных схем корпусов и ряд других. Все эти мероприятия хотя и давали положительный результат, но были недостаточно эффективными, чтобы добиться более спокойного характера движения хотя бы на умеренной скорости.
В 1971 году авиационный инженер, моряк и будущий глава собственной фирмы Питер Пейн построил катер способный преодолевать волнение на достаточной скорости. Этот катер имел дельтовидный корпус с плоским и узким днищем в виде треугольника и максимально заострённые ватерлинии в носовой части, что способствовало отсутствию плоских участков днища у форштевня. Такая форма корпуса давала минимальное водоизмещение в носовой части. Катер был открытый и имел хорошую брызгозащищенность кокпита, подвесные моторы имели большой запас мощности. Катер получился удачным, при состоянии поверхности моря с высотой волны до 1,5 м катер развивал скорость до 40 уз, при этом ход был плавным и стабильным без резких ударов, наклонений и торможений при встрече с волной.
ЛОДКА НДНД ПРОТИВ vs РУЖЬЯ, НОЖА и …
На сравнительных испытаниях с обычным разъездным катером одинаковой длины 5,5 м при высоте волны около 0,6 м катер Пейна развил скорость более 40 уз, а обычный катер только 25 уз, при этом величина перегрузок у катера Пейна бьша в 10 раз меньше.
Продолжать испытания на более высоких скоростях не удалось, так как мореходные возможности разъездного катера были исчерпаны.
После публикаций результатов опытов Пейна по созданию катера способного ходить на значительном волнении с большой скоростью, эти материалы заинтересовали специалистов филиала ЦКБ «Восток», и с помощью специалистов ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова в 1979 году была построена малая самоходная модель катера (МСМ). Эта модель была сделана из фанеры с оклейкой одним слоем стеклопластика, имела плоское глиссирующее днище в виде очень острого треугольника. Для улучшения всхожести на волну был сделан сильный развал бортов, это давало дополнительную силу поддержания, создаваемую брызговой струёй, поднимающейся вдоль бортов, что одновременно обеспечивало и поперечную остойчивость во время движения. Брызгоотбойники-реверсоры, установленные вдоль бортов должны были улучшать ходовые качества, увеличивать поперечную остойчивость на ходу и обеспечивать продольную устойчивость движения.
В качестве главного двигателя был использован подвесной мотор «Москва-30», а после моторная головка подвесного мотора с передачей мощности на гребной винт посредством наклонного гребного вала. В кормовой части размещались два полуба- лансирных подвесных руля и две раздельно управляемые транцевые плиты.
Центр тяжести был смещён к транцу. Правда, в процессе испытаний катер имел такой большой дифферент на корму, что пришлось на носу разместить дополнительные массы.
Название «Морской нож» такого типа катера получили за то, что при ходе на волнении они свободно прорезали волну, не изменяя стабильности своего хода.
Для обеспечения поперечной остойчивости на стоянке и при плавании в водоиз- мещающем режиме на катере была предусмотрена установка двух поплавков, которые на ходу поднимались над водой, передавая свои функции брызговой струе замывающей борта.
МСМ «Морской нож» была испытана в натурных условиях в течение трёх летних месяцев 1980 года с целью ознакомиться с новым типом катера и отработать навыки его вождения, а также выяснить основные условия эффективной ходкости образца нового плавсредства.
При исследовании ходкости без реверсоров катер показал скорость 18,5 уз, после установки реверсоров — 27 уз. Следующим этапом испытаний была попытка уменьшить осадку катера, для этой цели гребной винт убрали в туннель. В таком варианте катер показал скорость в 26,3 уз.
Завершив испытания МСМ «Морской нож», встал вопрос о продолжении испытаний с целью проверки мореходных качеств «Морского ножа». МСМ для этой цели не годилась, так как в ней для проведения мореходных испытаний предстояло разместить 120 кг приборов и измерительной аппаратуры, моториста-водителя и наблюдателя-прибориста, да ещё обеспечить длительность хода не менее двух часов.Предстояло изготовить новую теперь уже большую самоходную модель катера (БСМ) «Морской нож». Для соблюдения преемственности испытаний обводы, движительно-рулевой комплекс и другие элементы БСМ должны были соответствовать МСМ для возможности определения масштабного эффекта.
В 1982 году была построена БСМ. Корпус модели был выполнен из стеклопластика без набора и без поперечных переборок, жесткость конструкции обеспечивалась за счёт формы бортов значительной погиби и горизонтальной платформы, кроме того борта были усилены пенопластовыми блоками, а поплавки были заполнены пенополиуретаном. Серийный бензиновый двигатель размещался в корме и через угловой реверсивный редуктор передавал мощность на гребной винт, который был размещён в туннеле. Одной из задач испытаний была проверка безнаборной конструкции корпуса применительно к обводам нового типа, так как преимущества безнаборной конструкции было очевидны из прежнего опыта постройки пластмассовых катеров.
Испытания БСМ «Морской нож» были проведены в июне—августе 1982 года на акватории Финского залива, где, к сожалению, в это летнее время не было крупной волны. Тем не менее, были получены объективные результаты по таким явлениям как торможение катера, снижение оборотов двигателя, вертикальные перегрузки, рысканье, крен и дифферент при встрече катера с волной на полном ходу.
Результаты испытаний МСМ и БСМ позволили произвести оценку и сравнение мореходных качеств «Морского ножа» с катерами других типов. Испытания моделей подтвердили целесообразность и эффективность такого типа обводов, обладающих высокими мореходными, ходовыми и скоростными качествами.
Эти испытания позволили изучить ряд важных особенностей поведения моделей на тихой воде и на волнении и их преимущества перед судами с обводами обычного типа. По результатам испытаний были разработаны рекомендации по оптимизации формы корпуса и движительно-рулевого комплекса, методика расчёта ходкости, прочности и выбора главных размерений натурных катеров. На основании этих рекомендаций и полученных на испытаниях данных был разработан проект патрульного или спасательного катера, который остался не востребованным заказчиками из-за отсутствия финансирования.
admin
- Google +
- Stumbleupon
Источник: cmboat.ru
Морской нож — катер для бурного моря
Для Пейна становится очевидным единственный путь: повысить «к. п. д.» «Ножа». Он обращает внимание на то, что большая часть энергии воды, разваленной лемехами-бортами узкого клина-корпуса, тратится напрасно — вода свободно отлетает в стороны. Кроме того, из-за повышенного замывания бортов велика смоченная поверхность, велики потери на трение обшивки о воду. И вот на бортах очередного «Ножа» появились уступы-брызгоотбойники, или реверсоры, как назвал их конструктор. Они и позволили реализовать энергию вертикальных потоков в виде подъемной силы, и уменьшили смачиваемую поверхность катера.
Новшество дало очевидный результат. Борта, особенно на спокойной воде, перестали замываться. На целых 10 узлов возросла скорость! Гидродинамическое качество — отношение подъемной силы к сопротивлению — на эксплуатационной скорости 40 узлов возросло с 7 (величина, достижимая только на отлично спроектированных обычных катерах) до 10,6. Потоки воды, вырывающиеся из-под днища, по-прежнему выполняют основную «функцию»— обеспечивают поперечную остойчивость катера на ходу; они оказались и неплохими успокоителями бортовой качки катера.
Надо отметить, что реверсоры установлены с наклоном вниз в сторону форштевня — под углом 6° к глиссирующей поверхности днища. Благодаря этому образующиеся гидродинамические силы, направленные перпендикулярно их продольным образующим, несколько отклоняются вперед от вертикали, что дает небольшую составляющую, действующую вперед по ходу катера. Эта составляющая частично компенсирует потери на трение, возникающие на поверхностях реверсоров. Кроме того, наклон реверсоров к носу позволяет избежать чрезмерного роста подъемной силы, образующейся на корпусе при прохождении им гребня волны.
Таким образом, благодаря реверсорам «Морской нож» стал более экономичным и быстроходным при движении на спокойной воде, не потеряв ничего из своих мореходных качеств.
На последнем варианте «Ножа» — Пейн назвал его «Сильвия», отдавая дань стоическому характеру жены, в течение всех этих десяти лет разделяющей надежды изобретателя на успех, — отрабатывается новая геометрия глиссирующего треугольника днища, делаются дальнейшие попытки уменьшить смоченную поверхность, повысить остойчивость катера. Английская компания «Сэндрок Ауто Марин» построила первый «Морской нож» из стеклопластика.
На одной из верфей США находится в стадии постройки вариант «Морского ножа» длиной около 19,8 м. Пейн вынашивает проект еще более крупного 33-метрового «ножа» — пассажирского морского парома. Так что работа продолжается.
И может быть, уже недалек тот день, когда в море выйдут большие «ножи», удовлетворяющие самым взыскательным требованиям «консервативных» кораблестроителей!
Источник: motorka.org
Совершенствование мотолодок с обводами типа «Морской нож»
О апреле 1981 г. исполнилось ровно десять лет с того момента, когда коснулся воды самый первый «Морской нож», сконструированный и построенный авиационным инженером, летчиком и моряком Питером Пейном (см. сборники №38, №59, №74, №78). Дальнейшая история «Ножа» — еще одно доказательство тому, что даже самое многообещающее изобретение далеко не сразу завоевывает общественное признание, что любая новинка требует кропотливой доводки.
Информация об изображении
Эскиз обводов «Морского ножа» с обтекателем кормового редана по типу «летающей лодки»
В докладе, прочитанном П. Пейном на совместной конференции американских обществ авиационных и корабельных инженеров, проходившей в октябре 1979 г. в Балтиморе, автор заявил, что за последние годы не было существенного развития самой идеи «Морского ножа», а усилия автора были направлены на улучшение ходовых качеств и стартовых свойств суперкритического глиссирующего корпуса, на исследование вопросов движения на волнении, и, наконец, на поиск путей реализации идеи в реальных конструкциях коммерческих и боевых катеров.
По-прежнему Пейн не находит полной поддержки со стороны правительственных организаций; большинство исследований и практических шагов он вынужден делать с помощью созданной им самим фирмы «Пейн инкорпорейтед».
Информация об изображении
Эскиз жесткого обтекателя с круговой траекторией движения в месте сопряжения с транцем
Чтобы накопить экспериментальные данные для постройки полноразмерных «ножей» в будущем, Пейн провел длительные модельные испытания в опытовом бассейне Военно-морской академии США в Аннаполисе.
Масштабная модель длиной 60,5 см (без кормовой наделки) весила 1,22 кг, что соответствовало полноразмерному «ножу» длиной 6,63 м и массой 1612 кг. Испытания проводились как на тихой воде, так и на волнении. Полученные результаты еще раз подтвердили, что суперкритический корпус на волне идет тем «комфортабельнее», чем выше частота встречи с волной; резонансные частоты килевой и вертикальной качки «ножа» оказываются значительно ниже этой частоты. Другими словами, перегрузки, испытываемые быстроходным «ножом», должны быть существенно ниже, чем при ударах на волне лучших глиссирующих корпусов.
Однако Пейн проводил испытания на регулярном синусоидальном волнении, когда длина волн равнялась одной и двум длинам корпуса, а крутизна склона волны составляла около 1/20. На практике же крутизна склона волны нередко оказывается намного выше. И это особенно ощутимо для 6-метрового катера, у которого в условиях реального волнения прирост сопротивления, а также величины вертикальных и продольных ускорений могут быть значительно выше полученных в бассейне.
В экспериментальном центре Адмиралтейства (Англия) были проведены сравнительные испытания «Морского ножа» и близкого по характеристикам катера с обводами глубокое V «Эвенджер» — одного из лучших катеров, спроектированных известным конструктором океанских гоночных судов Доном Шедом. Под водительскими креслами обоих катеров были установлены специальные приборы для измерения величины вертикальных ускорений — акселерометры.
При этом кресло водителя «Морского ножа» располагалось почти вдвое дальше в нос от ЦТ, чем на «Эвенджере», хотя известно, что для обычного глиссирующего катера ускорения в носу в несколько раз больше, чем в районе ЦТ. И даже несмотря на это перегрузки на волне у «Морского ножа» были «драматически» лучше, чем у «Эвенджера». Любопытно, что теория давала результаты, отличающиеся от реальных всего на 10%. Интересны результаты сравнительной записи вертикальных ускорений в течение 10 мин при ходе против волн высотой 0,3—0,46 м этих двух катеров; в пересчете эти данные представлены в табл. 1.
Информация об изображении
Эскиз шарнирно закрепленного жесткого обтекателя
«Морской нож», обводы которого рассчитаны на самые высокие скорости движения в бурном море, конечно, и не мог обладать оптимальными характеристиками во всем диапазоне скоростей. И действительно, его кривая буксировочного сопротивления имеет характерный горб; другими словами, на малых скоростях движения и в момент выхода на глиссирование «нож» обладает чрезмерно большим сопротивлением, требующим значительного запаса мощности для выхода на глиссирование.
Наблюдая из иллюминатора современного реактивного самолета за превращениями его плоскостей при взлете, наборе высоты или посадке, мы давно уже не удивляемся.