Типы глиссирующих корпусов

[Александр]

Типы глиссирующих корпусов.

Днищу глиссирующих катеров для снижения ударных перегрузок (в первую очередь) придают ту или иную килеватость. Влияние угла килеватости днища на величину перегрузок можно оценить приближенно с помощью рис. 1. На рисунке представлены результаты испытании схематизированных моделей глиссирующих катеров при их движении против волны, которая имеет длину, равную двум длинам катера.

Рис. 1. Перегрузки, испытываемые глиссирующим катером при ходе против волны в зависимости от угла килеватости днища β и относительной скорости FrD). Отно- шение L/B = 5.
 В зависимости от величины угла килеватости днища и изменения его по длине судна остроскулые глиссирующие корпуса разделяют на три основных типа:
        1) корпуса с днищем «закрученного» типа, имеющие очень острые носовые ветви ватерлиний и узкие килеватые шпангоуты в носу, а в корме почти плоское днище с минимальной килеватостью у транца (рис. 2, а);
        2) моногедроны — корпуса с постоянным углом килеватости днища от миделя до транца, равным 10—17° (рис. 2, б);
        3) корпуса с обводами «глубокое V» — моногедрон с углом килеватости днища более 20° (от миделя до транца) и продольными реданами.


Рис. 2. Обводы катеров: а — «закрученное» днище (типа «Казанка-2»); б моногедрон с сужением днища к корме; в — «глубокое V» («Донци-16»).
В пределах этой классификации могут быть комбинированные типы корпусов (например, «глубокое V» с центральной плоской лыжей ), а также такие варианты, как «крыло чайки» или «кафедрал».
        Рассмотрим в общих чертах свойства перечисленных трех типов корпусов.
        Корпуса с «закрученным» днищем отличаются мягким ходом на взволнованном море, однако, зарыскивают. Причина этого — дисбаланс в гидродинамических силах поддержания, действующих на заостренную носовую часть и плоский широкий участок днища в корме. При небольшом зарыскивании катера с курса на участки днища у форштевня начинает действовать сила, близкая по направлению к горизонтальной и способствующая дальнейшему уводу судна с курса. Подобный же эффект дает и крен — уводящая сила появляется со стороны накрененного борта.
        Так как плоское днище работает под малыми углами атаки (до 4°), длина смоченной поверхности корпуса оказывается велика. При входе корпуса в волну вдоль заостренных обводов днища в носу вода поднимается в виде брызговой пелены, срываемой ветром на судно.
        «Закрученное» днище технологически сложно в постройке и ограничивает полезный объем помещений в носовой части катера. Диапазон применения этого типа обводов ограничен переходным режимом движения при FrD < 2,5. Благодаря большой длине смоченной поверхности и значительной подъемной силе, действующей на плоское днище у транца в начальный момент движения, кривая сопротивления подобных катеров имеет плавный подъем с невысоким «горбом», для прео- доления которого требуется сравнительно небольшая мощность двигателя.
        Моногедрон — наиболее распространенный в настоящее время тип глиссирующего корпуса. Обводы технологичны при постройке корпусов из листовых материалов — фанеры или металла, умеренная килеватость позволяет получить достаточно высокое гидродинамическое качество при приемлемых перегрузках на волнении. Применяется на больших мотолодках и крейсерских катерах при относительной скорости до FrD = 4 и удельной нагрузке до 30 кг/л. с. Иногда на днище делаются брызгоотбойники или короткие продольные реданы. Отличаются от катеров с «глубоким V» более высокой статической остойчивостью, поэтому предпочитаются и для морских катеров в тех случаях, когда это качество играет важную роль (например, на рыболовных или комфортабельных крейсерских катерах).
        Корпуса с обводами «глубокое V» и углом килеватости днища более 20° обеспечивают наиболее комфортабельный ход с минимальной потерей скорости на волнении. Кроме того, этот тип обводов позволяет использовать всю мощность двигателей, устанавливаемых на легких мотолодках и катерах, без потери устойчивости движенш или опасности разрушения корпуса. При увеличении скорости корпуса с большой килеватостью днища ширина смоченной его поверхности постепенно уменьшается в результате подъема корпуса из воды. Оптимальный угол атаки килеватого днища в 1,5—2 раза больше, чем у плоского. Благодаря этому на скоростях свыше FrD = 5 смоченная поверхность оказывается намного меньше, чем у такого же катера с плоским днищем. Несмотря на существенное снижение гидродинамического качества, при увеличении килеватости днища до 20—23° на корпусе «глубокое V» удается получить более высокою скорость, чем на корпусах с плоским или «закрученным» днищем. Благодаря почти одинаковому поперечному профилю днища в носу и корме катера с обводами «глубокое V» отличаются устойчивостью на курсе при ходе на волне, малым дрейфом на циркуляции и плавностью качки.
        К недостаткам килеватого корпуса следует отнести большое сопротивление в начальный момент движения и значительное время, необходимое на разгон до выхода на режим чистого глиссирования. Для улучшения стартовых характеристик и снижения «горба» сопротивления могут быть использованы транцевые плиты и продольные реданы на днище.
        Корпус, снабженный продольными реданами, автоматически регулирует ширину днища в зависимости от скорости. На малых скоростях катер идет на полной ширине днища с уменьшенной удельной нагрузкой, оптимальной для данного режима. По мере разгона гидродинамическая подъемная сила растет, при этом крайние участки днища, прилегающие к скулам, выходят из воды, благодаря чему сохраняется оптимальная удельная нагрузка. За счет уменьшения смоченной поверхности «горб» кривой сопротивления становится ниже и быстрее преодолевается упором винта.
        Другой недостаток корпусов «глубокое V», обусловленный значительной килеватостью днища, — пониженная начальная остойчивость катера как на стоянке, так и на ходу. Для повышения остойчивости на стоянке под пайолами некоторых катеров оборудуются балластные цистерны, открытые с кормы и имеющие отверстия или трубы, сообщающиеся с атмосферой. При разгоне вода из цистерны свободно выливается через отверстие в транце, а трубы вентиляции ускоряют этот процесс.
        Остойчивость глиссирующего катера на ходу определяется шириной смоченной поверхности днища. Чем уже глиссирующая поверхность, тем меньше остойчивость катера, тем больше размахи бортовой качки при ходе на волнении и углы крена от случайной несимметрии нагрузки или действия динамических сил при циркуляции. На килеватом корпусе, например, ощущается даже влияние вращающегося гребного винта — судно кренится в сторону, противоположную направлению вращения винта.
        Если поперечную остойчивость необходимо повысить, приходится увеличивать смоченную поверхность днища в корме. Для этого ближайшая к килю пара (или две) продольных реданов обрывается на некотором расстоянии от транца, в результате чего в контакт с водой входят дополнительные площади днища (рис. 3).

Рис. 3. Повышение поперечной остойчивости за счет обрыва продольных реданов в кормовой части днища.
1 — дополнительные смачиваемые водой площади днища между укороченным (5) и вторым (3) реданами; 2 — скуловой брызгоотбойник; 4 — несущая площадь днища между первыми реданами.

[Александр]

Далеко не все знают, что существует несколько видов корпусов и тем более не разбираются в тонкостях обводов их форм и т.д
По какому принципу выбирали лодку Вы?
Давайте попробуем разобрать эту далеко не лёгкую тему, станет проще понимать друг друга и пользоваться знаниями при выборе лодки. 

[Макс 29]

как я понял из статьи, виндбот 46 ево построен с обводами «глубокое V» — моногедрон с углом килеватости днища более 20° (от миделя до транца) и продольными реданами.

[Александр]

2 минуты назад, Макс 29 сказал:

как я понял из статьи, виндбот 46 ево построен с обводами «глубокое V» — моногедрон с углом килеватости днища более 20° (от миделя до транца) и продольными реданами.

Вы не правильно поняли)

4.6 Ево это корпус с переменной килеватостью, то есть « закрученное днище» 

[Александр]

В этом описании не хватает подробных описаний и экспериментов современных производителей.

Буду рад если есть чего добавить относительно представленных типов корпусов и модернизированных версий нашего времени.

[Морячок]

Интересно ... но надо все раза 3-4 перечитать, так сразу въехать сложно. Пока читаем ...

[Макс 29]

Только что, Александр сказал:

Вы не правильно поняли)

4.6 Ево это корпус с переменной килеватостью, то есть « закрученное днище» 

интересно, но из выше написанной статьи, я понял что эта лодка относится именно с обводами «глубокое V» смутило только что моногидрон, т.к. в теме 4.6 ево писали о переменной килеватости, видимо не сразу понял.Возможно и определение терминов сейчас поменялось.

[Colonel]

Тяжелую тему поднял, Саш

[Александр]

20 часов назад, Colonel сказал:

Тяжелую тему поднял, Саш

Согласен, что тяжелая) главное, что очень интересная. Многим поможет разобраться в этом не легком деле.) 

[Александр]

20 часов назад, Макс 29 сказал:

интересно, но из выше написанной статьи, я понял что эта лодка относится именно с обводами «глубокое V» смутило только что моногидрон, т.к. в теме 4.6 ево писали о переменной килеватости, видимо не сразу понял.Возможно и определение терминов сейчас поменялось.

Определение терминов не поменялось, но руки «художников» делают своё дело и экспериментируют. На рисунке а) показаны варианты закрученного днища.

[Гриша]

Очень интересная и сложная тема, сам читаю и понять без практики изготовления таких форм очень сложно.Про поперечный редан расскажите как он работает?

Изменено 18 января, 2018 пользователем Гриша

[Александр]

3 минуты назад, Гриша сказал:

Очень интересная и сложная тема, сам читаю и понять без практики изготовления таких форм очень сложно.Про поперечный редан расскажите как он работает?

Что бы понять как работает поперечный редан надо для начала понять как работают представленные типы. Во всяком случае Я думаю так будет проще.) Поперечный редан это редкость в современном судостроении и его воплощение на мой взгляд ещё сложнее. Хотя например"крыло чайки" воплотить задача не из лёгких.

[Оптимист]

Я вот тоже недавно узнал что у 45 ДСХ переменная килеватость. До этого почему то думалось что моногедрон. Век живи век учись...

[Морячок]

Александр,тогда объясняйте дальше :

1. Почему вариант "А" называется закрученным ? Килеватость в носу, середине и корме - различна ? И всегда ли от середины в нос должна идти "чайкой" как на рисунке, получается - нет ? Соответствует(применяется) небольшому углу килеватости (от 0 до 10-14 град. на транце - остойчивость и больше на миделе - мореходность).

2. Моногедрон "Б"получается от кормы до миделя (может больше, еще чуть в нос) - неизменная килеватость ? На носу все равно килеватость увеличивается - острый нос по другому не получишь . Соответствует (применяется) среднему углу килеватости (16-18 град). По параметрам - компромисс. 

3. "В" - похож тоже на моногедрон, по схеме килеватость сильно не меняется (не значительно меняется корма - мидель ), но при этом имеется ее большое значение, более 20 град ... везде,  но меняется все же.

Вариант "А" как правило (!) для небольших лодок, "Б" - переходный, "по требованию", "В" - для лодок больших размеров для получения хороших мореходных качеств. 

???????

[Александр]

12 часов назад, Морячок сказал:

Александр,тогда объясняйте дальше :

1. Почему вариант "А" называется закрученным ? Килеватость в носу, середине и корме - различна ? И всегда ли от середины в нос должна идти "чайкой" как на рисунке, получается - нет ? Соответствует(применяется) небольшому углу килеватости (от 0 до 10-14 град. на транце - остойчивость и больше на миделе - мореходность).

2. Моногедрон "Б"получается от кормы до миделя (может больше, еще чуть в нос) - неизменная килеватость ? На носу все равно килеватость увеличивается - острый нос по другому не получишь . Соответствует (применяется) среднему углу килеватости (16-18 град). По параметрам - компромисс. 

3. "В" - похож тоже на моногедрон, по схеме килеватость сильно не меняется (не значительно меняется корма - мидель ), но при этом имеется ее большое значение, более 20 град ... везде,  но меняется все же.

Вариант "А" как правило (!) для небольших лодок, "Б" - переходный, "по требованию", "В" - для лодок больших размеров для получения хороших мореходных качеств. 

???????

1. Корпус с переменной килеватостью имеет от миделя к транцу плавное изменение градусов килеватости, то есть оно разное. Переменная килеватость (умеренная)даёт возможность поднимать лодку на глиссер под относительно мощными моторами.
Всё это не панацея, так как сейчас на рынке много мощных моторов и производители позволяют себе увеличивать килеватость от миделя к транцу так же сохраняя эти качества эксплуатации.

2.Всё верно, главная особенность корпуса "моногидрон" это неизменная килеватость от миделя до траца.

3. Если говорить о сегментах лодок обсуждаемых на форуме, то применяемость этих типов возможна на одном и том же размере лодки, привязываясь к требованиям водоёмов и требованиям "заказчика"( рынка) этого сегмента лодок.

[Морячок]

"Чайка" и Казанка в варианте "А" - не факт, но заводит пример не туда. Большинство лодок небольших габаритов соответствует этому варианту без "чайки" , верно ???  И выбирается этот вариант из желания в статике получить хорошую остойчивость, использование "средних и малых" по мощности моторов, а на ходу приемлемую мореходность ??? Верно ?

[Александр]

41 минуту назад, Морячок сказал:

"Чайка" и Казанка в варианте "А" - не факт, но заводит пример не туда. Большинство лодок небольших габаритов соответствует этому варианту без "чайки" , верно ???  И выбирается этот вариант из желания в статике получить хорошую остойчивость, использование "средних и малых" по мощности моторов, а на ходу приемлемую мореходность ??? Верно ?

Совершенно верно, для примера не много картинок.

Крыло чайки

 Их особенностью являются выпуклость при киле и скругленные отгибы днища вниз у скулы.

[Морячок]

"Чайка" сейчас встречается редко. У Беркута М-серия немного похожа носом. У всех остальных "закрученных" нет "чайки" явно выраженной. Т.е. "чайка" не является обязательным элементом данного типа, это верно ??

[Александр]

4 минуты назад, Морячок сказал:

"Чайка" сейчас встречается редко. У Беркута М-серия немного похожа носом. У всех остальных "закрученных" нет "чайки" явно выраженной. Т.е. "чайка" не является обязательным элементом данного типа, это верно ??

Не является обязательным, в виде эксперимента уже кто то из современных производителей делал Крыло чайки. Я так понял безуспешно. 

[ferro_dn]

3 часа назад, Александр сказал:

производители позволяют себе увеличивать килеватость от миделя к транцу

Позволю себе поправить... Наоборот - увеличение от транца к носу.

[Александр]

55 минут назад, ferro_dn сказал:

Позволю себе поправить... Наоборот - увеличение от транца к носу.

С кем не бывает)

[Юрий1]

Типы глиссирующих корпусов.
Позволю себе добавить более подробное описание.
Разнообразие требований к эксплуатационно - техническим характеристикам глиссирующих судов различных типов и назначений и большое влияние формы и параметров обводов на эти характеристики породило их исключительное разнообразие (по сравнению с обводами для других режимов движения) разнообразие - свыше 70 существенно разных форм и их модификаций. Рассмотрим особенности наиболее распространенных из них.

Корпуса малой килеватости

  При постоянной нагрузке и в условиях гладкой воды максимальным гидродинамическим качеством при глиссировании обладает корпус с абсолютно плоским днищем, если, конечно, ширина по скуле и положение центра тяжести обеспечивают устойчивое движение без дельфинирования и с оптимальным дифферентом. Величина гидродинамического качества может достигать K=10. Именно это и обусловило широкое применение плоскодонных корпусов в начальный период развития глиссирующих судов. Высокое гидродинамическое качество обеспечивало выход на глиссирование при сравнительно малой мощности двигателя относительно водоизмещения. Однако с увеличением мощности двигателей и скоростей катеров выявились существенные недостатки плоскодонных обводов.

  Основной из них - это сильные удары корпуса о волну. При встрече с волной подъемная сила на днище судна вследствие увеличения угла атаки мгновенно возрастает в несколько раз, корпус может взлететь над поверхностью воды. в следующий момент, при падении на воду, корпус получает сильный удар в днище. Сила удара пропорциональна квадрату вертикальной скорости в момент встречи днища с поверхностью воды, которая, в свою очередь зависит от скорости хода, водоизмещения судна и длины волны. величина ударных перегрузок может достигать 10g идаже более (под перегрузками понимается отношение ускорения, получаемого центром тяжестии судна, к ускорению свободного падения тела g = 9,81 м/с2, другими словами, отношение силы удара к массе судна).

   Ударные нагрузки и ускорения не только отрицательно влияют на экипаж, но и могут стать причиной разрушения конструкций корпуса или срыва двигателей с фундаментов (подвесных моторов с транца).

   Другим недостатком плоскодонного корпуса является его чувствительность к расположению центра тяжести и соотношению нагрузки и ширины днища. При неудачном сочетании этих величин судно легко переходит в режим дельфинирования, т.е. самопроизвольного продольного раскачивания и прыжков даже без воздействия волн.

   Наконец, плоскодонные глиссирующие суда сильно сносит вбок при поворотах на большой скорости. Легкие мотолодки могут при этом опрокинуться, либо вылететь на берег.

   Отмеченные недостатки ограничивают применение плоскодонных (и с малой килеватостью днища) глиссирующих корпусов в основном на закрытых от волн акваториях. Плскодонные мотолодки типа "Джонбот" простейшей формы используются для хозяйственных перевозок на реках.

Корпуса с "Закрученным" днищем.

  Для снижения ударных перегрузок при глиссировании на волне днищу придают ту или иную килеватость. при увеличении угла килеватости днища с 0 до 10 градусов сила удара снижается более чем в 1,5 раза. Наиболее сильные удары приходчтся на носовую часть корпуса, поэтому заостряют в основном носовую треть днища, оставляя в корме глиссирующий участок малой килеватости.

   Примером таких обводов "закрученного" типа являются мотолодки "Воронеж", "Казанка - 5", "Казанка - 2М" и катера "Амур". Такие корпуса отличаются более комфортабельным ходом на волнении, чем корпуса с малой килеватостью, но не позволяют развивать высокие скорости. Так как плоское днище работает под малыми углами атаки (до 4 градусов), длина смоченной поверхности корпуса оказывается слишком большой и с повышением скорости площадь этой поверхности не уменьшается. Благодаря быстрому росту гидродинамической подъемной силы в начальный период движения кривая сопротивления лодки с "закрученным" днищем имеет плавный подъем с невысоким "горбом", для преодоления которого требуется сравнительно небольшая удельная мощность. Поэтому подобные обводы предназначены для лодок и катеров, рассчитанных на переходный режим движения или глиссирование при  км/ч.

  Суда с "закрученным" днищем при плавании на попутном волнении обладают рыскливостью. Причиной этого является дисбаланс в гидродинамических силах поддержания, действующих на заостренную килеватую носовую часть и плоский широкий участок днища в корме. При небольшом зарыскивании судна с курса на участки днища у форштевня начинает действовать сила, близкая по направлению к горизонтали и способствующая дальнейшему отклонению судна с курса. подобный же эффект дает и крен, при котором сила, изменяющая курс судна, появляется со стороны накрененного борта. В результате легкая лодка с подобными обводами может развернуться поперек движения и даже перевернуться. Известны случаи опрокидывания мотолодок "Казанка - 5" при ходе на попутной волне более 1 м высотой.

  На большом волнении проявляется и другой недостаток судов с "закрученным" днищем: при входе в волну острый нос глубоко зарывается в воду, волна прокатывается по носовой палубе и может выбить ветровое стекло и залить лодку.

  Построить корпус с подобными обводами технологически сложно, а его объем в носу получается весьма неудобным для размещения груза и особенно - устройства каюты.

Моногедрон.

   Корпус с постоянным углом килеватости днища от транца до миделя, равным 10 - 17 градусов. Это наиболее распространённый в настоящее время тип обводов глиссирующих корпусов. Обводы технологичны при постройке корпусов из листовых материалов - металла или фанеры. Умеренная килеватость днища позволяет получить достаточно высокое гидродинамическое качество при приемлемых перегрузках на волнениии. Иногда днище снабжается скуловыми брызгоотбойниками или короткими продольными реданами, которые способствуют уменьшению смоченной поверхности.

   Обводы типа "моногедрон" применяют при  км/ч и удельной нагрузке до 30 кг/л.с., т.е. в тех случаях, когда мощности двигателя может оказаться недостаточно для корпуса с обводами "глубокое V". По сравнению с корпусами с повышенной килеватостью днища, моногедрон имеет более высокую статическую остойчивость, поэтому такие обводы предпочитают и для морских лодок и катеров в тех случаях, когда это качество играет важную роль (например для комфортабельных туристских судов, рыболовных лодок и т.п.).

"Глубокое V".

   Тип обводов глиссирующего корпуса с повышенной килеватостью днища (более 20 градусов) от миделя до транца и продольными реданами, который применяется для быстроходных катеров ,рассчитанных на скорости км/ч. Такие обводы обеспечивают комфортабельный ход на волнении с минимальной потерей скорости. Кроме того, данный тип обводов позволяет использовать всю мощность двигателей, устанавливаемых на легких мотолодках и катерах, без потери устойчивости движения или опасности разрушения корпусных конструкций. При повышении скорости в результате подъема корпуса из воды ширина смоченной поверхности днища с большой килеватостью постепенно уменьшается. Соответственно возрастает оптимальный угол атаки, при котором сопротивление воды является минимальным - у килеватого корпуса он в 1,5 - 2 раза больше, чем у плоскодонного. Благодаря этому и смоченная длина у килеватого корпуса оказывается меньше, чем у катера с плоским днищем.

  В итоге, несмотря на существенное снижение гидродинамического качества при увеличении угла килеватости днища до 20 - 23 градусов, на корпусе собводами "Глубокое V" удается получить более высокую скорость, чем на корпусах с малой килеватостью. Благодаря почти одинаковым поперечным профилям днища в носу и корме катера с обводами "Глубокое V" отличаются хорошей устойчивостью на курсе при плавании с попутной волной, малым дрейфом на циркуляции и плавностью качки.

   К недостаткам "Глубокого V" следует отнести большое сопротивление в начальный момент движения и большие затраты времени на разгон до выхода на режим чистого глиссирования. Для улучшения стартовых характеристик и снижения "горба" сопротивления можно использовать транцевые плиты и продольные реданы на днище.

   Другим недостатком является пониженная начальная остойчивость как на стоянке, так и на ходу. Для повышения остойчивости иногда устраивают днищевые балластные цистерны, автоматически опорожняемые при выходе судна на расчетный режим. Для повышения ходовой остойчивости приходится увеличивать смоченную поверхность днища в корме, обрывая продольные реданы, на которых глиссирует корпус на расчетной скорости, на некотором расстоянии от транца. В результате этого смачиваются дополнительные участки днища и увеличивается ширина ватерлинии. Другой вариант - использование наделок - спонсонов, расположенных на ходу над водой и действующих при крене лодки.

   Непременной деталью корпуса "Глубокое V" являются продольные реданы - призмы треугольного сечения с горизонтальной нижней гранью и острой свободной кромкой. Главный эффект реданов заключается в отсечении от днища потоков воды, растекающихся от киля к бортам. В результате их действия уменьшается смоченная поверхность корпуса, на реданах создается дополнительная подъемная сила; в совокупности это повышает гидродинамическое качество корпуса.

   Благодаря продольным реданам осуществляется автоматическое регулирование ширины днища в зависимости от скорости судна. На малых скоростях лодка глиссирует на полной ширине днища с уменьшенной удельной нагрузкой, которая оптимальна для данной скорости. По мере разгона гидродинамическая подъемная сила растёт, корпус уменьшает осадку. При этом крайние участки днища, прилегающие к скулам, выходят из воды, глиссирующая поверхность ограничивается крайней к скуле парой реданов. Благодаря этому сохраняется оптимальная величина удельной нагрузки днища, несколько снижается "горб" кривой сопротивления.

  Продольные реданы повышают остойчивость судна, демпфируют бортовую и продольную качки. На ходу при резком крене на реданах накрененного борта возникает дополнительная подъёмная сила, которая препятствует дальнейшему увеличению крена. Продольные реданы существенно повышают устойчивость судна на курсе и в то же время сокращают радиус циркуляции. Это происходит благодаря работе боковых граней реданов, которые при боковом смещении - дрейфе от ветра, волны или на повороте действуют подобно килям.

   Положительные качества реданов в полной мере проявляются лишь при достаточно высоких скоростях -  км/ч. На малой скорости и при разгоне сопротивление воды вследствие увеличенной смоченной поверхности днища с реданами оказывается выше, чем у катера с гладким днищем. Кроме того, их эффективность зависит от угла килеватости днища. Если он менее 10 градусов, устройство продольных реданов нецелесообразно.

   На каждой половине днища обычно устанавливают по два (при ширине днища 1,4 - 1,6 м) или по три (при ширине 2 - 2,5 м) редана. Расстояние ближайших к скуле реданов от ДП судна рассчитывается в зависимости от нагрузки и скорости лодки. Реданы по всей длине корпуса целесообразны лишь в том случае, если можно обеспечить глиссирование лодки на ширине, ограничиваемой данными реданами. В противном случае реданы в кормовой части днища только повышают сопротивление воды. Обычно до транца доводят только крайние к скуле реданы, а остальные, которые эффективно работают только на границе днища и воды на полном ходу, обрывают на том или ином расстоянии от транца. На мотолодках с умеренной килеватостью днища, развивающих скорость около 40 км/ч, можно устанавливать короткие (по 0,5 - 0,8 м) реданы - брызгоотбойники в носовой части корпуса.

   Естественно, правильная работа реданов возможна только при их острой наружной кромке, поэтому на деревянных лодках реданы изготовляют из твердых пород древесины или прикрепляют к их рабочим граням металлические полосы. В средней части корпуса и корме реданы располагают параллельно килю. В носовой части их лучше свести к форштевню, чтобы избежать слишком крутого подъёма вверх: в противном случае при всходе лодки на волну реданы будут оказывать тормозящее действие.

   Существует и негативный эффект продольных реданов на высокоскоростных судах: при встречной волне корпус получает более жесткие удары вследствие концентрации давления на плоских поверхностях реданов.

Комбинированные обводы с гидролыжей.

   Вариант глиссирующего корпуса с узкой центральной частью днища малой килеватости (или плоской) и наклонными боковыми участками. Ширина центральной гидролыжи выбирается так, чтобы на полной скорости судно глиссировало на нем, как на пластине, а наклонные участки днища смачивались только при крене или же встрече с волной.

   Наклонные участки днища также снабжаются продольными реданами для отсечения от них брызговой пелены при вхождении корпуса в волну.

  Смоченная поверхность гидролыжи имеет вид вытянутого вдоль корпуса прямоугольника. Благодаря этому корпус обладает большей устойчивостью глиссирования и меньшей чувствительностью к изменению дифферента и положения центра тяжести, по сравнению с плоскодонным судном, имеющим малое соотношение L/B. В результате катера и мотолодки с гидролыжей, снабженные достаточно мощным двигателем, способны развивать большую скорость, чем при обычных плоско - килеватых обводах, обладают большей комфортабельностью при ходе против волны, имеют малый радиус циркуляции. При значительном волнении корпус с гидролыжей может даже получать меньшие ударные перегрузки, чем корпус с обводами "Глубокое V". Это происходит оттого, что удар получается более равномерным во времени - за счет этого его сила снижается на 25%.А поскольку субъективное ощущение силы удара человеком носит явно выраженный пороговый характер (терпимая - нестерпимая), реально кажется, что сила удара снижается наполовину.

  Отрицательное влияние гидролыжи проявляется в некотором увеличении ударных нагрузок при небольшом волнении и малой удельной нагрузке днища и усложнении проектирования и постройки судна.

  Одним из вариантов обводов с гидролыжей является "Морской нож", предложенный американским конструктором П.Пейном. Глиссирующая пластина на днище имеет вид треугольника с углом при форштевне 15 градусов, а борта плавно расширяются к палубе, образуя в корме своеобразное аэродинамическое крыло. в целом корпус катера с его заостренным и подрезанным форштевнем напоминает лемех плуга. Вогнутые поверхности бортов снабжены брызгоотбойниками - реверсорами, которые отсекают воду, уменьшая смоченную поверхность корпуса. Одновременно на реверсорах создается дополнительная подъемная сила, благодаря чему гидродинамическое качество достигает достаточно большой величины (до 10,5). Реверсоры улучшают также приемистость катера и динамическую остойчивость на ходу.

Оптимальным ходовым дифферентом для "Ножа" является такой, при котором основание форштевня лишь слегка касается поверхности воды. В этом случае глиссирующая площадка погружена в воду на всю длину: при прохождении сквозь волну и изменении дифферента длина смоченной поверхности изменяется мало, соответственно здесь не возникает пиковых значений подъемной силы, как на корпусе традиционного типа. Поддерживать правильный дифферент помогают транцевые плиты, управляемые с места водителя.

  "Морской нож" позволяет развивать довольно высокую скорость на волнении без чрезмерных ударных перегрузок. Например, 6 - метровый катер такого типа, оснащенный 188 - сильным двигателем с угловой колонкой, на волне высотой 1 м развивал скорость около 80 км/ч. При этом величина перегрузок, замеренных в носовой части, оказалась в среднем в 10 раз ниже, чем на катере с обводами "Глубокое V" таких же размерений.

  Важным элементом "Морского ножа" является наклонный носовой транец, благодаря которому исключается зарывание носовой части катера в волну.

  Несмотря на высокие мореходные качества, обводы типа "Морской нож" имеют ряд недостатков: низкую начальную остойчивость на стоянке, недостаточный объем корпуса для размещения пассажиров и т.п. Кроме того, реализовать положительные качества обводов можно только при достаточно высокой энерговооруженности - нагрузка не должна превышать 5 кг/л.с.

  Разновидностю судна на гидролыже можно считать корпус с обводами, запатентованными англичанами Рексом и Вуди Блеггами. Основная часть корпуса имеет узкую гидролыжу и необычно большую килеватость днища - 45 градусов. Для повышения остойчивости корпус снабжен боковыми поплавками - спонсонами, расположенными в кормовой трети длины и имеющими при килях несущие поверхности в виде гидролыж.

  Все три гидролыжи расположены на одной высоте,так что при движении судно глиссирует на центральной лыже и двух широко разнесённых по бортам спонсонах, которые имеют несколько больший угол атаки. В случае крена , возникающего например, на циркуляции, в воду входит спонсон со стороны крена и мгновенно возросшая на нём подъёмная сила выпрямляет судно. Судно обладает достаточной остойчивостью и на стоянке, когда необходимый восстанавливающий момент образуется при погружении спонсона в воду.

  Для уменьшения смоченной поверхности при плавании на волнении на днище корпуса и спонсонов предусмотрены широкие продольные брызгоотбойники, на которых создается дополнительная подъемная сила. Они демпфируют продольную качку, служат дополнительными глиссирующими поверхностями в момент выхода на расчетный режим движения, снижая "горб" сопротивления.

  Катера с обводами братьев Блегг весьма мореходны. Они способны поддерживать высокую скорость на взволнованном море при различных курсах относительно волны. Узкие поверхности центральной гидролыжи и спонсонов пронзают волну, не получая при этом сильных ударов. Определенный эффект аэродинамической разгрузки создается благодаря сводчатым тоннелям между основным корпусом и спонсонами. Встречный поток воздуха, смешиваясь с водяной пылью, подтормаживается в тоннелях; благодаря повышению здесь давления часть массы корпуса поддерживается аэродинамически, что способствует демпфированию ударов корпуса о волну.

Морские сани Уффа Фокса.

  Запатентованные английским конструктором Уффа Фоксом трехкилевые обводы глиссирующего катера также являются вариантом судна на гидролыжах, обладающего повышенной остойчивостью. Три лыжи, ширина которых не превышает 1/10 общей ширины днища, простираются по всей длине корпуса и переходят в форштевни. Благодаря тому, что при сходе с попутной волны в гребень следующей погружаются сразу все три лыжи, исключается зарыскивание, которое имеет место у катеров с обводами "глубокое V".

  Бортовые лыжи, помимо того, что способствуют созданию подъемной силы, являются скегам и, отражающими брызги, вырывающиеся из-под средней лыжи, а также придают судну высокую остойчивость. Близ миделя на этих гидролыжах имеются поперечные реданы, благодаря которым уменьшается смоченная поверхность самих гидролыж и повышается устойчивость движения. Своды боковых тоннелей выполняются с постоянным радиусом скругления; центральная часть корпуса имеет угол килеватости днища до 30°.

   Испытания моделей с обводами Фокса показали, что при глиссировании вырывающиеся из-под лыжи потоки воды оказывают сильное влияние на гидродинамические характеристики корпуса; они могут как повышать, так и снижать гидродинамическое качество. Наименее благоприятным оказывается такое расположение несущих поверхностей, при котором расстояние между ними, измеренное поперек судна, составляет 2,5-3 ширины одной из них. Вследствие эффекта взаимовлияния гидролыж качество саней Фокса оказывается примерно на 10% ниже, чем изолированных глиссирующих поверхностей того же удлинения.

   Как и для других типов обводов с гидролыжами, для саней Фокса важное значение имеет достаточно высокая удельная мощность двигателя. В переходном к глиссированию режиме сопротивление саней Фокса оказывается ниже, чем у корпуса с обводами "глубокое V", поэтому сани быстрее выходят на глиссирование и развивают высокую скорость при полной нагрузке. Небольшие ударные перегрузки при плавании саней на волнении и высокая остойчивость обусловили применение этого типа обводов для различного рода транспортных катеров.

Изогнуто-килеватые обводы ( "крыло чайки" ).

  В настоящее время могут рассматриваться как переходный тип глиссирующего корпуса от килеватых обводов к тримарану. Их особенностью являются выпуклость при киле и скругленные отгибы днища вниз у скулы. При встрече с волной в воду входит снчала выпуклая часть днища, затем площадь удара постепенно увеличивается, поэтому корпуса с обводами "крыло чайки" отличаются от малокилеватых судов более мягким ходом на волне. Отгибы днища вниз у скулы дают такой же эффект, как и скуловые брызгоотбойники: благодаря им и за счет поперечного потока по вышается гидродинамическое давление вблизи скул, что в известной степени компенсирует потерю гидродинамического качества вследствие увеличения килеватости днища. Отгибы скулы способствуют также повышению ходовой остойчивости судна.

Тримараны.

   Корпуса этого типа появились в конце 50-х годов. Иногда этот тип обводов называют "кафедралами", трехкилевыми "морскими санями" или двухтоннельными судами, Отличительной особенностью всех существующих видов тримаранов являются основной корпус, имеющий обводы "глубокое V" (или изогнуто-килеватые), и два боковых спонсона меньшего объема; очертания палубы в плане близки к прямоугольнику. Назначение спонсонов - повысить остойчивость катера на ходу и на стоянке, избавить судно от рыскливости при ходе на попутном волнении. Спонсоны выполняют таким образом, чтобы на стоянке они были погружены примерно на половину осадки основного корпуса, а на ходу большая часть их поднималась над поверхностью воды. В случае крена в воду входит значительный объем спонсона, возникающая на нем дополнительная сила поддержания создает восстанавливающий момент. Благодаря тому, что спонсоны параллельны по всей длине катера, а не сужаются подобно скулам корпуса традиционного типа, остойчивость тримарана намного выше. Кроме того, при крене на ходу к статической восстанавливающей силе прибавляются еще гидродинамические силы, возникающие на наружной наклонной поверхности входящего в воду спонсона, как на обычной глиссирующей пластине, расположенной под некоторым углом атаки.

   Поскольку на ходу без крена спонсоны оказываются над водой, они практически не вносят существенных изменений в гидродинамику основного корпуса. Как и в случае обводов "глубокое V", глиссирование осуществляется на кормовой части днища, так что в ходовых качествах тримаран преимуществ не имеет. Однако помимо лучшей остойчивости и мореходных качеств на волне, тримаран предоставляет конструктору гораздо больше возможностей в планировке внутреннего расположения. Необходимое оборудование здесь удается разместить в корпусе меньших размерений, чем например, на катере с обводами "глубокое V", и при равной мощности двигателя получить известный выигрыш в скорости.

   Основные разновидности современных тримаранов представлены на рисунке. Тип а предпочтителен при постройке корпуса из листовых материалов - металла или фанеры. Явно выраженные тоннели в носовой части переходят в корме в плоско-килеватое днище с горизонтальными участками у скул. Тип б - комбинация "глубокого V" с бортовыми спонсонами, имеющими клиновидные поперечные сечения. В месте перехода наклонной наружной грани спонсона в почти вертикальный борт сделан уступ - брызгоотбойник. Спонсоны иногда обрываются, не доходя примерно 1/3 длины корпуса до транца, так как в корме они неоправданно увеличивают смоченную поверхность, мешают использовать энергию потоков воды, растекающихся от киля к бортам. Продолжением спонсонов близ транца являются горизонтальные брызгоотбойники или продольные реданы. Тип в - обводы "Бостонского китобоя", послужившие прототипом для создания большого числа модификаций. Применены выпукло-килеватые шпангоуты. Борта в носовой части имеют наклонные участки - скосы для улучшения поворотливости. Чтобы ограничить подъем воды и брызг, вырывающихся из-под скоса, на борту сделан уступ - брызгоотбойник, идущий по всей длине корпуса. Вблизи шп. 7 наклонный участок борта заканчивается поперечным реданом; дальше в корме скула скруглена по радиусу. Можно предположить, что это придает катеру оптимальный дифферент на корму при довольно высокой скорости и обеспечивает выход воздуха из тоннелей к бортам. Выпуклость днища у транца предотвращает подток воздушных пузырей к лопастям гребного винта, особенно вероятный при поворотах катера.

  На основном корпусе "Бостонского китобоя", как и на других типах тримаранов, предусмотрен продольный редан, отсекающий воду от днища и направляющий ее под кили спонсонов, которые расположены выше основной линии.

  Тримараны, обладая высокими мореходными качествами, все же подвергаются значительным ударным перегрузкам при ходе на волне, особенно если о гребень волны ударяется широкая носовая часть, на которой имеются плоские поверхности.

"Морские сани".

   Вариант глиссирующего корпуса со сводчатым днищем (с "обратной" килеватостью) и параллельными, не сходящимися в носу бортами, изобретен в начале ХХвека американским конструктором А. Хикманом. Благодаря двум килям, имеющим сходство с полозьями саней, обводы и получили свое название.

  Параллельные борта придают "морским саням" повышенную поперечную остойчивость. Два длинных киля и погруженные в воду вертикальные борта способствуют хорошей устойчивости судна на курсе. При плавании на волнении проявляется и такое важное качество саней, как хороший "продольный баланс" корпуса, под которым понимается распределение ширины и площади ватерлинии, а также килеватости днища по длине корпуса. При плавании косым курсом к попутной волне "морские сани", обладая большими объемами и шириной корпуса в носу, хорошо противостоят крену и дифференту, не зарыскивают с риском опрокидывания на полной скорости.

  Брызги, поднимаемые носовой частью, отражаются вниз от поверхности вогнутого тоннеля, а широкая палуба предотвращает зарывание носом в волну. При некоторых определенных соотношениях размеров волны и корпуса воздух в тоннеле "саней" начинает оказывать демпфирующий эффект, смягчая удары волны о днище. У "саней" больших размеров более плавная бортовая качка, чем у обычных катеров. Определенные сложности представляет размещение на "морских санях" движителя. Встречный поток воздуха, попадающий в тоннель, проходит под днищем до самой кормы и воздействует на лопасти гребного винта, начинающего работать в условиях поверхностной аэрации. Поэтому на больших "санях" применялись частично погруженные гребные винты, имеющие специальную форму. При установке подвесного мотора на "санях" требуется большее погружение оси гребного винта, чем на обычных лодках; рекомендуется и кормовая центровка судна. Используется также смещение оси подвесного мотора в сторону от ДП. При одновинтовой установке на своде тоннеля в ДП рекомендуется устанавливать клин толщиной 12-20 мм и шириной 1,2 диаметра винта, отводящий аэрированную воду от винта. На волне, длина которой превышаетдлину катера, "морские сани" получают сильные удары в носовую часть свода тоннеля, что заставляет снижать скорость. Другими недостатками обводов этого типа является большой радиус циркуляции и малый объем корпуса в носовой части, затрудняющий его использование для размещения пассажиров и других целей.

Глиссирующие катамараны.

  Как мы уже говорили, не всегда удается реализовать высокое гидродинамическое качество катеров с плоским и широким днищем. Одна из причин - потеря устойчивости движения катера при достижении им наивыгоднейшего ходового дифферента. Часто приходится мириться с тем, что фактические углы атаки на расчетной скорости значительно ниже оптимальных и составляют 1-2°. Следовательно, и гидродинамическое качество не достигает своего максимума и в редких случаях превышает К = 4,5.

   Одна из возможностей повышения качества - это существенное уменьшение ширины глиссирующего участка днища, при котором судно может глиссировать устойчиво и с большим углом атаки. Чем больше по сравнению с шириной днища длина смоченной поверхности и, следовательно, расстояние от транца до точки приложения равнодействующей гидродинамических сил давления, тем выше скорость, при которой возможна потеря устойчивости. Именно это свойство и используется в конструкции современных глиссирующих катамаранов, которые обладают рядом преимуществ перед однокорпусными судами.

   Во-первых, для смягчения ударов при ходе на волнении днищу катамарана можно придать большую килеватость, чем однокорпусному катеру, остойчивость которого резко падает при увеличении килеватости. Во-вторых, благодаря тому, что воздух проходит с большой скоростью по тоннелю между корпусами катамарана, на платформе (особенно если ей придать продольный профиль крыла) создается аэродинамическая подъемная сила, которая воспринимает часть нагрузки судна. В результате аэродинамической разгрузки уменьшается осадка и смоченная поверхность корпуса, повышается скорость.

   Гидродинамическое качество оказывается выше качества однокорпусного глиссера лишь при сравнительно малых расстояниях Вк между корпусами, определяемых соотношением 2В0/Вk > 0,75 (значению 2В0/Вk = 1 соответствуют сдвинутые вплотную корпуса, а значению 2В0/Вк = 0 - корпуса, разнесенные на бесконечно большое расстояние, при котором один корпус не влияет гидродинамически на другой; В0 - ширина одного корпуса). При 2B0/Bk=0,4 качество катамарана оказывается минимальным, т. е. это самая невыгодная компоновка катамарана. С уменьшением расстояния между корпусами судно позже выходит на режим глиссирования. Кривые сопротивления катамарана имеют два "горба". Катамараны выходят на глиссирование при значительно более высокой (примерно в 1,5 раза) скорости, чем однокорпусные катера. Ширина корпусов катамарана оказывает существенное влияние на сопротивление воды. При относительном удлинении корпуса L/B0 = 16 и менее катамаран становится очень чувствителен к изменению нагрузки: при ее увеличении гидродинамическое качество падает. Узкие корпуса с отношением L/B0 = 17 - 25 к нагрузке менее чувствительны.

  Подобные двухкорпусные обводы используются в основном для высокоскоростных гоночных судов, развивающих скорости 100-250 км/ч. При такой скорости существенное значение имеют аэродинамические силы, которые возникают на нижней поверхности соединительного моста, имеющего большую площадь. С одной стороны, следует использовать аэродинамическую силу, возникающую на ней, чтобы разгрузить корпуса и уменьшить сопротивление трения обшивки о воду. С другой, необходимо учитывать, что на волне угол атаки этой поверхности к набегающему потоку воздуха окажется чрезмерным и судно будет опрокинуто аэродинамической силой через транец (это нередко происходит в гонках скутеров и мотолодок с катамаранными обводами). На скоростях порядка 100 км/ч и выше аэродинамическая сила может достигать 30 кгс и более на 1 м2 несущей поверхности моста.

  Чтобы обеспечить продольную устойчивость движения легкого катамарана под действием дополнительных аэродинамических сил и моментов, мостик приходится смещать ближе к транцу корпуса. Его продольное сечение выбирают из числа таких аэродинамических профилей, у которых центр давления и аэродинамический фокус (точка приложения дополнительной силы при изменении угла атаки) имеют кормовое расположение. Чаще всего используют обтекаемый клиновидный профиль с относительной толщиной 5-8 % и высотой среза кормовой части 100-300 мм. Однако опыт дает основание считать, что для скоростей движения 60-80 км/ч целесообразно применять более толстый профиль (10-12 %) и во многих случаях кормовую кромку делать обтекаемой.

  Для гоночных катамаранов характерно отношение длины к общей ширине в пределах 2,3-2,9. Вертикальный клиренс (расстояние нижней поверхности моста от воды) принимается равным 4-5 % длины моста. Угол внешней килеватости глиссирующей пластины днища как правило составляет около 10°, а ее ширину можно приблизительно вычислить по формуле где В - ширина пластины, м; D - полная масса катамарана с запасом горючего и экипажем, кг; v - расчетная скорость движения, м/с.

   В качестве прогулочных судов и катеров народнохозяйственного назначения глиссирующие катамараны широкого распространения не получили. Это объясняется тем, что сложно обеспечить прочность соединительного моста при больших размерах судна; днище моста приходится высоко поднимать над поверхностью воды, чтобы избежать ударов волн в его нижнюю поверхность. В результате этого надстройки получаются увеличенной высоты, что приводит к повышенному воздушному сопротивлению. Недостатком катамаранов является резкая килевая качка при движении с малой скоростью, а также большая площадь гавани, которую занимает на стоянке двухкорпусное судно.

Реданные обводы.

   Отличаются наличием поперечного (или стреловидного) уступа - редана, делящего днище на два глиссирующих участка - основной, расположенный непосредственно перед реданом, и участок у транца. Положение поперечного редана обычно выбирается таким образом, чтобы на основной участок приходилось от 60 до 90% массы катера. Благодаря тому, что глиссирующие участки имеют большее гидродинамическое удлинение и почти в 2 раза меньшую смоченную поверхность, чем у обычных катеров, на скоростях движения более  реданные катера обладают более высоким гидродинамическим качеством, а устойчивость движения меньше зависит от положения центра тяжести.

  Ранее реданные катера считались немореходными, так как днище близ редана, расположенного посредине корпуса, выполнялось совершенно плоским, редан имел большую высоту (равную обычно 1/20 ширины днища), отсутствовали устройства для регулирования дифферента в зависимости от погодных условий. Такие катера сильно ударялись о встречную волну даже при ее малой высоте, так как редан получал удар сразу по всей ширине днища.

   В последние годы получили применение обводы со стреловидными реданами на корпусах повышенной килеватости. Существуют реданы как с прямой, так и с обратной стреловидностью (в первом случае вершина находится ближе к форштевню относительно точек пересечения редана со скулами). Стреловидная форма редана позволяет значительно снизить перегрузки катера на волнении, поскольку площадь и сила гидродинамического удара, начиная с вершины редана, нарастает более плавно, чем в случае перпендикулярного килю редана и малой килеватости днища.

  Существуют современные модификации корпусов с двумя и большим числом реданов, например типа "тридин", разработанный в США Р. Хантом и Р. Коббсом. Часто реданные катера снабжают средствами для регулирования ходового дифферента - управляемыми транцевыми плитами или стабилизирующим крылом, что позволяет в зависимости от обстановки регулировать ходовой дифферент катера и перераспределять величину нагрузки между несущими участками днища.

Круглоскулые обводы.

   Для глиссирующих катеров применяются крайне редко. Причину этого нетрудно понять, посмотрев на эпюру распределения давления поперек днища. На острых кромках скулы при глиссировании возникает перепад гидродинамического давления. Если давление по всей ширине днища постоянно, то обеспечивается наивысшая поддерживающая способность днища на единицу смоченной поверхности. Однако если кромки скруглены, то более плавным становится и перепад давления у скул. Вода не отрывается от кромки скулы, а поднимается вверх по корпусу и замывает борта. Чем больше радиус округления скулы, тем больше потери гидродинамической подъемной силы. Поэтому круглоскулые обводы применяют чаще для катеров, рассчитываемых на умеренные скорости - переходный режим при  км/ч. Корпус дополняют скуловым брызгоотбойником (на пластмассовых корпусах он формуется вместе с обшивкой), уменьшающим замывание скуловых участков днища. Иногда применяют комбинированные обводы - в носовой части корпус выполняют с обводами круглоскулого типа, а в корме делают глиссирующий участок с острой скулой.

  Основным достоинством круглоскулых катеров при плавании на волнении являются менее жесткие удары волны в днище и более плавная качка, чем это испытывают остроскулые катера.

[green73]

Пообсуждаем тему поперечного редана. Я так понял, это имел в виду Александр. Так что же, самое важное в лодке с поперечным реданом, чтобы он работал. Угол дифферента, который задается ПР, либо координата расположения ступеньки (относительно ЦТ лодки)? Вообще Александр, я очень рад за Вас, что Вы начали заниматься НИОКРом корпусов. Но представляете, если Вы сделаете 46-ю лодку, которая под 60-й пойдет 75 км.ч. Кто же тогда будет покупать другие Ваши модели. ((( Шутка.

SteppedHullReport_5-13-2009.pdf

[Александр]

Спасибо,) Не планировали таких процедур) Но тема интересная!
Смотрю Вы увлекаетесь подобными расчётами, интересно более подробно узнать о поперечном редане.

[Климов]

Проблема в том что поперечный редан это обзывательское слово для многих, надо объяснять всем. Интересная темка открылась, поучусь вместе с вами.