Моторные лодки, катера, яхты, проекты лодок для самостоятельной постройки, тюнинг мотолодок, лодочные моторы, надувные лодки, технические данные и описания мотолодок  


  Главная>>>   Мотолодки, катера, яхты>>> Катер на одном подводном крыле

Катер на одном подводном крыле

Эффект подводных крыльев известен достаточно хорошо: подъемная сила, возникающая на них, полностью выталкивает корпус катера из воды, благодаря чему резко увеличивается скорость хода без повышения затрачиваемой мощности двигателей.

В настоящее время наиболее распространенным вариантом является установка кормового и носового крыльев с примерно равным распределением веса катера между ними (при этом как носовое, так и кормовое крыло может состоять из одного или двух крыльев, расположенных по бортам). Двукрылая схема обеспечивает наиболее высокое гидродинамическое качество на расчетной максимальной скорости хода, однако осуществление ее обычно связано с большими затруднениями при разработке винторулевого комплекса и доводке построенных катеров. В поисках упрощения конструкторы пришли к парадоксальной идее об отказе от кормового крыла.

Катер на одном подводном крыле Оказалось, что достаточный эффект можно получить и при однокрылой схеме. В носовой части катера устанавливается одно подводное крыло, воспринимающее около половины веса катера. На ходу, когда подъемная сила на крыле достигнет определенной величины, носовая оконечность катера приподнимается над водой и катер движется только на крыле и на небольшом участке днища у транца.

Поскольку качество глиссирующей пластины, разновидностью которой является кормовая часть днища катера, не превышает К=10, то очевидно, что теоретически в большинстве случаев катер на одном подводном крыле будет проигрывать двукрылому в скорости. Можно, однако, говорить и об определенных преимуществах упрощенной однокрылой схемы, которые позволяют катерам с одним носовым подводным крылом практически конкурировать с двукрылыми.

Во-первых, упрощается конструкция крыльевого устройства в целом; в два раза уменьшаются затраты на его изготовление, оно получается значительно более легким; в случае необходимости одно носовое крыло гораздо легче выполнить убирающимся, поворотным или с автоматически управляемым углом атаки, чем устройства с двумя крыльями.

Во-вторых, упрощается конструкция кормового движительно-рулевого комплекса (кронштейн, гребной винт, руль); уменьшается угол наклона оси гребного вала и улучшаются условия работы винта независимо от расположения двигателя; уменьшается габаритная осадка катера кормой. При преодолении «горба» сопротивления и выходе на крыло двигатель испытывает меньшие перегрузки.

Мореходность катера на одном подводном крыле даже повышается вследствие уменьшения размахов колебаний носовой части и улучшения условий совместной работы на волнении крыла и корпуса катера. (Имеются в виду «провалы» носового крыла, которые при наличии крыла в корме приводят к появлению отрицательных углов атаки и соответствующих сил, вызывающих погружение носового крыла, что сопровождается увеличением сопротивления и снижением скорости хода.)

Очень важно и то, что на ходовых испытаниях катера с одним носовым подводным крылом легче выбрать оптимальные значения углов его установки, высоты стоек и других элементов. При этом существенно облегчается и доводка гребного винта, которая производится одновременно с доводкой крыла с целью получения полного согласования движителя и механической установки, позволяющего развить наибольшую возможную скорость хода.

Следует добавить еще и такой плюс, как возможность оборудовать носовым крылом уже спроектированный и построенный глиссирующий катер без какого-либо изменения линии гребного вала и переделки выступающих частей. (В некоторых случаях подобное решение позволяет получить оптимальный ходовой дифферент неудачно спроектированного катера — с носовой центровкой, с выпуклостью днища и т. п.)

В зарубежной печати сообщения о постройке однокрылых катеров появлялись неоднократно. В качестве же примера установки носового крыла на существующем серийном судне можно назвать успешный эксперимент с разъездным катером «Чайка», построенным в 1961 г. (см. В. И. Блюмин, Л. А. Иванов и М. Б. Масеев, «Транспортные суда на подводных крыльях», стр. 38—40). Основные данные катера: длина — 6,1 м; ширина — 1,86 м; водоизмещение — 1,60 т; мощность двигателя — 90 л. с. Максимальная скорость хода (48 км/час) благодаря носовому крылу возросла на 8 км/час при одновременном повышении мореходных качеств. Авторы рекомендуют применять носовые подводные крылья и на всех других эксплуатируемых катерах типа «Чайка».

Одно крыло было установлено (рис. 1) и на 6-местном служебно-разъездном катере типа 370М, имеющем длину — 6,18 м; ширину — 2,03 м; полное водоизмещение — 1,95 т; мощность двигателя — 77 л. с. Скорость хода возросла с 40 до 48—50 км/час.

Рис. 1. Служебно-разъездной катер 370М с носовым подводным крылом

Служебно-разъездной катер 370М с носовым подводным крылом

Наконец, можно отметить, что еще в 60-х годах поступило несколько сообщений о попытках применить однокрылую схему на серийных мотолодках для повышения скорости хода при ограниченной мощности имевшихся тогда подвесных моторов.

Если говорить о теоретическом обосновании рассматриваемой схемы, то стоит упомянуть, например, что установку одного носового крыла рекомендует М. М. Коротков в статье «Особенности использования подводных крыльев на малых судах» («Судостроение» № 11, 1968 г.); ожидаемое увеличение скорости хода, по его оценке, составляет от 10 до 20%.

Приводимые на рис. 2 кривые удельного сопротивления R / Δ бескрылых катеров и катера с одним носовым крылом показывают, что установка крыла оправдывается только при FrΔ > 3. (Сразу же оговоримся, что все рекомендации настоящей статьи относятся к глиссирующим катерам с традиционными остроскулыми обводами; при L / B = 3—6 и углах килеватости днища на транце 3—6° и на миделе около 15°.)

Рис. 2. Типичные кривые удельного сопротивления R / Δ = f (FrΔ)
Типичные кривые удельного сопротивления
1 — обычный остроскулый катер; 2 — остроскулый катер с поперечным реданом;
3 — остроскулый катер с носовым подводным крылом.

Проектирование носового крыла и его гидродинамический расчет для однокрылого и двукрылого вариантов катера практически одинаковы, если не считать некоторого уменьшения высоты стоек однокрылого устройства с целью уменьшения ходового дифферента.

Носовое подводное крыло целесообразно устанавливать, если ожидаемая скорость хода будет не менее

где Δ — водоизмещение катера, м³.

При меньших скоростях носовое подводное крыло существенной пользы не приносит, так как для создания необходимой подъемной силы его площадь должна быть чрезмерно большой; оно может вызвать даже повышение сопротивления катера и падение скорости по сравнению с бескрылым вариантом.

На начальной стадии проектирования значение наибольшей скорости хода катера с носовым крылом при известных водоизмещении Δ и мощности двигателя Ne определяется как

где η — пропульсионый коэффициент, К = Δ / R — гидродинамическое качество, представляющее собой отношение Δ к полному сопротивлению R при ходе на носовом крыле.

Приближенное значение К можно снять с приводимой на рис. 3 кривой, показывающей снижение К крылатого катера при увеличении его скорости движения. (Происходит это потому, что в отношении Δ / R подъемная сила крыла и глиссирующего днища, равная по величине Δ катера, с увеличением V не должна изменяться, так как в противном случае движение будет неустойчивым, а сопротивление R в знаменателе постепенно возрастает.)

Рис. 3. Приближенные зависимости гидродинамического качества К и пропульсивного качества Кη от числа Фруда
Приближенные зависимости гидродинамического качества
1 — однокрылый катер; 2 — обычный остроскулый катер; 3 — остроскулый катер с поперечным реданом; 4 — двукрылый катер.

Пропульсивный коэффициент, характеризующий эффективность использования мощности двигателя, можно принимать в пределах η = 0,50—0,60.

Целесообразно сразу определить значение произведения Кη, представляющего собой коэффициент пропульсивного качества:

Пунктирная линия на рис. 3 характеризует одновременное увеличение V и Кη глиссирующих катеров при установке подводных крыльев. Переходя параллельно этой линии с одной кривой на другую, можно ориентировочно оценить прирост скорости, обусловленный наличием поперечного редана или подводного крыла.

Убедившись в целесообразности установки носового подводного крыла, следует определить его площадь и место расположения. С этой целью необходимо задаться той частью веса катера, которую крыло должно нести. Чаще всего ее принимают равной 50—60% полного веса катера. Таким образом, подъемная сила на крыле должна быть

Место установки крыла находится из выражения

Следует стремиться к тому, чтобы крыло располагалось в относительно широком и удобном для крепления месте корпуса катера. При проектировании нового судна может оказаться целесообразным даже уширение корпуса.

Несущая площадь крыла

где Су — коэффициент подъемной силы крыла.

Величина Су должна выбираться с учетом многих обстоятельств, главнейшими из которых являются обеспечение высокого гидродинамического качества и отсутствие кавитации крыла на расчетной скорости. Для скоростей 25—40 узлов этим условиям удовлетворяет величина, близкая к Су = 0,15—0,20.

Подъемная сила на подводном крыле должна быть постоянной на всех режимах движения. Следовательно, нужно предусмотреть какие-то дополнительные элементы — несущие площади крыла, которые работали бы на промежуточных режимах (например, в режиме выхода на крыло), когда скорость еще ниже расчетной, и потому подъемная сила, возникающая на основном крыле, недостаточна, и выходили бы из воды на полной скорости. С этой целью применяются различного рода комбинированные схемы, включающие помимо всегда находящейся в воде основной несущей плоскости, стартовые наклонные, зтажерочные и другие крыльевые элементы, создающие добавочную подъемную силу и обеспечивающие как выход катера на крыло, так и устойчивый ход на нем при измененных условиях эксплуатации.

На рис. 4 и 5 приведены наиболее распространенные схемы.

Рис. 4. Основные конструктивные схемы носового подводного крыла

Основные конструктивные схемы носового подводного крыла
а, б — плоские малопогруженные крылья; в — килеватое V-образное крыло; г, д, е — варианты отдельно стоящих подводных крыльев — килеватые, плоские и этажерочные; ж — трапециевидное крыло; з — арочное крыло; и, к — комбинированные схемы.

Плоские малопогруженные крылья (рис. 4, а и б) используются только для катеров, эксплуатирующихся на спокойной воде. Благодаря малому погружению их можно применять на катерах, имеющих очень высокую скорость хода, на которой появляется опасность кавитации.

Для повышения мореходных качеств, поперечной остойчивости и уменьшения ветрового сноса катеров следует применять килеватые V-образные и различного вида отдельно стоящие крылья (рис. 4, в, г, д и е). При этом, однако, следует учитывать, что наличие килеватости крыла несколько снижает его гидродинамическое качество и увеличивает возможность появления кавитации на глубоко погруженном носике. Отдельно стоящие крылья особенно удобны для убирающихся конструкций,

Весьма рациональны комбинированные трапециевидные схемы, состоящие из основного плоского или малокилеватого крыла, наклонных стабилизаторов и различных вспомогательных элементов (рис. 4, ж, з, и, к).

Рис. 5. Форма различных подводных крыльев в плане

Форма различных подводных крыльев в плане
а, б — прямоугольные; в — стреловидное; г, е — стреловидное разрезное;
д — прямоугольные с уширенными концами; ж — разрезное треугольное.

Удлинение крыла, во избежание снижения К, следует принимать не менее λ = L / b ≈ 5.

Размах L несущей плоскости целесообразно принимать наибольшим, равным максимальной ширине катера по скуле или, что еще лучше, по палубе. Благодаря этому кормовая часть корпуса катера будет свободно «вписываться» в корытообразную впадину за крылом, что исключит замывание бортов и повысит устойчивость движения. Кроме того, увеличение L улучшает остойчивость катера на ходу.

Наклонные стабилизаторы устанавливают на концах крыла таким образом, чтобы на максимальной скорости их большая часть находилась над водой. При провалах крыла подъемная сила возрастает не только благодаря его большему погружению, но и благодаря увеличению погруженной площади стабилизаторов. Стабилизаторы увеличивают эффективную площадь крыла на малых скоростях и облегчают преодоление «горба» сопротивления, а также создают большие восстанавливающие моменты при крене. Устанавливать наклонные стабилизаторы следует с тем же углом атаки, что и основное крыло, или с несколько большим (обычно на 0,5—1,5°).

Наиболее просты в изготовлении стабилизаторы с плоско-выпуклым сегментным профилем, с постоянными хордой и углом атаки по всему размаху. Для повышения эффективности их делают расширяющимися к концам, с изменяющимся — постепенно увеличивающимся углом атаки («круткой») и нарастающей вогнутостью нагнетающей поверхности.

Погружение основной несущей плоскости крыла со стабилизаторами при относительно небольших скоростях движения, когда опасность появления кавитации невелика, может быть принято равным хорде. Это обеспечивает высокое значение К и улучшает мореходность катера. Размах плоской части крыла может быть несколько уменьшен, а размах стабилизаторов увеличен.

Для более высоких скоростей погружение трапециевидного крыла должно быть уменьшено, но не более чем до h ≈ (0,2—0,3)b.

Угол наклона стабилизаторов в плоскости шпангоута, т. е. угол килеватости, обычно принимается равным 25°—30°. Уменьшение его нежелательно, так как облегчает прорыв воздуха к основной плоскости, а увеличение — снижает эффективность действия стабилизаторов.

Дополнительные элементы в этой схеме крыла ставятся в различных сочетаниях в зависимости от их назначения. Одни играют роль стартовых, помогающих выйти на крыло, — в этом случае после отрыва корпуса они должны выходить из воды (рис. 4, и); другие — предназначены для стабилизации хода катера на волнении (рис. 4, к) и должны быть глубокопогруженными.

Для дальнейшего улучшения мореходности катара основному крылу и стабилизаторам следует придавать стреловидность (в плане) порядка 25°—50°.

Движение катера на носовом подводном крыле и кормовом участке днища характеризуется повышенными углами ходового дифферента. Следует стремиться, чтобы установка крыла обеспечивала средний угол атаки глиссирующего участка днища катера, по возможности близкий к оптимальному, равному примерно 4°. Во избежание чрезмерно большого дифферента приходится ограничивать высоту стоек (размер от ОЛ до крыла) значением hн ≈ (0,05—0,06)xн.

Продолжение — пример расчета носового подводного крыла — на этой странице.

Л. Л. Хейфец, «Катера и яхты» 1974 г.

вернуться в раздел

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

добавить страницу в избранное

Разделы сайта:
Мотолодки, катера, яхты
Мотолодки, катера, яхты. Разное, советы...
Обзор моделей лодок, катеров, яхт
Описания гребных, парусных, моторных лодок, катеров и яхт.
Проекты лодок для самостоятельной постройки
Чертежи и проекты катеров, лодок, яхт.
Тюнинг мотолодок
Тюнинг, доработка серийных лодок.
Лодочные моторы
Отечественные и зарубежные лодочные моторы.
Надувные лодки
Обзор моделей, ремонт, хранение, обслуживание.
Рыбалка
Все о рыбалке, рыбаках и рыбах.
Подводная охота
Любителям подводной охоты.
Уровень воды в реках
Уровень воды в реках РФ. Список гидропостов.
Географические карты
Вся территория бывшего СССР.

поиск по сайту
примеры запросов: проекты катеров, чертежи яхт

Подпишитесь на рассылки:
Новости сайта vodnyimir.ru
Проекты катеров, лодок, яхт для самостоятельной постройки



Rambler's Top100
Рейтинг - яхты и катера
Все права защищены. Копирование материалов сайта vodnyimir.ru запрещено. Все случаи нарушения будут преследоваться согласно закону об авторских правах. Предложения и пожелания отправляйте на admin@vodnyimir.ru. Размещение рекламы на сайте