Крупным шагом в преодолении указанных недостатков
явилось создание мотосудов на подводных крыльях. Под днищем этих судов
закреплены на кронштейнах несущие плоскости, напоминающие крыло самолета
и выполняющие ту же роль.
Рассмотрим движение подводного крыла в воде под некоторым углом атаки а
к направлению движения. Вода обтекает крыло сверху и снизу. На нижней
поверхности крыла (рис. 11) вследствие давления набегающего потока
возникает гидродинамическая сила, направленная вверх, как и на
глиссирующей поверхности. Верхнюю поверхность крыла делают всегда
выпуклой, поэтому частицы воды, обтекающие крыло сверху, движутся с
большей скоростью, что приводит к падению давления, т. е. разрежению над
крылом, и оно стремится подняться вверх. Таким образом, на подводном
крыле возникают две силы, направленные вверх, в результате чего
подъемная сила крыла в три-четыре раза больше, чем у глиссирующей
поверхности (при одинаковых площади и скорости).
Рис. 11. Силы, действующие на подводное крыло.
Рис. 12. Сравнительные кривые сопротивления
моторных судов различных типов. I ~ водоизмещающие; Ц _ переходного
режима движения: Ш - глиссеры; IV - на подводных крыльях.
Эта суммарная сила заставляет судно всплывать, поднимая над водой
весь корпус. В воде остаются только крылья, поддерживающие их кронштейны
и гребной вал с винтом, поэтому движение осуществляется почти без брызг
с небольшим волнообразованием, и суммарное сопротивление движению судов
на подводных крыльях при определенных условиях меньше сопротивления
движению плавающих и глиссирующих судов. Положение корпуса судна над
водой позволяет избавиться от ударов мелких волн, что увеличивает
мореходность судна, и при равных с глиссером водоизмещении и мощности
двигателя развивать большую скорость.
Сравнительные кривые сопротивления воды движению малотоннажных судов
примерно равного водоизмещения, движущихся в различных режимах и имеющих
различные обводы, приведены на , рис. 12.
Рассматривая графики рис. 12, можно сделать вывод о том, что для каждого
типа судов существуют такие значения скоростей, при которых данный тип
будет наивыгоднейшим по затратам мощности.
Характерно, что сопротивление водоизмещающих судов на малой скорости
меньше, чем у других типов, но при увеличении скорости резко возрастает,
что и определяет предел скорости в режиме плавания.
Сопротивление малотоннажных судов, спроектированных для эксплуатации в
переходном режиме (полуглиссирующих), при малой скорости несколько
Больше, чем у водоизмещающих (из-за формы обводов корпуса); с
увеличением скорости их сопротивление по сравнению с водоизмещающими
судами уменьшается.
Глиссеры на малой скорости имеют еще большее сопротивление, однако при
увеличении скорости с выходом на глиссирование их сопротивление
возрастает медленно; оно значительно меньше сопротивления плавающих и
полуглиссирующих моторных судов.
Рис. 13. Удельное сопротивление судов примерно
равного водоизмещения в зависимости от скорости. 1 - глиссер; 2 - СПК; 3
- СВП
Наибольшее сопротивление в начале движения у судов на подводных
крыльях. Это вызвано большим сопротивлением, создаваемым выступающими
частями; кривая сопротивления образует характерный бугор в момент выхода
на крылья, после чего сопротивление падает, что и является преимуществом
этого режима движения, так как скорость тогда растет при незначительном
увеличении мощности.
В последние годы все более широкое распространение получает
принципиально новый и самый, пожалуй, молодой вид транспорта - суда на
воздушной подушке (СВП). Иногда их называют машинами или аппаратами на
воздушной подушке. При движении судна на воздушной подушке его корпус не
касается воды, поэтому характер сил сопротивления резко изменяется при
общем уменьшении величины этих сил.
Для сравнительной оценки различных мотосудов по величине сопротивления
удобно пользоваться понятием удельного сопротивления, или коэффициентом
обратного качества, показывающим, какое сопротивление приходится на
единицу водоизмещения.
Удельное сопротивление трех примерно равных по водоизмещению мотосудов в
зависимости от скорости приведено на рис. 13. По данным графика видно,
что, например, для указанного водоизмещения при скорости 40 км/ч
сопротивление СВП почти в четыре раза меньше сопротивления глиссера и в
1,8 раза меньше сопротивления СПК. Эти соотношения меняются в
зависимости от скорости, но преимущество всегда остается у СВП. Отметим,
что это преимущество достигается только при более высокой мощности,
приходящейся на единицу веса СВП; значительная часть этой мощности
расходуется на создание воздушной подушки.
Естественно поставить вопрос, чем определяется режим движения, иными
словами, при какой мощности для заданного водоизмещения или при какой
скорости возможен тот либо иной режим движения? Например, переход на
режим глиссирования при высоких скоростях -движения возможен, в
принципе, для любого судна, однако достижение таких скоростей может
потребовать значительной мощности, нередко практически неосуществимой.
Рис. 14. График зависимости относительной
скорости
3 Режим глиссирования начинается, ориентировочно, при удельной
нагрузке менее 25-30 кГ1л.с. Например, для мотолодки № 39 в табл. 3
указано: водоизмещение/) = 1,0 т, мощность N = 33 л. е., удельная
нагрузка р = 30 кГ/л. с. По графику рис. 14 на основании известной
нагрузки определяем максимально возможное число Фруда Fry = 3, т. е.
режим движения - начало глиссирования (действительная скорость 35 км/ч).
Такая ориентировочная проверка уже в самом начале разработки проекта
поможет создать ясное представление о возможной скорости и возможном
режиме движения, а следовательно, и о форме обводов корпуса, наиболее
подходящей для ожидаемого режима движения.
4. При удельной нагрузке р 45 кГ/л. с. выгодна постройка судов на
подводных крыльях, позволяющих получить выигрыш в скорости 1,5-2,0 раза.
5. Применение СВП возможно только при нагрузке менее 20 кГ/л. е., причем
в любом диапазоне они не дают преимуществ в скорости по сравнению с
глиссирующими мотосудами при равных удельных нагрузках.
6. При удельной нагрузке менее 10 кГ/л. с. глиссирующие мотосуда, СПК и
СВП, когда нагрузка одинакова для всех указанных судов, практически
обеспечивают получение одинаковых скоростей, поэтому в указанном
диапазоне решающим фактором для выбора типа мотосудна (глиссирующее, на
подводных крыльях или воздушной подушке) является не ходкость, а
обеспечение мореходности (СПК) или высокой проходимости (СВП).
7. Во всех зонах (I, II и III) для увеличения удельная нагрузка р = D/N
должна уменьшаться, т. е. для данного водоизмещения V следует
увеличивать мощность. С другой стороны, чем меньше водоизмещение V, тем
больше Fry (так как V входит в знаменатель числа Фруда). Поэтому при
одинаковой удельной нагрузке и прочих равных условиях меньшее мотосудно
будет обладать меньшей скоростью.
Обратимся к предыдущему примеру. Допустим, что мы и водоизмещение и
мощность уменьшили в два раза, сохранив, таким образом удельную
нагрузку. Тогда D = 0,5 т, N = 16,5 л. е. При той же удельной нагрузке
число Фруда по-прежнему Frv = 3,0, но скорость и = 3,0 9,81= - 8,38
м/сек - 30,0 км/ч, т. е. теоретическая скорость уменьшилась на 4 км/ч,
или на 12%. Об этом положении необходимо помнить при проектировании
мотосудна, особенно по прототипу с изменением.
В заключение отметим, что график рис. 14 построен по осредненным
данным и поэтому не может служить для точного расчета скорости.
