Создан 22 Июня 2012 года.

Особенности проектирования глиссирующих катамаранов «КиЯ» 2 (218) 2009

Ответить

Автор темы
sirius_x
Бродяга
Сообщения: 9526
Зарегистрирован: 22.06.12
Имя: Александр
Благодарил (а): 591 раз
Поблагодарили: 546 раз

Особенности проектирования глиссирующих катамаранов «КиЯ» 2 (218) 2009

#1

Сообщение sirius_x » 30 май 2017, 00:41

Автор статьи Альберт Назаров, канд. техн. наук руководит конструкторским бюро «Albatross Marine Design» (Таиланд), специализирующимся на разработке проектов малых судов для рынков Азии, Европы, США, Австралии и Африки, по проектам которого в среднем спускается на воду одно новое судно ежемесячно. За год КБ разрабатывает более 20 проектов малых судов, из них 60% – катамараны, моторные и парусные.
Опытом проектирования глиссирующих катамаранов он и делится с читателями.
Изображение

Глиссирующие моторные катамараны как отдельный тип малых судов сформировались в 80-х гг. ХХ в. с появлением достаточно мощных и компактных моторов.
Эти суда оказались чрезвычайно востребованы на открытых акваториях вблизи океанского побережья, где любители рыбалки вынуждены преодолевать волнение (рис. 1,11). Благодаря своей надежности и мореходности катамараны заслужили репутацию великолепных спасательных, патрульных и служебных судов (рис. 2). Успешно используются они и в качестве паромов и «водных такси» (рис. 4,6), а просторная палуба делает их идеальными судами для обслуживания дайвинга (рис. 3). Нередко можно встретить и моторные яхты, выполненные на основе катамаранной схемы.
Наибольшим опытом постройки моторных катамаранов, от небольших трейлерных моделей до быстроходных паромов на 400 пассажиров и более, обладают, пожалуй,
судостроители Австралии. Заметим, что здесь и служба Береговой охраны имеет на вооружении катамараны. В Скандинавии «катамаранная тема» распространяется глав-
ным образом на быстроходные пассажирские паромы. В США на рынке глиссирующих катамаранов представлены в основном трейлерные лодки длиной 6–9 м, используемые для рыбной ловли. В ЮАР и странах Юго-Восточной Азии постройка быстроходных катамаранов становится все более значимым сегментом малого судостроения.
Главными неоспоримыми преимуществами глиссирующих катамаранов являются высокие ходовые качества и плавный ход на волнении; повышенная остойчивость
и безопасность; высокая полезная площадь палубы/кокпита. При этом имеющиеся недостатки не представляются серьезными, и, как правило, владельцы «катов», однажды
«подсевшие» на них, уже не изменяют своему выбору. Итак, поговорим о достоинствах и недостатках судов этого типа подробнее и сразу заметим, что не будем рассматривать экстремальные гоночные суда – это особая тема.
Архитектура и обводы
Катамараны, практичные по своей природе суда, приобретаются, как правило, для того чтобы ходить, а не стоять в марине. Отсюда очевидна приверженность их конструкторов к практичному стилю экстерьера, как нельзя лучше сочетающемуся с высокобортными широкими корпусами.
Формы обводов глиссирующих катамаранов отличаются многообразием и отражают многолетний фирменный опыт разных конструкторов и производителей. Наиболее распространенные корпуса можно разделить на следующие типы
• симметричные – форма днища и бортов корпуса симметрична относительно ДП корпусов (рис.1, 3, 4, 10);
• асимметричные – как правило, внутренняя часть бортов выполняется более плоской, чем наружная;
• «Split hull» (дословно «разрезной корпус») катамаран асимметричного типа с плоскими внутренними поверхностями корпусов (рис.2, 11).
а – симметричный; б – асимметричный; в – «split hull». Изображение

В значительной мере выбор типа обводов зависит от предпочтений конструктора. Наш опыт показывает, что для катамаранов длиной 6–12 м, предназначенных для движения на скоростях до 30–35 уз, симметричные обводы предпочтительнее. Асимметричные обводы получают преимущество на судах, движущихся со скоростями более 40 уз.
Углы килеватости на транце большинства мореходных катамаранов составляют более 20°. Как правило, форма днища корпусов без поперечных реданов сохраняется постоянной от миделя в корму. Положение ЦВ по длине корпуса составляет (0.35–0.45)L от транца.
Один из ключевых моментов проектирования катамарана – это выбор пропорций тоннеля, осуществляемый на стадии эскизного проектирования. Минимально допустимое соотношение ширины тоннеля с к его длине L обычно составляет c/L = 0.1. Этот вывод подтверждается результатами экспериментальных исследований, приведенными в
[2]. Австралийские строители катамаранов пользуются другим простым правилом: ширина тоннеля должна быть равна ширине корпуса по КВЛ. Очевидно, что этот принцип не работает на катамаранах с ограниченной габаритной шириной корпуса. Увеличение же ширины тоннеля c/L > (0.2–0.25) приводит к усилению слеминговых воздействий на поверхность тоннеля на волнении без какого-либо существенного снижения сопротивления на тихой воде.
Вертикальный клиренс тоннеля (т. е. расстояние от верхней поверхности тоннеля до ватерлинии) – важнейший фактор мореходности катамарана, зависящий от ударных
нагрузок на волнении. На некоторых судах встречается тоннель, который в статическом положении погружен в воду.
Такие обводы с неглубоким тоннелем нежелательны для мореходных судов – катамаран начинает глиссировать на поверхности тоннеля в его кормовой части, по сути, теряя
преимущества в мореходности и плавности хода. Еще один недостаток такого тоннеля – забрызгивание через нос при движении против волны.
Для глиссирующего мореходного катамарана длиной L вертикальный клиренс тоннеля (0.02–0.03)L можно считать достаточным, в то время как для такого же катамарана предназначенного для движения в водоизмещающем режиме, потребуется вертикальный клиренс порядка (0.045–0.050)L.
Еще одна отличительная черта некоторых катамаранов – волнорез, устанавливаемый в носовой части или по всей длине моста. Форма волнореза способствует не только снижению ударов в мост, но и повышению жесткости конструкции.
На глиссирующих катамаранах иногда встречаются подводные крылья между корпусами – это главным образом попытка устранить просчеты проектирования или
постройки. Крылья способствуют получению правильного
ходового дифферента и повышению продольной устойчивости катамарана, а также увеличению площади несущих поверхностей.

Общее расположение
Проектирование помещений катамаранов ведется «вокруг тоннеля». В целом, для обитаемых катамаранов расположенные в корпусах каюты получаются более тесными, чем
в однокорпуснике, а салон, кокпит и флайбридж – более просторными (см. рис. 10). С этим можно мириться, учитывая, что основную часть времени на борту люди проводят
именно в салоне или кокпите, а не в каютах. Исходя из этого, катамаранная схема имеет преимущество на небольших судах с открытым кокпитом или на обитаемых судах с салоном и минимальными помещениями в корпусах. Если стоит задача спроектировать моторную яхту с большим количеством кают на нижней палубе, то объемов корпусов катамарана может оказаться недостаточно для их размещения, в этом случае, видимо, следует предпочесть однокорпусный вариант [8].

Плавучесть и остойчивость
Мореходные качества катамаранов (впрочем, как и остальных судов) напрямую связаны с их размерами. Катамараны, особенно оборудованные подвесными моторами, имеют довольно высокое положение центра тяжести (ЦТ) за счет того, что основные помещения и пассажиры размещаются
на мосту. Как правило, ЦТ катамарана длиной 6–12 м расположен вблизи верхней поверхности тоннеля и главной палубы.
В целом благодаря большой ширине катамаранам свойственна высокая начальная остойчивость, а максимум диаграммы остойчивости достигается при угле крена, соответствующем выходу одного корпуса из воды (рис. 7).
[ Изображение
Большей начальной осюйчивостью обладают катамараны с симметричными корпусами.
Остойчивость надводного борта и непотопляемость малых судов (т. е. судов с длиной корпуса LH<24 м) по международному стандарту ISO 12217 [5] оценивается комплексно. Критерии остойчивости катамаранов аналогичны критериям остойчивости однокорпусных судов с высокой начальной остойчивостью.
Для судов категорий С и D определяющим является тест на смещение нагрузки к боргу (offset load test), именно он в большинстве случаев обусловливает максимальную пассажировместимость катамаранов. Их начальная остойчивость обычно избыточна, поэтому разрешенная пассажировместимость судна длиной до 8 м выше, чем однокорпусного судна такой же длины.
Наиболее критично для мореходных судов категорий А и В совместное действие ветра и бортовой качки (аналог «критерия погоды» для крупных судов). Для большинства
катамаранов длиной 10 м и более достижение соответствия категории В не составляет проблем, а вот на категорию А они часто не проходят из-за высокой парусности борта/надстроек при относительно небольшом водоизмещении. (Ради справедливости отметим, что и легкие однокорпусные суда с развитыми надстройками также часто не соответствуют этому критерию.)
Конечно, каждое судно рассматривается индивидуально, но, как показывает наш опыт, названные критерии чаще всего оказываются определяющими.

Ходовые качества
Основное преимущество глиссирующего катамарана – высокие ходовые качества за счет меньшей ширины несущей части днища (следовательно, снижения смоченной поверхности) при сохранении остойчивости. Кроме того, обеспечение остойчивости за счет разнесения корпусов по ширине позволяет увеличить углы килеватости и, соответственно, снизить перегрузки при движении на волнении [1].
Пропульсивный комплекс глиссирующих катамаранов чаще всего двухвинтовой. Иногда на малых катамаранах подвесной мотор устанавливают в ДП, при этом перед дейдвудом мотора ставится обтекатель, являющийся частью моста. Наиболее распространенный привод для катамаранов длиной до 30–40 футов – пара подвесных моторов мощностью до 250–300 л.с. каждый. На более крупных судах используются стационарные двигатели с валопроводом и винтом, поворотные угловые колонки, водометы, приводы с ЧПВ.
Основная проблема при расчете ходкости катамаранов правильный учет взаимодействия корпусов. Заметим, что большинство производителей движителей не гарантируют достижение требуемых скоростей на катамаранах именно из-за сложности точного расчета буксировочного сопротивления.
Нами выполнен анализ серии катамаранов, движущихся в переходном и глиссирующем режиме, в ходе которого были сопоставлены данные натурных испытаний и расчетов. Результаты представлены в виде диаграммы (рис. 8 ),которая может быть использована для оценки потребной мощности и скорости на ранних стадиях проектирования.
Изображение
Заметим, что диаграмма относится к пропульсивным комплексам с валопроводом и винтом, поворотными угловыми колонками либо подвесными моторами (т. е. соответствует пропульсивному КПД = 0.55–0.60). Часто при проектировании катамаранов в погоне за уменьшением сопротивления и максимизацией ширины
тоннеля днище и корпуса выполняют излишне узкими, что в сочетании с большими углами килеватости не способствует созданию достаточной гидродинамической подъемной силы [6]. То же самое относится и к перегруженным катамаранам. В итоге катамаран не выходит на глиссирование с нагрузкой или движется с большими углами дифферента. Во избежание этого при проектировании требуется проверить коэффициент статической нагрузки С, который для катамарана определяется как С = V/(2Bс)3, где V – объемное водоизмещение судна, м3, Bс – ширина одного корпуса по скуле, м. Выход катамарана на глиссирование обеспечивается при С<(0.5–0.7).
На рис. 9
Изображение
представлены результаты расчетов буксировочного сопротивления R катамарана длиной L = 10 м при варьировании ширины тоннеля Bс и для сравнения – кривая буксировочного сопротивления для однокорпусного катера с близкими характеристиками. Расчеты выполнены по методике Савицкого [1, 3], с поправками на взаимодействие корпусов на основе данных, приведенных в работах В. Дубровского [2], Мюлер-Графа и Фалтинсена [3]. В целом, наиболее неблагоприятное взаимодействие корпусов наблюдается при Fr = 0.5 (начало переходного режима движения). С выходом судна на глиссирование и дальнейшим ростом скорости влияние взаимодействия корпусов на сопротивление уменьшается, что связано с уменьшением смоченной длины корпуса и фактически с увеличением относительной ширины тоннеля.

Мореходность
Эксплуатационные качества на волнении – это один из существенных плюсов глиссирующих катамаранов. Действительно, для них характерен более плавный ход, чем для однокорпусных катеров, но в то же время не стоит ожидать чуда. Скажем, небольшой катамаран длиной 6 м будет хорошо идти на малом и среднем волнении, разрезая волны высотой до 0.3 м и подпрыгивая на волнах высотой около 0.5–1.0 м, при этом уверенно поддерживая крейсерскую скорость около 25 уз [9]. При более высоком волнении придется снижать скорость. В процессе натурных измерений установлено, что вертикальные ускорения на катамаране на ходу соответствуют ускорениям на однокорпусном катере,но на 30% более длинном. На стоянке из-за высокой начальной остойчивости катамараны обладают резкой бортовой качкой. В отличие от однокорпусных судов качка катамарана, поставленного лагом к волне, представляет собой поднятие одного корпуса и одновременное опускание другого. Как результат, качка имеет меньшие амплитуды и большие ускорения, чем на сравнимом однокорпуснике. При всех остальных курсовых углах набегающих волн качка катамаранов, как правило,более плавная, чем однокорпусных судов.
Маневренные качества
Диаметр циркуляции глиссирующих катамаранов превышает таковой для однокорпусных глиссирующих судов и имеет тенденцию к увеличению с ростом относительной ширины судна B/L. Измерениями траекторий с помощью GPS определено, что для глиссирующих катамаранов тактический диаметр циркуляции на полном ходу составляет (6–10)L, причем циркуляция сопровождается снижением скорости примерно на 20%. Важно отметить, что в данном случае, в отличие от однокорпусных катеров, крен на циркуляции практически отсутствует.
Одновременно катамараны обладают великолепной устойчивостью на курсе при глиссировании даже на попутном волнении, что выгодно отличает их от однокорпусных катеров сравнимых размерений. Маневренные качества на малых скоростях в марине определяются наличием двух движителей, разнесенных на значительное расстояние. За счет этого катамараны способны разворачиваться на длине корпуса при работе винтов враздрай и практически не нуждаются в установке подруливающих устройств. Это относится как к глиссирующим, так и к водоизмещающим катамаранам.
Конструкция и прочность
При движении на волнении катамараны, в первую очередь его днище, испытывают значительные общие и местные нагрузки. Расчетные ускорения нередко достигают 6g.
Практически все глиссирующие катамараны имеют развитый днищевый набор. Общая поперечная прочность корпуса обеспечивается толщиной обшивки тоннеля, обшивкой и набором палубы и поперечными переборками.
Современный подход к расчету конструкций катамаранов следующий:
• расчет местной прочности днища, бортов, палубы, надстроек и т. д. – такой же, как для однокорпусных судов;
• расчет местной прочности моста ведется с учетом специфической нагрузки для катамаранов;
• при расчете общей прочности особое внимание уделяется поперечной прочности на изгиб и кручение.
Эти расчетные нагрузки задаются в соответствии с международным стандартом ISO12215-5 [4], а также правилами некоторых классификационных обществ [7].
Вес катамарана, как и любого глиссирующего судна, – важнейший фактор достижения скорости. Это особенно актуально для катамаранов, коэффициент статической нагрузки которых при увеличении веса быстро становится избыточным. Основным резервом облегчения конструкций глиссирующих катамаранов является уменьшение массы обшивки днища и в меньшей степени бортов, палубы, надстроек за счет применения трехслойных конструкций и высокопрочного армирования.

Когда стоит обратить внимание на катамараны?
Замечено, что на популярность катамаранов в регионе влияет в первую очередь подготовленность рынка. Скажем, в Австралии и США «популяции» катамаранов достаточно
развиты, что вызывает цепную реакцию интереса. В России пока в целом настороженно относятся к этим судам, в почете больше гламурные яхты для марин и РИБы, несмотря на все их эксплуатационные ограничения.
Представляется, что катамараны могли бы пользоваться спросом в первую очередь на побережьях морей и крупных водохранилищ, где требуется повышенная мореходность при ограниченных размерах судна. Еще одно возможное применение – в качестве «водных такси» и судов для дайвинга.
Будем надеяться, что глиссирующие катамараны, надежные и мореходные, скоро появятся не только в российских маринах, но и на вооружении спасательной и других служб.
Рис. 1. Катамаран пр. «C620». Серийно строится для азиатского, австралийского и европейского рынков. Спроектирован «под 40-футовый контейнер» – в него при перевозке помещаются два катамарана, у которых кормовая часть корпуса (так называемый «pod») сделана съемной и крепится на болтах. Длина корпуса (с кормовой секцией) – 5.70 (6.20) м, ширина – 2.30 м; ПМ – 2 х (85–115) л.с.; скорость – до 40 уз.
Изображение

Рис. 2. Катамаран-спасатель «R38». Длина – 12.2 м; ширина – 3.8 м; двигатели – 2x315 л.с.; максимальная скорость – 38 уз. Используется для патрулирования Андаманского побережья Таиланда и оказания оперативной помощи терпящему бедствие судну: снятия с него людей до подхода основных сил спасателей. Оборудован средствами оказания реанимационной помощи. Изображение

Рис. 3. «Дайверский» рабочий катамаран «FC1000». Длина – 10.0 м, ширина – 3.3 м, пассажировместимость – 18 чел. с оборудованием и 2 члена экипажа, макс. скорость – 38 уз; ПМ –2х50л.с. Изображение

Рис. 4. Катамаран-паром «NF1300». Предназначен для перевозки пассажиров в прибрежных акваториях и заливах. Длина – 13.37 м, ширина – 4.50 м, водоизмещение порожнем – 9500 кг; стац. двигатели – 2х(550–715) л.с.; расчетная скорость – до 45 уз. Изображение

Рис. 6. Катамаран «FC1000» в исполнении «водное такси». Длина – 10.0 м, ширина – 3.3 м, пассажировместимость – 20–30 чел. Эти суда эксплуатируются в Таиланде, на Филиппинах, в Камбодже и Нигерии. На фото хорошо виден носовой волнорез. Изображение

[
Рис. 10. Катамаран «AR980 Arbalist». Спроектирован на глиссирующий режим движения, эффективен и в переходном режиме. Длина – 9.80 м, ширина – 5.00 м, двигатели – 2х(110–190) л.с., расчетная скорость – до 34 уз.[/text]
Изображение
Рис. 11. Катамаран «STC790 Crocodile» в стиле «милитари» с корпусом типа «split-hull» и поперечными реданами. Предназначен для любительской рыбной ловли. Длина – 7.90 м, ширина – 2.57 м, ПM – 2х(100–160) л.с., расчетная скорость – до 50 уз.
Изображение


Автор темы
sirius_x
Бродяга
Сообщения: 9526
Зарегистрирован: 22.06.12
Имя: Александр
Благодарил (а): 591 раз
Поблагодарили: 546 раз

Особенности проектирования глиссирующих катамаранов «КиЯ» 2 (218) 2009

#2

Сообщение sirius_x » 30 май 2017, 11:58

Теперь надо перенести все требуемые сочетания и пропорции в проект.
Исходные данные симметричные баллоны диаметром метр, длиной 12 метров
Из них кормовое концевое сужение 0,5 метра и носовой подъем баллона 1 метр.
Итого длина скольжения баллона по воде будет 10,5 метров.
Можно взять этот же показатель за основу для определения длины палубы.
Возьмем ее кратной раскрою фанеры и хорошей цифре 7 - 1525мм х 7 шт. = 10675 мм
1. Что получается с пропорцией тоннеля, согласно рекомендаций должно быть не менее c/L = 0.1 и не более c/L > (0.2–0.25) в переводе на наши цифры не менее 1,05 метра и не более 2,1 - 2,6 метров. Получается наш диапазон длины шпангоутов на данных баллонах является 3,05 - 4,6 метра. Учитывая результаты расчетов буксировочного сопротивления катамарана длиной 10 м (рис 9), что очень близко к нашим данным в зависимости от параметров тоннеля все же надо стремиться к снижению буксировочного сопротивления, а значит надо стремиться к c/L = 0.2 соответственно пойдем по Австралийскому расчету ширина тоннеля будет 2 метра. Соответственно длина шпангоута будет 4 метра. Кстати 4 метра очень удачный размер раскроя по доске, обрезков не будет.
2. С высотой тоннеля или так называемого клиринса предлагается отталкиваться все же от водоизмещающего режима, а это (0.045–0.050)L что составляет не менее 472-525 мм от нижнего края шпангоутов до ватерлинии.
3. Теперь определяемся с центром величины» (ЦВ)- эта точка является центром тяжести, доверяемся опыту Альберта Назарова и определим ее как (0.35–0.45)L от транца. Получается что в 3,6 - 4,7 метрах от транца должен быть сосредоточен основной вес и основные грузовые отсеки!
4. Попробуем рассчитать и заложить коэффициент статической нагрузки С необходимый для расчета выхода катамарана на глиссирование.
Данный коэффициент определяется как С = V/(2Bс)3, где
V – объемное водоизмещение судна, м3,
Bс – ширина одного корпуса по скуле, м.
Выход катамарана на глиссирование обеспечивается при С <(0.5–0.7).
Что такое объемное водоизмещение судна – это та часть судна которая будет находиться под водой измеряемая в кубах.
Теперь надо высчатать на сколько наши баллоны заглубятся к примеру при 3 тоннах груза и высчитать этот заглубленный объем и ширину скулы при этом заглублении.
Задачка не из простых :kod17: :%)


Автор темы
sirius_x
Бродяга
Сообщения: 9526
Зарегистрирован: 22.06.12
Имя: Александр
Благодарил (а): 591 раз
Поблагодарили: 546 раз

Особенности проектирования глиссирующих катамаранов «КиЯ» 2 (218) 2009

#3

Сообщение sirius_x » 30 май 2017, 12:44

Изображение
При 3 тоннах на 2 баллона заглубление двух баллонов составит 250 мм
Ширина скулы составит 866 мм
Заглубленный объем 3 кубических метра.
подставляем значения 3/(0,866х2)х3 = 0,57
В пределах показателя но на грани, должно быть С <(0.5–0.7).


Автор темы
sirius_x
Бродяга
Сообщения: 9526
Зарегистрирован: 22.06.12
Имя: Александр
Благодарил (а): 591 раз
Поблагодарили: 546 раз

Особенности проектирования глиссирующих катамаранов «КиЯ» 2 (218) 2009

#4

Сообщение sirius_x » 30 май 2017, 14:25

на коэффициент статической нагрузки с показателем меньше 0,5, выходим при общей массе катамарана 2400 кг
Вот мы и определили наш верхний предел по весу для выхода катамарана на глиссирование
При этом заглубление баллонов составит 216 мм ширина скулы 799 мм
Изображение


Автор темы
sirius_x
Бродяга
Сообщения: 9526
Зарегистрирован: 22.06.12
Имя: Александр
Благодарил (а): 591 раз
Поблагодарили: 546 раз

Особенности проектирования глиссирующих катамаранов «КиЯ» 2 (218) 2009

#5

Сообщение sirius_x » 30 май 2017, 14:34

Высота ватерлинии баллонов составляет 217 мм.
плюсанем необходимый минимум по клиренсу 525 мм итого 742 мм, а баллоны у нас 1000 мм соответственно шпангоуты можно опускать от верхней части баллонов еще на 250 мм тем самым сможем занизить высоту центра тяжести и соответственно улучшить ходовые качества!


Автор темы
sirius_x
Бродяга
Сообщения: 9526
Зарегистрирован: 22.06.12
Имя: Александр
Благодарил (а): 591 раз
Поблагодарили: 546 раз

Особенности проектирования глиссирующих катамаранов «КиЯ» 2 (218) 2009

#6

Сообщение sirius_x » 30 май 2017, 15:02

Еще один материал который необходимо перенести в проект с правилами расчетами и пропорциями
При начале движения надувного катамарана динамическая выталкивающая сила незначительна, она не способна поднять тяжелое судно, а воде надо куда-то «деваться» из-под набегающего баллона. Вода вовлекается в движение катамарана, вытесняется баллоном вперед и в стороны, образуя носовую систему волн. Эта система состоит из расходящихся и поперечных волн. Расходящиеся расположены под углом к курсу, а поперечные перпендикулярно к направлению движения.
Изображение

Аналогичные процессы образования волн происходят и в корме в связи с «заполнением» водой освободившегося места после прохождения баллона вперед. Носовая волна всегда начинается гребнем с зоной повышенного давления. А кормовая – впадиной с зоной пониженного давления. Условно нос упирается в гребень, корма стремится провалиться во впадину. На образование этих волн и преодоление разности давлений вдоль корпуса тратится часть энергии толкающих сил – или мотора на моторном катамаране, либо паруса на парусном, либо гребцов на сплавном катамаране. Иначе говоря, при движении надувного катамарана в связи с образованием волн возникает волновое сопротивление движению. Наиболее сильное сопротивление создает носовая система волн.

Итак, мы «набрали» уже четыре силы, что стремятся остановить движение нашего надувного катамарана – лобовое сопротивление, трение скольжения, индуктивное и волновое сопротивления. И именно волновое сопротивление в водоизмещающем режиме становится краеугольным камнем, ограничивающим скоростные возможности судна.

Попробуем, не углубляясь в волновые теории, наглядными средствами объяснить суть проблемы. Совсем без формул не получится, но они нам нужны только чтобы нарисовать «объясняющие» картинки.

Первое выражение, это зависимость длины волны от скорости катамарана:
Изображение

Еще одно выражение, связывающее силу тяжести, скорость судна и длину судна по ватерлинии. Это число Фруда или, по-другому, относительная скорость судна:
Изображение

Не будем вдаваться в подробности этих формул. Нам они нужны лишь для получения зависимости числа Фруда от длины поперечной волны, создаваемой носом баллона и длины самого баллона по ватерлинии. После решения системы двух уравнений мы получим следующую формулу.
Изображение

И теперь на основе полученного выражения нарисуем картинки взаиморасположения нашего катамарана и системы поперечных волн, создаваемых носом баллона. Сделаем это для следующих значений длины волны:
Изображение

При длине волны 0,5L и относительной скорости Fr=0,28 катамаран двигается без дифферента, «опираясь» на три гребня поперечных волн.
Изображение

При длине волны равной L и относительной скорости Fr=0,4 катамаран продолжает двигаться без дифферента, опираясь уже лишь на 2 гребня поперечных волн.
Изображение

При длине волны больше L и относительной скорости Fr больше 0.4 надувной катамаран уже «не умещается» на соседних гребнях и начинает иметь дифферент на корму.
Изображение

При длине волны равной двум длинам ватерлинии и относительной скорости Fr около 0,6 надувной катамаран фактически «проваливается» кормой во впадину поперечной волны. Нос на гребне в зоне высокого давления и корма в зоне низкого давления.

Это можно представить себе следующим образом. В интервале относительных скоростей от нуля до Fr=0,4 катамаран идет без дифферента, масса надувного катамарана удерживается архимедовой силой, и тяга используется в основном на преодолении инерции, лобового сопротивления и трения скольжения.

При дальнейшем росте относительной скорости Fr корма начинает «проседать», и все больше и больше тяги требуется на «заталкивание» груза на гребень носовой волны. Можно это состояние сравнить с заталкиванием санок на скользкую горку, которая становится все круче и круче. Чем больше угол горки и чем больше проседает корма, тем больше тяги вам нужно. И сила, необходимая на удержание катамарана на «склоне» разности давлений, на уклоне волны очень быстро начинает превалировать над всеми остальными силами.

Ответить

Вернуться в «Водный транспорт»