Вступ

Коли якесь судно працює в режимі виключно водотоннажності, плавучість витісненої води врівноважує його вага (закон Архімеда). Глісуючі човни мають форми корпусу, які створюють гідродинамічний підйом, який виштовхує більшу частину корпусу з води, тим самим зменшуючи опір. Головним чином, це гідродинамічна сила, яка врівноважує вагу корпусу при глісуванні човна.

Проста теорія глісування

На наведеному вище малюнку показаний потік води під плоскою пластиною, ковзаючу вздовж поверхні води. В одній точці на дні пластини потік води потрапляє на пластину під прямим кутом – ця точка називається точкою застою. Це точка максимального тиску на дні пластини, так як вся кінетична енергія води, що надходить в цю точку, перетворилася в гідродинамічний тиск. По обидва боки від цієї точки потік потрапляє на пластину і відхиляється вперед або назад, а отриманий гідродинамічний тиск стає менше. Тиск падає до нуля на задній кромці (транці) і попереду, де потік розпадається на бризки.

Високий тиск створює зусилля під прямим кутом до пластини. Ця сила нахилена назад під тим же кутом, що і кут нахилу (кроку) пластини. Вертикальна складова – компонент підйомної сили, а горизонтальна складова – компонент опору. Це досить спрощена модель того, що насправді відбувається, але це відмінна відправна точка для подальшого вивчення. Відзначимо також, що гідростатичний тиск перпендикулярний до пластини. Для водотоннажних корпусів гідростатичні сили врівноважують один одного, але в разі високошвидкісних суден їх транці «висихають» і вода перестає штовхати транець.

Слід зазначити, що збільшення вологої зони або швидкості призведе до збільшення підйомної сили.

Особливості глісуючих суден

Глісуючі і інші типи високошвидкісних суден мають певні відмінні риси, які сприяють підвищенню продуктивності, стійкості і керованості цих судів.

Транець

Відмінними рисами швидкісних корпусів є транці. Вони знаходяться під гострим кутом (зазвичай 90 °) до нижньої частини корпусу і забезпечують ефективний спосіб відділення потоку води від корпусу і обмеження загальної площі поверхні вологої зони корпусу. Як тільки потік води стає досить швидким, щоб транець «висох», опір тертю знижується. Якби кут транця не був таким різким, тобто з заокругленим краєм, потік води продовжував би стикатися з корпусом.

Вилиці

Вилиці часто зустрічаються при будівництві швидкісних суден. Хоча часто бувають конструктивні причини їх використання, вони також можуть допомогти в відділенні потоку води від корпусу.

Кілеватість

У той час як поведінка плоскої пластини має пряме відношення до дощок для серфінгу та водних лиж, більшість швидкісних моторних катерів мають V-подібні секції, тобто кілеватість. Причина цього полягає в поліпшенні морехідних якостей корпусу. Якби використовувалися плоскі секції, то вертикальні прискорення були б дуже великі, і поїздка була б незручною і небезпечною, а крім того з’явився б великий ризик пошкодження човна і його обладнання.

V-подібні секції значно зменшують проблему: чим глибше V, тим менше прискорення. Проте, це призводить до втрати підйомної сили, що вимагає або більшої площі змоченої поверхні, або збільшеного кута нахилу, при цьому ці обидва варіанти збільшують опір.

Бризковідбивачі

Ви можете почути, як бризковідбивачі називають бризковиками, або навіть поздовжніми стояками. Бризковідбивачі є невід’ємною частиною конструкції високошвидкісного корабля з великою кілеватістю. Вони виконують ряд суміжних завдань.

По-перше, вони забезпечують гострий кут, який відокремлює потік води від корпусу, тим самим зменшуючи поверхневе тертя.

По-друге, вони забезпечують додаткову підйомну силу, направляючи потік води зверху вниз, і можуть фактично мати злегка увігнуту нижню сторону для того, щоб посилити цей ефект. Вони повинні, однак, бути прямими на нижній частині корпусу, щоб зменшити опір.

По-третє, вони забезпечують поперечну стійкість на високій швидкості, так як при крені човна велике навантаження додається до кренної сторони корпусу.

Поздовжня нестійкість

У міру того, як човни стають швидше, розмір глісуючої поверхні, необхідної для підтримки корпусу, стає менше. При глісуванні коротша поверхня більш ефективна, ніж довга і вузька. Тому для дуже швидкого глісуючого корпусу ідеальна поверхня глісування повинна бути дуже короткою. Це створює проблеми, головним чином з поздовжньою стійкістю – явище відоме як поздовжня нестійкість або “дельфінування”.

Основна причина втрати поздовжньої стійкості – невідповідність положення центра ваги катера точці прикладання гідродинамічної підйомної сили по довжині. Відомо, що довжина змоченої поверхні днища глісуючого катера змінюється в залежності від швидкості і навантаження, а точка прикладання гідродинамічної підйомної сили відстоїть від транця приблизно на відстань 0,7Lсм – середньої змоченої довжини днища. Важкі прогулянкові судна поздовжньої стійкості зазвичай не втрачають – довжина змоченої поверхні корпусу досить велика і центр ваги, як правило, розташовується в межах цієї довжини. Легкі гоночні судна, особливо з плоским широким днищем, глісуючих на дуже короткій ділянці днища у самого транця, тому загальний центр ваги човна виявляється розташованим в ніс від передньої межі змоченої поверхні. Під дією виниклого моменту гідродинамічних сил і сили тяжіння корпус опускається на воду всім днищем. В результаті миттєво зростає підйомна сила, причому точка її застосування переміщається вперед – носова частина знову виштовхується нагору. Дельфінування характерно і для коротких прогулянкових човнів з надмірно потужними моторами.

Єдиний спосіб уникнути явища дельфінування на вже побудованому катері – перемістити центр ваги вперед шляхом зміни положення важкого устаткування і спорядження, місць водія і пасажирів. Аналогічний вплив надає і відгин днища вниз біля транця. Однак в цих випадках доводиться миритися з неминучим збільшенням змоченої поверхні, опору тертя і деяким зниженням швидкості.

Крім перерахованих вище факторів на схильність до дельфінування впливають і інші фактори. Наприклад, на менших швидкостях втрачають стійкість відносно широкі і короткі корпуси, а також корпуси з підйомом днища вгору біля транця і великим звуженням днища в кормі. Викликати дельфінування може великий розвал надводного борту в носі і сильний зустрічний вітер, відриває носову частину від води. Певним чином впливає на стійкість також кут відкидки підвісного мотора від транця або кут нахилу лінії вала на катері зі стаціонарним двигуном.

Триммери

Їх також іноді називають транцевими дошками. Як випливає з назви, вони використовуються для зміни облицювання корпусу. Це робиться для того, щоб компенсувати зміни в положенні центру ваги в порівнянні з проектними умовами або коли корпус працює на незапланованій швидкості і може значно допомогти як в зниженні витрат палива, так і в хвилеутворенні на цих швидкостях. Триммери також можуть бути використані для посилення морехідних якостей корпусу у відкритому морі.

Крім того, транцеві дошки можна використовувати незалежно один від одного для виправлення нестійкості в корпусі.

Рулі

При використанні зі звичайними валами вони мають тенденцію бути невеликими за площею, і встановлюються безпосередньо на кормовій частині пропелерів, де вони будуть надзвичайно ефективні при прискореному перебігу води. Однак вони будуть менш ефективними при використанні на дуже низьких швидкостях або в режимі холостого ходу.

Читати далі – Корпуси напівглісуючого типу

Повний список статей циклу – Короткий вступ в яхтовий брокераж